Evaluación de vórtices intracardíacos con imágenes de manchas de sangre derivadas de ecocardiografía de alta velocidad de fotogramas en recién nacidos

Resumen

El presente protocolo utiliza la tecnología de imágenes de manchas de sangre derivada de la ecocardiografía para visualizar la hemodinámica intracardíaca en recién nacidos. Se explora la utilidad clínica de esta tecnología, se accede al cuerpo rotacional de líquido dentro del ventrículo izquierdo (conocido como vórtice) y se determina su importancia en la comprensión de la diastología.

Resumen

El ventrículo izquierdo (VI) tiene un patrón único de llenado hemodinámico. Durante la diástole, se forma un cuerpo rotacional o anillo de líquido conocido como vórtice debido a la geometría quiral del corazón. Se ha informado que un vórtice tiene un papel en la conservación de la energía cinética del flujo sanguíneo que ingresa al VI. Estudios recientes han demostrado que los vórtices del VI pueden tener valor pronóstico para describir la función diastólica en reposo en poblaciones neonatales, pediátricas y adultas, y pueden ayudar con una intervención subclínica más temprana. Sin embargo, la visualización y caracterización del vórtice siguen siendo mínimamente exploradas. Se han utilizado varias modalidades de imágenes para visualizar y describir los patrones de flujo sanguíneo intracardíaco y los anillos de vórtice. En este artículo, una técnica conocida como imagen de manchas de sangre (BSI) es de particular interés. La BSI se deriva de la ecocardiografía Doppler color de alta velocidad de fotogramas y ofrece varias ventajas sobre otras modalidades. Es decir, la BSI es una herramienta de cabecera barata y no invasiva que no depende de agentes de contraste ni de suposiciones matemáticas extensas. En este trabajo se presenta una aplicación detallada paso a paso de la metodología BSI utilizada en nuestro laboratorio. La utilidad clínica de la BSI aún se encuentra en sus primeras etapas, pero se ha mostrado prometedora dentro de las poblaciones pediátricas y neonatales para describir la función diastólica en corazones sobrecargados de volumen. Un objetivo secundario de este estudio es, por lo tanto, discutir el trabajo clínico reciente y futuro con esta tecnología de imagen.

Introducción

Los patrones de flujo sanguíneo intracardíaco juegan un papel clave en el desarrollo cardíaco, comenzando en la morfogénesis fetal y continuando a lo largo de toda la vida¹. El esfuerzo de cizallamiento hemodinámico desempeña un papel fundamental en la estimulación del crecimiento y la arquitectura de la cámara cardíaca a través de la activación de genes específicos ^2,3. Esto ocurre tanto en la etapa intrauterina como en las primeras etapas de la vida, lo que pone de relieve la importancia de la influencia hemodinámica en el desarrollo cardíaco temprano y el arrastre a la edad adulta³.

Las leyes de la dinámica de fluidos establecen que la sangre que pasa a lo largo de la pared de un vaso se mueve más lentamente cuando está más cerca de la pared y más rápido cuando está en el centro de un vaso, donde la resistencia es menor. Este fenómeno puede demostrarse en cualquier vaso grande con Doppler de onda de pulso como la envolvente integral de tiempo de velocidad Doppler^{típica 4}. Cuando la sangre entra en una cavidad más grande, como el corazón, la sangre más alejada de la superficie endocárdica continúa aumentando su velocidad en relación con la sangre más cercana a esa superficie y crea un cuerpo de líquido rotacional, conocido como vórtice. Una vez creados, los vórtices son estructuras de flujo autopropulsadas que normalmente atraen el fluido circundante a través de gradientes de presión negativos. Así, un vórtice puede mover un mayor volumen de sangre que un chorro recto equivalente de fluido, promoviendo una mayor eficiencia cardíaca ^4,5.

La literatura sugiere que el propósito evolutivo de los vórtices es conservar la energía cinética, minimizar el esfuerzo cortante y maximizar la eficiencia del flujo ^4,5,6. Específicamente para el corazón, esto incluye el almacenamiento de energía hemodinámica en un movimiento rotatorio, facilitando el cierre de la válvula y la propagación del flujo sanguíneo hacia el tracto de salida, como se ve en la Figura 1. Se esperan patrones alterados de flujo sanguíneo intracardíaco en situaciones patológicas como estados de sobrecarga de volumen y en casos con válvulas artificiales ^7,8. Por lo tanto, aquí radica el verdadero potencial diagnóstico de los vórtices como predictores tempranos de resultados cardiovasculares en adultos.

La hemodinámica intracardíaca ha ganado un interés creciente en la literatura tanto en población adulta como pediátrica. Existen varias modalidades disponibles para la evaluación cualitativa y cuantitativa de la hemodinámica intracardíaca y fueron resumidas exhaustivamente en una revisión reciente, con un énfasis específico en el vórtice intracardíaco⁹. Una modalidad muy prometedora es la imagen de manchas de sangre (BSI) derivada de la ecocardiografía, que ofrece la capacidad de medir de forma no invasiva una serie de características cualitativas y cuantitativas del vórtice, que se describen a continuación, a un costo relativamente bajo y con una excelente reproducibilidad¹⁰. En la actualidad, BSI está disponible comercialmente mediante un sistema de ultrasonido cardíaco de alta gama con una sonda S12 o S6 MHz. Las características de seguimiento de manchas son análogas a las utilizadas en el seguimiento de manchas de tejidos para estudiar la deformación miocárdica 11,12,13. Dado que los glóbulos rojos tienden a moverse más rápido y con una frecuencia Doppler más alta que el tejido circundante, las dos señales se pueden separar aplicando un filtro temporal. BSI utiliza un algoritmo de mejor coincidencia para cuantificar el movimiento de las manchas de sangre directamente sin utilizar agentes de contraste. Las mediciones de la velocidad de la sangre se pueden visualizar como flechas, líneas de corriente o líneas de trayectoria con o sin imágenes Doppler en color subyacentes, y pueden resaltar áreas de flujo complejo¹⁰.

Se ha demostrado que la BSI tiene buena factibilidad y precisión para cuantificar los patrones de flujo sanguíneo intracardíaco, con excelente validez en comparación con un instrumento fantasma de referencia y Doppler pulsado ^7,10,11. Aunque todavía es muy novedoso, el BSI es una herramienta clínica prometedora para el diagnóstico precoz de diversas patologías cardíacas. La aplicación clínica de las imágenes de vórtice se ha mostrado prometedora en los recién nacidos. Específicamente, el comportamiento de un vórtice en el ventrículo izquierdo (VI) puede tener implicaciones a largo plazo en la remodelación cardíaca y la predisposición a la insuficiencia cardíaca.

El mecanismo de unión de los vórtices con el remodelado del ventrículo izquierdo es todavía relativamente inexplorado, pero ha sido investigado recientemente en nuestro laboratorio y es objeto de trabajo en curso¹¹. Este artículo metodológico tiene como objetivo describir el uso de BSI en la exploración de vórtices intracardíacos y discutir los usos prácticos y clínicos de los vórtices en la evaluación de la función diastólica en diversas poblaciones. Un objetivo secundario es discutir la relevancia clínica de la BSI y presentar algunos de los trabajos realizados previamente en neonatos.

Protocolo

Todos los procedimientos realizados en los estudios con participantes humanos se ajustaron a las normas éticas del comité de investigación institucional y/o nacional y a la Declaración de Helsinki de 1964 y sus enmiendas posteriores o normas éticas comparables. Se obtuvo el consentimiento informado de todas las familias de los participantes incluidos en el estudio. Todas las imágenes y videoclips fueron anonimizados después de la adquisición.

1. Preparación del paciente

1. Coloque la máquina de ultrasonido junto a la cuna del paciente y conecte un electrocardiograma de tres derivaciones (consulte la Tabla de materiales).
2. Introducir el código del paciente y los datos relevantes, como la longitud y el peso corporal, y realizar el ecocardiograma de acuerdo con los estándares descritos anteriormente¹².

2. Adquisición de imágenes

1. Específicamente para BSI, obtenga una vista superficial del BT en la vista apical de cuatro cámaras con un ancho de sector estrecho, lo que permite una velocidad de fotogramas de adquisición entre 400-600 Hz.
2. Abra un cuadro de color sobre la cavidad ventricular izquierda, estreche al máximo para incluir solo la región desde la válvula mitral hasta el ápice endocárdico, y desde el borde endocárdico septal hasta el borde endocárdico de la pared lateral.
3. Aumente la ganancia de color hasta el punto de moteado y reduzca ligeramente. Establezca el límite de la escala de velocidad Doppler color en la velocidad diastólica adecuada (20-30 cm/s en recién nacidos prematuros) para llenar al máximo la caja de color con el flujo diastólico de movimiento más lento.
4. En el panel de control de la pantalla táctil del equipo (consulte la tabla de materiales), toque el modo BSI para revelar las direcciones y los vórtices del flujo intracardíaco en formato de color RAW. Ajuste la posición y el tamaño de la caja BSI para incluir la región de flujo de interés y registre al menos dos ciclos cardíacos.
5. Repetir el procedimiento en la vista del eje largo del VI apical u otras vistas en las que se requiera una evaluación hemodinámica intracardíaca (Figura 2 y Figura 3).

3. Análisis de imágenes

NOTA: Las técnicas de análisis de imágenes para el vórtice del VI han sido descritas brevemente en trabajos anteriores de nuestro laboratorio¹¹. El protocolo utilizado para la evaluación de los vórtices intracardíacos es el siguiente (Figura 3 y Figura 4).

1. Guarde dos ciclos cardíacos de cada paciente respectivo en medios externos en su formato RAW DICOM y transfiéralos a una estación de laboratorio con un software de procesamiento de imágenes (consulte la Tabla de materiales) instalado para realizar análisis detallados fuera de línea.
2. Una vez fuera de línea, identifique el vórtice más prominente o principal.
   NOTA: El vórtice principal se visualiza como una estructura alargada, de forma ovalada, que gira en sentido contrario a las agujas del reloj, ubicada en el cuadrante superior izquierdo del ventrículo izquierdo, cerca del tabique, con el área máxima del vórtice encontrada en la diástole tardía (durante la onda A transmitral) en los recién nacidos prematuros (Video 1). El vórtice principal generalmente se encuentra durante la onda E transmitral para bebés mayores y niños.
3. Registre el número de vórtices independientes y completos de forma ovalada que se forman a lo largo del ciclo cardíaco para cada clip.
4. Mida la posición del vórtice principal en relación con los puntos de referencia conocidos dentro del VI. Para determinar la profundidad del vórtice, utilizando la herramienta de "medición de distancia" en el software de análisis, mida la distancia vertical desde el ojo del vórtice hasta la mitad del anillo de la válvula mitral. Para la posición transversal del vórtice, mida la distancia horizontal desde el ojo del vórtice hasta el borde endocárdico del tabique interventricular.
5. Mida las distancias verticales y horizontales de borde a borde del vórtice principal en relación con la longitud y el ancho del VI para obtener la forma del vórtice.
   NOTA: Esto también permite estimar el índice de esfericidad del vórtice como la longitud dividida por el ancho.
6. Usando la herramienta de "medición de trazado" en el software de análisis, haga clic y trace el anillo de vórtice más externo en el punto donde el vórtice principal es más prominente para determinar el área del vórtice principal.
7. Para evaluar el tiempo máximo de formación del vórtice (PVFT), registre el marco cardíaco cuando el vórtice aparece por primera vez (anillos circulares delineados) en el marco cardíaco donde el vórtice principal es más prominente y calcule el número de marcos en relación con el número total de marcos en un ciclo cardíaco para el paciente.
8. Para evaluar la duración del vórtice, mida los fotogramas a partir de los cuales el vórtice aparece por primera vez cuando el vórtice pierde su formación de anillo circular. La duración del vórtice se calcula entonces como el número de fotogramas en relación con el número total de fotogramas de ese paciente en un ciclo cardíaco (Figura 5).

Resultados

La adquisición de clips de vórtice es comparable a la metodología estándar empleada universalmente en la obtención de clips Doppler en color. Estudios pioneros en adultos han descrito vórtices utilizando las vistas apicales de dos, tres y cuatro cámaras¹⁴. El vórtice del ventrículo izquierdo es una estructura en forma de anillo que se mueve desde la base hasta el ápice. BSI visualiza el diámetro interno del anillo (Figura 2). Un anillo de vórtice no suele ...

Discusión

La importancia de visualizar y comprender el vórtice intracardíaco
Hay muchas aplicaciones clínicas posibles de las imágenes de vórtice derivadas de ecocardiografía de alta velocidad de fotogramas. Su capacidad para proporcionar información valiosa sobre la dinámica del flujo intracardíaco ha sido el interés de estudios recientes¹⁶. Además, las imágenes de vórtice pueden permitir la detección de cambios presintomáticos en la arquitectura y función del VI en neon...

Materiales

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