Cuantificación automática de contractilidad y perfusión segmentaria en pacientes con cardiopatía isquémica mediante resonancia magnética cardíaca.

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1 Cuantificación automática de contractilidad y perfusión segmentaria en pacientes con cardiopatía isquémica mediante resonancia magnética cardíaca. García-Sánchez D., Moratal-Pérez D., Bodí V., Millet-Roig J. Universidad Politécnica de Valencia Hospital Clínico Universitario, Valencia, Espa ña RESUMEN Introducción: El análisis informático de imágenes de perfusión de resonancia magnética cardíaca nos permite obtener parámetros como la contractilidad y la perfusión, de gran utilidad para la evaluación de la función sistólica en pacientes con cardiopatía isquémica. Objetivos: Desarrollar un software, sencillo y de fácil manejo, de tratamiento de imágenes de resonancia magnética cardíaca, con el fin de realizar una cuantificaci ón automática de la contractilidad regional y global, así como de la perfusión temprana y tardía, del ventrículo izquierdo. Realizar automáticamente una clasificación del grado de cardiopatía tras comparar los datos con casos conocidos. Material y métodos: Se administra a los pacientes un contraste de Gadolinio por vía intravenosa con el fin de obtener las imágenes de perfusión. Estas imágenes se analizan en secuencias correspondientes a un ciclo, detectando automáticamente los contornos interno y externo del ventrículo izquierdo, y se realiza un análisis regional y/o global de la contractilidad y perfusión en cada uno de los cortes obtenidos. La medida de la variación de la intensidad en las distintas regiones a lo largo de los ciclos nos permite estudiar el nivel de captación del contraste, durante el primer minuto de la administraci ón, captación precoz y, a los diez minutos, captación tardía. La medida del grosor del ventrículo a lo largo de los ciclos nos permite analizar la contractilidad. Resultados: Obtenemos la contractilidad, perfusión segmentaria y pendiente de captaci ón de contraste, analizándose tanto regional como globalmente. Estos datos son cuantificados y comparados con casos reales, sirviendo de gran ayuda al cardiólogo para contrastar con las conclusiones extraídas de su observación. Conclusión: El software presentado supone una herramienta sencilla y eficiente para la evaluaci ón de la función sistólica en imágenes de resonancia magnética card íaca y la obtenci ón automática de parámetros útiles para el estudio de pacientes con cardiopatía isquémica. INTRODUCCION En el campo de estudio de la cardiopat ía isquémica ha supuesto un avance significativo la aplicaci ón de técnicas de imagen médica como la Resonancia Magnética Cardiaca (RMC) y la Tomografía por Emisi ón de Positrones (TEP). Estas t écnicas de adquisici ón de imagen permiten a los cardiólogos evaluar la viabilidad miocárdica [1] para determinar la indicación ó no de revascularización coronaria, evitando a los pacientes padecer exploraciones invasivas, como el cateterismo. Son marcadores de viabilidad mioc árdica la conservación del espesor de la pared ventricular y su integridad celular, la fuerza de contracción o contractilidad tanto basal como en respuesta a un estrés como la dobutamina, la perfusión sanguínea y el metabolismo de los miocitos. Hasta la aparición de los primeros equipos de RMC con una resolución espacial aceptable, para la evaluación de la viabilidad se utilizaban técnicas como la ecocardiografía de estrés para la medida del espesor y la contractilidad, TEP para estudio del metabolismo y la gammagrafía con talio o tecnecio para evaluar la integridad celular. Al contrario que estas técnicas, la RMC permite la medida de todos y cada uno de los marcadores de viabilidad [1,2,3]. Esta eficiencia de la RMC en el estudio de la función sistólica, avalada por un número elevado de estudios comparativos [1,4,5], está llevando a numerosos cardiólogos a adoptar la RMC como la técnica de referencia para la determinación de la viabilidad miocárdica [1]. El procedimiento habitual de estudio de secuencias de RMC de contraste requiere que el especialista delimite

2 los contornos interno y externo del ventrículo izquierdo manualmente y realice medidas aproximadas del grosor telesistólico y telediastólico, así como del nivel de captación de contraste. Si se desea realizar estudios con un número elevado de pacientes se requiere un consumo de tiempo elevado para la cuantificación completa y fiable de todos los datos a valorar. El análisis informático de estas imágenes permite la medida objetiva y cuantificaci ón automática de estos parámetros, acelerando enormemente el proceso. Entre las numerosas ventajas que presenta el análisis informático frente al tradicional est án la evaluación instant ánea del grado de cardiopat ía, la elaboración automática de gráficas e informes y la comparación con bases de datos de estudios previos. OBJETIVOS Actualmente se dispone de software de tratamiento de imágenes de resonancia magnética cardiaca (MRI- Massâ, GE ME Exciteâ software package) que realizan medidas de parámetros funcionales como movimiento, tensi ón y flujo. Este tipo de software suele requerir personal altamente especializado y costosas estaciones de trabajo para su manejo e instalación. Las altas prestaciones de los ordenadores personales actuales permite desarrollar programas similares que funcionen perfectamente en un ordenador convencional. Nuestros esfuerzos se centraron en el desarrollo de un software específico para tratamiento de imágenes de RMC que pudiera cuantificar automáticamente parámetros como la contractilidad y perfusión de una manera fiable y sencilla. Este software debía funcionar perfectamente en un ordenador personal y permitir realizar dichas medidas, rápida e intuitivamente, a personal no especialmente acostumbrado al manejo de este tipo de software. Para la medida de grosor y perfusi ón es necesario realizar una delimitación lo más exacta posible de los contornos interno y externo del ventrículo izquierdo. Este es el paso más importante de todo el proceso, ya que el éxito final depende de que este punto se complete satisfactoriamente. El software debía realizar esta detección perfectamente y realizar un seguimiento de los contornos a lo largo del movimiento del ventrículo en la secuencia de RMC. Una vez cuantificados los parámetros de interés el software debía presentar la posibilidad de evaluar automáticamente el grado de cardiopatía y elaborar informes de estudio tanto segmentario como global. Dichos informes facilitan a los especialistas la elaboración posterior de estudios estadísticos y el almacenamiento en bases de datos. MATERIAL Y METODOS El software de análisis de secuencias de RMC presentado (RMPerf) ha sido desarrollado mediante MATLAB 6.5 (The mathworks Inc., Natick, MA, USA). Para la detecci ón de los contornos interno y externo del ventrículo izquierdo se ha desarrollado un algoritmo basado en una combinación de las técnicas conocidas como "Intelligent Scissors" [6] y "GVF Snakes" [7,8], tras un estudio previo para seleccionar la técnica de contornos activos [7-10] que mejor se ajustara a nuestras necesidades. Este algoritmo permite una detección óptima en un número reducido de pasos y el seguimiento de los contornos en movimiento a lo largo de la secuencia. Para la obtención de las imágenes de perfusión es necesario administrar a los pacientes un contraste de Gadolinio 0.1 mmol/kg por vía intravenosa. A continuación se adquieren secuencias de imágenes de perfusión mioc árdica de primer paso mediante un equipo Siemens Sonata 1.5T por medio de una secuencia True Fast Imaging with Steady Precession (True-FISP). Una vez obtenidas secuencias correspondientes a un ciclo de los cortes utilizados-basal, medio y apical- se procede a su análisis mediante el software RMPerf.

3 Figura 1. Fases en el proceso de análisis mediante RMPerf. El primer paso es indicar unas curvas iniciales que delimiten los contornos interno y externo del ventrículo izquierdo, este paso se realiza de manera automática tras la selección por parte del usuario de un conjunto reducido de puntos de referencia. Estos contornos son automáticamente detectados en cada uno de los frames de la secuencia (Ver v ídeo 1). Una vez delimitados los contornos se procede al análisis segmentario, detectando automáticamente, según el tipo de corte, cada uno de los segmentos (seis para cortes basal y medio, cuatro para corte apical) (Ver vídeo 2). El software mide y procesa el grosor de cada uno de los segmentos a lo largo de la secuencia para obtener la contractilidad. Del mismo modo evalúa la variación de intensidad para reflejar sobre la imagen el grado de perfusión según unos umbrales de intensidad definidos por el usuario. Los resultados se visualizan en todo momento por pantalla y el usuario puede seleccionar el tipo de análisis a realizar y mostrar, contractilidad y perfusi ón en combinaci ón o por separado (Figuras 2 y 3).

4 Figura 2 y 3. Los resultados de los an álisis de grosor y perfusión son mostrados en todo momento por pantalla, por separado o conjuntamente. Figura 2, información de an álisis de grosor por segmentos. Figura 3, an álisis de perfusión con intensidad de referencia Iref=1.5, las zonas rojas indican perfusión normal (I>50%Iref), zonas amarillas indican hipoperfusión (25%Iref<I<50%Iref) y zonas azules indican no perfusión (I<25%Iref). Finalmente los resultados del análisis se almacenan en un informe en el que además de mostrarse los parámetros cuantificados, se incluye informaci ón adicional que puede resultar de interés, como el nombre del paciente, la fecha del estudio y el nombre del especialista que lo ha realizado. Los resultados de cada uno de los análisis locales, por cortes y segmentos, se combinan para ofrecer un informe global por zonas (anterior, lateral y posterior). Los informes pueden ser almacenados en formato de texto, que permite su modificación posterior, o en formato HTML, que permite visualizar las imágenes de perfusión, algo realmente interesante para la comparación posterior con otros casos (Ver figura 1). RESULTADOS El software RMPerf ha pasado durante varios meses una fase de pruebas en la unidad de Hemodin ámica del Hospital Clínico Universitario de Valencia, España, para valorar sus capacidades y garantizar su correcto funcionamiento. Su facilidad de manejo ha permitido que el personal de dicho departamento consiguiera obtener los parámetros de interés de una manera m ás rápida y exacta que el método tradicional tras un periodo muy breve de aprendizaje de sus controles. En la actualidad es utilizado con éxito en dicho departamento de manera sistemática para la elaboración de estudios de viabilidad en pacientes con cardiopat ía isquémica. El tiempo de estudio por paciente se ha reducido significativamente y la elaboración automática de informes ha facilitado enormemente el seguimiento de dichos pacientes, así como la elaboración de estudios estadísticos. CONCLUSION Y TRABAJO FUTURO El uso de RMPerf permite a los cardiólogos obtener varios marcadores de viabilidad miocárdica muy importantes como la contractilidad y perfusión temprana y tardía a partir de secuencias de RMC con las ventajas que ofrece una medida objetiva y la cuantificación de dichos parámetros. RMPerf facilita el desarrollo de estudios con un número elevado de pacientes al completar cada uno de los casos en un tiempo reducido y elaborar informes de estudio local y global automáticamente que permiten al cardiólogo realizar un diagnóstico más fiable al contrastar los datos ofrecidos por el software con las conclusiones extraídas de su observación. Actualmente se está probando una nueva versión de RMPerf con un interfaz mejorado, que además permite el análisis conjunto RMC - Ecocardiografía y la conexión directa con bases de datos y el envío de informes vía . BIBLIOGRAFIA 1. Jiménez Borreguero L. J, Ruiz-Salmerón R. "Valoración de la viabilidad miocárdica en pacientes prerrevascularización". Revista Española de Cardiología, 56(7): , Mahrholdt H., Wagner A., Judd R.M., Sechtem U. "Assessment of myocardial viability by cardiovascular magnetic resonance imaging". European Heart Journal, 23: , Dendale P., Franken P.R., Block P., Pratikakis Y., De Roos A. "Contrast enhanced and functional magnetic resonance imaging for the detection of viable myocardium after infarction". American Heart Journal, Vol. 135, Number 5, Part 1, Kühl H.P., Beek A. M., Van der Weerdt A.P., Hofman M. B. M., Visser C. A., Lammertsma A. A., et al. " Myocardial Viability in Chronic Ischemic Heart Disease, Comparison of Contrast-Enhanced Magnetic Resonance Imaging with 18F- Fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography". Journal of the American College of Cardiology, Vol.41, No.8,2003 April 16, 2003:

5 5. Klein C., Nekolla S. G., Bengel F. M., Momose M., Sammer A., Haas F., et al. "Assessment of Miocardial Viability With Contrast-Enhanced Magnetic Resonance Imaging, Comparison With Positron Emission Tomography". American Heart Association, January 15, Mortensen E. N., Barret W. A., "Interactive segmentation with Intelligent Scissors", Graphical Models and Image Processing, Vol. 60, , Xu C., Prince J.L. "Snakes, Shapes and Gradient Vector Flow", IEEE Transactions on Image Processing, , Kass M., Witkin A.,Terzopoulos D. "Snakes: Active Contour Models". International Journal of Computer Vision,vol. 1, , Sethian J.A. Level Set Methods and Fast Marching Methods. Evolving Interfaces in Computational Geometry, Fluid Mechanics, Computer Vision and Materials Science. Cambridge University Press, Caselles V., Kimmel R., Saphiro G. "Geodesic Active Contours". International Journal of Computer Vision, 22(1):61-79,1997. Preguntas, aportes y comentarios serán respondidos por los autores a trav és de la lista de Enfermedad Coronaria. Llene los campos del formulario y oprima el botón "Enviar" Preguntas, aportes o comentarios: Nombre y apellido: País: Argentina Direcci ón de Enviar Borrar Tope Actualización: 12-Sep-2003