Risonanza Magnetica Derivato valutazione di deformazione miocardica Utilizzo del rilevamento delle caratteristiche
12 febbraio 2011
Un metodo pratico e preciso per misurare i parametri ceppo nel tessuto miocardico è di grande valore clinico, poiché è stato dimostrato, che il ceppo è un marker più sensibile e precedenti per la disfunzione contrattile rispetto al parametro di uso frequente EF.
Il concetto di deformazione (strain) rappresenta la deformazione di un oggetto normalizzata rispetto alla sua forma originale, ed è fondamentale per la valutazione della funzione ventricolare. Questo video illustra una nuova tecnica di tracciamento delle caratteristiche (feature tracking) per la valutazione della deformazione circonferenziale mediante sequenze cine standard. In primo luogo, viene acquisita una sequenza standard di risonanza magnetica cardiaca in asse corto.
La sequenza di risonanza magnetica cardiaca Short access Sydney viene quindi scaricata nel software di feature tracking, e viene creato un pacchetto di dati per l'analisi della deformazione. Dopo aver tracciato un bordo endocardico iniziale nella fase di fine diastole, il software di feature tracking seguirà automaticamente lo spostamento di singoli modelli rappresentanti le strutture anatomiche durante l'intero ciclo cardiaco. Infine, il tracciamento viene analizzato per la valutazione della deformazione circonferenziale.
È possibile ricavare valori assoluti e regionali di velocità, spostamento e deformazione. Il principale vantaggio della tecnica di tracciamento delle caratteristiche rispetto ai metodi esistenti è che l'analisi della deformazione circonferenziale può essere eseguita senza acquisizioni aggiuntive, è semplice da utilizzare e mostra una buona correlazione con il software attualmente disponibile per l'imaging con marcatori. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere completata in pochi minuti, anche se il metodo di analisi qui presentato riguarda singole sezioni assiali brevi.
A un livello intermedio, ha la capacità di effettuare una valutazione completa del ventricolo. Questo si ottiene utilizzando anche sezioni alla base e all'apice, oltre a tagli in asse lungo per misurare la deformazione longitudinale. Il primo passo della procedura consiste nell'acquisire una sequenza standard di risonanza magnetica cardiaca in asse corto, utilizzando una macchina per risonanza magnetica standard dotata di software cardiaco.
Questa è una parte di un protocollo standard e non è necessaria alcuna procedura aggiuntiva di marcatura, che richiederebbe tempo. La sequenza standard di acquisizione breve è archiviata offline e le immagini possono essere importate nel software di tracciamento delle caratteristiche per l'analisi della deformazione circonferenziale. Vediamo ora come importare e selezionare i dati.
La sequenza standard di cini ad accesso breve viene importata nel database del paziente del software di rilevamento delle caratteristiche da una workstation offline o da un'unità di rete. Una volta che la sequenza di cini ad accesso breve è disponibile nel database del paziente, viene creato un pacchetto di dati utilizzando un compositore di pacchetti per l'analisi della deformazione. Il compositore di pacchetti consente la selezione di una specifica fetta in asse corto dalla sequenza o dallo stack in asse corto presente nel database del paziente.
Questo verrà salvato e archiviato nel database del paziente per l'analisi della deformazione. In questo caso, si sceglie la sezione trasversale al livello medio del ventricolo, corrispondente al muscolo papillare, per l'analisi della deformazione circonferenziale. Ora vediamo come analizzare i dati.
La sezione assiale corta selezionata viene importata nel software di analisi di tracciamento delle caratteristiche, e il contrasto dell'immagine può essere regolato secondo necessità. Avviare l'analisi tracciando inizialmente il bordo endocardico nella fase di fine diastole, quando le camere presentano la massima dimensione; il tracciamento può essere corretto o modificato se necessario. Prima di avviare il tracciamento, assicurarsi che il tracciamento iniziale sia posizionato correttamente all'interfaccia tra cavità e tessuto; con la pressione di un pulsante, avviare la procedura di tracciamento completamente automatica.
I singoli punti che compongono la prima traccia vengono seguiti nel tempo cercando le stesse caratteristiche che si trovano approssimativamente in un punto del loro intorno nei fotogrammi successivi. Le caratteristiche tracciate possono essere il confine del tessuto della cavità o elementi anatomici distinti lungo il tessuto. Vengono individuate mediante metodi di massima verosimiglianza in due regioni di interesse tra due fotogrammi.
L'analisi del tracciamento delle caratteristiche sull'asse corto fornisce dati relativi alla velocità, allo spostamento e alla deformazione (strain) nelle direzioni radiale e circonferenziale. Al momento, solo lo strain circonferenziale è stato validato e mostra un'elevata correlazione con i software attualmente disponibili per l'analisi delle immagini con marcatori. Lo strain circonferenziale dell'asse corto può essere presentato in modo segmentario in base al modello a 16 o 17 segmenti della Società Americana di Ecocardiografia, oppure come valore medio di tutti i segmenti, rappresentando così lo strain circonferenziale globale medio del ventricolo sinistro.
I risultati della deformazione circonferenziale possono quindi essere esportati in un file di testo per ulteriori analisi. Questa tecnica di rilevamento delle caratteristiche mostra una buona correlazione con la valutazione della fase armonica delle immagini marcate in una vasta popolazione di pazienti affetti da distrofia muscolare di Duchenne, con un ampio spettro di disfunzione cardiaca. Vediamo ora la validazione della tecnica mediante un fantoccio.
È stata preparata una serie di loop artificiali generati al computer per consentire la verifica della procedura di analisi delle immagini in condizioni semplici e perfettamente controllate a tale scopo. Viene realizzato un fantoccio in proiezione dell'asse corto di un ventricolo sinistro ideale. Il metodo di tracciamento è stato testato con fantocci che variavano per risoluzione spaziale, frequenza di acquisizione dei fotogrammi e tipo di movimento epicardico.
Inoltre, è stato variato il numero di punti utilizzati per la tracciatura iniziale e l'effetto è stato verificato in tutti i casi. Gli errori erano molto piccoli per le grandezze integrali, raggio e deformazione, e leggermente maggiori per le grandezze differenziali, velocità e velocità di deformazione. Questo era previsto poiché l'operatore derivata amplifica gli errori.
La qualità dei risultati peggiora con una risoluzione spaziale ridotta, diventando molto bassa. Tuttavia, la risoluzione temporale non influisce significativamente sui risultati fintanto che viene mantenuta molto alta una frequenza minima di circa 25 fotogrammi al secondo. Le velocità di acquisizione dei fotogrammi non migliorano i risultati poiché lo spostamento da un fotogramma all'altro diventa inferiore alla dimensione del pixel.
Pertanto, un aumento della frequenza dei fotogrammi ha una scarsa o nulla utilità se non è accompagnato da un aumento della risoluzione spaziale. Ora mostreremo alcuni casi clinici rappresentativi e risultati: la differenza di deformazione tra un soggetto controllo, un paziente giovane con DMD e frazione di eiezione normale, pazienti anziani con DMD e frazione di eiezione normale, un paziente con DMD e frazione di eiezione alterata, e un paziente con DMD in fase terminale di insufficienza cardiaca. Si noti la differenza globale della deformazione circonferenziale tra i soggetti controllo e i pazienti con DMD in diverse fasi della malattia.
Il tracciamento delle caratteristiche della deformazione circonferenziale del ventricolo sinistro non solo mostra un'elevata correlazione con la valutazione della deformazione mediante immagini marcate, ma è stato anche in grado di definire stratificazioni ST simili a quelle ottenute con l'analisi armonica di fase della sequenza di immagini marcate. L'analisi della deformazione circonferenziale mediante il metodo di tracciamento delle caratteristiche potrebbe contribuire a rispondere a domande fondamentali nel campo dello scompenso cardiaco, rilevando disfunzioni cardiache prima del calo della frazione di eiezione, sia nelle malattie acquisite che congenite. Ciò potrebbe consentire interventi precoci e la valutazione dell'efficacia terapeutica.
Un problema nella quantificazione cardiaca è sempre stato il fatto che diverse modalità di imaging utilizzano tecniche di misurazione differenti e i risultati sono difficili da confrontare. La tecnologia qui presentata non è applicabile soltanto alla risonanza magnetica cardiaca, ma anche ad altre fonti di imaging come l'ultrasonografia, rappresentando quindi un notevole passo avanti verso la comparabilità tra diverse modalità di imaging.
Panoramica
Questo articolo presenta una nuova tecnica di tracciamento delle caratteristiche per la valutazione della deformazione circonferenziale nel tessuto miocardico mediante sequenze cine MRI cardiaca standard. Il metodo offre un approccio pratico per misurare la deformazione, che rappresenta un marcatore sensibile della disfunzione contrattile.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Imaging cardiaco
- Analisi della deformazione miocardica
- Tecniche di tracciamento delle caratteristiche
Sfondo
- La deformazione è un parametro fondamentale per valutare la funzione ventricolare.
- I metodi tradizionali richiedono spesso tecniche di imaging aggiuntive.
- Il tracciamento delle caratteristiche offre un'alternativa più semplice ed efficiente.
- Una misurazione accurata della deformazione è essenziale per le valutazioni cliniche della funzione cardiaca.
Scopo dello studio
- Dimostrare un nuovo metodo per la valutazione della deformazione circonferenziale.
- Convalidare la tecnica di rilevamento delle caratteristiche rispetto ai metodi esistenti.
- Facilitare valutazioni cardiache più rapide e accurate.
Metodi Utilizzati
- Acquisizione di sequenze standard di risonanza magnetica cardiaca con accesso breve.
- Utilizzo di un software di rilevamento delle caratteristiche per l'analisi della deformazione.
- Tracciamento automatico delle strutture anatomiche durante tutto il ciclo cardiaco.
- Validazione della tecnica mediante l'uso di fantocci artificiali.
Risultati principali
- La tecnica di feature tracking si correla bene con il software esistente per l'imaging marcato.
- L'analisi della deformazione può essere eseguita senza imaging aggiuntivo.
- I risultati mostrano un'elevata accuratezza nella misurazione della deformazione circonferenziale.
- I casi clinici dimostrano differenze significative nella deformazione tra diversi gruppi di pazienti.
Conclusioni
- La tecnica di feature tracking è un metodo affidabile per valutare la deformazione miocardica.
- Semplifica il processo di analisi della deformazione in ambito clinico.
- Questo metodo ha il potenziale di migliorare la valutazione della disfunzione cardiaca.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
La valutazione quantitativa della deformazione miocardica mediante tracciamento delle caratteristiche nella risonanza magnetica cardiaca consente un rilevamento più precoce e sensibile della disfunzione contrattile rispetto alla frazione di eiezione da sola. Questo metodo robusto ed efficiente in termini di tempo supporta la ricerca traslazionale e la selezione di portafogli fornendo biomarcatori funzionali riproducibili e indipendenti dalla modalità di imaging. La sua automazione e compatibilità con i flussi di lavoro di imaging standard facilitano un'integrazione scalabile nei percorsi di scoperta e preclinici.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Consente una quantificazione oggettiva della deformazione miocardica per la validazione di bersagli funzionali.
- Supporta la riduzione del rischio meccanicistico distinguendo lievi variazioni contrattili prima del manifestarsi di una disfunzione evidente.
- Facilita una previsione affidabile nei modelli di sicurezza e di efficacia cardiaca.
Sviluppo di screening e saggi
- Prepara letture di imaging cardiaco validate per lo screening di composti successivi.
- Standardizza la misurazione della deformazione tra studi, migliorando la riproducibilità e il confronto tra saggi.
- Consente l'estrazione rapida e automatizzata di parametri quantitativi per flussi di lavoro di screening scalabili.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea i biomarcatori di imaging a endpoint cardiaci rilevanti per la malattia, garantendo continuità traslazionale.
- Permette un avanzamento corretto per il rischio fornendo misure sensibili e quantitative della funzione cardiaca.
- Facilita il confronto tra diverse modalità diagnostiche, migliorando l'integrazione dei dati dalla fase preclinica a quella clinica.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
L'analisi della deformazione basata sul rilevamento delle caratteristiche è applicabile dalla fase iniziale di scoperta fino alla validazione preclinica, sostenendo la verifica delle ipotesi, la riduzione del rischio meccanicistico e lo sviluppo di biomarcatori traslazionali.
- Biologia della scoperta: Fornisce metriche quantitative e riproducibili delle deformazioni per studi cardiaci basati su ipotesi.
- Screening: Offre letture standardizzate e automatizzate per la valutazione di composti e il profilo di sicurezza.
- Analisi: Produce dati su velocità, spostamento e deformazione per confronti statistici solidi tra diverse condizioni.
- Ricerca traslazionale: Collega gli endpoint di imaging preclinici e clinici, sostenendo la continuità dei biomarcatori.
- Riutilizzo aziendale: Adattabile a diverse modalità di imaging, consentendo applicazioni su un'ampia gamma di portafogli.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità meccanicistica nei modelli cardiaci.
- Valore operativo: Ottimizza l'analisi mediante automazione, riducendo i tempi e la variabilità manuale.
- Valore strategico: Migliora le decisioni di avanzamento o interruzione dello sviluppo e l'allocazione del capitale fornendo endpoint quantitativi sensibili.
- Impatto sul portafoglio: Permette una priorizzazione adeguata al rischio e la confrontabilità tra studi per le risorse cardiache.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche nell'imaging cardiaco e nell'analisi quantitativa.
- Necessita dell'accesso a strumentazione per risonanza magnetica e a software compatibili per il rilevamento delle caratteristiche.
- Richiede una standardizzazione condivisa tra i gruppi di lavoro per i protocolli di imaging e i parametri di analisi.
- Adattabile a diversi sistemi modello e modalità di imaging previa adeguata validazione.
- Dipende da una risoluzione spaziale sufficiente per un'accuratezza ottimale; la risoluzione temporale è meno critica al di sopra della soglia.
