Valutazione ecografica dello spessore intima-medio dell'arteria aortica e carotide nei bambini e negli adolescenti

Riepilogo

Il presente articolo descrive le considerazioni metodologiche per la valutazione non invasiva dello spessore dell'aorta addominale e dell'intima-media carotidea mediante ecografia B-mode. Questa tecnica è comunemente usata nelle origini dello sviluppo della ricerca sulla salute e sulle malattie come surrogato per le alterazioni arteriose precoci.

Abstract

Lo spessore intima-medio carotideo (IMT), misurato utilizzando l'ecografia B-mode ad alta risoluzione, è un marcatore surrogato ampiamente utilizzato dell'aterosclerosi subclinica, il processo fisiopatologico alla base della maggior parte degli eventi clinici di malattia cardiovascolare. L'aterosclerosi è una malattia graduale che ha origine precocemente nella vita, quindi c'è stato un crescente interesse per la misurazione dell'IMT carotidea nell'infanzia e nell'adolescenza per valutare il cambiamento strutturale nel sistema vascolare arterioso in risposta alle esposizioni avverse. Tuttavia, la tempistica dell'aterosclerosi varia tra l'albero vascolare. Le lesioni aterosclerotiche primordiali sono presenti nell'aorta addominale già nell'infanzia, rispetto alla metà dell'adolescenza per la carotide comune. La misurazione dell'IMT in entrambi i siti è suscettibile di diverse sfide tecniche che devono essere considerate, soprattutto nei bambini più piccoli. In questo articolo, forniamo un metodo graduale dettagliato per una valutazione di alta qualità dell'IMT dell'aorta addominale e dell'arteria carotide comune nei giovani. Forniamo anche informazioni sull'adeguatezza di entrambi i siti quando esploriamo le associazioni tra esposizioni precoci e malattie cardiovascolari in età avanzata.

Introduzione

L'ipotesi Developmental Origins of Health and Disease (DoHAD) propone un legame tra le esposizioni ambientali durante i periodi critici dello sviluppo - dal concepimento ai 2 anni di età - e la suscettibilità in età avanzata alle malattie cardiometaboliche¹. Diversi studi osservazionali hanno dimostrato che le esposizioni nel periodo perinatale, come il basso peso alla nascita e la nascita pretermine, sono associate al rischio di malattie cardiovascolari (CVD) a lungo termine². L'aterosclerosi, il graduale ispessimento dei due strati più interni della parete arteriosa, è un precursore della maggior parte degli eventi clinici di CVD³. Questo ispessimento può essere misurato in modo non invasivo nella fase subclinica utilizzando gli ultrasuoni ad alta risoluzione in modalità luminosità (B-mode), una tecnica denominata spessore intima-media (IMT).

Negli anni '80, l'ecografia misurata con IMT carotidea è stata convalidata rispetto all'istologia diretta e da allora è diventata un metodo non invasivo distintivo per identificare le alterazioni arteriose precoci⁴. La valutazione dell'IMT carotideo è popolare all'interno della ricerca DoHAD in quanto ci consente di esplorare l'associazione tra esposizioni ambientali e adattamenti nel sistema vascolare all'inizio della vita e il potenziale monitoraggio di questi adattamenti nel tempo. L'IMT carotidea è aumentata nei bambini esposti a fattori di rischio precoci come la restrizione della crescita fetale⁵ e l'eccessivo aumento di peso nei primi due anni di vita⁶, oltre ai tradizionali fattori di rischio cardiovascolare come l'obesità⁷, l'esposizione al fumo e la dislipidemia⁸. Mentre l'IMT della biforcazione carotidea, la carotide interna e la carotide comune sono state studiate con fattori di rischio e sono tutte predittive di eventi cardiovascolari in età avanzata ^9,10, l'IMT a parete lunga dell'arteria carotide comune (cIMT) è l'unico sito ad essere stato convalidato rispetto all'istologia diretta³ e l'obiettivo del presente manoscritto.

È importante sottolineare che gli studi che esplorano la progressione naturale dell'aterosclerosi indicano che l'aorta addominale è la prima delle grandi arterie elastiche a presentare lesioni aterosclerotiche primordiali note come striature grasse, in particolare la parete lontana distale del vaso^11,12. Comparativamente, la carotide comune si presenta con striature di grasso a metà dell'adolescenza. Pertanto, la misurazione dell'IMT dell'aorta addominale (aIMT) può facilitare l'individuazione precoce dei cambiamenti nella struttura vascolare. Nel Muscatine Offspring Study su 635 persone di età compresa tra 11 e 34 anni negli Stati Uniti, è stato riscontrato che aIMT aveva associazioni più forti con i fattori di rischio CVD convenzionali negli adolescenti (11-17 anni), mentre cIMT aveva associazioni più forti nei soggetti più anziani (18-34^). Nei bambini ad alto rischio rispetto ai controlli, gli IMT di entrambi i vasi sono aumentati, ma l'effetto è stato maggiore nell'aorta rispetto alla carotide, rappresentando il diametro luminale¹⁴. Questi risultati e gli studi di storia naturale suggeriscono collettivamente di dare priorità alla misurazione dell'aIMT nelle popolazioni più giovani rispetto al cIMT. Sebbene ciò non sia privo di limiti, la misurazione dell'aIMT tende ad essere più variabile¹⁵, la metodologia fino a poco tempo fa mancava di standardizzazione³ e ci sono preoccupazioni sulla sua utilità in individui con maggiore adiposità centrale.

Concentrandosi in modo specifico sulle esposizioni nei primi 1.000 giorni di vita, due recenti revisioni sistematiche e meta-analisi forniscono informazioni significative sulla sensibilità di ciascuna tecnica. In studi con soggetti apparentemente sani di età compresa tra 0 e 18 anni, Epure et ^al.9 hanno valutato le associazioni tra condizioni cliniche entro i primi 1.000 giorni di vita e cIMT. Hanno scoperto che nascere piccoli per l'età gestazionale (SGA), con o senza restrizione della crescita fetale, era significativamente associato ad un aumento della cIMT nei bambini e negli adolescenti (16 studi, 2.570 partecipanti, differenza media standardizzata aggregata 0,40 [IC 95%: 0,15-0,64], p = 0,001, I² = 83%) rispetto a quelli nati appropriati per l'età gestazionale. In una meta-analisi quasi identica con aIMT come misura dell'esito, Varley et ^al.10 hanno riportato un aumento significativo dell'aIMT per i nati SGA rispetto ai controlli e l'entità dell'effetto era maggiore di quella per il cIMT (14 studi, 592 partecipanti, differenza media standardizzata aggregata 1,52 [IC 95%: 0,98-2,06], p < 0,001, I² = 97%). Inoltre, hanno trovato associazioni con altri fattori di rischio che Epure et ^al.9 non avevano, come l'esposizione alla pre-eclampsia e la nascita grande per l'età gestazionale, forse a causa della maggiore sensibilità dell'aIMT rispetto al cIMT.

È importante sottolineare che entrambe le revisioni hanno identificato una mancanza di standardizzazione nella metodologia e l'assenza di consigli su misura per la misurazione di bambini e adolescenti come limite per confronti approfonditi tra studi e risultati inconcludenti per altre esposizioni. Di conseguenza, il presente manoscritto si propone di fornire un protocollo dettagliato per ogni misurazione nei giovani. La logica e la giustificazione di questi protocolli sono state presentate in modo più dettagliato in precedenza³. Discutiamo le sfide metodologiche comuni e forniamo raccomandazioni pratiche per superarle.

Il protocollo seguente presuppone una comprensione di base di una macchina a ultrasuoni e dei suoi componenti e delle manipolazioni che possono essere eseguite con un trasduttore a ultrasuoni 16,17,18. Si raccomanda inoltre vivamente che l'esaminatore, il partecipante e la macchina siano posizionati in modo appropriato per aumentare l'efficienza dei test e ridurre al minimo lo sforzo, in linea con le moderne migliori pratiche ecografiche. Di seguito vengono forniti suggerimenti. Tutte le valutazioni devono essere eseguite in una stanza silenziosa a temperatura controllata con illuminazione soffusa per il comfort del partecipante e l'accertamento dell'imaging. Chiedi ai partecipanti di digiunare per almeno otto ore prima del test per ridurre il gas nell'intestino¹⁵, sono consentiti liquidi chiari, anche se in età più giovane ciò potrebbe non essere possibile. Tuttavia, evita di valutare subito dopo un pasto. L'esecuzione di misurazioni al mattino entro le prime due ore dal risveglio è stata precedentemente segnalata come il miglior lasso di tempo per la visualizzazione dell'aorta addominale ^3,15, questo può anche ridurre eventuali inconvenienti associati al digiuno. Questo protocollo è stato adattato dalle linee guida delineate dall'American Society of Echocardiography Carotid Intima-Media Thickness^{Task Force 19}, dal Mannheim Carotid Intima-Media Thickness and Plaque Consensus¹⁸ e dall'Association for European Paediatric Cardiology AECP²⁰ per la misurazione della cIMT e dalle raccomandazioni recentemente pubblicate per la misurazione dell'aIMT³. Raccomandiamo vivamente di rivedere anche un recente protocollo ecografico point-of-care per aiutare a comprendere l'anatomia dell'aorta addominale e delle strutture circostanti²¹.

Protocollo

Tutte le ricerche sono state condotte in conformità con il Comitato Etico per la Ricerca Umana del Distretto Sanitario Locale di Sydney (Protocollo n. X16-0065 e X15-0041). Tutte le immagini ecografiche sono prive di informazioni identificative. Le immagini utilizzate per illustrare il posizionamento del trasduttore sono state eseguite su individui con il loro consenso o con il consenso del genitore o del tutore per coloro che non sono in grado di fornire il consenso.

1. Spessore intima-medio carotideo comune

1. Chiedi al partecipante di sdraiarsi sul letto senza cuscino. Questo aiuterà a mantenere il collo il più dritto possibile.
2. Chiedi all'esaminatore di posizionarsi alla testa del partecipante e di sollevare il letto per consentire ai gomiti dell'esaminatore di appoggiarsi sul letto per stabilizzare il braccio di scansione.
3. Posizionare la macchina di fronte all'esaminatore, di fronte al lato di scansione, per manipolare la macchina con la mano dell'esaminatore che non esegue la scansione senza sovraestensione. Lasciare uno spazio sufficiente in modo che l'ecografia possa essere spostata sul lato opposto quando si esamina l'altro lato del collo.
4. Acquisire un elettrocardiogramma (ECG) contemporaneamente. È sufficiente un ECG a 3 derivazioni; Applicare i cavi appropriati secondo le istruzioni del produttore e l'età del partecipante. Posizionare il gel sul trasduttore. Nei neonati e nei lattanti, l'uso di bustine di gel sterili monouso è raccomandato per il controllo delle infezioni. Riscaldare il gel in anticipo può anche aiutare a prevenire il disagio.
5. Utilizzando un trasduttore lineare con una frequenza minima di 7 MHz, impostare il dispositivo a una profondità di 3-4 cm, un frame rate di 25 Hz e una gamma dinamica di 55-65 dB. Si consiglia l'acquisizione retrospettiva, poiché i bambini possono muoversi bruscamente.
   NOTA: Per facilitare la standardizzazione della misurazione tra partecipanti ed esaminatori e per aumentare l'efficienza dei test, si consiglia l'uso di un preset. La maggior parte degli ecografi dispone di questa funzionalità. Le impostazioni di cui sopra sono consigliate e possono variare in base alla macchina in uso; Gli effetti delle impostazioni degli ultrasuoni sono discussi di seguito.
6. Per aumentare la riproducibilità, acquisire un minimo di tre angoli di insonazione per lato. Usa uno strumento come l'arco carotideo di Meijer per standardizzare gli angoli. Gli angoli qui raccolti sono a sinistra 210°, 240° e 270° e a destra a 150°, 120° e 90°, che corrispondono alle viste anteriore, laterale e posteriore di ciascun vaso¹⁹.
   NOTA: Si consiglia di raccogliere più angoli poiché l'ispessimento è tipicamente eccentrico; Tuttavia, aumenterà l'onere dell'esame e dell'analisi.
7. Chiedere al partecipante di estendere il collo e inclinare la testa a sinistra con un angolo di circa 45°; Un asciugamano arrotolato o un cuscino può essere incastrato sotto la testa del partecipante per il massimo comfort e per aiutare a mantenere la rotazione laterale¹⁹.
8. Posizionare il trasduttore sul piano di scansione trasversale alla base del collo con l'indicatore a ore 9 e scansionare verso l'alto verso la testa. Assicurarsi che la posizione dell'indicatore corrisponda a quella visualizzata sullo schermo. Identificare l'arteria carotide comune, un circolo anecoico pulsante al centro dello schermo. La vena giugulare può anche essere vista direttamente sopra la carotide comune; ha una parete più sottile ed è pieghevole con una pressione moderata, mentre la carotide mantiene la sua forma circolare (Figura 1).
9. Mentre ci si sposta verso l'alto del collo, osservare l'arteria carotide comune allargarsi e poi biforcarsi nelle arterie carotidi interne ed esterne. Posizionare il trasduttore nel punto di ingrandimento, detto anche bulbo, e ruotare in senso orario nella vista longitudinale. Assicurarsi che la posizione dell'indicatore sia ora rivolta verso la testa.
10. Regolare le impostazioni di guadagno per ottenere una luminosità simmetrica per la parete vicina e lontana (rispettivamente la parete più vicina e la parete più lontana dal fascio di ultrasuoni; vedere la Figura 2 e la Figura 3) e per l'artefatto intraluminale minimo.
    NOTA: gli artefatti di imaging dovuti a impostazioni di guadagno inappropriate, come i bordi sbiaditi, possono influenzare l'interpretazione dell'IMT. L'IMT ha un distinto schema a doppia linea: l'intima e l'avventizia sono iperecogene (luminose), mentre la media è ipoecogena (più scura).
11. Ottenere un loop digitale con un minimo di tre cicli cardiaci dell'arteria carotide comune 10 mm prossimalmente al bulbo (Figura 2). Per un imaging ottimale, assicurarsi che il recipiente sia perpendicolare al fascio della sonda. Ciò può essere ottenuto inclinando leggermente il trasduttore sul suo asse corto e la pressione differenziale lungo l'asse lungo del trasduttore, noto anche come oscillazione o movimento tallone-punta^16,17.
12. Ripetere il processo per i due angoli rimanenti ed etichettare adeguatamente ogni loop digitale per consentire una facile reidentificazione dell'angolo.
13. Ripetere i passaggi 1.7 - 1.11 sul lato destro del collo. Concludi l'esame. Pulisci il gel rimasto e rimuovi gli adesivi ECG. Le considerazioni per la rimozione degli adesivi ECG nei neonati e nei lattanti sono discusse nella Tabella supplementare 1.

2. Spessore intima-medio aortico

1. Chiedi al partecipante di sdraiarsi sul letto in posizione supina con l'addome esposto. Chiedi ai partecipanti di piegare le ginocchia con i piedi appoggiati sul letto; Questo rilassa i muscoli addominali e può migliorare l'imaging.
2. Acquisire un ECG contemporaneamente seguendo il passaggio 1.4. Posizionare la macchina accanto al partecipante e a portata di mano dell'esaminatore. Posizionare il gel sul trasduttore.
   NOTA: I neonati e i lattanti hanno un'elevata frequenza respiratoria, che può influenzare fortemente l'interpretazione del diametro dei vasi durante il ciclo cardiaco. Pertanto, un ECG è essenziale per misurare l'IMT alla fine della diastole.
3. Utilizzare un trasduttore lineare con una frequenza minima di 7 MHz, una profondità da regolare per mantenere l'aorta in vista, un frame rate di 25 Hz e una gamma dinamica di 55-65 dB. Utilizzare uno zoom appropriato per mantenere l'aorta al centro dello schermo. Usa frequenze più basse per chi ha una massa corporea più elevata. Si consiglia l'acquisizione retrospettiva come indicato nel passaggio 1.5.
4. Identificare l'aorta posizionando il trasduttore sul piano trasversale direttamente sotto lo xifissterno con l'indicatore a ore 9 (rivolto verso l'ecografista). L'aorta apparirà come un cerchio anecoico pulsatile a destra dello schermo. Le strutture circostanti includono la vena cava inferiore (IVC) a sinistra dell'aorta, il fegato direttamente sopra e il corpo vertebrale anecoico direttamente sotto.
5. Ruotare la sonda in senso orario fino a quando l'aorta appare nella vista longitudinale. Assicurarsi che la posizione dell'indicatore sia rivolta verso la testa e corrisponda a ciò che è sullo schermo. Nella vista longitudinale, le strutture circostanti includeranno il fegato e il pancreas direttamente sopra e le vertebre nella parte inferiore dello schermo.
6. Muovere lentamente la sonda verso il basso fino a identificare i rami dell'arteria celiaca (CA) e dell'arteria mesenterica superiore (SMA). Caudale a questa ramificazione è l'aorta addominale prossimale e distale a questa ramificazione è l'aorta addominale medio-distale.
7. Continuare la scansione fino a quando non viene identificato un segmento rettilineo senza ramificazioni. L'aorta diventa più anteriore man mano che si muove distalmente, quindi regola le impostazioni dello zoom per assicurarti che l'aorta sia centrata sullo schermo. Assicurarsi che il recipiente sia perpendicolare al fascio di ultrasuoni e regolare le impostazioni di guadagno secondo necessità (Figura 5).
8. Ottieni un loop digitale con un minimo di tre cicli cardiaci. Ottenere anse digitali di diversi segmenti rettilinei non ramificati che scansionano dall'aorta addominale prossimale a quella distale (appena prima delle arterie iliache sinistra e destra) e multipli per ciascun segmento. Questi possono essere etichettati come aIMT prossimale, medio e distale.
   NOTA: I loop digitali di segmenti diversi non saranno sempre possibili. Il gas nell'intestino può comunemente ostruire l'acquisizione delle immagini e limitare la finestra ultrasonica a poco più prossimale alla ramificazione di CA e SMA.
9. Concludi l'esame. Pulisci il gel rimasto e rimuovi gli adesivi ECG.

3. Analisi intima-media off-line con software di rilevamento dei bordi semi-automatico

1. L'utilizzo di un software di rilevamento dei bordi semiautomatico può ridurre la variabilità tra gli operatori e aumentare la riproducibilità. Questa analisi è offline; quindi, esporta le immagini in formato nativo Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) senza compressione digitale.
2. Mantieni l'analisi all'oscuro per ridurre le potenziali distorsioni dell'operatore. In pratica, se ci sono più di due membri dello staff di ricerca, il ricercatore che conduce l'analisi delle immagini off-line dovrebbe essere diverso dal ricercatore che ha raccolto le immagini. Se c'è un solo ricercatore, l'accecamento potrebbe essere ottenuto attraverso l'analisi differita di immagini non identificate.
3. IMT carotideo
   1. Selezionare una regione di interesse (ROI) minima di 10 mm prossimale al bulbo. Il bulbo può essere definito come il punto in cui le due pareti parallele della carotide comune iniziano a divergere; Questo non è sempre simmetrico ed eterogeneo tra gli individui.
      NOTA: La distanza consigliata tra il ROI e la biforcazione varia tra bambini e adulti ed è la differenza principale tra loro. Nei bambini, il ROI dovrebbe idealmente essere una regione di 10 mm appena prossimale al bulbo. Questo è diverso dalla raccomandazione per la popolazione adulta, che suggerisce di misurare l'IMT da un segmento rettilineo di 10 mm almeno 5 mm sotto il bulbo^19,20.
   2. Il software utilizzato rileva automaticamente i bordi intima-lumen e media-lumen sia per le pareti vicine che per quelle lontane. A tale scopo, addestrare il software su un frame selezionato dall'operatore con IMT chiaramente definito e chiedere all'operatore di regolare il rilevamento dei bordi del software, se necessario.
   3. Analizza il loop digitale e riporta il diametro del serbatoio, la media, il massimo e il minimo IMT vicino e lontano per ogni fotogramma. Il software produce anche una traccia del diametro del vaso nel tempo, che può essere utilizzata per identificare i frame telediastolici in assenza di un ECG (Figura 6).
      NOTA: la maggior parte dei software semiautomatici si basa su calcoli simili dei valori IMT. All'interno di un ROI, vengono disegnati più punti dati accoppiati tra i bordi dell'intimo e del media. L'IMT medio è il valore medio di tutti i punti all'interno di un ROI. L'IMT massimo e minimo sono rispettivamente i punti dati più grandi e più piccoli del ROI. A causa della natura focale della formazione della placca, l'IMT massimo medio può indicare meglio l'aterosclerosi subclinica rispetto all'IMT medio³ medio. Idealmente, dovrebbero essere riportati entrambi i metodi di spessore segmentale.
   4. Selezionare le misurazioni del diametro e dell'IMT a parete lunga da tre cicli cardiaci consecutivi alla fine della diastole (sopra o vicino all'onda R dell'ECG) e calcolare la media. Poiché la selezione dei fotogrammi telediastolici dipende dall'operatore, registrare dettagli come il loop e il numero di frame per facilitare il controllo incrociato del lavoro. Si consiglia un intervento minimo da parte dell'operatore. Riportare la media di ciascun vaso separatamente, poiché l'IMT nella carotide comune sinistra può essere superiore alla¹⁸ destra.
      NOTA: La regolazione manuale dei bordi è possibile per le scansioni difficili, ma deve essere eseguita solo per i fotogrammi telediastolici selezionati per evitare di aumentare il carico di analisi. Se si raccolgono i tre angoli consigliati per lato, verranno registrate tre misurazioni per lato, che possono essere ulteriormente mediate per produrre l'IMT sinistro e destro complessivo.
4. IMT per l'aorta addominale
   1. Selezionare una regione minima di 5 mm in un segmento diritto e non ramificato del recipiente. Applicare i passaggi 3.2.2-3.2.3. Selezionare le misurazioni IMT del diametro e della parete lontana da tre cicli cardiaci consecutivi alla fine diastole e alla media. Ripeti se sono stati raccolti più loop digitali e fai la media dei risultati di tutti i ROI.
5. Includi un esperto per valutare l'affidabilità e la riproducibilità sia dell'acquisizione delle immagini che dell'analisi off-line per tutti gli studi di imaging. Riportare i risultati di questi in pubblicazioni. Si consiglia di ripetere il 10% delle scansioni. Il coefficiente di variazione intra e interosservatore accettabile raccomandato è inferiore al 6 %, oppure la differenza media nelle misurazioni dell'IMT grezzo dovrebbe essere inferiore a 0,055 mm²⁰.

Risultati

In questa sezione, rappresentiamo i risultati di studi precedenti per evidenziare gli aspetti chiave della misurazione cIMT e aIMT. La Figura 1 e la Figura 2 si concentrano sulla cIMT, dimostrando sia le viste trasversali che longitudinali in soggetti giovani e sani e una visualizzazione dettagliata del complesso IMT. La Figura 3 e la Figura 6 sottolineano ulteriormente...

Discussione

Il presente manoscritto fornisce indicazioni sull'acquisizione e l'analisi di immagini ecografiche per misurare aIMT e cIMT, in particolare nelle popolazioni più giovani (età 0-18). Entrambe le tecniche si sono dimostrate utili nell'esplorare l'influenza delle esposizioni precoci sull'aterosclerosi, ma sono suscettibili di sfide tecniche, di cui parleremo di seguito.

Passaggi critici nell'implementazione del protocollo
Ecografo e...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
12-3 MHz Broadband linear array transducer	Phillips	L12-3
Meijer's Carotid Arc	Meijer	-
Semi-automated edge detection analysis software	Medical Imaging Applications	Carotid Analyzer 5
Ultrasound	Phillips	Epiq 7
Ultrasound transmission gel	Parker	01-08