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4D FLOW: Una nueva herramienta de diagnóstico para cardiopatías congénitas

 

Resumen: Objetivo. Demostrar la utilidad de 4D flow para el análisis de patrones y distribución de flujos en pacientes con cardiopatías congénitas. Métodos !eis pacientes con cardiopatías congénitas fueron escaneados con un protocolo deresonancia magnética cardíaca estándar. "demás se incluyeron secuencias de flujo#D en los principales vasos del tóra$ y una secuencia 4D flow %ue cubría todo el cora&ón. 'ara la visuali&ación de los patrones de flujo se emplearon vectores develocidad( líneas de flujo y tra&adores de partículas. )esultados 4D flow revelóvórtices y *élices en la arteria pulmonar de la mayoría de los pacientes( y en la aorta y vena cava superior de un paciente con coartación aórtica reparada y vena cardinal levoatrial. +onclusiones 4D flow permite identificar patrones de flujo en pacientes concardiopatías congénitas( difíciles de observar con otros métodos diagnósticos. ,a

evaluación de patrones de flujo podría contribuir a comprender las consecuencias*emodinámicas de diferentes cardiopatías congénitas.

Introducción 

La resonancia magnética cardíaca (RMC) es una herramienta complementaria muy útilpara el diagnóstico de pacientes con cardiopatías congénitas (CC). Esta técnica hareemplazado otras modalidades de imgenes llegando a ser el !gold standard! para la

e"aluación y#o seguimiento de algunas CC$ como %etralogía de &allot o "entrículoúnico.

La RMC es ideal para pacientes peditricos con CC$ dado 'ue muchos de ellos tienenanatomías cardio"asculares compleas y re'uieren numerosos emenes para elseguimiento de su patología y tratamiento. La técnica o*rece importantes "entaas+ noes in"asi"a$ no utiliza radiación ionizante$ ni tampoco medios de contraste yodados. ,dems$ permite un anlisis preciso de la anatomía y cuanti*icación de la *unción y*luos cardio"asculares.

En RMC la técnica ms usada para la cuanti*icación de *luos cardio"asculares es elcontraste de *ase en imgenes -idimensionales. Esta técnica permite codi*icar la

"elocidad de los !spins! de los protones de hidrógeno presentes en el paciente(particularmente en la sangre) mediante la aplicación de gradientes magnéticos-ipolares. Estos gradientes -ipolares trans*orman la "elocidad de los !spins!. Lamagnitud de la *ase o-ser"ada es proporcional al rea de los gradientes$ al tiempo deaplicación de los gradientes$ y particularmente$ a la "elocidad de los !spins!. Estosgradientes pueden ser aplicados para codi*icar la "elocidad en cual'uier direcciónespacial. ara la cuanti*icación de *luos cardíacos se ad'uiere usualmente un corte enun plano perpendicular al "aso de interés$ con los gradientes -ipolares aplicados en lamisma dirección 'ue los gradientes de selección del corte.

Las cur"as de *luos cardio"asculares se o-tienen seleccionando una región de interésen el "aso deseado. El promedio de las "elocidades$ multiplicado por el rea de laregión de interés$ entrega la cantidad de *luo en una determinada *ase cardíaca. El

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"olumen total de sangre 'ue pasa por ese "aso durante el ciclo cardíaco se o-tienesumando los *luos o-tenidos durante todas las *ases cardíacas.

Esta técnica es ampliamente usada y ha sido "alidada en pacientes con CC. /inem-argo$ la ad'uisición de los datos es di*ícil$ re'uiere de un usuario eperimentadopara plani*icar la u-icación de los cortes$ y si el plano no es completamenteperpendicular al "aso analizado$ los *luos pueden ser su-estimados.

01 *lo2 es una etensión de la técnica de contraste de *ase 31 'ue permite o-tener la"elocidad de los !spins! en todas las direcciones y a lo largo de todo el ciclo cardíaco. , pesar de 'ue esta técnica ha demostrado ser muy útil para el entendimiento deciertas patologías cardio"asculares$ su uso aún no se ha masi*icado en la prcticaclínica. Esto se de-e principalmente a los largos tiempos de ad'uisición de los datos$ ya la di*icultad en el procesamiento e interpretación de ellos.

1urante los últimos a4os han surgido resonadores magnéticos ms rpidos y so*t2arede procesamiento ms amiga-les$ reimpulsando esta técnica como un método útil

para la comprensión de las dinmicas del *luo sanguíneo.

La mayoría de las in"estigaciones en *luo se han *ocalizado en el entendimiento de lahemodinamia de la aorta -ao distintas condiciones(5$67865). /in em-argo$ laaplicación de esta técnica en pacientes con CC ha sido poco estudiada.

El o-eti"o de este tra-ao es demostrar la utilidad de la técnica 01 *lo2 para analizar patrones y distri-ución de *luos en pacientes con CC.

 

Material métodos

!écnica 4D "lo#

La técnica 01 *lo2 consiste en la aplicación consecuti"a de gradientes -ipolares parala codi*icación de "elocidad en tres direcciones ortogonales. ,l igual 'ue en la técnicade contraste de *ase 31$ es necesario de*inir la "elocidad mima esperada en el"olumen 'ue ser codi*icado. Este parmetro$ conocido como 9E:C (!9elocityE:Coding!)$ puede de*inirse para cada dirección en *orma independiente. Es muyimportante de*inir el 9E:C correctamente$ ya 'ue si éste es menor 'ue las"elocidades e*ecti"as$ las mediciones de la "elocidad sern erradas. or el contrario$si el 9E:C es mucho mayor 'ue la "elocidad e*ecti"a las mediciones sern menos

precisas$ ya 'ue no se podr discriminar entre "elocidades con pe'ue4as di*erenciasde magnitud.

Como resultado de la ad'uisición 01 *lo2 se pueden o-tener 3 tipos de imgenesdistintas$ una imagen anatómica$ y una imagen codi*icada por "elocidad$ la 'ue a su"ez permite "er tres direcciones del *luo en tres imgenes independientes.

La secuencia 01 *lo2 puede ser aplicada en un solo corte o en un "olumen. Lasecuencia "olumétrica aplicada en todo el corazón demora aproimadamente 67 a 6;

minutos$ incluso utilizando técnicas de ad'uisición rpida como /E:/E y

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hemodinmica de todo el corazón y los grandes "asos en un solo !scan!$ -ao lasmismas condiciones *isiológicas.

01 *lo2 de todo el corazón permite re*ormatear a posteriori los datos en cual'uier dirección$ y por lo tanto$ es posi-le cuanti*icar los *luos de todos los grandes "asospresentes en el "olumen ad'uirido. ,dems de la cuanti*icación de *luos sanguíneos$las secuencia 01 *lo2 permite e"aluar semi8cuantitati"amente los patrones de *luoscomo "orticidad o helicidad$ determinar la trayectoria de la sangre$ calcular !shunts!cardíacos de-ido a coneiones arterio8"enosas y realizar estimaciones del !2all shear stress! en grandes "asos.

$d%uisición de datos

ara demostrar la utilidad de la técnica$ = pacientes con CC (0 hom-res y 3 mueres$edad media de 6>.5 a4os$ rango+ 6780= a4os) *ueron escaneados en un resonador hilips 6.;% (hilips ?ealthcare$ @est$ %he :etherlands). En cada paciente se realizó elprotocolo estndar de RMC de acuerdo al tipo de patología$ el 'ue incluyó en la

mayoría de los casos secuencias de contraste de *ase 31 en los principales "asos deltóra+ ,orta (,o)$ ,rteria ulmonar (,) y sus ramas principales (,1 y ,A)$ 9enaCa"a An*erior (9CA) y 9ena Ca"a /uperior (9C/). ,dicionalmente$ en cada paciente sead'uirió una secuencia 01 *lo2 cu-riendo todo el corazón y los grandes "asos delmediastino con los siguiente parmetros de ad'uisición+ ;7 cortes$ ngulo deecitación de =B$ resolución temporal de 5 ms$ resolución espacial de 3.; mm5 y9E:C D 37785;7 cm#s.

$n&lisis cuanti"icación

ara el anlisis de los patrones de *luo se utilizaron distintas herramientas gr*icas+"ectores de "elocidad$ líneas de *luo o !streamlines! y trazadores de partículas. arala generación de dichas herramientas se utilizó el so*t2are %&lo2 (yrotools LLC$Furich$ /uiza).

'ectores de velocidad

Este método permite "isualizar la componente de la "elocidad paralela al plano de laimagen. Esta representación de los datos es útil para el anlisis local de "órtices(6G).

Líneas de "lu(o o )streamlines)

/on líneas imaginarias 'ue se orientan de acuerdo al campo de "elocidades de lasangre en una determinada *ase cardíaca (6). Estas líneas imaginarias pro"een unaperspecti"a 51 de los "ectores de "elocidad$ permitiendo crear mapas de conecti"idadde la sangre$ sin em-argo$ es sólo una representación esttica.

!ra*adores de partículas

Los trazadores de partículas permiten "isualizar el recorrido 'ue la sangre toma a lolargo del ciclo cardíaco. La técnica consiste en seleccionar un plano de interés y luegodi-uar una región de interés (RHA) en un "aso desde donde se emitirn partículas

*icticias 'ue sern seguidas a lo largo del ciclo cardíaco.

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+esultados

Los diagnósticos de los pacientes incluidos *ueron+ 6) 1renae 9enoso pulmonar anómalo (19,) parcial y comunicación interauricular$ 3) Coartación aórtica reparaday "ena cardinal le"oatrial (coneión anómala "enosa entre la aurícula iz'uierda y "ena-ra'uioce*lica iz'uierda)$ 5) y 0) ,tresia pulmonar$ status post reparación "entricular tipo !uno y medio! con anastomosis tipo lenn$ ;) Reparación tipo &ontan$ y =)%ransposición de los grandes "asos$ status post !s2itch! arterial.

La técnica 01 *lo2 re"eló patrones de *luo como "órtices y hélices en la , de lamayoría de los pacientes y en la 9C/ del paciente con "ena cardinal le"oatrial.

En los "ectores de "elocidad se aprecian patrones de *luo de los pacientes operadoscon reparación "entricular !uno y medio! y anastomosis tipo lenn durante tres *asescardíacas. Mediante trazadores de partículas es posi-le "er 'ue se producen "órticesy *luos retrógrados en la ,. Mapas de conecti"idad tam-ién permitieron distinguir estos "órtices y la distri-ución de los *luos de la , hacia sus -i*urcaciones.

/orprendentemente$ en am-os pacientes con anastomosis tipo lenn la mayoría del*luo pro"eniente de la 9C/ es des"iada hacia el tronco de la , y el "entrículoderecho durante las *ases diastólicas.

Figura. -a /ectores de velocidad 

muestran los patrones de flujo en un paciente operado con anastomosis tipo0lenn. Dic*os vectores revelan vórtices-indicados por las flec*as en columna 1(# y 2 en la arteria pulmonar -"' y flujoretrogrado durante diástole -flec*a encolumna 4. -b Mapas de conectividad también muestran vórtices -indicados por la flec*a en todas las columnas y ladistribución de flujos de la arteria pulmonar 3&%uierda -"'3 y arteria pulmonar derec*a -"'D. 

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Figura.  n los pacientes conreparación ventricular tipo 5uno y medio5 y anastomosis tipo 0lennse encontró %ue el flujo proveniente de la venacava superior -/+! sedirige principalmente

*acia la arteria pulmonar -"' y ventrículo derec*o-/D. 

En la siguiente *igura se puede apreciar un *luo helicoidal en la 9C/ del paciente concoartación aórtica reparada y "ena cardinal le"oatrial$ secundario a la comunicaciónentre la aurícula iz'uierda y la "ena -ra'uioce*lica iz'uierda. En el mismo pacientetam-ién se identi*icó un *luo aórtico tur-ulento en la zona de la coartación reparada./e ha indicado 'ue patrones de *luo similares a los detectados en la ,o de estepaciente podrían contri-uir al desarrollo *uturo de aneurismas aórticos.

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Figura.  -a n el paciente con coartación aórtica reparada y venacardinal levoatrial -/+ se detectó una *élice en la vena cava superior -/+! -indicada por la flec*a( secundaria a la cone$ión entre la

aurícula i&%uierda -"3 y la vena bra%uiocefálica i&%uierda. -b y c n el mismo paciente se observaron flujos anormales en la &ona de lacoartación reparada -ver flec*a. 

Discusión

La técnica 01 *lo2 aplicada en todo el corazón no sólo permite la cuanti*icación de los*luos cardio"asculares$ sino tam-ién posi-ilita analizar las compleas dinmicas del*luo. , tra"és de "ectores de "elocidad$ líneas de *luo o !streamlines! y trazadores de

partículas es posi-le analizar cualitati"a y cuantitati"amente los patrones de *luo y sudistri-ución en las ca"idades cardíacas y grandes "asos de pacientes con CC.

En este grupo de pacientes$ la técnica 01 *lo2 permitió demostrar la eistencia de"órtices en la , y 9C/ de un paciente con "ena cardinal le"oatrial. /e detectarontam-ién "órtices anormales en la ,o del paciente con coartación aórtica reparada y enel paciente con s2itch arterial.

Ina limitación importante de la técnica 01 *lo2 es la compensación por mo"imientorespiratorio$ esto es$ el proceso para e"itar o corregir 'ue se generen arte*actos en lasimgenes producto de la respiración del paciente. ,lgunos autores han demostrado'ue algunas técnicas para disminuir las distorsiones producidas por la respiración$ son

compati-les con 01 *lo2. /in em-argo$ la mayoría de estas técnicas utilizan gatillorespiratorio$ en donde los datos o-tenidos en posiciones respiratorias incorrectas sonad'uiridos nue"amente. En consecuencia$ esta técnica aumenta considera-lemente laduración del scan.

En algunos pacientes con zonas estenóticas en la , o en la ,o$ es necesario de*inir un 9E:C -astante alto para pre"enir errores de cuanti*icación de la "elocidad. /inem-argo$ esto limita la precisión de las mediciones en "asos donde la sangre tiene-aa "elocidad.

En ni4os 'ue poseen altas *recuencias cardíacas$ la resolución temporal estndar de

01 *lo2 (J5 ms) podría ser insu*iciente para detectar patrones de *luo 'ue tienen unacorta duración. Esto podría limitar la precisión de la medición durante el pea< desístole.

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Las estructuras cardíacas de los ni4os son ms pe'ue4as$ por lo 'ue se re'uieremeorar la resolución espacial (a órdenes de 6.; mm5)$ lo 'ue aumentaconsidera-lemente el tiempo de scan. Esto es especialmente necesario para "isualizar "enas pulmonares 'ue son di*íciles de identi*icar por su escaso tama4o.

El agregar la secuencia 01 *lo2 al protocolo clínico aumenta el tiempo de scan en 6786; minutos$ lo 'ue sumado a los 57 minutos 'ue dura el procesamiento de los datos$podría no ser compati-le con la prctica clínica. Esto resultaría di*ícil de realizar enni4os en condiciones críticas$ los cuales re'uieren anestesia general y "entilaciónmecnica. La automatización en la de*inición de regiones de interés de los grandes"asos y ca"idades cardíacas podría reducir considera-lemente este tiempo$ haciendo'ue los tiempos de 01 *lo2 y 31 de contraste de *ase sean compara-les. Con esto lasecuencia 01 *lo2 podría reemplazar las secuencias 31$ y por lo tanto se podríadisminuir el tiempo total del eamen.

La aplicación de 01 *lo2 en distintas CC podría ayudar a entender la relación entre lahemodinamia y el comportamiento de las paredes "asculares. or eemplo$ entender la

relación 'ue eiste entre pacientes con "l"ula aórtica -icúspide y el desarrollo deaneurismas aórticosK y el desarrollo de aneurismas en pacientes operados decoartación aórtica.

/e ha reportado 'ue algunos pacientes con "entrículo único posterior a cirugía de&ontan tienen una mala e"olución después de la operación. , pesar de 'ue este tipode procedimiento tiene aproimadamente 07 a4os$ aún no est claro cul es laconeión ca"o8pulmonar hemodinmicamente ms e*iciente. En este caso$ la técnica01 *lo2 podría re"elar patrones y distri-ución de los *luos para ayudar a aclarar estainterrogante.

,erspectivas "uturas

:ue"as in"estigaciones y desarrollos de la técnica 01 *lo2 prometen importantesa"ances para el entendimiento de la hemodinmica cardio"ascular.

Es necesario entender a ca-alidad los patrones de *luo en "oluntarios sanos$ para asípoder entender la dinmica de los *luos en pacientes con CC. La mayoría de lostra-aos en esta rea se han realizado en la ,o$ descri-iéndose una gran "ariedad depatrones de *luo.

 ,un'ue no *ue demostrado en este tra-ao 01 *lo2 tam-ién permite la estimación deotros parmetros asociados al sistema cardio"ascular$ como por eemplo$ el !2all

shear stress! de los "asos sanguíneos$ crear mapas de presiones(3)

$ y nue"as *ormasde cuanti*icar la helicidad y "orticidad de los *luos.

En conclusión$ la técnica 01 *lo2 representa un gran a"ance para el entendimiento dela dinmica de los *luos cardio"asculares en pacientes con CC. :ue"os a"ances$tanto en la ad'uisición y procesamiento de datos$ podrían llegar a ser un desarrolloimportante para implementar la técnica en la prctica clínica.