Avaliação de Vórtices Intracardíacos com Imagem Speckle Sanguínea Derivada de Ecocardiografia de Alta Taxa em Recém-Nascidos

Resumo

O presente protocolo utiliza a tecnologia de imagem por ecocardiografia para visualizar a hemodinâmica intracardíaca em recém-nascidos. A utilidade clínica dessa tecnologia é explorada, o corpo de fluido rotacional dentro do ventrículo esquerdo (conhecido como vórtice) é acessado e sua importância na compreensão da diastologia é determinada.

Resumo

O ventrículo esquerdo (VE) tem um padrão único de enchimento hemodinâmico. Durante a diástole, um corpo rotacional ou anel de fluido conhecido como vórtice é formado devido à geometria quiral do coração. Um vórtice é relatado para ter um papel na conservação da energia cinética do fluxo sanguíneo que entra no VE. Estudos recentes mostraram que os vórtices do VE podem ter valor prognóstico na descrição da função diastólica em repouso em populações neonatais, pediátricas e adultas, e podem ajudar na intervenção subclínica mais precoce. No entanto, a visualização e caracterização do vórtice permanecem minimamente exploradas. Várias modalidades de imagem têm sido utilizadas para visualizar e descrever padrões de fluxo sanguíneo intracardíaco e anéis de vórtice. Neste artigo, uma técnica conhecida como blood speckle imaging (BSI) é de particular interesse. O ICS é derivado do ecocardiograma Doppler colorido de alta taxa de quadros e oferece várias vantagens em relação a outras modalidades. Ou seja, a ICS é uma ferramenta barata e não invasiva à beira do leito que não depende de contrastes ou suposições matemáticas extensas. Este trabalho apresenta um passo a passo detalhado da aplicação da metodologia BSI utilizada em nosso laboratório. A utilidade clínica da ICS ainda está em seus estágios iniciais, mas tem se mostrado promissora nas populações pediátrica e neonatal para descrever a função diastólica em corações sobrecarregados de volume. Um objetivo secundário deste trabalho é, portanto, discutir trabalhos clínicos recentes e futuros com essa tecnologia de imagem.

Introdução

Os padrões de fluxo sanguíneo intracardíaco desempenham um papel fundamental no desenvolvimento cardíaco, iniciando-se na morfogênese fetal e continuando ao longo da vida¹. O estresse hemodinâmico de cisalhamento desempenha um papel fundamental na estimulação do crescimento e arquitetura das câmaras cardíacas por meio da ativação de genes específicos ^2,3. Isso ocorre tanto na fase intrauterina quanto nas fases iniciais da vida, ressaltando a importância da influência hemodinâmica no desenvolvimento cardíaco precoce e na transição para a vida adulta³.

As leis da dinâmica dos fluidos afirmam que o sangue que passa ao longo da parede de um vaso se move mais lentamente quando mais próximo da parede e mais rápido quando no centro de um vaso, onde a resistência é menor. Este fenômeno pode ser demonstrado em qualquer vaso de grande porte com Doppler de onda de pulso como o envelope integral típico do Doppler de velocidade^temporal4. Quando o sangue entra em uma cavidade maior, como o coração, o sangue mais distante da superfície endocárdica continua a aumentar sua velocidade em relação ao sangue mais próximo dessa superfície e criar um corpo rotacional de fluido, conhecido como vórtice. Uma vez criados, os vórtices são estruturas de fluxo autopropulsoras que normalmente atraem o fluido circundante através de gradientes de pressão negativos. Assim, um vórtice pode movimentar um volume maior de sangue do que um jato reto equivalente de fluido, promovendo maior eficiência cardíaca ^4,5.

A literatura sugere que o propósito evolutivo dos vórtices é conservar energia cinética, minimizar tensões de cisalhamento e maximizar a eficiência do escoamento ^4,5,6. Especificamente para o coração, isso inclui o armazenamento de energia hemodinâmica em um movimento rotatório, facilitando o fechamento da válvula e a propagação do fluxo sanguíneo em direção à via de saída, como pode ser visto na Figura 1. Padrões alterados de fluxo sanguíneo intracardíaco são esperados em situações patológicas como estados de sobrecarga de volume e em casos com valvas artificiais ^7,8. Assim, reside aqui o verdadeiro potencial diagnóstico dos vórtices como preditores precoces de desfechos cardiovasculares em adultos.

A hemodinâmica intracardíaca tem ganhado crescente interesse na literatura, tanto na população adulta quanto na pediátrica. Várias modalidades estão disponíveis para a avaliação qualitativa e quantitativa da hemodinâmica intracardíaca e foram exaustivamente resumidas em uma revisão recente, com ênfase específica no vórtice intracardíaco⁹. Uma modalidade muito promissora é a ecocardiografia derivada do blood speckle imaging (BSI), que oferece a capacidade de mensurar de forma não invasiva uma série de características qualitativas e quantitativas de vórtices, descritas a seguir, a um custo relativamente baixo e com excelente reprodutibilidade10. Atualmente, o BSI está disponível comercialmente usando um sistema de ultrassom cardíaco de última geração com sonda S12 ou S6 MHz. As características speckle-tracking são análogas àquelas utilizadas no tissue speckle tracking para estudo da deformação miocárdica11,12,13. Como as hemácias tendem a se mover mais rápido e com uma frequência Doppler maior do que o tecido circundante, os dois sinais podem ser separados pela aplicação de um filtro temporal. O BSI usa um algoritmo de melhor correspondência para quantificar o movimento das manchas de sangue diretamente sem o uso de agentes de contraste. As medidas da velocidade do sangue podem ser visualizadas como setas, linhas de fluxo ou linhas de trajeto com ou sem imagens subjacentes ao Doppler colorido, e podem destacar áreas de fluxo complexo¹⁰.

A ICS demonstrou boa viabilidade e acurácia para quantificar o padrão de fluxo sanguíneo intracardíaco, com excelente validade quando comparada a um instrumento simulador de referência e ao Doppler pulsátil7,10,11. Embora ainda muito nova, a ICS é uma ferramenta clínica promissora para o diagnóstico precoce de várias fisiopatologias cardíacas. A aplicação clínica da imagem por vórtices tem se mostrado promissora em recém-nascidos. Especificamente, o comportamento de um vórtice no ventrículo esquerdo (VE) pode ter implicações a longo prazo na remodelação cardíaca e predisposição à insuficiência cardíaca.

O mecanismo de ligação dos vórtices ao remodelamento ventricular esquerdo ainda é relativamente inexplorado, mas tem sido recentemente investigado em nosso laboratório e é objeto de trabalhos em^andamento11. Este artigo de metodologia tem como objetivo descrever o uso da ICS na exploração de vórtices intracardíacos e discutir os usos práticos e clínicos dos vórtices na avaliação da função diastólica em diversas populações. Um objetivo secundário é discutir a relevância clínica da ICS e apresentar alguns dos trabalhos realizados anteriormente em neonatos.

Protocolo

Todos os procedimentos realizados em estudos envolvendo participantes humanos estavam de acordo com os padrões éticos do comitê de pesquisa institucional e/ou nacional e com a Declaração de Helsinque de 1964 e suas alterações posteriores ou padrões éticos comparáveis. O consentimento informado foi obtido de todas as famílias dos participantes incluídos no estudo. Todas as imagens e videoclipes foram desidentificados após a aquisição.

1. Preparo do paciente

1. Configure o aparelho de ultrassom adjacente ao berço do paciente e conecte um eletrocardiograma de três derivações (consulte a Tabela de Materiais).
2. Inserir o código do paciente e detalhes relevantes, como comprimento e peso corporal, e realizar o ecocardiograma de acordo com os padrões descritos^{anteriormente12}.

2. Aquisição de imagens

1. Especificamente para BSI, obtém-se uma visão rasa do VE no corte apical de quatro câmaras com uma largura de setor estreita, permitindo uma taxa de quadros de aquisição entre 400-600 Hz.
2. Abra uma caixa colorida sobre a cavidade ventricular esquerda, estreitando ao máximo para incluir apenas a região da valva mitral até o ápice endocárdico e da borda endocárdica septal até a borda endocárdica da parede lateral.
3. Aumente o ganho de cor até o ponto de manchar e reduza ligeiramente. Definir o limite da escala de velocidade do Doppler colorido para a velocidade diastólica apropriada (20-30 cm/s em prematuros) para preencher ao máximo a caixa de cores com o fluxo diastólico de movimento mais lento.
4. No painel de controle touchscreen do equipamento (consulte Tabela de Materiais), toque no modo BSI para revelar as direções do fluxo intracardíaco e os vórtices no formato de cor RAW. Ajustar a posição e o tamanho da caixa de ICS para incluir a região de fluxo de interesse e registrar pelo menos dois ciclos cardíacos.
5. Repetir o procedimento no eixo longo do VE apical ou em outros cortes em que seja necessária avaliação hemodinâmica intracardíaca (Figura 2 e Figura 3).

3. Análise de imagens

NOTA: As técnicas de análise de imagem para o vórtice do VE foram brevemente descritas em trabalhos anteriores de nosso laboratório¹¹. O protocolo utilizado para avaliação dos vórtices intracardíacos é o seguinte (Figura 3 e Figura 4).

1. Salve dois ciclos cardíacos de cada respectivo paciente em mídia externa em seu formato RAW DICOM e transfira para uma estação de laboratório com um software de processamento de imagem (consulte Tabela de Materiais) instalado para análises off-line detalhadas.
2. Uma vez offline, identifique o vórtice mais proeminente ou principal.
   NOTA: O vórtice principal é visualizado como uma estrutura alongada, ovalada e rotatória anti-horária, localizada no quadrante superior esquerdo do ventrículo esquerdo, próximo ao septo, com a área máxima de vórtice encontrada na diástole tardia (durante a onda A transmitral) em prematuros (Vídeo 1). O vórtice principal é geralmente encontrado durante a onda E transmitral para lactentes mais velhos e crianças.
3. Registre o número de vórtices ovais independentes e completos que se formam ao longo do ciclo cardíaco para cada clipe.
4. Meça a posição do vórtice principal em relação aos pontos de referência conhecidos dentro do LV. Para determinar a profundidade do vórtice, utilizando a ferramenta "medida de distância" do software de análise, meça a distância vertical do olho do vórtice até o meio do anel valvar mitral. Para a posição transversal de vórtice, medir a distância horizontal do olho do vórtice até a borda endocárdica do septo interventricular.
5. Meça as distâncias vertical e horizontal borda a borda do vórtice principal em relação ao comprimento e largura do LV para obter a forma do vórtice.
   NOTA: Isso também permite estimar o índice de esfericidade do vórtice como comprimento dividido pela largura.
6. Usando a ferramenta de "medição de rastreamento" no software de análise, clique e trace o anel de vórtice mais externo no ponto onde o vórtice principal é mais proeminente para determinar a área de vórtice principal.
7. Para avaliar o Tempo de Formação do Vórtice de Pico (TFPV), registre o quadro cardíaco quando o vórtice aparece pela primeira vez (anéis circulares delineados) no quadro cardíaco onde o vórtice principal é mais proeminente e calcule o número de quadros em relação ao número total de quadros em um ciclo cardíaco para o paciente.
8. Para avaliar a duração do vórtice, meça os quadros a partir dos quais o vórtice aparece pela primeira vez quando o vórtice perde sua formação de anel circular. A duração do vórtice é então calculada como o número de quadros em relação ao número total de quadros desse paciente em um ciclo cardíaco (Figura 5).

Resultados

A aquisição de clipes de vórtice é comparável à metodologia padrão universalmente empregada na obtenção de clipes Doppler coloridos. Estudos pioneiros em adultos descreveram vórtices utilizando as incidências apicais de duas, três e quatro câmaras¹⁴. O vórtice LV é uma estrutura em forma de anel que se move da base ao ápice. A ICS visualiza o diâmetro interno do anel (Figura 2). Um anel de vórtice geralmente não tem forma simétrica, portanto, plano...

Discussão

A importância da visualização e compreensão do vórtice intracardíaco
Há muitas aplicações clínicas possíveis da imagem de vórtice derivada da ecocardiografia de alta taxa de quadros. Sua capacidade de fornecer informações valiosas sobre a dinâmica do fluxo intracardíaco tem sido o interesse de estudos recentes¹⁶. Além disso, a imagem por vórtice pode permitir a detecção de alterações pré-sintomáticas na arquitetura e função do VE em neonatos, o que pod...

Materiais

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