Reliability of echocardiographic myocardial deformation analysis by speckle tracking imaging for prediction of patients with cardiac allograft vasculopathy after heart transplantation

Abstract

Bachgroud: The coronary allograft vasculopathy (CAV) is a major cause for the graft failure and one of leading causes for death after heart transplantation. The routine annual coronary angiography is the standard for CAV surveillance. However, in many cases, coronary angiography may be insufficient for early CAV diagnosis before clinical events, and poses the risks. The myocardial deformation analyses by strain imaging allow quantifying of change in myocardial function, that is not recognizable at visual assessment ( e.g. longitudinal myocardial shortening), and distinction between active and passive wall motion. We assessed the reliability of 2D speckle tracking derived strain imaging (STE) in distinguishing between patients with and without angiographic CAV for the optimal timing of coronary angiography. Methods: left ventricular (LV) radial, circumferential and longitudinal strain and strain rate (Sr) were obtained in heart transplant recipients, with left ventricular ejection fraction (LVEF) of ≥55% and no visible regional wall motion abnormalities, by using speckle tracking software (EchoPAC 7.0). Dyssynchrony and dyssynergy indexes were calculated from strain and strain rate curves. Strain and Sr parameters and indexex were tested for relationships to angiographic findings. Angiographic evaluation of CAV was based on Stanford criteria. The patients with acute rejection, bundle branch block on ECG, and LVEF of <55% were excluded from the study. Results: The coronary angiogram was normal in 56 patients (group 1). Angiograhic CAV was present in the other 146 patients, of which 87 patients had CAV with diffuse type B lesions but no focal stenosis (group 2), 59 patients with diffuse type B lesions and focal stenosis (group 3). Whereas conventional echocardiographic parameters showed low sensitivities and specificities for CAV diagnosis, systolic STE parameters appeared highly predictive for detection of CAV. The time to peak longitudinal systolic strain rate of ≥129ms showed a positive predictive value of 88.4% and a negative value of 80.7% for the prediction of CAV with no focal stenosis. The global longitudinal acceleration of systolic deformation ( ratio of global peak longitudinal systolic strain rate and time to peak longitudinal systolic strain rate) showed the highest positive and negative predictive values (96.4% and 89.8%, respetively) for the prediction of CAV with no focal stenosis. The different dyssynchrony and dyssynergy parameters showed high negative predictive vales for the prediction of CAV with focal stenoses (86.7-89.2%). Conclusions: our result showed that STE may be a reliable method for CAV surveillance. STE allowed differentiation between patients without CAV and patients with CAV but normal LVEF and no visible regional wall motion abnormalities. The analyse of intraventricular synchrony and synergy enabled also early prediction of left ventricular dysfunction in CAV patients with focal stenoses, distinguishing between diffuse CAV with and without focal stenoses. The high positive and negative predictive values of STE parameters may enable the optimal timing of coronary angiography for CAV surveillance.

Hintergrund: Die koronare Transplantatvaskulopathie (TVP) ist die Hauptursache für das Transplantatversagen und eine der führenden Todesursachen nach Herztransplantation. Routinemäßig durchgeführte jährliche koronarangiographische Screenings zur Überwachung der TVP sind Standardprozeduren nach Herztransplantation. Die Koronarerkrankung ist jedoch in vielen Fällen vor dem Auftreten klinischer Ereignisse nicht feststellbar. Andererseits sind häufige Routine-Koronarangiographien nicht risikofrei. Die Wandverformungsanalyse mit „Strain Imaging“ ermöglicht die Quantifizierung myokardialer Funktionsänderungen, die mit freiem Auge nicht erkennbar sind (z.B. longitudinale Myokardverkürzung) und Unterscheidung zwischen aktiver und passiver Wandbewegung. Wir untersuchten die Zuverlässigkeit des 2D Speckle tracking derived strain Imagings (STE) für die Differenzierung zwischen Patienten mit und ohne angiographische TVP zwecks Verbesserung des Timings der Koronarangiogrphien. Methodik: Die Linksventrikuläre (LV) radiale, zirkumferenzielle, und longitudinale Myokard-verformung (strain) und die entsprechende Verformungsgeschwindigkeit (strain rate) wurden bei transplantierten Patienten mit einer linksventrikulären Auswurffraktion (LVEF) von ≥55% und ohne sichtbare Wandbewegungsstörungen mithilfe der Speckle tracking Software (EchoPAC 7.0), gemessen. Die Dyssynchronie- und Dyssynergie Indizes wurden aus den Strain und Strain rate Kurven berechnet. Die vor jeder koronarangiographie durchgefürte Myokardverformungsanalyse wurde auf ihre diagnostische Wertigkeit für die Früherkennung von TVP überprüft, indem die STE- Daten mit den als Standard geltenden Koronarangiographie-Daten verglichen wurden. Die angiographische Beurteilung der TVP erfolgte in Anlehnung an Stanford Kriterien. Die Patienten mit akuter Abstoßung, Schenkelblock im Elektrokardiogramm, und LVEF von <55% wurden von der Studie ausgeschlossen. Ergebnisse: Bei 56 Patienten (Gruppe 1) waren die Koronarangiogamme normal. Eine TVP war bei 146 Patienten angiographisch nachweisbar, wobei bei 87 Patienten Läsionen Typ B ohne fokale Stenosen (Gruppe 2) und bei 59 Patienten Läsionen Typ B mit fokalen stenosen (Gruppe 3) nachweisbar waren. Während die konventionellen echokardiographischen Parameter nur geringe Sensitivität und Spezifität für die Diagnose einer TVP zeigten, haben sich die systolischen STE- Parameters als hoch prädiktiv für die Früherkennung der TVP erwiesen. Der „cut-off“ Wert von 129ms für den Zeitintervall zwischen Beginn der Systole (EKG R-Zacke) und dem Zeitpunkt der maximalen systolischen globalen longitudinalen Verformungsgeschwindigkeit, zeigte einen positiv prädiktiven Wert von 88.4% und einen negativ prädiktiven Wert von 80.7% für das Vorhandensein einer diffusen angiographischen TVP ohne fokale Stenosen. Die globale Myokardverformungsbeschleunigung (systolische globale longitudinale Verformungsgeschwindigkeit per Zeitintervall bis zur maximalen systolischen globalen longitudinalen Verformungsgeschwindigkeit) zeigte mit 96.4% bzw. 89.8% die höchsten prädiktiven Werte. Die verschiedenen Dyssynergie- und Dyssynchronie Parameter erwiesen sich als hoch negativ prädiktiv für die Differenzierung zwischen TVP mit und ohne fokale Stenose (negativ prädiktive Werte zwischen 86.7% und 89.2%). Schlussfolgerung: Unsere Ergebnisse zeigen, dass STE eine zuverlässige Methode für die Überwachung der TVP sein kann. Die Methode erlaubt eine Differenzierung zwischen Patienten ohne TVP und Patienten mit TVP, normaler LVEF und ohne sichtbare regionale Wandbewegungs-störungen. Die Analyse der intraventrikulären Synchronie und Synergie ermöglicht auch die Früherkennung linksventrikulärer Funktionsstörungen bei fokalen Koronarstenosen und somit eine Differenzierung zwischen diffuser TVP mit und ohne fokale Koronarstenosen. Aufgrund des hohen positiven und negativen prädiktiven Wertes bestimmter Parameter, ist ein optimales Timing der Koronarangiographie möglich.