abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC São Paulo, SP, Brazil 8fLvq9KfYk8GStv9xPC9q9R 00008 S0066-782X2006000400008 S0066-782X(06)08600408 10.1590/S0066-782X2006000400008 Artigos Originais Correlação e concordância entre medidas ecocardiográficas obtidas durante o exame no ecocardiógrafo com medidas de imagens digitalizadas: estudo transversal Hatem Maria Amélia Bulhões Castro Iran Hatem Domingos M. Zuccolotto Marcos Schuck Júnior Adalberto Pellanda Lucia C. Pandolfo Fernanda Feier Flávia Porto Alegre Fundação Universitária de Cardiologia Instituto de Cardiologia do Rio Grande do Sul Brazil 04 2006 86 4 283 288 22 04 2005 07 03 2005 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

OBJETIVO: Avaliar a correlação e concordância entre medidas ecocardiográficas das dimensões cardíacas, obtidas através do aplicativo Echo off-line (programa para obtenção de medidas de imagens digitalizadas em estação de trabalho dedicada), com as realizadas convencionalmente. MÉTODOS: Estudo transversal, contemporâneo, sendo randomizados 56 pacientes. Através do programa Echo off-line foram mensuradas as medidas ao modo M e 2D ao nível dos ventrículos, do átrio esquerdo e da aorta. Estas medidas foram comparadas às realizadas por outro profissional, através do teste de correlação de Pearson (r), com alfa crítico de 0,05 e pela análise de concordância (Bland e Altman). RESULTADOS: As mensurações realizadas no sistema Echo off-line demonstraram r de 0,85 a 0,98. A análise de concordância mostrou que, para a maioria das medidas, a diferença média entre os métodos foi aproximadamente zero. A variação de valores absolutos não apresentou, em média, significância clínica. O aplicativo Echo off-line permite uma redução de, aproximadamente, 30% no tempo para realização das medidas. CONCLUSÃO: Este trabalho demonstrou a acurácia do programa Echo off-line para mensurar as dimensões cardíacas em estação de trabalho dedicada, podendo ser utilizado rotineiramente nos laboratórios de ecocardiografia.

 Interpretação de imagem guiada por computação ecocardiografia programa de domínio público 25 04 2006

ARTIGO ORIGINAL

Correlação e concordância entre medidas ecocardiográficas obtidas durante o exame no ecocardiógrafo com medidas de imagens digitalizadas. estudo transversal

Maria Amélia Bulhões Hatem; Iran Castro; Domingos M. Hatem; Marcos Zuccolotto; Adalberto Schuck Júnior; Lucia C. Pellanda; Fernanda Pandolfo; Flávia Feier

Instituto de Cardiologia do Rio Grande do Sul/Fundação Universitária de Cardiologia - Porto Alegre, RS

Correspondência

RESUMO

OBJETIVO: Avaliar a correlação e concordância entre medidas ecocardiográficas das dimensões cardíacas, obtidas através do aplicativo Echo off-line (programa para obtenção de medidas de imagens digitalizadas em estação de trabalho dedicada), com as realizadas convencionalmente.

MÉTODOS: Estudo transversal, contemporâneo, sendo randomizados 56 pacientes. Através do programa Echo off-line foram mensuradas as medidas ao modo M e 2D ao nível dos ventrículos, do átrio esquerdo e da aorta. Estas medidas foram comparadas às realizadas por outro profissional, através do teste de correlação de Pearson (r), com alfa crítico de 0,05 e pela análise de concordância (Bland e Altman).

RESULTADOS: As mensurações realizadas no sistema Echo off-line demonstraram r de 0,85 a 0,98. A análise de concordância mostrou que, para a maioria das medidas, a diferença média entre os métodos foi aproximadamente zero. A variação de valores absolutos não apresentou, em média, significância clínica. O aplicativo Echo off-line permite uma redução de, aproximadamente, 30% no tempo para realização das medidas.

CONCLUSÃO: Este trabalho demonstrou a acurácia do programa Echo off-line para mensurar as dimensões cardíacas em estação de trabalho dedicada, podendo ser utilizado rotineiramente nos laboratórios de ecocardiografia.

Palavras-chave: Interpretação de imagem guiada por computação, ecocardiografia, programa de domínio público.

Desde os estudos iniciais da ecocardiografia, por Edler e Hertz, em 1953, muito se tem pesquisado em tecnologia para a otimização desse método diagnóstico.

O protocolo do exame ecocardiográfico, além do diagnóstico propriamente dito, inclui a realização de um conjunto de medidas das estruturas cardíacas, já bem validadas em literatura1, que são utilizadas como parâmetros para avaliação de desempenho cardíaco e acompanhamento da evolução de cardiopatias.

Os valores dos volumes sistólicos e diastólicos do ventrículo esquerdo, fração de ejeção e da massa ventricular, já estão bem validados por meio de estudos que demonstraram haver bom índice de correlação com os achados de medidas angiocardiográficas2,3. Os valores normais das dimensões das cavidades para átrios e ventrículos foram estabelecidos previamente4,5, para o eco bidimensional e para o modo M6,7.

Feigenbaum8, em 1988, foi o primeiro a descrever o uso da aquisição da imagem, em formato digital, em doenças cardiovasculares. A utilização da ecocardiografia digital permite a obtenção de imagens de alta qualidade que podem ser revistas, possibilitando a análise de dados ecocardiográficos em uma estação de trabalho dedicada, permitindo a comparação imediata com exames prévios9.

Uma estação de trabalho dedicada consiste em um computador dotado de placas de captura de imagens e um programa que permite calibrar e mensurar as imagens, obtidas durante o exame convencional e armazenadas sob forma digital.

A digitalização das imagens pode reduzir o tempo para a realização dos exames e, conseqüentemente, seu custo, permitindo, também, o envio de imagens a centros de referência, sem a necessidade de transporte de pacientes.

Em se apresentando estas vantagens, é fundamental que se estabeleça a acurácia das medidas realizadas em uma estação de trabalho dedicada, para que seja possível a sua utilização na prática clínica. Portanto, o objetivo primário deste trabalho é avaliar a correlação e a concordância entre as medidas de análise ecocardiográficas pelo modo M e bidimensional, obtidas através do programa para obtenção de medidas de imagens digitalizadas em estação de trabalho dedicada, desenvolvido em nosso meio, com as medidas realizadas convencionalmente durante a realização rotineira dos exames, demonstrando, assim, a aplicabilidade deste programa.

MÉTODOS

Foi realizado um estudo transversal, do tipo contemporâneo, em que foram estudados 56 pacientes, encaminhados ao setor de métodos gráficos para a realização de exame ecocardiográfico, no período de agosto a novembro de 2002, por indicação clínica de seu médico assistente; independente da presença, ou não, de condição patológica cardíaca e do tipo de doença cardiológica. Estes pacientes eram selecionados de forma aleatória, através de programa especialmente desenvolvido para tal tarefa (disponível livremente em: www.cardiologia.org.br).

Cada paciente selecionado foi comunicado da natureza do trabalho realizado, assinando um termo de consentimento informado, aprovado pelo Comitê de Ética da instituição onde foi realizado o estudo, permitindo a captura e a utilização de suas imagens para fins da pesquisa.

Foram excluídos seis pacientes da amostra, sendo estabelecidos os seguintes critérios de exclusão: 1º) janela ecocardiográfica paraesternal longitudinal esquerda limitada; 2º) presença de alterações segmentares das paredes septal e posterior; e 3º) recusa em assinar consentimento informado.

Sistema de mensuração de medidas ecocardiográficas - Foi desenvolvido um sistema que possui dois modos de aquisição e registro dos dados: um, que é o acesso ao banco de dados local, permitindo a integração com o sistema de laudos do hospital, automatizando o processo de registro de dados dos exames efetuados; e o outro, o acesso a arquivos, no qual a imagem é lida diretamente de um arquivo tipo JPEG (opcionalmente de um arquivo BMP) e os resultados são gravados em um arquivo texto. Este modo permite a utilização do aplicativo Echo off-line em qualquer situação, sem a necessidade de acesso ao banco de dados da instituição (o programa está disponível livremente em: www.cardiologia.org.br ).

O software LAUDOS foi desenvolvido em Delphi 5.0, utilizando, inicialmente, o banco de dados no formato MDB - Microsoft Database. Posteriormente, o aplicativo foi reescrito, utilizando-se o padrão SQL, visando à sua integração com o banco de dados Oracle da instituição.

O módulo de interpretação, na estação de trabalho (off-line), utiliza uma interface gráfica, na qual são ajustados os parâmetros de escala. As medidas são realizadas sobre imagens estáticas, em formato JPEG ou BMP, adquiridas por meio de hardware e software da ATI Technologies, acoplados a um microcomputador da linha PC, com sistema operacional Microsoft Windows. O aplicativo, além da interface gráfica, permite ao usuário definir grupos de medidas, frases e modelos de laudos que facilitam o processo descritivo e possibilitam o cruzamento de dados para trabalhos científicos.

Para a implementação do Echo off-line, utilizou-se a ferramenta C++ Builder, na versão 5.0, da empresa Inprise. O C++ Builder é uma ferramenta tipo RAD (Rapid Application Development) que utiliza a linguagem C++ na implementação do código. A interface com o usuário foi construída através do uso de componentes denominados Form (formulários).

Foi utilizado, na realização dos exames, o aparelho ecocardiógrafo (Sonos 2500, Hewlett Packard, Andover, Mass.,USA) com transdutor multifreqüencial de 2 a 2,5 MHz, tendo a ele acoplada uma placa de captura de vídeo ATI all-in-wonder, instalada em um microcomputador PC Pentium II, conectado à rede corporativa da instituição.

O programa de medidas, em uma estação de trabalho dedicada Echo off-line, foi instalado em um único computador, na instituição, com a seguinte configuração: Pentium 4, com 256 Mb de memória, rodando sistema operacional Windows 2000, monitor LG Studioworks 995E de 17², com brilho regulado em 66 e contraste em 68, placa de vídeo Hauppage win/TV 878 e mouse Logitech modelo DGPGF.

Foram capturadas imagens ecocardiográficas em corte paraestenal longitudinal ao modo M e bidimensional, no nível de aorta e átrio esquerdo e no nível dos ventrículos em sístole e diástole, seguindo as recomendações da American Society of Echocardiography Comittee on Standards2, por um único ecocardiografista. Cada imagem empregada na mensuração das variáveis foi digitalizada, utilizando-se uma resolução de 640 x 480 pixels, e armazenada sob o formato JPEG. Após a realização da coleta de dados, o exame do paciente prosseguia na sua rotina normal.

Um segundo médico ecocardiografista realizava as mesmas mensurações ao modo M e bidimensional, utilizando o programa Echo off-line. Cada imagem foi mensurada duas vezes, com intervalo mínimo de um dia entre as medidas, com o objetivo de realização da análise de correlação intra-observador e da correlação e concordância interobservador, permitindo avaliar a reprodutibilidade da ferramenta.

Para cada corte ao modo M e bidimensional, o programa Echo off-line era calibrado para permitir medidas de maior fidelidade, utilizando-se a escala fornecida pelo programa. O tempo para a realização destas medidas foi, também, cronometrado através deste aplicativo.

As medidas foram anotadas em uma ficha de exame, registrando-se a hora de ingresso e saída do paciente. Todo o procedimento foi gravado em fita de vídeo VHS.

O desenho da tela principal do programa Echo off-line é apresentado na figura 1. A maior parte da tela é ocupada pela imagem ecocardiográfica. Procurou-se criar uma organização visual simples e clara. Os botões foram dispostos em uma ordem que segue a seqüência natural de uso da ferramenta. Inicia-se abrindo a imagem a ser mensurada, segue-se com a calibração da escala e, depois, procede-se à realização das medidas (fig. 1).

As medidas ao modo M e bidimensional são apresentadas sob a forma de médias e desvios padrão.

Foram calculados os coeficientes de correlação de Pearson entre as medidas obtidas durante a realização do exame convencional e as obtidas através do programa para obtenção de medidas de imagens digitalizadas em estação de trabalho dedicada, considerando um alfa crítico de 0,05. Este coeficiente indica o quanto duas variáveis estão linearmente relacionadas, porém, não expressa, corretamente, a concordância entre as medidas. Os dois métodos foram adicionalmente comparados pela análise de concordância descrita por Bland e Altman, que permite estabelecer limites de concordância entre medidas clínicas realizadas através de dois métodos diferentes11.

Foi realizada a análise da variação intra-observador para as medidas obtidas com o referido programa, utilizando-se a análise de concordância de Bland e Altman11.

RESULTADOS

Foram estudados 56 pacientes, sendo 32 (57%) do sexo feminino e 24 (43%), do sexo masculino, com média de idade de 48 anos, variando de 14 a 86 anos. As imagens foram capturadas durante a realização de exame ecocardiográfico, no período de agosto a novembro de 2002.

Na tabela 1, são apresentados as médias e os respectivos coeficientes de correlação entre as medidas realizadas convencionalmente e com o programa Echo off-line, ao modo M, e, na tabela 2, são descritos as médias e os respectivos coeficientes de correlação entre as medidas realizadas convencionalmente e com o programa Echo off-line, ao modo Bidimensional.

Estas duas tabelas demonstram que existem índices de correlação adequados entre as medidas realizadas pelos dois métodos, sendo que estes índices variaram de 0,85 a 0,98. Observamos, também, que as mensurações ao modo bidimensional demonstraram índices de correlação superiores às realizadas no modo M, tendo uma variação intra e interobservador de aproximadamente 10%.

As medidas que apresentaram no nosso estudo maiores variações entre os métodos foram as da aorta, do ventrículo direito e das espessuras parietais, ao modo M, já descritas na literatura como as que apresentam maior variabilidade interobservador21. A dimensão do ventrículo direito apresenta a maior variação entre todas as medidas, pois é dependente da posição do paciente.

No gráfico, é exibida a análise da concordância realizada para o ventrículo esquerdo, em sístole e diástole, entre os dois métodos de mensuração das dimensões cavitárias ecocardiográficas ao modo M e bidimensional (fig. 2).

A análise de concordância entre as medidas ao modo M e bidimensional mostraram–se adequadas para a grande maioria das medidas, pois a diferença média entre os métodos foi muito próxima a zero.

Foi realizada a análise da variação das medidas intra-observador, ao modo M e bidimensional, utilizando-se o índice de correlação de Pearson, para avaliar a reprodutibilidade da realização das medidas pelo mesmo observador, realizando as mesmas, com o aplicativo Echo off-line. Os índices de correlação variaram de 0,81 a 0,98, mostrando-se adequada a utilização desta ferramenta, pois a reprodutibilidade das medidas foi adequada.

A comparação entre os tempos utilizados nos dois métodos indica que, utilizando-se a ferramenta Echo off-line, obtém-se uma redução de, no mínimo, 30% do tempo empregado para realização das medidas, quando comparado com o tempo para realizá-las no ecocardiógrafo (método convencional).

A análise das medidas ecocardiográficas, no programa Echo off-line, permitiu uma redução média de tempo de uso do aparelho de 1.000 min/mês, possibilitando um incremento no número de exames realizados de, aproximadamente, 50 exames ao mês, por ecocardiógrafo.

DISCUSSÃO

A rotina dos exames ecocardiográficos inclui, além de um detalhado exame do paciente, a obtenção de imagens e mensurações de variáveis quantitativas. O desejo de realizar tais medidas fora da sala de exames foi, por vários anos, prejudicada pelo fato de que as estações de trabalho, dedicadas a esta função, não eram custo-efetivas, o desenvolvimento tecnológico de computação passou a permitir um custo operacional mais acessível.

A vantagem da utilização da ecocardiografia digital é a obtenção de imagens de alta qualidade, que podem ser revistas, possibilitando a análise de dados ecocardiográficos off-line, com cálculo de medidas de dimensões e Doppler, necessitando de espaços menores e mais organizados para armazenamento das imagens. A quantificação é simplificada com a informação de calibração DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine), permitindo realizar medições diretas, gerar relatórios eletrônicos e banco de dados.

A gravação de imagens em fitas VHS é universalmente utilizada para armazenar imagens, pois, o custo para arquivar os dados, no sistema de compressão do tipo JPEG, gira em torno de U$ 1.90 dólares por paciente, enquanto o custo para arquivar em fita VHS, de 120 minutos, fica em torno de U$ 0.32 dólares. Assim, o custo para realização de armazenamento digital é seis vezes maior13. Esse custo, porém, justifica-se, já que a aquisição de programas de informatização agiliza a entrega dos resultados, inclusive disponibilizando os mesmos em rede local (Intranet) e rede externa (Internet), permitindo uma relação direta entre o arquivo médico (prontuário informatizado) e os dados de exames, e reduz a duração do tempo para a realização dos exames.

Outra vantagem do armazenamento de imagens de forma digital é a menor possibilidade da degradação de imagem, com permuta e transmissão de dados mais fáceis, possibilitando a comparação de forma rápida e simultânea com exames prévios13.

A possibilidade do envio de imagens médicas a centros de referência permite que os pacientes, atendidos em centros de atenção primária e secundária, recebam um tipo de assistência médica de melhor qualidade, evitando transportá-los, desnecessariamente, para hospitais terciários, além de favorecer uma educação à distância dos médicos daqueles serviços, qualificando melhor a equipe que presta serviço nestes centros.

Mohler e cols.15 compararam interpretações de ecocardiogramas digitais e de videoteipes em pacientes com dor torácica de um departamento de emergência. A taxa de concordância dos dois métodos para análise da contratilidade segmentar foi de 94%.

Karson e cols.16 demonstraram que o armazenamento digital permite uma qualidade superior de imagens comparadas com videoteipe, com uma compressão de até 20:1. Este estudo observou 179 pacientes, embora apenas um pequeno número de imagens tenha sido avaliado.

Soble e cols.17 compararam análises de imagens MPEG-1 com imagens por videoteipe numa série de 58 pacientes, encontrando uma concordância de 83%.

No estudo de Segar e cols.18, foram avaliados 110 exames gravados, simultaneamente, em videoteipe e digitalizados, encontrando uma taxa de concordância de cerca de 83%.

O estudo de Mobarek e cols.19 sugere que a acurácia, na interpretação em sistemas digitalizados, não é sacrificada, apesar da necessidade de realizar uma "compressão clínica" significante, ou seja, o operador limitar as gravações a segmentos ou loops de 1 ou 2 ciclos cardíacos. Em 93 pacientes consecutivos, os dados digitais que sofreram este tipo de compressão eram comparados com um estudo completo gravado em videoteipe. A concordância na interpretação entre estas duas técnicas foi estimada em 99%, com uma redução significativa no tempo de interpretação.

Haluska e cols.20 avaliaram o uso de imagens digitalizadas no diagnóstico de pacientes com doenças valvulares. Cento e um pacientes portadores de deficiências valvulares foram selecionados e seus exames foram digitalizados, utilizando o padrão JPEG, com compressão de 20:1, bem como gravados em fita VHS. Os parâmetros mensurados foram altamente concordantes entre os dois métodos.

Este estudo demonstrou que a ferramenta de medidas em estação de trabalho dedicada, desenvolvida na nossa instituição, apresenta índices de correlação comparáveis aos dos outros trabalhos, já descritos em literatura, além de bons índices de reprodutibilidade das medidas intra-observador.

O sistema avaliado permite uma melhor utilização de equipamentos de custo mais elevados, os ecocardiógrafos, transferindo, para a unidade de trabalho dedicada, as tarefas de mensurações e emissão de laudos, sem ônus para a acurácia diagnóstica. Com isso, há uma redução no custo unitário dos exames, permitindo que mais pessoas se beneficiem com a realização dos mesmos.

Em função dos resultados obtidos, a ferramenta foi incorporada no sistema de laudos utilizado no SAME da nossa instituição. O protótipo do aplicativo, utilizado neste estudo, encontra-se disponível, gratuitamente, na página da Internet www.cardiologia.org.br. O programa, incorporado ao sistema de laudos, permite a avaliação da função diastólica e das lesões orovalvares, devendo-se realizar novos estudos com a finalidade de testar a acurácia deste aplicativo, para esta função.

Concluindo, este trabalho demonstrou a acurácia e praticidade do programa Echo off-line para mensurar medidas ecocardiográficas das dimensões cardíacas em estação de trabalho dedicada, podendo este programa ser utilizado rotineiramente nos laboratórios de ecocardiografia.

Iran Castro

Rua Disnard, 42

90850-030 – Porto Alegre, RS

E-mail:

iran.castro@cardiologia.org.br

Recebido em 07/03/05

Aceito em 22/04/05

1. Popp RL, Wolfe SB, Hirata T, Feigenbaum H. Estimation of right and left ventricular size by ultrasound. A study of the echoes from the interventricular septum. Am J Cardiol 1969; 24: 523-30. Estimation of right and left ventricular size by ultrasound: A study of the echoes from the interventricular septum Am J Cardiol 1969 523 30 24 Popp RL Wolfe SB Hirata T Feigenbaum H. 2. American Society of Echocardiography Comitee on Standars Recommendations for quantification of the left ventricle by twodimensionalechocardiography. J Am Soc Echocardiogr 1989; 2: 358-67. on Standars Recommendations for quantification of the left ventricle by two-dimensionalechocardiography J Am Soc Echocardiogr 1989 358 67 2 3. Kaye HH, Tynan M, Hunter S. Validity of echocardiographic estimates of left ventricular size and performancein infants and children. Br Heart J 1975; 37: 371. Validity of echocardiographic estimates of left ventricular size and performancein infants and children Br Heart J 1975 371 37 Kaye HH Tynan M Hunter S 4. Sahn DJ, DeMaria A, Kisslo J, Weyman A. Recommendations regarding quantitation in M-mode echocardiography: Results of a survey of echocardiographic measurements. Circulation 1978; 58: 1072. Recommendations regarding quantitation in M-mode echocardiography: Results of a survey of echocardiographic measurements Circulation 1978 1072 58 Sahn DJ DeMaria A Kisslo J Weyman A 5. Trail TA, Gibson DG, Brown DJ. Study of left ventricular wall thickness and dimension changes using echocardiography. Br Heart J 1978; 40: 162. Study of left ventricular wall thickness and dimension changes using echocardiography Br Heart J 1978 162 40 Trail TA Gibson DG Brown DJ 6. Byrd BF, Finkbeiner W, Bouchard A, Silverman NH, Schiller NB. Accuracy and reproducibility of clinically acquired two-dimensional echocardiographic mass measurements. Am. Heart J 1989; 118: 133. Accuracy and reproducibility of clinically acquired two-dimensional echocardiographic mass measurements Am. Heart J 1989 133 118 Byrd BF Finkbeiner W Bouchard A Silverman NH Schiller NB. 7. Felner JM, Blumenstein BA, Schlant RC et al. Sources of variability in echocardiographic measurements. Am J Cardiol 1980; 45: 995. Sources of variability in echocardiographic measurements Am J Cardiol 1980 995 45 Felner JM Blumenstein BA Schlant RC 8. Feigenbaum H. Digital recording, display, and storage of echocardiograms. J Am Soc Echocardiogr 1988; 1: 378-83. Digital recording, display, and storage of echocardiograms J Am Soc Echocardiogr 1988 378 83 1 Feigenbaum H 9. Garcia MJ, Thomas JD, Greenberg NL et al. Comparison of MPEG 1 digital video with S-VHS tape for quantitative echocardiographic measurements. J Am Soc Echocardiogr 2001; 14: 114-21. Comparison of MPEG - 1 digital video with S-VHS tape for quantitative echocardiographic measurements J Am Soc Echocardiogr 2001 114 21 14 Garcia MJ Thomas JD Greenberg NL 10. Fleiss J. Statistical methods for rates and proportions. New York: John Wiley; 1981. Statistical methods for rates and proportions 1981 Fleiss J 11. Bland Martin J, Douglas Altman G. Statistical Methods for assessing agreement between two methods of clinical measurement. Lancet 1986: 307-310. Statistical Methods for assessing agreement between two methods of clinical measurement Lancet 1986 307 310 Bland Martin J Douglas Altman G 12. Landis JR, Koch GG. The measurement of observer agreement for categorical data. Biometrics 1977; 33: 159-74. The measurement of observer agreement for categorical data Biometrics 1977 159 74 33 Landis JR Koch GG 13. Mathewson James W, Perry James C, Maginot Kathleen R, Cocalis Mark. Pediatric digital echocardiography: A study of the analog-to-digital transition. J Am Soc Echocardiogr 2000; 13: 561-9. Pediatric digital echocardiography: A study of the analog-to-digital transition J Am Soc Echocardiogr 2000 561 9 13 Mathewson James W Perry James C Maginot Kathleen R Cocalis Mark 14. Finley JP, Sharrat GP, Nanton MA et al. Paeddiatric echocardiography by telemedicine nine years'exparience. J Telmed Telecare 1997; 3(4): 200-204. Paeddiatric echocardiography by telemedicine - nine years'exparience J Telmed Telecare 1997 200 204 4 3 Finley JP Sharrat GP Nanton MA 15. Mohler ER, Ryan T, Segar DS, Sawada SG, Fineberg NS, Feigenbaum H. Comparison of digital with videotape echocardiography in patients with chest pain in the emergency department. J Am Soc Echocardiogr 1996; 9: 501-08. Comparison of digital with videotape echocardiography in patients with chest pain in the emergency department J Am Soc Echocardiogr 1996 501 08 9 Mohler ER Ryan T Segar DS Sawada SG Fineberg NS Feigenbaum H 16. Karson TH, Zepp RC, Chandra S, Morehead A, Thomas JD. Digital storages of echocardiograms offer superior imagequality to analog storage even with 20:1 digital compression: results of the digital ERA (Echo record Acess) study. J Am Soc Echocardiogr 1996; 9: 769-78. Digital storages of echocardiograms offer superior imagequality to analog storage even with 20: 1 digital compression: results of the digital ERA (Echo record Acess) study J Am Soc Echocardiogr 1996 769 78 9 Karson TH Zepp RC Chandra S Morehead A Thomas JD 17. Soble JS, Yurow G, Brar R et al. Comparison of MPEG digital vídeo with super VHS tape for diagnostic echocardiographic readings. J Am Soc Echocardiogr 1998; 11: 819-25. Comparison of MPEG digital vídeo with super VHS tape for diagnostic echocardiographic readings J Am Soc Echocardiogr 1998 819 25 11 Soble JS Yurow G Brar R 18. Segar DS, Skolnick D, Sawada SG et al. A comparison of the interpretation of digitized and videotape recorded echocardiograms. J Am Soc Echocardiogr 1999; 12: 714-19. A comparison of the interpretation of digitized and videotape recorded echocardiograms J Am Soc Echocardiogr 1999 714 19 12 Segar DS Skolnick D Sawada SG 19. Mobarek SK, Gilliland YE, Bernal A, Murgo JP. Is a full digital echocardiography laboratory feasible for routine daily use? Echocardiography 1996; 13: 473-82. Is a full digital echocardiography laboratory feasible for routine daily use Echocardiography 1996 473 82 13 Mobarek SK Gilliland YE Bernal A Murgo JP 20. Halusaka B, Washi S, Mayer EM et al. Accuracy and cost and time-effectiveness of digital clip versus videotape interpretation of echocardiograms in patients with valvular heart disease. J Am Soc Echocardiogr 2001; 14: 292-8. Accuracy and cost and time-effectiveness of digital clip versus videotape interpretation of echocardiograms in patients with valvular heart disease J Am Soc Echocardiogr 2001 292 8 14 Halusaka B Washi S Mayer EM 21. Collins HW, Kronemberg MW, Byrd BF. Reproducibility of left ventricular mass measurements by two-dimensional and M-mode echocardiography. J Am Coll Cardiol 1989; 14: 2. Reproducibility of left ventricular mass measurements by two-dimensional and M-mode echocardiography J Am Coll Cardiol 1989 2 14 Collins HW Kronemberg MW Byrd BF Original Articles Correlation and concordance between echocardiographic measurements obtained during echocardiography and digitized image measurements: transversal study

OBJECTIVE: To evaluate the correlation and concordance between the measurements of echocardiographic analysis of cardiac dimensions obtained through the Echo off-line applicative (software for obtaining digitized image measurements in a dedicated workstation) available to public domain, and those obtained through the conventional method. METHOD: Transversal contemporary study, of 56 randomized patients whose images were obtained during examina-tions. The measurements of the M mode and 2D, were done in the ventricles, left atrium, and aorta by the Echo off-line program. These measurements were compared to those obtained by another professional, through Pearson's correlation test (r), alpha = 0.05 and by concordance analysis (Bland and Altman). RESULT: The measurements carried out by the Echo off-line system showed r that varied from 0.85 to 0.98. The analysis of concordance showed that for most measu-rements, the mean difference between the methods was approximately zero. The variation of absolute values did not show, in average, a clinical significance. The Echo off-line applicative allows a reduction of approximately 30% in the time spent to obtain the measurements. CONCLUSION: This study demonstrated the accuracy of the Echo off-line program to measure cardiac dimensions in a dedicated workstation, showing that it can be routinely used in echocardiography labs.

 Interpretation of image guided by computer echocardiography public domain program

ORIGINAL ARTICLE

Correlation and concordance between echocardiographic measurements obtained during echocardiography and digitized image measurements – transversal study

Maria Amélia Bulhões Hatem; Iran Castro; Domingos M. Hatem; Marcos Zuccolotto; Adalberto Schuck Júnior; Lucia C. Pellanda; Fernanda Pandolfo; Flávia Feier

Instituto de Cardiologia do Rio Grande do Sul/Fundação Universitária de Cardiologia - Porto Alegre, RS - Brazil

Mailing Address

ABSTRACT

OBJECTIVE: To evaluate the correlation and concordance between the measurements of echocardiographic analysis of cardiac dimensions obtained through the Echo off-line applicative (software for obtaining digitized image measurements in a dedicated workstation) available to public domain, and those obtained through the conventional method.

METHOD: Transversal contemporary study, of 56 randomized patients whose images were obtained during examina-tions. The measurements of the M mode and 2D, were done in the ventricles, left atrium, and aorta by the Echo off-line program. These measurements were compared to those obtained by another professional, through Pearson's correlation test (r) (alpha = 0.05) and by concordance analysis (Bland and Altman).

RESULT: The measurements carried out by the Echo off-line system showed (r) that varied from 0.85 to 0.98. The analysis of concordance showed that for most measu-rements, the mean difference between the methods was approximately zero. The variation of absolute values did not show, in average, a clinical significance. The Echo off-line applicative allows a reduction of approximately 30% in the time spent to obtain the measurements.

CONCLUSION: This study demonstrated the accuracy of the Echo off-line program to measure cardiac dimensions in a dedicated workstation, showing that it can be routinely used in echocardiography labs.

Key words: Interpretation of image guided by computer, echocardiography, public domain program.

Ever since the initial echocardiography studies by Edler and Hertz in 1953, much has been researched, regarding technology for the optimization of this diagnostic method.

The protocol of the echocardiographic examination, in addition to the diagnosis itself, includes performing a set of cardiac structure measurements that have been well validated in literature1, which are used as parameters for the evaluation of cardiac performance and follow up of cardiopathy evolution.

The values of the systolic and diastolic volumes of the left ventricle, ejection fraction and ventricular mass have been well validated by studies that demonstrated a good correlation with the findings of angiocardiographic measurements2,3. The normal values of cavity dimensions for atriums and ventricles have been previously established4,5 for the bidimensional and the M-mode echocardiography 6,7.

Feigenbaum8, in 1988, was the first to describe the use of image acquisition, in a digital format, in cardiovascular diseases. The use of digital echocardiography allows the attainment of high-quality images that can revised, enabling the analysis of echocardiographic data in a dedicated workstation, allowing the immediate comparison with previous examinations9.

A dedicated workstation consists in a computer with a board able to capture images and a program that allows the calibration and mensuration of the images obtained during the conventional examination and stored as digital images.

The digitalization of images can reduce the time needed to perform examinations and consequently, their cost, also allowing the direct sending of images to reference centers eliminating the need for patient transportation.

Regarding these advantages, it is mandatory to establish the precision of the measurements performed in a dedicated workstation in order to allow their use in clinical practice. Therefore, the primary objective of this study is to evaluate the correlation and the concordance between the echocardiographic measurements through the M-mode and bidimensional ones, obtained through the use of the software for digital image capture at the dedicated workstation developed in our institution, with those obtained conventionally during the routine examination of patients, thus demonstrating the applicability of this program.

Methods

A transversal, contemporary study was carried out with 56 patients, referred to the Service of Graphic Methods for echocardiographic examination, from August to November 2002, by clinical indication of their assistant physician, regardless of the presence of a cardiac pathologic condition and type of cardiologic disease. These patients were randomly selected through a program that was especially developed for such task (freely available at www.cardiologia.org.br).

Each patient selected for the study received an informed written consent form approved by the Ethics Committee of the Institution where the study was carried out, in which the patients agreed to allow the capture and use of their images for research purposes.

Six patients were excluded from the sample, according to the following exclusion criteria: 1) limited left longitudinal parasternal echocardiographic window; 2) presence of segmental alterations of the septum and posterior walls; and 3) refusal to sign the written informed consent.

Echocardiographic measurement mensuration system – A system was developed with two modes of data acquisition and storage: one, which is the access to the local database, allowing the integration with the hospital medical report system, automating the process of data recording of the examinations performed; and the other, the access to files, in which the image is directly read from a JPEG-type file (with BMP as an option) and the results are recorded in a text file. This mode allows the utilization of the Echo off-line applicative at any situation, eliminating the need to access the institution database (the program is freely available at: www.cardiologia.org.br ).

The LAUDOS software was developed in Delphi 5.0, initially utilizing the database in MDB (Microsoft Database) format. Posteriorly, the applicative was rewritten using the SQL pattern aiming at its integration with the institution Oracle database.

The interpretation module at the workstation (off-line) uses a graphic interface, in which the scale parameters are adjusted. The measurements are performed on static images in JPEG or BMP format, acquired through hardware and software by ATI Technologies, coupled to a PC with Microsoft Windows® as the operational system. The applicative, in addition to the graphic interface, allows the user to define groups of measurements, medical file phrases and models that facilitate the descriptive process and permits the data crossing for scientific research.

To implement the Echo off-line, the C++ Builder tool, version 5.0, from Inprise, was used. C++ Builder is a RAD-type (Rapid Application Development) tool that uses C++ language in the code implementation. The interface with the user was constructed with the use of components denominated Form (formularies).

The echocardiographic examinations were carried out with an echocardiography machine (Sonos 2500, Hewlett Packard, Andover, Mass., USA), with a multifrequency transducer from 2 to 2.5 MHz, coupled to an ATI all-in-wonder video capture board, installed in a Pentium II PC, connected to the Institution corporative net.

The measurement program in an Echo off-line dedicated workstation was installed in only one computer at the institution, with the following configuration: Pentium 4 with 256 Mb of memory, running on a Windows 2000 platform, LG Studioworks 995E 17" monitor, with brightness control at 66 and contrast at 68, Hauppage win/TV 878 video board and Logitech mouse model DGPGF.

The echocardiographic images were captured at parasternal longitudinal sections in M-mode and bidimensional echocardiography, at the aorta and left atrium levels and at the systolic and diastolic ventricle levels, according to the recommendations of the American Society of Echocardiography Committee on Standards2, by only one echocardiographist. Each image employed in the measurement of variables was digitized, using a 640 x 480 pixel resolution and stored as a JPEG file. After data collection, the patient's examination proceeded as a routine one.

A second echocardiographist performed the same measurements in M-mode and bidimensional echocardiography, using the Echo off-line program. Each image was measured twice, with a minimal interval of one day between the measurements, with the objective of obtaining the intra-observer correlation and the interobserver correlation and concordance analyses, in order to verify the tool reproducibility.

For each M-mode and bidimensional echocardiography section, the Echo off-line program was calibrated in order to allow high-accuracy measurements, using the scale provided by the program. The time for obtaining these measurements was also recorded through the applicative.

The measurements were recorded in a medical examination record, which also included the patient's admittance and release times. The whole procedure was recorded in VHS videotape.

The echo off-line presentation screen is shown in Figure 1. The largest part of the screen shows the echocardiographic image. The objective was to attain a simple and clear visual organization. The buttons were placed in an order that follows the natural use of the tool. It initiates by opening the image to be measured, followed by the scale calibration and then the measurements are performed (Fig. 1).

The measurements in M-mode and bidimensional echocardiography are presented as means and standard deviations.

Pearson's correlation coefficients were calculated between the measurements obtained through the conventional examination and those obtained through the program to attain digitized image measurements in a dedicated workstation, considering a critical alpha = 0.05. This coefficient indicates how much two variables are linearly correlated; however, it does not correctly expresses the concordance between the measurements.

The two methods were additionally compared by Bland-Altman concordance analysis, which permits to establish concordance limits between clinical measurements carried out by two different methods11.

The intra-observer variation analysis for the measurements obtained with the aforementioned program was performed using Bland-Altman concordance analysis11.

Results

Of the fifty-six patients studied, 32 (57%) were females and 24 (43%) were males. Mean age was 48 years, ranging from 14 to 86 yrs. The images were captured during echocardiographic examinations, from August to November 2002.

Table 1 shows the means and respective correlation coefficients between the measurements obtained conventionally and with the Echo off-line program in M-mode; Table 2 shows the means the respective correlation coefficients between the measurements obtained conventionally and with the Echo off-line program in bidimensional mode.

These two tables show that there are adequate correlation rates between the measurements performed by the two methods, which varied from 0.85 to 0.98. We also observed that the measurements obtained through the bidimensional mode showed higher correlation rates when compared to those obtained through the M-mode, with an intra- and inter-observer variation of about 10%.

The measurements with the highest variations between the methods in our study were those of the aorta, the right ventricle and the parietal thickness at the M-mode, which have been previously described in literature as the ones presenting the highest inter-observer variation21. The right ventricle dimension presents the highest variation among all measurements, as it depends on the patient's position.

The graph shows the analysis of concordance performed for the left ventricle, in systole and diastole, between the two methods of measurement of the echocardiographic cavitary dimensions in M-mode and bidimensional mode (Fig. 2).

The analysis of concordance between the measurements obtained through the M-mode and bidimensional mode showed to be adequate for most of the measurements, as the mean difference between the methods was very close to zero.

The analysis of variance of the intra-observer measurements in M-mode and bidimensional mode was carried out using Pearson's correlation, in order to evaluate the reproducibility of the measurements performed by the same observer, who carried them out with the Echo offline applicative. The correlation indexes varied from 0.81 to 0.98, demonstrating that the use of the applicative is adequate, as shown by the reproducibility of the measurements.

The comparison between the times used in both methods indicates that, when using the Echo offline applicative, there is a decrease of at least 30% in the time used to perform the measurements, when compared to that spent to perform them with the echocardiographer (conventional method).

The analysis of the echocardiographic measurements at the Echo offline program allowed a mean reduction of 1,000 min/month in time of machine use, allowing an increase of approximately 50 examinations a month, performed through the echocardiographer.

Discussion

The routine of echocardiographic examinations includes, in addition to a detailed physical assessment of the patient, obtaining images and measurement of quantitative variables. The wish to perform such measurements outside the examining room was, for several years, hindered by the fact that the workstations dedicated to such functions were not cost-effective; the technological development of informatics allowed a more accessible operational cost.

The advantage of using digital echocardiography is obtaining high-quality images that can be reviewed, allowing the analysis of echocardiographic data off-line, with the calculation of dimension and Doppler measurements, without the need for large spaces, which can be smaller and more organized for storing images. The quantification is simplified with the DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine), calibration information, allowing direct measurements to be performed, as well as the generation of electronic reports and database.

The recording in VHS videotapes is universally employed for image storage, as the cost for storing the data in a compression system of JPEG type is around US$1.90 dollars per patient, whereas the cost to store a VHS videotape is around US$0.32 dollars per patient. Thus, the cost of digital image storage is around 6 times higher13. However, this cost is justifiable, as the acquisition of computerized systems expedites the delivery of results, besides the fact that results become available at the local net (Intranet) as well as the external net (Internet), allowing a direct correlation between the medical file (computerized medical record) and the examination data, reducing the time needed for performing the examinations.

Another advantage of storing images in digital format is the lower probability of image degradation, along with easier data exchange and transmission, allowing a faster and simultaneous comparison with previous examinations13.

The possibility of sending medical images to reference centers allows patients who are seen at primary and secondary centers to receive a better quality medical assistance, without the need to transport them to tertiary hospitals, as well as favoring the distance education of the physicians caring for such patients, improving the quality of care given by the team working in such centers.

Mohler et al15 compared interpretations of digital echocardiograms and videotapes in patients with thoracic pain from an emergency department. The concordance rate of the two methods for the analysis of segmental contractility was 94%.

Karson et al16 demonstrated that digital image storage allows a higher quality of images when compared to videotapes, with compression up to 20:1. This study assessed 179 patients, although only a few images were evaluated.

Soble et al17 compared analyses of MPEG-1 images with videotape images in a series of 58 patients, and found a concordance of 83%.

The study of Segar et al18 evaluated 110 examinations recorded simultaneously in videotape and digital format, with a concordance rate of around 83%.

The study of Mobarek et al19 suggests that the accuracy is not affected at the interpretation of digitized systems, despite the need to perform a significant "clinical compression", i.e., the operator has to limit the recordings to segments or loops of 1 or 2 cardiac cycles. In 93 consecutive patients, the digital data that underwent this type of compression were compared to a complete study recorded in videotape. The concordance in the interpretation between these two techniques was estimated at being 99%, with a significant reduction of interpretation time.

Haluska et al 20 evaluated the use of digitized images in the diagnosis of patients with valvular diseases. One hundred and one patients with valvular deficiencies were selected and their test results were digitized using the JPEG format, with a 20:1 compression, as well as recorded in VHS. The measured parameters were highly concordant between the two methods.

This study demonstrated that the measurement tool in a dedicated workstation developed at our Institution presents correlation rates that are similar to those reported in other studies, previously described in literature, as well as good reproducibility rates of the intra-observer measurements.

The evaluated system allows a better use of the high-cost equipment, i.e., the echocardiographs, transferring the tasks of measurement and medical reporting to the dedicated work unit, with no ill effects on the diagnosis accuracy. This results in the examination cost decrease, allowing more people to benefit from them.

Due to the results obtained, the tool was incorporated into the medical report system used at the Medical Care Service of our Institution. The applicative prototype used in this study is freely available at the site www.cardiologia.org.br. The program, incorporated to the medical report system, allows the evaluation of the diastolic function and orovalvular lesions, and further studies are necessary in order to test the applicative accuracy for this purpose.

In conclusion, this study demonstrated the accurate and practical use of the Echo off-line program to determine echocardiographic measurements of cardiac dimensions in a dedicated workstation, showing that this program can be routinely used in echocardiography labs.

References

Iran Castro

Rua Disnard, 42

90850-030 – Porto Alegre, RS - Brazil

E-mail:

iran.castro@cardiologia.org.br

Received on 03/07/05

Accepted on 04/22/05