Il presente protocollo utilizza la tecnologia di imaging a macchie di sangue derivata dall'ecocardiografia per visualizzare l'emodinamica intracardiaca nei neonati. Viene esplorata l'utilità clinica di questa tecnologia, viene effettuato l'accesso al corpo rotazionale del fluido all'interno del ventricolo sinistro (noto come vortice) e viene determinato il suo significato nella comprensione della diastologia.
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Articolo metodologico
Valutazione dei vortici intracardiaci con imaging a macchie di sangue derivato da ecocardiografia ad alto frame rate nei neonati
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Sommario
Abstract
Il ventricolo sinistro (LV) ha un modello unico di riempimento emodinamico. Durante la diastole, si forma un corpo rotazionale o un anello di fluido noto come vortice a causa della geometria chirale del cuore. È stato riferito che un vortice ha un ruolo nella conservazione dell'energia cinetica del flusso sanguigno che entra nel ventricolo sinistro. Studi recenti hanno dimostrato che i vortici ventricolari sinistro possono avere un valore prognostico nel descrivere la funzione diastolica a riposo nelle popolazioni neonatali, pediatriche e adulte e possono aiutare con un intervento subclinico precoce. Tuttavia, la visualizzazione e la caratterizzazione del vortice rimangono minimamente esplorate. Un certo numero di modalità di imaging sono state utilizzate per visualizzare e descrivere i modelli di flusso sanguigno intracardiaco e gli anelli di vortice. In questo articolo, una tecnica nota come imaging a macchie di sangue (BSI) è di particolare interesse. Il BSI è derivato dall'ecocardiografia color Doppler ad alta frequenza di fotogrammi e offre diversi vantaggi rispetto ad altre modalità. Vale a dire, BSI è uno strumento economico e non invasivo da letto che non si basa su agenti di contrasto o ipotesi matematiche estese. Questo lavoro presenta un'applicazione dettagliata passo dopo passo della metodologia BSI utilizzata nel nostro laboratorio. L'utilità clinica del BSI è ancora nelle sue fasi iniziali, ma si è dimostrata promettente all'interno delle popolazioni pediatriche e neonatali per descrivere la funzione diastolica nei cuori sovraccarichi di volume. Un obiettivo secondario di questo studio è quindi quello di discutere il lavoro clinico recente e futuro con questa tecnologia di imaging.
Introduzione
I modelli di flusso sanguigno intracardiaco svolgono un ruolo chiave nello sviluppo cardiaco, a partire dalla morfogenesi fetale e continuando per tutta la durata della vita1. Lo stress da taglio emodinamico svolge un ruolo fondamentale nella stimolazione della crescita e dell'architettura della camera cardiaca attraverso l'attivazione di geni specifici 2,3. Ciò si verifica sia nella fase intrauterina che nelle prime fasi della vita, evidenziando così l'importanza dell'influenza emodinamica sullo sviluppo cardiaco precoce e sul carry-over nell'età adulta3.
Le leggi della fluidodinamica affermano che il sangue che passa lungo la parete di un vaso si muove più lentamente quando è più vicino alla parete e più velocemente quando si trova al centro di un vaso, dove la resistenza è inferiore. Questo fenomeno può essere dimostrato in qualsiasi vaso di grandi dimensioni con Doppler a onde di impulso come tipico inviluppo integrale del tempo di velocitàDoppler 4. Quando il sangue entra in una cavità più grande come il cuore, il sangue più lontano dalla superficie endocardica continua ad aumentare la sua velocità rispetto al sangue più vicino a quella superficie e crea un corpo di fluido rotazionale, noto come vortice. Una volta creati, i vortici sono strutture di flusso autopropulsive che in genere attirano il fluido circostante tramite gradienti di pressione negativa. Pertanto, un vortice può spostare un volume di sangue maggiore rispetto a un equivalente getto rettilineo di fluido, promuovendo una maggiore efficienza cardiaca 4,5.
La letteratura suggerisce che lo scopo evolutivo dei vortici è quello di conservare l'energia cinetica, minimizzare lo sforzo di taglio e massimizzare l'efficienza del flusso 4,5,6. In particolare per il cuore, questo include l'immagazzinamento dell'energia emodinamica in un movimento rotatorio, la facilitazione della chiusura della valvola e la propagazione del flusso sanguigno verso il tratto di deflusso, come si vede nella Figura 1. Sono attesi modelli alterati di flusso sanguigno intracardiaco in situazioni patologiche come stati di sovraccarico di volume e nei casi con valvole artificiali 7,8. Quindi, qui risiede il vero potenziale diagnostico dei vortici come predittori precoci di esiti cardiovascolari negli adulti.
L'emodinamica intracardiaca ha guadagnato un crescente interesse in letteratura sia nella popolazione adulta che in quella pediatrica. Sono disponibili diverse modalità per la valutazione qualitativa e quantitativa dell'emodinamica intracardiaca e sono state ampiamente riassunte in una recente revisione, con particolare enfasi sul vortice intracardiaco9. Una modalità molto promettente è l'imaging a speckle di sangue derivato dall'ecocardiografia (BSI), che offre la possibilità di misurare in modo non invasivo una serie di caratteristiche qualitative e quantitative del vortice, descritte di seguito, a un costo relativamente basso e con un'eccellente riproducibilità10. BSI è attualmente disponibile in commercio utilizzando un ecografo cardiaco di fascia alta con una sonda S12 o S6 MHz. Le caratteristiche di tracciamento delle macchie sono analoghe a quelle utilizzate nel tracciamento delle macchie tissutali per studiare la deformazione miocardica 11,12,13. Poiché i globuli rossi tendono a muoversi più velocemente e con una frequenza Doppler più elevata rispetto al tessuto circostante, i due segnali possono essere separati applicando un filtro temporale. BSI utilizza un algoritmo best-match per quantificare direttamente il movimento delle macchioline di sangue senza l'utilizzo di mezzi di contrasto. Le misurazioni della velocità del sangue possono essere visualizzate come frecce, linee di flusso o linee di percorso con o senza immagini Doppler a colori sottostanti e possono evidenziare aree di flusso complesso10.
Il BSI ha dimostrato di avere una buona fattibilità e accuratezza per quantificare i modelli di flusso sanguigno intracardiaco, con un'eccellente validità rispetto a uno strumento fantasma di riferimento e al Doppler pulsato 7,10,11. Pur essendo ancora molto innovativo, il BSI è uno strumento clinico promettente per la diagnosi precoce di varie fisiopatologie cardiache. L'applicazione clinica dell'imaging a vortice si è dimostrata promettente nei neonati. In particolare, il comportamento di un vortice nel ventricolo sinistro (LV) può avere implicazioni a lungo termine sul rimodellamento cardiaco e sulla predisposizione all'insufficienza cardiaca.
Il meccanismo che lega i vortici al rimodellamento ventricolare sinistro è ancora relativamente inesplorato, ma è stato recentemente studiato nel nostro laboratorio ed è oggetto di lavori in corso11. Questo articolo metodologico ha lo scopo di descrivere l'uso del BSI nell'esplorazione dei vortici intracardiaci e discutere gli usi pratici e clinici dei vortici nella valutazione della funzione diastolica in varie popolazioni. Un obiettivo secondario è quello di discutere la rilevanza clinica del BSI e presentare alcuni dei lavori precedentemente eseguiti nei neonati.
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Protocollo
Tutte le procedure eseguite negli studi che hanno coinvolto partecipanti umani erano conformi agli standard etici del comitato di ricerca istituzionale e/o nazionale e alla Dichiarazione di Helsinki del 1964 e ai suoi successivi emendamenti o a standard etici comparabili. Il consenso informato è stato ottenuto dalle famiglie di tutti i singoli partecipanti inclusi nello studio. Tutte le immagini e i video clip sono stati resi anonimi in seguito all'acquisizione.
1. Preparazione del paziente
- Posizionare l'ecografo adiacente al lettino del paziente e collegare un elettrocardiogramma a tre derivazioni (vedi Tabella dei materiali).
- Inserire il codice paziente e i dettagli rilevanti, come la lunghezza e il peso corporeo, ed eseguire l'ecocardiogramma secondo gli standard precedentemente descritti12.
2. Acquisizione delle immagini
- Specificamente per BSI, ottenere una visione superficiale del LV nella vista apicale a quattro camere con una larghezza di settore ridotta, consentendo un frame rate di acquisizione compreso tra 400-600 Hz.
- Aprire una casella colorata sulla cavità ventricolare sinistra, restringere al massimo per includere solo la regione dalla valvola mitrale all'apice endocardico e dal bordo endocardico settale al bordo endocardico della parete laterale.
- Aumentate il guadagno di colore fino al punto di macchioline e riducetelo leggermente. Impostare il limite della scala di velocità color Doppler sulla velocità diastolica appropriata (20-30 cm/s nei neonati pretermine) per riempire al massimo la casella dei colori con l'afflusso diastolico che si muove più lentamente.
- Sul pannello di controllo touchscreen dell'apparecchiatura (vedere la tabella dei materiali), toccare la modalità BSI per visualizzare le direzioni del flusso intracardiaco e i vortici in formato colore RAW. Regolare la posizione e le dimensioni della casella BSI per includere la regione di flusso di interesse e registrare almeno due cicli cardiaci.
- Ripetere la procedura nella vista apicale dell'asse lungo del ventricolo sinistro o in altre viste in cui è richiesta una valutazione emodinamica intracardiaca (Figura 2 e Figura 3).
3. Analisi delle immagini
NOTA: Le tecniche di analisi delle immagini per il vortice LV sono state brevemente descritte in precedenti lavori del nostro laboratorio11. Il protocollo utilizzato per la valutazione dei vortici intracardiaci è il seguente (Figura 3 e Figura 4).
- Salva due cicli cardiaci di ciascun paziente su supporti esterni nel loro formato DICOM RAW e trasferiscili a una stazione di laboratorio con un software di elaborazione delle immagini (vedi Tabella dei materiali) installato per analisi offline dettagliate.
- Una volta offline, identifica il vortice più prominente o principale.
NOTA: Il vortice principale è visualizzato come una struttura allungata, di forma ovale, rotante in senso antiorario, situata nel quadrante superiore sinistro del ventricolo sinistro vicino al setto, con l'area del vortice massimo riscontrata nella diastole tardiva (durante l'onda A trasmissiva) nei neonati pretermine (Video 1). Il vortice principale si trova solitamente durante l'onda E trasmissiva per neonati e bambini più grandi. - Registrare il numero di vortici indipendenti e completi di forma ovale che si formano durante il ciclo cardiaco per ogni clip.
- Misura la posizione del vortice principale rispetto ai punti di riferimento noti all'interno del LV. Per determinare la profondità del vortice, utilizzando lo strumento di "misurazione della distanza" sul software di analisi, misurare la distanza verticale dall'occhio del vortice al centro dell'anulus della valvola mitrale. Per la posizione trasversale del vortice, misurare la distanza orizzontale dall'occhio del vortice al bordo endocardico del setto interventricolare.
- Misurare le distanze verticali e orizzontali da bordo a bordo del vortice principale rispetto alla lunghezza e alla larghezza del ventrito sinistro per ottenere la forma del vortice.
NOTA: Ciò consente anche di stimare l'indice di sfericità del vortice come lunghezza divisa per larghezza. - Utilizzando lo strumento di "misurazione del tracciamento" sul software di analisi, fare clic e tracciare l'anello del vortice più esterno nel punto in cui il vortice principale è più prominente per determinare l'area del vortice principale.
- Per valutare il tempo di formazione del vortice di picco (PVFT), registrare il frame cardiaco quando il vortice appare per la prima volta (anelli circolari delineati) nel frame cardiaco in cui il vortice principale è più prominente e calcolare il numero di frame rispetto al numero totale di frame in un ciclo cardiaco per il paziente.
- Per valutare la durata del vortice, misurare i fotogrammi da cui il vortice appare per la prima volta quando il vortice perde la sua formazione ad anello circolare. La durata del vortice viene quindi calcolata come il numero di frame rispetto al numero totale di frame di quel paziente in un ciclo cardiaco (Figura 5).
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Risultati
L'acquisizione di clip a vortice è paragonabile alla metodologia standard universalmente impiegata per ottenere clip color Doppler. Studi pionieristici sugli adulti hanno descritto i vortici utilizzando le viste apicali a due, tre e quattro camere14. Il vortice LV è una struttura ad anello che si muove dalla base all'apice. BSI visualizza il diametro interno dell'anello (Figura 2). Un anello di vortice di solito non ha una forma simmetrica, quindi piani di imaging alt...
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Discussione
L'importanza di visualizzare e comprendere il vortice intracardiaco
Ci sono molte possibili applicazioni cliniche dell'imaging a vortice derivato dall'ecocardiografia ad alto frame rate. La loro capacità di fornire preziose informazioni sulle dinamiche del flusso intracardiaco è stata oggetto di studi recenti16. Inoltre, l'imaging a vortice può consentire di rilevare cambiamenti pre-sintomatici nell'architettura e nella funzione del ventricolo sinistro nei neonati, che possono ...
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno divulgazioni o conflitti di interesse da dichiarare.
Ringraziamenti
Desideriamo ringraziare il reparto di terapia intensiva neonatale del John Hunter Hospital per aver permesso il nostro lavoro in corso, insieme ai genitori dei nostri piccolissimi e preziosi partecipanti.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Tomtec Imaging Systems GmbH | Phillips | GmbH Corporation | Strumento di elaborazione delle immagini ecografiche offline, utilizzato per il calcolo di tutte le misurazioni del vortice |
| Vivid E95 | General Electrics | NA | Dispositivo a ultrasuoni cardiaco utilizzato per acquisire l'imaging delle macchie di sangue derivato dall'ecocardiografia |
Riferimenti
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Ristampe e permessi
Errata corrige
Formal Correction: Erratum: Assessing Intracardiac Vortices with High Frame-Rate Echocardiography-Derived Blood Speckle Imaging in Newborns
Posted by JoVE Editors on 2/22/2024. Citeable Link.
An erratum was issued for: Assessing Intracardiac Vortices with High Frame-Rate Echocardiography-Derived Blood Speckle Imaging in Newborns. The Authors section was updated. The affiliation for author Damien Vitiello has been updated to: Institute of Sport and Health Sciences of Paris (IS3P - URP 3625), Université Paris Cité
