Fenotipificación de la Insuficiencia del Ventrículo Izquierdo con Biomarcadores Hemodinámicos de la Imagen por Resonancia Magnética de Flujo 4D (TRANSLATE)

El estudio incluye un brazo retrospectivo y un brazo prospectivo, abordando el desarrollo metodológico, la validación clínica y la implementación traslacional de herramientas avanzadas de análisis basadas en resonancia magnética (RM).

Dentro del brazo retrospectivo, se recuperará retrospectivamente y se anonimizará antes del análisis una base de datos de imágenes cine de precesión libre en estado estacionario balanceado (bSSFP) del eje corto del ventrículo izquierdo (VI). El conjunto de datos se dividirá en un conjunto de entrenamiento (aproximadamente el 75% de los casos) y un conjunto de prueba (aproximadamente el 25%).

Para todos los conjuntos de datos de RM incluidos en el conjunto de entrenamiento, se delineará el contorno endocárdico del VI a lo largo del ciclo cardíaco, empleando herramientas de segmentación semiautomáticas (Medviso Segment) con correcciones manuales aplicadas según sea necesario para garantizar la precisión.

El conjunto de datos de entrenamiento, junto con las correspondientes segmentaciones endocárdicas del VI de referencia (ground-truth), se utilizará para entrenar una red neuronal convolucional (CNN) de aprendizaje profundo, por ejemplo, una arquitectura ResNet, para la delineación automática de los contornos endocárdicos del VI a partir de imágenes cine de eje corto.

El conjunto de prueba restante se utilizará para evaluar el rendimiento de la CNN entrenada. Los contornos endocárdicos del VI generados automáticamente se compararán con las correspondientes segmentaciones manuales para evaluar la precisión y robustez de la segmentación.

Como parte del brazo prospectivo del estudio, los pacientes inscritos se someterán a una adquisición de RM de flujo 4D sin contraste antes de la intervención programada para el reemplazo valvular aórtico transcatéter (TAVR).

Los exámenes de RM se adquirirán en un escáner de 1,5 Tesla (MAGNETOM Aera, Siemens Healthcare, Erlangen, Alemania). Se utilizarán secuencias cine bSSFP estándar con gatillado retrospectivo de ECG para adquirir vistas del VI en eje corto y eje largo (espesor de corte 8 mm, sin espacio entre cortes, 30 fases cardíacas reconstruidas). En la misma sesión de imagen, se adquirirán datos de RM de flujo 4D utilizando una secuencia prototipo de eco de gradiente tridimensional resuelta en tiempo con codificación de velocidad en tres direcciones. Se empleará un campo de visión orientado parasagital que cubra todo el VI. Las adquisiciones se realizarán durante la respiración libre con gatillado retrospectivo de ECG y gatillado respiratorio adaptativo. Los parámetros de escaneo cumplirán con la actualización de 2023 de la Declaración de Consenso de Resonancia Magnética Cardiovascular de Flujo 4D. No se administrará agente de contraste. También se registrarán de forma no invasiva la presión arterial continua y los parámetros hemodinámicos relevantes a partir de la forma de onda de presión arterial del dedo utilizando un dispositivo de grado clínico (por ejemplo, Finapres® NOVA).

Durante el procedimiento de TAVR, se obtendrán mediciones invasivas simultáneas de presión arterial en la aorta ascendente y en el VI utilizando dos catéteres pigtail, tanto antes como después de la implantación de la válvula, según lo requiera la práctica clínica estándar durante el TAVR, por lo que no se impactará en el flujo de trabajo clínico.

No se esperan variaciones en los procedimientos de profilaxis o seguimiento en comparación con la práctica clínica estándar. Por lo tanto, no hay riesgos físicos, psicológicos o sociales adicionales ni beneficios directos asociados con la participación en el estudio.

El postprocesamiento de los datos de RM de flujo 4D se realizará utilizando un flujo de trabajo dedicado que incorpora software interno escrito en Matlab (The MathWorks Inc., Natick, MA, EE. UU.), basado en experiencia previa. Los pasos de procesamiento incluirán corrección de corrientes parásitas (eddy currents) y aliasing de velocidad. Los campos de velocidad intracavitarios del VI se extraerán utilizando tanto una herramienta de segmentación semiautomática interna como la herramienta automática de enmascaramiento del VI basada en aprendizaje profundo desarrollada en el brazo retrospectivo.

Los campos de velocidad extraídos se utilizarán para evaluar la energética del flujo sanguíneo del VI, incluyendo la energía cinética y la disipación de energía viscosa, la subdivisión de componentes del flujo, los gradientes de presión intraventriculares y las fuerzas hemodinámicas (HDF) mediadas por el flujo intracavitario. Los vectores HDF resultantes se descompondrán en componentes basal-apical, septal-lateral e inferior-anterior, y se calcularán sus valores de raíz cuadrática media (RMS) a lo largo del ciclo cardíaco.

Las señales de presión arterial continua no invasivas derivadas de las formas de onda arteriales del dedo se combinarán con los volúmenes del VI derivados de la RM para estimar bucles de presión-volumen (PV) del VI no invasivos utilizando una metodología establecida. En paralelo, los datos de presión invasiva del VI adquiridos durante el procedimiento de TAVR a través del catéter pigtail se utilizarán para generar bucles PV basados en catéter. Los parámetros de los bucles PV basados en RM no invasivos se compararán cuantitativamente con las mediciones basadas en catéter utilizando índices clínicamente relevantes del VI.

Los gradientes de presión intracavitarios se calcularán a partir de las ecuaciones de Navier-Stokes para derivar vectores HDF para cada fase cardíaca integrando los gradientes de presión sobre todo el volumen del VI. Los vectores HDF se proyectarán sobre tres direcciones anatómicas ortogonales (basal-apical, septal-lateral, inferior-anterior), y se calcularán los valores de raíz cuadrática media (RMS) de cada componente a lo largo del ciclo cardíaco. Se calcularán HDF simplificados utilizando un método desarrollado recientemente que no requiere datos de RM de flujo 4D y se compararán sistemáticamente con las HDF estándar basadas en RM de flujo 4D de forma específica para cada paciente. Para fines de validación, tanto las HDF simplificadas como las derivadas de flujo 4D también se compararán con las mediciones correspondientes obtenidas utilizando la herramienta prototipo de HDF disponible en el software comercial Medis Suite MR.

También se recopilarán los parámetros convencionales derivados de la RM utilizados rutinariamente para evaluar la función del VI, incluidos el volumen diastólico final, el volumen sistólico final y la deformación longitudinal global.

Las variables demográficas (por ejemplo, edad y sexo), las características clínicas relevantes, la terapia médica administrada, los datos procedimentales del TAVR y los medicamentos concomitantes se recopilarán y anonimizarán antes del análisis.

No se planifican visitas o evaluaciones de seguimiento como parte de este estudio.

Se diseñará una aplicación independiente para el análisis de RM de flujo 4D intracardíaco siguiendo un modelo de desarrollo incremental. El proceso se centrará en definir la especificación de requisitos del sistema (SyRS), la especificación de requisitos del software (SRS) y la arquitectura general del software.

Se llevará a cabo una evaluación crítica de los flujos de trabajo de RM de flujo 4D de última generación existentes utilizados en investigación clínica y de las herramientas prototipo disponibles en software comercial (por ejemplo, Medis Suite MR) para identificar fortalezas y limitaciones. El desarrollo procederá a través de etapas sucesivas, implementando cada etapa un componente funcional específico del marco general.

La aplicación independiente se basará en algoritmos internos existentes basados en Matlab, pero se implementará en un lenguaje de programación compilado, permitiendo su ejecución sin requerir software preinstalado en el sistema del usuario final. El desarrollo será apoyado por un servicio de consultoría especializado.

Una versión preliminar de la aplicación independiente se someterá a pruebas internas, evaluación comparativa (benchmarking) y evaluación estructurada por un pequeño grupo de usuarios finales clínicos con experiencia previa en investigación de RM de flujo 4D. Los usuarios probarán el software de forma independiente en casos de uso predefinidos. Los comentarios clínicos, críticas y sugerencias para un mayor desarrollo se recopilarán a través de cuestionarios estructurados o entrevistas y se utilizarán para guiar la posterior refinación y traducción clínica.