Fenotipagem da Insuficiência Ventricular Esquerda com Biomarcadores Hemodinâmicos da Ressonância Magnética 4D Flow (TRANSLATE)

O estudo inclui um braço retrospetivo e um prospetivo, abordando o desenvolvimento metodológico, a validação clínica e a implementação translacional de ferramentas de análise avançadas baseadas em ressonância magnética (RM).

No âmbito do braço retrospetivo, será recuperada retrospetivamente e anonimizada antes da análise uma base de dados de imagens cine de eixo curto em steady-state free precession equilibrado (bSSFP) do ventrículo esquerdo (VE). O conjunto de dados será dividido num conjunto de treino (aproximadamente 75% dos casos) e num conjunto de teste (aproximadamente 25%).

Para todos os conjuntos de dados de RM incluídos no conjunto de treino, os contornos endocárdicos do VE serão delineados ao longo do ciclo cardíaco, utilizando ferramentas de segmentação semiautomáticas (Medviso Segment), com correções manuais aplicadas conforme necessário para garantir a precisão.

O conjunto de dados de treino, juntamente com as segmentações endocárdicas do VE correspondentes (ground-truth), será utilizado para treinar uma rede neural convolucional (CNN) de aprendizagem profunda, por exemplo, uma arquitetura ResNet, para o delineamento automático dos contornos endocárdicos do VE a partir de imagens cine de eixo curto.

O conjunto de teste restante será utilizado para avaliar o desempenho da CNN treinada. Os contornos endocárdicos do VE gerados automaticamente serão comparados com as segmentações manuais correspondentes para avaliar a precisão e robustez da segmentação.

Como parte do braço prospetivo do estudo, os doentes incluídos serão submetidos a uma aquisição de RM 4D Flow sem contraste antes da intervenção programada para substituição valvular aórtica transcateter (TAVR).

Os exames de RM serão adquiridos num scanner de 1,5 Tesla (MAGNETOM Aera, Siemens Healthcare, Erlangen, Alemanha). Sequências cine bSSFP padrão com gatilho retrospetivo de ECG serão utilizadas para adquirir vistas do VE em eixo curto e eixo longo (espessura de corte 8 mm, sem intervalo entre cortes, 30 fases cardíacas reconstruídas). Na mesma sessão de imagem, os dados de RM 4D Flow serão adquiridos utilizando uma sequência protótipo de gradiente eco tridimensional com resolução temporal e codificação de velocidade em três direções. Será utilizado um campo de visão orientado parasagital que cubra todo o VE. As aquisições serão realizadas durante respiração livre com gatilho retrospetivo de ECG e gating respiratório adaptativo. Os parâmetros de aquisição estarão em conformidade com a atualização de 2023 da Declaração de Consenso de Ressonância Magnética Cardiovascular 4D Flow. Nenhum agente de contraste será administrado. A pressão arterial contínua não invasiva e parâmetros hemodinâmicos relevantes serão também registados a partir da forma de onda da pressão arterial digital utilizando um dispositivo de grau clínico (por exemplo, Finapres® NOVA).

Durante o procedimento de TAVR, serão obtidas medições invasivas simultâneas da pressão arterial na aorta ascendente e no VE utilizando dois cateteres pigtail, tanto antes como após a implantação da válvula, conforme exigido pela prática clínica padrão durante o TAVR, sem assim impactar o fluxo de trabalho clínico.

Não são esperadas variações nos procedimentos de profilaxia ou seguimento em comparação com a prática clínica padrão. Portanto, não estão associados riscos físicos, psicológicos ou sociais adicionais nem benefícios diretos à participação no estudo.

O pós-processamento dos dados de RM 4D Flow será realizado utilizando um fluxo de trabalho dedicado que incorpora software interno escrito em Matlab (The MathWorks Inc., Natick, MA, EUA), baseado em experiência prévia. As etapas de processamento incluirão correção para correntes parasitas e aliasing de velocidade. Os campos de velocidade intracavitários do VE serão extraídos utilizando tanto uma ferramenta de segmentação semiautomática interna como a ferramenta automática de mascaramento do VE baseada em aprendizagem profunda desenvolvida no braço retrospetivo.

Os campos de velocidade extraídos serão utilizados para avaliar a energética do fluxo sanguíneo do VE, incluindo energia cinética e dissipação de energia viscosa, subdivisão dos componentes do fluxo, gradientes de pressão intraventriculares e forças hemodinâmicas (HDFs) mediadas pelo fluxo intracavitário. Os vetores HDF resultantes serão decompostos em componentes basal-apical, septal-lateral e inferior-anterior, e os seus valores de raiz quadrática média (RMS) serão calculados ao longo do ciclo cardíaco.

Os sinais de pressão arterial contínua não invasiva derivados das formas de onda arteriais digitais serão combinados com os volumes do VE derivados da RM para estimar ciclos pressão-volume (PV) não invasivos do VE utilizando uma metodologia estabelecida. Em paralelo, os dados invasivos de pressão do VE adquiridos durante o procedimento de TAVR através do cateter pigtail serão utilizados para gerar ciclos PV baseados em cateter. Os parâmetros dos ciclos PV baseados em RM não invasivos serão comparados quantitativamente com as medições baseadas em cateter utilizando índices clínicos relevantes do VE.

Os gradientes de pressão intracavitários serão calculados a partir das equações de Navier-Stokes para derivar vetores HDF para cada frame cardíaco, integrando os gradientes de pressão sobre todo o volume do VE. Os vetores HDF serão projetados em três direções anatómicas ortogonais (basal-apical, septal-lateral, inferior-anterior), e os valores de raiz quadrática média (RMS) de cada componente serão calculados ao longo do ciclo cardíaco. HDFs simplificadas serão calculadas utilizando um método recentemente desenvolvido que não requer dados de RM 4D Flow e serão sistematicamente comparadas com as HDFs padrão baseadas em RM 4D Flow numa base específica por doente. Para fins de validação, tanto as HDFs simplificadas como as derivadas de 4D Flow serão também comparadas com medições correspondentes obtidas utilizando a ferramenta protótipo HDF disponível no software comercial Medis Suite MR.

Parâmetros convencionais derivados da RM utilizados rotineiramente para avaliar a função do VE, incluindo volume diastólico final, volume sistólico final e deformação longitudinal global, serão também recolhidos.

Variáveis demográficas (por exemplo, idade e sexo), características clínicas relevantes, terapêutica médica administrada, dados procedimentais do TAVR e medicação concomitante serão recolhidos e anonimizados antes da análise.

Não estão planeadas visitas ou avaliações de seguimento como parte deste estudo.

Uma aplicação autónoma para análise de RM 4D Flow intracardíaca será concebida seguindo um modelo de desenvolvimento incremental. O processo focar-se-á na definição da especificação de requisitos do sistema (SyRS), da especificação de requisitos de software (SRS) e da arquitetura geral do software.

Será realizada uma avaliação crítica dos fluxos de trabalho de RM 4D Flow de última geração existentes utilizados na investigação clínica e das ferramentas protótipo disponíveis em software comercial (por exemplo, Medis Suite MR) para identificar pontos fortes e limitações. O desenvolvimento prosseguirá através de etapas sucessivas, com cada etapa a implementar um componente funcional específico da estrutura geral.

A aplicação autónoma basear-se-á em algoritmos internos existentes baseados em Matlab, mas será implementada numa linguagem de programação compilada, permitindo a execução sem exigir software pré-instalado no sistema do utilizador final. O desenvolvimento será apoiado por um serviço de consultoria especializado.

Uma versão preliminar da aplicação autónoma será submetida a testes internos, benchmarking e avaliação estruturada por um pequeno grupo de utilizadores finais clínicos com experiência prévia em investigação de RM 4D Flow. Os utilizadores testarão independentemente o software em casos de uso predefinidos. Feedback clínico, críticas e sugestões para desenvolvimento posterior serão recolhidos através de questionários estruturados ou entrevistas e utilizados para orientar o refinamento subsequente e a tradução clínica.