Leonardo da Vinci hade redan på 1500-talet intuitiva idéer om blodflödets organisation i hjärtat och de stora kärlen [1]. Den engelske läkaren William Harveys beskrivning av blodcirkulationen år 1628 revolutionerade sedan människans förståelse av blodflödet.
Trots att lång tid har förflutit sedan dess är kunskapen om blodflödet i dag långt ifrån fullständig. Det finns dock en ökad acceptans för att blodflödet har en viktig inverkan på form och funktion hos hjärta och kärl [2]. Allt fler ansluter sig till axiomet »cardiology is flow« [3].
Blodets fysiska inverkan på de omgivande kärlväggarna är mångfasetterad [4]. Trots att många av de vanliga riskfaktorerna för ateroskleros påverkar hela artärsystemet uppstår plack företrädesvis i områden med oregelbundna flödesmönster. Flödets speciella karaktär vid exempelvis kärlförgreningar har därför kopplats till utvecklingen av ateroskleros [5, 6]. Ett viktigt mål för terapin vid ischemisk hjärtsjukdom är att återställa fysiologiska flöden, oavsett om behandlingen är kir­urgisk, kateterburen eller baserad på läkemedel.
Vidare kan kunskap om interaktionen mellan hjärtats morfologi och flödesmönster öka förståelsen för hjärtmuskelns omformning vid hjärtsvikt [7].
Även inom klaffkirurgin är tankar kring blodflödeseffekter viktiga, bl a för utvecklingen av nya protestyper med förfinade hemodynamiska egenskaper, vilka visat sig förbättra patienters långtidsöverlevnad [8].
Trots att blodflöde har en central roll i diagnostik och behandling av kardiovaskulär sjukdom har befintliga metoder för kvantifiering fortfarande betydande begränsningar. Ny ultraljudsteknik kan visa blodflödet och hjärtats rörelser i en 3D-rymd [9], men den kvantitativa dopplertekniken är fortfarande begränsad till en riktning [10]. Magnetresonanstomografi (MR) kan användas på ett sätt som ger alla tre hastighetskomponenterna i blodflödet i ett godtyckligt snitt eller 3D-volym. Den MR-metod som används för detta kallas faskontrast-MR [11].
Faskontrast-MR skapar stora möjligheter att på ett uttömmande sätt beskriva flödesmönster och flödesegenskaper. I vilken utsträckning faskontrast-MR kan tillföra nya data i jakten på »rätt« diagnos för att optimera behandling och därigenom förbättra patienters prognos är ännu inte fullständigt klarlagt.
Denna artikel beskriver översiktligt den teknik som faskontrast-MR utnyttjar för aktuella och framtida avancerade ap­plikationer inom hjärt–kärlsystemet.

Flödesmätning med faskontrast-MR
Faskontrast-MR har funnits i över 20 år. Metoden har många namn i den engelskspråkiga litteraturen, t ex velocity (vector) mapping, flow imaging eller phase-contrast imaging. Med faskontrast-MR kan blodflödet i kroppen analyseras icke-inva­sivt, utan joniserande strålning och, namnet till trots, utan tillförsel av kontrastmedel [12]. Faskontrastmetoden (Fakta 1) utnyttjar att en fasförändring uppstår i MR-signalen då väteprotoner rör sig i ett varierande magnetfält. Fasförändringen är proportionell mot protonens hastighet och kan mätas i alla riktningar.

Nuvarande kliniska applikationer
Faskontrast-MR används vid många svenska sjukhus främst för att kvantifiera flöden vid intrakardiella shuntar och klaffläckage (Figur 1) men också för angiografi utan användning av externt kontrastmedel [13, 14]. Vid shuntkvantifiering bedöms i regel förhållandet mellan volymflödet i lungcirkulationen (lungartären) och i systemcirkulationen (uppåtstigande aorta).
Faskontrast-MR möjliggör noggrann bestämning av volymflöden. Flödet beräknas utifrån blodkärlets area och hastigheten i varje bildelement (dvs hänsyn tas till flödesprofilen över kärlets tvärsnitt) och summeras över ett hjärtslag. Dessa hastighetsdata kan mätas med hög noggrannhet jämfört med de syremättnadsvärden som är basen för kateterberäknad minutvolym och shuntflöde [15]. Noggrannheten i flödesdata kan och bör kontrollmätas med hjälp av flödesfantom.
Flödeskvantifiering har även en viktig funktion för utvärdering av den allt större gruppen av vuxna med korrigerade medfödda hjärtfel. Ett exempel på detta är Fallots tetrad, där restläckaget i lungartärens reparerade klaff och funktionen i höger kammare är av intresse för ställningstagande till behovet av ytterligare ingrepp [16].
Volymflöden kan ge tilläggsinformation också vid medfödd förträngning av aorta, koarktation, där ett ökat volymflöde nedströms koarktationen kan indikera inkommande flöde från kollateralkärl [17].
Signalförlusten i en magnitudbild kan indikera turbulent flöde och har därför föreslagits kunna relateras till den hemodynamiska konsekvensen av t ex en stenos [18].
Nyligen publicerades rekommendationer gällande indikationer för användning av kardiovaskulär MR, inklusive faskontrast-MR. De indikationer som beskrivs i Fakta 2 är klassade som nivå 1, dvs de bedöms kunna bidra med kliniskt relevant information och är lämpliga att utföra. Faskontrast-MR kan i dessa fall användas som initial bildgivande teknik, och indikationerna är väl underbyggda i den vetenskapliga litteraturen [19, 20].

Avancerade applikationer
Blodflödets utsträckning i tid och rum kan beskrivas med hjälp av fyrdimensionell (3D + tid = 4D) faskontrast-MR [21, 22]. Resultatet av en mätning med 4D-faskontrast-MR är en tidsupplöst 3D-volym, där varje punkt i volymen representeras av en tidsupplöst hastighetsvektor, vilken beskriver hastighetens storlek och riktning. Den stora datamängden erbjuder en mångsidig analys men ställer även krav på kraftfulla analysverktyg. 4D-flödesdata ger underlag för att t ex påvisa blodelements väg över tid – s k partikelspår – eller momentana hastighetsfält vid olika tidpunkter i hjärtcykeln – s k strömlinjer [23, 24].
Dessa typer av flödesanalys har givit viktig information om flödesmönster i hjärtats vänstra förmak [25], i vänster kammare [26], i aorta [27, 28] och i torakala aneurysm [29]. Metodiken kan även användas i hjärncirkulationen [30] och vid undersökning av flödet i perifera kärl [31].
I vänster förmak ses ett välorganiserat flöde med en stor central virvel i systole, som upprätthåller bevarandet av rörelseenergi och säkerställer hög flödeshastighet också nära förmaksväggen [25]. Ett liknande välorganiserat flödesmönster har påvisats i vänster kammare [26] (Figur 2). Tidpunkten för flödets inträde i kammaren under fyllnadsfas påverkar flödets vidare väg. En del av flödet dröjer kvar i kammaren till efterföljande slag, och en annan del passerar ut i aorta under samma hjärtslag. Stora delar av det tidiga inflödet når hjärtspetsen, medan inflödet under förmakskontraktionen tar en kortare väg ut i aorta.
Blodflödet i aorta är komplext (Figur 3). Hastighetsprofilen i systole är asymmetrisk med högsta hastighet längs aortabågens innerkurva och inslag av skruvflöde. I dia­stole ses inslag av backflöde, även det med skruvprofil [32, 33]. Flödes­mönstret i aortaroten, beskrivet med 4D-faskontrastteknik, har visat virvelstrukturer i sinus Valsalvae, något som postulerades redan av Leonardo da Vinci men som först nu har kunnat visas [27].
Andra avancerade ap­plikationer för faskontrast-MR är bl a mätning av pulsvågshastighet [34], ett mått som korrelerar till kardiovaskulär risk [35], och uppskattning av tryckskillnader i såväl aorta som hjärtats hålrum [36]. Realtidsapplikationer, baserade på snabb mätning av MR-signalen, visar blodflöden med hjälp av färgkodade bilder i analogi med färgdoppler [37].

Framtida tillämpningar
Moderna magnetkameror ger förbättrade möjligheter till såväl konventionell 2D-flödesmätning som 4D-flödesmätningar. Den stora datamängden som genereras i 4D-insamlingen kräver fortsatt utveckling av verktyg som förenklar analysen.
Vid utveckling av industriella flödessystem anstränger man sig för att undvika turbulens, eftersom turbulens ger stora tryckfall och skador på ledningarna. I hjärt–kärlsystemet är det turbulens som orsakar det stora tryckfallet över en stenos. En nyligen introducerad vidareutveckling av faskontrast-MR gör det möjligt att mäta graden av turbulens i blodflöde [38]. Vid användning av metoden på patienter med stenos och insufficiens i klaffar liksom vid förträngning i aorta har turbulens kunnat beskrivas beträffande såväl intensitet som utbredning [39].
4D-analys av flöde och turbulens har stor potential för utvärdering av hjärtklaffar. Metoden skulle kunna appliceras på patienter som genomgår klaffsparande kirurgi, t ex mitralplastik, där osäkerheten är stor beträffande bästa teknik och dess effekt på vänsterkammarens inflödesförhållanden (Figur 4). Faskontrast-MR har tidigare visats vara ett värdefullt verktyg för bedömning av flödet genom klaffproteser [40]. Vid aortaklaffkirurgi finns klara indikationer på att orienteringen av mekaniska protesers öppning påverkar hemodynamiken [41, 42]. Regress av vänsterkammarhypertrofi efter aortaklaffkirurgi är klart korrelerad till aortaklaffprotesens hemodynamiska profil [43]. Den nya tekniken för turbulensmätning kan komma att tillföra ytterligare en dimension i bedömningen av både nativa klaffar och klaffproteser.
Analys av flödesmönstret i aorta kan få många tillämpningsområden. Virvelbildning i sinus Valsalvae har antagits vara betydelsefullt både för aortaklaffens slutning, för inflödet i kranskärlen [44] och möjligen också för klaffens hållbarhet [45]. Vid operationer med vissa kärlproteser elimineras i dag sinus Valsalvae. Om detta har en effekt på dessa patienters långtidsprognos är oklart. Klaffsparande aortakirurgi, som i dag har liten omfattning, kan också dra nytta av bättre flödesanalys [46].
Med 4D-faskontrast-MR ses stora skillnader i flödesmönstret mellan patienter med hjärtsvikt och friska försökspersoner [26]. Blodflödesanalys hos denna patientgrupp skulle kun­na bidra till tidigare diagnos, förbättrad uppföljning av behandlingssvar och ge underlag för prognostisk värdering.
MR har av säkerhetsskäl vissa begränsningar och kan i dag inte användas till att t ex undersöka patienter med pacemaker och interna defibrillatorer. Dock pågår ett utvecklingsarbete av MR-säkra pacemaker. Man brukar inte kunna mäta blodflödets hastighet inuti stentar och i metallinnehållande mekaniska klaffproteser. Metall i kroppen är däremot oftast inte något hinder för MR, eftersom man sällan använder ferromagnetiska material i t ex höftproteser.
En viktig sak att beakta är att magnetkameror kan ha tillverkarspecifika svårigheter med flödeskvantifiering. Det är därför viktigt att validera flödesmätningarna i varje individuell magnetkamera, också efter uppgraderingar av hård- och mjukvara, före användning i klinisk diagnostik.
Teknikutvecklingen ger oss ständigt nya verktyg inom området kardiell avbildning. Tidsupplöst 2D-faskontrast-MR har nu uppnått en sådan mognadsgrad att behandlande läkare kan få värdefull information av såväl kvantitativ som kvalitativ art vid ett flertal kardiovaskulära sjukdomstillstånd. Det är också en värdefull metod i kliniska prövningar, där flödesbestämning med faskontrast-MR ger viktig tilläggsinformation. 4D-flödesmätningar ger en detaljerad kvantitativ beskrivning av blodflödet genom tid och rum och används i dag som forskningsverktyg för att analysera blodflöde både i friska hjärtan och vid kardiovaskulär sjukdom.
*
Potentiella bindningar eller jävsförhållanden: Inga uppgivna.

Fakta 1. Faskontrast-MR

Varje proton besitter ett litet magnetiskt moment, också kallat spinn, som kan ha godtycklig riktning, dvs den uppför sig som en liten magnet. När den befinner sig i ett magnetfält varierar detta moment med en vinkelhastighet som är proportionell mot magnetfältsstyrkan.

Riktningen hos det magnetiska momentet kan mätas och representeras i den uppmätta komplexa bildens fas. Genom att applicera ett magnetfält som varierar över kroppen kan man få olika protoners magnetiska moment att vrida sig olika fort beroende på var protonen befinner sig.

Genom att därefter, under en kort tidsperiod, invertera riktningen på det varierande magnetfältet kan man återställa varje stillastående protons fas.

Nettoeffekten för en stillastående proton blir alltså 0 (noll), medan den proton som rört sig under den korta tidsperioden (i storleksordningen 1 millisekund) kommer att ha en fas som är proportionell mot dess hastighet [11].

Fakta 2. Indikationer

Indikationer för flödesmätning och morfologisk bedömning med faskontrast-MR

• Kvantifiering av klaffläckage i hjärtat
• Initial utvärdering och uppföljning av vuxna med medfödd hjärtsjukdom, inklusive kvantifiering av flöden vid shuntar och klaffläckage
• Diagnos och uppföljning av torakala aortaaneurysm inklusive Marfans syndrom
• Diagnos och uppföljning av kronisk aortadissektion
• Bedömning av lungartärens anatomi och flöde
• Bedömning av njurartärer
• Bedömning av iliakala och femorala artärer samt underbenets artärer
• Bedömning av ursprung för de stora torakala kärlen
• Bedömning av karotisartärerna på halsen
• Bedömning av lungvens­anatomi





Figur 1. Patient med aortainsufficiens. Överst avgränsning av flödesarean, konturen inritad för aorta ascendens (röd) och arteria pulmonalis (grön). I mitten volymflödeskurvan och underst sammanställning med slagvolym och läckagefraktion.



Figur 2. Intrakardiellt blodflöde hos frisk, frivillig person visualiserat med partikelspår, sett i apikal längsaxelvy. Blått betecknar höger hjärthalva, rött vänster hjärthalva.



Figur 3. Flödet i aorta i systole visat med strömlinjer. Högsta hastigheter centralt och lägre hastigheter längs väggarna.



Figur 4. Flödesriktning, flödeshastighet och turbulens i vänster hjärthalva hos patient med mitralinsufficiens på grund av prolaps av det bak­re mitralseglet. Två tidsfaser illustreras: mittsystole överst, slutsystole nederst. Till vänster ses vektorpilar som visar blodflödets hastighet och riktning i slutet av systole, med en tydlig virvel i det vänstra förmaket. Till höger ses förekomst av turbulens (gult) i området kring läckagestrålen. Färgskalan till höger visar tur­bu­lens­intensitet. HF: höger förmak; HK: höger kammare; VF: vänster förmak; VK: vänster kammare.