Stroke Volume Assessment by Means of Color Three-Dimensional Echocardiographic Reconstruction

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1 Artigo Original Avaliação do Volume de Ejeção Ventricular Esquerda pelo Ecocardiograma Tridimensional Colorido ISSN Stroke Volume Assessment by Means of Color Three-Dimensional Echocardiographic Reconstruction Wercules Oliveira 1, Ana Clara Tude Rodrigues 1, David Le Bihan 1, Adriana Cordovil 1, Cláudio Henrique Fischer 2, Edgar Bezerra Lira Filho 1, Cláudia Gianini Monaco 1, Samira Saady Morhy 3, Marcelo Luiz Campos Vieira 1 RESUMO Fundamentos: O ecocardiograma tem-se mostrado uma importante ferramenta de avaliação do volume de ejeção ventricular esquerdo (VE) e do débito cardíaco. O mapeamento colorido tridimensional tem-se mostrado promissor na avaliação do fluxo sanguíneo, por meio da via de saída do VE, o que poderia ser utilizado para avaliação do volume de ejeção. No entanto, sua correlação com outras metodologias ecocardiográficas ainda não foi estudada. Objetivo: Avaliar a concordância entre as medidas do volume de ejeção do VE, obtidos por mapeamento colorido tridimensional, variação volumétrica tridimensional, fórmula de Teichholz, regra de Simpson e por estimativa Doppler. Métodos: Trinta e cinco indivíduos foram, inicialmente, convidados para participar do estudo, os quais foram submetidos a ecocardiograma bidimensional e tridimensional para avaliação do volume sistólico, débito cardíaco e índice cardíaco. As metodologias empregadas para avaliação dessas variáveis foram: Regra de Simpson, Teichholz, estimativa Doppler, variação volumétrica tridimensional e mapeamento colorido tridimensional da via de saída do VE. Resultados: Vinte e nove indivíduos (13 homens, idade 51,9 anos ± 14) fizeram parte da amostra final. Foi observada diferença significativa entre o volume de ejeção entre o método de Teichholz e os demais métodos (P < 0,01). Houve correlação linear significativa entre as medidas do volume de ejeção pelo mapeamento colorido tridimensional e a medida pelo Doppler (r= 0,83), regra de Simpson (r= 0,87) e variação volumétrica tridimensional (r= 0,93), P < 0,01 para todos. Conclusão: O volume de ejeção avaliado pelo mapeamento colorido tridimensional, da via de saída do VE, apresentou correlação significativa com os métodos de Simpson, estimativa Doppler e variação volumétrica tridimensional. Descritores: Ecocardiografia Tridimensional, Volume Sistólico, Função Ventricular Esquerda, Débito Cardíaco. SUMMARY Background: The Two-dimensional echocardiogram has been considered an important tool to evaluate left ventricular stroke volume and cardiac output. Likewise, several studies have reported promising results with Color Real-time Three-dimensional echocardiogram to study the blood flow through left ventricular outlet, which could also be used to analyze left ventricular stroke volume. However, its correlation with other echocardiographic technologies has never been studied. Objectives: We sought to evaluate the agreement between left ventricular stroke volume obtained by Color Real-Time Three-dimensional Echocardiography, three-dimensional volumetric variation, Teichholz s and Simpson s rules and Doppler estimation. Methods: Thirty-five individuals were initially invited to the study. All individuals underwent two-dimensional and three-dimensional echocardiogram in order to evaluate left ventricular stroke volume, cardiac output and cardiac output index using Color Real-Time Three-dimensional Echocardiography, three-dimensional volumetric variation, Teichholz and Simpson rules and Doppler estimation. Results: 29 subjects (13 men, 51.9y ± 14) comprised the final sample. We found a significant difference between the stroke volume obtained with Teichhoz and the other methods. (P < 0.01). There was a significant linear correlation between stroke volume obtained with Color Real-time Three-dimensional Echocardiography and Doppler estimation (r= 0.83), Simpson rule (0.87) and Three-dimensional left ventricular volumetric variation (r= 0.93), P < 0.01 for all. Conclusion: We found a significant correlation between the left ventricular stroke volume obtained with Color Real-Time Three-Dimensional echo, Simpson s Rule, Doppler Estimation and Three-dimensional volumetric variation of left ventricle.. Descriptors: Echocardiography,Three-Dimensional; Stroke Volume; Ventricular Function, Left; Cardiac Output. Instituição Hospital Israelita Albert Einstein. São Paulo-SP Correspondência Wercules Oliveira Av. Albert Einstein, 627/701-4º Andar. Setor de Ecocardiografia Morumbi - CEP São Paulo - SP wercules.oliveira@yahoo.com.br 1 - Médicos Assistentes do Setor de Ecocardiografia, Hospital Israelita Albert Einstein. São Paulo-SP Brasil 2- Médicos Coordenadores do Setor de Ecocardiografia, Hospital Israelita Albert Einstein. São Paulo-SP Brasil 3- Gerente Médica do Setor de Cardiologia Diagnóstica e Neurofisiologia Clínica-MDP. Hospital Israelita Albert Einstein. São Paulo-SP Brasil Recebido em: 04/01/ Aceito em: 05/04/

2 Oliveira W, et al. Avaliação do volume de ejeção ventricular esquerda pelo ecocardiograma tridimensional colorido Introdução A acurácia na avaliação do volume sistólico do VE, para a estimativa do débito cardíaco, é de fundamental importância em muitas situações clínicas. Esses parâmetros não só fornecem informações cruciais à definição do status circulatório do paciente, mas também permitem rápida avaliação da resposta para intervenções terapêuticas. Vários métodos invasivos e não invasivos podem ser utilizados para avaliar o volume sistólico do VE e o débito cardíaco, à beira do leito. Estes incluem dispositivos transesofágicos para avaliação Doppler do fluxo aórtico, catéteres para cálculo da pressão capilar pulmonar por termodiluição e a ecocardiografia bidimensional transtorácica. Esta última consiste na estimativa do volume sistólico do VE, pela diferença entre os volumes aos finais da diástole e sístole, ou pelo produto da integral da velocidade do fluxo, na via de saída do VE e sua área. O cálculo do volume de ejeção, pela diferença entre volume diastólico final e sistólico final do VE, pelo método de Simpson, tem menor reprodutibilidade em relação à estimativa fluxométrica, principalmente quando há inadequada definição das bordas endocárdicas de pacientes em decúbito dorsal e com janela acústica transtorácica limitada 1,2. Embora os sistemas de avaliação ecocardiográfica bidimensional e com Doppler sejam não invasivos e largamente disponíveis, eles têm uma tendência à baixa reprodutibilidade. Devido à inferência geométrica da via de saída do VE na análise bidimensional, erros na medida do seu diâmetro são frequentes e exponencialmente aumentados no cálculo do volume sistólico do VE 3. De outro modo, o ecocardiograma tridimensional em tempo real é, consideravelmente, acurado para o cálculo do volume sistólico do VE por meio da diferença entre o volume diastólico e volume sistólico final 4. Ao contrário do ecocardiograma bidimensional, o ecocardiograma tridimensional de tempo real não utiliza inferências geométricas, mas a estimativa direta a partir da reconstrução semiautomática da superfície endocárdica do VE, o que é primordial para a elevada reprodutibilidade do método. Uma nova aplicação da tecnologia tridimensional de reconstrução digital é a análise do débito cardíaco, a partir do estudo direto da área da via de saída do VE, determinada pelo mapeamento colorido espacial do efluxo ventricular esquerdo. Por meio da aquisição da amostra piramidal volumétrica, incluindo o Doppler colorido da via de saída do VE, foi relatado ser possível determinar sua área com elevada reprodutibilidade. Segundo estudo com catéteres de avaliação eletromagnética de fluxo em ovinos, o débito cardíaco pode ser calculado, multiplicando-se a área da via de saída do VE avaliada pelo ecocardiograma tridimensional de tempo real, a integral da velocidade da via de saída do VE e a frequência cardíaca 5. Apesar das diversas tecnologias empregadas para estimativa do volume de ejeção do VE, há pouca informação na literatura a respeito da avaliação da concordância entre os diversos métodos ecocardiográficos. O objetivo deste estudo foi avaliar a concordância entre as medidas do volume de ejeção do VE, obtidos por mapeamento colorido tridimensional, variação volumétrica tridimensional, fórmula de Teichholz, regra de Simpson modificada e por estimativa Doppler. Métodos População Neste estudo, foram incluídos 35 pacientes de ambos os sexos, com idade superior a 18 anos. Os critérios de exclusão dos pacientes foram: história de valvopatias ou doença reumática, arritmias, índice de massa corpórea > 35kg/m 2 ou janela ecocardiográfica limitada. A representatividade amostral foi calculada, a partir de um nível de significância relacionado com a hipótese nula de 0,05 (erro alfa), com a dimensão de probabilidades (1- Beta) de 80% para se detectar uma diferença real de 4,6ml 6, entre o volume de ejeção do VE entre os métodos de análise, baseada em um desvio padrão médio de ± 7ml, por meio da seguinte fórmula 7 : N= K x (?/µ1 - µ2)2; N= 15 x (7/4,6)2; N= 34,7 N=35 pacientes. Sendo, N= Quantidade de indivíduos em cada grupo; K= Constante relacionada à dimensão de probabilidade 45

3 de 80%;? = Estimativa do desvio padrão (da medida do volume de ejeção ventricular esquerdo); µ1 - µ2 = Valor da diferença média para se considerar significância clínica entre os métodos.o protocolo foi aprovado pelo Comitê Institucional de Ética em Pesquisa Médica, com parecer CEP Ecocardiografia Os indivíduos foram submetidos ao ecocardiograma bidimensional, de acordo com os critérios estabelecidos pelas diretrizes da Sociedade Americana de Ecocardiografia 8,9 e da Sociedade Brasileira de Cardiologia 10, seguido por E3DTR, executados por dois examinadores. Foi utilizado ecocardiógrafo IE33 (Royal Philips Electronics, Netherlands), com aplicativo de armazenamento digital para análise off-line. Foram obtidas imagens no eixo paraesternal longitudinal, eixo para-esternal transversal e apical de 4 e 2 câmaras. O E3DTR foi realizado com o transdutor X3-1 (1-3 MHz) para aquisição de dados full-volume, incluindo 5 ciclos cardíacos consecutivos durante pausa respiratória. O volume piramidal total (60º x 60º) resultou da integração de 4 volumes menores (15º x 15º). Todos os dados armazenados, digitalmente, foram analisados off-line por meio do programa Q-lab version 4.2, 3DQ Advanced Philips por um examinador. Para a aquisição tridimensional colorida, foi padronizado o tamanho da amostra volumétrica de 30º x 30º de 5 ciclos cardíacos, incluindo a via de saída do VE, valva aórtica e segmento proximal da aorta ascendente. O volume piramidal tridimensional colorido foi analisado, imediatamente após a sua aquisição, a fim de testificar a captura de todos as regiões de interesse e excluir possíveis artefatos lineares de movimento. A área da via de saída do VE foi calculada por planimetria a partir de sua visão transversal da amostra de volume (Figuras 1 e 2). Ainda dentro da amostra piramidal de aquisição do E3DTR, os volumes sistólico e diastólico finais do VE foram determinados durante o ciclo cardíaco para cálculo de sua fração de ejeção. Os pontos lateral, septal, anterior e posterior do ânulo mitral, bem como o ponto apical do VE, foram identificados. A borda endocárdica de cada quadro 46 Figura 1: Mapeamento colorido da via de saída do VE Figura 2: Planimetria do mapeamento colorido 3D da via de saída do VE foi mapeada, sequencialmente, por meio de processamento automático, podendo este ser ajustado manualmente, quando necessário 11. A diferença entre o volume diastólico final e o volume sistólico final determinou o volume de ejeção pela variação volumétrica do VE pelo ecocardiograma tridimensional em tempo real.

4 Oliveira W, et al. Avaliação do volume de ejeção ventricular esquerda pelo ecocardiograma tridimensional colorido Na avaliação ecocardiográfica bidimensional, o volume de ejeção ventricular esquerdo Tabela 1: Características basais dos indivíduos foi determinado pelo método de Teicholz 12, método de Simpson 13 e pelo produto da integral da velocidade da via de saída do VE pela sua área (πd2, onde D é igual ao diâmetro da via de saída do VE medido no eixo paraesternal longitudinal e π=3,14) 14. O débito cardíaco foi considerado como o produto do volume de ejeção do VE e a frequência cardíaca. O Tabela 2: Comparação das variáveis ecocardiográficas entre os diversos métodos índice cardíaco foi definido como a razão entre o débito cardíaco e a superfície corporal. Análise estatística Os resultados das variáveis contínuas foram expressos em médias ± desvio padrão, enquanto * P<0,01 ANOVA e Bonferroni as variáveis categóricas foram definidas como frequências. Diferenças entre o volume de ejeção do VE entre métodos independentes foram analisadas por ANOVA de 1-via, seguida da correção Pos-roc de Bonferroni, caso fosse observada diferença significativa entre qualquer grupo pela ANOVA. O teste de Bland-Altman e a matriz de correlação linear de Pearson foram empregadas para avaliação de concordância e correlação inter-observador e entre os métodos na avaliação do volume de ejeção. lume de ejeção, débito cardíaco e índice cardíaco entre o método de Teichholz e os demais métodos (P < 0,01), conforme Tabela 2 e Figura 3. Figura 3: Comparação do volume de ejeção (A) e débito cardíaco (B) Resultados População Dos 35 indivíduos incluídos inicialmente, 29 fizeram parte da amostra final. Cinco indivíduos foram excluídos por não apresentar janela acústica satisfatória e 01 indivíduo foi excluído por apresentar fibrilação atrial. As características clínicas basais dos indivíduos envolvidos no estudo estão dispostas na Tabela 1. Ecocardiograma Foi observada diferença significativa entre o vo- * P<0,01 ANOVA e Bonferroni 47

5 Não foi observada diferença significativa entre as medidas da área da via de saída do VE pela planimetria tridimensional e a medida bidimensional (3,1 cm 2 versus 3,2 cm 2, respectivamente, com p= 0,08). Houve correlação linear significativa entre as medidas do volume de ejeção pelo mapeamento colorido tridimensional e a medida pelo Doppler (r= 0,83), regra de Simpson (r= 0,87) e variação volumétrica tridimensional (r= 0,93), com P < 0,01 para todos. Por outro lado não houve correlação significativa com o método de Teicholz (r= 0,30, P= 0,3), conforme Figura 4. Figura 4: Correlação linear entre o volume de ejeção determinado mapeamento colorido 3D e (A) Inferência Doppler, (B) Teichholz, (C) Simpson e (D) Variação volumétrica tridimensional. Discussão Os principais achados deste trabalho referem-se às significativas correlações lineares positivas de variáveis relacionadas ao débito cardíaco, calculadas por meio do mapeamento colorido tridimensional da via de saída do VE e variáveis determinadas pelos métodos de Simpson, Doppler e variação volumétrica tridimensional. Os resultados deste estudo 48 mostraram que os dados da avaliação tridimensional colorida podem ser utilizados para calcular o volume de ejeção, em indivíduos submetidos à ecocardiograma transtorácico de rotina, e que os valores encontrados são similares às técnicas já consagradas na prática clínica. Estudos em animais experimentais mostraram que é possível avaliar com acurácia e reprodutibilidade o débito cardíaco, utilizando o mapeamento colorido tridimensional e que a medida da área da via de saída do VE é equivalente à realizada pela ressonância magnética 6. Outros estudos compararam o mapeamento colorido tridimensional à termodiluição e recomendam o ecocardiograma tridimensional como uma alternativa à metodologia invasiva 15. No atual trabalho não foi encontrada diferença significativa entre as medidas do volume de ejeção do VE, pelo mapeamento colorido tridimensional da via de saída do VE e pela medida derivada da análise Doppler, o que, neste caso, pode ser devido à similaridade das áreas das vias de saída calculadas pelas duas metodologias. Por sua vez, essa equivalência permite que a avaliação tridimensional colorida seja uma alternativa potencial para determinação do débito cardíaco, naqueles casos em que a janela acústica para-esternal longitudinal não esteja adequada para avaliação bidimensional. Apesar de alguns estudos mostrarem dados conflitantes, em relação aos volumes do VE obtidos pela regra de Simpson e análise tridimensional 16, outros autores sugerem que a acurácia é comparável entre os dois métodos, especialmente quando a identificação da borda endocárdica do ventrículo esquerda é ótima 17. No atual estudo, os volumes de ejeção

6 Oliveira W, et al. Avaliação do volume de ejeção ventricular esquerda pelo ecocardiograma tridimensional colorido obtidos pelo mapeamento colorido tridimensional, regra de Simpson e variação volumétrica tridimensional, também, foram similares. Esse resultado foi provavelmente devido à adequada identificação da borda endocárdica ventricular esquerda, na população estudada, visto que indivíduos com limitação de janela acústica foram excluídos do estudo. Não foi encontrada associação entre o método Teichholz e as outras metodologias estudadas. Esse achado é concordante com outros trabalhos 18,19 e corresponde à dificuldade de se chegar a um volume tridimensional a partir de dimensões lineares. Por esse motivo, as diretrizes das sociedades americana e europeia de ecocardiografia não recomendam a avaliação da função ventricular esquerda por meio das dimensões lineares do VE 8. Em resumo, os dados do presente estudo não só reafirmaram a praticidade do cálculo de variáveis relacionadas ao débito cardíaco, por meio do mapeamento colorido tridimensional da via de saída do VE, mas também revelaram a significativa concordância desse método com outras técnicas utilizadas, usualmente, na prática clínica. Além disso, os resultados mostrados permitem assumir que esta recente técnica poderia ser uma alternativa para o cálculo do débito cardíaco, nas situações clínicas em que o emprego de outras técnicas encontra-se limitado. Limitações A principal limitação do trabalho foi a inexistência de uma metodologia invasiva padrão ouro para a comparação com as técnicas ecocardiográficas empregadas. No entanto, estudos prévios com termodiluição já validaram o mapeamento ecocardiográfico tridimensional colorido como metodologia acurada, na determinação do volume sistólico ventricular esquerdo 15. Outra limitação, inerente à técnica de aquisição de imagem, é a necessidade de pausa respiratória, o que potencialmente restringe o emprego da metodologia tridimensional, em pacientes em vigência de ventilação mecânica. Conclusão O cálculo do volume de ejeção do VE, débito cardíaco e índice cardíaco, por meio do mapeamento colorido tridimensional da via de saída do VE, apresentaram correlação linear significativa com os métodos de Simpson, estimativa Doppler e variação volumétrica tridimensional. Referências 1. Axler O, Megarbane B, Lentschener C, Fernandez H. Comparison of cardiac output measured with echocardiographic volumes and aortic Doppler methods during mechanical ventilation. Intensive Care Med. 2003; 29(2): Gopal AS, Schnellbaecher MJ, Shen Z, Boxt LM, Katz J, King DL. Freehand three-dimensional echocardiography for determination of left ventricular volume and mass in patients with abnormal ventricles: comparison with magnetic resonance imaging. J Am Soc Echocardiogr. 1997;10(8): Sahn DJ, Valdes-Cruz LM. Ultrasound Doppler methods for calculating cardiac volume flows, cardiac output, and cardiac shunts. Cardiovasc Clin. 1986;17(1): Kuhl HP, Schreckenberg M, Rulands D, Katoh M, Schafer W, Schummers G, et al. High-resolution transthoracic real-time three-dimensional echocardiography: quantitation of cardiac volumes and function using semi-automatic border detection and comparison with cardiac magnetic resonance imaging. J Am Coll Cardiol. 2004;43(11): Mehwald PS, Rusk RA, Mori Y, Li XN, Zetts AD, Jones M, et al. A validation study of aortic stroke volume using dynamic 4-dimensional color Doppler: an in vivo study. J Am Soc Echocardiogr ;15(10 Pt 1): Pemberton J, Li X, Karamlou T, Sandquist CA, Thiele K, Shen I, et al. The use of live three-dimensional Doppler echocardiography in the measurement of cardiac output: an in vivo animal study. J Am Coll Cardiol. 2005;45(3): Dawson B, Trapp RG. Basic & clinical biostatistics. 4th ed. New York ; London: Lange Medical/McGraw-Hill, Medical; Lang RM, Bierig M, Devereux RB, Flachskampf FA, Foster E, Pellikka PA, et al. Recommendations for chamber quantification: a report from the American Society of Echocardiography s Guidelines and Standards Committee and the Chamber Quantification Writing Group, developed in conjunction with the European Association of Echocardiography, a branch of the European Society of Cardiology. J Am Soc Echocardiogr ;18(12):

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