L ecocardiordiografia

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1 L ecocardiordiografia L ecocardiografia è la metodica non invasiva che permette di eseguire uno studio anatomico e funzionale del cuore mediante gli ultrasuoni. I primi tentativi di utilizzare gli ultrasuoni in medicina iniziarono appena dopo la seconda Guerra Mondiale e si concretizzarono nel 1953 con la segnalazione, da parte di Hertz ed Hedler, della possibilità di visualizzare strutture cardiache in movimento, in particolare la valvola mitrale. Da allora, i notevoli sviluppi della tecnica hanno fatto sì che l ecocardiografia diventasse una metodica diagnostica di grande rilievo per lo studio morfologico e funzionale dell apparato cardiovascolare. L ecocardiografia è la metodica diagnostica che, insieme all elettrocardiografia, è presente nella stragrande maggioranza, se non nella totalità, dei percorsi clinici di un paziente cardiopatico oppure a rischio di cardiopatie. Poche metodologie hanno subito un applicazione così vasta ed una diffusione così capillare nella pratica clinica come la diagnostica con ultrasuoni in generale e come l ecocardiografia in ambito cardiologico. Ciò è dovuto, da una parte, alla semplicità e sicurezza della metodica e dall altra alla ricchezza ed immediatezza dei risultati ottenibili. I continui progressi tecnologici, con il miglioramento della qualità delle immagini e la disponibilità di apparecchi portatili, amplieranno ulteriormente lo spettro di applicazione e quindi di richiesta della metodica. Per una sua applicazione ottimale e per una corretta interpretazione dei dati ottenuti, sono necessarie una tecnica adeguata e solide basi culturali, considerando che uno dei principali limiti dell ecocardiografia è il fatto di essere operatore-dipendente. In ogni caso, il risultato dell esame ecocardiografico va interpretato alla luce dei dati anamnestici e del contesto clinico. Le principali informazioni che si possono ottenere dall esame ecocardiografico sono: Studio dell anatomia cardiaca in fisiologia ed in patologia (dimensioni, spessori, cavità, valvole, pericardio, aorta, arteria polmonare e suoi rami principali). Studio della funzione degli apparati Studio della contrattilità globale e segmentaria ventricolare (funzione sistolica) e della funzione diastolica ventricolare. Principi di ecocardiografia Il suono è una forma di energia che attraversa la materia comprimendo e rarefacendo alternativamente le molecole. E rappresentato graficamente da una sinusoide la cui dimensione orizzontale è il tempo, quella verticale l intensità o ampiezza. Si caratterizza per la lunghezza d onda (che rappresenta la distanza tra due fasi consecutive del ciclo) e per la frequenza (che esprime il numero di compressioni ed espansioni che subiscono le particelle nell unità di tempo). La frequenza del suono è espressa in cicli al secondo o Hertz (Hz). L orecchio umano percepisce suoni tra i 16 e Hz; oltre quel limite si parla di ultrasuoni. Le frequenze attualmente utilizzate in cardiologia variano da 1 milione ad oltre 10 milioni di Hertz (MHz), tali da permettere l attraversamento dei tessuti con una velocità costante di 1540 m/sec. La velocità del suono è il prodotto della frequenza per la lunghezza d onda. Esiste dunque tra queste due componenti un rapporto inverso: all aumentare di una diminuisce l altra. Gli ultrasuoni possono essere utilizzati nell imaging diagnostico poiché, come la luce, sono orientabili e, attraversando i tessuti, subiscono alcune modificazioni: attenuazione, riflessione e rifrazione Attenuazione: è un fenomeno di riduzione di intensità del raggio ultrasonoro e dipende dall assorbimento, dalla riflessione e dalla dispersione da parte del tessuto esaminato. Aumenta all aumentare della frequenza. Riflessione: una parte del raggio ultrasonoro viene riflesso a livello dell interfaccia tissutale. L onda sonora che torna indietro, avvicinandosi alla sorgente, costituisce un eco e viene utilizzata per visualizzare l immagine ultrasonora. Rifrazione: è la deviazione subita dall onda quando passa da un mezzo ad un altro, cambiando velocità di propagazione.

2 L impedenza acustica (Z) è il prodotto della densità del mezzo che gli ultrasuoni attraversano (P) per la velocità (C) dell ultrasuono, e definisce le caratteristiche acustiche del mezzo stesso. I tessuti molli sono più densi ed hanno maggiore impedenza acustica, perché la velocità di propagazione resta invariata. La superficie di separazione tra due mezzi ad impedenza acustica diversa viene chiamata interfaccia acustica. Ad ogni interfaccia acustica, una parte degli ultrasuoni viene riflessa e una parte viene rifratta nel mezzo adiacente; l intensità della componente riflessa dipende dalla differenza di impedenza acustica dei mezzi e dall angolo di incidenza: essa è, cioè, tanto maggiore quanto più la direzione del fascio ultrasonoro è perpendicolare alla superficie. Se la superficie di contatto non è piana ma irregolare, una parte dell energia non sarà riflessa ma rifratta, cioè dispersa in tutte le direzioni. Il potere di risoluzione è la capacità di distinguere fra loro due strutture distinte poste una dopo l altra o una accanto all altra lungo la direzione del fascio ultrasonoro. E direttamente proporzionale alla frequenza dell ultrasuono. Il potere di penetrazione del raggio ultrasonoro è, invece, inversamente proporzionale alla frequenza. Perciò sonde che lavorano con ultrasuoni ad alte frequenze hanno un elevato potere di risoluzione ma una bassa capacità di penetrazione nei tessuti. La diagnostica ecocardiografica utilizza trasduttori che lavorano con frequenze di almeno 2MHz. La qualità delle immagini ottenute migliora con la modalità harmonic imaging (seconda armonica), caratterizzata dal fatto che la sonda invia ultrasuoni ad una certa frequenza e li riceve ad una frequenza doppia. Ciò consente una migliore qualità delle immagini. Il trasduttore ed i sistemi di rappresentazione ecocardiografica Gli ultrasuoni vengono prodotti da un trasduttore. Esso è costituito da elettrodi e da un cristallo piezoelettrico la cui struttura ionica, sfruttando le capacità di alcuni materiali (come il quarzo o la ceramica), si deforma se esposta al passaggio di corrente elettrica, generando onde sonore. Lo stesso cristallo piezoelettrico poi, per effetto dell energia meccanica generata da onde sonore riflesse, subisce una deformazione che genera un segnale elettrico rilevato da elettrodi. Ciò significa che il trasduttore riceve e invia contemporaneamente segnali ultrasonori. La ricostruzione dell immagine ecocardiografica si basa sul calcolo della distanza tra una data struttura anatomica ed il trasduttore. Il trasduttore emette un fascio ultrasonoro che si dirige verso il cuore e procede in linea retta fino a quando non raggiunge un interfaccia tra strutture con diversa impedenza acustica. A questo punto parte dell energia viene riflessa, parte viene dispersa, e la parte restante continua il proprio percorso rifratta. Il sangue non genera echi riflessi (infatti appare scuro anecogeno). L energia riflessa che torna verso il trasduttore costituisce il fondamento dell immagine ecocardiografica. Poiché la velocità di propagazione degli ultrasuoni nei tessuti molli è costante nel tempo (circa 1540 m/s), il trasduttore è in grado di calcolare la distanza tra esso e la struttura esaminata valutando l intervallo temporale tra l invio degli ultrasuoni e la ricezione dell eco riflesso. Sul monitor, alla distanza corrispondente, viene visualizzato il punto appena esaminato. I moderni ecocardiografi consentono di eseguire tutte le tecniche ecocardiografiche, da quelle tradizionali a quelle più moderne e sono dotati di diverse sonde, adatte alle varie metodiche. I sistemi di rappresentazione dell immagine con l ecocardiografia transtoracica attualmente in uso sono il sistema Mono-dimensionale (M-Mode) e quello Bidimensionale. Il sistema monodimensionale permette di visualizzare le modificazioni dell impulso ultrasonoro nel tempo (asse orizzontale) e la profondità della struttura che riflette gli ultrasuoni (asse verticale). Ad ogni interfaccia strutturale, gli ultrasuoni vengono riflessi e visualizzati alla distanza corretta sotto forma di punti la cui intensità varia al variare della composizione del tessuto esaminato. Poiché queste strutture sono in movimento, il trasduttore ricostruisce il movimento della struttura nel tempo. Il sistema M-Mode è dotato di un elevato potere di risoluzione temporale e risulta molto utile per studiare il movimento delle valvole e per ottenere misure di cavità e spessori. Il sistema bidimensionale permette di visualizzare l immagine corrispondente ad una sezione delle cavità cardiache sfruttando la capacità dei trasduttori di ricevere e trasmettere più linee di scansione in

3 modo indipendente. Gran parte delle sonde attualmente in uso è costituita da una serie di cristalli (da 32 a 128), ciascuno dei quali è in grado di ricevere e di trasmettere, sono allineati in una singola fila e vengono attivati secondo una precisa sequenza temporale in modo da provocare la fusione delle onde generate dai singoli elementi ed ottenere un unico fascio, la cui direzione dipende dalla sequenza di attivazione dei singoli cristalli. L immagine ottenuta viene convertita in formato digitale: ad ogni punto, in base alla sua intensità, viene assegnato un valore numerico che corrisponde a livelli di grigio per altrettanti elementi di visualizzazione (pixel) allineati lungo assi cartesiani x ed y. L esame ecocardiografico si realizza con 4 posizioni standard del trasduttore: parasternale, apicale, subxifoidea e soprasternale. Le prime due si realizzano con il paziente in decubito laterale sinistro, le altre con il paziente supino. L eco color doppler Le misurazioni Doppler della velocità dei flussi ematici nel cuore e nei grossi vasi si basano sull effetto Doppler, descritto dal fisico austriaco Christian Doppler nel Il principio Doppler afferma che quando un segnale sonoro (o luminoso) colpisce un oggetto in movimento, la frequenza del segnale si modifica in modo proporzionale alla velocità e alla direzione dell oggetto in movimento. Quindi, quando un fascio ultrasonoro a frequenza nota viene inviato verso il cuore o i grossi vasi, è riflesso dai globuli rossi. La frequenza degli ultrasuoni riflessi aumenta all avvicinarsi dei globuli rossi alla sorgente sonora e viceversa si riduce quando le emazie si allontanano. Il cambiamento di frequenza tra suono emesso e suono riflesso dipende dalla frequenza degli ultrasuoni emessi, dalla velocità del bersaglio e dall angolo tra direzione del fascio e direzione del movimento delle emazie. Se il fascio ultrasonoro è parallelo alla direzione del flusso ematico si ottiene la massima velocità; se il fascio ultrasonoro è perpendicolare alla direzione del flusso, non si misura alcuna velocità. La visualizzazione dello spettro Doppler è ottenuta attraverso un analizzatore di velocità (Fast Fourier Trasform), con rappresentazione delle velocità dei flussi ematici sull asse delle Y e del tempo sull asse delle X. L ecocardiografia Doppler permette, pertanto, la valutazione della direzione e della velocità del flusso sanguigno all interno del cuore e dei grossi vasi. Una delle applicazioni più importanti dell ecografia Doppler è rappresentata dal calcolo dei gradienti pressori attraverso l equazione di Bernoulli. Quest ultima afferma che il gradiente di pressione attraverso una stenosi è dovuto alla perdita di energia causata da tre fenomeni: accelerazione del flusso che attraversa l orifizio (accelerazione convettiva), intervento delle forze inerziali (accelerazione di flusso) e resistenza al flusso all interfaccia tra sangue ed orifizio (attrito viscoso). Pertanto, il gradiente pressorio a livello di qualunque orifizio può essere calcolato come somma di queste tre variabili. In questo modo, si possono calcolare i gradienti pressori transvalvolari o tra le camere cardiache. Il color doppler permette di visualizzare il flusso ematico attraverso il cuore attribuendo un colore agli eritrociti in base alla loro velocità e direzione: per convenzione, il sangue che si allontana dal trasduttore è rappresentato con il colore blu, mentre il sangue che si dirige verso il trasduttore è rappresentato dal colore rosso. Il color doppler è, quindi, particolarmente indicato nell identificare l insufficienza valvolare e la presenza di shunt anomali tra le camere cardiache. Ecocardiografia transesofagea, eco stress, ecocontrastografia L ecocardiografia transesofagea studia il cuore attraverso la parete dell esofago, permettendone la visualizzazione bidimensionale e Color Doppler. Il trasduttore è posto alla punta di una sonda flessibile che, introdotta attraverso l orofaringe, raggiunge la parte medio-distale dell esofago dove viene a trovarsi molto vicina alle strutture cardiache, permettendo di ottenere immagini ad alta risoluzione soprattutto dell atrio sinistro, dell apparato valvolare mitralico, della valvola aortica e dell aorta toracica. La procedura non necessita di anestesia ma solo di una blanda sedazione. Questa tecnica è particolarmente utile in caso di: studio delle valvole cardiache native e delle valvole protesiche;

4 sospetta endocardite; sospetta dissezione aortica; cardiopatie congenite e difetti interatriali; ricerca di fonti emboligene di natura cardiaca (masse atriali ed auricolari a sinistra). L ecocardiografia bidimensionale viene utilizzata insieme all esame da stress fisico o farmacologico (dobutamina o dipiridamolo ad alte dosi crescenti endovena), con sensibilità lievemente inferiore ma specificità superiore rispetto alla diagnostica per immagini di per fusione miocardica eseguita con traccianti nucleari. Lo sviluppo di mezzi di contrasto ecografici, composti da microbolle che sono piccole abbastanza da passare attraverso il circolo polmonare ha permesso di migliorare notevolmente la resa delle tecniche ecografiche nei pazienti obesi, con patologie polmonari e con finestre acustiche difficili per altre cause. Nuove tecniche in ecocardiografia Negli ultimi anni l ecocardiografia si è arricchita di tecniche in grado di effettuare una valutazione quantitativa della funzione miocardia e di studiare fenomeni che si sviluppano anche all interno del miocardio. Una delle nuove tecniche è il Doppler Tissutale, che studia le velocità intramiocardiche. Tuttavia, esso è influenzato dal movimento cardiaco globale, dalla rotazione cardiaca e dal trascinamento di segmenti adiacenti. Da qui lo sviluppo di metodiche in grado di studiare la deformazione miocardica regionale: lo Strain (quantità totale di deformazione), lo Strain rate (la velocità con cui la deformazione avviene) e lo Strain 2D (che è una metodica Doppler dipendente e dunque è angolo-indipendente). La più recente metodica ecocardiografica introdotta in clinica è, infine, l ecocardiografia tridimensionale (Eco 3D) che supera gli attuali limiti dell ecocardiografia bidimensionale, permettendo un analisi accurata e riproducibile della morfologia e della funzione delle strutture cardiache. I principali campi applicativi dell Eco 3D sono le patologie valvolari, le cardiopatie congenite, l endocardite infettiva, le masse cardiache e le cardiomiopatie. Applicazioni cliniche dell ecocardiografia L ecocardiografia trans-toracica è una tecnica sicura, semplice, veloce e relativamente poco costosa. Per questo motivo è l esame più comunemente usato per determinare le dimensioni, la struttura e la funzionalità cardiaca. I principali contesti clinici nei quali l ecocardiografia trova applicazione sono elencati nella Tabella f-1. Poiché non esistono trial randomizzati che valutino l impatto sulla salute di test diagnostici, tutte le raccomandazioni per l utilizzo degli ultrasuoni in ambito cardiaco sono basate sia sulle evidenze di studi osservazionali, sia sul consenso competente dei comitati di esperti delle principali associazioni cardiologiche internazionali. Sono, pertanto, disponibili linee guida per la corretta prescrizione di tutte le tecniche ecocardiografiche; la tabella f- 2 illustra le raccomandazioni di classe più alta per l utilizzo dell ecocardiografia in alcuni ambiti clinici specifici. Letture/siti web consigliati: - ACC/AHA Guidelines for the Clinical Application of Echocardiography. A Report of the American College of Cardiology/ American Heart Association Task Force on Practice Guidelines (Committee on Clinical Application of Echocardiography) Developed in Collaboration With the American Society of Echocardiography. MD Cheitlin et al. (Circulation. 1997;95: ) - MD Cheitlin et al.

5 - ACC/AHA/ASE 2003 guideline update for the clinical application of echocardiography: summary article: a report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines (ACC/AHA/ASE Committee to Update the 1997 Guidelines for the Clinical Application of Echocardiography). J Am Coll Cardiol 2003;42:

6 Tabella f-1 - Principali contesti clinici di applicazione dell ecocardiografia - Soffi cardiaci - Stenosi ed insufficienze valvolari - Prolasso valvolare mitralico - Endocardite infettiva su valvola nativa e su protesi valvolare - Interventi di protesi/plastiche valvolari - Dolore toracico - Sindromi coronariche acute: inquadramento, prognosi e terapia - Cardiopatia ischemica cronica - Interventi cardiochirurgici per cardiopatia.ischemica cronica - Scompenso cardiaco e miocardiopatie - Patologia del pericardio acuta e cronica - Masse/tumori cardiaci - Patologie dell aorta toracica - Malattie polmonari - Ipertensione arteriosa/cardiopatia ipertensiva - Cardiopatie embolizzanti - Aritmie/palpitazioni - Cardioversione elettrica - Sincopi - Screening - Ecocardiografia nel paziente critico - Traumi toracici - Cardiopatie congenite Tabella f-2 Raccomandazioni di classe I sull utilizzo dell ecocardiografia in alcuni ambiti clinici specifici Valutazione di Soffi Cardiaci Stenosi Valvolari di Valvole Native Insufficienze Valvolari Soffio in un paziente con sintomi cardio-respiratori. Soffio in un paziente asintomatico se le caratteristiche cliniche indicano almeno una probabilità moderata che il soffio sia indicativo di una alterazione strutturale cardiaca Prima diagnosi: valutazione della severità emodinamica Valutazione delle dimensioni, della funzione e/o dell emodinamica del ventricolo sinistro e del ventricolo destro Rivalutazione di un paziente con stenosi valvolare nota con variazione dei segni o dei sintomi Valutazione delle variazioni della compromissione emodinamica e della funzione ventricolare, in corso di gravidanza, in pazienti con stenosi valvolare nota Rivalutazione di un paziente asintomatico con stenosi severa

7 di Valvole Native Indicazioni per l Ecocardiografia in Pazienti con Dolore Toracico Indicazioni nella Diagnosi di Infarto Miocardico e Sindromi Coronariche Acute Diagnosi, valutazione della severità emodinamica Valutazione iniziale e rivalutazione (quando indicato) delle dimensioni, della funzione e/o dell emodinamica di LV e RV Rivalutazione di pazienti con insufficienza valvolare da lieve a moderata con modificazioni della sintomatologia Rivalutazione di pazienti asintomatici con insufficienza severa Valutazione delle variazioni della severità emodinamica e della funzione ventricolare in pazienti con valvulopatia nota Rivalutazione di pazienti asintomatici, con insufficienza da lieve a moderata, con dilatazione ventricolare Valutazione degli effetti della terapia medica sulla severità del rigurgito, sul compenso e sulla funzione ventricolare Diagnosi di una cardiopatia sottostante in pazienti con dolore toracico e segni clinici suggestivi di una malattia primitiva del pericardio, delle valvole o del miocardio Valutazione del dolore toracico in pazienti con sospetta ischemia miocardica acuta, quando l ECG di base non è diagnostico e quando lo studio può essere effettuato durante dolore o subito dopo la sua scomparsa Valutazione del dolore toracico in pazienti con sospetta dissezione aortica Dolore toracico in pazienti con severa instabilità emodinamica Diagnosi di sospetta ischemia miocardica acuta o infarto non evidenziabile con le metodologie standard Valutazione della funzione di pompa ventricolare sinistra Pazienti con infarto miocardio inferiore e segni clinici suggestivi di possibile infarto del ventricolo destro Valutazione delle eventuali complicanze meccanichedell infarto e della presenza di trombi murali