Ecocardiografia Tridimensional: Está a Modalidade Pronta para Aplicações Clínicas?

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1 ponto de vista Ecocardiografia Tridimensional: Está a Modalidade Pronta para Aplicações Clínicas? ISSN Tridimensional Echocardiography: Is It Ready for Clinical Applications? Marcelo Luiz Campos VIEIRA (1), Cláudio Henrique FISCHER (2), Edgar LIRA Filho (3), Alexandre CURY (4), Adriana CORDOVIL (3), Ana Clara TUDE (5), Gustavo NACCARATO (6), Cláudia G. MONACO (6), Prasad V. MADDUKURI (7), Natesa G. PANDIAN (8), Samira Saad MORHY (9) RESUMO Os autores descrevem o desenvolvimento da ecocardiografia tridimensional, suas aplicações e o seu papel dentro do contexto clínico. A ecocardiografia tridimensional foi inicialmente desenvolvida na década de 70, tendo passado por modificações em decorrência da evolução tecnológica dos equipamentos de ultra-som, e principalmente da informática aplicada à medicina. Atualmente, a ecocardiografia tridimensional é modalidade ecocardiográfica em validação com outros métodos de investigação diagnóstica por imagem, como a ressonância magnética nuclear. Apresenta indicações na mensuração de volumes e massa do ventrículo esquerdo, assim como na análise morfológica e funcional do ventrículo esquerdo pela aferição da fração de ejeção, do índice de dissincronia ventricular e do índice de esfericidade tridimensional. Possibilita ainda a análise estrutural cardíaca a partir de novos planos espaciais de investigação anatômica, podendo ser especialmente útil para a correção de cardiopatias congênitas e na indicação da terapia de ressincronização cardíaca em pacientes portadores de insuficiência cardíaca avançada. Descritores: Ecocardiografia Tridimensional, Diagnóstico, Aplicação Clínica. SUMMARY The authors describe the development of the tridimensional echocardiography, its clinical applications and role regarding the clinical scenario. Tridimensional echocardiography was first developed during the 70 s and underwent hugh changes due to technological evolution of the ultrasound equipments and mainly due to the application of the informatics to medicine. Currently tridimensional echocardiography is a validaded technique by different diagnostic methods such as magnetic resonance imaging. It is employed for left ventricle volume and mass measuring, as well as for left ventricle morphofunctional analysis by the observation of the ejection fraction, the dyssynchrony index and the tridimensional sphericity index. It enables strutural cardiac analysis from new observational spatial views, and could be considered specialy useful for the congenital heart diseases correction and for the indication of cardiac ressynchrony therapy in patients with advanced heart failure. Descriptors: Tridimensional Echocardiography, Diagnoses, Clinical Application. Instituição: Hospital Israelita Albert Einstein - Serviço de Ecocardiografia. São Paulo - SP Correspondência: Marcelo Luiz Campos Vieira R. Cardoso de Melo, apt 21 Vila Olímpia - São Paulo - SP Cep: Fone: (11) mlcvieira@aol.com.br Recebido em: 14/11/ Aceito em: 12/12/2005 Não há conflitos de interesses dos autores em relação ao artigo. 1 - Médico do Serviço de Ecocardiografia do Hospital Israelita Albert Einstein, SP. Doutor em Medicina, FMUSP, SP. Pós Doutorado- New England Medical Center,Tufts University, Boston, MA, EUA. 2 - Médico Coordenador do Serviço de Ecocardiografia do Hospital Israelita Albert Einstein, SP. Doutor em Medicina, Unifesp, SP. 3 - Médico do Serviço de Ecocardiografia do Hospital Israelita Albert Einstein, SP. Doutor em Medicina- Unifesp, SP. 4 - Médico do Serviço de Ecocardiografia do Hospital Israelita Albert Einstein, SP. Mestre em Medicina- Unifesp, SP. 3 - Médica do Serviço de Ecocardiografia do Hospital Israelita Albert Einstein, SP. Doutora em Medicina- Unifesp, SP. 5 - Médica do Serviço de Ecocardiografia do Hospital Israelita Albert Einstein, SP. Doutora em Medicina- FMUSP, SP. 6 - Médico do Serviço de Ecocardiografia do Hospital Israelita Albert Einstein, SP. 7 - Research Fellow, Tufts University- New England Medical Center, Boston, MA, EUA. 8 - Médico Diretor- Laboratório de Hemodinâmica e Imagem Cardiovascular, Tufts University- New England Medical Center, Boston, MA, EUA. 9 - Médica Coordenadora do Diagnóstico não invasivo do Hospital Israelita Albert Einstein, SP. Doutora em Medicina- Unifesp, SP. Agradecimentos: Hospital Israelita Albert Eistein - Serviço de Ecocardiografia - São Paulo. Apoio: CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior). MEC. Brasília. 45

2 46 Introdução A ecocardiografia representa atualmente método adequado ao estudo morfofuncional das estruturas cardíacas em razão de sua grande correspondência anatômica, exeqüibilidade e baixo custo. As técnicas ecocardiográficas evoluiram desde a identificação estrutural inicial em modo unidimensional há cerca de 50 anos, seguida da observação em modo bidimensional e das várias modalidades de análise de fluxo sangüíneo com a técnica Doppler (1). A ecocardiografia transesofágica possibilitou ainda maior detalhamento anatômico e acréscimo de informação diagnóstica. No entanto, o ecocardiograma bidimensional (eco 2D) apresenta limitações tais como na discriminação da anatomia cardíaca ou discrepâncias entre a observação do grau das regurgitações valvares e de suas implicações hemodinâmicas. Estas limitações são decorrentes das inferências geométricas assumidas para o cálculo dos volumes das câmaras cardíacas, da massa ventricular e da fração de ejeção do ventrículo esquerdo a partir da análise espacial de limitado número de planos de observação (2-7). Dificuldades maiores acontecem na análise de câmaras cardíacas dilatadas em virtude do distanciamento dos modelos geométricos empregados para os cálculos volumétricos e a realidade anatômica (2-7). Neste sentido, o desenvolvimento da ecocardiografia tridimensional aumenta as possibilidades de observação da anatomia cardíaca assim como propicia o melhor entendimento da fisiopatologia de algumas cardiopatias; é uma grande evolução na observação estrutural, podendo até mesmo ser melhor definida como ecocardiografia 4D ou 5D, se levarmos em consideração os 3 planos ortogonais de observação, o eixo temporal e o eixo dos fluxos sangüíneos. Ecocardiografia Tridimensional- Histórico A ecocardiografia tridimensional foi inicialmente desenvolvida na década de 70 com a finalidade da determinação dos volumes ventriculares (2,3). Nesta época, a formação da imagem tridimensional tinha dificuldades relacionadas tanto a sua aquisição quanto ao seu processamento e reconstrução estrutural. Havia naquele momento grande limitação relacionada aos sistemas operacionais de computação, que eram limitados para compilar grande quantidade de informação. As imagens tridimensionais eram reconstruídas sem definição anatômica adequada e demandavam grande número de horas para a sua formação, o que tornava o método inadequado para a aplicação clínica. Certamente, estas impossibilidades tecnológicas fizeram com que a ecocardiografia tridimensional estivesse distante das aplicações clínicas por cerca de duas décadas. No final da década dos anos 80 e início da dos anos 90, observou-se progressiva melhora na qualidade das imagens tridimensionais reconstruídas, assim como a maior facilidade à aquisição das imagens bidimensionais. Vários sistemas de aquisição de imagens foram utilizados, como: o emprego de braço mecânico para o mapeamento ultrasônico semi-automático, o uso de apoio eletromagnético, o mapeamento das imagens em paralelo e a varredura rotacional (2-7). A ecocardiografia tridimensional empregando transdutores transesofágicos e a tecnologia digital também permitiram melhorar a definição estrutural cardíaca (5-9) (Figura 1). A imagem ecocardiográfica transesofágica tridimensional é obtida a partir de imagem transesofágica multiplanar bidimensional convencional a partir da varredura estrutural cardíaca. A varredura transesofágica multiplanar bidimensional convencional foi subdividida, de 0 º a 180 0, em pequenos ângulos de 2, 3 ou 5 graus, criando, desta forma, imagens observadas em planos com angulações intermediárias. A seguir, é feita a compilação destas múltiplas imagens em disco óptico, sendo a imagem final tridimensional reconstruída e analisada off-line em estação de trabalho. Em nossa experiência inicial com 60 casos, a média de tempo para a reconstrução da imagem tridimensional transesofágica foi de 35 minutos (8). Ecocardiografia Tridimensional em tempo real A evolução do ecocardiograma tridimensional (eco 3D) levou à obtenção de imagens transtorácicas tridimensionais em tempo real. Isto foi possível como resultado do grande aumento da velocidade de aquisição de imagens e pelo processamento de informações que permite o escaneamento ultrasonográfico estrutural volumétrico (10-14). O sistema tridimensional em tempo real baseia-se no processamento de imagens em paralelo, levando ao aumento da densidade de linhas de transmissão e emissão do feixe ultrasônico. No eco 3D em tempo real o feixe de ultra-som é emitido em formato volumétrico piramidal, não mais a partir de feixe linear, como no eco 2D (Figura 2). O eco 3D em tempo real permite a observação multiplanar estrutural, acrescentando a identificação do terceiro plano de observação (plano de elevação) assim como de vistas adicionais de observação não disponíveis no eco 2D (Figuras 3,4). No eco 3D em tempo real o transdutor volumétrico matricial é composto por cerca de 3000 elementos, em comparação com o transdutor do eco 2D convencional

3 Figura 2. Representação da emissão do feixe ultrasônico tridimensional em formato volumétrico piramidal (múltiplas faces de emissão). A seta indica o plano de observação intermediário (diagonal) criado a partir da rotação estrutural. Figura 1. Imagem transesofágica tridimensional (projeção apical 4 câmaras). Anatomia cadíaca normal. AE- átrio esquerdo; VE- ventrículo esquerdo; VD- ventrículo direito. Figura 3. Imagem ecocardiográfica tridimensional transtorácica em tempo real na projeção apical 4 câmaras com a demonstração dos planos de rotação, em azul, verde e vermelho. Plano verde: plano de elevação estrutural; plano azul: plano ínfero-superior; plano vermelho: plano médio-lateral. Linhas amarela e roxa representam os planos espaciais de translação e observação estrutural. Figura 4. Imagem ecocardiográfica tridimensional transtorácica em tempo real com projeção transversal do ventrículo esquerdo alongada ao nível dos músculos papilares. SE: septo ventricular; PL: parede lateral do ventrículo esquerdo; VE: ventrículo esquerdo. Setas indicam músculos papilares observados em plano longitudinal de observação. 47

4 composto por cerca de 20 elementos de transmissão e recepção de ultra-som. Acrescente-se ainda, que os novos equipamentos de eco 3D apresentam cerca de 150 placas de computação, o que traz velocidade e proximidade anatômica à observação estrutural. A tecnologia de miniaturização possibilitou também a fabricação de transdutores com formato ergonômico e tamanho adequado, sendo de fácil manuseio para o ecocardiografista, com novas e múltiplas possibilidades de planos de observação. Aplicações Clínicas O eco 3D tem indicações na avaliação pré-operatória e na sala cirúrgica como apoio diagnóstico para o tratamento cirúrgico de massas cardíacas, das valvopatias mitral, aórtica e tricúspide, e da correção de defeitos do septo interatrial, defeitos do septo interventricular, defeito do septo atrioventricular e do cor triatriatum (10-16) (Figura 5). O eco 3D em tempo real também pode ser empregado para a análise anatômica cardíaca em patologias congênitas e adquiridas, na mensuração de volumes ventriculares e da massa do ventrículo esquerdo, na mensuração dos volumes atriais e no estudo do remodelamento atrial, e na análise segmentar da contratilidade ventricular (10-19). Há ainda grande possibilidade de aplicação na indicação da terapia de ressincronização cardíaca por implante de marcapasso biventricular em pacientes com insuficiência cardíaca classe funcional (NYHA) III e IV (20). O eco 3D possibilita a aferição do percentual de dissincronia cardíaca pela mensuração do índice de dissincronia cardíaca ( 20 ) (Figura 6). Neste método, o ventrículo esquerdo é estudado em modelo de 16 segmentos parietais, sendo analizada a contração sistólica global e regional. O índice de dissincronia cardíaca é determinado pelo cálculo do desvio padrão do tempo de contração sistólica final de cada um dos 12 segmentos (são excluídos os segmentos apicais), menor índice representa menor dissincronia, e, portanto, contração ventricular mais efetiva. O eco 3D permite ainda demonstrar o segmento ventricular em que ocorre o maior grau de dissincronia cardíca, devendo desta forma o eletrodo ventricular esquerdo ser implantado neste sítio de maior dissincronia (Figura 7). Sabe-se hoje que em 30% dos casos em que são implantados marca passos biventriculares para ressincronização cardíaca, não é observada resposta clínica satisfatória. O implante do eletrodo esquerdo em segmento em que não é observada a maior dissincronia pode ser o mecanismo responsável por esta ocorrência. Neste sentido, o estudo antes do implante com o eco 3D pode contribuir para a escolha do local mais adequado para receber este eletrodo. A ecocardiografia tridimensional permite também a aferição direta do volume do jato regurgitante nas regurgitações valvares (Figura 8), assim como a observação do jato a partir de múltiplas projeções (Figuras 9,10). Esta aplicação é de maior utilidade em situações em que o jato regurgitante é excêntrico e não se observa dilatação significativa das cavidades pelos planos Figura 5. Imagem ecocardiográfica tridimensional transtorácica em tempo real na projeção sub-costal para a demonstração de defeito do septo atrioventricular. VSVE: via de saída do ventrículo esquerdo (seta vermelha). VAV: valva atrioventricular (setas amarelas). Figura 6. Imagem ecocardiográfica tridimensional transtorácica do ventrículo esquerdo em modelo de 16 segmentos parietais. Demonstração dos volumes regionais e da sincronia de contratilidade ventricular. Cada segmento ventricular é representado em cores diversas de acordo com a codificação do segundo quadro inferior. 48

5 Figura 7. Representação tridimensional (bull s eye chart) da sequência de contratilidade ventricular esquerda em modelo de 16 segmentos parietais. Ciclo cardíaco de 767 ms. Os segmentos com contratilidade inicial são representados em azul e os segmentos com retardo na contração são representados em vermelho. Observa-se retardo na contração ventricular principalmente no septo anterior. Figura 8. Imagem ecocardiográfica tridimensional transtorácica para a quantificação do volume de regurgitação valvar mitral. Volume regurgitante mitral estimado em 13,5 ml. A seta indica excentricidade e complexidade no formato do jato regurgitante. Figura 9. Demonstração ecocardiográfica tridimensional transtorácica em tempo real da vena contracta de jato de regurgitação mitral observada a partir do átrio esquerdo (plano transversal de observação). IM: insuficiência valvar mitral. Figura 10. Imagem transesofágica tridimensional (projeção apical 5 câmaras transladada) para a demonstração de insuficiência valvar mitral. AE: átrio esquerdo; VE- ventrículo esquerdo; AO- raiz da aorta; IM- insuficiência valvar mitral. 49

6 convencionais da ecocardiografia bidimensional. Esta dicotomia entre a magnitude da regurgitação e o grau de dilatação cavitária, observada ao eco 2D, pode ser melhor entendida após a análise tridimensional. Para o conhecimento da fisiopatologia das cardiopatias, o eco 3D também acrescenta informação diagnóstica e evolutiva. A massa ventricular esquerda é aferida à semelhança do método realizado na ressonância magnética nuclear, fazendo a aferição em múltiplos planos e multiplicando-se o volume ventricular pela densidade miocárdica específica (Figura 11). Observa-se grande correlação entre os dois métodos. Com relação aos volumes cavitários, o eco 3D em tempo real possibilita a obtenção desta informação assim como da fração de ejeção ventricular em menos de 60 segundos, o que traz grande exeqüibilidade ao método (21) (Figura 12). O eco 3D possibilita também a aferição do índice de esfericidade tridimensional cardíaco, assim como da relação tridimensional volume/massa. Estes índices, associados à medida da fração de ejeção, proporcionam reconhecimento integral da estrutura cardíaca. O índice de esfericidade tridimensional é uma relação entre o volume diastólico final do ventrículo esquerdo e o volume de uma esfera hipotética observada em projeção apical 4 câmaras, como a seguir: VDFVE/ 4/3 (D/2), onde D: diâmetro de esfera hipotética em projeção apical 4 câmaras. Limitações A ecocardiografia tridimensional apresenta hoje limitações referentes principalmente a quatro aspectos: 1- custo do equipamento; 2- necessidade de treinamento do ecocardiografista; 3- imagem ecocardiográfica adequada; 4- evolução constante da técnica. Com respeito ao custo do equipamento, observamos que estamos em país em que ocorrem enormes disparidades sociais, culturais e econômicas. E isto, naturalmente, é refletido na prática médica diária, em que há poucas instituições com grande capacidade financeira e tecnológica e a grande maioria dos centros médicos desprovidos destas características. Desta forma, devemos refletir sobre a necessidade da introdução de mais um método de investigação diagnóstica em centros de menor complexidade hospitalar. Com relação ao treinamento do ecocardiografista, percebemos que a ecocardiografia tridimensional possibilita a ampliação da observação espacial anatômica, e que os ajustes no equipamento de ultra-som para a obtenção de imagens satisfatórias e que tragam acréscimo de informação são também diversos da ecocardiografia convencional. Desta forma, faz-se necessário treinamento do ecocardiografista em centro que possua experiência com o novo método. Figura 11. Imagem ecocardiográfica tridimensional transtorácica para a demonstração da relação entre o volume e a massa (setas) do ventrículo esquerdo. VE: ventrículo esquerdo. 50

7 Figura 12. Imagem ecocardiográfica tridimensional transtorácica em tempo real das medidas dos volumes e da fração de ejeção do ventrículo esquerdo. EDV: volume diastólico final do ventrículo esquerdo. EDS: volume sistólico final do ventrículo esquerdo. EF: fração de ejeção do ventrículo esquerdo. A imagem ecocardiográfica satisfatória também representa aspecto limitante para a ecocardiografia tridimensional. Há a necessidade da observação de imagem adequada para que possam ser bem definidos os limites do endocárdico para o reconhecimento estrutural. Em nossa experiência, o emprego de contraste ecocardiográfico não resultou em melhor resultado para a análise tridimensional. Isto ocorreu porque apesar do melhor reconhecimento das bordas do endocárdico, a aplicação dos programas tridimensionais de identificação determinou falso reconhecimento estrutural, possivelmente por excesso de sinal e brilho pelo emprego do contraste. Outro aspecto importante é a realização do eco 3D em pacientes impossibilitados de permanecer em apnéia por curta duração e em pacientes com grande irregularidade do ritmo cardíaco ou apresentando taquiarritmias. Como a aquisição da imagem tridimensional deve ser realizada em apnéia e também é relacionada ao sinal eletrocardiográfico, grandes variações da respiração e do ritmo cardíaco podem influir na qualidade final da imagem. A constante evolução da ecocardiografia tridimensional apresenta aspectos positivos no sentido da possibilidade da evolução da técnica, porém pode também representar fator negativo. Isto é visto como a constante modificação de programas de computação aplicáveis aos equipamentos de eco 3 D, levando a impressão ao usuário de que ele deve sempre esperar pela próxima versão do novo aparelho a ser lançado em data futura, já que a versão atual pode parecer já estar obsoleta. Apesar destas considerações, acreditamos que a ecocardiografia tridimensional irá tornar-se modalidade ecocardiográfica corrente na prática ecocardiográfica diária. No futuro talvez possamos fornecer informações cavitárias volumétricas e não mais medidas em plano único, o que certamente se aproxima de forma mais adequada da anatomia estrutural cardíaca. Desta forma, o emprego do eco 3D propicia não somente o acréscimo de informação diagnóstica, mas também observar melhor, e com outra visão, as imagens da prática clínica habitual. 51

8 Referências 1. Feigenbaum H. Evolution of echocardiography. Circulation. 1996; 93: Roelandt JRT, Yao J, Karsprazak JD. Three-dimensional echocardiography. Curr Opin Cardiol. 1998; 13: De Simone R, Glombitza G, Vahl CF, Meinzer HP, Hagl S. Three-dimensional Doppler: techniques and clinical applications. Eur Heart J. 1999; 20: Li J, Sanders SP. Three-dimensional echocardiography in congenital heart disease. Curr Opin Cardiol. 1999; 14: Hozumi T, Yoshikawa. Three-dimensional echocardiography using a multiplane transesophageal probe: the clinical applications. Echocardiography. 2000; 17: Pandian NG, Nanda NC, Schwartz SL, Fan P, Cao QL, Sanyal R, et al. Three-dimensional and four-dimensional transesophageal echocardiographic imaging of the heart and aorta in humans using a computed tomographic imaging probe. Echocardiography. 1992; 9: Salustri A, Becker AE, van Herwerden L, Vletter WB, Cate FJ, Roelandt JRT. Three-dimensional echocardiography of normal and pathologic mitral valve: a comparison with two-dimensional transesophageal echocardiography. J Am Coll Cardiol. 1996; 27: Vieira MLC, Pomerantzeff PMA, Leal SB, Mathias W Jr, Andrade JL, Ramires JAF. Ecocardiografia transesofágica tridimensional: acréscimo à informação diagnóstica e à análise anatômica. Rev Bras Ecocardiogr. 2003; 1: Vieira MLC, Ianni BM, Mady C, Encinas J, Pomerantzeff PMA, Fernandes PP, et al. Mixoma de átrio esquerdo: avaliação ecocardiográfica tridimensional. Relato de caso. Arq Bras Cardiol. 2004; 82: Schwartz SL, Cao QL, Azevedo J, Pandian NG. Simulation of intraoperative visualization of cardiac structures and study of dynamic surgical anatomy with real-time echocardiography. Am J Cardiol. 1994; 73: Ahmad M. Real-time three-dimensional echocardiography in assessment of heart disease. Echocardiography. 2001; 18: Kisslo J, Firek B, Takahiro O, Kang DH, Fleishman CE, Stetten G, et al. Real-time volumetric echocardiography: the technology and the possibilities. Echocardiography. 2000; 17: Qin JX, Shiota T, McCarthy PM. Real-time three-dimensional echocardiography study of left ventricular function after infarct exclusion surgery for ischemic cardiomyopathy. Circulation. 2000; 102:III101-III Stiges M, Jones T, Qin JX, Tsujino H, Bauer F, Kim Y J, et al. Real-time three-dimensional color Doppler evaluation of the flow convergence zone for quantification of mitral regurgitation: validation experimental animal study and initial clinical experience. J Am Soc Echocardiogr. 2003; 16: Kwan J, Shiota T, Agler DA, Popovic ZB, Qin JX, Gillinov MA, et al. Geometric differences of the mitral apparatus between ischemic and dilated cardyomyopathy with significant mitral regurgitation: real-time three-dimensional echocardiography study. Circulation. 2003; 107: Maddukuri P, Vieira M, DeCastro S, Kelly G, Kuvin JT, Pandian NG et al. What is the best approach to assess left atrial size? Comparison of various unidimensional and two-dimensional parameters with 3D echodetermined left atrial volume. J Am Soc Echocardiogr. 2005; 18: Maddukuri P, Vieira M, Endo Y, DeCastro S, Nesser HJ, Pandian NG. Rapid quantification of left atrial volumes by real-time 3D echocardiography using an automated tissue recognition approach. J Am Soc Echocardiogr. 2005; 18: Vieira M, Maddukuri P, Phang R, Nesser HJ, Kuvin JT, Pandian NG. Use of Novel Real-time 3D echocardiographic imaging integrated with voxel-based tissue tracking to rapidly quantify left ventricular dyssynchrony. J Am Soc Echocardiogr. 2005; 18: Mannaerts HF, Van Der Heide JA, Kamp O, Papavassiliu T, Marcus Jt, Beek A et al.quantification of left ventricular volumes and ejection fraction using freehand transthoracic three-dimensional echocardiography: comparison with magnetic resonance imaging. J Am Soc Echocardiogr. 2003; 16: Vieira MLC, Maddukuri PV, Phang RS, Pandian NG, Mathias W Jr, Ramires JAF. Demonstração com ecocardiografia tridimensional em tempo real do mecanismo da terapia de ressincronização ventricular em paciente com insuficiência cardíaca. Relato de caso. Arq Bras Cardiol. 2005; 85: Vieira M, Maddukuri P, Axley R, Blander J, DeCastro S, Pandian NG et al. Quantification of left ventricular volumes and ejection fraction in less than a minute by real-time 3D echocardiography using a novel automated tissue tracking algorithm. J Am Soc Echocardiogr. 2005; 18: