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TEMA 10- Caso

Grado en Ingeniería Biomédica

IMÁGENES BIOMÉDICAS TEMA 10 – Casos prácticos y seminarios de aplicación clínica- Imágenes médicas en cardiología

María Jesús Ledesma Carbayo Biomedical Technologies Group Dpto. Ingeniería Electrónica E.T.S.I. Telecomunicación Universidad Politécnica de Madrid

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TEMA 10- Caso: Imágen Cardiaca

Imágenes Biomédicas- Grado en Ingeniería Biomédica

Caso- Imagen cardíaca  Recordamos: anatomía y fisiología cardíaca  Principales Descriptores de función cardíaca  Uso de la imagen cardíaca en el diagnóstico y la terapia de patologías cardíacas  Imagen cardíaca en cardiopatía isquémica

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TEMA 10- Caso: Imágen Cardiaca

Imágenes Biomédicas- Grado en Ingeniería Biomédica

Recordamos: anatomía y fisiología cardíaca  El corazón: función de bombeo / circulación pulmonar y circulación sistémica.  Cavidades  Grandes vasos  Válvulas cardíacas  Venas y arterias Coronarias

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Imágenes Biomédicas- Grado en Ingeniería Biomédica

Recordamos: anatomía y fisiología cardíaca  El corazón: función de bombeo / circulación pulmonar y circulación sistémica.

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Imágenes Biomédicas- Grado en Ingeniería Biomédica

Recordamos: anatomía y fisiología cardíaca  To

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Recordamos: anatomía y fisiología cardíaca  Válvulas cardíacas y arterias coronarias

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Imágenes Biomédicas- Grado en Ingeniería Biomédica

Recordamos: anatomía y fisiología cardíaca  Válvulas cardíacas

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Recordamos: anatomía y fisiología cardíaca  Ciclo cardíaco  Sístole, diastole

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Imágenes Biomédicas- Grado en Ingeniería Biomédica

Caso- Imagen cardíaca  Recordamos: anatomía y fisiología cardíaca  Principales Descriptores de función cardíaca  Uso de la imagen cardíaca en el diagnóstico y la terapia de patologías cardíacas  Imagen cardíaca en cardiopatía isquémica

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Imágenes Biomédicas- Grado en Ingeniería Biomédica

Morfología y Función miocádica global  Morfología  Volumen ventricular izquierdo (sistólico o diastólico)  Masa del ventrículo izquierdo (Vepi-Vendo) *dens_mio  Idem para ventrículo derecho.  En 2D se asume geometría simplificada para estimación

 Función miocárdica global  Volumen eyectado (stroke volume)VE=Vfin-diast-Vfin_síst  Fracción de eyección = (Vfin-diast-Vfin_síst)/Vfin-diast  Valores típicos normales- 55 to 65% en reposo  Gasto cardíaco- Volumen eyectado en litros por minuto (5 L/m)  GC=VE*FC ; FC – frecuencia cardíaca 10

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Función miocárdica regional del ventrículo izquierdo Modelo de 16 o 17 segmentos

•Valoración segmentaria Visual o cuantitativa – (V o C) Movimiento regional  Excursión endocardica. V-C  Engrosamiento. V-C  Velocidad. C  Strain. C → Normal = 1 Hipoquinético = 2 Aquinético = 3  Perfusión  Oclusión coronaria observada de manera indirecta  Viabilidad  Tejido no necrosado o recuperable • 

•Estudio de esfuerzo  

Fisiológico (bicicleta o cinta) Farmacoinducido

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Función valvular •Planimetría •

Área del orificio valvular

•Velocidad Pico y gradiente Insuficiencia válvula tricúspide PSA-présión estimada auricula

 Echo Doppler continuo  Velocidad Pico  Estimación Presión sistólica- Ec Bernouille  Ecuación de continuidad Q= Vm1*A1=Vm2*A2 –flujo Vm puede sustituirse por TVI –time velocity integral

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Función miocádica regional  Morfología  Volumen ventricular izquierdo (sistólico o diastólico)  Masa del ventrículo izquierdo (Vepi-Vendo) *dens_mio  Idem para ventrículo derecho.  En 2D se asume geometría simplificada para estimación

 Función miocárdica global  Volumen eyectado (stroke volume)VE=Vfin-diast-Vfin_síst  Fracción de eyección = (Vfin-diast-Vfin_síst)/Vfin-diast  Valores típicos- 55 to 65% en reposo  Gasto cardíaco- Volumen eyectado en litros por minuto (5 L/m)  GC=VE*FC ; FC – frecuencia cardíaca 13

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Caso- Imagen cardíaca  Recordamos: anatomía y fisiología cardíaca  Principales Descriptores de función cardíaca  Uso de la imagen cardíaca en el diagnóstico y la terapia de patologías cardíacas  Imagen cardíaca en cardiopatía isquémica

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Retos de la imagen cardíaca  Distintos mecanismos involucrados- ¿Qué queremos ver?  Perfusión y metabolismo  Miocardio- movimiento, estado del tejido  Válvulas – patrón del flujo - presión  Vasculatura- Grandes vasos vs coronarias Cond cción eléctrica  Conducción

 Anatomía muy compleja  Planos estándares  Vistas estándares

 Órgano en movimiento  Movimiento propio, movimiento respiratorio.  Resolución temporal mínima (10-100 Hz) 15

 Resolución – coronarias y placa ateroesclerótica

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Vistas estándares

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 ANT - anterior

 LLAT - Left lateral view

 LAO – left anterior oblique

 RAO- Right anterior oblique

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Planos estándares  Eje corto – SA (short axis)

 4 cámaras (apical)

v aortica v. ventrículo

 2 cámaras (apical)

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 Parasternal

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Epidemiología Enfermedades cardiovasculares

 Las ECV son la principal causa de muerte en todo el mundo.  2008 - 17,3 millones de personas- 30% de todas las muertes  Principales causas 7,3 millones cardiopatía coronaria y 6,2 millones a los Accidentes vasculares cerebrales (AVC)  Las muertes por ECV afectan por igual a ambos sexos, y más del 80% se producen en países de ingresos bajos y medios.  2030 morirán cerca de 23,3 millones de personas por ECV, sobre todo por cardiopatías y AVC  Pueden prevenirse actuando sobre los factores de riesgo, tabaco, las dietas malsanas y la obesidad, la inactividad física, la hipertensión arterial, la diabetes o el aumento de los lípidos.  9.4 millones de muertes, 16,5%, son atribuibles a la hipertensión (51% muertes por AVC y 45% muertes cardiopatía coronaria) 18

OMS 2013

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Miocardipatías  Enfermedad del músculo cardiaco (cardiomyopathy)  El miocardio se agranda, engruesa o rigidiza  La enfermedad avanzada  Inhabilita el bombeo efectivo o genera arritmias  Pueden resultar en arritmias, insuficiencia cardiaca enfermedades valvulares cardiaca,

 Miocardiopatía dilatada  El diámetro de las cavidades se agranda, el miocardio está adelgazado  Puede deberse a enfermedad coronaria, infarto, hipertensión, alcohol…

 Miocardiopatía Hipertrófica  El miocardio engruesa, función afectada  Hereditaria, y también relacionada con la edad o la hipertensión

 Miocardiopatía restrictiva 19

 El miocardios se vuelve rígido, aparición de fibrosis

Cardiopatía Hipertrófica

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Miocardipatías  Diagnóstico y seguimiento  Radiografía de torax  Ecocardiografía  morfología  FE late-peaking gradient. C, Cine CMR confirming severe septal hypertrophy. D, Delayed hyperenhancement CMR image demonstrating fibrosis in the hypertrophied septum.

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Enfermedad Valvular cardíaca  Una válvula o más no funcionan correctamente (Heart Valve Disease)  Estenosis. Estrechamiento o apertura limitada de la válvula debido a que las valvas engruesan, se rigidizan o se unen (fibrosis y calcificación)  Regurgitación o Insuficiencia. La válvula no se cierra apropiadamente. Flujo o chorro retrogrado.  Causas:  Valvulopatías congénitas  Condiciones cardiacas  Insuficiencia cardíaca, infarto…  miocardiopatía dilatada  Cambios relacionados con la edad  Depósitos de calcio de las velos valvulares  Enfermedades infecciosas  Fiebre reumática secundaria a una infección por estreptococo  Endocarditis infecciosa 22

 Disfunción o rotura de los músculos papilares y/o vuerdas

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Enfermedad Valvular cardíaca  Ecocardiografía  Técnica de referencia  Doppler Color, Doppler pulsado y Doppler continuo  TEE para mejor apreciación del aparato valvular  CMR – ocasional  CT - calcificaciones

Aortic regurgitation

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Mitral stenosis

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Enfermedad Valvular cardíaca

Estenosis aortica Prolapso mitral- regurgitación Real-time 3D TEE mechanical mitral valve in diastole.

Endocarditis bacteriana 24

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Anomalías del ritmo  Alteraciones en el sistema de conducción cardíaco  Arritmias prematuras  Arritmias supra ventriculares  Fibrilación auricular  Paroxismal supra ventricular taquicardia  Ventricular taquicardias

Endocardial Map DE-MRI

 El papel de la imagen  Ecocardiografía, afectación funcional, asincronía  Sustrato de las taquicardias y arritmias– CMR realce tardío, eco y CT  Morfología y anatomía para planificación de procedimientos electrofisiológicosCMR 25

 Navegación y mapeo electroanatómico

Electroanatomical Map

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Procedimientos intervencionistas  Procedimientos de hemodinámica  Cateterismos  Diagnósticos: coronariografía, biopsia endocardica  Angioplastia coronaria, ateroctomía  Valvuloplastia percutánea  Implantación prótesis, CIA, CIV…

 Procedimientos electrofisiológicos  Mapeo diagnóstico  Ablación por RF  Colocación dispositivos implantables  Marcapasos  Desfibriladores automáticos implantables (DAI) 26

Fluoroscopía- y angiografía por rayos X Reparación valvular guiada por TEE

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Caso- Imagen cardíaca  Recordamos: anatomía y fisiología cardíaca  Principales Descriptores de función cardíaca  Uso de la imagen cardíaca en el diagnóstico y la terapia de patologías cardíacas  Imagen cardíaca en cardiopatía isquémica

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Cardiopatía Isquémica Principal causa de muerte Proceso activo → Formación de placa en las arterias coronarias (AC)

→ Reducción de flujo miocárdico → Placas estables o inestables → Puede ocurrir calcificación

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Progresión de la cardiopatía isquémica Obstrucción parcial del flujo de una arteria coronaria: → si se cronifica puede aparecer flujo colateral en el miocardio  fx normal en reposo  en estrés comprometida la irrigación y la función i di hibernado hib d reduce d su actividad ti id d localmente l l t → miocardio  Fx en reposo no existente  en estrés la función mejora → miocardio trata de mantener su función, riesgo de necrosis local  Alteración primero de la función diastólica → Alteración de la contractilidad regional - ISQUEMIA REGIONAL → Alteraciones globales – FE reducida, GC reducido → Riesgo de infarto de miocardio

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¿Qué queremos estudiar? Angina

Riesgo? Terapia?

Cambios ECG

Anomalía de la contracción segmentaria Anomalía de la contracción (dP/dt ) Trastorno de la relajación ( )

Inicio = defecto de perfusión

tiempo

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Valoración del movimiento regional del ventrículo izquierdo •Ecocardiografía → Planos ecocardiográficos

•Valoración segmentaria Excursión ió endocardica d di  E  Engrosamiento → Normal = 1 Hipoquinético = 2 Aquinético = 3

•Estudio de esfuerzo •Cuantitativo??  velocidad  Strain

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Valoración del movimiento regional del ventrículo izquierdo- Speckle tracking

Dense Displacement Field

2

3

Regional Analysis

• •

Analysis of cardiac dynamics

• MJ Ledesma-Carbayo, et al. IEEE T Med Imag. 24(9):1113-1126 Sept. 2005. MJ Ledesma- Carbayo, et al. Ultrasound Med Biol , 32:483-490. Apr. 2006.

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Valoración del movimiento regional del ventrículo izquierdo- Speckle tracking

He

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Valoración del movimiento regional del ventrículo izquierdo- Tagged MRI

Dense Displacement Field

2

3

Regional Analysis

• • •

Analysis of cardiac dynamics

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Valoración del movimiento segmentaria del ventrículo izquierdo

Mid-LV slice of an animal subject

Basal slice of a healthy volunteers

Artificial tags automatically tracked using the proposed algorithm.

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Valoración de la perfusión segmentaria del ventrículo izquierdo  Estudios de perfusión miocárdica en cardiopatía isquémica  Estratificación de riesgo  Planificación de intervenciones  Reposo vs estrés – zonas isquémicas  Radiofármacos: 201Tl, 99mTC- Mibi

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Valoración de la perfusión segmentaria del ventrículo izquierdo Contrast Enhanced echocardiograpy: • Tracking ROIs • Reperfusion model

First Pass gadolinium MRI: • Free breathing protocols • Motion Compensation

Wollny IEEE TMI 2010, Wollny MEDIA 2012, Ledesma Carbayo JMRI 2007

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Valoración de la viabilidad segmentaria del ventrículo izquierdo  Reserva contráctil regional mediante ecocardio o CRM  Si no reserva contráctil, es viable el tejido?? Merece la pena hacer o no terapia de revascularización (“abrir” la AC)?  Valorar la integridad celular, daño de la membrana celular y compromiso de la microperfusión- necrosis vs no necrosis  CRM de realce tardío – 10-15 min post inyección gadolineo

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Valoración de la viabilidad segmentaria del ventrículo izquierdo  Estudios de perfusión y viabilidad miocárdica mediante PET  FDG metabolismo de glucosa + estudio de perfusión con 13NH3 o H215O - > VIABILIDAD MIOCARDICA  Reposo vs estrés – zonas isquémicas

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Valoración de la viabilidad segmentaria del ventrículo izquierdo  Ejemplo- Toma de decisiones en IAM- Infarto agudo de miocardio

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Valoración de las coronarias y la placa ateroesclerótica  Valoración de obstrucción y de la placa  No invasiva  CT cardiaco  Calcio coronario (calcium score)

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Valoración de las coronarias y la placa ateroesclerótica  Valoración de obstrucción y de la placa  Durante el cateterismo  Angiografía coronaria

ESTENOSIS MODERADA DE SEGMENTO PROXIMAL . ESTENOSIS 45%

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Valoración de las coronarias y la placa ateroesclerótica  Valoración de obstrucción y de la placa  Durante el cateterismo  IVUS

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Valoración de las coronarias y la placa ateroesclerótica  Valoración de obstrucción y de la placa  Durante el cateterismo  Colocación de stent

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Bibliografía  Cardiothoracic Imaging Carl Jaffe, Patrick J. Lynch. Yale Center for advanced Intructional Media http://www yale edu/imaging/contents html http://www.yale.edu/imaging/contents.html  Santos, A., Ledesma-Carbayo, M.J. "Cardiac Imaging". In: Wiley Encyclopedia of Biomedical Engineering, vol. 2, pp. 743-754. M. Akay (Ed.), ISBN: 0-471-24967-X. John Wiley & Sons, 2006 (doi: 10.1002/9780471740360.ebs0221)....