Waiting
Login processing...

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

Medicine

Avaliação de Vórtices Intracardíacos com Imagem Speckle Sanguínea Derivada de Ecocardiografia de Alta Taxa em Recém-Nascidos

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

O presente protocolo utiliza a tecnologia de imagem por ecocardiografia para visualizar a hemodinâmica intracardíaca em recém-nascidos. A utilidade clínica dessa tecnologia é explorada, o corpo de fluido rotacional dentro do ventrículo esquerdo (conhecido como vórtice) é acessado e sua importância na compreensão da diastologia é determinada.

Abstract

O ventrículo esquerdo (VE) tem um padrão único de enchimento hemodinâmico. Durante a diástole, um corpo rotacional ou anel de fluido conhecido como vórtice é formado devido à geometria quiral do coração. Um vórtice é relatado para ter um papel na conservação da energia cinética do fluxo sanguíneo que entra no VE. Estudos recentes mostraram que os vórtices do VE podem ter valor prognóstico na descrição da função diastólica em repouso em populações neonatais, pediátricas e adultas, e podem ajudar na intervenção subclínica mais precoce. No entanto, a visualização e caracterização do vórtice permanecem minimamente exploradas. Várias modalidades de imagem têm sido utilizadas para visualizar e descrever padrões de fluxo sanguíneo intracardíaco e anéis de vórtice. Neste artigo, uma técnica conhecida como blood speckle imaging (BSI) é de particular interesse. O ICS é derivado do ecocardiograma Doppler colorido de alta taxa de quadros e oferece várias vantagens em relação a outras modalidades. Ou seja, a ICS é uma ferramenta barata e não invasiva à beira do leito que não depende de contrastes ou suposições matemáticas extensas. Este trabalho apresenta um passo a passo detalhado da aplicação da metodologia BSI utilizada em nosso laboratório. A utilidade clínica da ICS ainda está em seus estágios iniciais, mas tem se mostrado promissora nas populações pediátrica e neonatal para descrever a função diastólica em corações sobrecarregados de volume. Um objetivo secundário deste trabalho é, portanto, discutir trabalhos clínicos recentes e futuros com essa tecnologia de imagem.

Introduction

Os padrões de fluxo sanguíneo intracardíaco desempenham um papel fundamental no desenvolvimento cardíaco, iniciando-se na morfogênese fetal e continuando ao longo da vida1. O estresse hemodinâmico de cisalhamento desempenha um papel fundamental na estimulação do crescimento e arquitetura das câmaras cardíacas por meio da ativação de genes específicos 2,3. Isso ocorre tanto na fase intrauterina quanto nas fases iniciais da vida, ressaltando a importância da influência hemodinâmica no desenvolvimento cardíaco precoce e na transição para a vida adulta3.

As leis da dinâmica dos fluidos afirmam que o sangue que passa ao longo da parede de um vaso se move mais lentamente quando mais próximo da parede e mais rápido quando no centro de um vaso, onde a resistência é menor. Este fenômeno pode ser demonstrado em qualquer vaso de grande porte com Doppler de onda de pulso como o envelope integral típico do Doppler de velocidadetemporal4. Quando o sangue entra em uma cavidade maior, como o coração, o sangue mais distante da superfície endocárdica continua a aumentar sua velocidade em relação ao sangue mais próximo dessa superfície e criar um corpo rotacional de fluido, conhecido como vórtice. Uma vez criados, os vórtices são estruturas de fluxo autopropulsoras que normalmente atraem o fluido circundante através de gradientes de pressão negativos. Assim, um vórtice pode movimentar um volume maior de sangue do que um jato reto equivalente de fluido, promovendo maior eficiência cardíaca 4,5.

A literatura sugere que o propósito evolutivo dos vórtices é conservar energia cinética, minimizar tensões de cisalhamento e maximizar a eficiência do escoamento 4,5,6. Especificamente para o coração, isso inclui o armazenamento de energia hemodinâmica em um movimento rotatório, facilitando o fechamento da válvula e a propagação do fluxo sanguíneo em direção à via de saída, como pode ser visto na Figura 1. Padrões alterados de fluxo sanguíneo intracardíaco são esperados em situações patológicas como estados de sobrecarga de volume e em casos com valvas artificiais 7,8. Assim, reside aqui o verdadeiro potencial diagnóstico dos vórtices como preditores precoces de desfechos cardiovasculares em adultos.

A hemodinâmica intracardíaca tem ganhado crescente interesse na literatura, tanto na população adulta quanto na pediátrica. Várias modalidades estão disponíveis para a avaliação qualitativa e quantitativa da hemodinâmica intracardíaca e foram exaustivamente resumidas em uma revisão recente, com ênfase específica no vórtice intracardíaco9. Uma modalidade muito promissora é a ecocardiografia derivada do blood speckle imaging (BSI), que oferece a capacidade de mensurar de forma não invasiva uma série de características qualitativas e quantitativas de vórtices, descritas a seguir, a um custo relativamente baixo e com excelente reprodutibilidade10. Atualmente, o BSI está disponível comercialmente usando um sistema de ultrassom cardíaco de última geração com sonda S12 ou S6 MHz. As características speckle-tracking são análogas àquelas utilizadas no tissue speckle tracking para estudo da deformação miocárdica11,12,13. Como as hemácias tendem a se mover mais rápido e com uma frequência Doppler maior do que o tecido circundante, os dois sinais podem ser separados pela aplicação de um filtro temporal. O BSI usa um algoritmo de melhor correspondência para quantificar o movimento das manchas de sangue diretamente sem o uso de agentes de contraste. As medidas da velocidade do sangue podem ser visualizadas como setas, linhas de fluxo ou linhas de trajeto com ou sem imagens subjacentes ao Doppler colorido, e podem destacar áreas de fluxo complexo10.

A ICS demonstrou boa viabilidade e acurácia para quantificar o padrão de fluxo sanguíneo intracardíaco, com excelente validade quando comparada a um instrumento simulador de referência e ao Doppler pulsátil7,10,11. Embora ainda muito nova, a ICS é uma ferramenta clínica promissora para o diagnóstico precoce de várias fisiopatologias cardíacas. A aplicação clínica da imagem por vórtices tem se mostrado promissora em recém-nascidos. Especificamente, o comportamento de um vórtice no ventrículo esquerdo (VE) pode ter implicações a longo prazo na remodelação cardíaca e predisposição à insuficiência cardíaca.

O mecanismo de ligação dos vórtices ao remodelamento ventricular esquerdo ainda é relativamente inexplorado, mas tem sido recentemente investigado em nosso laboratório e é objeto de trabalhos emandamento11. Este artigo de metodologia tem como objetivo descrever o uso da ICS na exploração de vórtices intracardíacos e discutir os usos práticos e clínicos dos vórtices na avaliação da função diastólica em diversas populações. Um objetivo secundário é discutir a relevância clínica da ICS e apresentar alguns dos trabalhos realizados anteriormente em neonatos.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Todos os procedimentos realizados em estudos envolvendo participantes humanos estavam de acordo com os padrões éticos do comitê de pesquisa institucional e/ou nacional e com a Declaração de Helsinque de 1964 e suas alterações posteriores ou padrões éticos comparáveis. O consentimento informado foi obtido de todas as famílias dos participantes incluídos no estudo. Todas as imagens e videoclipes foram desidentificados após a aquisição.

1. Preparo do paciente

  1. Configure o aparelho de ultrassom adjacente ao berço do paciente e conecte um eletrocardiograma de três derivações (consulte a Tabela de Materiais).
  2. Inserir o código do paciente e detalhes relevantes, como comprimento e peso corporal, e realizar o ecocardiograma de acordo com os padrões descritosanteriormente12.

2. Aquisição de imagens

  1. Especificamente para BSI, obtém-se uma visão rasa do VE no corte apical de quatro câmaras com uma largura de setor estreita, permitindo uma taxa de quadros de aquisição entre 400-600 Hz.
  2. Abra uma caixa colorida sobre a cavidade ventricular esquerda, estreitando ao máximo para incluir apenas a região da valva mitral até o ápice endocárdico e da borda endocárdica septal até a borda endocárdica da parede lateral.
  3. Aumente o ganho de cor até o ponto de manchar e reduza ligeiramente. Definir o limite da escala de velocidade do Doppler colorido para a velocidade diastólica apropriada (20-30 cm/s em prematuros) para preencher ao máximo a caixa de cores com o fluxo diastólico de movimento mais lento.
  4. No painel de controle touchscreen do equipamento (consulte Tabela de Materiais), toque no modo BSI para revelar as direções do fluxo intracardíaco e os vórtices no formato de cor RAW. Ajustar a posição e o tamanho da caixa de ICS para incluir a região de fluxo de interesse e registrar pelo menos dois ciclos cardíacos.
  5. Repetir o procedimento no eixo longo do VE apical ou em outros cortes em que seja necessária avaliação hemodinâmica intracardíaca (Figura 2 e Figura 3).

3. Análise de imagens

NOTA: As técnicas de análise de imagem para o vórtice do VE foram brevemente descritas em trabalhos anteriores de nosso laboratório11. O protocolo utilizado para avaliação dos vórtices intracardíacos é o seguinte (Figura 3 e Figura 4).

  1. Salve dois ciclos cardíacos de cada respectivo paciente em mídia externa em seu formato RAW DICOM e transfira para uma estação de laboratório com um software de processamento de imagem (consulte Tabela de Materiais) instalado para análises off-line detalhadas.
  2. Uma vez offline, identifique o vórtice mais proeminente ou principal.
    NOTA: O vórtice principal é visualizado como uma estrutura alongada, ovalada e rotatória anti-horária, localizada no quadrante superior esquerdo do ventrículo esquerdo, próximo ao septo, com a área máxima de vórtice encontrada na diástole tardia (durante a onda A transmitral) em prematuros (Vídeo 1). O vórtice principal é geralmente encontrado durante a onda E transmitral para lactentes mais velhos e crianças.
  3. Registre o número de vórtices ovais independentes e completos que se formam ao longo do ciclo cardíaco para cada clipe.
  4. Meça a posição do vórtice principal em relação aos pontos de referência conhecidos dentro do LV. Para determinar a profundidade do vórtice, utilizando a ferramenta "medida de distância" do software de análise, meça a distância vertical do olho do vórtice até o meio do anel valvar mitral. Para a posição transversal de vórtice, medir a distância horizontal do olho do vórtice até a borda endocárdica do septo interventricular.
  5. Meça as distâncias vertical e horizontal borda a borda do vórtice principal em relação ao comprimento e largura do LV para obter a forma do vórtice.
    NOTA: Isso também permite estimar o índice de esfericidade do vórtice como comprimento dividido pela largura.
  6. Usando a ferramenta de "medição de rastreamento" no software de análise, clique e trace o anel de vórtice mais externo no ponto onde o vórtice principal é mais proeminente para determinar a área de vórtice principal.
  7. Para avaliar o Tempo de Formação do Vórtice de Pico (TFPV), registre o quadro cardíaco quando o vórtice aparece pela primeira vez (anéis circulares delineados) no quadro cardíaco onde o vórtice principal é mais proeminente e calcule o número de quadros em relação ao número total de quadros em um ciclo cardíaco para o paciente.
  8. Para avaliar a duração do vórtice, meça os quadros a partir dos quais o vórtice aparece pela primeira vez quando o vórtice perde sua formação de anel circular. A duração do vórtice é então calculada como o número de quadros em relação ao número total de quadros desse paciente em um ciclo cardíaco (Figura 5).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

A aquisição de clipes de vórtice é comparável à metodologia padrão universalmente empregada na obtenção de clipes Doppler coloridos. Estudos pioneiros em adultos descreveram vórtices utilizando as incidências apicais de duas, três e quatro câmaras14. O vórtice LV é uma estrutura em forma de anel que se move da base ao ápice. A ICS visualiza o diâmetro interno do anel (Figura 2). Um anel de vórtice geralmente não tem forma simétrica, portanto, planos de imagem alternativos podem mostrar morfologia ou posição de vórtice variável. Em uma pequena análise de 20 pacientes, verificou-se que a posição do vórtice era comparável. Em particular, o índice de esfericidade do vórtice foi maior no corte de quatro câmaras quando comparado ao corte de três câmaras (Figura 3). O presente estudo adotou o corte de três câmaras para imagens de vórtices, que forneceu as imagens mais reprodutíveis em nossa experiência.

Trabalhos recentes de nosso laboratório descreveram a aplicação clínica bem-sucedida da ICS derivada daecocardiografia11. Uma população de 50 recém-nascidos prematuros recebeu um ecocardiograma abrangente, que incluiu avaliação da ICS, juntamente com dados clínicos tradicionais, como pressão arterial e estado respiratório. A viabilidade e a confiabilidade tanto da aquisição quanto da interpretação de vórtices em neonatos foram altas e demonstraram que os vórtices podem ser descritos em detalhes com base na metodologia discutida acima. Especificamente, uma faixa de valores para área de vórtice, posição, morfologia, número de vórtices aparentes e características de tempo, juntamente com parâmetros tradicionais de estrutura e função cardíaca, foram identificados. Além disso, a população foi subdividida em quartis com base nos volumes indexados do VE e demonstrou diferenças significativas entre os grupos de quartis alto e baixo para vários parâmetros-chave de vórtice (Tabela 1).

As análises revelaram várias associações importantes entre os novos parâmetros de vórtice do BSI e os parâmetros tradicionais derivados da ecocardiografia da função diastólica e morfologia do VE. Uma forte correlação positiva foi observada entre a área de vórtice e a dimensão diastólica final do VE (r = 0,50, p < 0,01), e uma correlação inversa foi observada entre a duração do vórtice e a relação Ee' - uma medida substituta da pressão diastólica final do VE12 (r = -0,56, p < 0,01). Esses dados sugerem que os vórtices podem fornecer informações únicas sobre a função diastólica de uma população neonatal e fornecer suporte adicional aos parâmetros tradicionais bem estabelecidos.

As principais associações descritas acima entre a área de vórtice e a morfologia do VE têm motivado trabalhos adicionais sobre a hipótese de que a energia cinética da hemodinâmica intracardíaca pode influenciar o remodelamento cardíaco precoce do VE em recém-nascidos prematuros. Um estudo prospectivo em maior escala revelou até agora que pelo menos um em cada quatro recém-nascidos muito prematuros apresenta sinais de remodelamento cardíaco do VE no momento da alta. No entanto, a informação disponível sobre os mecanismos subjacentes é limitada. Avaliações preliminares descobriram que os vórtices eram menos alongados no 7º dia pós-natal após o nascimento prematuro em recém-nascidos que posteriormente desenvolveram remodelamento cardíaco, apoiando a hipótese de que os padrões de fluxo sanguíneo intracardíaco podem desempenhar um papel importante no desenvolvimento cardíaco após o nascimento prematuro15. Mais estudos são necessários para validar esses achados e explorar se a intervenção precoce e de curto prazo pode potencialmente prevenir essa via de desenvolvimento cardíaco anormal.

A aplicação da ICS na caracterização da hemodinâmica intracardíaca também tem sido explorada em outros marcos cardíacos onde padrões de fluxo únicos estão presentes (Figura 6). Avaliações preliminares dos padrões de entrada bicaval são realizadas dentro do átrio direito (Vídeo 2) e hemodinâmica da via de saída do ventrículo direito durante a diástole (Vídeo 3). Esses estudos-piloto têm como objetivo descrever os padrões de fluxo de retorno venoso em neonatos com vários níveis de suporte respiratório e obter informações sobre as inter-relações entre as alterações respiratórias e a função diastólica.

Figure 1
Figura 1: Hemodinâmica intracardíaca do ventrículo esquerdo. Esta ilustração mostra visualmente os padrões de fluxo sanguíneo intracardíaco e a formação de vórtices dentro do VE. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: Anel de vórtice do ventrículo esquerdo. Este esquema demonstra o anel de vórtice visto a partir de uma visão apical de três câmaras usando Doppler colorido bidimensional e imagens speckle tracking. Ao usar a visão apical de três câmaras, o vórtice principal (câmara Smain 3) é menor do que a visão de quatro câmaras (câmara Smain 4). O vórtice principal é geralmente maior quando comparado com qualquer vórtice secundário (Ssec). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: Vórtices derivados de imagens de manchas de sangue nas incidências apicais. Esta é uma comparação dos vórtices derivados da ICS demonstrados usando o corte apical de quatro câmaras (esquerda) e o corte apical de três câmaras (direita). Os gráficos representam as diferentes formas e localizações dos vórtices nas duas janelas apicais. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4: Avaliação da morfologia do vórtice. Este diagrama demonstra os métodos manuais utilizados em nosso laboratório para obter parâmetros morfológicos de vórtices a partir da visão apical de quatro câmaras. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5: Avaliação das características de temporização do vórtice. Esta figura demonstra os métodos utilizados para obter características de temporização de vórtices, tais como duração de vórtices e tempo de formação de pico de vórtices. A linha vermelha vertical indica em que estágio do ciclo cardíaco ocorre um evento de vórtice. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 6
Figura 6: Rastreamento de manchas sanguíneas em outras câmaras cardíacas. Esta figura mostra a hemodinâmica intracardíaca em outras câmaras cardíacas. No ventrículo direito (VD), o vórtice principal é uma estrutura rotatória no sentido horário que rola ao longo do septo com sua área máxima imediatamente antes da valva e artéria pulmonar (AP). No átrio direito (AD), um vórtice principal é formado devido à mistura de influxo via veia cava inferior (VCI) e veia cava superior (VCS) próximo à borda inferior da parede lateral e com rotação anti-horária e, às vezes, uma segunda rotação no sentido horário próximo ao apêndice do AR. O átrio esquerdo (AE) tem áreas limitadas onde o fluxo das quatro veias pulmonares não se mistura diretamente, e os vórtices podem ser difíceis de capturar. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

LVEDVi Quartil mais baixo LVEDVi Quartil mais alto
Fração de Ejeção (%) 67(5) 69(5)
Deformação longitudinal (%) 20.3(1.6) 23.5(2.7)*
MV VTI (cm) 6.4(1.9) 9.6(2.8)**
Índice de EA 0.69(0.12) 0.84(0.10**
Razão Ee' 13.3(2.9) 19.7(8.0)*
TRIV (ms) 54(8) 44(8)**
Localização
Profundidade do vórtice 0.58(0.10) 0.56(0.07)
Posição transversal do vórtice 0.29(0.07) 0.37(0.15)**
Geometria
Área de vórtice (cm2) 0.44(0.28) 0.57(0.21)
Área de vórtice indexada à área do VE 0.20(0.12 0.18(0.05)
Propriedades de tempo
Hora de início do vórtice (% da RR) 88(5) 76(8)**
Tempo de formação do pico de vórtice (% da RR) 91(2) 82(8)**
Duração do vórtice (% da RR) 16(4) 11(2)**

Tabela 1: Comparação entre os lactentes com os quartis mais baixos versus os maiores de volumes indexados do VE. Os dados são apresentados como média + desvio padrão (DP). **p < 0,01, *p < 0,05. Abreviações: TRIV = tempo de relaxamento isovolumétrico; VDVEV = volume diastólico final do ventrículo esquerdo indexado ao peso; VM = valva mitral. A tabela é reutilizada a partir da referência11.

Vídeo 1: Capturas de tela do vídeo de vórtice LV. Clique aqui para baixar este vídeo.

Vídeo 2: Capturas de tela do vídeo de vórtice de entrada bi-caval. Clique aqui para baixar este vídeo.

Vídeo 3: Captura de tela do vórtice da via de saída do ventrículo direito. Clique aqui para baixar este vídeo.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

A importância da visualização e compreensão do vórtice intracardíaco
Há muitas aplicações clínicas possíveis da imagem de vórtice derivada da ecocardiografia de alta taxa de quadros. Sua capacidade de fornecer informações valiosas sobre a dinâmica do fluxo intracardíaco tem sido o interesse de estudos recentes16. Além disso, a imagem por vórtice pode permitir a detecção de alterações pré-sintomáticas na arquitetura e função do VE em neonatos, o que pode ter influência na remodelação cardíaca em longo prazo até a idade adulta15. Isso, por sua vez, pode aumentar a acurácia e os resultados prognósticos de tratamentos de seguimento e cirurgias. O uso da ICS na visualização de vórtices intracardíacos ganhou força recentemente na literatura, mas permanece pouco explorado. Além do trabalho realizado em nosso laboratório em neonatos prematuros, outras publicações clínicas têm demonstrado que a ICS derivada da ecocardiografia é factível e clinicamente relevante em lactentes com cardiopatiacongênita7,17, patologia valvar18 e mesmo em patologia ventriculardireita19.

A utilidade da imagem de vórtice na avaliação da função diastólica
A função diastólica do VE descreve sua capacidade de se encher de sangue e preparar um volume sistólico para ejeção. Houve grandes avanços no entendimento da função diastólica em pacientes com insuficiência cardíaca com fração de ejeção preservada (ICFEP), principalmente em relação à fisiopatologia, diagnóstico e prognóstico com a ecocardiografia20,21. A função diastólica do coração envolve um processo bioquímico ativo de relaxamento miocárdico, onde as pontes cruzadas de actina e miosina se desprendem e a tensão nas fibras musculares miocárdicas começa a diminuir. Quando a valva mitral se abre, o sangue entra no VE através da sucção criada pelo recolhimento elástico das fibras miocárdicas movendo-se em direção ao seu comprimento original (forças de restauração). Isso diminui a pressão da cavidade do VE e cria um gradiente de pressão entre o átrio e o ventrículo. A fase final da função diastólica é gerada pela contração atrial, que aumenta a pressão do AE acima da pressão do VE e estabelece a pressão e o volume diastólico final do VE antes do fechamento da valva mitral e do início da contração22.

Do ponto de vista hemodinâmico, a diástole do VE envolve a passagem de uma coluna de sangue oxigenado dos átrios para o ventrículo em preparação para a ejeção. A posição da via de saída do VE adjacente ao anel mitral significa que o sangue entra no ventrículo basalmente a apicamente e sai do ventrículo apicamente para basal. Avanços recentes no entendimento da hemodinâmica intracardíaca sugerem que esse redirecionamento do fluxo sanguíneo que ocorre na transição do enchimento ventricular esquerdo para a ejeção segue uma direção rotacional específica para minimizar as forças de cisalhamento no miocárdio e conservar a energia cinética da coluna sanguínea em movimento, daí a formação de um vórtice intraventricular 4,5(Figura 1).

As diretrizes diastológicas foram resumidas pela Sociedade Americana de Ecocardiografia e pela Associação Europeia de Imagem Cardiovascular12. Existem várias limitações com o Doppler padrão e a avaliação bidimensional derivada da função diastólica. Estes incluem, mas não estão limitados a, frequência cardíaca, dependência do ângulo Doppler, qualidade do sinal e a dificuldade de graduar a disfunção diastólica usando múltiplos parâmetros, que muitas vezes não se alinham. Assim, a proposição de um parâmetro independente do ângulo e da frequência cardíaca, com potencial para conhecimento detalhado do relaxamento e enchimento do VE derivado de uma única medida primária, torna-se possível com a introdução do vórtice intracardíaco.

Como revelado nos resultados atuais, a visualização do vórtice produz vários parâmetros, permitindo algumas informações sobre a função cardíaca diastólica. Especificamente, uma associação significativa entre área/forma de vórtice e morfologia do VE tem sido demonstrada, bem como a relevância do tempo de vórtice na predição da pressão diastólica final do VE. Além disso, também são observadas variações na posição do vórtice de acordo com o plano de imagem utilizado (Figura 3), bem como diferenças posicionais em crianças com cardiopatia congênita em trabalhos de outros autores (i.e., vórtice posicionado mais próximo ao septo interventricular em casos com sobrecarga de volume e portadores de patologia valvar7,12 ). O número de vórtices observados no VE pode teoricamente estar relacionado à arquitetura do VE, mas ainda não mostrou significância estatística neste trabalho e no de outros. Por fim, a imagem por vórtice pode dar origem a medidas numéricas mais complexas, como vorticidade, perda de energia e energia cinética armazenada, o que tem mostrado algum valor prognóstico no estudo de valvopatia congênita, como as valvas aórticasbicúspides18. A aplicação clínica da ICS pode fornecer informações adicionais factíveis ao Doppler colorido convencional, ajudando a melhorar a visualização de padrões hemodinâmicos anormais em patologias como shunts, regurgitação valvar eestenose17.

Imagem e análise do vórtice intracardíaco: prós e contras
Como descrito anteriormente, os padrões de fluxo sanguíneo intracardíaco podem ser visualizados por meio de ressonância magnética (RM) cardíaca, velocimetria por imagem de partículas derivada da ecocardiografia, mapeamento vetorial de fluxo e ICS6. Em neonatos, a ICS apresenta as maiores vantagens devido à sua natureza não invasiva e aplicação à beira do leito. Além disso, como a resolução da imagem e a penetração do feixe de ultrassom estão inversamente relacionadas, a área de superfície corpórea muito pequena de um neonato permite que uma alta resolução seja utilizada sem sacrificá-la para a profundidade de penetração. Por outro lado, como a ICS requer altas taxas de quadros e resolução para capturar vórtices intracardíacos de forma viável, essa tecnologia atualmente não pode ser realizada em pacientes maiores, como adultos, onde a maior necessidade de penetração compromete a resolução. Até o momento, o maior número de pacientes nos quais a ICS foi aplicada com sucesso foi em uma população de crianças com idade mediana de 7 anos e superfície corpórea de até 1,22 m27.

Outra limitação da imagem por ICS é sua dependência de imagens bidimensionais de alta qualidade para estimar vórtices com precisão. Atualmente, a ICS não está disponível na ecocardiografia tridimensional, o que limita a visualização dessa complexa estrutura tridimensional. Além disso, o BSI incorre em uma perda significativa da relação sinal-ruído devido à sua limitada profundidade de penetração. Na prática, isso significa que um recém-nascido instável que está se movendo durante o momento do exame e uma estrutura corporal que impossibilita uma visão otimizada e definida de quatro câmaras do VE podem formar obstáculos significativos com essa tecnologia. Métodos para acalmar o neonato durante o exame (por exemplo, usando sacarose) e outras técnicas para otimizar a qualidade da imagem do VE no corte de quatro câmaras (por exemplo, posicionamento do neonato e técnicas do operador) devem ser prontamente implementados.

Por fim, este estudo limitou-se comercialmente às características do vórtice da tecnologia de escolha (isto é, ICS derivada da ecocardiografia). Embora a relevância clínica e a reprodutibilidade dessas medidas estejam ganhando força na literatura, ainda há necessidade de validar melhor o que esses marcadores significam em várias patologias e como eles se comparam a outras modalidades de imagem. Por exemplo, a arquitetura, o posicionamento e o tempo do vórtice podem ser muito úteis na cardiopatia congênita, enquanto os parâmetros de energia cinética, ainda não disponíveis com a ICS, podem servir bem em estudos seriados de longo prazo de remodelação cardíaca.

Direções futuras
Em resumo, a ICS vem ganhando rápido reconhecimento como uma ferramenta valiosa, de baixo custo, não invasiva e valiosa para avaliar a hemodinâmica intracardíaca e, mais especificamente, os vórtices. O trabalho realizado em nosso laboratório verificou sua reprodutibilidade e demonstrou sua utilidade clínica e prática como ferramenta complementar para avaliação da função cardíaca e remodelamento após o nascimento pré-termo8. Avançando, a hipotética ligação entre as forças de cisalhamento intracardíacas no miocárdio e a subsequente remodelação cardíaca observada em diferentes pontos do desenvolvimento no início da vida requer maior atenção. Até agora, apenas as características arquitetônicas e temporais dos vórtices foram exploradas. No entanto, como mencionado anteriormente, a aquisição de parâmetros energéticos como energia cinética rotacional e vorticidade pode fornecer mais informações sobre o mecanismo que liga os padrões de fluxo e o remodelamento cardíaco adverso. Clinicamente, isso pode permitir que intervenções mais oportunas sejam implementadas em pacientes de risco.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Os autores não têm revelações ou conflitos de interesse a declarar.

Acknowledgments

Gostaríamos de agradecer ao departamento de terapia intensiva neonatal do Hospital John Hunter por permitir que nosso trabalho contínuo fosse realizado, juntamente com os pais de nossos participantes muito pequenos e preciosos.

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

Este mês no JoVE edição 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 

Avaliação de Vórtices Intracardíacos com Imagem Speckle Sanguínea Derivada de Ecocardiografia de Alta Taxa em Recém-Nascidos
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