Artículos de actualización

Ecocardiografía tridimensional en tiempo real

JULIO A . PANZA

RESUMEN

La ecocardiografía convencional y su representación de las imágenes cardíacas en forma bidi-mensional sólo brinda una información parcial del funcionamiento cardíaco . El desarrollo de laecocardiografía tridimensional permite una evaluación más objetiva y cuantitativa de la fisio-logía cardíaca . La ecocardiografía tridimensional en tiempo real fue desarrollada en la Univer-sidad de Duke y está basada en el diseño de un transductor ultrasónico con disposición enmatriz que adquiere, en forma instantánea, la imagen contenida en un volumen tridimensionalde forma piramidal . La visualización simultánea de imágenes tomográficas múltiples permiteexaminar en forma anatómicamente correcta cualquier estructura contenida dentro de la ima-gen volumétrica. Programas y tecnologías basados en computadoras de alta performance dise-ñadas para la manipulación gráfica de imágenes tridimensionales permiten el mapeo rápido dela imagen volumétrica y proveen posibilidades que están más allá del ecocardiógrafo mismo .Usando esta metodología es posible visualizar en forma simultánea múltiples planos super-puestos en forma totalmente interactiva y controlada por el observador. La ecocardiografía tri-dimensional en tiempo real posibilita además un análisis cuantitativo de los volúmenes cardía-cos, de masa ventricular e, inclusive, de miocardio con anormalidades de contracción y/o perfu-sión. La reciente incorporación de Doppler color tiene múltiples potencialidades que aún nohan sido exploradas. Esta técnica expande así las posibilidades de la cardiología no invasiva yabre nuevas puertas para el diagnóstico y la investigación clínica de las enfermedades cardía-cas . REV ARGENT CARDIOL 1999; 67: 365-375 .

Palabras clave Ultrasonido cardíaco - Ecocardiografía tridimensional - Función ventricular

INTRODUCCIONLa evolución de la ecocardiografía, desde sus ini-

cios hacia fines de la década del '60, se ha caracteri-zado por un desarrollo constante tanto en la calidadde las imágenes (y, por lo tanto, en la informaciónanatómica y funcional) como en el uso de técnicastambién basadas en el ultrasonido (como, por ejem-plo, el uso de Doppler y la caracterización tisular ul-trasónica) que complementan y expanden el estudioecocardiográfico . Este desarrollo ha tenido una ace-leración exponencial en la última década gracias alos avances en el campo de la ingeniería electrónicay la computación. Uno de los paradigmas más im-portantes dentro de esta evolución se encuentra enel desarrollo de las imágenes destinado a brindar una

representación visual cada vez más fidedigna de laanatomía y el funcionamiento cardíacos (Figura 1) .

Dado que el corazón tiene una anatomía comple-ja en constante movimiento, la fisiología y la fisio-patología cardíacas sólo se pueden comprender sise tiene en cuenta no sólo la disposición de sus es-tructuras en las tres dimensiones convencionales sinotambién la cambiante relación espacial de estas es-tructuras durante el ciclo cardíaco. La ecocardiogra-fía convencional y su representación de las imáge-nes cardíacas en forma unidimensional (modo M) ybidimensional sólo brindan una información parcialdel funcionamiento cardíaco . Desde el inicio mismode la ecocardiografía, esta desventaja pretende sersubsanada mediante una reconstrucción mental por

Senior Investigator y Jefe de Ecocardiografía - Cardiology Branch - National Heart, Lung, and Blood Institute - National Institutes ofHealth - Bethesda, Maryland, USATrabajo recibido para su publicación : 4/99 Aceptado : 6/99Dirección para separatas : Dr. Julio A . Panza - Cardiology Branch - National Institutes of Health - Building 10, Room 7B-15, Bethesda,Maryland 20892-1650, USA - Tel. : (301) 496-2634 - Fax: (301) 435-8886 - E-mail: panzaj@nih .gov

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Fig. 1 . Evolución de la ecocardiografía en relación con la repre-sentación visual de las imágenes cardíacas . En sus inicios, la eco-cardiografía sólo proveía una representación unidimensional delcorazón (modo M). En un lapso de aproximadamente 10 añosfue posible mostrar la anatomía y el funcionamiento cardíacosen forma de imagen tomográfica en movimiento (ecocardiogra-fía bidimensional) . Finalmente, 20 años más tarde es posible ob-tener imágenes volumétricas instantáneas que brindan una re-presentación más fidedigna de la fisiología cardíaca (ecocardio-grafía tridimensional en tiempo real) .

parte del observador basada en la interpretación deimágenes parciales obtenidas en forma secuencial (esdecir, no simultáneas) . Por ejemplo, la función delventrículo izquierdo se analiza, rutinariamente,mediante la visualización de una serie de cortes to-mográficos obtenidos durante ciclos cardíacos dis-tintos que permiten una apreciación estandarizada(aunque no necesariamente completa) de la motili-dad regional. En forma similar, en el caso de ano-malías congénitas, la anatomía cardíaca se interpre-ta mediante el uso de imágenes secuenciales quepermiten apreciar las conexiones entre las distintasestructuras cardíacas (cada una de ellas en formaparcial) . Aunque este ejercicio de reconstrucción porparte del observador es adecuado en muchos casos,es indudable que esta metodología es subjetiva y tie-ne importantes limitaciones . Por ejemplo, la canti-dad y calidad de imágenes tomográficas obtenidasdurante el estudio pueden ser insuficientes para unareconstrucción adecuada; diferentes observadorescon distintos grados de experiencia pueden arribara conclusiones divergentes sobre la anatomía cardía-ca tridimensional aun partiendo de la misma colec-ción de imágenes bidimensionales ; finalmente, latransmisión de la información es también subjetivae incompleta .

El advenimiento de la ecocardiografía tridimen-sional permite una evaluación más objetiva y cuan-titativa de la fisiología cardíaca que reduce la subje-tividad en el análisis de las imágenes y brinda unarepresentación fidedigna de la anatomía y el funcio-

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namiento cardíacos . Existen dos formas totalmentediferentes de ecocardiografía tridimensional : la eco-cardiografía tridimensional de reconstrucción y laecocardiografía tridimensional en tiempo real . Laprimera, desarrollada desde fines de la década del'80, se basa en la reconstrucción de imágenes bidi-mensionales convencionales obtenidas en forma se-cuencial . (1-3) Esta técnica no brinda informaciónsimultánea, requiere de computadoras con progra-mas especiales para la reconstrucción y, en conse-cuencia, no ha tenido gran auge dentro de la prácti-ca cardiológica . La ecocardiografía tridimensional entiempo real, por el contrario, no requiere ningún tipode reconstrucción y brinda imágenes verdaderamen-te volumétricas que permiten apreciar la anatomíay el funcionamiento cardíacos en forma simultánea .(4-6) Esta técnica totalmente novedosa ha alcanza-do el plano clínico en el último año y seguramentese convertirá en la forma estándar de realizar el aná-lisis no invasivo de la fisiología y la fisiopatologíacardíacas por medio de ultrasonido en el nuevomilenio. Este artículo provee las bases teóricas y prác-ticas para la comprensión y utilización de esta nue-va metodología .

Principios básicos de la técnicaLa ecocardiografía tridimensional en tiempo real

fue desarrollada en la Universidad de Duke y estábasada en el diseño de un transductor ultrasónicocon una disposición (o arreglo) en matriz que ad-quiere imágenes de un volumen tridimensional enforma electrónica (4-6) (Figura 2) . A diferencia de laecocardiografía bidimensional, en la cual los crista-les piezoeléctricos están alineados en una sola fila

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Fig. 2. Representación esquemática de la información obtenidamediante un transductor volumétrico . El ecógrafo permite lavisualización en tiempo real de las estructuras contenidas den-tro de una pirámide tridimensional cuyo ángulo superior partedel transductor y cuya profundidad está determinada por eloperador.

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de elementos, en un transductor con arreglo en ma-triz, los cristales están dispuestos en forma de grillabidimensional. Por lo tanto, mientras que la imagentomográfica obtenida con un transductor bidimen-sional es plana (es decir, carece de profundidad), eltransductor en matriz permite la adquisición de unvolumen tridimensional en forma piramidal (Figu-ra 3) .

Esto se logra usando 512 cristales dispuestos engrilla en la cual cada elemento ocupa un cuadradode aproximadamente 300 .tM de lado . (4-6) La mi-tad de estos elementos (256) se utiliza solamente parala transmisión de ultrasonido y la otra mitad es usa-da exclusivamente para la recepción . Además, cadauno de los cristales usados para la recepción gira enforma ultrarrápida para obtener 16 líneas de infor-mación por cada pulso de ultrasonido transmitido(Figura 4). Cada línea de información es procesadaen forma separada y simultánea por el aparato deecocardiografía usando una tecnología conocidacomo procesamiento paralelo . Dado que cada unode los 256 cristales produce 16 líneas de informa-ción, se obtiene un total de 4 .096 líneas dentro de lapirámide volumétrica (como comparación, la ima-gen bidimensional tiene un total de 128 líneas) . Estapirámide volumétrica tiene un ángulo superior de64° (menor que el ángulo de 90° de la imagen eco-cardiográfica bidimensional convencional) . La reso-lución temporal varía de acuerdo con la profundi-dad máxima de la pirámide determinada por el ob-servador: por ejemplo, a una profundidad mayor de

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Fig . 3 . Representación esquemática de la disposición de los cris-tales en un transductor de ecocardiografía bidimensional (iz-quierda) y en un transductor para ecocardiografía tridimensio-nal en tiempo real (derecha) . El transductor convencional, conarreglo en fase lineal, presenta una disposición de elementos enuna sola fila, lo cual brinda una imagen plana (sin profundi-dad). Por el contrario, el transductor con arreglo en matriz pre-senta una disposición de los cristales en grilla, lo cual posibilitaobtener una imagen piramidal en tres dimensiones .

13 cm la resolución es de 22 volúmenes por segun-do, pero a una profundidad mayor de 20 cm la reso-lución temporal cae a 14 volúmenes por segundo .La resolución espacial es de 2 mm a una distanciade 7 centímetros del transductor de 2,5 MHz. Eltransductor de 3,5 MHz (también disponible) tieneuna resolución aun mayor. La apertura circular si-métrica de la matriz de elementos determina que laresolución sea la misma en cualquier dimensión den-tro del volumen piramidal.

Adquisición y almacenamiento de imágenesEn forma similar al examen ecocardiográfico con-

vencional, la adquisición de imágenes volumétricaspuede realizarse desde cualquiera de las ventanasultrasónicas, dependiendo de la estructura a estu-diar. Por ejemplo, para obtener una evaluación glo-bal de la función ventricular izquierda, es preferibleobtener una imagen desde la ventana apical quecomprenda la totalidad del ventrículo . Por el con-trario, si la estructura a estudiar está localizada enla base del corazón, es preferible obtener imágenesdesde la ventana paraesternal porque la mayorproximidad del transductor aumenta la resoluciónde las imágenes. Es importante señalar que el pro-ceso de adquisición es mucho más rápido que con laecocardiografía bidimensional porque el operadorno necesita mover físicamente el transductor paraobtener información de diferentes cortes tomográfi-

Fig . 4 . Representación esquemática del funcionamiento de untransductor en matriz. La mitad de los cristales (256), dispuestosen grilla, son utilizados para la transmisión . La otra mitad, tam-bién dispuestos en grilla, son usados exclusivamente para la re-cepción del ultrasonido reflejado por las estructuras contenidasdentro de la pirámide volumétrica . Cada uno de los cristalesusados para la recepción gira en forma ultrarrápida para gene-rar 16 líneas de información (representadas en amarillo en laimagen de la derecha) por cada pulso de ultrasonido transmiti-do (mostrado en verde en la imagen de la izquierda) . Como con-secuencia, el transductor genera un total de 4.096 líneas de in-formación .

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cos. Así, en una imagen obtenida desde la ventanaparaesternal, tanto el eje largo como los distintosniveles de eje corto convencionales se encuentrancomprendidos dentro de la imagen volumétrica yson adquiridos en forma simultánea sin necesidadde mover el transductor.

El ecocardiógrafo permite la captura de hasta 6segundos consecutivos de adquisición, lo cual esgeneralmente innecesario . En nuestro laboratorio, lapráctica habitual es capturar 1,5 o 3 segundos (deacuerdo con la frecuencia cardíaca del paciente) yluego acortar la adquisición guiándose por la deri-vación electrocardiográfica para comprender sola-mente un ciclo cardíaco. Una vez completada la ad-quisición, las imágenes son almacenadas permanen-temente en discos ópticos para su posterior visuali-zación. Es importante señalar que las imágenes ob-tenidas pueden ser examinadas de la misma formatanto durante como después de la adquisición .

Visualización de imágenesLa adquisición de imágenes volumétricas en

tiempo real genera el dilema práctico de cómo vi-sualizar las estructuras en movimiento contenidasdentro de cada volumen. Necesariamente, la ima-gen que se presenta a los ojos del observador parasu interpretación tiene que ser sólo una parte detoda la información contenida en la pirámide volu-métrica . Esto se explica mejor si uno tiene en cuen-ta el caso de un observador situado en el centro de

Fig . 5. Representación esquemática de los cortes de sección co-rrespondientes al plano B . Este plano se extiende desde la cúspi-de hacia la base de la pirámide . El ecógrafo permite la visualiza-ción simultánea de dos planos B que, en su posición inicial, seentrecruzan en el centro de la base de la pirámide (panel de laizquierda) . Cada uno de estos planos puede deslizarse a travésde la base de la pirámide, como lo indican las flechas . En el pa-nel de la derecha, uno de los planos B ha sido deslizado de for-ma tal que el corte tomográfico correspondiente no pasa por elcentro del objeto contenido dentro de la pirámide (nótese el cam-bio en el defecto de superficie de la manzana) .

una habitación : en cualquier momento dado, sola-mente puede apreciar aquello que está frente a susojos; para tener información acerca de lo que está asus espaldas, el observador debe girar o desplazar-se para cambiar su posición espacial en relación conel resto de la habitación . En otras palabras, a pesarde que la estructura tridimensional de la habitacióny sus contenidos está disponible para ser examina-da, solamente una parte de ésta puede ser aprecia-da en un momento determinado desde una posiciónfija . El mismo principio se aplica para la visualiza-ción de una imagen ecocardiográfica tridimensional :sólo una parte (o partes) del volumen total puedeser visualizada al mismo tiempo . Por lo tanto, alexaminar una imagen volumétrica hay que tenersiempre en cuenta que la información anatómica yfuncional disponible siempre es mayor que la visi-ble, independientemente del modo de visualización .

En general, el ojo y el cerebro humanos apreciancon mayor facilidad imágenes tomográficas (bidi-mensionales). La disponibilidad de información eco-cardiográfica volumétrica permite la visualizaciónsimultánea de múltiples imágenes bidimensionalespertenecientes a la misma estructura tridimensional .A diferencia de la visualización simultánea de imá-genes correspondientes a diferentes ciclos cardíacosy obtenidas en forma secuencial con un ecocardió-

Fig . 6 . Representación esquemática de los planos C e I (panelesde la izquierda y de la derecha, respectivamente) . El plano C seextiende en forma perpendicular al eje largo de la pirámide y enforma paralela a su base. El ecógrafo permite la visualizaciónsimultánea de dos o tres planos C . La posición relativa de cadaplano C con respecto al eje largo de la pirámide y la distanciaentre cada uno de estos planos pueden ser libremente modifica-das como lo indican las flechas. El plano I se obtiene inclinandola orientación del plano C (panel de la derecha) . Como se apre-cia en la figura, el plano I no es perpendicular al eje largo de lapirámide ni paralelo a su base y, por lo tanto, muestra una ima-gen distinta de la representada por el plano C . Al igual que losplanos C, los diferentes planos I son paralelos entre sí y su ubi-cación dentro de la pirámide puede ser modificada como lo in-dican las flechas .

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grafo bidimensional convencional, las imágenesvisualizadas en un ecocardiógrafo tridimensionalcorresponden al mismo ciclo cardíaco y, lo que esaun más importante, pueden ser modificadas duran-te o inclusive después de la adquisición para refle-jar cualquier plano tomográfico dentro del volumenadquirido .

El ecocardiógrafo tridimensional permite la visua-lización simultánea de 4 o 5 (a elección del observa-dor) imágenes tomográficas correspondientes almismo volumen. Para entender mejor la informa-ción contenida en cada imagen y la posición relativade una imagen con respecto a las otras, es necesarioconsiderar tres planos fundamentales : B, C e I .

El plano B se extiende desde la cúspide hasta labase de la pirámide y, por lo tanto, comprende laprofundidad de la imagen volumétrica (Figura 5) .El ecocardiógrafo permite la visualización simultá-nea de dos planos B que son ortogonales (en sentidovertical) entre sí. Por ejemplo, en una imagen obte-nida desde la ventana apical, si un plano muestra laimagen de 4 cámaras, el otro muestra la imagen de 2cámaras. En la posición inicial, estos planos seentrecruzan en el centro de la base de la pirámide .El observador puede deslizar uno o ambos planoshacia los lados de la pirámide para obtener distin-tos cortes tomográficos ; como referencia, el puntode intersección de ambos planos está permanente-mente indicado en la base de cada imagen tomográ-fica visualizada.

El plano C intersecta la imagen volumétrica enforma paralela a la base de la pirámide y, por lo tan-to, es ortogonal (en sentido horizontal) a cualquierade los planos B (Figura 6) . El ecocardiógrafo permi-te la visualización de 2 o 3 planos C a elección delobservador (mostrados en forma plana o en pers-

pectiva, respectivamente) (Figuras 7 y 8) . Por ejem-plo, en una imagen volumétrica adquirida desde laventana apical, cada plano C representa una ima-gen en eje corto del ventrículo izquierdo (Figuras 7y 8). El observador puede deslizar cada plano C des-de la cúspide hacia la base de la pirámide y, ade-más, aumentar o disminuir la distancia entre cadauno de los planos C. En una imagen apical, el obser-vador puede posicionar un plano C próximo al ápi-ce del ventrículo izquierdo, otro en la región medio-ventricular, y el tercero en la base del ventrículo paratener una apreciación simultánea de la función re-gional a distintos niveles anatómicos (Figura 8) . Laposición relativa de los planos C con respecto a cadauno de los planos B es fácilmente apreciada a travésde líneas horizontales trazadas electrónicamente (yque pueden ser omitidas de la visualización) sobrela imagen de los planos B (Figuras 7 y 8) .

El plano I se obtiene mediante la inclinación delplano C y, por lo tanto, no es paralelo a la base de lapirámide ni ortogonal al plano B (Figura 6) . Este pla-no es útil para obtener cortes tomográficos anató-micamente correctos . Por ejemplo, en una imagenapical en la cual el eje mayor del ventrículo izquier-do es oblicuo, es necesario recurrir a un plano I (in-clinado) para obtener una imagen en eje corto quesea ortogonal al eje largo ventricular (Figura 8) . Deeste modo, la disponibilidad de planos inclinadospermite examinar en forma anatómicamente correctacualquier estructura contenida dentro de la imagenvolumétrica .

Como se mencionó anteriormente, la cantidad deinformación adquirida por el ecocardiógrafo tridi-mensional plantea problemas fundamentales conrespecto a la óptima visualización de las imágenescon un propósito diagnóstico . Existe, por lo tanto,

Fig. 7. Fotografía tomada directamente delmonitor de un ecógrafo tridimensional entiempo real. La imagen volumétrica de finde diástole corresponde a un paciente conmiocardiopatía hipertrófica . El monitormuestra, en este caso, cuatro imágenes to-mográficas simultáneas . Los paneles de laderecha muestran imágenes similares a lasimágenes de 4 cámaras (A) y 2 cámaras (B)que pueden ser obtenidas en forma se-cuencial con un ecógrafo bidimensional .Las imágenes de la izquierda muestran doscortes transversales planos (C1 y C2) ob-tenidos a diferentes niveles de las imáge-nes longitudinales mostradas a la derecha .La correspondencia entre las imágenes lon-gitudinales y transversales está represen-tada por las líneas verdes (en el panel A) yrojas (en el panel B) que aparecen en lasimágenes longitudinales y que represen-tan el nivel de corte de cada imagen trans-versal. Nótese que, en este ejemplo, lasimágenes transversales son perpendicula-res al eje mayor de las imágenes longitu-dinales .

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un gran interés en el desarrollo de programas decomputación que permitan navegar en forma vir-tualmente ilimitada la imagen volumétrica . Con estafinalidad, nuestro laboratorio está trabajando inten-samente en colaboración con la Universidad deDuke y con ingenieros del Centro de InformaciónTecnológica del National Institutes of Health parael desarrollo y perfeccionamiento de programas ytecnologías basados en computadoras de alta per-formance (Silicon Graphics, Inc .) especialmente di-señadas para la manipulación gráfica de imágenestridimensionales . Las imágenes que son adquiridascon el ecocardiógrafo tridimensional son transferi-das mediante discos ópticos a estas computadoraspara su inmediata (o, si se prefiere, diferida) visua-lización y análisis. La arquitectura especializada de

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Fig . 8. Imagen sistólica correspondienteal mismo paciente mostrado en la Figu-ra 5 . El formato de esta representacióntiene dos diferencias fundamentales conla figura anterior. En primer lugar, semuestran tres cortes transversales enperspectiva (C1, C2 y C3) . Además, loscortes transversales han sido inclinadospara que sean verdaderamente perpen-diculares al eje largo del ventrículo iz-quierdo, como lo muestran las líneas ver-des (panel A) y rojas (panel B) mostra-das en las imágenes longitudinales . Estaimagen permite observar simultánea-mente el movimiento anterior sistólico dela válvula mitral en las imágenes longi-tudinales (flechas blancas en los panelesA y B) y el área del tracto de salida delventrículo izquierdo (LVOT) mostradoen el corte transversal correspondiente(flecha amarilla en C3) .

estos sistemas de computación permite el mapeorápido de la información contenida en la imagenvolumétrica y su proyección en el espacio visual, locual a su vez provee posibilidades que están másallá del ecocardiógrafo mismo . Usando esta meto-dología, es posible visualizar en forma simultáneamúltiples planos superpuestos (Figura 9) . La rapi-dez de los sistemas gráficos que operan dentro dela computadora permite la manipulación virtual dela imagen con la ayuda del mouse y el deslizamien-to de un plano en relación con el otro, así como tam-bién la rotación y focalización en cualquier regiónde la imagen (Figura 10) . Esta forma de visualiza-ción permite, en forma totalmente interactiva y con-trolada por el observador, un examen ilimitado entiempo real de las estructuras contenidas dentro de

Fig . 9. Visualización de la imagen cardíacatridimensional en forma de múltiples pla-nos superpuestos. En la imagen se mues-tran dos planos en eje largo que correspon-den a los planos B descriptos anteriormen-te . Uno de ellos está comprendido por laslíneas rojas y amarilla y el otro por la líneaverde. Además, se observa un plano trans-versal (comprendido en el cuadrado mar-cado por el perímetro celeste) que puedeser deslizado desde la cúspide hacia la basede la pirámide e inclinado para brindar unaapreciación detallada en eje corto de cual-quier segmento del ventrículo izquierdo .

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la imagen volumétrica. El propósito es crear formasmás sofisticadas de visualización de imágenes tri-dimensionales que puedan luego ser adecuadas alas posibilidades del ecocardiógrafo . El objetivo fi-nal es optimizar las posibilidades diagnósticas dela ecocardiografía tridimensional en tiempo real .Por ejemplo, la visualización de múltiples planossuperpuestos permite el análisis detallado de cual-quier región del ventrículo izquierdo, lo cual facili-taría el análisis de la motilidad regional y, por ende,la interpretación del ecocardiograma con estrés .

Análisis de imágenesAdemás de las ventajas relacionadas con la ad-

quisición y visualización de las imágenes ya discu-tidas, la ecocardiografía tridimensional en tiempo

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Fig . 10 . Serie de imágenes con múltiplesplanos superpuestos (cada una de ellas si-milar a la mostrada en la figura anterior)que ilustran la libertad con la cual el ob-servador puede girar e inclinar la imagentridimensional para una visualización com-pleta . En este caso, las imágenes fueronadquiridas durante la inyección de mediode contraste ultrasónico por vía endoveno-sa para mejorar la definición de los bordesendocárdicos . Como se puede apreciar, larotación de la imagen permite un examendetallado de cualquier región del ventrícu-lo izquierdo . La línea blanca central marcael entrecruzamiento de los planos longitu-dinales .

real tiene una ventaja aun mayor : La posibilidad derealizar un análisis cuantitativo verdaderamente tri-dimensional de la anatomía y el funcionamiento car-díacos. Esto constituye quizás el avance más signifi-cativo que ofrece esta técnica dentro del examen clí-nico no invasivo .

La ecocardiografía actual es considerada como elmétodo más útil para la evaluación del paciente conenfermedad del corazón por la cantidad de infor-mación que brinda, sin exponer al paciente a nin-gún tipo de riesgo, y a un costo relativamente bajo .Sin embargo, la limitación más importante de la eco-cardiografía convencional es la falta de una cuanti-ficación confiable y reproducible . Por ejemplo, a pe-sar de que la ecocardiografía bidimensional supues-tamente permite el cálculo de volúmenes ventricu-

Fig . 11 . Ejemplo de medición del volumenventricular izquierdo usando una imagentridimensional en tiempo real. La imagenha sido transportada electrónicamente des-de el ecógrafo a una computadora de altaperformance que permite el manejo de imá-genes tridimensionales . El programa esinteractivo, de modo tal que, después queel observador identifica tres parámetros fá-cilmente reconocibles (el ápice, la base yuna de las paredes laterales del ventrículoizquierdo), la computadora traza automá-ticamente en forma tridimensional un mo-delo que representa la calidad ventricular.El observador puede luego examinar de-talladamente la imagen y modificar el tra-zado, si es necesario, hasta lograr un ajus-te perfecto entre el modelo y el endocar-dio. El volumen ventricular es calculadopor la computadora en forma instantánea .Usualmente, el procesoceso lleva de tres a cin-co minutos .

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lares, el método ecocardiográfico más usado para laevaluación y el seguimiento de pacientes con insufi-ciencia valvular aórtica o mitral es la mediciónunidimensional del diámetro ventricular obtenidacon el ecocardiograma modo M, una técnica desa-rrollada hace ya un cuarto de siglo . Esto se debe aque el cálculo del volumen ventricular con la eco-cardiografía es engorroso, frecuentemente inexacto,y no reproducible . Además, este cálculo asume cier-tas características geométricas del ventrículo izquier-do que no necesariamente se cumplen en todos loscasos y que, paradójicamente, hacen que este cálcu-lo se vuelva más inexacto cuando más se lo necesitacomo, por ejemplo, en el caso de anormalidades re-gionales del ventrículo izquierdo que ocurren enpacientes con infarto de miocardio previo o con mío-cardiopatía hipertrófica .

Los cálculos convencionales más sencillos un¡ ybidimensionales (longitud y área, respectivamente)pueden ser fácilmente realizados sobre cualquierimagen obtenida con el ecocardiógrafo tridimensio-nal. Esto, de por sí, constituye ya una ventaja . Porejemplo, en el caso de pacientes con estenosis mi-tral, no-es necesario que el operador realice una iden-tificación adecuada del área valvular mínima duran-te la realización del estudio (como ocurre con la eco-cardiografía bidimensional) . El observador puede,después que las imágenes bidimensionales han sidoadquiridas, realizar un "barrido" de la válvula mi-tral en la ubicación temporal y espacial correctas paraasí encontrar y trazar la apertura mínima de la vál-vula afectada. (7)

Indudablemente, la mayor ventaja reside en laposibilidad de evaluar cuantitativamente volúme-nes cardíacos en forma fidedigna, por ser ésta una

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medición eminentemente tridimensional . En estesentido, el ecocardiógrafo permite la medición devolúmenes a través de dos métodos diferentes : lasuperposición de discos ortogonales aleje mayor yla superposición de imágenes bidimensionales enabanico que comprenden la totalidad del volumenque se desea medir. Estas técnicas están siendo vali-dadas para la medición de volumen ventricular iz-quierdo y derecho . En nuestro laboratorio estamostrabajando con un programa interactivo inicialmen-te desarrollado en la Universidad de Duke y basadoen computadoras de alta performance gráfica (Sili-con Graphics, Inc.) que permite la medición de vo-lúmenes en forma rápida (cada medición lleva de 3a 5 minutos) (Figura 11) . Trabajos preliminares enmodelos animales y en pacientes han demostrado laexactitud de esta técnica . (8, 9) Basados en el mismoprincipio, y en colaboración con ingenieros del Cen-tro de Información Tecnológica del NationalInstitutes of Health, hemos desarrollado programasinteractivos similares que demostraron en estudiospreliminares ser eficaces para la medición cuantita-tiva de masa ventricular (10) (Figura 12) e, inclusi-ve, de miocardio con anormalidades de contraccióny/o perfusión (11) (Figura 13) .

Doppler tridimensionalEl desarrollo más reciente dentro de la ecocardio-

grafía tridimensional en tiempo real ha sido la in-corporación de Doppler color. Este avance, agrega-do al ecocardiógrafo recién en marzo de 1999, tienemúltiples potencialidades que aún no han sido to-talmente exploradas .

La mejor forma conceptual de entender el Dopplercolor tridimensional es considerar la presencia de

Fig . 12 . Ilustración del modelo generadopor la computadora de alta performancegráfica que se usa para calcular la masamiocárdica del ventrículo izquierdo . Usan-do una modificación del programa utiliza-do para medir el volumen ventricular (verfigura anterior), la computadora (en for-ma interactiva con el observador) generaun modelo tridimensional del endocardio(en amarillo) y del epicardio (en verde) . Ladiferencia entre estos dos volúmenes, porlo tanto, corresponde a la masa miocárdi-ca que es calculada automáticamente porla computadora.

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una pirámide con información de velocidad de flujocontenida dentro de la imagen anatómica tridimen-sional. El tamaño de la pirámide de Doppler colores determinado por el operador y la informaciónpuede ser examinada en la misma forma descriptaanteriormente para la imagen ecográfica . De estaforma, el patrón de velocidad de flujo intracardíacoproporcionado puede ser visualizado en múltiplesplanos que el observador puede modificar fácil yrápidamente tanto durante como después de la ad-quisición de las imágenes (Figura 14) .

Desde el punto de vista cualitativo, el Dopplercolor tridimensional permite una evaluación máscompleta de los distintos patrones de flujo intracar-

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-5 6

PAP 2 5 kHzRate 5 6 f/s

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Comp C4Re ,

6

-39Err/ a

-6 6

Echo Far Depth/Eep

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Fig. 13 . Ilustración del modelo usado porla computadora de alta performance grá-fica para calcular la magnitud de regionesdel ventrículo izquierdo con anormalida-des de motilidad . Luego de calcular lamasa miocárdica total del ventrículo comose indica en la figura anterior, el observa-dor puede trazar, usando el mouse de lacomputadora, el endocardio del segmentocon anormalidades de contracción. Par-tiendo de este trazado, la computadoragenera una representación gráfica del de-fecto de contracción (área en rojo) y calcu-la el volumen tridimensional del área anor-mal en términos absoluto y relativo a lamasa miocárdica total .

díacos normales y anormales . Por ejemplo, en unpaciente con insuficiencia mitral, la anatomía delchorro de regurgitación puede apreciarse más fácil-mente si se consideran en forma simultánea dos vis-tas ortogonales como, por ejemplo, una imagen de 4cámaras al mismo tiempo que una imagen en eje cor-to a nivel del plano valvular mitral . Además, comose describió anteriormente, la imagen en eje corto(correspondiente al plano C) puede deslizarse a vo-luntad del operador a lo largo de la imagen en 4cámaras (plano B) e inclusive inclinarse (plano I) paraobtener imágenes perfectamente ortogonales . Deeste modo, se puede examinar en forma más com-pleta la dirección y severidad de la regurgitación .

Fig. 14 . Ejemplo de Dopplercolor tridimen-sional en un paciente con insuficiencia aór-tica . La disposición de las múltiples imá-genes tomográficas es igual a la descriptaanteriormente . Las imágenes de la derecha(planos B) muestran el flujo anormal en re-lación con la cavidad total del ventrículoizquierdo, mientras que los cortes transver-sales de la izquierda (planos C) muestranla regurgitación en relación con el área deltracto de salida del ventrículo izquierdo .

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Esto puede tener importancia significativa en la ci-rugía de reconstrucción valvular, ya que brindaríaal cirujano información preoperatoria sobre cómoabordar mejor la estructura valvular de acuerdo conel patrón tridimensional de la regurgitación . En pa-cientes con insuficiencia aórtica, el Doppler colortridimensional permite apreciar la magnitud de laregurgitación simultáneamente en sentido transver-sal (es decir, en relación con el área del tracto de sa-lida del ventrículo izquierdo) y en sentido longitu-dinal (es decir, en relación con el eje mayor del ven-trículo izquierdo) (Figura 14) . Esto podría aumentarla reproducibilidad de la evaluación de esta anoma-lía valvular. Otra ventaja potencial del Doppler tri-dimensional es la evaluación cualitativa de los shuntsintracardíacos. Con la ecocardiografía bidimensio-nal, estas anomalías congénitas son examinadas enuna sucesión de planos, en general poco estandari-zados, obtenidos en forma secuencial . La ecocardio-grafía tridimensional en tiempo real con Dopplercolor permite la adquisición de imágenes para unexamen completo del corazón en un solo ciclo car-díaco; el observador, a posteriori, puede examinar laimagen volumétrica con el correspondiente patrónde flujo independientemente de la forma en que fuerealizado el estudio. Esto, a su vez, facilitaría la eva-luación no invasiva anatómica y funcional de ano-malías congénitas complejas .

Desde el punto de vista cuantitativo, la evalua-ción tridimensional en tiempo real de anormalida-des de flujos intracardíacos puede proporcionar ven-tajas considerables . La aplicación cuantitativa másinmediata está relacionada con la cuantificación dela magnitud del volumen de regurgitación tantomitral como aórtica. Esto constituiría una ventaja

REVISTA ARGENTINA DE CARDIOLOGIA, MAYO-JUNIO 1999, VOL . 67, N'3

Fig . 15. Ilustración de una imagen tridi-mensional del ventrículo izquierdo usan-do un programa especialmente diseñadopara la detección automática de bordesendocárdicos. Los anillos celestes represen-tan distintos cortes transversales del ven-trículo izquierdo desde el ápice hasta labase . Estos anillos son trazados automáti-camente por la computadora usando unprograma especialmente diseñado para ladetección de bordes partiendo de formastridimensionales básicas aplicadas a la geo-metría del ventrículo izquierdo. (Cortesía :Dr. George Stetten, Universidad de Duke.)

importante sobre la ecocardiografía bidimensional,ya que ésta tiene importantes limitaciones con res-pecto a la determinación de la severidad de la insu-ficiencia valvular. El valor relativo del Doppler co-lor tridimensional para este propósito aún no ha sidodeterminado. En nuestro laboratorio hemos inicia-do recientemente estudios prospectivos, en mode-los animales, de insuficiencia mitral, insuficienciaaórtica e insuficiencia pulmonar para determinar lautilidad y las desventajas de este método .

Conclusiones y proyeccionesLa ecocardiografía tridimensional en tiempo real

es una técnica novedosa basada en la adquisicióninstantánea de imágenes volumétricas . Esto permi-te realizar una evaluación completa de la anatomíay el funcionamiento cardíacos en un solo latido . Estatécnica expande así las posibilidades de la cardiolo-gía no invasiva. En primer lugar, permite un exa-men ultrasónico del corazón menos dependiente deloperador y, por lo tanto, más reproducible . Además,brinda por primera vez la posibilidad de cuantificarla función ventricular en forma verdaderamente tri-dimensional sin tener que asumir una geometríapreestablecida de dichas cámaras cardíacas . Es im-portante enfatizar que ésta es una técnica en cons-tante desarrollo y que tiene, por el momento, ciertaslimitaciones importantes. La principal de éstas es unaresolución menor que la de la ecocardiografía bidi-mensional. Esta limitación puede afectar la identifi-cación correcta del endocardio (y, por lo tanto, de lamotilidad parietal) en ciertos pacientes . En estos ca-sos, medios de contraste ultrasónico administradospor vía endovenosa facilitan la identificación delendocardio (Figura 10) . Estudios realizados en nues-

ECOCARDIOGRAFIA TRIDIMENSIONAL EN TIEMPO REAL / Julio A . Panza

tro laboratorio demostraron que esta intervenciónincrementa la exactitud de las mediciones de volu-men obtenidas a partir de las imágenes tridimensio-nales. (12) Otras limitaciones, como la presencia deun ángulo de examinación menor que el usado porla ecocardiografía bidimensional convencional y lafalta de segunda armónica, probablemente sean sub-sanadas en el futuro inmediato .

Innovaciones más sofisticadas están actualmenteen investigación . Entre éstas, quizá la más impor-tante sea la detección automática de bordesendocárdicos porque permitiría el cálculo instantá-neo de los volúmenes y de la función cardíacos (13)(Figura 15). Específicamente, un análisis automáti-co de la información tridimensional que sea exactoy confiable posibilitaría la investigación clínica deinnumerables intervenciones que afectan la funciónventricular. Otro campo aún no explorado es la po-sibilidad de usar esta técnica en conjunción con sus-tancias de contraste para medir perfusión miocárdi-ca en forma tridimensional.

En conclusión, la ecocardiografía tridimensionalen tiempo real abre nuevas puertas para el diagnós-tico y la investigación clínica de las enfermedadesdel corazón . Los constantes avances de esta técnicaprometen convertirla en el método de elección parala evaluación no invasiva de los pacientes cardíacosen el nuevo milenio .

SUMMARY

REAL-TIME THREE-DIMENSIONALECHOCARDIOGRAPHY

Conventional echocardiography and its represen-tation of the heart in a two-dimensional formatonly provide partial information about cardiacfunction. The development of three-dimensionalechocardiography permits a more objective andquantitative assessment of cardiac physiology.Real-time three-dimensional echocardiographywas developed at Duke University and is based onthe design of an ultrasound transducer with a ma-trix array that instantaneously acquires the imagecontained in a three-dimensional pyramidal vol-ume. The simultaneous visualization of multipletomographic images allows the anatomically cor-rect examination of any structure contained withinthe volumetric image . Software and technologiesbased on high performance computers designed forgraphic handling of three-dimensional images per-mit the rapid mapping of the volumetric image andprovide possibilities beyond those of the echo-graph. Using this methodology, it is possible to si-multaneously visualize multiple superimposedplanes in a completely interactive manner control-

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led by the operator. Real-time three-dimensionalechocardiography also allows a quantitative assess-ment of cardiac volumes, ventricular mass, andeven myocardium with contraction and/orperfusion abnormalities . The recent addition ofcolor flow Doppler offers other possibilities notyet explored. This technique thus expands theabilities of non-invasive cardiology and opens newdoors for the diagnosis and clinical investigationof cardiac disease .

Key words Cardiac ultrasound - Three-dimensionalechocardiography - Ventricular function

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