Nuove tecnologie ecocardiografiche: 3D, TDI, speckle-tracking, strain

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1 CORSO DI FORMAZIONE IN ECOCARDIOGRAFIA DI BASE PER AREA TECNICO-INFERMIERISTICA Nuove tecnologie ecocardiografiche: 3D, TDI, speckle-tracking, strain 1 Dott. Andrea Madeo San Camillo Forlanini Roma

2 ECOCARDIOGRAFIA 3D

3 ECOCARDIOGRAFIA 3D CENNI TECNICI E TECNICHE D ACQUISIZIONE APPLICAZIONI PRATICHE

4 ETT 3D CENNI TECNICI E TECNICHE D ACQUISIZIONE La ricostruzione tridimensionale dell immagine ecocardiografica era possibile solamente off-line mediante un lungo processo con software dedicati. Agli inizi degli anni 90 fu sviluppato il primo scanner ecocardiografico per ottenere immagini tridimensionali in Real Time. Ma solo alla fine degli anni 90 sono state sviluppate delle sonde a matrice piramidale (3000 elementi vs 256 della sonda phased-array) che permettono la visualizzazione 3D in tempo reale (con modalità diverse). Alla fine del 2007 sono state infine commercializzate le sonde ETE 3D Real Time.

5 CENNI TECNICI E TECNICHE D ACQUISIZIONE ETT 3D

6 ETT 3D CENNI TECNICI E TECNICHE D ACQUISIZIONE 3 PRINCIPALI MODALITA D ACQUISIZIONE: LIVE 3D (X-plane): possibilità di vedere in tempo reale l immagine in 2 piani ortogonali,ideale per valutare masse, trombi, vegetazioni ZOOM 3D: scarsa risoluzione temporale (basso frame rate) ma libera da artefatti da respiro FULL VOLUME: maggiore risoluzione temporale, basata sull assemblaggio di un unico volume di immagini da più sub-volumi durante più cicli cardiaci (da 2 a 7 cicli in modalità ECG-gated), possibili artefatti da respiro e di ritmo 3D COLOR DOPPLER CROPPING 3D: off-line, possibilità di ricostruire l area di interesse (ROI), grazie alla multiplanar reconstruction

7 MULTIPLANAR RECONSTRUCTION

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10 CENNI TECNICI E TECNICHE D ACQUISIZIONE VANTAGGI Migliore definizione anatomica delle strutture cardiache, camere ed apparati valvolari nativi e protesici (visione chirurgica) Valutazione pre-operatoria e intra-operatoria delle valvulopatie, con migliore orientamento spaziale e possibilità di orientare la visione dell immagine real-time (TAVI, MITRACLIP) Volumetria tridimensionale, FE3D e indici di dissoncronia

11 ETT 3D CENNI TECNICI E TECNICHE D ACQUISIZIONE TIP AND TRICKS Una buona ricostruzione 3D dipende molto dalla qualità delle immagini 2D (esperienza dell operatore) Regolazione dei guadagni durante acquisizione Collaborazione del paziente (acquisizione full-volume) Stabilità del ritmo Time consuming sia in fase di acquisizione che di rielaborazione (esperienza dell operatore)

12 ETT 3D CENNI TECNICI E TECNICHE D ACQUISIZIONE TIP AND TRICKS

13 ETT 3D CENNI TECNICI E TECNICHE D ACQUISIZIONE APPLICAZIONI PRATICHE

14 APPLICAZIONI PRATICHE Studio morfologico e funzionale dei ventricoli ETT3D Camere cardiache (Atri ed auricole)ete3d Apparati valvolari (nativi e protesici) ETE3D Pericardio ETT2D+ETE 3D Vasi ETT2D+ETE3D Ricerca e identificazione delle immagini in plus ETE3D Cardiopatie congenite, SIA e SIV ETE3D

15 APPLICAZIONI PRATICHE

16 STUDIO MORFOLOGICO E FUNZIONALE DEI VENTRICOLI ANALISI SEGMENTARIA

17 Paolo G. PINO

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20 STUDIO MORFOLOGICO E FUNZIONALE DEI VENTRICOLI VOLUMETRIA VSN e FE

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23 PER QUANTO POSSA ESSERE ACCURATA LA MISURAZIONE DELLA VOLUMETRIA E DELLA FE BIPLANA, LA LIMITAZIONE DI QUESTO METODO E LEGATA ALL OMISSIONE, NEL CALCOLO DEI VOLUMI E DELLA CINETICA, DELLA SEZIONE LONGITUDINALE PER L EFFLUSSO SINISTRO NELLA QUALE SONO STUDIATE LA PARETE POSTERIORE (CORONARIA DESTRA- CIRCONFLESSA) ED IL SETTO INTERVENTRICOLARE ANTERIORE (DISCENDENTE ANTERIORE).

24 Rilevanza clinica delle variazioni FEVS >0.10 VOLUMI VENTRICOLARI VARIABILTA INTRAOSSERVATORE 4 a 6 % VARIABILITA INTEROSSERVATORE V td 8.5% V ts 16,5% VARIAZIONI del 15% per V ts e del 25% per V td e di 10 PUNTI di FE sono necessarie per avere una rilevanza clinica

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28 STUDIO MORFOLOGICO E FUNZIONALE DEI VENTRICOLI INDICI DI DISSINCRONIA DEL Vsn

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51 APPLICAZIONI PRATICHE Studio morfologico e funzionale dei ventricoli ETT3D Camere cardiache (Atri ed auricole)ete3d Apparati valvolari (nativi e protesici) ETE3D Pericardio ETT2D+ETE 3D Vasi ETT2D+ETE3D Ricerca e identificazione delle immagini in plus ETE3D Cardiopatie congenite, SIA e SIV ETE3D

52 DOPPLER TISSUTALE CENNI TECNICI E TECNICHE D ACQUISIZIONE APPLICAZIONI PRATICHE

53 CENNI TECNICI E TECNICHE D ACQUISIZIONE L analisi del segnale Doppler Tissutale (segnale a bassa frequenza ed elevata energia) ha rappresentato il primo passo verso uno studio più accurato della funzione del VSin e del VDx, la sua naturale evoluzione è infatti lo Strain Rate Imaging (SRI), passando dallo studio delle velocità di flusso ematico (in realtà derivate dal movimento delle pareti miocardiche) allo studio delle velocità tissutali (un tempo considerate come rumore di fondo e quindi possibile fonte di errore) DOPPLER TISSUTALE

54 CENNI TECNICI E TECNICHE D ACQUISIZIONE DOPPLER TISSUTALE Nell analisi flussimetrica doppler la banda A viene filtrata, e quindi eliminata, nel TDI vengono selezionati i filtri per ottenere i flussi a basse frequenze, e quindi quelli di parete, mentre vengono eliminati quelle del flusso

55 CENNI TECNICI E TECNICHE D ACQUISIZIONE Esistono 2 modalità di esecuzione: - Doppler Tissutale ad onda pulsata (più usata) che misura le velocità di picco miocardiche - Modalità Color (sostanzialmente non usata) che attraverso una codifica a colori superimpostata alle immagini in scala di grigi mono e bidimensionale, ne indica direzione e velocità medie (non di picco) inferiori quindi per ampiezza a quelle studiate con DT pulsato. - Limiti: come tutte le metodiche Doppler è angolodipendente ed è sempre meglio acquisire a fine espirazione (movimenti di traslazione del cuore nel torace). Anello mitralico calcifico DOPPLER TISSUTALE

56 CENNI TECNICI E TECNICHE D ACQUISIZIONE DOPPLER TISSUTALE Valori Normali

57 DOPPLER TISSUTALE CENNI TECNICI E TECNICHE D ACQUISIZIONE APPLICAZIONI PRATICHE

58 PRINCIPALI APPLICAZIONI PRATICHE DOPPLER TISSUTALE - STUDIO DELLA FUNZIONE DIASTOLICA - STUDIO DELLA FUNZIONE SISTOLICA (IN PARTICOLARE QUELLA LONGITUDINALE) -STUDIO DI PERFORMANCE GLOBALE (SISTO-DIASTOLICA) DEI VENTRICOLI (TEI Index o MPI) - STUDIO DELLA DISSINCRONIA INTRAVENTRICOLARE (non più utilizzata) - STUDIO DEL PERICARDIO (Pericardite Costrittiva)

59 STUDIO DELLA FUNZIONE DIASTOLICA

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65 STUDIO DELLA FUNZIONE SISTOLICA DOPPLER TISSUTALE

66 PERFORMANCE GLOBALE Myocardial Performance Index

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68 VN: 0,50 per il Vsn 0,45 per il Vdx

69 STUDIO DEL PERICARDIO (Pericardite Costrittiva)

70 PERICARDITE COSTRITTIVA Parametro di facile rilievo e di particolare utilità in corso di fibrillazione atriale, quando analizzare la flussimetria Doppler può non essere diagnostica in corso di pericardite costrittiva

71 PERICARDITE COSTRITTIVA

72 SPECKLE TRACKING e STRAIN

73 SPECKLE TRACKING DEFINZIONE CENNI TECNICI E TECNICHE D ACQUISIZIONE APPLICAZIONI PRATICHE

74 SPECKLE TRACKING DEFINIZIONE DEFINZIONE Il miocardio, insonificato dagli ultrasuoni, appare come un insieme di macchioline chiare e scure, gli speckles, distribuite casualmente nello spazio La formazione degli speckle è legata ad un fenomeno di interferenza la cui origine fisica è legata allo scattering o diffusione prodotta dagli scatteratori distribuiti in modo random nei tessuti e all interferenza spaziale delle onde cosi prodotte Questo tipo di artefatto conferisce un aspetto granulare ad ogni regione di tessuto altrimenti omogenea Esempio di speckle in M-mode: Tutte le linee bianche rappresentate in un M-Mode sono causate dallo speckle Esse si muovono con il tessuto 74

75 SPECKLE TRACKING SISTEMA DI RICERCA TRACKING L algoritmo di ricerca analizza un area di campionamento, definita kernel, nel suo fotogramma di partenza t = 0 (rettangolo rosso). Nel fotogramma successivo, t = t, l algoritmo definisce un area circostante (rettangolo bianco). La ricerca del kernel di partenza viene effettuata cosi in tutte le direzioni limitrofe Il sistema ricerca nel fotogramma successivo il nuovo kernel (verde) avente lo stesso pattern (rosso). Il movimento del kernel identifica e rappresenta il movimento tissutale 75

76 Lo strain? Una deformazione. ε = L - L 0 L 0 L 0 L

77 SR = Δε Δt il cui Δ nel tempo è strain rate

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79 DIREZIONI dello STRAIN R D hooge et et al

80 DIREZIONI dello STRAIN Radiale R D hooge et et al

81 DIREZIONI dello STRAIN Circonferenziale R D hooge et et al

82 Rotazione. Angolo di rotazione

83 e torsione Angolo di torsione Angolo di shear circonferenziale longitudinale Modificato da MacGowan et al; Cardiovascular Research 31 (1996)

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85 STRAIN 2D-BASED (VALORI NORMALI) PARAMETRI MISURABILI STRAIN GLOBALE E REGIONALE (17 segmenti secondo l ASE) 3 tipi di strain: longitudinale, radiale e circonferenziale Torsione Twist ed untwist

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87 STRAIN 2D-BASED (VALORI NORMALI)

88 STRAIN 2D-BASED (VALORI NORMALI)

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93 STRAIN 2D-BASED CENNI TECNICI E TECNICHE D ACQUISIZIONE APPLICAZIONI PRATICHE

94 APPLICAZIONI PRATICHE Studio della funzione sistolica e diastolica per l identificazione precoce di disfunzione nelle cardiomiopatie genetiche, oltre la FE%.(CMPI, CMP da accumulo), in particolare nei familiari portatori di mutazione ma fenotipicamente sani Ausilio dell Eco Stress (fibrosi-vitalità, stenosi aortica a basso flusso) Cardio-oncologia Analisi della funzione ventricolare nelle valvulopatie asintomatiche per l identificazione precoce di una disfunzione ventricolare Analisi della funzione miocardica regionale (strain regionale) Ausilio nella selezione dei pazienti da sottoporre a CRT

95 APPLICAZIONI PRATICHE CARDIO-ONCOLOGIA

96 APPLICAZIONI PRATICHE CARDIO-ONCOLOGIA

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99 TAKE-HOME MESSAGE Con l introduzione delle nuove tecnologie possiamo studiare con dei numeri e dei valori di riferimento (strain radiale, circonferenziale, longitudinale, torsione e rotazione) alcuni aspetti della fisiopatologia cardiaca fin a qualche tempo fa sconosciuti.. Grazie a TORREN GUASP - >>> RICERCA Diagnosi pre-clinica, predittori prognostici precoci di disfunzione sisto-diastolica (MPI, Global Longitudinal Strain etc) in particolari tipologie di pazienti, ad oggi è possibile La cosa difficile, però, rimane capire quando ognuno di questi strumenti mi è più utile di un altro a darmi delle risposte, considerando tra questi anche quelli più vecchi (MAPSE, FE2D, DVI, etc..) >> PRATICA CLINICA

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