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Autore/Autori: Mauro Pepi
Relazioni storiche – Congresso 2025
La presentazione è incentrata sulla necessità di misurare e confrontare i dati ottenuti tramite diverse metodiche di imaging cardiovascolare, come l’Ecocardiografia, la Risonanza Magnetica e la TAC. L’obiettivo è minimizzare le discrepanze, distinguendo tra precisione e accuratezza. La RM è considerata il Gold Standard per la valutazione della funzione e dei volumi, specialmente quando si utilizzano metodi volumetrici, che riducono significativamente l’errore rispetto al metodo biplano. L’Eco 3D offre una stima eccellente della Frazione di Eiezione, pur sottostimando leggermente i volumi, e viene evidenziata l’importanza di una formazione multidisciplinare per evitare errori procedurali, soprattutto nella misurazione di strutture complesse come l’aorta o il ventricolo destro.
La presentazione affronta il problema delle discrepanze tra misure ottenute con diverse metodiche di imaging (ecocardiografia, risonanza magnetica, TAC), partendo dalla distinzione tra precisione (riproducibilità) e accuratezza (vicinanza al gold standard). Spesso si confrontano metodi disomogenei, generando confusione.
Il metodo 2D biplano ha minore riproducibilità rispetto al 3D; la risonanza è il gold standard volumetrico. Tuttavia, il problema non è la metodica ma il metodo: ogni tecnica volumetrica è superiore a quella biplana. L’intelligenza artificiale sta migliorando le stime 3D con l’eco, riducendo la sottostima dei volumi rispetto alla risonanza. Il vero salto clinico non è la frazione d’eiezione in sé, ma la capacità di identificare il substrato aritmico (es. cicatrice alla risonanza) per decidere l’impianto di ICD.
Per l’atrio sinistro l’eco 3D è volumetrico e potrebbe rappresentare il gold standard rispetto alla risonanza, che utilizza metodi planimetrici. Per il ventricolo destro, l’eco 3D mostra una sottostima media dei volumi di circa 30 ml rispetto alla risonanza, ma una stima della frazione d’eiezione eccellente. I valori di riferimento della risonanza sono cambiati nel tempo (dal 40-43% al 68-72% per i maschi), dimostrando che metodi diversi (disk summation vs TomTec/deep learning) producono risultati diversi. Il phantom, vero gold standard, mostra un errore maggiore per la disk summation. Oggi disponiamo di sistemi semi-automatici che in 20-30 minuti forniscono volumi di ventricolo sinistro, destro e atrio.
Il GLS è un parametro importante, ma differisce tra eco (speckle tracking su tutta la parete) e risonanza (feature tracking sul bordo endocardico). L’eco ha maggiore fattibilità e riproducibilità; la risonanza attualmente non è standardizzata tra vendor e fornisce valori di GLS più bassi e meno affidabili. Il GLS eco va utilizzato nella pratica clinica; il GLS risonanza no. Per strain radiale e circonferenziale, la risonanza è superiore.
L’eco misura l’aorta con metodo leading-to-leading, la TAC e la risonanza inner-to-inner. Questa differenza produce discrepanze di 1-2 mm. Tutti i dati prognostici sono basati su misure ecocardiografiche leading-to-leading, quindi non è possibile abbandonarle per ragioni medico-legali. Le linee guida recenti hanno introdotto cut-off chirurgici (50 mm per il fenotipo radice, 52 mm per quello ascendente) giudicati problematici, poiché 52 mm con un errore medio di 2 mm creerà molte difficoltà.
Per il rigurgito aortico, la risonanza è utile nei casi complessi, ma sottostima la velocità di picco. Per il rigurgito mitralico, la risonanza è volumetrica (differenza tra stroke volume del ventricolo e stroke volume aortico), con limiti nei casi di valvulopatia multipla o errori basali. La soluzione pratica è conoscere i limiti del proprio laboratorio, essere critici sui dati discordanti e ricorrere a esami più sofisticati solo quando hanno un impatto clinico rilevante.
The presentation addresses discrepancies between measurements obtained with different imaging modalities (echocardiography, MRI, CT), starting from the distinction between precision (reproducibility) and accuracy (closeness to the gold standard). Heterogeneous methods are often compared, generating confusion.
The 2D biplane method has lower reproducibility than 3D; MRI is the volumetric gold standard. However, the problem is not the modality but the method: every volumetric technique is superior to the biplane one. Artificial intelligence is improving 3D echo estimates, reducing volume underestimation compared with MRI. The true clinical leap is not ejection fraction per se, but the ability to identify arrhythmic substrate (e.g., scar on MRI) for ICD decisions.
For the left atrium, 3D echo is volumetric and could represent the gold standard over MRI, which uses planimetric methods. For the right ventricle, 3D echo shows a mean volume underestimation of about 30 ml versus MRI, but excellent ejection fraction estimation. MRI reference values have changed over time (from 40–43% to 68–72% for males), demonstrating that different methods (disk summation vs TomTec/deep learning) produce different results. The phantom, the true gold standard, shows a greater error for disk summation. Today semi-automatic systems can provide left ventricular, right ventricular, and atrial volumes in 20–30 minutes.
GLS is an important parameter, but it differs between echo (speckle tracking across the whole wall) and MRI (feature tracking on the endocardial border). Echo has higher feasibility and reproducibility; MRI is currently not standardised across vendors and yields lower, less reliable GLS values. Echo GLS should be used in clinical practice; MRI GLS should not. For radial and circumferential strain, MRI is superior.
Echo measures the aorta with the leading-to-leading method, CT and MRI with inner-to-inner. This difference produces 1–2 mm discrepancies. All prognostic data are based on leading-to-leading echocardiographic measurements, so they cannot be abandoned for medico-legal reasons. Recent guidelines introduced surgical cut-offs (50 mm for root phenotype, 52 mm for ascending phenotype) that are considered problematic, since 52 mm with a mean error of 2 mm will create many difficulties.
For aortic regurgitation, MRI is useful in complex cases but underestimates peak velocity. For mitral regurgitation, MRI is volumetric (difference between ventricular and aortic stroke volumes), with limitations in multivalvular disease or basal errors. The practical solution is to know the limitations of one’s own laboratory, be critical of discordant data, and resort to more sophisticated examinations only when they have a relevant clinical impact.
Adesso ho il piacere di invitare Mauro Pepi, lo conoscete tutti, Centro Cardiologico Monzino, non ha bisogno di introduzioni perché è più che nota la sua esperienza in questo settore. Ci parlerà di misurare e confrontare i dati rilevati con diverse metodiche di imaging, quali ricadute nella pratica clinica conseguenti al rilievo di dati di misure spesso non coincidenti, aspetti tecnici e fonti di errori dei referti.
Ho esperienza sul topic, avendo di fatto fondato uno dei primi dipartimenti di imaging multimodale in ambiente cardiologico al Centro Cardiologico Monzino un po’ di anni fa. Ho un’esperienza personale su quando i dati coincidono e quando i dati non coincidono. Il titolo è veramente complesso, avrei bisogno di 24 ore per i mille problemi che abbiamo, ma ho scelto quattro argomenti che vedete sulla sinistra. Ho una sola parola di tipo tecnico, che tutti conoscete, ma la ribadisco: la precisione è la capacità di uno strumento di dare sempre la stessa misura, e ha a che vedere con la riproducibilità. L’accuratezza invece è la vicinanza rispetto a un gold standard, e spesso il gold standard non lo abbiamo.
Per quanto riguarda alcuni aspetti che toccherò, sono aspetti più pratici, che toccano un tema che paragoniamo spesso a mele e pere, e quindi evidentemente abbiamo dei problemi. Parto dal mito della frazione di eiezione, che poi toccherà molto più profondamente il professor Mele. Dal punto di vista pratico, 2D minore riproducibilità, 3D maggiore riproducibilità, risonanza gold standard. In verità, tutti noi usiamo la biplana, sempre. E probabilmente dovremmo rivedere questo dato perché la tecnica attuale 2D è molto migliorata. Questo è un aspetto del quale non si parla mai, ma il near field, cioè la possibilità di vedere l’apice, nettamente migliora ora e quindi rivediamolo in modo più critico.
Il punto centrale di questi tantissimi lavori di 30 anni di esperienza è che abbiamo dei dati molto solidi sui quali si è basata tutta la letteratura mondiale e che usiamo costantemente con dati di riferimento uomo-donna, di frazioni di eiezione iperstudiate. Dall’altra parte, forse usiamo un po’ poco delle tecniche più avanzate quando siamo in difficoltà su valutazioni di ventricoli che non vediamo bene.
Andiamo alla risonanza magnetica. È evidentemente il gold standard, perché ha capacità diagnostiche e entra in gioco in aspetti specifici. Però questo studio di Warmaning, che è famosissimo ma non viene più citato perché sono passati 20 anni, dimostra che il problema non è la risonanza o l’eco, ma il metodo. Ogni metodo volumetrico è migliore di ogni metodo biplano. Tanto è vero che la risonanza, con il metodo biplano, aveva un errore di variabilità interosservatore del 13%, enorme, quasi come l’eco, ma se va al volumetrico va al 3%, esattamente il motivo per il quale il nostro sogno è andare sempre più verso le tecniche volumetriche. Ma se paragoniamo sempre il biplano alla volumetrica, implicitamente avremo sempre un problema.
Ecco perché non entro tanto nell’aspetto tecnico, ma nel concetto. Noi abbiamo lavorato tanto su metodi semi-automatici, poi con l’intelligenza artificiale. In questo studio, volevamo capire se il metodo di valutazione automatica con intelligenza artificiale e deep learning del ventricolo stesse includendo o escludendo le trabecole, perché se stiamo includendo o escludendo le trabecole andiamo verso l’eco o verso la risonanza. Le ditte hanno dovuto trovare un balance tra questi due fenomeni. È evidente che tuttora l’eco, anche 3D, ha una sottostima, peraltro lieve, dei volumi con una frazione di eiezione, ma i dati ultimi della letteratura sono molto simili. Quindi i volumi li valutiamo con una certa sottostima in eco rispetto alla risonanza, non più come una volta, ma la frazione di eiezione è simile.
Il punto centrale è cosa chiediamo alla risonanza quando questo impatta sulla prognosi o sulla diagnosi di un soggetto. Ho preso due studi di Gianluca nei quali il vero salto di rilevanza clinica nel decidere un ICD non è in assoluto sulla frazione di eiezione, ma sul rischio ritmico determinato dalle scar. Ed è evidente che la risonanza qui è superiore all’eco, ma non in sé per la frazione di eiezione.
Ribaltiamo il problema sull’atrio sinistro. Di questo non si parla mai. L’Italia ha tantissimi gruppi che hanno lavorato benissimo sull’atrio sinistro: strain, volumi, eccetera. Attenzione: il 3D eco è volumetrico, mentre sia la risonanza, e questo non dice mai nessuno, che l’eco 2D è planimetrico. Ancora una volta, teoricamente dovremmo ribaltare il sistema e dire che il gold standard è l’eco, perché è un paradosso, altrimenti andiamo verso la biplana. Oltre al fatto che tracciare un atrio non è così facile.
Ventricolo destro, qui potremmo parlare per ore. Vado su alcuni aspetti storici che per la mia età mi hanno sempre colpito. Trent’anni fa scrivemmo un lavoro sulla pressione sistolica polmonare, ma in tutti questi anni abbiamo lavorato su dati dimensionali qualitativi o diametri. Noi avevamo il sogno della volumetria e della frazione di eiezione, che ci davano solo scintigrafia e risonanza magnetica, e che erano il gold standard. Iniziamo a lavorare sul 3D: abbiamo fatto i reference value nel 2010. Nel lavoro di Francesco Maffessanti, fatto con il gruppo di Padova e del povero Maurizio Gallerisi, vedevamo una sottostima dei volumi verso risonanza non drammatica, con un’ottima stima della frazione di eiezione.
Oggi abbiamo mediamente in letteratura una sottostima che va ai 30 ml, ma la frazione di eiezione in metanalisi è eccellente. La fattibilità dell’eco, come si diceva prima, dobbiamo sfruttarla un po’ di più. Quasi tutte le macchine hanno questa possibilità, al di là che sia automatico o semi-automatico. Però l’eco ha dei limiti: non è sempre eseguita in VD molto dilatati, non è sempre ben visibile la parete libera, dobbiamo fare un editing della parete libera e il calcolo può essere difficile quando il setto è paradosso. Attenzione però: quando mi si dice che questo è vero, è assolutamente identico anche con le altre metodiche. Se il setto sbandiera, il calcolo della frazione di eiezione è alterato di per sé ed è molto difficile.
Vediamo scherzosamente, prendo un po’ in giro Gianluca: è il gold standard la risonanza magnetica? La storia mi ha insegnato che, quando presentavamo i primi dati, ci attaccavano molto su questo aspetto. Attenzione anche alla risonanza. Gli operatori sono in difficoltà sul tratto basale del ventricolo. Il calcolo volumetrico in quella zona, dove c’è sia l’influsso che l’afflusso, è difficile. Non solo: dagli anni ’80 fino al 2012, il valore di riferimento era attorno al 40-43%. Poi nel 2012, il più grande studio su 4.000 pazienti, multietnico, tutto risonanza magnetica, ha dato alle donne 72% e ai maschi 68%. Voi americani siete saliti di 25 punti di frazione di eiezione. Nessuno ha commentato questo dato. 25 punti di differenza. Questo vuole dire che la risonanza è sbagliata? No, oggi è il gold standard. Ma il punto è che sono due metodi diversi: la risonanza lavora in disk summation, mentre i sistemi Tomtec lavorano in morfologie studiate in deep learning. Nell’unico studio fatto sul phantom, e il phantom è il gold standard, il disk summation aveva un errore abbastanza ampio paragonando i dati. Ma se usavamo TAC, risonanza ed eco con lo stesso sistema Tomtec, avevamo lo stesso risultato. Non possiamo paragonare disk summation verso il sistema Tomtec. Poi funzionano comunque.
Nel 2023 escono questi dati e vedete che la risonanza ormai va verso valori medi 57, 60, 68, 71, anche se in molti di questi casi abbiamo valori più bassi perché il malato è a digiuno, è rilassato. Il punto di riferimento è che usiamo di più l’eco, sempre di più 2D e 3D, perché è semplice, disponibile, e usiamo la risonanza perché ha un’alta accuratezza, è gold standard in molti contesti, pensiamo alla displasia e tanti altri casi. Ricordiamoci che il ventricolo destro è volumetricamente più grande del sinistro, ha una frazione di eiezione un po’ più bassa e uno stroke volume identico.
Dobbiamo renderci conto che l’eco necessariamente dovrà andare verso la volumetria. Ormai da qualche anno, con una macchina disponibile in tantissimi laboratori, in 20-30 minuti siamo in grado di fare volume sinistro, destro, atrio in un soggetto che aveva aritmie, con ottimi risultati complessivi. Molte macchine, nel sistema ICM, vanno verso le quattro camere istantanee, con dei limiti, ma che comunque possono essere utilizzate.
Questo è un punto importantissimo. È uscita una review straordinaria di Otto Smiset. Il GLS è importantissimo, lo sappiamo tutti. Pensiamo alla cardio-oncologia, alle valvulopatie. L’eco si è interrogato molto sul problema dell’intervendor variability, con Donato che è uno dei più grandi esperti in questo campo. Ridotta variabilità intervendor, facili acquisizioni, dati molto robusti della normalità uomo e donna. Cosa dice Otto Smiset? Che la risonanza usa il feature tracking, mentre l’eco usa lo speckle tracking. Traduciamo in termini applicativi: la risonanza lavora prevalentemente sul bordo endocardico, l’eco lavora in speckle su tutta la parete. Questo vuole dire che abbiamo due metodi diversi di per sé. Andiamo poi alle intervendor differences: la risonanza in questo momento non è stata standardizzata e ha problemi, in particolare sul global longitudinal strain che è più basso e più erroneo.
Andiamo alla fisiologia pura. Delle tre componenti della contrazione, se guardo il bordo endocardico guarderò più lo strain radiale e circonferenziale, se guarderò tutto lo speckle guarderò meglio il longitudinale. Riassumo: la fattibilità è molto più alta in eco rispetto alla risonanza, il GLS è utile e riproducibile, ormai lo usiamo. Attenzione: i cut-off importanti, ripeto, in cardio-oncologia, non usiamo GLS in clinica perché non è standardizzabile? Dall’altra parte, il radiale e il circonferenziale sono deboli in eco e più forti in risonanza, ma lo strain radiale è l’ispessimento. Quanto questo sia clinicamente rilevante non lo so.
Aorta, altro campo di grande discussione. Sempre più pazienti arrivano con dilatazione, ectasia, aneurisma dell’aorta, ormai un’epidemia. Gloria tanti anni fa aveva iniziato ad approcciare il sistema e l’abbiamo potuto fare solo negli aneurismi aortici, perché per motivi di radiazione, come dato etico, potevamo fare TAC verso eco solo in questi, ma con buoni risultati. Ci troviamo al documento di consenso fatto in ecografia prevalentemente e poi in multimodalità, con numeri magici che conosciamo tutti e un impatto clinico molto rilevante. La bicuspidia vuole dire un milione di italiani, quindi quante volte ci chiedono quanto è realmente la dimensione dell’aorta ascendente.
L’eco si è spostato a vedere un po’ tutti i segmenti, con tanti limiti, ma mi concentro solo sull’ascendente. Cosa confrontiamo a volte verso la TAC? La TAC dà una minor corda e una major corda, quindi due diametri, e noi in eco ne davamo sempre solo uno. Con questo lavoro di Sara, che è qui presente, abbiamo suggerito di fare sempre con la tecnica dell’X-plane i due diametri, che possono avere un senso anche per sbagliare un po’ di meno, e questo è entrato nelle linee guida. In termini pratici, quando seguo un ammalato, suggeriamo di fare tanti echi, matcharli a un dato di TAC se necessario, cioè se ha una dilatazione di una certa consistenza, e favorire nettamente la valutazione eco rispetto a quella radiologica.
L’eco è leading to leading e la radiologia è inner to inner. Il nostro gruppo e tanti altri hanno iniziato a fare i dati di riferimento dell’inner to inner e sappiamo che nella popolazione, il solo fatto di avere l’ipertensione porta a un paio di millimetri di più, quindi la popolazione di riferimento è fondamentale. Lo studio di Denisa Muraro ha confermato che persino nei normali, se uso l’inner to inner, ho un valore minore rispetto al leading to leading. Perché non vi siete mai messi d’accordo? Avevamo tentato, con Stephen Goldstein in America e Arturo Evangelista in Europa, ma non si è potuto perché tutti i dati prognostici e diagnostici erano solo ecografici. Non c’erano dati prognostici di TAC e risonanza, quindi non era possibile, in un’energia con risvolti medico-legali, inserire questi dati. Oggi dobbiamo misurare leading to leading in eco e inner to inner in radiologia, con una discrepanza di 1 o 2 mm a seconda dei casi.
TAC e risonanza ci danno un’informazione straordinaria, panoramica, con tutte le altre informazioni. Però siamo capaci veramente di complicarci la vita. Dopo il nostro dato del 2023, nel 2024 escono le linee guida che molti di voi hanno letto. I periferici, molti interventisti, sono entrati in questo e si sono espansi sull’aorta ascendente. Contrariamente a quello che pensavano Arturo Evangelista e tanti gruppi esperti, hanno messo il root phenotype a 50 e il sending phenotype a 52 come inclusione chirurgica. Questo, secondo noi, è un errore catastrofico, perché 52, con un errore medio di 2 mm, creerà un sacco di problematiche. Era più logico il 50 e il 55, lasciando spazio alla genetica e alla familiarità. Questo 52 metterà in difficoltà la comunità ed è colpa delle nostre linee guida.
Eco contro risonanza nei rigurgiti. Rigurgito aortico: l’ecodoppler è multiparametrico. Io non sono tanto bravo a fare la quantizzazione con il PISA se non in pochi casi. Non è facile, ma con metodi multiparametrici arriviamo a una diagnosi corretta. Però la risonanza, quando ho difficoltà o una necessità assoluta, diventa fondamentale perché ha una quantizzazione molto rilevante, con un underestimation della peak velocity. Spesso lo discuto con i radiologi esperti di risonanza: è il motivo per cui non possiamo studiare bene una stenosi aortica. Attenzione che non tutto sia sempre perfetto con il phase contrast.
Per quanto riguarda la mitrale, è un mondo. Dati quantitativi eco: la vena contracta e il PISA, con dei limiti, ma hanno una quantità di parametri e studi straordinari. Ma abbiamo limiti con i jet multipli, i jet eccentrici, i rigurgiti telesistolici. Dall’altra parte abbiamo la risonanza che è totalmente volumetrica, con lo stroke volume calcolato in volumi con la sottrazione dello stroke volume aortico. Un dato molto diverso. La risonanza in alcuni casi è molto affidabile, ma deve essere una monovalvola e deve essere fatta bene. Ci sono tanti limiti anche in risonanza: le slices, l’errore basale enorme in alcuni soggetti. La frazione di rigurgito in questo studio ha fatto vedere che nei normali, se faccio calcoli volumetrici, nel 15% trovo un rigurgito che non c’è. Per dire quanto è delicato lo studio dei volumi, ma certamente in certi casi è molto utile.
Mettiamoci d’accordo: fisiologicamente, nel Barlow, per esempio, nei rigurgiti, dovremmo includere il volume rigurgitante e anche il prolapse volume. Viene incluso in alcuni studi, ma questo non viene fatto in eco. È evidente che la frazione di eiezione in risonanza risulta più bassa. Questo è solo un esempio. L’eco mi piace perché è multiparametrico e perché le guide vanno utilizzate. Perché non sbaglio.
Dilatazione di camere. Se il rigurgito non è rilevante, non c’è. Altro sinistro, PAPS, eccetera. Alla fine il dato clinico è molto solido, quindi la risonanza la devo riservare a settori specifici. Poi vado al punto che Cosimo in parte ha trattato. L’eco continua a essere discusso per le criticità, perché viene fatto nello stesso soggetto cento volte in cento laboratori diversi e operatori diversi. Siamo sicuri che quando la risonanza verrà fatta sul territorio farà allo stesso malato sette risonanze diverse? Non avremo qualche problema? Probabilmente sì, ma la risonanza fa esami molto mirati in centri molto selezionati, quindi ho un bias completamente diverso. Non ho soluzioni. La mia idea è che per limitare i nostri errori dobbiamo conoscere i problemi del nostro laboratorio, cioè la normalità dei dati, essere critici sui valori e le metodologie sempre, in modo sereno, ragionare sui dati discordanti quando questi abbiano un peso clinico rilevante. Andrò a fare questi esami più sofisticati solo se hanno un impatto clinico reale su quel soggetto. Vi ringrazio.
Now I have the pleasure of inviting Mauro Pepi, you all know him, from Centro Cardiologico Monzino. He needs no introduction because his experience in this field is well known. He will talk about measuring and comparing data from different imaging methods, what clinical implications arise from often non-coinciding measurements, technical aspects, and sources of error in reports.
I have experience on this topic, having founded one of the first multimodal imaging departments in cardiology at Centro Cardiologico Monzino a few years ago. I have personal experience with when data coincide and when they don’t. The title is very complex, I would need 24 hours for the thousands of problems we have, but I chose four topics you see on the left. I have one technical word that everyone knows: precision is the ability of an instrument to always give the same measurement, and it relates to reproducibility. Accuracy is closeness to a gold standard, and often we don’t have a gold standard.
Regarding some aspects I will touch on, they are practical, sometimes comparing apples and oranges, so we obviously have problems. I start from the myth of ejection fraction, which Professor Mele will discuss in more depth. Practically: 2D lower reproducibility, 3D higher reproducibility, MRI gold standard. In reality, we all use the biplane method. We should probably review this because current 2D technique has greatly improved. This is an aspect no one talks about, but near field, the ability to see the apex, has improved, so let’s review it more critically.
The central point of these many works from 30 years of experience is that we have very solid data on which all world literature is based, with male-female reference values for ejection fraction. On the other hand, we perhaps use advanced techniques too little when we have difficulty evaluating ventricles we don’t see well.
Let’s go to magnetic resonance. It’s clearly the gold standard because it has diagnostic capabilities and comes into play in specific aspects. However, this study by Warmaning, which is very famous but no longer cited because 20 years have passed, shows that the problem is not MRI or echo, but the method. Every volumetric method is better than any biplane method. In fact, MRI with the biplane method had an interobserver variability error of 13%, huge, almost like echo, but with volumetric it goes to 3%, exactly why our dream is to move towards volumetric techniques. But if we always compare biplane to volumetric, we will implicitly always have a problem.
That’s why I don’t go into the technical aspect, but the concept. We worked a lot on semi-automatic methods, then with artificial intelligence. In this study, we wanted to understand if the automatic evaluation method with AI and deep learning of the ventricle was including or excluding trabeculae, because if we include or exclude trabeculae, we go towards echo or MRI. Companies had to find a balance between these two phenomena. It’s clear that even 3D echo still has a slight underestimation of volumes with ejection fraction, but the latest literature data are very similar. So we evaluate volumes with some underestimation in echo compared to MRI, not as much as before, but ejection fraction is similar.
The central point is what we ask from MRI when it impacts prognosis or diagnosis. I took two studies by Gianluca where the real clinical relevance in deciding an ICD is not on ejection fraction alone, but on arrhythmic risk determined by scars. MRI is superior to echo here, but not for ejection fraction itself.
Let’s reverse the problem on the left atrium. This is never discussed. Italy has many groups that worked very well on the left atrium: strain, volumes, etc. Attention: 3D echo is volumetric, while both MRI and 2D echo are planimetric. Theoretically, we should reverse the system and say echo is the gold standard, because it’s a paradox, otherwise we go towards biplane. Also, tracing an atrium is not so easy.
Right ventricle, we could talk for hours. I go over some historical aspects that have always struck me. Thirty years ago we wrote a paper on systolic pulmonary pressure, but in all these years we worked on qualitative dimensional data or diameters. We dreamed of volumetry and ejection fraction, which only scintigraphy and MRI gave us, and were the gold standard. We started working on 3D: we made reference values in 2010. In the work by Francesco Maffessanti, with the Padua group and the late Maurizio Gallerisi, we saw a non-dramatic volume underestimation towards MRI, with an excellent ejection fraction estimate.
Today we have on average in literature an underestimation up to 30 ml, but ejection fraction in meta-analysis is excellent. Echo feasibility, as was said before, we should exploit it more. Almost all machines have this possibility, whether automatic or semi-automatic. However, echo has limits: it’s not always performed in very dilated RVs, the free wall is not always visible, we need to edit the free wall, and calculation can be difficult with paradoxical septum. But when I’m told this is true, it’s absolutely identical with other methods too. If the septum swings, the ejection fraction calculation is altered anyway and very difficult.
Let’s look jokingly, I tease Gianluca: is MRI the gold standard? History taught me that when we presented the first data, they attacked us a lot on this aspect. Be careful with MRI too. Operators have difficulty on the basal tract of the ventricle. Volumetric calculation in that area, where there is both inflow and outflow, is difficult. Not only: from the 1980s until 2012, the reference value was around 40-43%. Then in 2012, the largest study on 4000 patients, multiethnic, all MRI, gave women 72% and men 68%. You Americans increased by 25 points of ejection fraction. No one commented on this data. 25 points difference. Does this mean MRI is wrong? No, today it’s the gold standard. But the point is they are two different methods: MRI works with disk summation, while Tomtec systems work with morphologies studied in deep learning. In the only study done on a phantom, and the phantom is the gold standard, disk summation had a large error comparing data. But if we used CT, MRI, and echo with the same Tomtec system, we had the same result. We cannot compare disk summation to the Tomtec system. They still work.
In 2023, these data come out and you see that MRI now goes towards mean values of 57, 60, 68, 71, even if in many cases we have lower values because the patient is fasting and relaxed. The reference point is that we use echo more, increasingly 2D and 3D, because it’s simple and available, and we use MRI because it has high accuracy, is gold standard in many contexts, like dysplasia and other cases. Remember that the right ventricle is volumetrically larger than the left, has a slightly lower ejection fraction, and identical stroke volume.
We must realize that echo will necessarily have to move towards volumetry. For a few years now, with a machine available in many labs, in 20-30 minutes we can do left, right, and atrial volumes in a subject with arrhythmias, with excellent overall results. Many machines, in the ICM system, go towards instantaneous four-chamber views, with limits, but usable.
This is a very important point. An extraordinary review by Otto Smiset has come out. GLS is very important, we all know that. Think about cardio-oncology, valvulopathies. Echo has questioned itself a lot on the intervendor variability problem, with Donato being one of the biggest experts. Reduced intervendor variability, easy acquisitions, very robust normal data for men and women. What does Otto Smiset say? MRI uses feature tracking, while echo uses speckle tracking. In practical terms: MRI works mainly on the endocardial border, echo works on speckle throughout the wall. This means we have two different methods. Then we go to intervendor differences: MRI has not been standardized and has problems, especially in global longitudinal strain which is lower and more erroneous.
Let’s go to pure physiology. Of the three components of contraction, if I look at the endocardial border I will look more at radial and circumferential strain, if I look at the speckle I will better see longitudinal strain. To summarize: feasibility is much higher in echo than in MRI, GLS is useful and reproducible, we use it now. Attention: important cut-offs, in cardio-oncology, we don’t use GLS in clinic because it’s not standardizable? On the other hand, radial and circumferential strain are weak in echo and stronger in MRI, but radial strain is thickening. How clinically relevant this is, I don’t know.
Aorta, another field of great discussion. More and more patients arrive with dilation, ectasia, aortic aneurysm, now an epidemic. Gloria years ago started approaching the system and we could only do it in aortic aneurysms, because for radiation reasons, we could CT versus echo only in these, but with good results. We now have the consensus document done mainly in ultrasound and then in multimodality, with magic numbers we all know and a very relevant clinical impact. Bicuspid means one million Italians, so how many times are we asked the real size of the ascending aorta.
Echo moved to see all segments, with many limits, but I focus only on the ascending aorta. What do we compare to CT? CT gives a minor cord and a major cord, two diameters, and we in echo always gave only one. With this work by Sara, who is here, we suggested always using the X-plane technique for the two diameters, which can make sense to make fewer mistakes, and this entered the guidelines. Practically, when I follow a patient, we suggest doing many echoes, matching them to a CT if necessary, i.e., if they have a significant dilation, and strongly favor echo evaluation over radiological.
Echo is leading to leading and radiology is inner to inner. Our group and many others started making reference data for inner to inner and we know that in the population, just having hypertension adds a couple of millimeters, so the reference population is fundamental. The study by Denisa Muraro confirmed that even in normals, if I use inner to inner, I get a lower value than leading to leading. Why didn’t you ever agree? We tried, with Stephen Goldstein in America and Arturo Evangelista in Europe, but couldn’t because all prognostic and diagnostic data were only echocardiographic. There were no prognostic data from CT and MRI, so it wasn’t possible to insert these data with medico-legal implications. Today we must measure leading to leading in echo and inner to inner in radiology, with a discrepancy of 1 or 2 mm depending on the case.
CT and MRI give extraordinary, panoramic information with all other information. But we really complicate our lives. After our 2023 data, in 2024 the guidelines came out that many of you have read. Peripheral interventionalists entered this and expanded on the ascending aorta. Contrary to what Arturo Evangelista and many expert groups thought, they set the root phenotype at 50 and the sending phenotype at 52 as surgical inclusion. This, in our opinion, is a catastrophic error, because 52, with an average error of 2 mm, will create many problems. 50 and 55 would have been more logical, leaving room for genetics and family history. This 52 will put the community in difficulty and it’s the fault of our guidelines.
Echo vs MRI in regurgitations. Aortic regurgitation: echo Doppler is multiparametric. I’m not very good at quantitation with PISA except in few cases. It’s not easy, but with multiparametric methods we reach a correct diagnosis. However, MRI, when I have difficulty or an absolute need, becomes fundamental because it has very relevant quantitation, with an underestimation of peak velocity. I often discuss this with MRI experts: it’s the reason we can’t study aortic stenosis well. Not everything is always perfect with phase contrast.
As for the mitral, it’s a world. Quantitative echo data: vena contracta and PISA, with limits, but they have an extraordinary number of parameters and studies. But we have limits with multiple jets, eccentric jets, telesystolic regurgitations. On the other hand, MRI is totally volumetric, with stroke volume calculated from volumes by subtracting aortic stroke volume. A very different data. MRI in some cases is certainly very reliable, but it must be a single valve and done well. There are many limits in MRI too: slices, the basal error huge in some subjects. The regurgitant fraction in this study showed that in normals, if I do volumetric calculations, in 15% I find a regurgitation that doesn’t exist. This shows how delicate volume study is, but certainly useful in some cases.
Let’s agree: physiologically, in Barlow, for example, in regurgitations, we should include the regurgitant volume and also the prolapse volume. It’s included in some studies, but not in echo. It’s clear that ejection fraction in MRI appears lower. This is just one example. I like echo because it’s multiparametric and guidelines must be used. Because I don’t make mistakes.
Chamber dilation. If regurgitation is not relevant, it’s absent. Other left atrium, PAPS, etc. In the end, the clinical data is very solid, so I must reserve MRI for specific areas. Then I go to the point that Cosimo partially addressed. Echo continues to be discussed for its critical issues, because it’s done on the same subject a hundred times in a hundred different labs and operators. Are we sure that when MRI is done in the territory, the same patient will have seven different MRIs? Won’t we have problems? Probably yes, but MRI does very targeted exams in very selected centers, so I have a completely different bias. I have no solutions. My idea is that to limit our errors we must know our lab’s problems, i.e., the normality of data, be critical on values and methods always, calmly, reason on discordant data when they have relevant clinical weight. I will do these more sophisticated exams only if they have a real clinical impact on that subject. Thank you.
