Evaluación de la estructura y función del ventrículo izquierdo mediante ecocardiografía 3D

Summary

En este artículo, proporcionamos un protocolo de adquisición y análisis paso a paso para la evaluación volumétrica y el análisis de seguimiento de motas del ventrículo izquierdo mediante ecocardiografía 3D, centrándose particularmente en aspectos prácticos que maximizan la viabilidad de esta técnica.

Abstract

La cuantificación tridimensional (3D) del ventrículo izquierdo (VI) proporciona un valor añadido significativo en términos de exactitud diagnóstica y estratificación precisa del riesgo en diversos trastornos cardíacos. Recientemente, la ecocardiografía 3D estuvo disponible en la práctica rutinaria de cardiología; sin embargo, la adquisición de imágenes de alta calidad y el análisis posterior tienen una curva de aprendizaje empinada. El presente artículo tiene como objetivo guiar al lector a través de un protocolo 3D detallado mediante la presentación de consejos y trucos y también destacando las posibles trampas para facilitar el uso generalizado pero técnicamente sólido de esta importante técnica relacionada con el VI. En primer lugar, mostramos la adquisición de un conjunto de datos 3D de alta calidad con una resolución espacial y temporal óptima. A continuación, presentamos los pasos analíticos hacia una cuantificación detallada del LV mediante el uso de uno de los software incorporados más ampliamente aplicados. Cuantificaremos los volúmenes del VI, la esfericidad, la masa y también la función sistólica midiendo la fracción de eyección y la deformación miocárdica (deformación longitudinal y circunferencial). Discutiremos y proporcionaremos ejemplos clínicos sobre los escenarios esenciales donde la transición de un enfoque ecocardiográfico convencional a una cuantificación basada en 3D es muy recomendable.

Introduction

La evaluación de la morfología y función del ventrículo izquierdo (VI) es el propósito predominante de las investigaciones generales e incluso más específicas en ^{cardiología1}. La ecocardiografía transtorácica (TTE) ampliamente disponible y no invasiva, que puede proporcionar cantidades densas de información, es el método de elección para una evaluación conveniente, rápida y rentable.

La medición de la masa del VI, los volúmenes y la fracción de eyección posterior tiene un valor diagnóstico y también pronóstico ^{significativo2}. Cuanto más precisa sea una medida dada, mayor será su valor. Una mejor correlación con los valores derivados de imágenes de resonancia magnética cardíaca (CMR) estándar de oro es una búsqueda continua de técnicas ecocardiográficas. En general, las guías de práctica clínica recomiendan el método de Simpson biplano para la medición del volumen del VI y la fracción de ^eyección3. Sin embargo, el VI es una estructura tridimensional (3D) con una forma a menudo irregular y, por lo tanto, varios planos tomográficos sin duda fallarán en algunos escenarios clínicos para delinear con precisión la morfología y la función del VI. Los recientes avances en la tecnología de hardware y software ultrasónico permitieron el desarrollo de imágenes 3D en tiempo real, que revolucionan los protocolos ecocardiográficos.

Además, la necesidad de un enfoque cuantitativo sobre las anomalías del movimiento de la pared dio lugar al aumento de las imágenes de deformación4. Los parámetros de deformación y velocidad de deformación se pueden calcular mediante el seguimiento de motas utilizando imágenes estándar en escala de grises. La ecocardiografía 3D también puede superar varias deficiencias de una evaluación de la deformación bidimensional5. A partir de una costosa herramienta científica, la ecocardiografía 3D comenzó a convertirse en una técnica poderosa utilizada en la práctica clínica diaria, y la cuantificación del VI está ciertamente en la primera línea de este avance.

El presente artículo tiene como objetivo guiar al lector a través de un protocolo 3D detallado mediante la presentación de consejos y trucos y también destacando las posibles trampas para facilitar el uso generalizado pero técnicamente sólido de esta importante técnica relacionada con el VI.

Protocol

Este protocolo sigue las directrices del Comité Regional e Institucional de Ética de la Ciencia y la Investigación de la Universidad semmelweis. El presente protocolo se aplica a un proveedor específico. Aunque algunos pasos siguen siendo válidos independientemente de la máquina de ultrasonido y el software de posprocesamiento, pueden existir diferencias importantes si se utilizan las soluciones de otros proveedores.

1. Requisitos técnicos

1. Utilice una máquina de ecocardiografía capaz de obtener imágenes en 3D.
2. Conecte un transductor de matriz en fase con capacidad de ecocardiografía transtorácica 3D.
3. Aplique el ECG de 3 derivaciones incorporado del sistema de ultrasonido para permitir que el sistema sincronice las grabaciones y los análisis con el ciclo cardíaco.

2. Adquisición de las imágenes ecocardiográficas 3D

1. Coloque al paciente en la posición de decúbito lateral izquierdo (paciente acostado sobre el lado izquierdo con el brazo izquierdo estirado por encima de la cabeza).
2. Asegúrese de que el rastreo de ECG en la pantalla sea de buena calidad.
   NOTA: Este es un requisito previo para el postprocesamiento, ya que el software detectará los diferentes puntos del ciclo cardíaco en función de la señal de ECG.
3. Descongele la imagen y comience a examinar al paciente con el transductor. Visualice una vista apical convencional de cuatro cámaras.
4. Optimice la calidad de la imagen ajustando el ancho del sector a LV, bajando la profundidad para truncar la aurícula izquierda y utilizando un ligero sobregante.
   NOTA: Asegúrese de que toda la superficie endo-ENDO y también la superficie epicárdica sea visible.
5. Presione el botón 4D para cambiar al modo 3D.
   NOTA: Al presionar el botón Multi-Slice... en la pantalla táctil, habrá cuatro opciones disponibles (5, 7, 8, 12 slices) para obtener una visión general del conjunto de datos 3D utilizando cortes estándar de ejes cortos y largos. Si es necesario, el posicionamiento del transductor se puede corregir para garantizar la inclusión de todo el espesor de la pared del VI desde el nivel apical hasta el nivel de la válvula mitral en el conjunto de datos 3D piramidal. Se recomienda el uso de 12 rebanadas (con nueve vistas ajustables de eje corto).
6. Adquiere imágenes 3D usando el modo Multi Beat o Single Beat .
   1. Utilice el modo Multi Beat para lograr una mayor resolución espacial y temporal, donde el conjunto de datos se reconstruirá a partir de 2, 3, 4 o 6 ciclos cardíacos (esto se puede configurar en la pantalla): retención de la respiración al final de la espiración del paciente y posicionamiento estable del transductor necesario para minimizar los artefactos de costura.
      NOTA: La adquisición de Single Beat es de menor resolución espacial y temporal; sin embargo, la mayoría de los transductores modernos tienen una mejor calidad y, por lo tanto, se pueden utilizar para adquirir conjuntos de datos 3D adecuados sin reconstrucción para someterse a un análisis adicional. Como recomendación general, se recomiendan tasas de volumen superiores a 15 volúmenes por segundo para un análisis más detallado.
   2. Cuando el volumen completo se reconstruya a partir de los subvolúmenes, y todo el LV sea visible, congele la imagen. Usando las perillas Selección de ciclo y Número de ciclos , seleccione los ciclos cardíacos adquiridos óptimos y presione Almacén de imágenes.
      NOTA: Los artefactos de costura son subvolúmenes espacial o temporalmente desalineados uno al lado del otro. Los conjuntos de datos con una caída significativa de las paredes del VI o con artefactos de costura generalmente no son adecuados para un análisis posterior. La calidad del conjunto de datos 3D ya adquirido se puede verificar dos veces utilizando el modo Multi-Slice.

3. Postprocesamiento para cuantificar la morfología y función del VI

1. Seleccione un conjunto de datos 3D apropiado para un análisis posterior.
   NOTA: Esta parte del protocolo requiere las imágenes 3D de buena calidad previamente adquiridas y guardadas y se puede realizar en la máquina de ultrasonido y en una estación de trabajo separada, ya sea.
2. Haga clic en medir | Volumen y, a continuación, seleccione 4D Auto LVQ.
3. En la pantalla cuádruple (tres vistas apicales: vistas de cuatro, dos y tres cámaras, y una vista de eje corto, esta última se puede ajustar mediante un plano horizontal en vistas de eje largo), el software solicita Modificar la alineación de las divisiones apicales a las vistas estándar. Si es necesario, corrija las vistas apicales manualmente inclinando y girando para mostrar la vista estándar correspondiente, eliminando así el escorzo. Establezca la inclinación para alinear la pinza con el eje largo del LV arrastrando y moviendo las pinzas en vistas de eje largo. Ajuste la rotación mediante las perillas correspondientes o Girar todas de la máquina o ajustando las pinzas en la imagen de eje corto.
   NOTA: La recomendación de software se puede restablecer presionando el botón Alineación automática .
4. Después de terminar la alineación de la vista, haga clic en el siguiente paso EDV. La trama diastólica final (DE) se detecta automáticamente utilizando la señal de ECG, pero se puede corregir manualmente si es necesario.
5. Detección semiautomática de la superficie endo y epicárdica del VI
   1. Seleccione dos puntos de referencia manualmente en cualquier vista apical. En primer lugar, identifique el ápice del VI y luego el centro de la base del VI (nivel del anillo mitral) en cualquier vista apical. El algoritmo contornará automáticamente el borde endocárdico de todo el VI.
      NOTA: Hay dos opciones más: Manual, lo que significa que se deben establecer dos puntos de referencia basales y uno apical en cada vista apical, y Auto Init, que contorneará automáticamente el LV sin ninguna interacción del usuario.
   2. Compruebe la credibilidad del contorno en tres vistas apicales, tres vistas de eje corto de diferentes niveles y un cuarto eje corto controlado por el usuario, para permitir la verificación visual de la superficie detectada. La corrección del contorno es posible agregando manualmente puntos que luego se incorporarán en la línea de contorno.
      NOTA: Con Deshacer, el punto agregado anteriormente se puede eliminar. El botón Restablecer restablece el contorno para iniciar toda la sección desde el principio. La visibilidad del contorno se puede ajustar para permitir la apreciación de la superficie endocárdica en la imagen en escala de grises. El contorno endocárdico y epicárdico debe realizarse de manera precisa y consistente. Para obtener una recomendación detallada, consulte la siguiente ^referencia6.
   3. Elija el siguiente paso, que es el ESV.
   4. Repita el mismo procedimiento (3.5.1-3.5.2) mencionado en los puntos anteriores para identificar y corregir el contorno endocárdico en el marco sistólico final.
      NOTA: La trama sistólica final (ES) se detecta automáticamente mediante la señal de ECG, pero se puede corregir manualmente si es necesario. Los valores de volumen diastólico final (EDV), volumen sistólico final (ESV), fracción de eyección (EF), frecuencia cardíaca (HR), volumen sistólico (SV), gasto cardíaco (CO) e índice de esfericidad (SpI) ya se muestran en la pantalla.
   5. Presione Forma de onda de volumen para el siguiente paso. El software muestra un modelo 3D dinámico del VI y también la curva tiempo-volumen a medida que traza la superficie endocárdica a lo largo del ciclo cardíaco fotograma a fotograma (Figura 1).
      NOTA: Aquí, existe la posibilidad de editar el borde endocárdico en cualquier marco.
   6. Para el siguiente paso, presione LV Mass. El software contornea automáticamente el contorno epicárdico del VI en el marco diastólico final y calcula la masa del VI (EDMass).
      NOTA: Si es necesario, edite el contorno de la superficie epicárdica agregando puntos para incluir (el mismo método que se describió anteriormente) en cualquier plano de eje corto o largo. Se puede seleccionar qué contorno ajustar: Endo, Epi o Endo + Epi.
   7. Presione 4D Strain ROI para el siguiente paso. El software contornea automáticamente el contorno epicárdico del VI en el marco sistólico final y calcula la masa sistólica final del VI (ESMass).
      NOTA: Si es necesario, edite el contorno sistólico final de la superficie epicárdica agregando puntos para incluir (el mismo método que se describió anteriormente) en cualquier plano de eje corto o largo. ESMass debe tener un valor similar al de EDMass. Este paso es esencial para calcular los valores de deformación 3D mediante el seguimiento de motas.
   8. Presione Resultados de la tensión 4D para el siguiente paso. El software visualiza el seguimiento miocárdico 3D en múltiples planos de eje corto y largo y los valores de deformación correspondientes de los 17 segmentos LV estándar a lo largo del ciclo cardíaco, fotograma a fotograma. También se muestran las curvas de tensión temporal y la gráfica de ojo de buey. Se calculan y se pueden demostrar los siguientes parámetros: deformación longitudinal, deformación circunferencial, deformación radial, deformación de área, rotación y torsión.
      NOTA: Existe la posibilidad de excluir un segmento de BT en particular del análisis si se considera que tiene una baja calidad de seguimiento mediante la observación visual de imágenes o en función de la curva de tiempo-deformación. Sin embargo, el software recomienda de forma predeterminada la aprobación o el rechazo del segmento. Los valores de deformación codificados por colores se pueden visualizar en un modelo 3D dinámico del LV cambiando el "Diseño".
6. Para finalizar el análisis, pulse Aprobar y salir.

Representative Results

El análisis 3D del VI es factible en la mayoría de los pacientes. El caso 1 es un voluntario sano con volúmenes y función ventricular normales (Figura 1). El caso 2 (Figura 2) es un paciente varón de 64 años con miocardiopatía dilatada y un amplio complejo QRS (160 ms) de morfología de bloqueo de rama izquierda. Las mediciones de CMR estándar de oro fueron las siguientes: volumen diastólico final: 243 ml, volumen sistólico final: 160 ml, fracción de eyección: 34%, masa del VI: 163 g. Las mediciones ecocardiográficas lineales convencionales subestimaron significativamente los volúmenes del VI (diastólica final: 139 ml, sistólica final: 76 ml) y la fracción de eyección sobreestimada (45%) y la masa del VI (469 g). Sin embargo, las mediciones ecocardiográficas 3D están mucho más cerca del estándar de oro, como se muestra en la Figura 2. Además, el análisis de la mecánica miocárdica mediante el seguimiento de motas 3D proporciona datos significativos sobre las contracciones disincrónicas y la disfunción segmentaria. Más tarde, el paciente se sometió a una terapia de resincronización cardíaca exitosa.

Figura 1: Análisis 3D del VI de una voluntaria de 18 años libre de cualquier enfermedad cardiovascular. La imagen actual hace referencia a la forma de onda volumen (paso 3.5.5). En el lado izquierdo de la pantalla, se pueden ver tres ejes largos LV diferentes y una vista de eje corto; el contorno verde representa la superficie endocárdica diastólica final. En la esquina superior derecha, los resultados principales son visibles, demostrando volúmenes, forma y función normales de LV. Por debajo de eso, el modelo de superficie endocárdica del VI 3D (rojo) y la curva tiempo-volumen a lo largo del ciclo cardíaco son visibles. DE: diastólica final, ES: sistólica final, EDMass: masa del VI, EDV: volumen diastólico final, ESV: volumen sistólico final, EF: fracción de eyección, HR: frecuencia cardíaca, BPM: latidos por minuto, SV: volumen sistólico, CO: gasto cardíaco, SpI: índice de esfericidad. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Análisis 3D del VI de un paciente con miocardiopatía dilatada. La imagen actual hace referencia a los resultados de la tensión 4D (paso 3.5.8). En el lado izquierdo de la pantalla, los valores de deformación longitudinal codificados por colores se visualizan en un modelo 3D del LV, mostrando una tensión reducida en la pared lateral (azul). Cuantitativamente, los valores de deformación sistólica final se muestran en la esquina inferior derecha en la gráfica de ojo de buey de los 17 segmentos estándar de LV. En la esquina superior derecha, los valores de deformación longitudinal global y también segmentaria son visibles en las curvas de deformación temporal a lo largo del ciclo cardíaco. DE: diastólica final, ES: sistólica final, EDV: volumen diastólico final, ESV: volumen sistólico final, EF: fracción de eyección, G: global, HR: frecuencia cardíaca, BPM: latidos por minuto, SV: volumen sistólico, CO: gasto cardíaco, SpI: índice de esfericidad. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discussion

Las mediciones morfológicas y funcionales del VI representan piedras angulares del diagnóstico, manejo y seguimiento de las enfermedades cardíacas; además, son poderosos predictores del resultado. En general, la evaluación basada en la ecocardiografía 2D del VI se recomienda en las guías de práctica actuales; sin embargo, se ha demostrado que la ecocardiografía 3D es más precisa, ya que está libre de suposiciones geométricas sobre la forma del ^VI7,8. La imagen de deformación por seguimiento de motas es un método robusto para evaluar diferentes direcciones de la tensión miocárdica, lo que permite cuantificar las anomalías del movimiento de la pared de manera más ^sensible5. La deformación longitudinal tiene un valor pronóstico superior establecido en comparación con la fracción de ^eyección9.

Generalmente, el VI se adquiere a partir de una ventana apical transtorácica utilizando conjuntos de datos 3D de volumen completo reconstruidos de 4 a 6 ciclos cardíacos durante la retención de la respiración al final de la espiración, y luego, los subvolúmenes se unen automáticamente para lograr una resolución espacial y temporal óptima. El requisito previo para un conjunto de datos 3D adecuado es una imagen 2D optimizada mediante el ajuste de las frecuencias del transductor, la profundidad y el uso de una ligera sobreganada. El objetivo es incluir toda la superficie endocárdica del VI y también la superficie epicárdica en un conjunto de datos piramidales de buena calidad, que podría garantizarse verificando varias vistas de eje corto y largo antes de la adquisición: la interfaz de usuario de la máquina proporciona esta vista multiplano. Se puede utilizar un posicionamiento de transductor diferente para optimizar la visualización en comparación con la vista convencional utilizada para las mediciones 2D, ya que el escorzo se puede corregir durante el posprocesamiento. También se pueden aplicar maniobras respiratorias adicionales.

Los métodos 2D convencionales para medir la morfología y la función del VI tienen limitaciones inherentes. Dependen en gran medida del posicionamiento adecuado del transductor y el contorno manual de la superficie endocárdica del VI. Además, el método de Simpson del biplano actualmente recomendado tiene en cuenta solo dos planos tomográficos y descuida la gran superficie restante de la estructura del VI en forma de bala. Para cuantificar los volúmenes del VI, se utilizan supuestos geométricos sobre la forma del ^VI3. Los métodos no 3D subestiman significativamente los volúmenes de ^VI10. Estas deficiencias son aún más exageradas en pacientes con formas irregulares del VI y patrones poco frecuentes de anomalías en el movimiento de la ^pared11. La masa del VI también es un poderoso predictor de resultado a pesar de que el modo M actual, o las técnicas 2D tienen numerosas limitaciones. La fórmula de Devereux ampliamente aplicada que utiliza mediciones lineales subestima alrededor del rango normal de masa del VI; sin embargo, sobreestima significativamente cuando hay hipertrofia ^{significativa12,13}. Las mediciones basadas en ecocardiografía 3D son más reproducibles y tienen una mejor correlación con la CMR estándar de oro. El índice de esfericidad es una medida tradicional pero de buen rendimiento de la forma del VI, y su medición es más representativa mediante ecocardiografía 3D. Las mediciones de la deformación y la velocidad de deformación se están convirtiendo en una parte esencial de la investigación y la práctica clínica debido a su sensibilidad superior y valor pronóstico ^{añadido14,15}. El acortamiento longitudinal y circunferencial e incluso la mecánica rotacional se pueden cuantificar mediante el seguimiento de motas en 3D, mientras que los datos se acumulan demostrando su ^valor16. El análisis 3D elimina el movimiento fuera del plano (limitación conocida del enfoque 2D); sin embargo, se debe tener en cuenta la menor resolución temporal y espacial de los conjuntos de datos 3D junto con las diferencias en los algoritmos de software.

Si bien la velocidad y la robustez de la cuantificación 3D del VI atraen a los médicos a usarla en cada paciente, se deben tener en cuenta varias limitaciones. A pesar de todas las mejoras en la calidad de la imagen, seguirá habiendo un cierto subconjunto de pacientes cuya ventana ecocardiográfica será inadecuada para una medición semiautomática o incluso manual. La experiencia clínica puede llevar al médico a revisar los valores medidos y comenzar a pensar en técnicas alternativas, como la ecocardiografía de contraste o la CMR. Si bien se desaconseja el "globo ocular", podemos buscar una correlación entre la anticipación de los expertos y los valores medidos. Los algoritmos de software aplican modelos aprendidos de la forma del VI durante el contorno automático endocárdico y epicárdico; por lo tanto, veremos un contorno incluso en aquellas regiones que en realidad están fuera del volumen de imágenes. Tenemos que tratar de involucrar toda la superficie endo y epicárdica del VI en el volumen adquirido para minimizar dicha interpolación. Cuando, a pesar de todos los esfuerzos, este abandono persiste, los resultados deben interpretarse con cautela. Los artefactos de costura son bastante frecuentes durante la reconstrucción de múltiples latidos, causados por un ritmo irregular, transductor no deseado o movimiento del paciente (no contener la respiración) durante la adquisición, o incluso problemas técnicos. Si bien las reconstrucciones en 3D son generalmente factibles a pesar de estos artefactos, los resultados deben cuestionarse y se debe iniciar un nuevo análisis utilizando otro bucle libre de costuras. La mayoría de los transductores modernos permiten una resolución espacial y temporal adecuada (>20 volúmenes por segundo) sin adquisición de múltiples latidos, lo que, por supuesto, elimina este problema. Para la adquisición adecuada de imágenes y el postprocesamiento de software, no se puede enfatizar demasiado el papel de un rastreo de ECG estable y de buena calidad. Colocar los puntos de referencia durante el postprocesamiento es de vital importancia, ya que afecta significativamente los valores finales y la calidad general del seguimiento. Actualmente, es necesaria alguna corrección manual del contorno automático para casi todos los pacientes; sin embargo, tenemos que tener en cuenta que cuanto más interactuamos, más error humano se puede introducir que empeorará la reproducibilidad. Se debe establecer una compensación adecuada para manejar los errores de contorno relacionados con el software. Este problema se ajustará durante la curva de aprendizaje y mejorará a medida que crezca la experiencia. Es importante destacar que existen diferencias significativas entre los proveedores en la medición de los valores de las deformaciones 3D, y actualmente no existe una estandarización que ya haya tenido lugar en el caso de la deformación longitudinal global mediante el seguimiento de motas ^2D17. La calidad del seguimiento y la credibilidad de los resultados son más altas con respecto al seguimiento de manchas 2D, las mediciones de deformación 3D se colocan preferiblemente en el ámbito de la investigación en el momento de la redacción de este artículo.

En conclusión, las soluciones de software basadas en ecocardiografía 3D están proporcionando los resultados ecocardiográficos más precisos con respecto a la morfología y función del VI. Están validados con CMR y han demostrado ser más reproducibles e incluso menos lentos que las técnicas 2D convencionales. Su aplicación en la investigación y también en la vida clínica seguirá evolucionando. Otras mejoras utilizando inteligencia artificial pueden allanar el camino hacia la cuantificación automática sin interacción humana.

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