Quello dell’ecocardiografia è uno dei settori dell’imaging cardiovascolare in cui l’implementazione di algoritmi di intelligenza artificiale si trova già in una fase avanzata, costituendo un supporto notevole per chi si occupa di diagnostica cardiovascolare.

È stata questa l’impressione che hanno avuto i molti partecipanti all’evento organizzato dal business Ultrasuoni di GE HealthCare “Intelligenza artificiale e innovazione in ecocardiografia: la nuova Vivid Ultra Edition 2023”, tenutosi il 4 maggio nella splendida cornice della Terrazza Belvedere del Palazzo Regione Lombardia di Milano.

Luca Ceragioli, General Manager Ultrasound di GE HealthCare IMI, ha spiegato come l’utilizzo dell’intelligenza artificiale permetta ai clinici di effettuare indagini complesse in modo più rapido, risparmiando tempo che può essere impiegato in altre attività cliniche.

Nel corso dell’incontro è stata presentata una serie di nuovi ecocardiografi basati sull’intelligenza artificiale – Vivid™ Ultra Edition – e tre esperti di diagnostica cardiovascolare hanno descritto le loro prime esperienze con questi strumenti di ultima generazione, mettendo in relazione le loro caratteristiche e funzionalità con le sfide vissute quotidianamente dagli operatori.

Ecocardiografia basata sull’intelligenza artificiale: più informazioni in meno tempo?

Il primo intervento è stato quello di Luigi Badano, responsabile dell’Unità Operativa di Diagnostica Integrata Cardiovascolare dell’Istitito Auxologico Italiano – IRCCS Ospedale San Luca, il quale ha iniziato sottolineando l’accelerazione verificatasi negli ultimi anni nell’ambito dell’evoluzione tecnologica dell’esame ecocardiografico.

“Siamo passati da una metodica che era basata su assunzioni e calcoli estremamente semplici a una che ci permette di vedere veramente l’anatomia. Non dobbiamo più acquisire una serie di sezioni tomografiche e cercare di immaginarci la morfologia di una valvola mitrale ma possiamo finalmente vedere l’anatomia della mitrale. Possiamo vedere la forma di un ventricolo sinistro, non facendo calcoli ma misurandola”.

Ciò nonostante l’uso routinario delle metodiche ecocardiografiche più avanzate, come la visualizzazione tridimensionale e l’analisi dello speckle tracking strain, è ancora poco diffuso. Una survey realizzata dall’European Association of Cardiovascular Imaging (EACVI) su 96 laboratori diffusi in 22 Paesi, ad esempio, ha messo in evidenza come queste tecniche, sebbene ampiamente disponibili, siano spesso utilizzate in un numero limitato di casi specifici (1).

“Guardiamo i dati relativi allo speckle tracking – ha proseguito Badano –, nonostante le raccomandazioni delle linee guida e migliaia di lavori che ne attestano l’utilità, questa metodica viene utilizzata ruotinariamente in appena un terzo dei laboratori di ecocardiografia dove è disponibile”.

Tra le principali barriere che limitano l’utilizzo di queste metodiche ci sono, secondo il medico dell’Auxologico San Luca, un generale scetticismo dei clinici nei confronti dell’innovazione e la loro convinzione di non avere tempo a sufficienza per dedicarsi ad analisi complesse.

Proprio in merito a quest’ultimo punto, tuttavia, Badano ha riportato i risultati di un lavoro del suo gruppo che aveva messo a confronto l’ecocardiografia convenzionale 2D e quella 3D con abalisi dello strain in termini di fattibilità e tempi (2). “Potete vedere il numero enorme di dati in più che riceviamo nel momento in cui applichiamo il 3D e lo strain al nostro esame ecocardiografico”, ha sottolineato illustrando i risultati. “Se poi guardate le tre linee in fondo vi rendete conto che in realtà ci guadagnate pure tempo. Guadagnate circa un minuto e mezzo, perché molte di queste misure avvengono automaticamente”.

Ed è qui che entra in gioco l’intelligenza artificiale, i cui algoritmi permettono appunto di velocizzare enormemente processi che richiederebbero un quantitativo di tempo notevole. È il caso del calcolo della frazione di eiezione, ad esempio, ora realizzabile in un solo click e senza bisogno di selezionare le immagini.

“La cosa stupefacente, che mi ha realmente sorpreso – ha continuato Badano –  è vedere come le frazioni di eiezioni calcolate con questa tecnologia sulle immagini bidimensionali coincidano quasi perfettamente con quelle ottenute su quelle tridimensionali. Lo stesso vale per lo speckle tracking, a cui spesso si rinuncia per questioni di tempo. Adesso è un’analisi che il tempo te lo fa guadagnare, perché alla fine dei 15 secondi che la macchina impiega per fare l’analisi dello strain si ottiene anche la frazione di eiezione”.

In ultimo, Badano ha affrontato il tema dell’utilizzo di questi strumenti basati sull’intelligenza artificiale in categorie specifiche di pazienti. Uno dei limiti della normale ecocardiografia 3D, infatti, è che per ottenere immagini di elevata qualità e buona risoluzione temporale è necessario effettuare un’acquisizione multi-battito, con tutte le complicazioni che questo comporta (pazienti che non riescono a trattenere il respiro, mancanza di tempo).

“Le nuove macchine basate sull’intelligenza artificiale permettono, in questo senso, un vero salto di qualità”, ha concluso Badano. Oggi, infatti, l’ecocardiografia transtoracica tridimensionale di GE HealthCare è single-beat, rendendo possibile l’acquisizione di immagini di alta qualità anche in pazienti affetti da fibrillazione atriale e in quelli non collaborativi o in difficoltà nel trattenere il respiro.

“Questo è un problema rilevante, perché fino al 30-35% di pazienti con scompenso cardiaco ha anche una fibrillazione atriale e sono quelli che beneficerebbero di più da una corretta quantizzazione della funzione delle camere cardiache”.

Una chiave d’accesso per la comprensione del ventricolo destro

L’intervento successivo è stato quello di Denisa Muraru, cardiologa dell’Unità Operativa di Diagnostica Integrata Cardiovascolare dell’Istitito Auxologico Italiano – IRCCS Ospedale San Luca, la quale si è soffermata sul ruolo che può avere l’ecocardiografia basata sul’intelligenza artificiale nella comprensione del ventricolo destro.

“A lungo il cuore destro è stato considerato meno importante, un semplice condotto che trasmette il sangue – ha esordito Muraru – ma oggi sappiamo che non è così. E oggi abbiamo modo di vedere la sua complessità, così come prima potevamo fare solo studiando i pezzi anatomici. Perché quando si tratta di strutture tridimensionali che si muovono di continuo è impossibile studiarle con metodiche tomografiche che impiegano piani fissi, c’è bisogno di una tecnologia adeguata”.

In particolare, Muraru si è soffermata sulle potenzialità dell’ecocardiografia basata sull’intelligenza artificiale per quanto riguarda l’analisi della struttura e funzionalità della valvola tricuspide. “È diventato fondamentale vedere tutte le sue cuspidi nella stessa immagine, per poter capire la loro anatomia e visualizzare le commissure”.

Muraru ha quindi descritto il caso dei pazienti con scompenso cardiaco destro e insufficienza tricuspidale, difficilmente studiabili con l’ecocardiografia convenzionale. “È impossibile ottenere, con metodiche diverse dall’ecocardiografia tridimensionale, informazioni sulla relazione spaziale tra la posizione del catetere e le commissure”.

Un elemento, questo, che impatta notevolmente sulla gestione clinica e la scelta dell’approccio terapeutico. “La cosa più importante, che è stata una svolta nella comprensione della valvola tricuspide, è stata la possibilità di vederla e di vederla in movimento, con il paziente accanto. La puoi vedere dal lato atriale, dal lato ventricolare, e con queste nuove mappe si possono anche apprezzare nuovi dettagli che prima non si riuscivano a cogliere, come i cleft e le incisure, che ora ci interessano perché possiamo andare a clippare e riparare”.

Un’altra novità associata all’uso ecocardiografia basata sull’intelligenza artificiale nel contesto della tricuspide riguarda poi la possibilità di misurare l’anello, quantificandone la forma e le dimensioni in sistole e in diastole. Un elemento, questo, che può fare la differenza nella gestione clinica dei pazienti affetti da insufficienza tricuspidale e non solo. Di recente uno studio condotto dai ricercatori della Mayo Clinic, ad esempio, ha mostrato nei pazienti con fibrillazione atriale le dimensioni dell’anello variano anche in relazione al ciclo cardiaco (3).

“Senza una tecnologia che ci consenta di fare questa valutazione in maniera semi-automatica, non manuale e su più cicli, è impossibile apprezzare tale informazione”. Il software installato negli ecocardiografi di ultima generazione presentati a Milano permette invece di calcolare le dimensioni dell’anello proprio tenendo in considerazione le diverse fasi del ciclo cardiaco, fornendo quindi una misura minima e massima di tale parametro.

Le innovazioni nell’imaging transesofageo

L’ultimo intervento è stato quello di Maurizio Tusa, responsabile del Laboratorio di Ecocardiografia Clinica ed Interventistica dell’IRCCS Policlinico San Donato, il quale ha iniziato sottolineando come nell’ambito delle procedure interventistiche eco-guidate si trattino pazienti sempre più complessi. In questo senso, ha spiegato, “la possibilità di fare acquisizioni single-beat rappresenta sicuramente un passo in avanti notevole”.

Tusa si è poi soffermato su una tecnica di rendering – denominata FlexiLight – implementata in alcuni degli ecocardiografi della serie presentata all’evento, la quale permette un’illuminazione fotorealistica delle strutture cardiache grazie all’utilizzo di una sorgente luminosa.

“Questa ci permette di vedere meglio alcuni dettagli e ci fornisce una visione spaziale. Sono curioso di vederla all’opera in altre condizioni, per esempio nei pazienti con endocarditi o con leak paraprotesico. Spesso è molto difficili vedere i leak, mentre magari applicando una luce sotto sarà possibile vederli meglio”.

Una situazione, questa, che risulterebbe particolarmente vantaggiosa anche in sala di emodinamica per la la progettazione degli interventi di riparazione valvolare. “Anche per quanto riguarda la tricuspide, come faceva notare Denisa Muraru, la qualità è aumentata notevolmente a livello transtoracico. Io personalmente non avevo mai creduto alla possibilità di studiare le valvole solo con l’ecocardiografia 3D transtoracica, perché mi sembrava di non avere mai tutte le informazioni che volevo ottenere. Sicuramente adesso la situazione è cambiata”.

In conclusione le applicazioni dell’intelligenza artificiale nell’ambito dell’esame ecocardiografico permettono già oggi di ottenere dei vantaggi in termini di qualità delle immagini, accuratezza delle misurazioni e velocità di esecuzione di analisi anche complesse. Vantaggi che andranno a supportare i clinici, fornendo loro informazioni più precise e tempo extra da dedicare ad altre attività. “Sarà sicuramente necessario del tempo per apprezzare tutte queste nuove proprietà e i relativi vantaggi associati – ha concluso Tusa – e per capire come sfruttarli al meglio nei singoli pazienti”.

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Bibliografia

1. Marsan MA, Michalsky B, Cameli M, et al. EACVI survey on standardization of cardiac chambers quantification by transthoracic echocardiography. European Heart Journal – Cardiovascular Imaging 2020; 20(2): 119–123;
2. Volpato V, Ciampi P, Johnson R, et al. Feasibility and time analysis of three-dimensional and myocardial deformation versus conventional two-dimensional echocardiography to assess cardiac chambers. Journal of the American Society of Echocardiography 2022; 35(10): 1102 – 1105.
3. Naser JA, Pislaru C, Roslan A, et al. Unfavorable tricuspid annulus dynamics: a novel concept to explain development of tricuspid regurgitation in atrial fibrillation. Journal of the American Society of Echocardiography 2022; 35(6): 664 – 666.