Resumen de Imagen 3D en cardiopatías congénitas

María de las Nieves Velásco Forte

• español

  Las cardiopatías congénitas precisan de una minuciosa evaluación tridimensional para determinar las opciones de tratamiento y garantizar el éxito del procedimiento a realizar.

  A pesar de que el método diagnóstico más habitual utilizado es la ecografía, la resonancia magnética cardíaca (RCM) se ha convertido en una herramienta fundamental para el seguimiento y la toma de decisiones en estos pacientes, proporcionando información precisa sobre los volúmenes y la función ventricular, valorando la idoneidad de la reparación biventricular frente a la univentricular y ayudando en la planificación de procedimientos intervencionistas.

  En esta tesis se explora el uso de secuencias 3D en resonancia magnética para evaluar cardiopatías congénitas complejas, así como su aplicación para la representación tridimensional y su uso para la enseñanza. Inicialmente, se investiga el uso de imágenes de resonancia magnética en formato 3D para evaluar la estructura de los músculos papilares y determinar su morfología en pacientes con síndrome de corazón izquierdo hipoplásico. En ciertos casos, es difícil establecer si el ventrículo izquierdo tiene un tamaño suficiente como para mantener la circulación sistémica. El análisis de la morfología ventricular, así como el tamaño del resto de estructuras del lado izquierdo es crucial en estos pacientes. En esta tesis se describen las características de los músculos papilares, comparándolos en pacientes con ventrículo izquierdo hipoplásico, borderline y ventrículo izquierdo de tamaño normal, utilizando las secuencias eco gradiente y 3D bSSFP (balance steady state free precession).

  Posteriormente, se analizó cómo mejorar la secuencia 3D bSSFP para el análisis de estructuras de pequeño tamaño. Las secuencias tridimensionales en resonancia cardíaca, como la angiografía y el 3D bSSFP, carecen de la nitidez necesaria para la descripción de la anatomía de forma detallada. Para abordar este problema, se describió el uso de iNAV (“image-based navigation”), en el cual en lugar de usar el movimiento del diafragma para reducir el artefacto causado por la respiración del paciente, rastreamos el movimiento del corazón per se. Se comparan las imágenes tridimensionales obtenidas con iNAV y dNAV (navegación diafragmática habitual), valorando la mejora en la visualización de las arterias coronarias en su origen, trayecto proximal y medio de forma objetiva y subjetiva.

  El siguiente paso consistió en el empleo de secuencias de RMC para hacer representaciones tridimensionales y para la impresión 3D de modelos pacienteespecíficos con el objetivo de describir el origen y trayecto de fístulas coronarias complejas. Por último, se aplica el uso de imágenes tridimensionales y su segmentación para la creación de una librería de cardiopatías congénitas en 3D para la enseñanza de médicos en formación.

  Los principales hallazgos de la tesis son los siguientes: 1) la visualización en tres dimensiones de los músculos papilares permitió definir un acortamiento o ausencia del soporte papilar superolateral como una característica distintiva del ventrículo izquierdo borderline/hipoplásico; 2) la calidad de la imagen obtenida por resonancia se puede mejorar mediante el uso de iNAV en pacientes con cardiopatías congénitas; 3) la aplicación de la creación de imágenes en 3D es vital para lograr el diagnóstico correcto en pacientes con fístulas coronarias complejas, mientras que la impresión de modelos paciente-específicos es fundamental para la planificación del cateterismo intervencionista y 4) el uso en conjunto de estas tecnologías 3D tiene aplicaciones útiles en la enseñanza.

  En resumen, esta tesis muestra que la RM cardíaca del corazón en su conjunto, mejorada con el uso de iNAV, y su representación tridimensional e impresión, puede brindar información anatómica importante para la planificación de procedimientos intervencionistas y para la enseñanza en cardiopatías congénitas.

• English

  Congenital heart disease relies heavily on 3-dimensional assessment to determine treatment options and procedural success. In spite of echocardiography being the most common diagnostic method used, cardiac magnetic resonance imaging has become a fundamental tool for monitoring and decision-making in these patients, providing accurate information on ventricular volumes and function, assessing suitability of biventricular repair versus univentricular and for procedural guidance.

  This thesis investigates the use of the 3D approach using MRI to evaluate heart disease, its application for 3D representation and its use for teaching. In regards to evaluating heart disease, I investigated the use of 3D whole heart MR imaging to evaluate the papillary muscles’ structure and determine their morphology in patients with hypoplastic left heart syndrome. In certain cases, it is difficult to decide whether the left ventricle is large enough to sustain the systemic circulation. The analysis of the ventricular morphology as well as the size of the rest of the left-sided structures is essential in these patients. In this thesis, the characteristics of the papillary muscles are described, comparing them in patients with hypoplastic left ventricle, borderline and normal size left ventricles, using gradient echo and three-dimensional sequences such as 3D balance steady state free precession (bSSFP).

  I then look into how this technique can be improved to look at smaller structures. Threedimensional sequences such as angiography and 3D bSSFP lack the critical clarity to describe the anatomy in full detail. To overcome this issue, I described the use of iNAV (image-based navigation), in which instead of using the diaphragm as a means of reducing the artifact caused by the patient's breathing, we track the movement of the heart itself.

  The three-dimensional images obtained with iNAV and dNAV (diaphragmatic navigation) are compared, assessing the improvement in the visualization of the coronary arteries at their origin, proximal and middle course in an objective and subjective manner.

  The work is followed by the use of this technology to make 3D representations using volume rendering and 3D-printing to depict coronary fistulas. Finally, I look at the entirety of these developments and apply it to teaching trainees in congenital heart disease.

  The main findings of the thesis are: 1) that the 3D approach was able to define a shortening or absence of the superolateral papillary support as a hall-mark of the borderline/hypoplastic left ventricle; 2) that image quality can be improved by the use of iNAV in patients with CHD; 3) that the application of volume rendering was vital to achieve the correct diagnosis whereas 3D printing was vital for interventional planning in geometrically complex coronary fistulas and 4) that the amalgamated use of these 3D technologies has useful applications in effective teaching.

  In summary, this thesis shows that he 3D whole heart cardiac MR approach, augmented by iNAV and depicted with rendering and printing can give important anatomical insights for procedural planning and teaching in CHD.