Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Valutazione dei vortici intracardiaci con imaging a macchie di sangue derivato da ecocardiografia ad alto frame rate nei neonati

Published: December 22, 2023 doi: 10.3791/65189
Automatic Translation
1, 2, 3
1John Hunter Hospital, Department of Cardiology, University of Newcastle, 2John Hunter Children’s Hospital, Department of Neonatology, University of Newcastle, 3Institute of Sport and Health Sciences of Paris (IS3P - URP 3625), Université Paris Cité

ERRATUM NOTICE

Summary

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.

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.

Introduction

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

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

  1. Posizionare l'ecografo adiacente al lettino del paziente e collegare un elettrocardiogramma a tre derivazioni (vedi Tabella dei materiali).
  2. 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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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).

  1. 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.
  2. 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.
  3. Registrare il numero di vortici indipendenti e completi di forma ovale che si formano durante il ciclo cardiaco per ogni clip.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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 alternativi possono mostrare una morfologia o una posizione del vortice variabile. In una piccola analisi di 20 pazienti, è stato riscontrato che la posizione del vortice era comparabile. In particolare, l'indice di sfericità del vortice era più alto nella vista a quattro camere rispetto alla vista a tre camere (Figura 3). Il presente studio ha adottato la vista a tre camere per l'imaging a vortice, che ha prodotto le immagini più riproducibili nella nostra esperienza.

Recenti lavori del nostro laboratorio hanno descritto l'applicazione clinica di successo del BSI11 derivato dall'ecocardiografia. Una popolazione di 50 neonati pretermine ha ricevuto un ecocardiogramma completo, che includeva la valutazione del BSI, insieme ai dati clinici tradizionali come la pressione sanguigna e lo stato respiratorio. La fattibilità e l'affidabilità sia dell'acquisizione che dell'interpretazione dei vortici nei neonati erano elevate e dimostravano che i vortici potevano essere descritti in dettaglio sulla base della metodologia discussa sopra. In particolare, è stata identificata una gamma di valori per l'area del vortice, la posizione, la morfologia, il numero di vortici apparenti e le caratteristiche di temporizzazione, insieme ai tradizionali parametri di struttura e funzione cardiaca. Inoltre, la popolazione è stata suddivisa in quartili in base ai volumi di LV indicizzati e ha dimostrato differenze significative tra i gruppi dei quartili alti e bassi per vari parametri chiave del vortice (Tabella 1).

Le analisi hanno rivelato diverse associazioni chiave tra i nuovi parametri del vortice BSI e i parametri derivati dall'ecocardiografia tradizionale della funzione diastolica e della morfologia del ventricolo sinistro. È stata osservata una forte correlazione positiva tra l'area del vortice e la dimensione telediastolica del ventricolo sinistro (r = 0,50, p < 0,01) e una correlazione inversa è stata osservata tra la durata del vortice e il rapporto Ee' - una misura surrogata della pressione telediastolica del ventricolo sinistro12 (r = -0,56, p < 0,01). Questi dati suggeriscono che i vortici possono fornire una visione unica della funzione diastolica di una popolazione neonatale e fornire un ulteriore supporto ai parametri tradizionali ben consolidati.

Le associazioni chiave sopra descritte tra l'area del vortice e la morfologia del ventricolo sinistro hanno indotto ulteriori lavori in corso sull'ipotesi che l'energia cinetica dell'emodinamica intracardiaca possa influenzare il rimodellamento cardiaco precoce del ventricolo sinistro nei neonati pretermine. Uno studio prospettico su larga scala ha finora rivelato che almeno un neonato pretermine su quattro mostra segni di rimodellamento cardiaco del ventricolo sinistro al momento della dimissione. Tuttavia, le informazioni disponibili sui meccanismi sottostanti sono limitate. Le valutazioni preliminari hanno rilevato che i vortici erano meno allungati al giorno 7 postnatale dopo la nascita pretermine nei neonati che in seguito hanno sviluppato un rimodellamento cardiaco, supportando l'ipotesi che i modelli di flusso sanguigno intracardiaco possano svolgere un ruolo importante nello sviluppo cardiaco dopo la nascita pretermine15. Sono necessari ulteriori studi per convalidare questi risultati ed esplorare se un intervento precoce e a breve termine può potenzialmente prevenire questo percorso di sviluppo cardiaco anormale.

L'applicazione del BSI nella caratterizzazione dell'emodinamica intracardiaca è stata esplorata anche in altri punti di riferimento cardiaci in cui sono presenti modelli di flusso unici (Figura 6). Le valutazioni preliminari dei modelli di afflusso bi-cavale sono condotte all'interno dell'atrio destro (Video 2) e dell'emodinamica del tratto di efflusso ventricolare destro durante la diastole (Video 3). Questi studi pilota mirano a descrivere ulteriormente i modelli di flusso di ritorno venoso nei neonati con vari livelli di supporto respiratorio e ad ottenere ulteriori informazioni sulle interrelazioni tra i cambiamenti respiratori e la funzione diastolica.

Figure 1
Figura 1: Emodinamica intracardiaca ventricolare sinistra. Questa illustrazione mostra visivamente i modelli di flusso sanguigno intracardiaco e la formazione di vortici all'interno del ventricolo sinistro. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: Anello del vortice ventricolare sinistro. Questo schema mostra l'anello del vortice visto da una vista apicale a tre camere utilizzando il color Doppler bidimensionale e l'imaging speckle tracking. Quando si utilizza la vista apicale a tre camere, il vortice principale (camera Smain 3) è più piccolo della vista a quattro camere (camera Smain 4). Il vortice principale è solitamente più grande rispetto a qualsiasi vortice secondario (Ssec). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: Vortici derivati dall'imaging delle macchie di sangue nelle viste apicali. Questo è un confronto tra i vortici derivati da BSI dimostrato utilizzando la vista apicale a quattro camere (a sinistra) e la vista apicale a tre camere (a destra). I grafici rappresentano le diverse forme e posizioni dei vortici nelle due finestre apicali. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4: Valutazione della morfologia del vortice. Questo diagramma mostra i metodi manuali utilizzati nel nostro laboratorio per ottenere i parametri morfologici del vortice dalla vista apicale a quattro camere. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 5
Figura 5: Valutazione delle caratteristiche di temporizzazione del vortice. Questa figura mostra i metodi utilizzati per ottenere le caratteristiche di temporizzazione del vortice, come la durata del vortice e il tempo di formazione del vortice di picco. La linea rossa verticale indica in quale fase del ciclo cardiaco si verifica un evento vorticoso. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 6
Figura 6: Tracciamento delle macchie di sangue in altre camere cardiache. Questa figura mostra l'emodinamica intracardiaca in altre camere cardiache. Nel ventricolo destro (RV), il vortice principale è una struttura rotante in senso orario che rotola lungo il setto con la sua area massima appena prima della valvola polmonare e dell'arteria (PA). Nell'atrio destro (AR), si forma un vortice principale a causa della miscelazione dell'afflusso attraverso la vena cava inferiore (IVC) e la vena cava superiore (SVC) vicino al bordo inferiore della parete laterale e con rotazione in senso antiorario, e talvolta una seconda rotazione in senso orario vicino all'appendice RA. L'atrio sinistro (LA) ha aree limitate in cui il flusso delle quattro vene polmonari non si mescola direttamente e i vortici possono essere difficili da catturare. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

LVEDVi Quartile più basso LVEDVi Quartile più alto
Frazione di eiezione (%) 67(5) 69(5)
Deformazione longitudinale (%) 20.3(1.6) 23.5(2.7)*
MV VTI (cm) 6.4(1.9) 9.6(2.8)**
Rapporto EA 0.69(0.12) 0.84(0.10**
Rapporto Ee' 13.3(2.9) 19.7(8.0)*
IVRT (ms) 54(8) 44(8)**
Ubicazione
Profondità del vortice 0.58(0.10) 0.56(0.07)
Posizione trasversale del vortice 0.29(0.07) 0.37(0.15)**
Geometria
Area del vortice (cm2) 0.44(0.28) 0.57(0.21)
Area del vortice indicizzata all'area BT 0.20(0.12 0.18(0.05)
Proprietà temporali
Tempo di inizio del vortice (% di RR) 88(5) 76(8)**
Tempo di formazione del vortice di picco (% di RR) 91(2) 82(8)**
Durata del vortice (% di RR) 16(4) 11(2)**

Tabella 1: Confronto tra i neonati con i quartili più bassi e più alti dei volumi del ventricolo sinistro indicizzati. I dati sono presentati come medie + deviazione standard (DS). **p < 0,01, *p < 0,05. Abbreviazioni: IVRT = tempo di rilassamento isovolumico; LVEDVi = volume telediastolico ventricolare sinistro indicizzato al peso; MV = valvola mitrale. La tabella viene riutilizzata dal riferimento11.

Video 1: Screenshot del video del vortice LV. Clicca qui per scaricare questo video.

Video 2: Screenshot del video del vortice di afflusso bi-cavale. Clicca qui per scaricare questo video.

Video 3: Screenshot del video del vortice del tratto di efflusso ventricolare destro. Clicca qui per scaricare questo video.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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 avere un impatto sul rimodellamento cardiaco a lungo termine nell'età adulta15. Questo, a sua volta, può aumentare l'accuratezza e gli esiti prognostici dei trattamenti e degli interventi chirurgici di follow-up. L'uso del BSI nella visualizzazione dei vortici intracardiaci ha recentemente guadagnato un certo terreno in letteratura, ma rimane in gran parte inesplorato. Oltre al lavoro svolto nel presente laboratorio sui neonati nati prematuramente, altre pubblicazioni cliniche hanno dimostrato che la BSI derivata dall'ecocardiografia è fattibile e clinicamente rilevante nei neonati con cardiopatia congenita 7,17, patologia valvolare18 e persino patologia ventricolare destra19.

L'utilità dell'imaging a vortice nella valutazione della funzione diastolica
La funzione diastolica del ventricolo sinistro descrive la sua capacità di riempirsi di sangue e preparare un volume sistolico per l'eiezione. Ci sono stati importanti progressi nella comprensione della funzione diastolica nei pazienti con insufficienza cardiaca con frazione di eiezione conservata (HFpEF), in particolare in relazione alla fisiopatologia, alla diagnosi e alla prognosi con l'ecocardiografia20,21. La funzione diastolica del cuore comporta un processo biochimico attivo di rilassamento miocardico, in cui i ponti trasversali di actina e miosina si staccano e la tensione nelle fibre muscolari miocardiche inizia a ridursi. Quando la valvola mitrale si apre, il sangue entra nel ventricolo sinistro attraverso l'aspirazione creata dal rinculo elastico delle fibre miocardiche che si muovono verso la loro lunghezza originale (forze di ripristino). Questo abbassa la pressione della cavità ventricolare sinistra e crea un gradiente di pressione tra l'atrio e il ventricolo. La fase finale della funzione diastolica è generata dalla contrazione atriale, che aumenta la pressione LA al di sopra della pressione ventricolare sinistra e stabilisce la pressione e il volume finale di fine diastolica prima della chiusura della valvola mitrale e dell'inizio della contrazione22.

Da un punto di vista emodinamico, la diastole ventricolare sinistra prevede il passaggio di una colonna di sangue ossigenato dagli atri al ventricolo in preparazione all'eiezione. La posizione del tratto di efflusso del ventricolo sinistro adiacente all'anulus mitralico significa che il sangue entra nel ventricolo da basale ad apicale ed esce dal ventricolo da apicalmente a basalmente. I recenti progressi nella comprensione dell'emodinamica intracardiaca suggeriscono che questo reindirizzamento del flusso sanguigno che si verifica nella transizione dal riempimento ventricolare sinistro all'eiezione segue una direzione di rotazione specifica per ridurre al minimo le forze di taglio sul miocardio e conservare l'energia cinetica della colonna di sangue in movimento, da cui la formazione di un vortice intraventricolare 4,5 (Figura 1).

Le linee guida di diastologia sono state riassunte dall'American Society of Echocardiography e dall'European Association of Cardiovascular Imaging12. Esistono diverse limitazioni con il Doppler standard e la valutazione derivata bidimensionale della funzione diastolica. Questi includono, ma non sono limitati a, la frequenza cardiaca, la dipendenza dall'angolo Doppler, la qualità del segnale e la difficoltà di classificare la disfunzione diastolica utilizzando più parametri, che spesso non si allineano. Pertanto, la proposizione di un parametro indipendente dall'angolo e dalla frequenza cardiaca, con il potenziale per una visione dettagliata del rilassamento e del riempimento del ventricolo sinistro derivata da una singola misurazione primaria, è resa possibile con l'introduzione del vortice intracardiaco.

Come rivelato nei risultati attuali, la visualizzazione del vortice fornisce diversi parametri, consentendo alcune informazioni sulla funzione cardiaca diastolica. In particolare, è stata dimostrata un'associazione significativa tra l'area/forma del vortice e la morfologia del ventricolo sinistro, nonché l'importanza della temporizzazione del vortice nel predire la pressione telediastolica del ventricolo sinistro. Inoltre, si osservano anche variazioni nella posizione del vortice in base al piano di imaging utilizzato (Figura 3), nonché differenze di posizione nei bambini con cardiopatia congenita nel lavoro di altri autori (ad esempio, vortice posizionato più vicino al setto interventricolare nei casi con sovraccarico di volume e pazienti con patologia valvolare 7,12). Il numero di vortici osservati nel LV può teoricamente essere correlato all'architettura del LV, ma deve ancora mostrare un significato statistico in questo lavoro e nel lavoro di altri. Infine, l'imaging a vortice può dare origine a misurazioni numeriche più complesse, come la vorticità, la perdita di energia e l'energia cinetica immagazzinata, che ha mostrato un certo valore prognostico nello studio delle malattie valvolari congenite, come le valvole aortiche bicuspidi18. L'applicazione clinica del BSI può fornire informazioni aggiuntive fattibili al color Doppler convenzionale, contribuendo a migliorare la visualizzazione di pattern emodinamici anomali in patologie come shunt, rigurgito valvolare e stenosi17.

Imaging e analisi del vortice intracardiaco: pro e contro
Come descritto in precedenza, i modelli di flusso sanguigno intracardiaco possono essere visualizzati utilizzando la risonanza magnetica cardiaca (MRI), nonché la velocimetria di imaging delle particelle derivata dall'ecocardiografia, la mappatura del flusso vettoriale e il BSI6. Nei neonati, il BSI presenta i maggiori vantaggi grazie alla sua natura non invasiva e all'applicazione al letto del paziente. Inoltre, poiché la risoluzione dell'immagine e la penetrazione del fascio di ultrasuoni sono inversamente correlate, la superficie corporea molto piccola di un neonato consente di utilizzare un'alta risoluzione senza sacrificarla per la profondità di penetrazione. Al contrario, poiché il BSI richiede frame rate e risoluzione elevati per catturare in modo fattibile i vortici intracardiaci, questa tecnologia non è attualmente in grado di essere eseguita in pazienti più grandi, come gli adulti, dove i maggiori requisiti di penetrazione compromettono la risoluzione. Finora, il maggior numero di pazienti in cui il BSI è stato applicato con successo è stato in una popolazione di bambini con un'età media di 7 anni e una superficie corporea fino a 1,22 m27.

Un'altra limitazione dell'imaging BSI è la sua dipendenza da immagini bidimensionali di alta qualità per stimare accuratamente i vortici. Attualmente, il BSI non è disponibile nell'ecocardiografia tridimensionale, il che limita la visualizzazione di questa complessa struttura tridimensionale. Inoltre, il BSI subisce una significativa perdita del rapporto segnale/rumore a causa della sua limitata profondità di penetrazione. In pratica, ciò significa che un neonato instabile che si muove durante il periodo dell'esame e una struttura corporea che preclude una visione ottimizzata e definita a quattro camere del ventricolo sinistro possono costituire ostacoli significativi con questa tecnologia. I metodi per calmare il neonato durante l'esame (ad esempio, l'uso di saccarosio) e altre tecniche per ottimizzare la qualità dell'immagine del ventricolo sinistro nella vista a quattro camere (ad esempio, il posizionamento del neonato e le tecniche dell'operatore) devono essere prontamente implementati.

Infine, questo studio è stato commercialmente limitato alle caratteristiche del vortice della tecnologia di scelta (ad esempio, BSI derivata dall'ecocardiografia). Mentre la rilevanza clinica e la riproducibilità di queste misurazioni stanno guadagnando terreno in letteratura, c'è ancora bisogno di convalidare ulteriormente il significato di questi marcatori in varie patologie e come si confrontano con altre modalità di imaging. Ad esempio, l'architettura, il posizionamento e la tempistica del vortice possono essere molto utili nelle cardiopatie congenite, mentre i parametri di energia cinetica, ancora da rendere disponibili con la BSI, possono essere utili negli studi seriali a lungo termine sul rimodellamento cardiaco.

Direzioni future
In sintesi, il BSI sta guadagnando rapidamente riconoscimento come strumento a basso costo, non invasivo e prezioso per valutare l'emodinamica intracardiaca e, più specificamente, i vortici. Il lavoro del presente laboratorio ne ha verificato la riproducibilità e dimostrato la sua utilità clinica e pratica come strumento supplementare per la valutazione della funzione cardiaca e il rimodellamento dopo la nascita pretermine8. Andando avanti, il legame ipotizzato tra le forze di taglio intracardiache sul miocardio e il successivo rimodellamento cardiaco osservato in diversi punti dello sviluppo precoce della vita richiede ulteriore attenzione. Finora sono state esplorate solo le caratteristiche architettoniche e temporali dei vortici. Tuttavia, come accennato in precedenza, l'acquisizione di parametri energetici come l'energia cinetica rotazionale e la vorticità può fornire ulteriori informazioni sul meccanismo che collega i modelli di flusso e il rimodellamento cardiaco avverso. Dal punto di vista clinico, ciò può successivamente consentire di attuare interventi più tempestivi nei pazienti a rischio.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Gli autori non hanno divulgazioni o conflitti di interesse da dichiarare.

Acknowledgments

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.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Tomtec Imaging Systems GmbH Phillips GmbH Corporation Offline ultrasound image processing tool, used for calculating all vortex measurements
Vivid E95 General Electrics NA Cardiac Ultrasound device used to capture Echocardiography-derived Blood Speckle Imaging

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. de Waal, K., Costley, N., Phad, N., Crendal, E. Left ventricular diastolic dysfunction and diastolic heart failure in preterm infants. Pediatric Cardiology. 40 (8), 1709-1715 (2019).
  2. Lahmers, S., Wu, Y., Call, D. R., Labeit, S., Granzier, H. Developmental control of titin isoform expression and passive stiffness in fetal and neonatal myocardium. Circulation Research. 94 (4), 505-513 (2004).
  3. Chung, C. S., Hoopes, C. W., Campbell, K. S. Myocardial relaxation is accelerated by fast stretch, not reduced afterload. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 103, 65-73 (2017).
  4. Pedrizzetti, G., La Canna, G., Alfieri, O., Tonti, G. The vortex-an early predictor of cardiovascular outcome. Nature Reviews Cardiology. 11 (9), 545-553 (2014).
  5. Rodriguez Munoz, D., et al. Left ventricular vortex following atrial contraction and its interaction with early systolic ejection. European Heart Journal. 34 (1), 1104 (2013).
  6. Schmitz, L., Koch, H., Bein, G., Brockmeier, K. Left ventricular diastolic function in infants, children, and adolescents. Reference values and analysis of morphologic and physiologic determinants of echocardiographic Doppler flow signals during growth and maturation. Journal of the American College of Cardiology. 32 (5), 1441-1448 (1998).
  7. Marchese, P., et al. Left ventricular vortex analysis by high-frame rate blood speckle tracking echocardiography in healthy children and in congenital heart disease. International Journal of Cardiology. Heart & Vasculature. 37, 100897 (2021).
  8. Pierrakos, O., Vlachos, P. P. The effect of vortex formation on left ventricular filling and mitral valve efficiency. Journal of Biomechanical Engineering. 128 (4), 527-539 (2006).
  9. Mele, D., et al. Intracardiac flow analysis: techniques and potential clinical applications. Journal of the American Society of Echocardiography. 32 (3), 319-332 (2019).
  10. Nyrnes, S. A., Fadnes, S., Wigen, M. S., Mertens, L., Lovstakken, L. Blood speckle-tracking based on high-frame rate ultrasound imaging in pediatric cardiology. Journal of the American Society of Echocardiography. 33 (4), 493-503 (2020).
  11. de Waal, K., Crendal, E., Boyle, A. Left ventricular vortex formation in preterm infants assessed by blood speckle imaging. Echocardiography. 36 (7), 1364-1371 (2019).
  12. Nagueh, S. F., et al. Recommendations for the evaluation of left ventricular diastolic function by echocardiography: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. Journal of the American Society of Echocardiography. 29 (4), 277-314 (2016).
  13. Takahashi, H., Hasegawa, H., Kanai, H. Temporal averaging of two-dimensional correlation functions for velocity vector imaging of cardiac blood flow. Journal of Medical Ultrasonics. 42 (3), 323-330 (2015).
  14. Kheradvar, A., et al. Echocardiographic particle image velocimetry: a novel technique for quantification of left ventricular blood vorticity pattern. Journal of the American Society of Echocardiography. 23 (1), 86-94 (2010).
  15. Phad, N. S., de Waal, K., Holder, C., Oldmeadow, C. Dilated hypertrophy: a distinct pattern of cardiac remodeling in preterm infants. Pediatric Research. 87 (1), 146-152 (2020).
  16. Kheradvar, A., et al. Diagnostic and prognostic significance of cardiovascular vortex formation. Journal of Cardiology. 74 (5), 403-411 (2019).
  17. Cantinotti, M., et al. Intracardiac flow visualization using high-frame rate blood speckle tracking echocardiography: Illustrations from infants with congenital heart disease. Echocardiography. 38 (4), 707-715 (2021).
  18. Henry, M., et al. Bicuspid aortic valve flow dynamics using blood speckle tracking in children. European Heart Journal-Cardiovascular Imaging. 22, 356 (2021).
  19. Mawad, W., et al. Right ventricular flow dynamics in dilated right ventricles: energy loss estimation based on blood speckle tracking echocardiography-a pilot study in children. Ultrasound in Medicine & Biology. 47 (6), 1514-1527 (2021).
  20. Kass, D. A., Bronzwaer, J. G. F., Paulus, W. J. What mechanisms underlie diastolic dysfunction in heart failure. Circulation Research. 94 (12), 1533-1542 (2004).
  21. Nagueh, S. F. Left ventricular diastolic function: understanding pathophysiology, diagnosis, and prognosis with echocardiography. JACC. Cardiovasc Imaging. 13, 228-244 (2020).
  22. Carroll, J. D., Lang, R. M., Neumann, A. L., Borow, K. M., Rajfer, S. I. The differential effects of positive inotropic and vasodilator therapy on diastolic properties in patients with congestive cardiomyopathy. Circulation. 74 (4), 815-825 (1986).

Tags

Questo mese in JoVE numero 202

Erratum

Formal Correction: Erratum: Assessing Intracardiac Vortices with High Frame-Rate Echocardiography-Derived Blood Speckle Imaging in Newborns
Posted by JoVE Editors on 02/22/2024. 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 

Valutazione dei vortici intracardiaci con imaging a macchie di sangue derivato da ecocardiografia ad alto frame rate nei neonati
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Crendal, E., De Waal, K., Vitiello,… More

Crendal, E., De Waal, K., Vitiello, D. Assessing Intracardiac Vortices with High Frame-Rate Echocardiography-Derived Blood Speckle Imaging in Newborns. J. Vis. Exp. (202), e65189, doi:10.3791/65189 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter