Évaluation des tourbillons intracardiaques à l’aide de l’imagerie des taches sanguines dérivée de l’échocardiographie à fréquence d’images élevée chez les nouveau-nés

Résumé

Le présent protocole utilise la technologie d’imagerie du moucheture sanguine dérivée de l’échocardiographie pour visualiser l’hémodynamique intracardiaque chez les nouveau-nés. L’utilité clinique de cette technologie est explorée, le corps de liquide en rotation dans le ventricule gauche (connu sous le nom de vortex) est accessible et son importance dans la compréhension de la diastologie est déterminée.

Résumé

Le ventricule gauche (VG) présente un motif unique de remplissage hémodynamique. Au cours de la diastole, un corps en rotation ou un anneau de liquide connu sous le nom de vortex se forme en raison de la géométrie chirale du cœur. On rapporte qu’un vortex joue un rôle dans la conservation de l’énergie cinétique du flux sanguin entrant dans le VG. Des études récentes ont montré que les vortex VG peuvent avoir une valeur pronostique dans la description de la fonction diastolique au repos dans les populations néonatales, pédiatriques et adultes, et peuvent aider à une intervention subclinique précoce. Cependant, la visualisation et la caractérisation du vortex restent peu explorées. Un certain nombre de modalités d’imagerie ont été utilisées pour visualiser et décrire les schémas de flux sanguin intracardiaque et les anneaux vortex. Dans cet article, une technique connue sous le nom d’imagerie des mouchetures sanguines (BSI) est particulièrement intéressante. La BSI est dérivée de l’échocardiographie Doppler couleur à fréquence d’images élevée et offre plusieurs avantages par rapport aux autres modalités. À savoir, BSI est un outil de chevet peu coûteux et non invasif qui ne repose pas sur des agents de contraste ou des hypothèses mathématiques étendues. Ce travail présente une application détaillée, étape par étape, de la méthodologie BSI utilisée dans notre laboratoire. L’utilité clinique de l’ICB n’en est encore qu’à ses débuts, mais elle s’est révélée prometteuse au sein des populations pédiatriques et néonatales pour décrire la fonction diastolique dans les cœurs surchargés. Un objectif secondaire de cette étude est donc de discuter des travaux cliniques récents et futurs avec cette technologie d’imagerie.

Introduction

Les schémas de flux sanguin intracardiaque jouent un rôle clé dans le développement cardiaque, en commençant par la morphogenèse fœtale et en se poursuivant tout au long de la vie¹. La contrainte de cisaillement hémodynamique joue un rôle central dans la stimulation de la croissance et de l’architecture de la cavité cardiaque via l’activation de gènes spécifiques ^2,3. Cela se produit à la fois au stade intra-utérin et dans les premiers stades de la vie, soulignant ainsi l’importance de l’influence hémodynamique sur le développement cardiaque précoce et le report à l’âge adulte³.

Les lois de la dynamique des fluides stipulent que le sang passant le long d’une paroi vasculaire se déplace plus lentement lorsqu’il est le plus proche de la paroi et plus rapidement lorsqu’il se trouve au centre d’un vaisseau, où la résistance est plus faible. Ce phénomène peut être démontré dans n’importe quel grand vaisseau avec un Doppler à onde d’impulsion comme l’enveloppe intégrale temporelle typique de la vitesse Doppler⁴. Lorsque le sang pénètre dans une cavité plus grande telle que le cœur, le sang le plus éloigné de la surface endocardique continue d’augmenter sa vitesse par rapport au sang le plus proche de cette surface et crée un corps de liquide en rotation, connu sous le nom de vortex. Une fois créés, les tourbillons sont des structures d’écoulement automotrices qui aspirent généralement le fluide environnant via des gradients de pression négatifs. Ainsi, un vortex peut déplacer un plus grand volume de sang qu’un jet de liquide droit équivalent, favorisant une plus grande efficacité cardiaque ^4,5.

La littérature suggère que le but évolutif des tourbillons est de conserver l’énergie cinétique, de minimiser les contraintes de cisaillement et de maximiser l’efficacité de l’écoulement ^4,5,6. En ce qui concerne spécifiquement le cœur, il s’agit notamment de stocker l’énergie hémodynamique dans un mouvement rotatif, de faciliter la fermeture des valves et de propager le flux sanguin vers la voie d’écoulement, comme le montre la figure 1. Des schémas de flux sanguin intracardiaque modifiés sont attendus dans des situations pathologiques telles que les états de surcharge volumique et dans les cas de valvules artificielles ^7,8. C’est là que réside le véritable potentiel diagnostique des vortex en tant que prédicteurs précoces des résultats cardiovasculaires chez l’adulte.

L’hémodynamique intracardiaque a suscité un intérêt croissant dans la littérature, tant chez l’adulte que chez l’enfant. Plusieurs modalités sont disponibles pour l’évaluation qualitative et quantitative de l’hémodynamique intracardiaque et ont été résumées de manière exhaustive dans une revue récente, avec un accent particulier sur le vortex intracardiaque⁹. Une modalité très prometteuse est l’imagerie du moucheture sanguine (BSI) dérivée de l’échocardiographie, qui offre la possibilité de mesurer de manière non invasive un certain nombre de caractéristiques qualitatives et quantitatives du vortex, décrites ci-dessous, à un coût relativement faible et avec une excellente reproductibilité¹⁰. BSI est actuellement disponible dans le commerce à l’aide d’un système d’échographie cardiaque haut de gamme avec une sonde S12 ou S6 MHz. Les caractéristiques de suivi des taches sont analogues à celles utilisées dans le suivi des mouchetures tissulaires pour étudier la déformation myocardique 11,12,13. Étant donné que les globules rouges ont tendance à se déplacer plus rapidement et avec une fréquence Doppler plus élevée que les tissus environnants, les deux signaux peuvent être séparés en appliquant un filtre temporel. BSI utilise un algorithme de meilleure correspondance pour quantifier le mouvement des taches de sang directement sans utiliser d’agents de contraste. Les mesures de vitesse sanguine peuvent être visualisées sous forme de flèches, de lignes de courant ou de lignes de trajectoire avec ou sans images Doppler couleur sous-jacentes, et peuvent mettre en évidence les zones d’écoulement complexe¹⁰.

Il a été démontré que le BSI a une bonne faisabilité et une bonne précision pour quantifier les modèles de flux sanguin intracardiaque, avec une excellente validité par rapport à un instrument fantôme de référence et à un Doppler pulsé ^7,10,11. Bien qu’encore très nouveau, le BSI est un outil clinique prometteur pour le diagnostic précoce de diverses physiopathologies cardiaques. L’application clinique de l’imagerie vortex s’est révélée prometteuse chez les nouveau-nés. Plus précisément, le comportement d’un vortex dans le ventricule gauche (VG) peut avoir des implications à long terme sur le remodelage cardiaque et la prédisposition à l’insuffisance cardiaque.

Le mécanisme liant les tourbillons au remodelage ventriculaire gauche est encore peu exploré, mais a été récemment étudié dans notre laboratoire et fait l’objet de travaux en cours¹¹. Cet article méthodologique vise à décrire l’utilisation de l’IS dans l’exploration des vortex intracardiaques et à discuter des utilisations pratiques et cliniques des vortex dans l’évaluation de la fonction diastolique dans diverses populations. Un objectif secondaire est de discuter de la pertinence clinique de l’ICS et de présenter certains des travaux précédemment effectués chez les nouveau-nés.

Protocole

Toutes les procédures effectuées dans le cadre d’études impliquant des participants humains étaient conformes aux normes éthiques du comité de recherche institutionnel et/ou national et à la Déclaration d’Helsinki de 1964 et à ses amendements ultérieurs ou à des normes éthiques comparables. Le consentement éclairé a été obtenu de toutes les familles des participants inclus dans l’étude. Toutes les images et tous les clips vidéo ont été anonymisés à la suite de l’acquisition.

1. Préparation du patient

1. Installez l’échographe à côté du lit du patient et connectez un électrocardiogramme à trois dérivations (voir le tableau des matériaux).
2. Entrez le code du patient et les détails pertinents, tels que la longueur et le poids du corps, et effectuez l’échocardiogramme selon les normes décrites précédemment¹².

2. Acquisition d’images

1. Spécifiquement pour BSI, obtenez une vue superficielle du BT dans la vue apicale à quatre chambres avec une largeur de secteur étroite, permettant une fréquence d’images d’acquisition comprise entre 400 et 600 Hz.
2. Ouvrez une boîte de couleur au-dessus de la cavité ventriculaire gauche, rétrécissez au maximum pour n’inclure que la région allant de la valve mitrale à l’apex endocardique et du bord endocardique septal au bord endocardique de la paroi latérale.
3. Augmentez le gain de couleur jusqu’au point de moucheter et réduisez légèrement. Réglez la limite de l’échelle de vitesse Doppler de couleur sur la vitesse diastolique appropriée (20-30 cm/s chez les prématurés) pour remplir au maximum la case de couleur avec l’afflux diastolique plus lent.
4. Sur le panneau de commande à écran tactile de l’équipement (voir le tableau des matériaux), appuyez sur le mode BSI pour afficher les directions d’écoulement intracardiaque et les tourbillons au format couleur RAW. Ajustez la position et la taille de la boîte BSI pour inclure la région d’écoulement d’intérêt et enregistrez au moins deux cycles cardiaques.
5. Répétez la procédure dans la vue apicale du VG à grand axe ou dans d’autres vues où une évaluation hémodynamique intracardiaque est nécessaire (Figure 2 et Figure 3).

3. Analyses d’images

NOTE : Les techniques d’analyse d’images pour le vortex BT ont été brièvement décrites dans des travaux antérieurs de notre laboratoire¹¹. Le protocole utilisé pour évaluer les vortex intracardiaques est le suivant (Figure 3 et Figure 4).

1. Enregistrez deux cycles cardiaques de chaque patient respectif sur des supports externes au format RAW DICOM et transférez-les vers une station de laboratoire avec un logiciel de traitement d’image (voir la table des matériaux) installé pour des analyses détaillées hors ligne.
2. Une fois hors ligne, identifiez le vortex le plus important ou le plus principal.
   REMARQUE : Le vortex principal est visualisé sous la forme d’une structure allongée, de forme ovale, tournant dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, située dans le quadrant supérieur gauche du ventricule gauche, près du septum, la zone de vortex maximale se trouvant en fin de diastole (pendant l’onde A transmissible) chez les prématurés (vidéo 1). Le vortex principal se trouve généralement pendant l’onde E transmise pour les nourrissons plus âgés et les enfants.
3. Notez le nombre de tourbillons de forme ovale indépendants et complets qui se forment tout au long du cycle cardiaque pour chaque clip.
4. Mesurez la position du vortex principal par rapport aux points de repère connus dans le LV. Pour déterminer la profondeur du vortex, à l’aide de l’outil « mesure de distance » du logiciel d’analyse, mesurez la distance verticale entre l’œil du vortex et le milieu de l’anneau de la valve mitrale. Pour la position transversale du vortex, mesurez la distance horizontale entre l’œil du vortex et le bord endocardique du septum interventriculaire.
5. Mesurez les distances verticales et horizontales bord à bord du vortex principal par rapport à la longueur et à la largeur BT pour obtenir la forme du vortex.
   REMARQUE : Cela permet également d’estimer l’indice de sphéricité du vortex en divisant la longueur par la largeur.
6. À l’aide de l’outil « mesure de traçage » du logiciel d’analyse, cliquez sur l’anneau de vortex le plus externe et tracez-le à l’endroit où le vortex principal est le plus important pour déterminer la zone du vortex principal.
7. Pour évaluer le temps de formation du vortex maximal (PVFT), enregistrez le cadre cardiaque lorsque le vortex apparaît pour la première fois (anneaux circulaires délimités) dans le cadre cardiaque où le vortex principal est le plus important et calculez le nombre de cadres par rapport au nombre total de cadres dans un cycle cardiaque pour le patient.
8. Pour évaluer la durée du vortex, mesurez les images à partir desquelles le vortex apparaît pour la première fois lorsque le vortex perd sa formation d’anneau circulaire. La durée du vortex est ensuite calculée comme le nombre d’images par rapport au nombre total d’images de ce patient au cours d’un cycle cardiaque (Figure 5).

Résultats

L’acquisition de clips vortex est comparable à la méthodologie standard universellement employée pour obtenir des clips Doppler couleur. Des études pionnières chez l’adulte ont décrit des tourbillons à l’aide des vues apicales à deux, trois et quatre chambres¹⁴. Le vortex LV est une structure en forme d’anneau qui se déplace de la base à l’apex. BSI visualise le diamètre interne de l’anneau (Figure 2). Un anneau vortex n’est généralement pas...

Discussion

L’importance de visualiser et de comprendre le vortex intracardiaque
Il existe de nombreuses applications cliniques possibles de l’imagerie vortex dérivée de l’échocardiographie à fréquence d’images élevée. Leur capacité à fournir des informations précieuses sur la dynamique du flux intracardiaque a suscité l’intérêt d’études récentes¹⁶. De plus, l’imagerie vortex peut permettre de détecter des changements présymptomatiques dans l’architecture e...

matériels

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