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

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 velocità^{Doppler 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.

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 pazi…

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 a…

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 posso…

Materials

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