Implementazione di algoritmi semiautomatici per la valutazione della funzionalità cardiaca in presenza di curling sistolico posteriore

Objective: Posterior systolic curling (SC) is defined as a downward and anteriorly directed systolic motion of the posterior mitral annulus, resulting in a curled appearance of the adjacent myocardium. Previous studies have observed that, similarly to mitral annular disjunction (MAD), systolic curling is associated with arrhythmic mitral valve prolapse, which represents a malignant phenotype of mitral valve prolapse (MVP). In particular, in the present thesis, a series of semi-automatic algorithms have been developed and implemented for the evaluation of the cardiac function in presence of posterior systolic curling. Methods: A group of patients associated, on the basis of a preliminary qualitative diagnosis, with posterior systolic curling, has been analyzed in relation to a sample of healthy patients. Specifically, images of transthoracic echocardiography (TTE) with parasternal long axis view (PLAX) have been studied, being TTE an imaging modality known to be non-invasive, economical and widely used in clinical practice. Using the recent technology of tissue tracking, four semi-automatic algorithms have been implemented - which require the operator’s selection of some reference points within the image at the initial frame of the sequence under examination. Only left ventricle, left atrium, mitral annulus, and infero-basal wall quantities have been acquired, because they are the most likely regions to be interested by posterior systolic curling. All measurements were made by four different operators five times using the abovementioned algorithms. The consistency of these algorithms was later evaluated by comparing the data acquired with those obtained manually using an echocardiographic image viewer software. Results: In order to quantify the concordance between the method based on the implemented algorithms and the manual method presented in a previous thesis dedicated to the definition of a series of measures useful for the evaluation of SC, Bland-Altman analysis, Passing-Bablock regression and Pearson correlation coefficient evaluation were performed. For Bland-Altman analysis, mean and standard deviation (SD) of the differences between the two methods were calculated, and the confidence interval was defined as ± 1.96 SD. From Bland-Altman plots, it has been observed that the two methos are statistically congruent on average, as the points of the graph fall within the defined confidence interval. For Passing-Bablock regression, both the regression plot and the estimated parameters have been evaluated, in relation to the confidence intervals. The average Pearson correlation coefficient was 0.74 ± 0.20, corresponding to a very strong relationship between the two methods. Conclusions: The semi-automatic algorithms implemented represent a sufficiently reliable tool for the cardiac function assessment in presence of posterior systolic curling. However, future studies to improve the reliability, starting from the technology on which these algorithms are based, namely the tissue tracker, are needed.

Obiettivo: Il curling sistolico posteriore (SC) è definito come il movimento sistolico dell’annulus mitralico posteriore principalmente verso il basso e con un ridotto o assente movimento anteriore, risultando in un tipico aspetto arricciato del miocardio adiacente. Studi passati hanno osservato che, analogamente alla disgiunzione dell’annulus mitralico (MAD), il curling sistolico è associato al prolasso valvolare mitralico aritmico, il quale rappresenta un fenotipo cosiddetto maligno del prolasso valvolare mitralico (MVP). In particolare, nel presente lavoro di tesi sono stati sviluppati ed implementati una serie di algoritmi semiautomatici per la valutazione della funzionalità cardiaca in presenza di curling sistolico posteriore. Metodi: È stato analizzato un gruppo di pazienti associati, sulla base di una preliminare diagnosi qualitativa, al curling sistolico posteriore, in riferimento ad un campione di pazienti sani. Nello specifico, sono state studiate immagini di ecocardiografia transtoracica (TTE) con vista dell’asse lungo parasternale (PLAX), in quanto modalità di imaging nota per essere non invasiva, economica ed ampiamente utilizzata nella pratica clinica. Avvalendosi della recente tecnologia del tissue tracking, sono stati implementati quattro algoritmi semiautomatici che richiedono la selezione da parte dell’operatore di alcuni punti di riferimento all’interno dell’immagine al frame iniziale della sequenza in esame. Sono state acquisite esclusivamente grandezze in corrispondenza del ventricolo sinistro, atrio sinistro, annulus mitralico e parete infero-basale, in quanto regioni maggiormente interessante dal curling sistolico. Tutte le misure sono state effettuate cinque volte da quattro operatori differenti utilizzando i suddetti algoritmi. È stata successivamente valutata la coerenza degli algoritmi confrontando i dati acquisiti con quelli ottenuti manualmente mediante l’utilizzo di un programma di visualizzazione di immagini ecocardiografiche. Risultati: Per quantificare la concordanza fra il metodo di acquisizione basato sugli algoritmi implementati ed il metodo manuale presentato in un lavoro di tesi precedente dedicato alla definizione di una serie di misure utili alla valutazione del SC, sono state effettuate l’analisi di Bland-Altman, l’analisi di Passing-Bablock e il calcolo del coefficiente di correlazione di Pearson. Per l’analisi di Bland-Altman, sono state calcolate la media e la deviazione standard (SD) delle differenze fra i due metodi; inoltre, l’intervallo di confidenza è stato definito come ± 1.96 SD. Dai grafici di Bland-Altman si è osservato mediamente che i due metodi risultano statisticamente congruenti tra loro, in quanto i punti del grafico ricadono all’interno dell’intervallo di confidenza definito. Per la regressione di Passing-Bablock, è stato valutato sia il grafico della retta di regressione che i parametri stimati, in relazione agli intervalli di confidenza. Il coefficiente di correlazione di Pearson medio è risultato pari a 0.74 ± 0.20, corrispondente ad una correlazione fra i due metodi molto elevata. Conclusioni: Gli algoritmi semiautomatici implementati rappresentano uno strumento sufficientemente affidabile nella valutazione della funzionalità cardiaca in presenza di curling sistolico posteriore. Tuttavia, studi futuri sono necessari al fine di migliorarne l’affidabilità a partire dalla tecnologia su cui tali algoritmi si basano, ovvero il tissue tracker. NOTA: Correlatori della presente tesi esterni all'Università di Padova: Prof. Andrea Colli (Università di Pisa) - Prof. Gianni Predrizzetti (Università di Trieste).