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Cardiac Elastography With External Vibration for Quantification of Diastolic Myocardial Stiffness - 01/05/25

Doi : 10.1016/j.echo.2024.11.009 
Tom Meyer, MSc a, Brunhilde Wellge a, Gina Barzen, MD b, Stefan Klemmer Chandia, MSc a, Fabian Knebel, MD b, c, Katrin Hahn, MD b, d, e, Thomas Elgeti, MD a, Thomas Fischer, MD a, Jürgen Braun, PhD f, Heiko Tzschätzsch, PhD f, Ingolf Sack, PhD a,
a Department of Radiology, Charité—Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Germany 
b Amyloidosis Center Charité Berlin (ACCB), Charité—Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Germany 
c Cardiology Unit, Department of Internal Medicine, Sana Klinikum Lichtenberg, Berlin, Germany 
d BIH Biomedical Innovation Academy, Berlin Institute of Health at Charité—Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Germany 
e Department of Neurology and Experimental Neurology, Charité—Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Germany 
f Institute for Medical Informatics, Charité—Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Germany 

Reprint requests: Ingolf Sack, PhD, Department of Radiology Charité—Universitätsmedizin Berlin, Charitéplatz 1, Berlin 10117, Germany.Department of Radiology Charité—Universitätsmedizin BerlinCharitéplatz 1Berlin10117Germany

Abstract

Objectives

Heart failure is an increasing global health problem. Approximately 50% of patients with heart failure have heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF) and concomitant diastolic dysfunction (DD), in part caused by increased myocardial stiffness not detectable by standard echocardiography. While elastography can map tissue stiffness, cardiac applications are currently limited, especially in patients with a higher body mass index. Therefore, we developed cardiac time-harmonic elastography (THE) to detect abnormal diastolic myocardial stiffness associated with DD.

Material and Methods

Cardiac THE was developed using standard medical ultrasound and continuous external vibration for regionally resolved mapping of diastolic shear wave speed as a proxy for myocardial stiffness. The method was prospectively applied to 54 healthy controls (26 women), 10 patients with moderate left ventricular hypertrophy (mLVH; 5 women), and 45 patients with wild-type transthyretin amyloidosis (wTTR; 4 women), 20 of whom were treated with tafamidis. Ten healthy participants were reinvestigated after 2 to 6 months to analyze test-retest reproducibility by intraclass correlation coefficients.

Results

Myocardial shear wave speed was measured with good reproducibility (intraclass correlation coefficient = 0.82) and showed higher values in wTTR (3.0 ± 0.7 m/sec) than in mLVH (2.1 ± 0.6 m/sec) and healthy controls (1.8 ± 0.3 m/sec, all P < .05). Area under the curve values were 0.991 and 0.737 for discriminating wTTR and mLVH from healthy controls, respectively. Shear wave speed was reduced in patients after tafamidis treatment (2.6 ± 0.6 m/sec, P = .04), suggesting the potential value of THE for therapy monitoring. Shear wave speed was quantified in the septum, posterior wall, and an automatically masked region (here stated for the septal region).

Conclusions

Cardiac THE detects abnormal myocardial stiffness in patients with DD with high penetration depth, independent of body mass index and region selection. Based on standard ultrasound components, cardiac THE is cost-effective and has the potential to become a point-of-care method for stiffness-sensitive echocardiography.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Central Illustration

Cardiac THE acquisition setup and processing pipeline. A vibration bed was used to continuously excite multifrequency time-harmonic shear waves in the heart, which are encoded by a clinical ultrasound scanner. A time series of the induced vibrational displacement was acquired from which diastolic SWS, as a proxy for diastolic myocardial stiffness, could be retrieved using a wavenumber-based multifrequency inversion algorithm (k-MDEV).



Central Illustration : 

Cardiac THE acquisition setup and processing pipeline. A vibration bed was used to continuously excite multifrequency time-harmonic shear waves in the heart, which are encoded by a clinical ultrasound scanner. A time series of the induced vibrational displacement was acquired from which diastolic SWS, as a proxy for diastolic myocardial stiffness, could be retrieved using a wavenumber-based multifrequency inversion algorithm (k-MDEV).


Central IllustrationCardiac THE acquisition setup and processing pipeline. A vibration bed was used to continuously excite multifrequency time-harmonic shear waves in the heart, which are encoded by a clinical ultrasound scanner. A time series of the induced vibrational displacement was acquired from which diastolic SWS, as a proxy for diastolic myocardial stiffness, could be retrieved using a wavenumber-based multifrequency inversion algorithm (k-MDEV).

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Highlights

Quantitative cardiac elastography with external vibration maps myocardial stiffness.
Quantitative cardiac elastography detects wTTR by elevated stiffness.
Quantitative cardiac elastography is sensitive to wTTR treatment with tafamidis through reduced stiffness.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : THE ultrasound elastography, Myocardial stiffness, Diastolic dysfunction, HFpEF, Amyloidosis

Abbreviations : ARFI, AUC, BMI, DD, DT, GLS, HFpEF, LAVI, LV, LVH, mLVH, MRE, ROI, SWS, THE, wTTR


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 Authors Meyer and Wellge contributed equally to this work.


© 2024  American Society of Echocardiography. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 38 - N° 5

P. 431-442 - mai 2025 Retour au numéro
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