Quantificazione del rigurgito tricuspidale da sequenze 4D Flow di risonanza magnetica cardiaca : sviluppo e confronto con il gold standard di un nuovo strumento di analisi

In this thesis work, a new analysis method was developed for the quantification of the regurgitant volume (RVol) of the tricuspid valve (TV) from 4D Flow MRI images. This analysis tool was developed in the Matlab environment using a two-stage procedure. In the first phase, a graphical interface was implemented for the segmentation of the right heart endocardium and tricuspid annulus from standard cardiac MRI images. In the second part, the methodology for quantifying the regurgitant volume was developed, which passes through two generated and triangulated surfaces: a valve surface, which overlaps the tricuspid annulus, and a tholos (dome) that extends into the right atrium. The innovative element of the method consists in reproducing the morphological and kinematic characteristics of the TV to obtain a more precise and reliable quantitative measurement of regurgitation. In fact, the TV annulus has a non-planar structure with a saddle shape and elliptical cross-section and a significant systolic excursion which represent one of the main problems for its correct evaluation. The values calculated with the proposed method were compared with those obtained from gold standard techniques. The technique was tested on 11 patients diagnosed with tricuspid regurgitation by trans-thoracic echocardiography. The results obtained for the two cases studied showed different conclusions. The assessment of RVol through the surface of the tholos appears to be intermediate between the values obtained with the gold standard techniques. This could indicate that the results obtained with the new methodology are in line with the actual regurgitant volume. However, the results do not provide unambiguous information, not allowing definitive conclusions to be drawn on the potential of this technique. The RVol values obtained through the valve surface are in almost complete agreement with those of the direct method from 2D phase contrast resonance images, which, however, uses a fixed valve plane. The choice of calculating RVol at the reconstructed annular plane finds its limitation in the presence of various noise sources that overlap with the true velocity data and can generate errors in evaluation. The proposed method has some limitations but may represent a good starting point for future developments aimed at a multi-parametric assessment of tricuspid regurgitation and an increasingly accurate classification of its severity that will allow significant advances in the ability to manage and clinically treat this valvular pathology.

In questo lavoro di tesi è stato sviluppato un nuovo metodo di analisi per la quantificazione del volume di rigurgito (RVol) della valvola tricuspide (TV) a partire da immagini di risonanza magnetica 4D Flow. Tale strumento di analisi è stato sviluppato in ambiente Matlab con un procedimento a due fasi. Nella prima fase è stata implementata un’interfaccia grafica per la segmentazione dell’endocardio del cuore destro e dell’annulus tricuspidale a partire da immagini di risonanza magnetica cardiaca standard. Nella seconda parte è stata sviluppata la vera metodologia di quantificazione del RVol che attraversa due superfici generate e triangolate: una superficie valvolare, che si sovrappone all’annulus tricuspidale, e un tholos (cupola) che si protende all’interno dell’atrio destro. L’elemento innovativo del metodo consiste nel riprodurre le caratteristiche morfologiche e cinematiche della valvola tricuspide per ottenere una misura quantitativa più precisa e affidabile del rigurgito tricuspidale (TR). L’annulus della TV presenta infatti una struttura non planare con forma a sella e sezione trasversale ellittica e un’escursione sistolica rilevante che rappresentano una delle principali problematiche per la sua corretta valutazione. I valori calcolati con il metodo proposto sono stati confrontati con quelli ottenuti dalle tecniche gold standard. La tecnica è stata testata su 11 pazienti con diagnosi di TR da ecografia trans-toracica. I risultati ottenuti per i due casi studiati hanno mostrato conclusioni differenti. La valutazione di RVol attraverso la superficie del tholos sembra attestarsi a valori intermedi tra quelli ottenuti con le tecniche gold standard. Questo potrebbe indicare che i risultati conseguiti con la nuova metodologia sono in linea con l’effettivo RVol. Tuttavia, i risultati non forniscono informazioni univoche, non consentendo di giungere a conclusioni definitive sulla potenzialità di questa tecnica. I valori di RVol ottenuti attraverso la superficie valvolare sono in quasi totale accordo con quelli del metodo diretto da immagini di risonanza 2D phase contrast che però utilizza un piano valvolare fisso. La scelta di calcolare RVol in corrispondenza del piano anulare ricostruito trova il proprio limite nella presenza di diverse fonti di rumore che si sovrappone al dato reale di velocità e può generare errori di valutazione. Il metodo proposto presenta alcuni limiti, ma può rappresentare una buona base di partenza per sviluppi futuri rivolti ad una valutazione multi-parametrica del TR e ad una classificazione più accurata della sua severità che consentano miglioramenti nella capacità di gestione e trattamento clinico di questa patologia valvolare.