Detección de fibrosis en imágenes de cine de resonancia cardíaca mediante el uso de técnicas de inteligencia artificial / Fibrosis detection on MR-Cine images by using artificial intelligence techniques

RESUMEN Introducción: Las técnicas de inteligencia artificial han demostrado tener un gran potencial en el área de la cardiología, especialmente para identificar patrones imperceptibles para el ser humano. En este sentido, dichas técnicas parecen ser las adecuadas para identificar patrones en la textura del miocardio con el objetivo de identificar y cuantificar la fibrosis. Objetivos: Proponer un nuevo método de inteligencia artificial para identificar fibrosis en imágenes cine de resonancia cardíaca. Materiales y métodos: Se realizó un estudio retrospectivo observacional en 75 sujetos del Sanatorio San Carlos de Bariloche. El método propuesto analiza la textura del miocardio en las imágenes cine CMR (resonancia magnética cardíaca) mediante el uso de una red neuronal convolucional que determinar el daño local del tejido miocárdico. Resultados: Se observó una precisión del 89% para cuantificar el daño tisular local en el conjunto de datos de validación y de un 70% para el conjunto de prueba. Además, el análisis cualitativo realizado muestra una alta correlación espacial en la localización de la lesión. Conclusiones: El método propuesto permite identificar espacialmente la fibrosis únicamente utilizando la información de los estudios de cine de resonancia magnética nuclear, mostrando el potencial de la técnica propuesta para cuantificar la viabilidad miocárdica en un futuro o estudiar la etiología de las lesiones.

ABSTRACT Background: Artificial intelligence techniques have demonstrated great potential in cardiology, especially to detect imperceptible patterns for the human eye. In this sense, these techniques seem to be adequate to identify patterns in the myocardial texture which could lead to characterize and quantify fibrosis. Purpose: The aim of this study was to postulate a new artificial intelligence method to identify fibrosis in cine cardiac magnetic resonance (CMR) imaging. Methods: A retrospective observational study was carried out in a population of 75 subjects from a clinical center of San Carlos de Bariloche. The proposed method analyzes the myocardial texture in cine CMR images using a convolutional neural network to determine local myocardial tissue damage. Results: An accuracy of 89% for quantifying local tissue damage was observed for the validation data set and 70% for the test set. In addition, the qualitative analysis showed a high spatial correlation in lesion location. Conclusions: The postulated method enables to spatially identify fibrosis using only the information from cine nuclear magnetic resonance studies, demonstrating the potential of this technique to quantify myocardial viability in the future or to study the etiology of lesions.

Variables asociadas al restablecimiento de la función ventricular luego de la revascularización miocárdica en pacientes con disfunción sistólica / Variables associated with the restoration of ventricular function after myocardial revascularization in patients with systolic dysfunction / Variáveis associadas com a restauração da função ventricular após a revascularização do miocárdio em pacientes com disfunção sistólica

Introducción. La revascularización miocárdica es el tratamiento de elección en pacientes con disfunción sistólica isquémica. Objetivos. Determinar las variables asociadas al restablecimiento de la fracción de eyección en pacientes con disfunción ventricular isquémica sometidos a revascularización miocárdica. Materiales y métodos. Se incluyeron pacientes con fracción de eyección del ventrículo izquierdo (FEVI) <50% sometidos a cirugía por anatomía coronaria y seguimiento ecocardiográfico ≥6 meses. Se analizaron variables relacionadas con la mejoría de la FEVI (>5%). Resultados. Se incluyeron 95 pacientes, el 91,6% masculino, edad media de 63 años, 40% diabéticos, 27% con infarto previo y FEVI de 36 ± 6%. Se evaluó viabilidad en el 78%. Durante el postoperatorio, el 12% presentó isquemia perioperatoria y el 28% bajo gasto cardíaco. Tras análisis multivariado, la viabilidad y la ausencia de isquemia perioperatoria fueron predictores independientes de la mejoría de la FEVI. Conclusión. La viabilidad y la falta de isquemia durante el perioperatorio se asociaron con mejoría de la FEVI durante el postoperatorio alejado.

Introduction. Myocardial revascularization is considered the best option for patients with ischemic left ventricular dysfunction. Objectives. To identify associated variables with the improvement of ejection fraction after surgical revascularization (CABG). Materials and methods. We included patients with ejection fraction (EF) <50% who underwent to CABG. We examine preoperative predictors of ventricular functional recovery. Results. We included 95 patients, 91.6% male, mean age of 63 years, 40% diabetes, 27% with prior myocardial infarction and EF average of 36 ± 6%. Myocardial viability was evaluated in 78%. After surgery, 12% presented postoperative ischemia and 28% low cardiac output syndrome. In a multivariate analysis, myocardial viability and absence of postoperative ischemia were both predictors of improvement in EF. Conclusion. Myocardial viability and absence of postoperative ischemia were both associated with improvement in post operative EF.

Introdução. A revascularização do miocárdio é considerada a melhor opção para pacientes com disfunção ventricular esquerda isquêmica. Objetivos. Determinar as variáveis associadas à melhora da fração de ejeção (FE) após a revascularização cirúrgica (CRM). Materiais e métodos. Foram incluídos pacientes com FE <50% submetidos à CRM de acordo com a anatomia coronariana e ecocardiográfica ≥6 meses. Foram analisadas as variáveis relacionadas à melhora da FE (>5%). Resultados. Foram incluídos 95 pacientes, 91,6% do sexo masculino, idade média 63 anos, 40% eram diabéticos, 27% com infarto do miocárdio prévio e FE média de 36 ± 6%. A viabilidade miocárdica foi avaliada em 78%. Após a cirurgia, 12% apresentaram isquemia peri-operatória e 28% síndrome de baixo débito cardíaco. Em uma análise multivariada, a viabilidade miocárdica e ausência de isquemia peri-operatória foram ambos preditores de melhora na FE. Conclusão. A viabilidade miocárdica e ausência de isquemia peri-operatória foram ambos associados com a melhora da FE durante o pós-operatório.

La importancia de la detección de viabilidad miocárdica en la toma de decisiones en miocardiopatías dilatadas avanzadas isquémico-necróticas / The importance of the detection of myocardial viability in decision making in advanced dilated isquemic myocadiopathies / A importância da detecção de viabilidade miocárdica em tomada de decisões em miocardiopatias dilatadas avançadas isquêmicas- necróticas

La insuficiencia cardíaca es la primera causa de discapacidad y muerte, que afecta a más de cinco millones de individuos en los Estados Unidos. La morbilidad de esta patología está dada por hospitalizaciones recurrentes, lo que eleva los costos en salud. Los nuevos tratamientos para la insuficiencia cardíaca han mejorado los resultados; pero a pesar de ello, la mortalidad continúa siendo elevada. Debido a que el riesgo operatorio de la cirugía de revascularización es alto en los pacientes con disfunción ventricular izquierda y el beneficio de la misma no siempre está asegurado, la estratificación del riesgo no-invasiva para definir la existencia de miocardio viable es esencial. La detección de miocardio viable en pacientes con enfermedad coronaria y disfunción ventricular izquierda (con estudios de perfusión SPECT o con imágenes metabólica con FDG) es considerada una recomendación clase I (nivel de evidencia B). La disfunción ventricular izquierda en la cardiopatía isquémica puede ser debida a tejido fibrótico, necrótico o a tejido viable que puede estar atontado o hibernado. Aproximadamente el 70% de la causa de insuficiencia cardíaca es la enfermedad coronaria, y un número significativo de estos pacientes tienen miocardio hibernado.

Chronic heart failure (CHF) is a leading cause of death and disability affecting more than 5 million individuals in the United States. The morbidity of CHF includes recurrent hospitalizations, which also drive up health care costs. New therapies for CHF have improved outcomes, but mortality remains high. Because perioperative risk for revascularization is higher in patients who have reduced systolic dysfunction and the benefit may not always be certain; noninvasive risk stratification for patients who have viable myocardium becomes essential. Detection of myocardial viability in patients who have coronary artery disease (CAD) and left ventricular (LV) systolic dysfunction (with either MPI or FDG imaging) is generally regarded as a class I recommendation (level B evidence). LV dysfunction in ischemic heart disease may be due to prior infarct and scar or viable tissue that can be stunned, hibernating, or normal remodeled myocardium. Approximately 70% of CHF is secondary to CAD and a significant number of these patients have myocardial hibernation.

A insuficiência cardíaca é a primeira causa de discapacidade e morte que afeta a mais de cinco milhões de indivíduos nos Estados Unidos. A morbilidade desta patologia está dada por hospitalizações recorrentes, o que eleva os custos em saúde. Os novos tratamentos para a insuficiência cardíaca têm melhorado os resultados; apesar disso, a mortalidade continua sendo elevada. Devido ao risco operatório da cirurgia de revascularização ser alto nos pacientes com disfunção ventricular esquerda e o benefício da mesma nem sempre está assegurado, a estratificação do risco não-invasivo para definir a existência de um miocárdio viável é essencial. A detecção de um miocárdio viável em pacientes com doença coronária e disfunção ventricular esquerda (com estudos de perfusão SPECT ou com imagens metabólica com FDG) é considerada uma recomendação classe I (nível de evidência B). A disfunção ventricular esquerda na cardiopatia isquêmica pode ser devida ao tecido fibrótico, necrótico ou ao tecido viável que pode estar atordoado ou hibernado. Aproximadamente 70% da causa de insuficiência cardíaca é a doença coronária, e um número significativo destes pacientes têm miocárdio hibernado.

Insuficiencia cardíaca avanzada: El valor de la detección de miocardio viable a través de técnicas que evalúan el metabolismo celular / Insuficiência cardíaca avançada: O valor da detecção de um miocárdio viável através de técnicas que avaliam o metabolismo celular / Advanced heart failure: The value of the detection of viable myocardium trough techniques that assess cellular metabolism

La toma de decisiones en la enfermedad coronaria debe basarse en datos clínicos, evidencia de isquemia inducible, función ventricular izquierda y anatomía coronaria; sin embargo, en pacientes con antecedente de infarto de miocardio extenso y disfunción ventricular izquierda severa en quienes no se ha demostrado isquemia residual, la viabilidad miocárdica adquiere gran relevancia clínica, pues es el hallazgo que nos indicará si es necesaria y beneficiosa la revascularización. La viabilidad miocárdica nos permitirá predecir con gran exactitud la recuperación del miocardio disfuncionante como la mejoría de la sobrevida y la calidad de vida de los pacientes, luego de la revascularización. Dentro del área de cardiología nuclear, el estudio más sensible para la detección de miocardio viable es la tomografía por emisión de positrones con flúor 18 desoxi-glucosa.

Revascularization in coronary artery disease should be based on clinical data, evidence of inducible ischemia, left ventricular function and coronary anatomy; however in patients with history of extended acute myocardial infarction and severe left ventricular dysfunction in whom no residual ischemia has been demonstrated, myocardial viability acquires great clinical relevance because it´s presence will indicate us if it is necessary and beneficial the revascularization. Myocardial viability will allow us to predict with great accuracy the recovery of the dysfunctional myocardium, like the improvement of survival and the quality of the patients life after the revascularization. Inside the area of nuclear cardiology, the most sensitive study for detection of viable myocardium is the Positron Emission Tomography with Fluorine 18 Deoxi-glucose.

A tomada de decisões na doença coronária deve basear-se em dados clínicos, evidência de isquemia induzível, função ventricular esquerda e anatomia coronária; entretanto, nos pacientes com antecedente de enfarto de miocárdio extenso e disfunção ventricular esquerda severa em quem não se demonstrou isquemia residual, a viabilidade miocárdica adquire uma grande relevância clínica, pois é o achado que nos indicará se a revascularização é necessária e benéfica. A viabilidade miocárdica nos permitirá predizer a recuperação do miocárdio disfuncionante com grande exatidão assim como a melhora da sobrevida e da qualidade de vida dos pacientes, após a revascularização. Dentro da área da cardiologia nuclear, o estudo mais sensível para a detecção de um miocárdio viável é a tomografia por emissão de pósitrons com flúor 18 desoxi-glicose.

Estudio de la viabilidad miocárdica: Comparación de tomografía por emisión de positrones y resonancia magnética / Study of myocardial viability: Comparison of PET and MRI

Introducción: En los últimos años se han desarrollado diversos métodos que permiten evaluar zonas de miocardio viable. Actualmente el estándar de oro para este propósito es la Tomografía por Emisión de Positrones (PET). Recientemente, con el advenimiento y expansión de la resonancia magnética cardiovascular (RMCV), se han buscado diferentes índices y marcadores de viabilidad en este método de imagen; encontrándose hasta ahora que el reforzamiento tardío es uno de los marcadores más precisos para este fin. En este trabajo se busca correlacionar los datos obtenidos en PET con aquellos que muestra la RMCV en el estudio de la viabilidad miocárdica. Método: Se estudiaron 17 pacientes con diagnóstico de infarto del miocardio, a los cuales se les practicó una determinación de viabilidad miocárdica con Fluoro-18-deoxiglucosa.(PET-FDG) y un estudio para detección de viabilidad miocárdica mediante resonancia magnética. El periodo de tiempo entre ambos estudios fue en todos los casos menor a una semana. Los resultados fueron interpretados por expertos. Se utilizó el modelo de 17 segmentos de la American Heart Association. El patrón de reforzamiento tardío observado en el estudio de resonancia magnética fue comparado con la movilidad segmentaria. Se obtuvo sensibilidad, especificidad y factores predictivos tanto positivo como negativo de la RMCV en el diagnóstico de viabilidad. Los resultados de ambas técnicas fueron comparados utilizando el programa SPSS v. 10. Resultados: Se estudiaron 289 segmentos miocárdicos, PET detectó 239 (82.7%) segmentos viables y 50 (17.3%) segmentos no viables, con RMCV se encontraron 210 (72.6%) segmentos viables y 79 (27.4%) segmentos no viables. Ambas técnicas coincidieron el 75% de las veces y al analizarlo por territorio coronario específico la correlación fue muy buena. Conclusiones: La RMCV es una técnica adecuada para la evaluación de viabilidad miocardica. Este estudio es el primero en Latinoamérica que utiliza la RMCV y el PET de forma conjunta.

Background: In the last years, few methods for the assessment of myocardial viability have been developed. Now a days the gold standard test forthis purpose is the Positron Emission Tomography (PET). Recently, the expansion of Cardiovascular Magnetic Resonance imaging (MRI) has promoted the research for indexes or scores than can predict myocardial viability; so far, the late enhancement has proved to be one of the most accurate scores. The purpose of this study is to establish a correlation between the information of PET with the results of MRI in the assessment of myocardial viability. Late enhancement patterns and segmental mobility were compared. Sensitivity, specificity and positive and negative predictive values were calculated. SPSS v. 10 program was used forthe statistic analysis. Methods: 17 patients with diagnosis of myocardial infarction were enrolled. All of them underwent into a myocardial viability detection PET study and into a cardiovascular magnetic resonance study using a late enhancement technique. Results were interpreted by experts. The 17 segments model of The American Heart Association was used. Results: A total of 289 myocardial segments were analyzed, by PET 239 (82%) viable segments and 50 (17.3%) of non viable segments were detected, meanwhile by MRI 210 (72.6%) and 79 (27.4%) of viable and non viable myocardial segments respectively were found. Both techniques correlate 75% of the times and when vascular territories were analyzed, a good correlation was also established. Conclusions: MRI is an adequate technique to determine viability since it has good correlation with PET. This is the first study realized in Latin America that compares PET and MRI in the diagnosis of myocardial viability.

Evaluación radiosotópica en cardiología / Radiosotopic evaluation in cardiology

The current applications of nuclear cardiology techniques are reviewed. Coronary artery disease is the most important and prevalent cardiovascular problem in most developed countries and also in Chile. Different approaches can be employed for its diagnosis and prognosis, as well as for risk stratification and preoperative evaluation. Myocardial infarction assessment and ischemia recognition with radionuclide perfusion images are also reviewed, including new protocols applying functional parameters addition. Viability detection after myocardial infarction or in patients with ischemic cardiomyopathy are discussed. Stress protocols with the use of exercise or pharmacological action for ischemia production, the diagnostic value of perfusion SPECT and the use of Thallium-201, Tc-99m-Sestamibi and metabolic images with Fluorine18-Fluordeoxyglucose are also mentioned.

Se revisan las aplicaciones comunes de las técnicas de medicina nuclear en cardiología. La más importante y prevalente patología cardiovascular en países desarrollados y también en Chile es la enfermedad coronaria. Diferentes aproximaciones pueden ser empleadas para su estudio, pronóstico, estadificación de riesgo y evaluación preoperatoria. Se revisan, además, el infarto miocárdico y el reconocimiento de isquemia con estudio de perfusión incluyendo nuevos protocolos que aplican pro- ducción de isquemia; el valor diagnóstico del SPECT de perfusión, el uso de Talio; Tc-99m Sestamibi e imágenes metabólicas con Flúor-18- Fluorodeoxiglucosa son también mencionadas.