Algoritmo multiparamétrico para quantificação do tecido adiposo epicárdico em pacientes com cardiopatia não isquêmica

Summary

Aqui, apresentamos um protocolo para quantificar o tecido adiposo epicárdico usando TC sem contraste, fornecendo uma alternativa rápida, econômica e sem contraste à ressonância magnética cardíaca para aplicações clínicas e de pesquisa.

Abstract

O tecido adiposo epicárdico (TAE), um órgão endócrino e parácrino ativo, contribui para a patogênese cardiovascular. Embora a ressonância magnética cardíaca (RMC) seja o padrão de referência para quantificar o volume de TAE (EATV), sua utilidade clínica é limitada. A TC de tórax sem contraste (TCNC), amplamente utilizada em radiologia, oferece uma alternativa potencial. Embora a angiotomografia coronariana (ATC) melhore o delineamento da borda miocárdica do TAE, seu uso é restrito pelos riscos de alergia ao contraste e aumento da exposição à radiação. Este estudo investiga a viabilidade do NCCT para avaliação do EATV em comparação com a RMC. Foram incluídos 120 pacientes com cardiopatias não isquêmicas submetidos a TCNC e RMC durante uma única internação. A EATV foi medida usando análise volumétrica baseada em CMR e segmentação de limiar em escala de cinza baseada em NCCT. A espessura do TAE foi quantificada em seis sítios anatômicos (sulcos atrioventriculares esquerdo/direito, sulcos interventriculares anterior/posterior/superior e parede livre do ventrículo direito) em ambas as modalidades. A análise estatística comparou as medidas de volume e espessura. O EATV derivado da segmentação do limiar da TCNC não apresentou diferença significativa em relação à volumetria de RMC (P > 0,05). Da mesma forma, as medições de espessura do EAT em todos os seis locais não demonstraram diferenças significativas entre NCCT e CMR (todos P > 0,05). A segmentação de limiar em escala de cinza baseada em NCCT fornece medições EATV comparáveis ao padrão de referência CMR. Isso valida o NCCT como uma alternativa rápida, econômica e clinicamente viável para a quantificação precisa do EAT.

Introduction

Os sintomas e sinais em pacientes com cardiopatia não isquêmica são diversos e frequentemente diagnosticados erroneamente como condições não cardíacas. Entre os pacientes submetidos a angiografia invasiva por suspeita de isquemia, uma proporção substancial (até 70%) não apresenta doença arterial coronariana obstrutiva. Muitos desses pacientes apresentam sintomas consistentes com apresentações isquêmicas, apesar da ausência de estenose significativa, enquadrando-se em um espectro mais amplo de cardiopatia não isquêmica¹. No estudo Women's Ischemia Syndrome Evaluation-Coronary Vascular Dysfunction (WISE), que envolveu 883 pacientes do sexo feminino, aproximadamente dois terços (62%) não apresentavam estenose obstrutiva significativa². Além disso, os pacientes com doença arterial coronariana não obstrutiva tendem a ser mais jovens do que aqueles com doença obstrutiva. Em comparação com indivíduos assintomáticos, esses pacientes estão associados a taxas aumentadas de eventos cardiovasculares, hospitalizações recorrentes, qualidade de vida prejudicada e custos elevados de saúde³.

O tecido adiposo epicárdico (TAE), um depósito ativo de gordura com funções endócrinas ^4,5, apresenta alterações de volume e espessura que estão intimamente associadas a eventos cardiovasculares, como aterosclerose coronariana e fibrilação atrial ^6,7,8,9. Embora a Ressonância Magnética Cardíaca (RMC), com sua resolução superior de partes moles, seja estabelecida como o padrão-ouro para a medida do TAE, sua aplicação clínica é limitada por longos tempos de exame, alto custo, contraindicação em pacientes com marca-passo cardíaco e baixa tolerância em indivíduos com claustrofobia¹⁰. A pesquisa atual se concentra principalmente na angiografia por tomografia computadorizada de coronárias (ATC)¹¹. Embora seu aprimoramento vascular facilite a distinção entre TAE e miocárdio, a ATC apresenta riscos, incluindo alergia a agentes de contraste, aumento da dose de radiação e custo mais alto, resultando em aplicabilidade limitada em populações gerais de pacientes. Por outro lado, a TC sem contraste (TCNC), a modalidade de TC mais utilizada na prática clínica, oferece várias vantagens distintas: (1) tempo de varredura rápido (minutos) sem a necessidade de agentes de contraste, resultando em baixa dose de radiação e custo relativamente baixo, o que promove uma adoção clínica mais ampla; (2) o TAE típico exibe valores da Unidade Hounsfield (UH) variando de -190 a -30, permitindo análises quantitativas com base na densidade do tecido. Estudos indicam que a densidade do TAE aumenta significativamente durante a Síndrome Coronariana Aguda, demonstrando que a análise quantitativa via HU pode efetivamente diferenciar o tecido adiposo normal do tecido adiposo inflamatório¹². Mais importante, a TC sem contraste de rotina visualiza claramente a interface pericárdica sem a necessidade de agentes de contraste, apresentando uma nova possibilidade para a medição do EAT. Portanto, explorar métodos para quantificar o TAE usando TC sem contraste tem um valor clínico significativo para promover a avaliação precoce do risco cardiovascular.

Este estudo desenvolveu e validou um algoritmo multiparamétrico semiautomatizado para quantificar o TAE a partir de TC sem contraste adquirida rotineiramente. Nossos principais achados demonstram que esse método mede de forma confiável o volume e a atenuação do TAE em pacientes com cardiopatia não isquêmica. Embora existam protocolos de quantificação de TAE para ATC, falta um método dedicado para TC sem contraste. Nossa abordagem aborda diretamente essa lacuna. Ele aproveita as vantagens inerentes do NCCT, ampla disponibilidade e segurança, eliminando a necessidade de injeção de contraste exigida pelos métodos existentes baseados em CCTA. Isso expande significativamente o potencial de avaliação do EAT para populações clínicas e de triagem mais amplas.

Protocol

A aprovação ética para este estudo foi concedida pelo Comitê de Ética da Faculdade de Medicina de Chengdu, com dispensa de consentimento informado. O protocolo do estudo garantiu a adesão aos princípios éticos da Declaração de Helsinque.

1. Seleção de pacientes

1. Use os seguintes critérios de inclusão:
   1. Inclua pacientes com cardiopatia não isquêmica (NIHD).
      NOTA: Cento e vinte (120) pacientes com NIHD, que foram tratados no Primeiro Hospital Afiliado da Faculdade de Medicina de Chengdu entre 2017 e 2024, foram selecionados para este estudo.
   2. Certifique-se de que todos os pacientes tenham sido submetidos a exames NCCT e CMR durante uma única hospitalização.
   3. Certifique-se de que o intervalo entre varreduras < 48 h.
      NOTA: A TIHD foi definida pela presença de sintomas clínicos de isquemia miocárdica e estenose coronariana confirmada de menos de 50% por angiotomografia computadorizada de coronárias (ATC) ou angiografia coronária invasiva. Esta apresentação clínica está alinhada com a definição de Isquemia sem Artérias Coronárias Obstrutivas (INOCA); no entanto, para o propósito deste estudo metodológico focado na quantificação do EAT, usamos o termo mais amplo NIHD para descrever nossa coorte.
2. Excluem pacientes com doença pericárdica, tumores malignos, história de transplante cardíaco ou história de cirurgia cardíaca¹³.

2. Protocolo de imagem NCCT e parâmetros de varredura

1. Configuração do scanner
   1. Realize a calibração semanal do tomógrafo usando um simulador do American College of Radiology (ACR). Mantenha a sala do scanner a uma temperatura ambiente de 22 ± 2 °C e uma umidade relativa de < 65%.
   2. Opere um detector de 320 linhas e 640 fatias equipado com uma cobertura Z de 160 mm.
      NOTA: Os principais parâmetros incluem 120 kVp fixo, 130 mAs, tempo de rotação: 0,5 s/360°, passo: 1,0875.
2. Alcance de varredura
   1. Adquira imagens da fossa supraclavicular até a superfície diafragmática inferior. Alinhe o posicionamento do laser no espaço intervertebral T4/T5.
   2. Defina a faixa de varredura da entrada torácica até 2-3 cm abaixo do ângulo costofrênico e adquira imagens em uma única apneia.
   3. Remova objetos de metal no peito; treine o paciente para uma apneia consistente.
   4. Realize treinamento de apneia usando treinamento guiado por espirômetro (capacidade mínima de 15 s). Para pacientes com DPOC, implemente o desencadeamento respiratório com uma janela de aceitação de ± 2 mm.
3. Parâmetros de aquisição e reconstrução
   1. Execute a varredura usando o modo de varredura em espiral; instrua o paciente a prender a respiração após uma inspiração profunda.
      NOTA: Parâmetros-chave: espessura de corte de 1,0 mm, incremento de corte: 1,0 mm (contíguo), matriz 512 × 512, kernel de tecido mole (kernel de reconstrução de tecido mole corporal b); 350 mm fov, nível da janela (WL) 40 HU e largura da janela (WW) 400 HU.
   2. Obtenha quatro séries de imagens: (1) janela mediastinal de 1,0 mm (WL 40 / WW 400), (2) janela pulmonar de 1,0 mm (WL -500 / WW 1500), (3) janela mediastinal de 5,0 mm (WL 40 / WW 400) e (4) janela pulmonar de 5,0 mm (WL -500 / WW 1500).
   3. Aplicar reconstrução iterativa híbrida em força moderada (40%) usando um kernel de tecido mole padrão; geram reformas multiplanares de 1,0 mm para referência anatômica, com configurações de janela de mediastino (largura 400 UH/nível 40 UH) e pulmão (largura 1600 HU/nível -600 UH).
4. Segurança e notas
   1. Cumpra os padrões chineses de proteção contra radiação WS / T 391-2012 e as diretrizes internacionais¹⁴.
   2. Limite o índice de dose de tomografia computadorizada de volume (CTDIvol) ≤15mGy por ICRP 135. Registre o produto dose-comprimento (DLP) com fator de conversão k = 0,014 mSv·^mGy-1·^cm-1.
   3. Use o navegador respiratório + prompt de voz para reduzir os artefatos de movimento se a apneia for difícil.
      NOTA: Selecionamos a interpolação bilinear por seu equilíbrio ideal entre eficiência computacional e preservação de bordas. Embora reconheça seu potencial para introduzir a média de volume parcial e a suavização da Unidade Hounsfield (HU), esse método foi selecionado porque fornece delineamento de limite superior em comparação com a interpolação do vizinho mais próximo.

3. Protocolo de imagem CMR e parâmetros de varredura

1. Configuração do scanner
   1. Realize o exame usando um scanner de ressonância magnética de 3,0 T equipado com uma bobina cardíaca phased-array, com o paciente em decúbito dorsal.
   2. Configure o sistema de ressonância magnética para realizar a garantia de qualidade pré-varredura: Tolerância de calço≤5 ppb, SNR ≥100 (fantasma), B0homogeneidade ≤0,5 ppm.
2. Protocolo de varredura
   1. Acesse o protocolo de imagem cardíaca navegando pela seguinte sequência de menus no console: Console, Gerenciador de Protocolos, Cardíaco, cardiac_easy Cine_bSSFP.
   2. Adquira vistas de batedor: Transversal: Arco aórtico ao diafragma; Coronal: Tronco pulmonar até o ápice do VE; Sagital: Ventrículo direito à aorta descendente.
3. Configurar o gating de eletrocardiografia (ECG)
   1. Aplique ECG vetorial de 3 derivações com filtragem adaptativa e sincronize o fole respiratório no meio da expiração.
   2. Selecione Gatilho adaptável; defina a Janela de disparo para 15% para acomodação de arritmia.
4. Fases cardíacas, resolução temporal
   1. Adquira 30 fases cardíacas com resolução temporal = 45 ms e com 13 segmentos do espaço k para cobertura de ciclo completo.
      NOTA: Parâmetros-chave: Eixo curto: TR/TE = 2,86/1,31 ms, ângulo de inversão = 60°, largura de banda = 1000 Hz/pixel, tamanho da matriz = 128 × 224, FOV (leitura/fase) = 360/320 mm, espessura do corte = 8 mm, 6-12 cortes (cobertura contígua do eixo curto), controle respiratório = apneia (apneia única = 12-15 s. Quatro câmaras: TR/TE 2,86/1,31 ms, ângulo de inversão 55°, largura de banda 1000 Hz/pixel, matriz 128×224, FOV (leitura/fase) 360/320 mm, espessura da fatia 8 mm, 1-3 fatias, controle respiratório com apneia (apneia única = 10-12 s, mesmos requisitos acima).
5. Implementação de imagens paralelas
   1. Habilite a imagem paralela ARC com fator de aceleração 2; A calibração automática elimina a varredura de referência separada.
      NOTA: Para garantir a segurança do paciente, este estudo aderiu estritamente ao documento de posição da Society for cardiovascular magnetic resonance (SCMR) (2020) sobre indicações clínicas para ressonância magnética cardiovascular¹⁵ e realizou Coil Check e autocalibração antes da varredura.

4. Medição de espessura EAT

1. Reconstrução e medição multiplanar NCCT
   1. Importe séries de janelas mediastinais de 1,0 mm para o módulo de reconstrução multiplanar (MPR). Configure o intervalo de reconstrução em 0,5 mm usando o algoritmo de interpolação bilinear. Sincronize as atualizações dos planos axial, sagital e coronal.
   2. Alinhe com a referência do eixo longo do ventrículo esquerdo (VE). Gire para obter uma visão ortogonal de 4 câmaras (plano de 2 câmaras que se cruza). Gerar pilha perpendicular de eixo curto (espessura do corte: 8 mm, folga: 0 mm) cobrindo o anel mitral até o ápice.
   3. Meça a espessura do TAE nos seguintes seis locais anatômicos: sulco atrioventricular esquerdo (LAVG), sulco atrioventricular direito (RAVG), sulco interventricular anterior (AIVG), sulco interventricular superior (SIVG), sulco interventricular inferior (IIVG) e parede livre do ventrículo direito (RVFW)¹⁶.
   4. Seguindo o protocolo RVFW, obtenha-se três medidas consecutivas em cada sítio anatômico. O valor final registrado para cada local deve ser a média dessas medições triplicadas.
      NOTA: Se o intervalo das três medições exceder 1 mm, recalibre o plano de imagem e repita as medições. O processo geral de medição e o exemplo são mostrados na Figura 1.
2. Realize a quantificação de cine de alta resolução CMR
   1. Importe sequências cinéis de eixo curto e eixo longo de precessão livre de estado estacionário balanceado (bSSFP) e identifique manualmente os quadros de diástole final (ED)¹⁰e sístole final (ES).
   2. Congele imagens ED e refine manualmente as bordas para ± precisão de 1 pixel.
   3. Estabeleça uma cobertura de eixo curto de 12 níveis do anel mitral ao ápice.
   4. Meça a espessura em: SIVG, IIVG e RVFW, calculando a média dos valores ao longo ± raios de 60° do eixo central para minimizar erros oblíquos.
      NOTA: Seguindo o protocolo RVFW, obtenha três medidas consecutivas em cada local anatômico. O valor final do registro para cada local deve ser a média dessas medições triplicadas.
   5. Estabeleça o eixo de referência do ápice do ventrículo esquerdo até o ponto médio do anel mitral e alinhe o plano horizontal do eixo longo para obter uma visão padronizada de quatro câmaras.
   6. Meça a espessura do tecido adiposo epicárdico no LAVG, RAVG e AIVG durante a diástole final, calculando a média das medidas simétricas ± de 45° ao longo do sulco atrioventricular para evitar erros não ortogonais.
      NOTA: O processo geral de medição e example são mostrados na Figura 2.

Figura 1: Medida da espessura do TAE na TC usando reconstrução multiplanar (MPR). (A) MPR realizada ao longo do plano do eixo curto do ventrículo esquerdo; (B) Medidas obtidas no sulco interventricular superior (SIVG), sulco interventricular inferior (IIVG) e parede livre do ventrículo direito (RVFW), sendo que o RVFW representa a média de três pontos de medição; (C) MPR repetida ao longo do plano do eixo curto do ventrículo esquerdo; (D) Medidas adquiridas no sulco atrioventricular esquerdo (LAVG), sulco atrioventricular direito (RAVG) e sulco interventricular anterior (AIVG). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Quantificação da espessura do TAE na ressonância magnética cardíaca (RMC). (A) Medições adquiridas no LAVG, RAVG e AIVG em visão de quatro câmaras; (B) Medidas obtidas no SIVG, IIVG e RVFW na visão de eixo curto, com RVFW relatada como a média de três pontos de medição. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

5. Aquisição de volume EAT

1. Algoritmo de segmentação de limite de escala de cinza NCCT
   1. Importe as imagens NCCT contíguas de 1,0 mm de espessura de fatia (no formato DICOM) da estação de trabalho local para o software 3D Slicer arrastando e soltando a pasta que contém os arquivos DICOM diretamente na janela principal do 3D Slicer.
   2. Navegue até o módulo Editor de segmentos. Crie uma nova máscara de segmentação. Selecione a ferramenta Segmentação de limite e defina com precisão o intervalo de limite para -150 a -50 HU¹⁷.
      NOTA: A quantificação volumétrica do tecido adiposo epicárdico (TAE) está confinada dentro de limites anatômicos definidos pela bifurcação da artéria pulmonar superiormente e o ápice do ventrículo esquerdo inferiormente^12,18. A faixa de limiar selecionada de -150 a -50 UH foi projetada para isolar o TAE de maneira ideal, minimizando os efeitos de volume parcial de tecidos adjacentes com atenuação ligeiramente maior, como miocárdio ou líquido epicárdico.
   3. Clique no botão Aplicar e clique no botão Mostrar 3D para visualizar o "envelope gordo" inicial.
   4. Use a ferramenta Apagar para remover cuidadosamente os tecidos adiposos do mediastino e da parede torácica não conectados à gordura epicárdica em várias visualizações ortogonais (axial, sagital, coronal).
      NOTA: Calcificações pericárdicas (valores de TC significativamente superiores a -50 UH) são tipicamente excluídas pelo limiar inicial. Remova-os manualmente da máscara de gordura, se incluídos, devido a efeitos parciais de volume. Um exemplo representativo é fornecido na Figura 3.
   5. Obtenha o resultado do volume (em mL) diretamente do módulo Estatísticas do Segmento, que aplica um princípio de cálculo equivalente à integração de Monte Carlo. SAÍDA: Volume total (mL)
2. Método CMR
   1. Importe as pilhas de cinema de eixo curto de 12 níveis (espessura da fatia: 8 mm, folga: 0 mm) para o software de análise de imagem.
   2. Trace manualmente os contornos epicárdicos e pericárdicos em cada fatia na fase diastólica final.
   3. Gere a máscara de gordura final.
   4. Aplique a regra de Simpson modificada para calcular o volume total de EAT: Volume de EAT = Σ (Área de EAT × (Espessura do Corte + Lacuna de Corte))¹⁹. SAÍDA: Volume total (mL)
      NOTA: Se houver uma folga de 2 mm entre as camadas, as correções devem ser feitas de acordo com o espaçamento real.

Figura 3: Reconstrução 3D do Tecido Adiposo Epicárdico obtida pelo algoritmo de segmentação de limiar em escala de cinza. Nota: Este é um modelo representativo para visualização e, como esquema, não é em escala. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

6. Análise estatística

1. Colete e analise dados usando Python.
2. Aplicar o teste de Shapiro-Wilk²⁰para normalidade; relatam variáveis contínuas com distribuição não normal como mediana (intervalo interquartil) [M (P25, P75)] com o teste U de Mann-Whitney²¹para comparações entre os grupos e expressam os dados com distribuição normal como média ± desvio padrão (x̄±s) analisados pelo teste t pareado²².
3. Calcule o coeficiente de correlação intraclasse (CCI) sob um modelo de efeitos aleatórios bidirecionais para concordância absoluta, designando o CCI > 0,75 como o limite para boa consistência entre as medições de TCNC e RMC.
4. Consideram-se diferenças estatisticamente significativas quando o valor de p for menor que 0,05 (p < 0,05).

Results

A Tabela 1 apresenta a análise comparativa das medidas de TAE entre as modalidades de TC e RM em todos os sítios anatômicos. No geral, o teste t pareado não demonstrou diferenças significativas (P > 0,05), apoiando a equivalência de ambos os métodos. As diferenças médias (RM-CT) variaram de -0,10 mm (sulco interventricular inferior) a +0,29 mm (sulco atrioventricular esquerdo), com intervalos de confiança de 95% consistentemente cruzando zero. As medidas...

Discussion

Esse achado demonstra que, em consonância com estudos anteriores²³, o sulco atrioventricular direito (RAVG) exibe o tecido adiposo epicárdico (TAE) mais espesso entre os seis sítios anatômicos medidos. Isso pode ser atribuído a diferenças hemodinâmicas entre os sistemas cardíacos direito e esquerdo. O ventrículo direito bombeia sangue para a circulação pulmonar de baixa resistência, enquanto o ventrículo esquerdo deve superar a vasculatura sistêmica de alta resist...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Scanner de tomografia computadorizada de 640 cortes	United Imaging	uCT 960+	Estabeleceu tomografia computométrica volumétrica de órgãos inteiros com resolução isotrópica submilimétrica, permitindo imagens cardíacas sem movimento e caracterização de tecidos em doses ultrabaixas.
Scanner de ressonância magnética 3.0 T	United Imaging	uMR 960+	Plataforma avançada de grande cilindrada que oferece contraste excepcional de tecidos moles para fenotipagem cardíaca quantitativa e análise multiparamétrica da composição corporal.
3D Slicer	Comunidade de código aberto	https://www.slicer.org/	Software gratuito e de código aberto para análise de imagens médicas (segmentação, registro, visualização 3D). Apoiado pelo NIH.
PyTorch	Meta Platforms, Inc.	https://pytorch.org/	Framework de deep learning de código aberto com grafos de computação dinâmica, amplamente utilizado para pesquisa em IA e implantação de modelos. Suporta aceleração por GPU.