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Teaching: Studiare la funzione atriale dalle
metodiche tradizionali alle nuove tecnologie
Misurazioni tradizionali e volumi atriali
Ilaria Caso
Azienda Ospedaliera dei Colli Monaldi-Cotugno-CTO - Napoli
STUDIO DELL’ATRIO SINISTRO
Interesse relativamente recente su questa
struttura cardiaca
Studi solo nell’ultimo decennio sull’impatto
della sua funzione nell’outcome di varie
patologie
Complessità della struttura
Difficoltà assunzione geometrica
Posizione nel torace
Rome and the Heart
Galeno (129-216 a.C.) and
hippocratis writers
• The first study about the heart
physiology “heart controls the
blood and body temperature”
• Blood in the vessels, not air
• Mind in the brain, not in the heart
...nothing about atria!
Galeno and Hippocrates paint XII century
(Anagni Cathedral)
Mediaeval Age and the Heart
Mondino de Luzzi (1275-1326)
the first practice of dissection
of human body
•
•
•
•
Ventricles
Vena cava
Aorta
Atrioventicular and aortic
valves
...nothing about atria!
Anothomia 1316 .
Leonardo da Vinci and the heart
Leonardo (1452-1519)
• studied arteries, veins, capillaries
and muscles
• understood the role of
arteriosclerosis
• described the muscolar structure
of right ventricle, the leaflets of
tricuspid valve, the papillars
muscles
1508-1513 Heart studies
William Harvey and the heart
William Harvey (1578-1657)
• Exercitatio anatomica de motu
cordis et sanguiniis in animalibus
• Exercitatio anatomica de
circulatione sanguinis
...nothing about atria!
He died in 1657 for
myocardial infarction...
“Imaging “ Discovered Atrium in Last Century
Cineangiography 1950
- Direct and sharp visualization of the left
ventricle
- Left atrium visualized only in presence of
mitral regurgitation
- Not routinary assessment of atrial
dimension
Echocardiography 1960
-Hertz and Edler invented the first M-mode
echocardiograph
-The assessment of atrial size was the
antero-posterior diameter in M-mode
-With 2-D echocardiography was possible
to study the volumes and atrium cycle
STRUTTURA ATRIO SINISTRO
Riceve posteriormente le 4 vene polmonari
Anteriormente vi è l’auricola sinistra
digitiforme
Non vi sono valvole sul pavimento
Non vi è la Cresta Terminale né i m. pettinati
Auricola
Setto Interatriale
Digitiforme
La parete è liscia
Imbocco stretto
A volte vi è la valvola
del forame ovale
Morfologia
AURICOLA
SINISTRA
Setto Interatriale
Aspetto Sinistro
Morfologia
VENE POLMONARI
Metodi di Studio della Funzione
Atriale
- Monodimensionale M-mode
- Bidimensionale 2D
o Diametri
o Aree
o Volumi
- Tridimensionale 3D
- Altre tecnologie
Qual’è la corretta
misurazione diametro in
long axis?
2
3
1
Measurement of left atrial diameter (LAD) from M-mode,
guided by a parasternal short or long axis image (upper
right) at the level of the aortic valve
-validated with angiography
-used in large population
studies because of its
feasybility
-understimates volumes
Lang, R. M. et al. Eur J Echocardiogr 2006 7:79-108
Corretta
misurazione
diametro in long
axis
Valori di riferimento del diametro in long axis
Diametro long axis: limitazioni
• Si basa sul presupposto
che il diametro AP sia
sempre proporzionale a tutti
gli altri diametri in caso di
dilatazione
•Un eventuale dilatazione
dell’AS è limitata per il suo
diametro AP da sterno e
colonna vertebrale
•La dilatazione dell’atrio
sinistro è prevalente nei
diametri supero-inferiore e
medio-laterale
Metodi di Studio della Funzione
Atriale
- Monodimensionale M-mode
- Bidimensionale 2D
o Diametri
o Aree
o Volumi
- Tridimensionale 3D
- Altre tecnologie
Atrial Diameters
1) Antero-posterior: aortic posterior and
LA posterior wall ( long axis)
2) Longitudinal or supero-inferior:
superior wall and the mid point
of the mitral annulus (4 chamber)
3) Transversal or medio–lateral between
the mid point
of fossa ovale and the face of lateral
wall( 4 chamber)
Valori di
riferimento
diametri atriali
Le dimensioni dell’AS variano
con l’età, la BMI, la BSA,
mentre poco significativa
appaiono le differenze per il
sesso.
Aurigemma et al. Circ Cardiovasc Imaging 2008.
Misurazione Aree
4 camere
Diastole
Sistole
Misurazione Aree
2 camere
Diastole
Sistole
Misurazione Aree:
Pitfalls
Possibili errori nella
valutazione dell’area atriale:
• Finestra acustica non adeguata
(bordo endocardico non facilmente
distinguibile)
• Bassa risoluzione parete laterale e
anteriore
• Inclusione nel calcolo dell’area
dell’imbocco dell’auricola
• Inclusione nel calcolo dell’area dello
sbocco delle vene polmonari
Misurazione Aree: Pitfalls auricola e vene polmonari
Valori di riferimento per le aree (media fra 2 e 4 camere)
Calcolo dei Volumi Atriali con il
bidimensionale 2D
- Ellissoide
- Area-lenght
Tutti calcoli matematici che hanno
come assunzione che l’AS abbia
uno shape fisso:
- Simpson
• sovrastima
• sottostima
Atrial Volumes by Diameter: Ellipse Method
•M-Mode
•2D
SA1= m-Mode LA dimension
SA2= short-axis dimension in the
apical 4-chamber view at
ventricular end-systole
LA= long-axis dimension in the
apical 4-chamber view at
ventricular end-systole
Sanfilippo AJ et al. Circulation 1990;82;792-7.
Pritchett et al. JACC 2003;41:1036-43
Atrial Volumes by Diameter: Ellipse Method
Three LA dimensions were used to calculate LA volume as an ellipse using
the formula:
LA VOLUME =4
π
(SA1) x (SA2) x (LA)
3
2
2
2
LA VOLUME = π / 6 ( SA1 x SA2 x LA)
LA VOLUME =O,523 (LAx SA1 x SA2)
SA1= m-Mode LA dimension (ortogonal dimension)
SA2= short-axis dimension in the apical 4-chamber view at ventricular end-systole
LA= long-axis dimension (ellipsoid) in the apical 4-chamber view at ventricular end-systole
Sanfilippo AJ et al. Circulation 1990;82;792-7.
Pritchett et al. JACC 2003;41:1036-43
Atrial Volumes by Areas and Lenght
• 2D
1. Area in 4 camere
2. Area in 2 camere
3. Diametro minore supero-inferiore
fra quello misurato in 2 e 4 camere
Measurement of left atrial volume from
the area-length method using the apical
four-chamber (A4C) and apical twochamber (A2C) views at ventricular endsystole (maximum LA size). L= shortest of
either the A4C or A2C lenght
8/3 p [(A1)(A2)/(L)]
Lester et al. J Am Coll Cardiol 2008;51:679-89
Lang RM J Am Soc Echocardiogr 2005;18:1440-1463
Lang, R. M. et al. Eur J Echocardiogr 2006 7:79-108
Atrial Volumes by Simpson’s rule
• 2D
1. Si basa sull’assunzione che il modello
geometrico del VS sia ugualmente valido
2. L’algoritmo di Simpson divide l’AS in una
serie di dischi ovali sovrapposti
3. Il volume è dato dalla somma del volume
di ogni disco
Measurement of left
atrial volume from the
biplane method of discs
(modified Simpson's
rule), using the apical
four-chamber (A4C) and
apical two-chamber
(A2C) views at
ventricular end-systole
(maximum LA size)
p / 4(h) S (D1)(D2)
Lester et al. J Am Coll Cardiol 2008;51:679-89
Lang, R. M. et al. Eur J Echocardiogr 2006 7:79-108
Lang RM Am Soc Echocardiogr 2005;18:1440-1463
Tracciando le aree del volume max e
min sia in 4 che in 2 camere è
possibile ottenere anche una LAEF
basata sulla Simpson’s rule
Volumes: Some Limitations
All methods based on
area could have
limitations
1) subjective left atrial
endocardial border tracing
4 Chamber View
2 Chamber View
V (ml) = 8 x A4 x A2 / 3 x p x L
A4 = Left atrium area in 4 chamber view
A2 = Left atrium area in 2 chamber view
L = Long axix diameter in 2 chamer view
We need non volumetric method to study
atrial function
2) the use of geometric
approximation
3) insufficient quality of echo
images
Nikitin NP Effect of age and sex of left atrial
morfology and function Eur J Echocardiography
2003;4:36-42
Feigenbaum H. Echocardiographic evaluation of cardiac chambers. In: Fiegenbaum H. Echocardiography, 5th Edition. Philadelphia, Lea & Febiger, 1993: 166-167.
Misurazione accurata dell’atrio:
elementi critici e comuni pitfalls
Abhayaratna, Tsang et al. J Am Coll Cardiol 2006;12:2357-2363
Misurazione accurata dell’atrio:
elementi critici e comuni pitfalls
Abhayaratna, Tsang et al. J Am Coll Cardiol 2006;12:2357-2363
Lang, R. M. et al. Eur J Echocardiogr 2006 7:79-108
Normal Atrial Volumes values
- Maximum LA Volume = 22 ± 6 ml/m2
- Minimum LA Volume = 9 ± 4 ml/m2
Area lenght
Triposkiadis. JASE 1995;8:801-809
- Maximum Volume = 22 ± 4 ml/m2
Tsang et al. JACC 2002;40:1636-44
Area lenght
- Maximum Volume = 20 ± 6 ml/m2
Wang et al. Chest 1984;86:595-601
Biplano
- Maximum Volume = 42 ± 11 ml
Prichett et al. J Am Coll Cardiol 2003;41:1036-1043
Ellisse
- Maximum Volume = 32 ± 11 ml
Aurigemma et al. J Caridovasc Imaging 2009;2:282-289
Ellisse
Valutazione delle dimensioni e dei
volumi: quale scegliere?
1. Diametro M-mode
2. Volume ellisse
3. Volume Area lenght
4. Volume Simpson’s rule
Valutazione delle dimensioni e dei
volumi: quale scegliere?
- E’ preferibile il calcolo in M-mode o in
bidimensionale?
- C’è differenza fra i vari calcoli dei volumi
atriali?
-Quale metodo è maggiormente attendibile?
-Perché è utile studiare il volume atriale?
Cosa aggiunge alla mia valutazione?
Valutazione delle dimensioni e dei
volumi: quale scegliere?
- E’ preferibile il calcolo in M-mode o in
bidimensionale?
- C’è differenza fra i vari calcoli dei volumi
atriali?
-Quale metodo è maggiormente attendibile?
-Perché è utile studiare il volume atriale?
Cosa aggiunge alla mia valutazione?
Valutazione delle dimensioni e dei
volumi: quale scegliere?
- E’ preferibile il calcolo in M-mode o in
bidimensionale?
- C’è differenza fra i vari calcoli dei volumi
atriali?
-Quale metodo è maggiormente attendibile?
-Perché è utile studiare il volume atriale?
Cosa aggiunge alla mia valutazione?
Prolate Ellipse Method
Area Lenght Method
Simpson Method
Jiamsripong P, Eur J Echo cardiogr 2008;9.351-355
Differenze fra i 3
metodi di misurazione
1. Metodo dell’ellisse: fortemente
influenzato dal diametro anteroposteriore, meno affidabile se atrio
dilatato. Tuttavia, l’angiografia ha
confermato che la geometria
dell’atrio è molto simile a un
ellissoide
2. Simpson’s Rule: si basa su una
assunzione geometrica valida per il
VS. l’AS ha una struttura non
uniforme né circolare
3. Area lenght: si basa su un calcolo
partendo dalla reale area dell’AS e
le dimensioni dell’atrio sono
pertanto più accurate
Jiamsripong P, Eur J Echo cardiogr 2008;9.351-355
Valutazione delle dimensioni e dei
volumi: quale scegliere?
- E’ preferibile il calcolo in M-mode o in
bidimensionale?
- C’è differenza fra i vari calcoli dei volumi
atriali?
-Quale metodo è maggiormente attendibile?
-Perché è utile studiare il volume atriale?
Cosa aggiunge alla mia valutazione?
Che valore ha lo studio del volume
dell’AS?
CW Koo et al. Clin Reserc Caridol 2011.
Che valore ha lo studio del volume
dell’AS?
CW Koo et al. Clin Reserc Caridol 2011.
Dilatazione dell’atrio sinistro
Quando studiarlo con attenzione?
•
•
•
•
•
•
Hypertension
Mitral disease
Atrial fibrillation
Diastolic dysfunction
Cardiomyopathies
Acute myocardial
infarction
Prediciton of cardiovascular
events in pts in sinus rhythm
Cumulative eventfree
survival and categorical increment
of indexed left atrial (LA) volume
In a multivariate clinical and
echocardiographic model, LA volume
was strongly associated with:
•
In multivariate clinical model, LA
volume/BSA was indipendently
associated to :
• Cardiovascular risk score,
• vascular disease
• congestive heart failure
• Transient ischemic attack
Diastolic dyfunction grade indipendent
by EF, Age, Gender,Cardiovacular risk
score
LA volume expresses the
severity of diastolic
dysfunction and provides an
index of cardiovascular risk
and disease burden
Tsang TSM et al. Am J Cardiol 2002;90:1284-1289
A= telesistole
B= inizio onda P (fase conduit)
C= telediastole
Area 2D metodo ellisse
Relazione fra severità
dell’aumento del volume
massimo indicizzato e la
disfunzione diastolica
Tertile 1 < 28 ml/m2
Tertile 2 28 - < 37 ml/m2
Tertile 3 > 37 ml/m2
LA volume indipendently predicted first CHF in an
elderly cohort with well-preserved LV systolic function
Takemoto Y, et al. Am J Cardiol 2005;96:832-836
Dilatazione dell’atrio sinistro nello
scompenso diastolico
LA remodelling contributes to the progression of
asymptomatic LV systolic dysfunction to chronic
symptomatic HF
LA dilation and LA systolic dysfunction (LA remodelling)
contributes to the progression of asymptomatic LV
dysfunction to chronic symptomatic HF as it’s a
prerequisite for the development of the pulmonary
congestion and marked neurohormonal activity (ANP) that
characterize the symptomatic state
Karayannis G et al. Heart Fail Rev 2008;13:91-8
In pts with AMI, increased LA volume, determined within the first 48 h of
admission, is an indipendent predictor of 5 yrs mortality with incremental
prognostic information to clinical and echocardiographic data
< 32 ml
≥ 32 ml
Beinart R et al. JACC 2004;44:327-34
Left Atrial Volume as Prognostic Factor
Acute Myocardial Infarction
Ischemic Cardiomyopathy
< 60 ml
≥ 60 ml
Moller JE et al Circulation 2003;107:2207-12
Sabharwal N et al. Am J Cardiol 2004;94:760-763
Bangalore et al. J Am Coll Cardiol
2007;50:1254–62
Percentage of pts free of AF during a 5 yrs period after baseline
echocardiography, stratified by LA volume quartile
Quartile 1 < 43 ml
Quartile 2 ≥ 43 - <58 ml
Quartile 3 ≥ 58 - <77 ml
Quartile 4 ≥ 77 ml
Tsang et al. Mayo Clin Proc 2001;76:467-75
Freedom from recurrent AF after
catheter ablation according to left atrial
volume.
LAV, left atrial volume; RFCA,
radiofrequency catheter ablation; AF, atrial
fibrillation.
Shin et al. J Am Soc Echocardiogr 2008; 21:697-702
Metodi di Studio della Funzione
Atriale
- Monodimensionale M-mode
- Bidimensionale 2D
o Diametri
o Aree
o Volumi
- Tridimensionale 3D
- Altre tecnologie
Veinot JP et al. Circulation 1997;96;3112
Agmon Y et al. JACC 1999;34:1867
Valutazione dei volumi in 3D
- Come procedere per l’analisi
- E’ sempre realizzabile
- E’ stata validata con altre
tecniche di imaging
- E’ superiore alla valutazione
in 2D
Acquisizione ed
analisi immagini
1. Acquisizione di almeno 5 cicli
cardiaci
2. Riconoscimento automatico del
bordo
3. Eventuale perfezionamento della
lettura del bordo cardiaco
Acquisizione ed analisi immagini
1. Immagine tridimensionale
2. Calcolo dei volumi e della frazione d’eiezione
Acquisizione
ed analisi
immagini
1. Immagine tridimensionale
2. Calcolo dei volumi e della
frazione d’eiezione
• Best reproducibility for max atrial
dimensions, followed by LVEF
•Low gender influence
•Difference with normal values reference of
other studies for different population
•Underestimation vs CMR which
incorporated inclusion of left atrial
appendage
Valutazione del volume e della
funzione atriale 3D real time
•Max volume V max: alla telesistole (giusto prima del’apertuta della mitrale)
•Min volume V min: alla telediastole (massima apertura della valvola mitrale)
• Vol prima della contrazione V pre A (onda P sull’ECG, ultimo frame prima
della riapertura della mitrale)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Total atrial stroke volume (TASV): V max - V min
Total atrial emptying fraction (TAEF): TASV/V max x 100
Active atrial stroke volume (AASV): V pre A- V min
Active atrial Emptying fraction (AAEF): AASV / V pre A x 100
Atrial Expansion index (AEI): TASV / V min x100
Passive atrial emptying fraction (PAEF): (V max – V pre A) / V max x 100
AM Anwar et al. Int Journal of Cardiol 2008:123:155-161
Valutazione del volume e della
funzione atriale 3D real time
•Ottima correlazione fra i
parametri misurati in 2D e 3D
•3D eccellente concordanza fra gli
osservatori indipendenti
•2D minore riprducibilità e minore
correlazione con i parametri TC e
RMN. Nei pazienti con dilatazione
atriale ha minore capacità di
escludere v.polmonari e auricola
con conseguente sovrastima del
volume
AM Anwar et al. Int Journal of Cardiol 2008:123:155-161
CMR
•Left atrial border manually traced
• Left atrial volumes were calculated using
summation of area x each slice (Simpson’s
method) and indexed for BSA
2D Echocardiography
•Left atrial border semiautomated traced
• Volumes calculation with area-lenght
Correlazione e
Bland Altman di
comparazione
3D Echo - MRI
•Excellent correlation
between 3D and MRI
•Echocardiography
underestiamtes the LA
volume vs MRI
•MRI permits a more
accurate border detection
•3D echo less time
consuming
Parametri lineari
mostrano una
correlazione mdoesta con
il 3D
•Parametri 2D (vol
biplano Simpson)
mostrano una ottima
correlazione con il
3D
•Sottostima nei
volumi 2D aumenta
nei patologici
Pazienti consecutivi in ritmo
sinusale, senza patologia
valvolare moderato/severa
•Volume minimo 3D predittore di
eventi cardiovascolari, più forte
dei volumi in 2D
• Maggiore riproducibilità
•Maggiore accuratezza nel
tracciare il bordo endocardico su
un piani rotazionali virtualmente
infiniti
Pazienti s/p ad ablazione mediante RF
con isolamento delle vene polmonari
3D Volume was measured at
ventricular end systole just before
opening of mitral valve by tracing LA
areas in 8 radial planes 22.5 degrees
apart from one another.
Suh et al J Am Soc Echocardiogr 2008; 21:439 - 445
LA VOLUMS DETERMINED BY 2D AND 3D
IN SEVERE LV DYSFUNCTION
Left atrial (LA) volumes 2-D vs
real-time 3D (LAV-3D).
There was good correlation
between the two, but LAV-2D
significantly underestimated
LAV-3D
Left atrial volumes real-time
3-D (LAV-3D) by two
independent observers.
These two sets of
measurements showed
excellent correlation with no
significant difference..
Suh et al J Am Soc Echocardiogr 2008; 21:439 - 445
LA VOLUMS DETERMINED BY 2D AND 3D
IN SEVERE LV DYSFUNCTION
Event-free survival curves of patients with
large and small initial left atrial volumes
determined by real-time 3D
Left atrial (LA) volumes measured by 2d
(LAV-2D) (dotted line) and LA volumes
measured by real-time 3d echo(LAV-3D)
Suh et al J Am Soc Echocardiogr 2008; 21:439 - 445
CHARACTERISTICS OF 3D ATRIAL VOLUME
3D Echo:
- No geometric assumption
- Image not foreshortening
- Necessary good acustic window
- Software adapted from that of LV
- Lower ability to recognize the
endocardial border
- Low resolution
LEFT ATRIAL: NORMAL FUNCTION
Metodi di Studio della Funzione
Atriale
- Monodimensionale M-mode
- Bidimensionale 2D
o Diametri
o Aree
o Volumi
- Tridimensionale 3D
- Altre tecnologie
Nuove tecnologie di imaging nel calcolo
dei volumi atriali: TAC
B
A
Immagine obliqua assiale
A diametro trasverso
B diametro antero posteriore
C
Immagine sagittale
C diametro longitudinale
HM Gweon et al 2011.
Nuove tecnologie di imaging nel calcolo
dei volumi atriali: TAC
Immagini utilizzate per il calcolo dei volumi 3D: A assiale B sagittale C Coronale
Volumi 3D TC vs Echocardiopraphy
HM Gweon et al 2011.
Nuove tecnologie di imaging nel calcolo
dei volumi atriali: TAC
Vantaggi del calcolo volumi 3D con TC
• LA TC non si basa su assunzioni
geometriche, l’immagine è ricostruita
mediante eccellente acquisizione
volumetrica
•Misurazioni sovrapponibili a quelle Eco
2D e 3D
•Possibili con qualsiasi finestra acustica
Regressione lineare Volumi
telesistolici 3D TC vs
Ecocardiografia
Limiti del calcolo volumi 3D con TC
• Limitata risoluzione temporale (minore
accuratezza valutazione diametri
telesitolici) con sovrastima del volume AS
•Studio con emissione di raggi
HM Gweon et al 2011.
Indicazione allo studio dei
volumi atriali con TC
NEI PAZIENTI PER I QUALI VI E’
GIA’ UNA INDICAZIONE ALLA TC
PER STUDIO DELLE
CORONARIE
Nuove tecnologie di imaging nel calcolo
dei volumi atriali: TAC
Regressione lineare
e Bland Altman in pz
in ritmo sinusale.
Volumi Area-lenght
e Simpson
3D TC vs
Ecocardiografia
•Superiorità della TC se valutazione con
shape dell’AS anomalo
•Superiorità rispetto alla valutazione 2D
•Non perdita di risoluzione laterale
Y Takagi et al. J of Cardiol 2009.
Conclusioni
• In un esame di routine non è possibile
prescindere dalla valutazione dell’atrio sinistro
•Qual è il metodo di valutazione delle dimensioni dell’atrio sinistro?
Quello che si approssima maggiormente alla realtà
•M mode: più facile, diffusa ed immediata ma è anche la meno affidabile
•Volumi 2D: evidenze scientifiche molto robuste, realizzabili nella pratica
clinica giornaliera, ma si basano su modelli matematici e su metodi non
automatizzati che le rendono non sempre attendibili
•Volumi 3D: rappresentano la misurazione più fedele dell’atrio sinistro ma
hanno ancora limiti tecnici e sono relativamente poco diffusi.
Rappresentano , senza dubbio, il futuro della valutazione dei volumi
atriali.