Nicolò Schicchi, Marco Fogante, Gian Marco Giuseppetti, Andrea Giovagnoni
La tomografia computerizzata cardiaca (cardio-TC) e la risonanza magnetica cardiaca (cardio-RM) hanno richiesto molto tempo per essere utilizzate nella routine clinica ma, attualmente, rappresentano i cardini dell’imaging cardiaco con un costante aumento delle loro indicazioni cliniche e hanno contribuito ad un notevole progresso nella comprensione, nella diagnosi e nel trattamento delle cardiopatie congenite ed acquisite.
Introduzione
La cardio-TC è in grado di fornire un’eccellente qualità d’immagine per la valutazione non invasiva delle arterie coronarie. Attualmente, il requisito necessario per ottenere un imaging cardiaco accurato è la possibilità di utilizzare scanner TC a 64 o più file di detettori (strati).
L’acquisizione è cardio-sincronizzata mediante elettrocardiogramma (ECG) e può essere di tipo retrospettico o prospettico. La tecnica retrospettica prevede un’acquisizione elicoidale, durante tutte le fasi del ciclo cardiaco e trova indicazione nei pazienti aritmici o con frequenza cardiaca maggiore di 70 battiti per minuto. I vantaggi di questa tecnica sono la possibilità di ricostruire l’immagine in tutte le fasi del ciclo cardiaco, la minore influenza delle variazioni della frequenza cardiaca e la possibilità di valutare la funzione cardiaca. Lo svantaggio è l’elevata dose di radiazioni somministrata al paziente. La tecnica prospettica prevede un’acquisizione “step-and-shoot”, durante la fase diastolica del ciclo cardiaco e trova indicazione nei pazienti ritmici e con frequenza cardiaca minore di 70 battiti per minuto. Il vantaggio di questa tecnica è la bassa dose di radiazioni somministrata al paziente. Gli svantaggi sono l’acquisizione delle immagini in una singola fase del ciclo cardiaco, con rischio di artefatti in caso di variabilità del ritmo cardiaco e l’impossibilità di ottenere la funzione cardiaca.
Le applicazioni cardiovascolari della cardio-RM hanno subito un notevole sviluppo negli ultimi anni sia in ambito di ricerca che in ambito clinico per avanzamenti tecnici, migliore qualità dell’immagine e capacità di dirimere problematiche intrinsecamente cardiologiche.
La cardio-RM prevede la sincronizzazione degli impulsi a radiofrequenza con il tracciato ECG in modo da minimizzare gli artefatti da movimento cardiaco. Vengono utilizzati i piani di scansione simili all’ecocardiografia: asse lungo, parallelo al setto interventricolare (vista atrio-ventricolo); asse lungo, perpendicolare al setto interventricolare (vista 4 camere); asse corto, perpendicolare al setto interventricolare (vista 2 camere). Sono utilizzate sequenze veloci turbo-spin echo e gradient echo che consentono di ottenere la morfologia cardiaca e la dinamica del movimento cardiaco.
I vantaggi della cardio-RM sono di non utilizzare radiazioni ionizzanti, la multiplanarietà (il piano di sezione può essere orientato a piacere) e l’elevata risoluzione temporale (fondamentale per l’analisi dinamica del movimento cardiaco). Gli svantaggi sono la lunghezza dell’esame, che lo rende meno indicato per pazienti in precarie condizioni cliniche, in pazienti pediatrici o per la diagnosi di malattie acute e l’incompatibilità con alcuni device elettromedicali.
Cardio TC: attuali indicazioni
Nella malattia delle arterie coronarie (CAD), la cardio-TC è indicata nell’esclusione di stenosi significative nei pazienti con basso o intermedio profilo di rischio cardiovascolare e ha consentito di ridurre del 60% le indagini di coronarografia invasiva. Infatti, l’alto valore predittivo negativo (97-99%), confermato uniformemente in tutti gli studi pubblicati, suggerisce l’utilizzo della cardio-TC quale metodica di prima scelta per escludere la presenza di CAD nei pazienti sintomatici ma con ECG e enzimi cardiaci negativi o nei pazienti asintomatici ma con esami di I livello dubbi per possibile ischemia cardiaca.
Nel follow-up di pazienti con stent coronarici, con la cardio-TC a 64 strati sono stati ottenuti valori di sensibilità del 93% e specificità dell’89% per la valutazione di re-stenosi intra-stent con diametro maggiore di 2,5 mm; in stent con diametro maggiore di 2,0 mm la sensibilità e la specificità erano invece rispettivamente dell’84% e del 99%. Nel follow-up di pazienti rivascolarizzati con by-pass, il buon calibro dei by-pass aorto-coronarici e la loro relativa immobilità permettono un’accurata valutazione mediante imaging non invasivo. Sempre con scanner TC a 64 strati sono stati riportati ottimi risultati: sensibilità del 97%, specificità dell’89%, valore predittivo positivo del 90% e valore predittivo negativo del 97% con accuratezza nella diagnosi di occlusione completa dei by-pass arteriosi e venosi che si avvicina al 100%.
Nello studio delle anomalie coronariche, la cardio-TC permette la valutazione dell’origine e del decorso dell’arterie coronarie per escludere eventuali decorsi maligni (es. decorso inter-arterioso). Nella valutazione del calcio coronarico, la cardio-TC senza somministrazione di mezzo di contrasto, è indicata per la misurazione dei depositi calcifici coronarici che consentono una migliore stratificazione del rischio di cardiopatia ischemica, in una popolazione asintomatica con moderato-alto profilo di rischio cardiovascolare. Il punteggio di Agatston è utilizzato per quantificare la presenza di calcio coronarico: si ottiene moltiplicando l’area della calcificazione per il suo massimo valore di attenuazione.
Inoltre la cardio-TC è indicata nello studio delle cardiopatie congenite e nella valutazione anatomica e funzionale cardiaca nei casi in cui altre metodiche, quali l’ecocardiogramma e la cardio-RM non siano effettuabili o non abbiano dato conclusioni diagnostiche (es. per artefatti, per device elettromedicali) [10]. La tabella 1 illustra le principali indicazioni della cardio-TC.
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Malattia delle arterie coronarie (CAD) |
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Esclusione di CAD in paziente asintomatico con precedenti test cardiaci di I livello non diagnostici o non definitivi |
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Esclusione di CAD in paziente con dolore toracico acuto (con ECG negativo ed enzimi negativi) |
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Valutazione di anomalie delle arterie coronarie |
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Follow-up stent delle arterie coronarie |
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Follow-up by-pass delle arterie coronarie |
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Cardiopatie congenite (se ecografia e/o cardio-RM non diagnostiche o non eseguibili) |
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Diagnosi di cardiopatie congenite complesse |
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Follow-up di cardiopatie congenite nell’adulto (GUCH) corrette chirurgicamente |
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Valutazione anatomo-funzionale cardiaca (se ecografia e/o cardio-RM non diagnostiche o non eseguibili) |
Tabella 1 - Principali indicazioni
Cardio TC: nuove tecniche e campi di applicazione
TC a doppio tubo radiogeno (DSCT) e protocollo “turbo flash”
La dose radiante somministrata al paziente è uno dei punti cruciali della nuova generazione di TC dedicate all’imaging cardiaco. Con la tecnica retrospettica la dose somministrata è di 15-20 mSv, maggiore rispetto a quella data con coronarografia (5-10 mSv), con la tecnica prospettica invece la dose è di 7-10 mSv. Il recente sviluppo di una nuova soluzione tecnologica, che prevede la possibilità di utilizzare due tubi radiogeni contemporaneamente (DSCT), rappresenta un’ulteriore rivoluzione nell’imaging cardiaco con TC. La DSCT è costituita da due tubi radiogeni disposti a 90° l’uno dall’altro. In questo modo per l’acquisizione dell’immagine è sufficiente solo un quarto di rotazione raddoppiando la risoluzione temporale rispetto a una CT a singolo tubo radiogeno. Attualmente con i più recenti e tecnologicamente avanzati DSCT scanner è possibile utilizzare un terzo protocollo (oltre ai due sopracitati) chiamato “turbo flash” che si caratterizza per un’acquisizione elicoidale prospettica con una risoluzione temporale di 66 ms, permettendo l’acquisizione dell’intero cuore in meno di 0,2s. Il protocollo “turbo flash” è indicato in pazienti con battito cardiaco ritmico e con frequenza inferiore a 65 battiti per minuto. Con questo protocollo è possibile ottenere un’immagine cardiaca erogando meno di 1 mSv di dose radiante. Oggi nel mondo della cardio-CT si parla di “submillisivert era” o “submillisievert imaging”.
Modulazione di dose radiante
La dose radiante somministrata al paziente può essere ridotta utilizzando un sistema di modulazione ECG-controllato dell’emissione della corrente del tubo radiogeno. Ossia, l’erogazione della corrente emessa dal tubo radiogeno è massima solo nella fase diastolica del ciclo cardiaco (fase in cui il circolo coronarico è meno soggetto ai movimenti di traslazione del cuore), dov’è necessario avere un massimo rapporto segnale-rumore, e viene ridotta di circa l’80% nella restante parte del ciclo. Con tale accorgimento la dose assorbita in un esame con tecnica retrospettica è di circa 10-15 mSv, vicina all’esposizione media di una coronarografia.
SnapShot Freeze
Gli artefatti da movimento possono essere ridotti con un nuovo software, chiamato SnapShot Freeze, che seleziona i voxel più fermi dell’immagine cardiaca e ricostruisce l’arteria coronaria correggendo gli artefatti da movimento. Questo software permette di poter acquisire immagini con una frequenza cardiaca di 70-80 battiti per minuto senza l’utilizzo dì beta bloccanti.
TC a doppia energia (DECT)
La TC a doppia energia (DECT) è costituita da due tubi radiogeni disposti a 90° l’uno dall’altro che utilizzano diverso kilo-voltaggio. Questo presupposto permette di acquisire l’immagine a basso kilo-voltaggio (70-90 kVp) ed alto kilo-voltaggio (120-140 kVp). Sulla base di questa nuova tecnologia, nell’imaging cardiaco è possibile: ridurre gli artefatti da calcio coronarico, migliorando il rapporto segnale-rumore dell’immagine; ridurre la dose di mezzo di contrasto, migliorando il rapporto contrasto-rumore; valutare i componenti costituenti la placca coronarica (calcio, fibro-lipidi), identificando la placca vulnerabile maggiormente correlata ad eventi ischemici.
FFRTC
La riserva di flusso coronarico (FFR) è il rapporto tra la pressione a valle e a monte di una stenosi coronarica ed esprime la riduzione del flusso coronarico dopo una placca rispetto a quello presente prima (può assumere valori da 0 a 1). Numerosi studi hanno dimostrato la sua correlazione inversa con il rischio di ischemia miocardica ma attualmente è usato di routine solo in coronarografia. Recentemente sono stati introdotti nel mercato dei software per l’applicazione dell’FFR in cardio-TC (FFRCT), che consentono di calcolare l’FFR senza modificare protocolli e parametri di acquisizione dell’immagine. Sebbene l’FFRCT sia di sviluppo relativamente recente, diversi lavori scientifici hanno fornito prove di accuratezza diagnostica comparabile all’FFR della coronarografia.
Cardio RM: attuali indicazioni
La cardio-RM trova indicazione in tutti i pazienti in cui l’ecocardiografia non sia diagnostica per cattiva finestra acustica, quando è necessaria una precisa quantificazione dei volumi, della massa e della funzione cardiaca, in molte condizioni in cui il paziente non desideri eseguire l’ecocardiografia trans-esofagea (ad esempio per lo studio dell’aorta, delle masse atriali e ventricolari superiori ai 2-3 mm, nella sospetta trombosi dell’auricola sinistra).
Nella valutazione anatomo-funzionale cardiaca, la cardio-RM rappresenta il gold standard per la misurazione dei volumi cavitari, delle masse e per lo studio delle alterazioni della contrattilità. Permette la diagnosi di infarti misconosciuti e degli esiti. Inoltre, è utile per la caratterizzazione tissutale miocardica (valutazione di edema, fibrosi, accumulo di ferro e accumulo lipidico). Le miocarditi e le cardiomiopatie, ad esempio, sono un ambito di notevole interesse, dove una specifica distribuzione del “delayed enhancement” del contrasto può supportare la diagnosi ed escludere la genesi aterosclerotica di una lesione miocardica. Nelle malattie valvolari, nonostante l’ecocardiografia costituisca l’esame di prima scelta, la cardio-RM con le sequenze phase contrast permette di misurare il flusso di sangue e valutare in maniera non invasiva il rapporto tra la portata di sangue attraverso la valvola polmonare e la valvola aortica (Qp/Qs) per individuare indirettamente degli shunt tra cuore destro e sinistro. Inoltre la cardio-RM permette di valutare in modo accurato il prolasso mitralico, la valvola aortica e la valvola polmonare che talvolta non possono essere studiate con precisione con l’ecocardiografia. Lo studio dei tumori cardiaci primitivi o metastatici rappresenta una delle prime indicazioni della cardio-RM. Nelle cardiopatie congenite offre un ausilio per ottenere informazioni essenziali quali lo stato del circolo polmonare, i rapporti tra le camere e la presenza di shunt. Inoltre è indicata nel follow-up delle cardiopatie congenite nell’adulto (GUCH) corrette chirurgicamente. Le principali indicazioni sono riassunte nella Tabella 2.
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Valutazione anatomo-funzionale cardiaca |
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Valutazione di volumi cavitari e massa cardiaca |
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Valutazione contrattilità segmentaria e globale cardiaca |
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Esclusione di cause morfologiche di aritmie cardiache |
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Valutazione degli esiti di pregresso infarto miocardico pregresso |
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Diagnosi di infarto non riconosciuto dalla scintigrafia miocardica |
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Diagnosi differenziale tra cardiopatia ischemica e non ischemica |
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Valutazione di cardiomiopatia ipertrofica/dilatativa/restrittiva/infiltrativa |
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Diagnosi di cardiomiopatia del ventricolo destro |
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Diagnosi ed esiti di miocardite |
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Valutazione di accumulo di ferro miocardico |
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Valutazione di accumulo lipidico miocardico |
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Riconoscimento e follow-up della trombosi ventricolare |
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Valutazione prima di impianto di defibrillatore |
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Malattie valvolari (se ecografia non diagnostica) |
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Valvola mitrale: prolasso mitralico |
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Valvola aortica: valutazione della stenosi, dell’insufficienza e dei lembi valvolari |
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Valvola polmonare: valutazione della stenosi, insufficienza e dei lembi valvolari |
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Patologia neoplastica |
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Diagnosi e follow-up di patologia neoplastica primitiva e metastatica |
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Cardiopatie congenite |
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Diagnosi di cardiopatie congenite complesse |
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Follow-up di cardiopatie congenite nell’adulto (GUCH) corrette chirurgicamente |
Tabella 2 - Principali indicazioni
Cardio RM: nuove tecniche e campi di applicazione
Studio di perfusione e Late Gadolinium Enhancement (LGE)
Nella cardiopatia ischemica, la cardio-RM permette lo studio delle ripercussioni cardiache dal più precoce evento della cascata ischemica, costituito dall’iniziale compromissione perfusionale sub-endocardica, proseguendo nella dimostrazione delle lesioni stabilizzate ischemiche, dapprima reversibili e poi irreversibili. Con lo studio di perfusione, qualunque riduzione, acuta o cronica, del flusso ematico coronarico distrettuale, dovuta a patologia ostruttiva aterosclerotica e/o alla compromissione del microcircolo, si ripercuoterà in una riduzione dell’impregnazione di mezzo di contrasto del tessuto ipo-perfuso, che risulterà quindi ipointenso rispetto al miocardio limitrofo normalmente irrorato. Lo studio del Late Gadolinium Enhancement (LGE) permette di valutare l’accumulo tardivo di mezzo di contrasto per alterato wash-out nelle zone infartuate rispetto al miocardio normale dovuto all’aumentato della fibrosi cicatriziale extracellulare. Le aree di necrosi risulteranno pertanto iperintense in fase tardiva rispetto al miocardio vitale. La cardio-RM è l’unica metodica in grado di consentire una diretta valutazione della presenza ed estensione transmurale delle aree di effettiva necrosi ischemica irreversibile rispetto alle zone di danno potenzialmente reversibile. Quindi la cardio-RM fornisce una valutazione complessiva del danno miocardico in seguito ad un evento infartuale e permette di studiare le alterazioni di tipo meccanico (sulla funzionalità cardiaca) ed elettrico (considerando che eventuali cicatrici fibrotiche post-infartuali possono essere causa di aritmie).
Sequenze senza contrasto
Dati i recenti dubbi sulla sicurezza dell'uso di mezzo di contrasto a base di gadolinio nei pazienti con funzionalità renale compromessa, c'è stato un rinnovato interesse nello sviluppo di sequenze in grado di caratterizzare i tessuti senza la necessità di agenti di contrasto.
Sequenze per la valutazione delle arterie coronarie
Le sequenze per la valutazione delle arterie coronarie permettono, con la recente introduzione di nuove tecnologie software e hardware (alti campi magnetici, alti gradienti, imaging parallelo), lo studio dell’origine e del decorso delle arterie coronarie per escludere decorsi maligni (es. decorso inter-arterioso). Inoltre, sono in studio ulteriori sequenze che permetteranno di caratterizzare i costituenti della placca aterosclerotica (calcio, fibro-lipidi), fornendo la possibilità di individuare le placche vulnerabili correlate a un rischio maggiore di rottura e di evento ischemico.
Sequenze T1 e T2 Mapping
I valori dei tempi di rilassamento T1 e T2 riflettono i segnali provenienti dal comparto intracellulare ed extracellulare (inclusi il tessuto interstiziale ed intravascolare) e permettono di differenziare i vari tessuti. Le sequenze T1 e T2 Mapping valutano i tempi di rilassamento T1 e T2 di ogni porzione del tessuto miocardico. L’aumento del tempo di rilassamento T1 si associa a patologie come l'amiloidosi cardiaca e la cardiomiopatia ipertrofica o dilatativa (per accumulo di fibrosi). La riduzione del tempo di rilassamento T1 si associa alla siderosi (per accumulo di ferro) e alla malattia di Fabry (per accumulo di lipidi). L’aumento del tempo di rilassamento T2 si associa a miocardite e ad infarto miocardico acuto (per edema).
Sequenze di diffusione
Le sequenze di diffusione applicate alla cardio-RM potrebbero essere ben presto utilizzate per distinguere le zone di ischemia, di edema e di fibrosi nell’infarto miocardio acuto senza utilizzo di mezzo di contrasto.
Sequenze a respiro libero e senza cardio-sincronizzazione
Lo sviluppo di sequenze sempre più rapide associate a nuove modalità di acquisizione dell’immagine permetteranno di ottenere una risoluzione temporale di 20 ms per eseguire esami cardio-RM, senza necessità di cardio-sincronizzazione e di apnea del paziente. Queste sequenze saranno utili nel caso di pazienti non collaboranti e pazienti pediatrici.
Conclusioni
La cardioradiologia è un settore della radiologia che sta conoscendo, grazie ai progressi tecnologici, una grande espansione in termini di numero di esami eseguiti e di capacità diagnostiche. Ciò che in passato si poteva solo immaginare, oggi è diventato realtà. Nuovi ed entusiasmanti sviluppi tecnologici garantiranno alla cardio-TC e alla cardio-RM un brillante futuro, in cui il medico radiologo sarà in grado di rispondere in maniera sempre più accurata ai quesiti posti dal medico specialista. Tutto ciò per garantire la realizzazione, di quello che è il fine ultimo della medicina: migliorare la cura e il benessere del paziente.
Hans Castorp’s attention was taken up
by something like a bag, a strange, animal shape,
darkly visible behind the middle column,
or more on the right side of it—the spectator’s right.
It expanded and contracted regularly,
a little after the fashion of a swimming jelly-fish.
“Look at his heart,”
and the Hofrat lifted his huge hand
again from his thigh and pointed with his forefinger
at the pulsating shadow.
Good God, it was the heart,
it was Joachim’s honour loving heart that Hans Castorp saw!
Thomas Mann, The Magic Mountain (1924)
Bibliografia
1. Schroeder S, Achenbach S, Bengel F, et al. Cardiac computed tomography: indications, applications, limitations, and training requirements – report of a writing group deployed by the Working Group Nuclear Cardiology and Cardiac CT of the European Society of Cardiology and the European Council of Nuclear Cardiology. Eur Heart J 2008; 29(4):531–556.
2. Alkadhi H, Leschka S. Radiation dose of cardiac computed tomography: what has been achieved and what needs to be done. Eur Radiol 2011; 21(3):505–509.
3. Machida H. Heart and vessels. In: Ueno E, Chen KM, Liu A, Machida H, eds. Spectral CT: basic principle and clinical applications. Gakken Medical Shujunsha 2013; 206–212.
4. Finn JP, Nael K, et al. Cardiac MR imaging: state of technology. Radiology 2006; 241(2):338-354.
5. Cerqueira MD, Weissman NJ, Dilsizian V. Standardized myocardial segmentation and nomenclature for tomographic imaging of the heart. Circulation 2002; 105:539-542.
6. Pennell D, Sechtem U, Higgins CB, et al. Clinical indications for cardiovascular magnetic resonance (CMR): consensus panel report. Eur Heart J 2006; 25:1940-1965.