Summary
Neste artigo, fornecemos um protocolo passo-a-passo de aquisição e análise para a avaliação volumostrica e análise de rastreamento de manchas do ventrículo esquerdo por ecocardiografia 3D, particularmente com foco em aspectos práticos que maximizam a viabilidade dessa técnica.
Abstract
A quantificação tridimensional (3D) do ventrículo esquerdo (LV) fornece valor agregado significativo em termos de precisão diagnóstica e estratificação precisa de risco em vários distúrbios cardíacos. Recentemente, a ecocardiografia 3D tornou-se disponível na prática de cardiologia de rotina; no entanto, a aquisição de imagens de alta qualidade e a análise subsequente têm uma curva de aprendizado íngreme. O presente artigo tem como objetivo orientar o leitor através de um protocolo 3D detalhado, apresentando dicas e truques e também destacando as potenciais armadilhas para facilitar o uso generalizado, mas tecnicamente sólido desta importante técnica em relação à LV. Em primeiro lugar, mostramos a aquisição de um conjunto de dados 3D de alta qualidade com resolução espacial e temporal ideal. Em seguida, apresentamos os passos analíticos para uma quantificação detalhada da LV usando um dos softwares embutidos mais amplamente aplicados. Quantificaremos os volumes de LV, a esficidade, a massa e também a função sistólica medindo a fração de ejeção e a deformação do miocárdio (cepa longitudinal e circunferencial). Discutiremos e forneceremos exemplos clínicos sobre os cenários essenciais onde a transição de uma abordagem ecocardiográfica convencional para uma quantificação baseada em 3D é altamente recomendada.
Introduction
A avaliação da morfologia e função ventricular esquerda (LV) é o propósito predominante de investigações gerais e ainda mais específicas em cardiologia1. A ecocardiografia transtorácica amplamente disponível e não invasiva (TTE), que pode fornecer quantidades densas de informações, é o método de escolha para uma avaliação conveniente, rápida e econômica.
A medição da massa lv, volumes e fração de ejeção subsequente contém significativo valor diagnóstico e também prognóstico2. Quanto mais precisa for uma determinada medida, maior será seu valor. Uma melhor correlação com os valores derivados da ressonância magnética cardíaca padrão-ouro (RMC) é uma perseguição contínua por técnicas ecocardiográficas. Geralmente, as diretrizes de prática clínica recomendam o método do biplano Simpson para medição de volume de LV e ejeção de frações3. No entanto, o LV é uma estrutura tridimensional (3D) com uma forma muitas vezes irregular, e, portanto, vários planos tomográficos, sem dúvida, falharão em alguns cenários clínicos para delinear com precisão a morfologia e a função da LV. Os recentes avanços na tecnologia ultrassônica de hardware e software permitiram o desenvolvimento de imagens 3D em tempo real, o que revoluciona os protocolos ecocardiográficos.
Além disso, a necessidade de uma abordagem quantitativa sobre anormalidades no movimento da parede resultou no aumento da imagem de deformação4. Os parâmetros de tensão e taxa de tensão podem ser calculados pelo rastreamento de manchas usando imagens padrão em escala cinza. A ecocardiografia 3D também pode superar várias deficiências de uma avaliação de tensão bidimensional5. A partir de uma ferramenta científica cara, a ecocardiografia 3D começou a se tornar uma técnica poderosa usada na prática clínica cotidiana, e a quantificação da LV está certamente na primeira linha neste avanço.
O presente artigo tem como objetivo orientar o leitor através de um protocolo 3D detalhado, apresentando dicas e truques e também destacando as potenciais armadilhas para facilitar o uso generalizado, mas tecnicamente sólido desta importante técnica em relação à LV.
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Protocol
Este protocolo segue as diretrizes do Comitê Regional e Institucional de Ética em Ciência e Pesquisa da Universidade Semmelweis. O presente protocolo se aplica a um fornecedor específico. Embora algumas etapas permaneçam válidas independentemente da máquina de ultrassom e do software de pós-processamento, podem existir diferenças importantes se usar as soluções de outros fornecedores.
1. Requisitos técnicos
- Utilize uma máquina de ecocardiografia capaz de imagens 3D.
- Conecte um transdutor de matriz transtorácica 3D capaz de fases.
- Aplique o ECG embutido de 3 chumbo do sistema de ultrassom para permitir que o sistema sincronize as gravações e análises ao ciclo cardíaco.
2. Aquisição das imagens ecocardiográficas 3D
- Posicione o paciente na posição de decúbito lateral esquerdo (paciente deitado no lado esquerdo com o braço esquerdo esticado acima da cabeça).
- Certifique-se de que o rastreamento do ECG na tela é de boa qualidade.
NOTA: Este é um pré-requisito para o pós-processamento, pois o software detectará os diferentes pontos do ciclo cardíaco com base no sinal ECG. - Descongele a imagem e comece a examinar o paciente com o transdutor. Visualize uma visão apical convencional de quatro câmaras.
- Otimize a qualidade da imagem ajustando a largura do setor para LV, diminuindo a profundidade para truncar o átrio esquerdo e usando um ligeiro sobregain.
NOTA: Certifique-se de que toda a LV e também a superfície epicárardial são visíveis. - Pressione o botão 4D para mudar para o modo 3D.
NOTA: Ao pressionar o botão Multi-Slice... na tela sensível ao toque, quatro opções estarão disponíveis (5, 7, 8, 12 fatias) para visualizar demais o conjunto de dados 3D usando cortes de eixo curto e longo padrão. Se necessário, o posicionamento do transdutor pode ser corrigido para garantir a inclusão de toda a espessura da parede LV do nível apical a mitral da válvula no conjunto de dados 3D piramim. Recomenda-se o uso de 12 fatias (com nove visualizações ajustáveis de eixo curto). - Adquira imagens 3D usando o modo Multi Beat ou Single Beat .
- Use o modo Multi Beat para obter maior resolução espacial e temporal, onde o conjunto de dados será reconstruído a partir de 2, 3, 4 ou 6 ciclos cardíacos (isso pode ser configurado na tela) - respiração expiratória final do paciente e posicionamento transdutor estável necessário para minimizar artefatos de costura.
NOTA: A aquisição do Single Beat é de menor resolução espacial e temporal; no entanto, a maioria dos transdutores modernos têm melhor qualidade e, portanto, podem ser usados para adquirir conjuntos de dados 3D adequados sem reconstrução para passar por análises mais aprofundadas. Como recomendação geral, são recomendadas taxas de volume acima de 15 volumes por segundo para análise suplementar. - Quando o volume total for reconstruído a partir dos subvolumes, e toda a LV estiver visível, congele a imagem. Usando os botões Cycle Select e Number of Cycles , selecione os ciclos cardíacos adquiridos ideais e pressione a Image Store.
NOTA: Os artefatos de costura são subvolumes espacial ou temporariamente desalinhados próximos um do outro. Conjuntos de dados com uma queda significativa de paredes LV ou com artefatos de costura geralmente não são adequados para análises adicionais. A qualidade do conjunto de dados 3D já adquirido pode ser verificada duas vezes usando o modo Multi-Slice.
- Use o modo Multi Beat para obter maior resolução espacial e temporal, onde o conjunto de dados será reconstruído a partir de 2, 3, 4 ou 6 ciclos cardíacos (isso pode ser configurado na tela) - respiração expiratória final do paciente e posicionamento transdutor estável necessário para minimizar artefatos de costura.
3. Pós-processamento para quantificar a morfologia e a função de LV
- Selecione um conjunto de dados 3D apropriado para análise suplementar.
NOTA: Esta parte do protocolo requer as imagens 3D adquiridas e salvas previamente adquiridas e salvas de boa qualidade e pode ser realizada na máquina de ultrassom e em uma estação de trabalho separada, também. - Clique em Measure | Volume e, em seguida, selecione 4D Auto LVQ.
- Na tela quádrupla (três visões apical: vistas de quatro, duas e três câmaras e uma visão de eixo curto, esta última pode ser ajustada por um plano horizontal em vistas de longo eixo), o software pede modificar o alinhamento de fatias apical às visualizações padrão. Se necessário, corrija manualmente as visualizações a apical inclinando e rotação para mostrar a visão padrão correspondente, eliminando assim o estreitamento. Coloque inclinando para alinhar a pinça com o eixo longo da LV arrastando e movendo as pinças em vistas de longo eixo. Defina a rotação pelo correspondente ou pelo Girador Todos os botões da máquina ou ajustando as pinças na imagem do eixo curto.
NOTA: A recomendação do software pode ser redefinida pressionando o botão Auto Align . - Após o término do alinhamento de exibição, clique na próxima etapa EDV. O quadro end-diastólico (ED) é detectado automaticamente usando o sinal ECG, mas pode ser corrigido manualmente, se necessário.
- Detecção semiautomática de superfície endo e epicárida de LV
- Selecione dois pontos de referência manualmente em qualquer exibição apical. Em primeiro lugar, identifique o ápice lv e, em seguida, o meio da base LV (nível de anulo mitral) em qualquer visão apical. O algoritmo contornará automaticamente a borda endocárrica de toda a LV.
NOTA: Há mais duas opções: Manual, o que significa que dois marcos basais e um apical devem ser definidos em todas as exibições apical, e Auto Init, que irá contornar automaticamente o LV sem qualquer interação do usuário. - Verifique a credibilidade do contorno em três visões apical, três visões de eixo curto de diferentes níveis e um quarto eixo curto controlado pelo usuário, para permitir a verificação visual da superfície detectada. A correção do contorno é possível adicionando manualmente pontos que serão incorporados na linha de contorno.
NOTA: Com o Desfazer, o ponto adicionado anteriormente pode ser excluído. O botão de reset redefine o contorno para iniciar toda a seção desde o início. A visibilidade do contorno pode ser ajustada para permitir a apreciação da superfície do endocárdio na imagem em escala cinza. O contorno endocárdio e epicoardial deve ser realizado de forma precisa e consistente. Para obter uma recomendação detalhada, verifique a seguinte referência6. - Escolha o próximo passo, que é o ESV.
- Repita o mesmo procedimento (3.5.1-3.5.2) como mencionado nos pontos anteriores para identificar e corrigir o contorno endocárdial no quadro end-sistólico.
NOTA: O quadro end-sistólico (ES) é detectado automaticamente usando o sinal ECG, mas pode ser corrigido manualmente, se necessário. Os valores do volume de dia diastólica final (EDV), volume sistólico final (ESV), fração de ejeção (EF), frequência cardíaca (RH), volume de derrame (SV), saída cardíaca (CO) e índice de esferografia (IPE) já são exibidos na tela. - Pressione a forma de onda volume para o próximo passo. O software exibe um modelo 3D dinâmico do LV e também a curva de volume de tempo à medida que traça a superfície do endocárdio ao longo do ciclo cardíaco quadro por quadro (Figura 1).
NOTA: Aqui, há a possibilidade de editar a borda do endocárdio em qualquer quadro. - Para o próximo passo, pressione LV Mass. O software contorna automaticamente o contorno epictárido LV no quadro de diastólica final e calcula a massa LV (EDMass).
NOTA: Se necessário, edite o contorno da superfície epicárardia adicionando pontos a incluir (mesmo método descrito anteriormente) em qualquer plano de curto ou longo eixo. Pode ser selecionado qual contorno ajustar: Endo, Epi ou Endo+Epi. - Pressione o ROI de tensão 4D para o próximo passo. O software contorna automaticamente o contorno epictárário LV no quadro sistólica final e calcula a massa sistólica final da LV (ESMass).
NOTA: Se necessário, edite o contorno sistólico final da superfície epicárardial adicionando pontos a incluir (mesmo método descrito anteriormente) em qualquer plano de eixo curto ou longo. O ESMass deve ser de valor semelhante ao EDMass. Esta etapa é essencial para calcular valores de tensão 3D por rastreamento de manchas. - Pressione os resultados da tensão 4D para a próxima etapa. O software visualiza o rastreamento do miocárdio 3D em vários planos de curto e longo eixo e valores correspondentes de tensão dos 17 segmentos de LV padrão ao longo do ciclo cardíaco, quadro por quadro. Curvas de tensão temporal e gráfico de olho de touro também são exibidas. Os seguintes parâmetros são calculados e podem ser demonstrados: tensão longitudinal, tensão circunferencial, tensão radial, tensão da área, rotação e torção.
NOTA: Existe a possibilidade de excluir um determinado segmento de LV da análise se for considerado como tendo baixa qualidade de rastreamento por observação visual de imagens ou com base na curva de tensão temporal. No entanto, o software recomenda por padrão a aprovação ou rejeição do segmento. Os valores de tensão codificados por cores podem ser visualizados em um modelo 3D dinâmico da LV alterando o "Layout".
- Selecione dois pontos de referência manualmente em qualquer exibição apical. Em primeiro lugar, identifique o ápice lv e, em seguida, o meio da base LV (nível de anulo mitral) em qualquer visão apical. O algoritmo contornará automaticamente a borda endocárrica de toda a LV.
- Para encerrar a análise, pressione Approve & Exit.
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Representative Results
A análise 3D da LV é viável na maioria dos pacientes. O caso 1 é um voluntário saudável com volumes e função ventriculares normais (Figura 1). O caso 2 (Figura 2) é um paciente do sexo masculino de 64 anos com cardiomiopatia dilatada e um amplo complexo QRS (160 ms) de morfologia do bloco do ramo do feixe esquerdo. As medidas de CMR padrão ouro foram as seguintes: volume de dianólica final: 243 mL, volume sistólico final: 160 mL, fração de ejeção: 34%, massa LV: 163 g. Medições ecocardiográficas lineares convencionais subestimaram significativamente os volumes de LV (diastólico final: 139 mL, sistólica final: 76 mL) e fração de ejeção superestimada (45%) e massa LV (469 g). No entanto, as medidas ecocardiográficas 3D estão muito mais próximas do padrão-ouro, como mostra a Figura 2. Além disso, a análise da mecânica do miocárdio pelo rastreamento de manchas 3D fornece dados significativos sobre contrações dissíncronsas e disfunção segmental. Mais tarde, o paciente foi submetido a uma terapia de ressincronização cardíaca bem sucedida.
Figura 1: Análise 3D LV de uma voluntária de 18 anos livre de qualquer doença cardiovascular. A imagem atual refere-se à forma de onda volume (passo 3.5.5). No lado esquerdo da tela, três diferentes eixos longos lv e uma visão de eixo curto podem ser vistos; o contorno verde representa a superfície end-diastólica do endocárdio. No canto superior direito, os principais resultados são visíveis, demonstrando volumes, forma e função normais de LV. Abaixo disso, o modelo de superfície do endocárdio 3D LV (vermelho) e a curva de volume de tempo ao longo do ciclo cardíaco são visíveis. ED: diatólica final, ES: end-sistólica, EDMass: Massa LV, EDV: volume de dia diastólica final, ESV: volume sistólico final, EF: fração de ejeção, HR: frequência cardíaca, BPM: batidas por minuto, SV: volume de derrame, CO: saída cardíaca, SpI: índice de esferolicidade. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Análise 3D LV de um paciente de cardiomiopatia dilatada. A imagem atual refere-se aos Resultados da Tensão 4D (etapa 3.5.8). No lado esquerdo da tela, os valores de tensão longitudinal codificados por cores são visualizados em um modelo 3D da LV, mostrando tensão reduzida na parede lateral (azul). Quantitativamente, os valores de tensão sistólica final são mostrados no canto inferior direito na trama dos olhos do touro dos 17 segmentos de LV padrão. No canto superior direito, os valores de tensão longitudinal global e também segmentar são visíveis em curvas de tensão temporal durante todo o ciclo cardíaco. ED: diatólica final, ES: end-sistólica, EDV: volume de diatólica final, ESV: volume end-sistólico, EF: fração de ejeção, G: global, HR: frequência cardíaca, BPM: batidas por minuto, SV: volume de curso, CO: saída cardíaca, SpI: índice de esficidade. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
As medições morfológicas e funcionais representam pilares do diagnóstico, do manejo e do acompanhamento de doenças cardíacas; além disso, eles são poderosos preditores de resultado. Geralmente, a avaliação baseada em ecocardiografia 2D do LV é recomendada pelas diretrizes atuais da prática; no entanto, a ecocardiografia 3D tem se mostrado mais precisa, pois está livre de suposições geométricas relativas à forma lv7,8. A deformação por rastreamento de manchas é um método robusto para avaliar diferentes direções da cepa miocárdia, o que permite quantificar anormalidades de movimento de parede de forma mais sensível5. A cepa longitudinal tem um valor prognóstico superior estabelecido em comparação com a fração de ejeção9.
Geralmente, o LV é adquirido a partir de uma janela apical transtorácica usando conjuntos de dados 3D de volume total reconstruídos de 4 a 6 ciclos cardíacos durante a respiração expiratória final e, em seguida, sub-volumes são automaticamente costurados para alcançar a resolução espacial e temporal ideal. O pré-requisito para um conjunto de dados 3D adequado é uma imagem 2D otimizada pelo ajuste de frequências transdutoras, profundidade e pelo uso de um pequeno sobregain. O objetivo é incluir toda a superfície lv e também epicardial em um conjunto de dados piramidário de boa qualidade, o que poderia ser assegurado verificando várias visualizações de curto e longo eixo antes da aquisição: a interface de usuário da máquina fornece essa visão multiplane. Pode-se usar diferentes posicionamentos de transdutores para otimizar a visualização em comparação com a visão convencional usada para medições 2D, pois a abreviação pode ser corrigida durante o pós-processamento. Manobras respiratórias adicionais também podem ser aplicadas.
Métodos 2D convencionais para medir a morfologia e a função de LV têm limitações inerentes. Eles dependem fortemente do posicionamento adequado do transdutor e do contorno manual da superfície do endocárdio LV. Além disso, o método do biplano Simpson atualmente recomendado leva em conta apenas dois planos tomográficos e negligencia a superfície grande restante da estrutura lv em forma de bala. Para quantificar os volumes de LV, são utilizadas suposições geométricas sobre a forma de LV3. Métodos não 3D subestimam significativamente os volumes de LV10. Essas deficiências são ainda mais exageradas em pacientes com formas irregulares de LV e padrões incomuns de anormalidades de movimento de parede11. A massa LV também é um poderoso preditor de resultado, apesar do modo M atual, ou as técnicas 2D têm inúmeras limitações. A fórmula devereux amplamente aplicada utilizando medidas lineares subestima em torno da faixa normal de massa LV; no entanto, superestima significativamente quando a hipertrofia significativa está presente12,13. As medidas baseadas em ecocardiografia 3D são mais reprodutíveis e têm uma melhor correlação com cmr padrão-ouro. O índice de esferográfica é uma medida tradicional, mas de bom desempenho da forma lv, e sua medição é mais representativa usando ecocardiografia 3D. As medições de cepas e taxas de tensão estão se tornando parte essencial da pesquisa e da prática clínica devido à sua sensibilidade superior e ao valor prognóstico agregado14,15. Encurtamento longitudinal e circunferencial e até mesmo mecânica rotacional podem ser quantificados pelo rastreamento de manchas 3D, enquanto os dados estão se acumulando provando seu valor16. A análise 3D elimina o movimento fora do avião (limitação conhecida da abordagem 2D); no entanto, a menor resolução temporal e espacial dos conjuntos de dados 3D, juntamente com as diferenças nos algoritmos de software, deve ser levada em consideração.
Enquanto a velocidade e robustez da quantificação 3D LV atraem os médicos para usá-lo em cada paciente, várias limitações devem ser mantidas em mente. Apesar de todas as melhorias na qualidade da imagem, permanecerá um certo subconjunto de pacientes cuja janela ecocardiográfica será inadequada para medições semiautomáticas ou mesmo manuais. A experiência clínica pode levar o médico a olhar os valores medidos e começar a pensar em técnicas alternativas, como ecocardiografia de contraste ou RMC. Enquanto o "eyeballing" é desencorajado, podemos buscar uma correlação entre antecipação de especialistas e valores medidos. Algoritmos de software aplicam modelos aprendidos de forma LV durante o contorno endo-e épico automático; portanto, veremos um contorno mesmo nessas regiões que estão realmente fora do volume de imagem. Temos que tentar envolver toda a superfície endo e epicardial da LV no volume adquirido para minimizar tal interpolação. Quando, apesar de todos os esforços, essa desistência persiste, os resultados devem ser interpretados com cautela. Os artefatos de costura são bastante frequentes durante a reconstrução multi-batida, causada por ritmo irregular, transdutor indesejado ou movimento do paciente (não segurar a respiração) durante a aquisição, ou mesmo problemas técnicos. Embora as reconstruções 3D sejam geralmente viáveis apesar desses artefatos, os resultados devem ser questionados, e novas análises devem ser iniciadas usando outro loop livre de costura. A maioria dos transdutores modernos permitem uma resolução espacial e temporal adequada (>20 volumes por segundo) sem aquisição multi-batida, o que, naturalmente, elimina essa questão. Para a aquisição adequada de imagens e pós-processamento de software, o papel de um rastreamento ECG estável e de boa qualidade não pode ser superenfatizado. Colocar os marcos durante o pós-processamento é de fundamental importância, efetuando valores significativamente finais e qualidade geral de rastreamento. Atualmente, alguma correção manual do contorno automático é necessária para quase todos os pacientes; no entanto, temos que ter em mente que quanto mais interagimos, mais erro humano pode ser introduzido que piorará a reprodutibilidade. Uma troca adequada deve ser definida para lidar com erros de contorno relacionados ao software. Esta questão será ajustada durante a curva de aprendizado e melhorará à medida que a experiência crescer. É importante ressaltar que existem diferenças significativas de fornecedores na medição dos valores da cepa 3D, e atualmente não há uma padronização que já tenha ocorrido em caso de tensão longitudinal global por rastreamento de manchas 2D17. O acompanhamento da qualidade e credibilidade dos resultados são maiores no que diz respeito ao rastreamento de manchas 2D, as medições de cepas 3D são preferencialmente colocadas na arena de pesquisa no momento da redação deste artigo.
Em conclusão, as soluções de software baseadas em ecocardiografia 3D estão fornecendo os resultados ecocardiográficos mais precisos sobre morfologia e função lv. Eles são validados com CMR e provaram ser mais reprodutíveis e ainda menos demorados como técnicas 2D convencionais. Sua aplicação na pesquisa e também na vida clínica continuará a evoluir. Melhorias adicionais usando inteligência artificial podem abrir caminho para a quantificação automática sem interação humana.
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Disclosures
Nenhum.
Acknowledgments
Projeto nº. NVKP_16-1-2016-0017 ('Programa Nacional do Coração') foi implementado com o apoio do Fundo Nacional de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação da Hungria, financiado sob o regime de financiamento NVKP_16. A pesquisa foi financiada pelo Programa de Excelência Temática (2020-4.1.1.-TKP2020) do Ministério da Inovação e Tecnologia na Hungria, no âmbito dos programas temáticos de Desenvolvimento Terapêutico e Bioimagem da Universidade Semmelweis.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3V-D/4V-D/4Vc-D | General Electric | n.a. | ultrasound probe |
| 4D Auto LVQ | General Electric | n.a. | software for analysis |
| E9/E95 | General Electric | n.a. | ultrasound machine |
| EchoPac v203 | General Electric | n.a. | software for analysis |
References
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