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75 CAPÍTULO 8 STRAIN e SPECKLE TRACKING: Conceitos e Bases Fisiológicas Carlos Eduardo Suaide Silva • Arnaldo Rabischoffsky Agradecimento a Dra. Eliza de Almeida Gripp, médica ecocardiografista do H. Procardíaco, por auxiliar na revisão do capítulo. CONCEITOS A análise da função ventricular é uma infor- mação fundamental solicitada pelos clínicos e cardiologistas por meio do estudo ecocar- diográfico. Na prática clínica diária atual, a avaliação da função ventricular tem sido realizada principalmente pelo cálculo da fração de ejeção, pela análise de alterações da contratilidade segmentar, pelas medidas do delta D e dP/dt, entre outros índices, enquanto a análise da função diastólica tem sido realizada principalmente por parâmetros ao modo-M e pelo estudo Doppler. Porém, as contribuições do cardiologista espanhol Francisco Torrent Guasp (1935- 2005) com a teoria da banda ventricular helicoidal única proporcionaram um maior entendimento sobre a distribuição das fibras miocárdicas e forneceram informações importantes para o estudo da mecânica cardíaca (Figura 8-1), o que contribuiu para avanços significativos na avaliação da função cardíaca. 1 Sabe-se atualmente que a função sistólica cardíaca é um fenômeno complexo que depende do arranjo estrutural e da con- tração das fibras miocárdicas nos sentidos longitudinal (a base move-se em direção ao ápice), circunferencial (a cavidade diminui perpendicular ao eixo longo) e radial (dada pelo espessamento sistólico das paredes). 2 Além disso, para o estudo da mecânica cardíaca é importante também considerar que o ápice e a base rodam em direções opos- tas, sendo a base em direção horária e a ponta em direção anti-horária, de maneira seme- lhante ao movimento de torcer uma toalha. 3 Assim, a partir dessas novas informações, na última década, a análise do strain (defor- mação) miocárdico surgiu como um método promissor para a análise da função cardía- ca por possibilitar a detecção precoce de alterações incipientes da função miocárdica segmentar ou global. Para o cálculo do strain e do strain rate (velocidade em que ocorre a deformação miocárdica) podem ser emprega- dos tanto o Doppler tecidual como a técnica de speckle tracking ecocardiography (STE). O Doppler tecidual mede a velocidade média do movimento longitudinal do mio- cárdio, enquanto o STE quantifica a defor- midade pelo rastreamento de partículas ( pixels) por dois métodos: block matching ou optical flow. Essa última técnica torna pos- sível quantificar a deformidade longitudinal, radial e circunferencial. Com novos softwares, outras medidas podem ser oferecidas, tais como rotação, twist, torsão e untwist. 4,5 A reprodutibilidade dos métodos citados é semelhante ao cálculo bidimensional da fração de ejeção e, com uma janela ecocardiográfica adequada, as medidas podem ser adquiridas na maioria dos pacientes, acrescentando poucos minutos à realização do estudo convencional. C0040.indd 75 C0040.indd 75 13/01/15 1:22 PM 13/01/15 1:22 PM

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STRAIN e SPECKLE TRACKING : Conceitos e Bases

Fisiológicas Carlos Eduardo Suaide Silva • Arnaldo Rabischoffsky

Agradecimento a Dra. Eliza de Almeida Gripp , médica ecocardiografi sta do H. Procardíaco, por auxiliar na revisão do capítulo.

CONCEITOS

A análise da função ventricular é uma infor-mação fundamental solicitada pelos clínicos e cardiologistas por meio do estudo ecocar-diográfico. Na prática clínica diária atual, a avaliação da função ventricular tem sido realizada principalmente pelo cálculo da fração de ejeção, pela análise de alterações da contratilidade segmentar, pelas medidas do delta D e dP/dt, entre outros índices, enquanto a análise da função diastólica tem sido realizada principalmente por parâmetros ao modo-M e pelo estudo Doppler.

Porém, as contribuições do cardiologista espanhol Francisco Torrent Guasp (1935-2005) com a teoria da banda ventricular helicoidal única proporcionaram um maior entendimento sobre a distribuição das fi bras miocárdicas e forneceram informações importantes para o estudo da mecânica cardíaca ( Figura 8-1 ), o que contribuiu para avanços signifi cativos na avaliação da função cardíaca. 1 Sabe-se atualmente que a função sistólica cardíaca é um fenômeno complexo que depende do arranjo estrutural e da con-tração das fi bras miocárdicas nos sentidos longitudinal (a base move-se em direção ao ápice), circunferencial (a cavidade diminui perpendicular ao eixo longo) e radial (dada pelo espessamento sistólico das paredes). 2 Além disso, para o estudo da mecânica

cardíaca é importante também considerar que o ápice e a base rodam em direções opos-tas, sendo a base em direção horária e a ponta em direção anti-horária, de maneira seme-lhante ao movimento de torcer uma toalha. 3

Assim, a partir dessas novas informações, na última década, a análise do strain (defor-mação) miocárdico surgiu como um método promissor para a análise da função cardía-ca por possibilitar a detecção precoce de alterações incipientes da função miocárdica segmentar ou global. Para o cálculo do strain e do strain rate (velocidade em que ocorre a deformação miocárdica) podem ser emprega-dos tanto o Doppler tecidual como a técnica de speckle tracking ecocardiography (STE).

O Doppler tecidual mede a velocidade média do movimento longitudinal do mio-cárdio, enquanto o STE quantifi ca a defor-midade pelo rastreamento de partículas ( pixels ) por dois métodos: block matching ou optical fl ow . Essa última técnica torna pos-sível quantifi car a deformidade longitudinal, radial e circunferencial. Com novos softwares , outras medidas podem ser oferecidas, tais como rotação, twist , torsão e untwist . 4,5

A reprodutibilidade dos métodos citados é semelhante ao cálculo bidimensional da fração de ejeção e, com uma janela ecocardiográfi ca adequada, as medidas podem ser adquiridas na maioria dos pacientes, acrescentando poucos minutos à realização do estudo convencional.

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AVALIAÇÃO DO STRAIN POR MEIO DO DOPPLER TECIDUAL

O strain miocárdico foi inicialmente calcula-do a partir da análise pelo Doppler tecidual (DT). O DT permite a medida das veloci-dades de contração longitudinal miocárdica em dois pontos diferentes do miocárdio. A medida da distância entre dois pontos dife-rentes com velocidades distintas de contra-ção dividida pelo tempo fornece o valor do strain rate (ou taxa de deformação) confor-me a fórmula apresentada na Figura 8-2 . A integral desse valor é o percentual de defor-mação daquele segmento, ou strain . Para

que os dois pontos estejam se aproximando, V2 deve ser menor que V1 e o resultado da fórmula será negativo. Portanto, na contra-ção longitudinal, o valor do strain rate (e do strain ) é negativo. Para que os dois pontos estejam se afastando, V2 deve ser maior que V1 e o resultado da fórmula será positivo. Portanto, no relaxamento longitudinal, o valor do strain rate (e do strain ) é positivo. Para realização ideal do método é neces-sário o ajuste do frame rate acima de 100 fps, imagens ecocardiográfi cas apresentando boa resolução, com uso da segunda harmônica e, sempre que possível, trabalhar com menor ângulo de insonação. Para a medida

FIGURA 8-1 ■ Dr. Francisco Torrent-Guasp demonstrou que os ventrículos são formados por uma banda muscular única dobrada sobre si mesma. Assim, para o esvaziamento do ventrículo esquerdo são utilizados os movimentos de encurtamento da sua base para o ápice, de torção e de encurtamento para o centro da cavidade. Na diástole, acontece o fenômeno inverso.

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do strain pelo DT são utilizados frame rates mais altos, pois o método permite esta alta resolução temporal. Já para o strain ava-liado pela técnica de STE não é possível a obtenção de um frame rate tão alto devido ao ângulo do setor, à redução na resolução espacial e também devido à possibilidade de inconsistências no algoritmo em consequên-cia dos speckles com velocidades próximas de zero.

A grande limitação na análise do strain pelo DT está relacionada com a dependência do ângulo de incidência do ultrassom. Assim, atualmente, a análise do strain é realizada essencialmente pela técnica de STE.

DEFORMAÇÃO AVALIADA PELO MODO BIDIMENSIONAL ( SPECKLE TRACKING )

A análise da deformação miocárdica pelo STE baseia-se no rastreamento ( tracking ) de mar-cadores acústicos naturais ( speckles ) presentes na imagem bidimensional em escala de cinza. Os speckles funcionam como uma “impressão digital” daquele determinado segmento do miocárdio estudado e é possível calcular a deformação ( strain ) e a velocidade com que a deformação ocorre ( strain rate ) a partir do des-locamento destes marcadores ( Figura 8-3 ). 6

FIGURA. 8-2 ■ Fórmula para o cálculo do strain e do strain rate (SR) a partir da velocidade de movimen-tação de dois pontos, próximos entre si, do miocárdio ventricular pelo Doppler. L = comprimento fi nal; L0 = comprimento inicial; d = distância entre os dois pontos; V1 = velocidade do ponto 1; V2 = velocidade do ponto 2.

FIGURA. 8-3 ■ Movimentação de um pixel a partir de sua posição inicial (ilustrada em verde) e em sua posição fi nal (ilustrada em vermelho).

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Para que o processo ocorra é necessário que a “impressão digital” se preserve a cada quadro da imagem ecocardiográfica. Para melhor entendimento, é preciso conhecer como é formado o speckle .

A imagem do ultrassom é originada a partir de um pulso emitido pelo transdutor que, quando refl etido, será detectado pelo equipamento. As reflexões ocorrem nas transições entre diferentes tipos de tecidos ou em lugares específi cos, muito menores que o comprimento de onda, em que a velo-cidade local do som, ou sua densidade, é diferente do que está ao redor (p. ex., fi bras de colágeno dentro do miocárdio). 7 Essas refl exões produzem sinais de baixa amplitu-de que atingem o transdutor com diferentes velocidades e um sinal de radiofrequência que será utilizado para construir a imagem. O envelope desse sinal é interpretado de tal modo que os sinais de maior amplitude são representados como pixels mais brilhantes, enquanto os de mais baixa amplitude apare-cem como pixels mais escuros ( Figura 8-4 ).

Quando o miocárdio se movimenta paralelamente em direção ao transdutor, as refl exões de todo aquele grupo de pixels atingirão o transdutor mais precocemente, e se a movimentação estiver em sentido opos-to, mais tardiamente. Por outro lado, se o speckle pattern estiver se movimentando per-pendicularmente ao transdutor, as refl exões serão detectadas em uma próxima linha da imagem bidimensional. É necessário que a velocidade do ultrassom seja muito superior ao segmento do miocárdio analisado.

Deformação, rotação e movimentação fora do plano ecocardiográfico alteram as

posições e a amplitude dos speckles , difi cul-tando seu acompanhamento. É preciso, por-tando, um frame rate alto para acompanhar os speckles .

Reverberações, ruídos e interposição de tecidos limitam o acompanhamento do padrão de speckle ; portanto, quanto melhor a qualida-de da imagem bidimensional, melhor será a aquisição das imagens para análise pelo STE. Dois métodos têm sido utilizados por dife-rentes fabricantes para acompanhar os speckles: block matching e optical fl ow.

BLOCK MATCHING

Este método seleciona uma região da imagem e acompanha o grupo de pixels quadro a qua-dro. A cada quadro, o grupo de pixels que mais se assemelha ao do quadro anterior é anali-sado. 7 O software , a partir do posicionamento dos pixels , estabelece a nova posição da região de interesse quadro a quadro, derivando a deformação daquele segmento analisado.

OPTICAL FLOW

Baseia-se no princípio de conservação do valor na escala de cinza. 8-12 Esse princípio assume que um valor de cinza não se modifi ca em relação ao tempo, a não ser que esse pixel tenha se movimentado para outro local. Des-sa maneira, estima-se o vetor de velocidade de cada pixel da imagem. Esse procedimen-to é, então, repetido quadro a quadro para quantifi car a deformidade miocárdica ( strain e strain rate ) e a velocidade de movimentação do segmento miocárdico pela análise vetorial.

FIGURA. 8-4 ■ Construção da imagem do ultrassom: As refl exões do ultrassom geram sinais de radio-frequência. No envelope do sinal de radiofrequência, os sinais de maior amplitude são representados como pixels mais brilhantes, enquanto os de mais baixa amplitude aparecem como pixels mais escuros.

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Cada método tem suas vantagens e des-vantagens, como mostra a Tabela 8-1 , e há uma busca por um método híbrido que com-bine as qualidades de cada um. 13

QUANTIFICAÇÃO DA DEFORMAÇÃO MIOCÁRDICA

A quantifi cação do strain (ou deformação) a partir da análise vetorial da velocidade é explicada da seguinte maneira: quando dois pontos do miocárdio, próximos entre si, se

movimentam com velocidades diferentes, o miocárdio muda de forma (pois, se os dois se movimentassem com a mesma velocidade, haveria apenas deslocamento daquele seg-mento sem deformação) 14 ( Figura 8-5 ).

O valor do strain rate fornece informações sobre a medida instantânea local da taxa de compressão ou expansão do miocárdio, inde-pendentemente do movimento de translação cardíaca. 15,16

O vetor de velocidade pode ser decomposto em diversos componentes. No caso do cora-ção, as direções de interesse são aquelas que

TABELA 8-1 Comparação entre as técnicas de block matching e optical fl ow .

Block matching Optical fl ow

Necessita de frame rate alto Necessita de frame rate intermediárioRegistra intervalos mais curtos de eventos Pode não registrar eventos muito rápidosLeva maior tempo para processar as informações Leva menor tempo para processar as informaçõesInclui menos ruídos Inclui mais ruídos0,5 x 0,5 cm 2 a 1 x 1 cm 2 de resolução espacial 0,5 x 0,5 cm 2 a 1 x 1 cm 2 de resolução espacial8 a 35 ms de resolução temporal 2,5 a 10 ms de resolução temporal

FIGURA. 8-5 ■ Na contração longitudinal, os pixels devem normalmente se aproximar um do outro; ou seja, o miocárdio encurta. Dessa forma, pixels , por exemplo, distantes 1 cm devem ter uma distância no fi nal da sístole de 0,8 cm, para um encurtamento de 20%. O bloco em azul é uma representação esquemática do que seria um segmento do miocárdio. A aplicação de uma força em ambas as extre-midadesde um retângulo em posição vertical (representando um segmento do miocárdio) resulta na deformação e modifi cação da forma inicial com o formato fi nal de um retângulo na posição horizontal. Após a término da aplicação da força, o retângulo (segmento miocárdico) retorna à sua posição inicial, o que explica a contração centrípeta das fi bras radiais miocárdicas em direção ao centro do VE.

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correspondem aos eixos longitudinal, radial e circunferencial. Assim, podemos quantifi car esses três tipos de deformidade ( strain longi-tudinal, strain radial e strain circunferencial) a partir dos vetores de velocidade ( Figura 8-6 ).

Após serem feitas as aquisições das curvas de strain , os softwares dos diferentes fabri-cantes apresentam seus dados em tabelas ou

gráfi cos, exibindo o valor do percentual de deformação de cada segmento ( Figuras 8-7 ). Os resultados podem ainda ser apresentados em forma de um mapa polar (Bull’s Eye) que dispõe os valores do strain global e de cada segmento do ventrículo esquerdo à seme-lhança das imagens apresentadas na cintilo-grafia de perfusão miocárdica ( Figura 8-8 ).

FIGURA. 8-6 ■ Curvas de strain longitudinal, radial e circunferencial adquiridas pela técnica do speckle tracking .

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FIGURA. 8-7 ■ Resultado fi nal da análise do strain longitudinal global calculado em -21,4% no corte apical duas câmaras em um indivíduo normal.

FIGURA. 8-8 ■ Mapa polar ( Bull’s Eye ) de paciente com obstrução da artéria descendente anterior. Nota-se diminuição da deformação miocárdica ( strain ) no território de irrigação dessa artéria (paredes septal, anterior e região apical).

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A medida da deformação miocárdica a partir de uma técnica bidimensional ( strain bidimensional), ao invés de ser derivada do Doppler, apresenta vantagens em vários aspectos. Primeiramente, independe do

ângulo de insonação; em segundo, a relação sinal-ruído parece ser mais satisfatória; e em terceiro, a capacidade de medir o strain em duas dimensões, e não somente no sen-tido do feixe do Doppler. 17 Assim, o strain

FIGURA. 8-9 ■ Representação esquemática do cálculo da deformação miocárdica. À esquerda observa-se a imagem do Doppler tecidual ângulo dependente. À direita, o strain bidimensional independe da angulação.

FIGURA. 8-10 ■ A fi gura ilustra um caso em que a fração de ejeção calculada pelo método de Simpson foi normal; contudo, observa-se alteração das deformidades segmentar e global pela análise do strain longitudinal nas paredes lateral inferior, inferior e septal inferior.

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bidimensional consiste em uma ferramenta mais adequada para medir o strain radial e circunferencial 18 ( Figura 8-9 ).

O strain pode ser quantifi cado, também, pela ecocardiografia tridimensional. 19 Até o momento, a única vantagem observada em relação ao strain bidimensional é a pos-sibilidade da aquisição do strain longitudi-nal, radial e circunferencial no mesmo ciclo cardíaco.

Com relação à aplicabilidade clínica, o método é útil na detecção precoce do envol-vimento miocárdico na amiloidose, no dia-betes mellitus , na miocardiopatia hipertrófi ca, na avaliação de isquemia miocárdica, nas doenças valvares, além da detecção de dis-função precoce em pacientes submetidos à quimioterapia 20,21,22 ( Figuras 8-10 e 8-11 ).

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FIGURA. 8-11 ■ Análise do strain (imagem paramética ou em Bull’s Eye) em paciente com Miocardiopatia de Takotsubo. Observa-se déficit segmentar e alteração do strain na região apical (imagem superior) durante a fase aguda com recuperação da função e melhora significativa do strain após 1 mês (imagem inferior) .

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