Exploring the Clinical Feasibility and Reliability of Three-Dimensional Echocardiography for Advanced Quantitative Analysis of Left Ventricular Myocardial Deformation

Introduzione. La valutazione della funzione ventricolare sinistra (VS) rappresenta una parte fondamentale della cardiologia clinica, per le sue notevoli implicazioni diagnostiche, prognostiche e di gestione dei pazienti. Il progresso più importante nell’analisi quantitative della funzione VS negli ultimi dieci anni è stato lo sviluppo di tecniche finalizzate a quantificare il movimento e la deformazione del tessuto miocardico con tecniche ecografiche, come il Doppler tissutale (DTI) e l’ecocardiografia speckle-tracking bidimensionale (2DSTE). Più di recente, gli algoritmi speckle-tracking sono stati applicati alle acquisizioni tridimensionali (3D) del VS (cioè ecocardiografia 3D speckle-tracking, 3DSTE), rendendo possibile l’analisi di tutte le componenti della deformazione miocardica del VS su un unico dataset. Oggi, la tecnologia 3DSTE è agli albori del suo sviluppo, ed il suo potenziale valore clinico resta ancora da dimostrare. Rispetto alle tecnologie precedenti (DTI e 2DSTE), il 3DSTE gode di diversi vantaggi, ma comporta anche nuove sfide. Al momento, non è ancora noto se i benefici teorici di una supplementare terza dimensione per studiare la complessa meccanica del VS (non più movimento "fuori-piano" degli speckles, un’unica acquisizione necessaria, ecc) non siano in realtà controbilanciate dalle nuove sfide tecniche derivanti dall'utilizzo di un acquisizione volumetrica del VS (cioè minor risoluzione spaziale e temporale del 3DSTE rispetto al 2DSTE). Una delle principali preoccupazioni con il 2DSTE è la grande variabilità delle misure di deformazione fra i vari software disponibili in commercio. Allo stato attuale, non è chiaro se un problema simile possa influire anche 3DSTE e, se sì, in quale misura. Inoltre, nonostante i ricercatori utilizzino sempre più frequentemente il 3DSTE per studiare varie condizioni patologiche, sono attualmente sconosciuti i valori di riferimento per la deformazione miocardica del VS mediante 3DSTE, così come la possibile influenza di vari fattori clinici e tecnici sui valori di deformazione VS ottenibili con 3DSTE. Infine, il processo di validazione del 3DSTE è difficile a causa della mancanza di un'adeguata metodica di riferimento tridimensionale che possa essere applicata in maniera non invasiva in soggetti umani per validare la funzione VS regionale in 3D. Pertanto, c’è bisogno di un grande e rigoroso lavoro di validazione, di standardizzazione metodologica e intervendor da iportare a termine prima della sua applicazione in ambito clinico. Metodi e Risultati. Progettazione: studio clinico mono-centrico, prospettico, osservazionale, con l'obiettivo di esplorare la fattibilità clinica e l'utilità dell’analisi della deformazone miocardica del VS utilizzando attrezzature 3DE allo stato dell’arte. Il progetto prevede una serie di 4 studi clinici. L'obiettivo dello Studio # 1 è stato quello di valutare la variabilità e la coerenza dei valori di deformazione VS tra le due apparecchiature 3DSTE disponibili in commercio: Vivid E9 (GE Vingmed, Horten, Norvegia) e Artida (Toshiba Medical Systems Corporation, Tokyo, Giappone). Per questo studio sono stati arruolati 60 pazienti (38 ± 12 anni, 64 % maschi) con una vasta gamma di volumi e frazioni di eiezione del VS. Lo strain longitudinale globale (3DLɛ), radiale (3DRɛ), circonferenziale (3DCɛ) e l'area strain (3DAɛ) sono stati ottenuti con il rispettivo software proprietario. Nel complesso, la concordanza del 3DRɛ, 3DCɛ e 3DAɛ misurati con Artida e Vivid E9 era scadente. Tra le varie component, il 3DLɛ ha mostrato i valori più vicini tra le due piattaforme (bias = 1,5 %, limiti di concordanza da -2,9 a -5,9%, p<0,05). Artida ha fornito valori significativamente più elevati di 3DCɛ e 3DAɛ rispetto a VividE9 (bias = 6,6% per 3DCɛ, 6,0% per 3DAɛ e -24% per 3DRɛ, rispettivamente, p <0,001). Tutti i componenti di deformazione 3D hanno mostrato una buona riproducibilità (coefficiente di correlazione intraclasse: 0,82-0,98), fatta eccezione per 3DRɛ da Artida, che ha mostrato solo una moderata riproducibilità. Pertanto, i valori di riferimento devono essere identificati per ogni apparechiatura 3DSTE, e i dati basali e di follow-up in studi longitudinali devono essere ottenuti utilizzando la stessa attrezzatura. L'obiettivo dello Studio #2 è stato quello di valutare i valori di riferimento per lo strain longitudinale 3D (3DLε) del VS in 218 volontari sani (età 18-76 , il 57% donne), misuarti con un softwares 3DSTE (Vivid E9 , software 4D AutoLVQ) . Per confronto, Lε è stato misurato utilizzando anche il software specifico per il 2DSTE, e un software 3DSTE independente dall’ecocardiografo che acquisisce i data set 3D. La fattibilità dello strain 3D con 4D AutoLVQ era 89%, essendo inferiore a quella del 2DLε (95%) e simile a quella del 2DCε (92%). La fattibilità di analisi 3DSTE segmentale variava dal 46% al 100%. Valori di riferimento dei parametri di deformazione 3D sono stati identificati in base al sesso e gruppo di età. 3DLε diminuiva, mentre 3DCε aumentava con l'invecchiamento (p<0.001). Gli uomini mostravano 3DLε, 3DRε, 3DAε e 2DLε minori rispetto alle donne (p<0,02). All'analisi multivariata di regressione lineare, i fattori demografici (età e sesso), cardiaci (volumi e massa VS) e tecnici (qualità dell'immagine e la risoluzione temporale) hanno indipendentemente contribuito alla varianza dello strain 3D. Tenendo conto dalle notevoli differenze inter-software nei valori di strain VS identificati (p<0,001 per tutti), i limiti di normalità per lo strain VS identificati con un software 3DSTE specifico non dovrebbero essere usati in modo intercambiabile con quelli di 2DSTE o di un software 3DSTE independente dal fornitore. L'obiettivo dello Studio #3 era di valutare se la deformazione VS mediante 3DSTE nei pazienti dopo infarto miocardico con sopraslivellamento ST (STEMI) potrebbe fornire una valutazione accurata e obiettiva delle dimensioni dell'infarto e della transmuralità della necrosi, in confronto con la risonanza magnetica con gadolinio (LGE - CMR). Un totale di 77 pazienti con STEMI sono stati arruolati con l’eco 2D e 3D, e in 46 pazienti sono stati eseguiti studi LGE - CMR entro 24 ore dall’esame ecocardiografico. La quantità relativa di DE per segmento è stata usata per definire la necrosi transmurale (51-100% DE). La funzione VS è stata valutata nelle 3 sezioni 2D apicali del VS, misurando il 2DLε, e dal volume di dati 3D, valutando il punteggio della cinetica segmentaria (WMS) e la misurazione del 3DLε, 3DCε, 3DAε e 3DRε. I parametri di deformazione del VS erano correlati con gli indici convenzionali di funzione sistolica VS (FEVS) e di estensione dell’infarto (troponina I, WMSI, dimensioni dell'infarto alla LGE - CMR). Nonostante una buona accuratezza dello 2DLε e dei parametri di deformazione 3D (AUC = 0,81-0,73), la valutazione visiva della cinetica regionale da parte di un osservatore esperto su immagini 3D di buona qualità (AUC = 0.87) è risultata essere sempre superiore rispetto al valore predittivo dello strain per identificare la necrosi transmurale alla LGE - CMR. Gli obiettivi dello Studio #4 erano di descrivere la funzione miocardica del VS nei pazienti con cardiomiopatia ipertrofica (HCM) mediante 2DSTE e 3DSTE, e di confrontarla con la deformazione VS normale di soggetti sani. In 32 pazienti con HCM e 32 controlli simili per età e per sesso, abbiamo analizzato il valore globale del 2DLε e del 3DLε, 3DCε, 3DRε, 3DAε. La frazione di eiezione (FEVS), la massa del VS e l'area del tratto di efflusso (LVOTA) sono stati misurati mediante eco 3D. Lo stato sintomatico è stato definito dalla classe NYHA (II - IV). Anche se LVEF era simile nei pazienti e nei controlli (64 ± 6 % vs 62 ± 4 %, p = 0,29), lo strain VS era significativamente ridotto nei pazienti (p < 0,0001), fatta eccezione per 3DCε, che era solo marginalmente più basso. Nei pazienti con HCM, tutti i parametri di deformazione erano correlati con il volume telesistolico del VS (r = 0,55-0,67), la FEVS (r = -0,82 a -0,88) e la massa VS (r = 0,33-0,56). I pazienti sintomatici avevano una riduzione maggiore del 3DAε , 3DRε e 3DCε, ma avevano anche più ostruzione dell’efflusso, un maggior rimodellamento concentrico ed un rapporto E/e ' più alto. All’analisi delle curve ROC, 3DAε, 3DRε e 3DCε hanno avuto una buona precisione per individuare i soggetti sintomatici (AUC 0,72-0,73). La massa 3D del VS mostrò una correlazione inversa con la deformazione longitudinale del VS: r = -0,74 per 2DLε e -0,70 per 3DLε (p < 0,001 per entrambi). In HCM con FEVS conservata, la deformazione longitudinale è risultata significativamente ridotta, tuttavia lo sviluppo dei sintomi è multifattoriale e relativo al deterioramento aggiuntivo della deformazione VS nella direzione circonferenziale – radiale. Conclusioni. Questo progetto ha affrontato diversi temi di importanza fondamentale per la validazione clinica dello 3DSTE. Ha fornito un'analisi completa della variabilità di misura mediante 3DSTE (intra- ed interosservatore, al test-retest, inter-macchina e inter-software), ha valutato la fattibilità del 3DSTE in ambiente clinico e confrontato I valori ottenuti con lo strain VS mediante 2DSTE. Inoltre, questo è il primo studio a definire i limiti di riferimento per lo strain 3D utilizzando sia software specifici che indipendenti dal fornitore. Infine, questo progetto presenta il valore aggiunto di 3DSTE rispetto ai precedenti metodi per la valutazione della funzione VS in 2 condizioni patologiche comuni (STEMI acuto, come prototipo di lesione transmurale regionale necrotica, e l’HCM, come prototipo di malattia miocardica con funzione sistolica longitudinale compromessa nonostante FEVS conservata). Questa serie di studi contribuisce con dei dati originali alle conoscenze attuali basate sull'evidenza scientifica sul 3DSTE, che è essenziale per lo sviluppo e l'uso appropriato di questa nuova tecnologia.