L’imaging cardiovascolare:

un alleato del pediatra




I progressi della diagnostica per immagini hanno migliorato la gestione del bambino in condizioni critiche e instabilità emodinamica, con e senza cardiopatia.

Magdalena Cuman1, Maria Gabriella De Luca2, Renato Vitiello3, Massimiliano Cantinotti1, Giuseppe Santoro1

1 Ospedale del Cuore “G. Pasquinucci”, Massa,
Fondazione Toscana Gabriele Monasterio, Regione Toscana per la Ricerca medica di Sanità Pubblica

2 UOC TIN con Neonatologia-Nido,
AORN Antonio Cardarelli, Napoli, Regione Campania

3 Centro ME.DI. – Fondazione Toscana Gabriele
Monasterio, Castellammare Di Stabia, Regione Campania

Il progressivo sviluppo e miglioramento delle tecniche di imaging cardiaco costituisce, insieme ai progressi tecnici e tecnologici dell’emodinamica interventistica e della cardiochirurgia, il principale motivo dell’aumentata sopravvivenza dei pazienti affetti da cardiopatia congenita. Nell’ultimo ventennio infatti, grazie ai progressi delle tecniche di ecocardiografia ed all’introduzione della Tomografia Computerizzata e della Risonanza Magnetica Nucleare, questa branca si è ritagliata un ruolo sempre maggiore nella diagnosi accurata delle cardiopatie congenite (CHD), nell’ottica di un sempre minor ricorso a metodiche diagnostiche invasive. Le metodiche elencate, infatti, non solo consentono una precisa definizione anatomica delle strutture intra- ed extra-cardiache per un’accurata pianificazione del trattamento, ma forniscono anche informazioni essenziali di ordine funzionale che risultano fondamentali nella gestione pre-, intra- e post-operatoria del paziente (Tabella 1). In campo pediatrico e neonatale, inoltre, l’opportunità di raccogliere con tecnica ecografica informazioni sulla funzione cardiaca (Ecocardiografia Funzionale) ha consentito negli ultimi anni di migliorare l’assistenza a pazienti critici con instabilità emodinamica, anche in assenza di patologia congenita del cuore.

Ecocardiografia

L’ecocardiografia (EC) ha rappresentato per anni la metodica di “imaging” di prima linea nell’inquadramento del paziente con sospetta CHD, presentando numerosi vantaggi come l’accessibilità, la portabilità, il mancato impiego di radiazioni ionizzanti e, infine, la mancata sedazione del paziente. L’esame trans-toracico consente sia un’accurata definizione delle caratteristiche anatomiche che funzionali del cuore. Oltre ai più usuali indici di performance cardiaca, questa metodica svolge un ruolo fondamentale nella definizione di difetto atrioventricolare con ventricoli bilanciati o sbilanciati tramite l’uso dell’indice valvolare atrio ventricolare (indice VAV = area valvola AV sinistra/area AV totale) che risulta determinante per la definizione della tipologia e del profilo di rischio del trattamento chirurgico. Anche la diagnosi e quantificazione delle valvulopatie in ambito pediatrico risulta spesso complessa e lo sviluppo di formule derivate dal doppler spettale oltre che dal color-Doppler ha garantito una migliore definizione e riproducibilità dei dati. Talvolta, però, la valutazione ecocardiografica può essere ostacolata dalla scadente finestra acustica e per superare tale limite è stata sviluppata l’EC trans-esofagea che si basa sull’introduzione della sonda ultrasonica attraverso le vie digerenti, in modo da ottenere un più ravvicinato contatto con le camere cardiache e i grandi vasi. Essa è usata più comunemente in sala operatoria per il planning pre-operatorio e per la valutazione intra-procedurale. Indipendentemente dalla modalità di raccolta, trans-toracica o trans-esofagea, le immagini possono essere poi rielaborate elettronicamente per ottenere immagini tridimensionali (Figura 1) o addirittura per produrre stampe tridimensionali del segmento anatomico di interesse utilizzabili per una pianificazione ex-vivo delle procedure interventistiche o chirurgiche.







Doppler tessutale

Grazie ai recenti progressi tecnologici nel campo dell’ultrasonografia, sono state poi sviluppate metodiche innovative come il doppler tessutale (DTI) che consente una analisi funzionale, sia globale che regionale, del tessuto miocardico basata sulla deformazione delle onde ultrasoniche legata all’impedenza tessutale ed alla contrattilità miocardica. Il DTI è in grado di ottimizzare i segnali con elevata ampiezza e bassa frequenza all’interno del miocardio e derivare degli indici indipendenti dalla geometria ventricolare e meno influenzati dalla finestra acustica. Esse consentono, quindi, una accurata caratterizzazione funzionale delle proprietà di contrattilità e rilasciamento del tessuto miocardico, utili nel decidere il timing di un trattamento correttivo e nel seguire il decorso post-operatorio del singolo paziente.1 Essendo una tecnica Doppler essa è, però, angolo-dipendente, il che rende i dati ottenuti potenzialmente inficiabili dalla finestra ecocardiografica e dalle capacità dell’operatore.

Ecocardiografia

Speckle tracking

L’EC speckle tracking (STI) è una metodica innovativa capace di analizzare la funzione del cuore in maniera indipendente dalla complessità dell’anatomia e dalle variabili di carico volemico. Ciò è particolarmente importante nella valutazione funzionale del ventricolo destro, struttura che storicamente è sempre stata difficile da analizzare in quanto dotata di una geometria complessa non assimilabile ad alcuna forma geometrica conosciuta (Figura 2).




Questa metodica è, però, influenzata dal peso del paziente, dalla pressione arteriosa e dalla frequenza cardiaca, sebbene abbia dimostrato in diversi studi la capacità di identificare segni precoci di disfunzione miocardica, ben prima delle modifiche della frazione di eiezione ventricolare o della comparsa di una sintomatologia clinica. Lo studio dei meccanismi torsionali derivati dall’STI ha, quindi, aperto nuove frontiere allo studio della funzione sisto-diastolica del ventricolo sinistro.




Normalmente la camera ventricolare sinistra mantiene una torsione e profilo rotazionale costanti quando normalizzati per la lunghezza del ventricolo e la durata del ciclo cardiaco. Nei bambini questi processi sono molto più rapidi rispetto all’adulto. L’STI-2D derivato dalla torsione del ventricolo sinistro è ridotto nella cardiomiopatia ipertrofica apicale suggerendo che una modifica regionale del miocardio può incidere sul maccanismo di torsione globale del ventricolo sinistro.

Nel complesso, le tecniche ultrasoniche sono principalmente limitate dalla qualità della finestra acustica, dipendente dalle caratteristiche anatomiche del paziente, ma anche dalla variabilità intra e inter-operatore. Un ulteriore limite di queste tecniche è poi quello di avere una limitata capacità di valutare strutture extra-cardiache come le vene polmonari, le anomalie di origine e decorso delle arterie originanti dall’arco aortico e l’anatomia di alcuni segmenti dell’arco aortico stesso.

Ecocardiografia funzionale neonatale

Negli ultimi 20 anni nelle Terapie Intensive Neonatali l’ecocardiografia funzionale (EC-F) è sempre più spesso eseguita dal neonatologo ed è diventata una importante integrazione dell’esame clinico, grazie alla misurazione di alcuni parametri funzionali del miocardio (Tabella 2), con l’obiettivo di guidare la gestione cardiorespiratoria del neonato critico.2




Tale expertise si è resa necessaria perché nella gran parte degli ospedali mancano competenze di cardiologia pediatrica e, quando esistono, non sempre risulta agevole ottenere consulenze in tempi rapidi. Grazie all’EC-F è possibile formulare diagnosi più tempestive di coinvolgimento cardio-vascolare, con inizio più rapido del trattamento e migliore outcome in termini di morbilità e mortalità. La gestione dell’EC-F da parte del neonatologo consente, inoltre, di monitorare gli effetti del trattamento intrapreso anche con controlli ravvicinati, adattando così la terapia alle mutevoli condizioni cliniche del piccolo paziente. La valutazione diviene così longitudinale, non solo puntiforme, e integrata nella gestione globale del malato. È sempre importante escludere anomalie strutturali del cuore e dei grossi vasi ed è importante, in presenza di alcuni sintomi, prestare un’elevata soglia di attenzione (Tabella 3). L’EC-F va considerata come un’estensione della valutazione clinica del benessere cardio-respiratorio del neonato, in quanto tale metodica affianca ma non sostituisce né l’esame clinico, né il monitoraggio di routine dei parametri vitali del paziente.

In campo neonatale le patologie in cui è opportuno praticare una EC-F sono elencate nella tabella 4.




Non è obiettivo di questo lavoro descrivere in modo analitico l’EC-F di ognuna di queste patologie, tuttavia è opportuno offrire delle informazioni su alcune di esse.

Pervietà del dotto arterioso. Nei prematuri con pervietà del dotto arterioso (PDA) è importante valutare la significatività dell’iperafflusso polmonare e/o dell’ipoperfusione sistemica secondarie allo shunt aorto-polmonare. Per valutare la significatività della PDA è opportuno porsi alcune domande: quali pressioni vigono nel piccolo circolo? Qual è l’entità dell’iperafflusso polmonare? E, ancora, esiste ipoperfusione periferica per il “furto” di volume dall’aorta verso l’arteria polmonare? Nella tabella 5 sono elencati diversi parametri ricavabili con l’EC-F, utili a rispondere ai nostri quesiti.




Non esiste, come si vede, un’unica variabile per verificare la significatività emodinamica della pervietà del dotto, ma tutte le informazioni ottenute vanno aggiunte alla valutazione clinica per decidere poi il trattamento più idoneo. Particolarmente significativi, ai fini delle scelte terapeutiche, sono i parametri che studiano la presenza e l’entità dell’ipoperfusione periferica, come il flusso retrogrado in aorta post-istmica o, ancor più significativo, in arteria celiaca, o anche l’entità dell’iperafflusso polmonare di fine diastole in arteria polmonare sinistra, spia di uno shunt significativo sx-dx.

Ipertensione polmonare persistente. L’ipertensione polmonare persistente (IPP) del neonato è secondaria alla mancata riduzione delle resistenze polmonari, fisiologicamente elevate durante la vita fetale. La complessità della situazione emodinamica di questi neonati rende molto importanti le informazioni ricavabili dall’indagine ecocardiografica, soprattutto quando le prime misure terapeutiche non riescono a migliorare la situazione clinica. In circa i 2/3 dei pazienti è associata una ridotta gittata cardiaca, il che può essere in relazione all’aumentato postcarico del ventricolo destro, ma anche all’alterata funzione ventricolare sinistra e/o alla coesistenza di piccole lesioni ischemiche del miocardio.




L’EC-F è importante per misurare le pressioni in ventricolo destro e studiare la funzione sisto-diastolica ventricolare, oltre ad escludere patologie cardiache causa di ipertensione polmonare. Nella tabella 6 sono elencate le più comuni variabili rilevabili con l’EC-F e sono indicate le modalità di misurazione.




Tra esse particolare interesse clinico è rivestito da 2 parametri, l’Indice di Performance del Miocardio (IMP), utile a definire in modo molto semplice la funzione globale del miocardio, e il Rapporto dei Tempi di Sistole/Diastole del ventricolo d estro (S/D), fattore indipendente di mortalità o di ricorso all’ECMO, con valore 1,3 quale sensibile cut-off con valore predittivo negativo.3

Stato di shock. La diagnosi di shock nel neonato è complessa e valutare se la funzione cardiocircolatoria sia in grado di soddisfare la domanda di ossigeno e nutrienti dei tessuti periferici può non essere agevole. Nonostante sia di valore limitato, la pressione arteriosa media rappresenta ancora uno dei parametri più seguiti per valutare l’efficienza del circolo, ma tale parametro si modifica solamente nella fase finale dello shock. Con l’EC-F è possibile misurare vari parametri (Tabella 7) utili a definire meglio i determinanti della gittata cardiaca e soprattutto capire se lo shock settico sia di origine cardiogena o ipovolemica, aiutando il neonatologo a stabilire la strategia terapeutica più idonea.




Tomografia computerizzata

La tomografia computerizzata (TC) rappresenta un’alternativa non invasiva per la visualizzazione dell’anatomia vascolare, più rapida e meno costosa dell’angiografia eseguita mediante cateterismo cardiaco. Questa metodica non richiede necessariamente la sedazione del paziente se non quando sia necessaria una descrizione dettagliata dell’anatomia. Viene utilizzata nei pazienti con controindicazione alla risonanza magnetica (claustrofobia o impossibilità alla sedazione) in cui è necessaria la pianificazione di impianto valvolare trans-catetere nel tratto di efflusso ventricolare destro.4 Questa metodica è in grado di evidenziare eventuali calcificazioni a livello di strutture native, patch e/o protesi, mentre l’imaging nucleare tramite TC definisce e quantifica il flusso polmonare regionale. La TC con mezzo di contrasto (o angio-TC) e più recentemente la PET-TC (Positron Emission Tomography) forniscono informazioni importanti nell’ambito della patologia infiammatoria dei vasi (vasculite) e delle coronarie in base al grado di ispessimento di parete e captazione del tracciante ma anche in base al grado di estensione della malattia, sviluppo di eventuali complicanze (aneurismi, stenosi, ecc.) e grado di ischemia cardiaca. La PET-TC con fluoro-desossi-glucosio (FDG) in particolare, risulta più efficace per seguire e definire la risposta alla terapia; una riduzione della captazione vascolare correla, infatti, con il miglioramento clinico e con la normalizzazione dei marker infiammatori. Altro tracciante utilizzato è il fluoruro di sodio (NaF), marker utile per evidenziare l’iniziale deposito di calcio tessutale (Figura 3).




La metodica PET-TC ricopre anche un ruolo nell’identificare le manifestazioni cardiache e nello stratificare il rischio di patologie da accumulo come la sarcoidosi,5 oltre che nell’individuare i pazienti che beneficiano maggiormente della terapia anti-infiammatoria. L’esposizione alle radiazioni ionizzanti rappresenta il principale limite della TC anche con l’introduzione di tecnologie di ultima generazione con le quali si sono però ridotti notevolmente tempi di esecuzione e le dosi di contrasto e di radiazioni da somministrare, con un parallelo miglioramento della qualità delle immagini ottenute. Con questa metodica diagnostica è possibile anche ottenere una valutazione dinamica delle vie aeree così da definire l’esistenza e l’eventuale grado di compressione mediastinica causato dalle strutture vascolari anomale. Anche nel caso della TC è possibile, con scanner di ultima generazione, la ricostruzione di immagini riformattate multipiano (MPR) e 3D. Le immagini MPR danno un contributo nella misurazione ortogonale accurata del diametro e lunghezza di un vaso, mentre le immagini 3D sono utili nella visualizzazione preoperatoria dell’anatomia e, tramite la stampa tridimensionale, consentono ai chirurghi di avere un modello fisico delle strutture anatomiche prima dell’intervento correttivo (Figura 4).6




Risonanza magnetico nucleare

La risonanza magnetica nucleare (RMN) è una metodica diagnostica utilizzata oggi con sempre maggior frequenza nella valutazione pre- e post-operatoria dei pazienti affetti da cardiopatia congenita. Essa offre, infatti, la possibilità non invasiva di ottenere immagini di elevata risoluzione e accuratezza delle caratteristiche anatomiche e fisiopatologiche dell’apparato cardio-vascolare, esaminando la funzione cardiaca ed i flussi vascolari senza, a differenza della Cardio-TC, l’esposizione a radiazioni ionizzanti. Nella tabella 8 sono riportate le caratteristiche tecniche della Cardio-RMN e della Cardio-TC, per comparare i punti di forza delle due metodiche di imaging.




La RMN cardiaca è spesso usata nella valutazione degli shunt intra-cardiaci e delle patologie valvolari, ma anche per la caratterizzazione tissutale con identificazione di miocardio vitale e fibrotico tramite la tecnica del “delayed enhancement”. Oggi, inoltre, permette lo studio della meccanica ventricolare attraverso il “tissue tagging”, “DENSE”, fluidodinamica 4D con contrasto di fase (phase contrast-PC).

La quantificazione del volume ventricolare continua ad essere indispensabile ma spesso difficile da ottenere nel caso delle cardiopatie congenite. La RMN è ben applicabile in questo campo, principalmente per lo studio del ventricolo destro indispensabile in caso di patologie come la Tetralogia di Fallot, l’atresia polmonare, la trasposizione delle grandi arterie e l’anomalia di Ebstein. Questa metodica diagnostica, inoltre, svolge un ruolo fondamentale nello studio della fisiologia dei ventricoli unici dopo correzione secondo principio di Fontan ed è raccomandata per la valutazione di interventi aortici, tumori cardiaci, miocarditi e cardiomiopatie.7 La RMN ha trovato nel campo della cardiopatia congenita una forte validazione per cui ad oggi rappresenta una metodica essenziale in un centro di riferimento per il trattamento e follow up di tali patologie.

Il “tagging” è una delle prime applicazioni usate per lo studio della meccanica ventricolare, le immagini cine-RMN sono acquisite dopo l’applicazione di linee parallele o “tags” che tracciano il miocardio durante l’intero ciclo cardiaco (Figura 5). Queste possono essere orientate in modo variabile consentendo l’interpretazione del movimento indipendentemente dalla posizione del trasduttore. Tramite la funzione “DENSE imaging”, la RMN è in grado di differenziare il movimento epicardico dall’endocardico, il che è utilizzabile per evidenziale piccole aree di recupero funzionale dopo un infarto miocardico. “Late gadolinium enhancement” (LGE) è una sequenza RMN utilizzata molto negli adulti con infarto miocardico perché in grado di identificare la presenza, estensione e pattern di fibrosi cardiaca. Nei pazienti sottoposti a correzione secondo il principio di Fontan, è stato evidenziato che una maggior percentuale di LGE si associava ad una minor frazione di eiezione, maggiori volumi telediastolici, maggior massa ventricolare e maggior eventi aritmici ventricolari potenzialmente rischiosi.8 L’emodinamica e la fluidodinamica possono essere studiate tramite RMN grazie all’imaging 3D flusso-sensibile detto anche RMN 4D flow o RMN-PC 4D (Figura 6).







La visualizzazione delle caratteristiche di flusso ematico regionale e globale può essere ottenuta tramite questa metodica in grado di descrivere nei pazienti con cardiopatia congenita lo stress di parete generato dallo streaming di flusso grazie alle immagini RMN-PC. Un elevato stress di parete può determinare un danno vascolare e rimodellamento fino alla formazione di lesioni aneurismatiche. Hope et al. hanno descritto il flusso 4D nei pazienti con valvola aortica bicuspide caratterizzati da un flusso eccentrico elicoidale e maggior asimmetria di flusso rispetto ai pazienti con valvola aortica tricuspide.9 Inoltre la RMN 4D in pazienti con tetralogia di Fallot operata si è dimostrata utile nel determinare il rischio di dilatazione vascolare e formazione di aneurismi e quindi nella identificazione del miglior approccio terapeutico.

Un esiguo numero di pubblicazioni ha, inoltre, esaminato la fattibilità e l’utilità della RMN fetale evidenziando al momento alcuni limiti di tale metodica, dei quali il principale è rappresentato dal movimento del feto, eventualmente superabile tramite la sedazione della madre. Altra difficoltà è il monitoraggio del ritmo cardiaco e delle pulsazioni del feto, necessario all’acquisizione delle sequenze cardiache RMN sincronizzate all’elettrocardiogramma. Spesso, inoltre, la frequenza cardiaca fetale, essendo elevata, pone un limite al tempo di scansione delle immagini. Esistono diverse tecniche per superare tali ostacoli: l’imaging in tempo reale, acquisizioni non triggerate o auto-gated ed il più recente il gating metrico.

La RMN cardiaca è un esame con durata anche di 1-2 ore per cui si rende necessaria l’anestesia nei bambini sotto i 7-8 anni di età e una stretta collaborazione tra chi acquisisce le immagini e l’anestesista. Nei neonati e lattanti l’esame può essere però eseguito in sonno spontaneo dopo l’allattamento in modo da evitare la sedazione.

Questa metodica, analogamente a quelle precedentemente illustrate, consente la rielaborazione dei dati angiografici al fine di creare immagini tridimensionali stampabili che possano essere utilizzate per la pianificazione di interventi complessi (Figura 7).




Sviluppi ulteriori dell’imaging cardiovascolare non invasivo sono attualmente in corso e riguardano lo studio dei flussi 4D e la creazione di modelli di realtà aumentata/virtuale per la visualizzazione delle strutture cardiache, tutte metodiche utili agli operatori oltre che per la visualizzazione delle caratteristiche anatomiche di una malformazione anche per la simulazione ex-vivo delle procedure correttive10 .

Gli autori dichiarano di non avere

alcun conflitto di interesse.

Bibliografia

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10. Yoo SJ, Thabit O, Kim EK, et al. 3D printing in medicine of congenital heart diseases. 3D Print Med 2015; 2: 3.