Artículo original
Estudio tractográfico de la anatomía helicoidal del miocardio ventricular mediante resonancia magnética por tensor de difusiónHelical Structure of the Cardiac Ventricular Anatomy Assessed by Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging With Multiresolution Tractography

https://doi.org/10.1016/j.recesp.2013.04.022Get rights and content

Resumen

Introducción y objetivos

La integración de la anatomía y la función del miocardio ventricular es fundamental para una completa comprensión de la fisiología cardiaca, lo que podría revelar conocimientos clave para futuros estudios experimentales y procedimientos clínicos. Se han propuesto varios modelos conceptuales de la organización de las fibras miocárdicas, pero la dificultad para automatizar y analizar objetivamente una estructura anatómica tan compleja ha impedido que se llegue a un acuerdo. El objetivo de nuestro estudio es analizar objetivamente la arquitectura de las fibras miocárdicas mediante métodos avanzados de procesamiento gráfico por computadora aplicados a imágenes de resonancia magnética por tensor de difusión.

Métodos

Se han realizado reconstrucciones tractográficas automatizadas de datos de imágenes de resonancia magnética por tensor de difusión sin segmentar de corazones provenientes de la base de datos pública de la Johns Hopkins University. Las reconstrucciones a máxima resolución se han construido con 200 semillas y se componen de perfiles calculados sobre el volumen de vectores propios primarios obtenidos del tensor de difusión. También aportamos una nueva técnica de visualización multiescalar para obtener tractografías simplificadas. Esta metodología permite mantener las principales propiedades geométricas de las fibras y descifrar las principales propiedades de la organización arquitectónica del miocardio.

Resultados

En el análisis de las tractografías de todo el espectro multiescalar, encontramos una correlación exacta en los detalles de bajo nivel, así como de la conceptualización abstracta de la disposición helicoidal continua de las fibras miocárdicas que conforman la arquitectura ventricular.

Conclusiones

El análisis objetivo de la arquitectura miocárdica mediante un método automatizado que incluye el miocardio completo y utiliza diferentes niveles de complejidad tridimensional revela una organización de las fibras en forma de estructura helicoidal continua que conforma ambos ventrículos. Estos datos concuerdan con el modelo de banda ventricular miocárdica descrita por F. Torrent-Guasp.

Abstract

Introduction and objectives

Deeper understanding of the myocardial structure linking the morphology and function of the heart would unravel crucial knowledge for medical and surgical clinical procedures and studies. Several conceptual models of myocardial fiber organization have been proposed but the lack of an automatic and objective methodology prevented an agreement. We sought to deepen this knowledge through advanced computer graphical representations of the myocardial fiber architecture by diffusion tensor magnetic resonance imaging.

Methods

We performed automatic tractography reconstruction of unsegmented diffusion tensor magnetic resonance imaging datasets of canine heart from the public database of the Johns Hopkins University. Full-scale tractographies have been built with 200 seeds and are composed by streamlines computed on the vector field of primary eigenvectors at the diffusion tensor volumes. We also introduced a novel multiscale visualization technique in order to obtain a simplified tractography. This methodology retains the main geometric features of the fiber tracts, making it easier to decipher the main properties of the architectural organization of the heart.

Results

Output analysis of our tractographic representations showed exact correlation with low-level details of myocardial architecture, but also with the more abstract conceptualization of a continuous helical ventricular myocardial fiber array.

Conclusions

Objective analysis of myocardial architecture by an automated method, including the entire myocardium and using several 3-dimensional levels of complexity, reveals a continuous helical myocardial fiber arrangement of both right and left ventricles, supporting the anatomical model of the helical ventricular myocardial band described by F. Torrent-Guasp.

Full English text available from: www.revespcardiol.org/en

Section snippets

INTRODUCCIÓN

Está ampliamente aceptado que la arquitectura de las fibras miocárdicas desempeña un papel crucial en muchos aspectos funcionales del corazón, como la propagación eléctrica1, 2 o la contracción ventricular3, 4. También está aceptado que el miocardio, al igual que sus fibras, puede sufrir alteraciones de su arquitectura en muchas enfermedades cardiacas5, 6 que dé lugar a una función cardiaca ineficiente. Sin embargo, falta consenso respecto a la distribución exacta de las fibras miocárdicas y su

MÉTODOS

Las series de datos utilizadas en este estudio proceden de la base de datos pública de la Johns Hopkins University22. Dichas series se obtuvieron de 4 corazones caninos normales. Cada corazón se colocó en un recipiente acrílico lleno de Fomblin, un perfluoropoliéter (Ausimon; Thorofare, New Jersey, Estados Unidos). Fomblin tiene un efecto dieléctrico bajo y una señal de RM mínima, con lo que aumenta el contraste y elimina los artefactos de susceptibilidad no deseados próximos a los límites del

RESULTADOS

Nuestro método de reconstrucción tractográfica simplificada (fig. 4) mantiene las principales características geométricas de las fibras, y ello permite una identificación más fácil de las tendencias generales. A su vez, esas tendencias muestran una estructura helicoidal continua manifiesta del miocardio ventricular. Intentamos comparar los resultados de la tractografía con la anatomía de BMVH descrita por Torrent-Guasp et al15.

El modelo de BMVH describe una disposición longitudinal de las

DISCUSIÓN

Se presenta una interpretación objetiva de la arquitectura miocárdica a partir de las descripciones automatizadas de la DT-RM. Los resultados muestran la existencia de una conectividad inequívoca entre las fibras ventriculares, dispuestas de manera continua en una doble helicoide que conforma ambos ventrículos, arquitectura que reafirma la BMVH descrita por Torrent-Guasp en sus disecciones anatómicas. La representación gráfica de los resultados muestra unos tractos independientes, generados de

CONCLUSIONES

El análisis objetivo de la arquitectura del miocardio con un método automático que incluye la totalidad del miocardio y usando varios niveles tridimensionales de complejidad revela una disposición helicoidal y continua de las fibras miocárdicas en ambos ventrículos, hecho que respalda las descripciones anatómicas de F. Torrent-Guasp.

FINANCIACIÓN

Estudio parcialmente financiado por las ayudas TIN2009-13618 y TIN2012-33116.

CONFLICTO DE INTERESES

Ninguno.

Agradecimientos

Damos las gracias a los Dres. Patrick A. Helm y Raimond L. Winslow del Center for Cardiovascular Bioinformatics and Modeling y al Dr. Elliot McVeigh del National Institute of Health por proporcionarnos los conjuntos de datos de DT-RM.

Bibliografía (38)

  • P. Burt

    Fast filter transform for image processing

    Computer Graphics and Image Processing

    (1981)
  • M. Sermesant et al.

    Patient-specific electromechanical models of the heart for the prediction of pacing acute effects in CRT: a preliminary clinical validation

    Med Image Anal

    (2012)
  • A. Krishnamurthy et al.

    Patient-specific models of biomechanics

    J Comput Phys.

    (2013)
  • D. Roberts et al.

    Influence of cardiac fiber orientation on wavefront voltage, conduction velocity, and tissue resistivity in the dog

    Circ Res

    (1979)
  • B. Taccardi et al.

    Epicardial and intramural excitation during ventricular pacing: effect of myocardial structure

    Am J Physiol Heart Circ Physiol

    (2008)
  • I. LeGrice et al.

    Transverse shear along myocardial cleavage planes provides a mechanism for normal systolic wall thickening

    Circulation

    (1995)
  • S. Wickline et al.

    Structural remodeling of human myocardial tissue after infarction.Quantification with ultrasonic backscatter

    Circulation

    (1992)
  • B.A. Jung et al.

    Visualization of tissue velocity data from cardiac wall motion measurements with myocardial fiber tracking: principles and implications for cardiac fiber structures

    Eur J Cardiothorac Surg

    (2006)
  • S.H. Gilbert et al.

    Regional localisation of left ventricular sheet structure: integration with current models of cardiac fiber, sheet and band structure

    Eur J Cardiothorac Surg

    (2007)
  • Cited by (54)

    • The indeterminable resilience of the fascial system

      2017, Journal of Integrative Medicine
    View all citing articles on Scopus
    View full text