Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

MRI לב רגיש לחמצון עם תמרוני נשימה ואזואקטיביים להערכה לא פולשנית של תפקוד לקוי של כלי הדם הכליליים

Published: August 17, 2022 doi: 10.3791/64149
Automatic Translation
1,2, 1, 1,3
1Faculty of Medicine and Health Sciences, McGill University, 2Faulty of Medicine and Dentistry, University of Alberta, 3Departments of Medicine and Diagnostic Radiology, McGill University

Summary

הערכת תפקוד כלי הדם על ידי הדמיית תהודה מגנטית לבבית רגישה לחמצון בשילוב עם תמרוני נשימה וזואקטיביים ייחודית ביכולתה להעריך שינויים דינמיים מהירים בחמצון שריר הלב in vivo ולכן עשויה לשמש כטכניקת אבחון בעלת חשיבות קריטית לתפקוד כלי הדם הכליליים.

Abstract

דימות תהודה מגנטית לבבית רגיש לחמצון (OS-CMR) היא טכניקת אבחון המשתמשת בתכונות הפאראמגנטיות הטבועות בדאוקסיהמוגלבין כמקור אנדוגני לניגודיות רקמות. בשימוש בשילוב עם תמרוני נשימה vasoactive סטנדרטיים (hyperventilation ו apnea) כמו גירוי vasomotor חזק לא פרמקולוגי, OS-CMR יכול לפקח על שינויים חמצון שריר הלב. כימות שינויים כאלה במהלך מחזור הלב ובמהלך תמרונים וזואקטיביים יכול לספק סמנים לתפקוד המאקרו והמיקרו-וסקולרי הכלילי ובכך לעקוף את הצורך בכל חומר ניגוד חיצוני, תוך ורידי או גורמי לחץ פרמקולוגיים.

OS-CMR משתמש ברגישות הידועה של תמונות משוקללות T2* לחמצון הדם. ניתן לרכוש תמונות רגישות לחמצון בכל סורק MRI לבבי באמצעות רצף cine של נקיפה קלינית יציבה (SSFP) סטנדרטי שונה, מה שהופך טכניקה זו לאגנוסטית לספק ומיושמת בקלות. כתמרון נשימה ואזואקטיבי, אנו מיישמים פרוטוקול נשימה של 4 דקות של 120 שניות של נשימה חופשית, 60 שניות של היפרוונטילציה קצבית, ואחריה עצירת נשימה של לפחות 30 שניות. ניתן להעריך את התגובה האזורית והגלובלית של חמצון רקמת שריר הלב לתמרון זה על ידי מעקב אחר השינוי בעוצמת האות. השינוי במהלך 30 השניות הראשונות של עצירת הנשימה שלאחר היפרוונטילציה, המכונה שמורת חמצון שריר הלב המושרה על ידי נשימה (B-MORE) נחקר אצל אנשים בריאים ופתולוגיות שונות. פרוטוקול מפורט לביצוע סריקות CMR רגישות לחמצן עם תמרונים vasoactive מסופק.

כפי שהודגם בחולים עם תפקוד לקוי של כלי הדם במצבים שעדיין לא הובנו לחלוטין, כגון איסכמיה מושרית ללא היצרות עורקים כליליים חסימתית (INOCA), אי ספיקת לב עם מקטע פליטה שמור (HFpEF), או תפקוד לקוי של כלי הדם לאחר השתלת לב, גישה זו מספקת מידע ייחודי, חשוב מבחינה קלינית ומשלים על תפקוד כלי הדם הכליליים.

Introduction

דימות תהודה מגנטית לבבית רגיש לחמצון (OS-CMR) משתמש בתכונות הפאראמגנטיות הטבועות בדאוקסיהמוגלובין כמקור אנדוגני לניגודיות MR 1,2,3. בשימוש בשילוב עם תמרוני נשימה וזואקטיביים מתוקננים (היפרוונטילציה ודום נשימה) כגירוי וזומוטורי לא תרופתי רב עוצמה, OS-CMR יכול לעקוב אחר שינויים בחמצון שריר הלב כסמן לתפקוד כלי הדם, ובכך לעקוף את הצורך בכל חומר ניגוד חיצוני, תוך ורידי או סוכני לחץ פרמקולוגיים 4,5,6.

תמרוני נשימה, כולל עצירת נשימה והיפרוונטילציה, הם אמצעים וזואקטיביים יעילים ביותר לשינוי תנועת כלי הדם, ובשל בטיחותם ופשטותם, הם אידיאליים לתנועת כלי דם מבוקרת תלוית אנדותל כחלק מהליך אבחון. מחקרים הראו יעילות נוספת כאשר משלבים היפרוונטילציהעם עצירת נשימה 4,7 לאחר מכן, שכן במהלך פרוטוקול כזה, היצרות כלי הדם (באמצעות הירידה הנלווית של פחמן דו חמצני בדם) ואחריה הרחבת כלי דם (עלייה של פחמן דו חמצני בדם); לפיכך, מערכת כלי דם בריאה עוברת דרך כל טווח מ vasoconstriction כדי vasodilation עם עלייה חזקה זרימת הדם שריר הלב, אשר בתורו מגביר חמצון שריר הלב, ובכך, את עוצמת האות הנצפה בתמונות OS-CMR. השימוש בתמונות cine לרכישה מאפשר גם תוצאות פעימות לב עם יחס אות לרעש טוב יותר בהשוואה לעירוי אדנוזין8.

תמרוני נשימה יכולים להחליף סוכני לחץ פרמקולוגיים לגרימת שינויים vasoactive שניתן להשתמש בהם להערכת תפקוד כלי הדם הכליליים. זה לא רק מפחית את הסיכון למטופלים, את המאמצים הלוגיסטיים ואת העלויות הנלוות, אלא גם עוזר לספק תוצאות משמעותיות יותר מבחינה קלינית. גורמי עקה פרמקולוגיים כגון אדנוזין מעוררים תגובה תלוית אנדותל, ולכן משקפים את תפקוד האנדותל עצמו. הערכה ספציפית כזו של תפקוד האנדותל עד כה התאפשרה רק על ידי מתן תוך-כלילי של אצטילכולין כמרחיב כלי דם תלוי אנדותל. הליך זה, לעומת זאת, הוא פולשני מאוד2,9, ולכן, לעתים רחוקות מבוצע.

בהיעדר גישה לסמנים ביולוגיים ישירים, מספר טכניקות אבחון השתמשו בסמנים חלופיים כגון ספיגת רקמות של חומר ניגוד אקסוגני. הם מוגבלים על ידי הצורך בקו גישה אחד או שניים תוך ורידי, התוויות נגד כגון מחלת כליות חמורה או בלוק אטריובנטריקולרי, ואת הצורך בנוכחות פיזית של צוות עם הכשרה בניהול תופעות לוואי חמורות פוטנציאליות10,11. המגבלה המשמעותית ביותר של ההדמיה הנוכחית של תפקוד כלילי, עם זאת, נותרה כי זילוח שריר הלב כסמן חלופי אינו משקף חמצון רקמת שריר הלב כתוצאה החשובה ביותר במורד הזרם של תפקוד לקוי של כלי הדם2.

OS-CMR עם תמרוני נשימה ואזואקטיביים שימש להערכת תפקוד כלי הדם בתרחישים רבים, כולל אנשים בריאים, מחלה מקרו-וסקולרית בחולים עם מחלת עורקים כליליים (CAD), כמו גם תפקוד לקוי של כלי הדם בחולים עם דום נשימה חסימתי בשינה (OSA), איסכמיה ללא היצרות עורקים כליליים חסימתית (INOCA), לאחר השתלת לב, ואי ספיקת לב עם מקטע פליטה שמור (HFpEF)4, 7,12,13,14,15,16. באוכלוסיית CAD, הפרוטוקול של שמורת חמצון שריר הלב הנגרמת על ידי נשימה (B-MORE) כפי שנגזר מ- OS-CMR הוכח כבטוח, אפשרי ורגיש בזיהוי תגובת חמצון לקויה באזורי שריר הלב המחוררים על ידי עורק כלילי עם היצרות משמעותית13.

בתפקוד לקוי של כלי הדם, OS-CMR הדגים תגובת חמצון מאוחרת של שריר הלב בחולים עם דום נשימה חסימתי בשינה, ו- B-MORE קהה נמצא בחולים עם HFpEF ולאחר השתלת לב12,14,16. אצל נשים עם INOCA, תמרון הנשימה הוביל לתגובת חמצון הטרוגנית חריגה של שריר הלב, מה שמדגיש את היתרון של הרזולוציה המרחבית הגבוהה של OS-CMR15. מאמר זה סוקר את הרציונל והמתודולוגיה לביצוע OS-CMR עם תמרוני נשימה וזואקטיביים ודן בתועלת הקלינית שלה בהערכת פתופיזיולוגיה וסקולרית באוכלוסיות חולים עם תפקוד לקוי של כלי הדם, במיוחד בכל הנוגע לתפקוד לקוי של האנדותל.

ההקשר הפיזיולוגי של MRI רגיש לחמצון משופר נשימה
בתנאים פיזיולוגיים רגילים, עלייה בביקוש לחמצן מקבילה לעלייה מקבילה באספקת החמצן באמצעות זרימת דם מוגברת, וכתוצאה מכך אין שינוי בריכוז הדאוקסיהמוגלובין המקומי. לעומת זאת, התרחבות כלי דם מושרית מובילה לזרימה "עודפת" של דם מחומצן ללא שינוי בביקוש לחמצן. כתוצאה מכך, יותר המוגלובין הרקמה מחומצן, ולכן, יש פחות deoxyhemoglobin, מה שמוביל לעלייה יחסית בעוצמת אות OS-CMR 4,17. אם תפקוד כלי הדם נפגע, הוא אינו יכול להגיב כראוי לדרישה מטבולית שונה או לגירוי כדי להגביר את זרימת הדם של שריר הלב.

בהגדרה של גירוי להפעלת תנועת כלי דם, כגון היפרוונטילציה בקצב המעוררת התכווצות כלי דם או עצירת נשימה ארוכה המעוררת התרחבות כלי דם בתיווך פחמן דו חמצני, פעילות וזומוטורית לקויה תגרום לעלייה יחסית בריכוז deoxyhemoglobin מקומי בהשוואה לאזורים אחרים, וכתוצאה מכך, שינוי מופחת בעוצמת אות OS-CMR. במצב של איסכמיה מושרית, תפקוד לקוי של כלי הדם יגרום לביקוש מקומי מוגבר שלא ייענה על ידי עלייה מקומית בזרימת הדם של שריר הלב גם בהיעדר היצרות עורקים כליליים אפיקרדיאליים. בתמונות OS-CMR, העלייה המקומית נטו בריכוז deoxyhemoglobin מובילה לירידה בעוצמת האות המקומי 2,18,19,20.

הרפיית שרירים חלקים של כלי דם מוחלשים בתגובה למרחיבי כלי דם תלויי אנדותל ובלתי תלויים (כולל אדנוזין) הודגמה בחולים עם תפקוד לקוי של כלי הדם הכליליים 21,22,23,24,25,26,27. מאמינים כי תפקוד לקוי שאינו תלוי באנדותל נובע מהפרעות מבניות כתוצאה מהיפרטרופיה של כלי הדם או פתולוגיה של שריר הלב שמסביב. לעומת זאת, תפקוד לקוי של האנדותל גורם הן להתכווצות כלי דם לקויה והן לפגיעה בכלי הדם (תלוי אנדותל), הנגרמת בדרך כלל על ידי אובדן הפעילות הביולוגית של תחמוצת החנקן בדופן כלי הדם21,28. תפקוד לקוי של אנדותל היה מעורב בפתוגנזה של מספר מחלות לב וכלי דם, כולל היפרכולסטרולמיה, יתר לחץ דם, סוכרת, CAD, דום נשימה חסימתי בשינה, INOCA ו- HF 23,24,28,29,30,31,32. למעשה, תפקוד לקוי של האנדותל הוא הביטוי המוקדם ביותר של טרשת עורקים כלילית33. לדימות של תפקוד האנדותל יש פוטנציאל חזק מאוד, בהתחשב בתפקידו כמנבא משמעותי של אירועים קרדיווסקולריים שליליים ותוצאות ארוכות טווח, עם השלכות פרוגנוסטיות עמוקות במצבי מחלות לב וכלי דם 23,29,30,31,34,35.

בניגוד לדימות זילוח, מאגר חמצון שריר הלב המושרה על ידי נשימה (B-MORE), המוגדר כעלייה היחסית בחמצון שריר הלב במהלך עצירת נשימה לאחר היפרוונטילציה, מאפשר לדמיין את ההשלכות של טריגר וזואקטיבי כזה על חמצון גלובלי או אזורי עצמו 2,36. כסמן מדויק במורד הזרם של תפקוד כלי הדם, B-MORE יכול, אם כן, לא רק לזהות תפקוד לקוי של כלי הדם אלא גם איסכמיה מושרית בפועל, מה שמצביע על בעיית זילוח או חמצון מקומית חמורה יותר18,19,37. זה מושג באמצעות היכולת של OS-CMR לדמיין את הירידה היחסית המוגלובין deoxygenated, אשר נמצא בשפע במערכת הנימים של שריר הלב, אשר עצמו מייצג חלק משמעותי של רקמת שריר הלב24.

רצף OS-CMR
רצף דימות התהודה המגנטית (MRI) המשמש להדמיית OS-CMR הוא רצף פרוספקטיבי מגודר, שונה, מאוזן, מצב יציב ונקיפה חופשית (bSSFP) הנרכש בשתי פרוסות קצרות ציר. רצף bSSFP זה הוא רצף קליני סטנדרטי הזמין (וניתן לשינוי) בכל סורקי MRI המבצעים MRI לב, מה שהופך טכניקה זו לאגנוסטית וקלה ליישום. ברצף bSSFP cine רגיל, זמן הד, זמן חזרה וזווית היפוך משתנים כדי להתאים את עוצמת האות המתקבלת לאפקט BOLD ובכך ליצור רצף רגיש לחמצון. גישה זו, קריאת bSSFP מוכנה T2, הוכחה בעבר כמתאימה לקבלת תמונות רגישות לחמצון עם יחס אות לרעש גבוה יותר, איכות תמונה גבוהה יותר וזמני סריקה מהירים יותר בהשוואה לטכניקות הד הדרגתיות קודמות ששימשו להדמיית BOLD38. ביצוע OS-CMR משופר נשימה עם גישה זו יכול להיות מיושם עם מעט מאוד תופעות לוואי קלות (טבלה 1). יש לציין כי יותר מ -90% מהמשתתפים משלימים פרוטוקול זה עם זמני עצירת נשימה ארוכים מספיק 4,12,13,16.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל סריקות ה- MRI המשתמשות ב- OS-CMR עם תמרוני נשימה vasoactive צריכות להתבצע בהתאם להנחיות המוסדיות המקומיות. הפרוטוקול המתואר להלן שימש במחקרים שאושרו על ידי מספר ועדות אתיקה מוסדיות של מחקר אנושי. התקבלה הסכמה בכתב לכל נתוני המשתתפים האנושיים והתוצאות המתוארות בפרוטוקול ובכתב יד זה.

1. סקירה רחבה

  1. שנו את קריטריוני ההכללה וההדרה בהתאם לאוכלוסיית המחקר המעוניינת בכך. השתמש בקריטריוני ההחרגה הכלליים והנפוצים הבאים עבור OS-CMR עם פרוטוקול תמרוני נשימה וזואקטיביים: התוויות נגד כלליות של MRI (למשל, מכשירים שאינם תואמים ל- MRI כגון קוצבי לב או דפיברילטורים, חומר מושתל או גופים זרים), צריכת קפאין או תרופות vasoactive ב -12 שעות לפני ה- MRI, וגיל <18 שנים.
  2. ראשית, רכוש את לוקלייזר לוקלייזר קליני סטנדרטי ואת מבנה החדרים ואת תמונות הפונקציה לפני רכישת רכישת מערכת ההפעלה. השתמש בתמונות cine ארוכות ציר bSSFP כדי לתכנן את מיקום הפרוסה של רכישות מערכת ההפעלה.
    הערה: סקירה של פרוטוקולי CMR קליניים מתוקננים מתוארת במקום אחר39.
  3. עצירת נשימה בסיסית
    1. רכוש את סדרת OS-CMR הראשונה כרכישה קצרה ובסיסית של עצירת נשימה כדי להעריך את איכות התמונה ואת מיקום הפרוסה, לבדוק אם יש תוצרים וכן לשמש כבסיס לעוצמת אות.
    2. בצע רכישת מחזור לב יחיד קצר (~ 10 שניות) לאחר שהמשתתף נשם כרגיל. ודא כי עצירת הנשימה נעשית עם פקיעת התוקף.
  4. רכישה מתמשכת עם תמרון נשימה vasoactive
    1. רכוש את סדרת OS-CMR השנייה כרכישה רציפה של 4 דקות המורכבת משתי דקות של נשימה חופשית ודקה אחת של היפרוונטילציה קצבית, ואחריה עצירת נשימה רצונית ומקסימלית (~ דקה אחת). כאשר הרכישה הרציפה משיגה מחזורי לב מרובים במשך 4 דקות, שנה פרמטר אחד נוסף (מספר מחזורי הלב שנרכשו על ידי הרכישה) כדי להפוך סדרה זו לרכישה חוזרת
      הערה: אורך עצירת הנשימה המינימלי הנדרש הוא 30 שניות, אם כי עצירת נשימה של 60 שניות נחשבת לסטנדרט.
    2. להעביר את ההוראות לתמרון הנשימה הווזואקטיבית למשתתפים בסורק ה-MRI על ידי הכוונה ידנית של המשתתף לאורך תמרון הנשימה באמצעות מיקרופון המחובר למערכת רמקולי ה-MRI או באמצעות קובץ .mp3 מוקלט מראש (קובץ משלים 1) שניתן להשמיע למשתתף באמצעות מערכת רמקולי MRI.
    3. התחל את תמרון הנשימה vasoactive עם נשימה חופשית (לאחר 120 s של נשימה חופשית, hyperventilation מתחיל). להדריך את המשתתף בנשימה קצבית באמצעות צפצופים נשמעים ממטרונום בתדירות של 30 נשימות לדקה (צפצוף אחד מציין נשימה, צפצוף אחד מציין נשיפה). בסימן 55 שניות של היפרוונטילציה, תן פקודה קולית אחרונה "קח נשימה עמוקה פנימה ואז נשום החוצה ועצור את נשימתך" כדי להבטיח שעצירת הנשימה מבוצעת ברמת התפוגה הסופית.
      הערה: השינוי בדם CO 2 הוא הרבה יותר בולט עם עצירת נשימה בסוף פקיעת (פני השטח של הריאה קטנים יותר, ממזער את הדיפוזיה השיורית של CO2 לתוך alveoli).
  5. ניתוח תמונות
    1. כדי למדוד את B-MORE, שקול את התמונה הסיסטולית הסופית הראשונה במהלך עצירת נשימה כזמן 0 שניות. השווה את ערכי עוצמת האות הכללית או האזורית של התמונה הסיסטולית הסופית המתקבלת הקרובה ביותר לנקודת הזמן של 30 שניות של עצירת הנשימה לעוצמת אות התמונה בנקודת הזמן של 0 שניות. דווח על BMORE כאחוז שינוי בעוצמת האות ב -30 שניות לעומת זמן 0 שניות של עצירת הנשימה.

2. הליך טרום סריקה

  1. ודא שכל משתתף עובר את שאלון הבטיחות והתאימות של MRI של המוסד המקומי (טופס התווית נגד כללית MRI), אשר צריך לכלול שאלות על ההיסטוריה הרפואית והכירורגית בעבר ולזהות נוכחות של כל שתל, מכשיר או גוף זר מתכתי בתוך או באתר הניתוח של המשתתף40.
  2. יש לבצע בדיקת הריון, אם רלוונטי.
  3. ודא כי המטופל נמנע מתרופות vasoactive וקפאין במשך 12 שעות לפני סריקת MRI.
  4. הראה למשתתף את סרטון תמרון הנשימה המנחה (סרטון משלים S1).
    1. בצע סשן תרגול של 60 שניות של היפרוונטילציה בקצב ואחריו עצירת נשימה רצונית מקסימלית עם כל משתתף מחוץ לחדר סריקת ה- MRI וספק משוב על ביצועי ההיפרוונטילציה.
    2. הנחו את המשתתפים שהם יכולים פשוט לחזור לנשום כאשר יש להם דחף חזק לעשות זאת.
      הערה: עיין בדיון לקבלת נקודות לציון וספק משוב למשתתפים.

3. רכישת MRI של רצפים רגישים לחמצון

  1. שנה שלושה פרמטרים מרצף bSSFP הסטנדרטי במסוף MRI: הגדל את זמן החזרה (TR), הגדל את זמן ההד (TE), הקטן את זווית ההיפוך (FA).
    הערה: הערכים שהשתנו תלויים בעוצמת השדה של סורק MRI (טבלה 2). הגדלת TR ו-TE והפחתת FA גורמת לעלייה ברגישות T2* או חמצון של רצף ה-MRI. שינויים אלה יביאו לאחר מכן לעלייה ברוחב הפס וברזולוציית הבסיס של הרצף.
  2. צור שתי סדרות של מערכות הפעלה, קו בסיס (מסומן: OS_base) ואת הרכישה הרציפה שבמהלכה מתבצע תמרון הנשימה (מסומן: OS_cont_acq). השאר את רצף מערכת ההפעלה הבסיסית ללא שינוי. ברכישה רציפה של מערכת ההפעלה, הגדל את האמצעים החוזרים מ- 1 ל~ 25-40 (בהתאם לסוג הסורק). הגדל את מספר מחזורי הלב (מדידות) עד שזמן הרכישה הוא ~ 4.5 דקות.
    הערה: נדרשים שני רצפי OS-CMR: רכישה בסיסית של מערכת ההפעלה ורכישה רציפה של מערכת ההפעלה עם תמרוני נשימה ואזואקטיביים. הסעיפים הבאים מתארים שלבים אלה.

4. רכישה בסיסית של מערכת ההפעלה

  1. למרשם פרוסות, תכננו במסגרת סטילס סיסטולית סופית בתצוגת ציר ארוך (תמונה של שניים או ארבעה תאים). רושמים שתי פרוסות קצרות ציר - אחת ברמה האמצעית עד הבסיסית והשנייה ברמת החדר האמצעי-אפיקלי. ראה את הדיון לקבלת נקודות שיש לקחת בחשבון לגבי מיקום הפרוסה.
  2. התאמות פרמטרי רצף
    1. התאם את פרמטרי הרצף לפי הצורך עבור משתתף נתון. ראו טבלה 3 לקבלת פרמטרים של רצף שניתן או לא ניתן לשנות.
    2. התאימו את הרווח/ריווח הממוצע בין פרוסות בהתאם לגודל לב המשתתפים וודאו מיקום פרוסה נכון.
    3. התאם את שדה הראייה כדי למנוע גלישת לכלוכים במידת הצורך. לעשות כל מאמץ כדי לשמור על שדה הראייה בין 360 מ"מ ל 400 מ"מ.
  3. עוצמת קול Shim
    1. כוונן את עוצמת הצליל כך שתהיה הדוקה סביב החדר השמאלי הן בתצוגת הציר הארוך והן בתצוגת הציר הקצר.
  4. רכישת רצף
    1. אשר את הרצף והפעל אותו במהלך עצירת הנשימה של סוף התפוגה. ודא שרצף בסיסי זה של מערכת ההפעלה נמשך ~10 שניות, בהתבסס על דופק וסורק MRI.
  5. בדיקת איכות תמונה
    1. בדוק את שתי הפרוסות של הסדרה שנרכשה - חפש כל תנועה נשימתית, מיקום פרוסה גרוע, או נוכחות של חפצים. חזור על רצף מערכת ההפעלה הבסיסית עד לקבלת איכות תמונה נאותה.
  6. לפתרון בעיות, אם מיקום הפרוסה בסיסי מדי או אפיקלי מדי, התאימו את מיקום הפרוסה שנקבע כך שיהיה קרוב יותר לרמת החדר האמצעי. אם קיים חפץ, בצע את השלבים הבאים:
    1. בדוק את כיוון קידוד הפאזה.
    2. הגדלת שדה הראייה.
    3. כוונן את עוצמת הקול סביב החדר השמאלי.

5. רכישה רציפה של מערכת ההפעלה עם תמרוני נשימה vasoactive

הערה: ודא שכל משתתף קיבל הדרכה על ביצוע תקין של תמרון הנשימה לפני שהוא נמצא בסורק MRI (ראה סעיף 2).

  1. תכנון רצף
    1. במידת האפשר, העתק את מיקום הפרוסה והתאם את עוצמת הקול מהתמונה הבסיסית של מערכת ההפעלה או שכפל את רצף מערכת ההפעלה הבסיסית, ובמדידות חוזרות הגדל מ- 1 ל- ~25-40 (או קרוב ל- 4.5 דקות זמן רכישה).
  2. אמתו את מיקום התמונה והפרוסה ולאחר מכן בצעו את מחזור הלכידה.
  3. במידת האפשר, פתח את חלון ההזרמה החיה.
  4. בחדר הבקרה, חבר מכשיר עם הוראות תמרון הנשימה .mp3 לתייק לקלט העזר או התכונן להחזיק אותו מעל המיקרופון המקרין לתוך סורק MRI. לחלופין, הדריכו ידנית את המשתתף בתמרון הנשימה באמצעות סטופר לתזמון וספקו הוראות מילוליות באמצעות המיקרופון המחובר למערכת רמקולי MRI.
  5. רכישת רצף
    1. לחץ בו-זמנית על הפעל עבור רצף הרכישה הרציפה של מערכת ההפעלה בסורק ה-MRI והפעל עבור קובץ הוראות הנשימה .mp3 או הפעל את שעון העצר אם המשתתף מקבל הוראה ידנית.
    2. אם אתם מנחים ידנית את המשתתפים בתמרוני הנשימה, הנחו אותם לנשום פנימה ולנשוף, ואז עצרו את נשימתם למשך 10 שניות, והתחילו היפרוונטילציה ברגע שהם שומעים את צפצוף המטרונום.
    3. הודע למשתתף בסימן 40 שניות של היפרוונטילציה (2:40 על שעון העצר).
    4. בנקודת הזמן של 55 שניות של היפרוונטילציה (2:55 על שעון העצר), הנחו את המשתתף "לקחת נשימה עמוקה, לנשום החוצה ולעצור את הנשימה".
      הערה: תמונות הנשימה החופשית וההיפרוונטילציה יכילו תוצרי תנועה. זה צפוי. עם זאת, לא צריך להיות שום תנועה artifacts במהלך עצירת הנשימה. חשוב ביותר שהתמונות המוחזקות בנשימה יירכשו לאחר הנשיפה (תנוחת סיום נוחה). רק עצירת נשימה לאחר נשיפה מובילה לעלייה מהירה של CO2 בדם במהלך 30 השניות הראשונות של עצירת הנשימה שלאחר מכן, עם השינוי הקשור בזרימת הדם הכלילי וחמצון שריר הלב.
    5. עקוב אחר ביצועי ההיפרוונטילציה בקצב של המשתתף דרך חלון חדר הבקרה או מצלמת סורק MRI כדי להבטיח ביצועים נאותים של נשימה עמוקה. אם משתמשים במפוח, ואז לפקח על פסגות המשרעת על הצופה gating נשימה. אם היפרוונטילציה אינה מבוצעת כראוי לאחר הדרכה ראשונית, בטל את הרכישה וחזור על רצף הרכישה הרציפה של מערכת ההפעלה.
    6. עקוב אחר כל נשימה קטנה שנלקחה על ידי המשתתפים במהלך עצירת הנשימה. עשה זאת על ידי ניטור מעקב של חגורת נשימה בקונסולת MRI או באופן חזותי דרך החלון / מצלמה.
    7. ברגע שהמשתתף מתחיל לנשום בסוף עצירת הנשימה, עצור את הרכישה.
    8. לאחר סיום הרכישה, שאלו את המשתתפים אם הם חוו תופעות לוואי כלשהן ואפשרו למשתתף לנשום כרגיל במשך 3 דקות.
  6. פתרון בעיות: רכישה חוזרת
    1. אם יש צורך לחזור על תמרוני הנשימה, חזור על רצף מערכת ההפעלה הבסיסית.
      הערה: נדרש פרק זמן של 2-3 דקות לפני חזרה על הרכישה כדי לאפשר לפיזיולוגיה לחזור לקו הבסיס. נתונים קודמים הראו כי הפיזיולוגיה אינה חוזרת לקו הבסיס לאחר דקה41.
    2. אם איכות התמונה של רצף קווי הבסיס של מערכת ההפעלה מספקת, חזור על הרכישה והביצועים הרציפים של מערכת ההפעלה של תמרוני הנשימה.

6. ניתוח תמונות

  1. ייבא את ערכות נתוני התמונה OS-CMR למציג DICOM עם יכולות מיתאר תמונה, בצורה הטובה ביותר עם פונקציונליות לניתוח אוטומטי של שינויים בעוצמת אות רגישים לחמצון.
  2. סמנים ומדידתם
    1. קבל תמונה בסיסית במהלך רכישה קצרה של עצירת נשימה בסיסית לפני היפרוונטילציה (מנוחה). השווה את התמונה הראשונה של עצירת הנשימה (המייצגת את סוף גירוי ה"לחץ") לתמונה הבסיסית.
      הערה: היפרוונטילציה היא גירוי מכווץ כלי דם המפחית חמצון שריר הלב (בריא: %ΔSI ≈-5% עד -10%13).
    2. קבל תמונות רבות (ומחזורי לב) במהלך עצירת הנשימה. השתמש בתמונה הראשונה של עצירת הנשימה כקו הבסיס והשווה את כל התמונות הבאות לתמונה זו.
      הערה: עצירת נשימה היא גירוי מרחיב כלי דם המגביר חמצון שריר הלב (%ΔSI ≈ +5%-15%12,13,14,16).
    3. קווי מתאר של שריר הלב
      לניתוח ידני: בחירת שלב הלב
      1. מכיוון שעצירת הנשימה יכולה להכיל יותר מ -400 תמונות, נתח רק שלב אחד של כל מחזור לב. כתוצאה מכך, מקדו את הניתוח בתמונות הסיסטוליות הסופיות של כל מחזור לב.
      2. זהה את התמונות הסיסטוליות הסופיות של כל מחזור לב.
      3. ציירו את קווי המתאר האפיקרדיאליים והאנדוקרדיאליים סביב שריר הלב.
      4. חלון את התמונה כדי לחפש חפצים, אשר יופיעו כאזורים כהים (רגישים) או בהירים עקב gating לקוי בשריר הלב.
        הערה: הימנע מהכללת פיקסלים עם אפקטים של עוצמת קול חלקית מבריכות הדם בחדר השמאלי והימני. רוב שגיאות קווי המתאר מתרחשות מקווי המתאר של הלב האנדוקרדי, כולל פיקסלים עם אפקטים חלקיים של נפח וכתוצאה מכך עוצמת אות מוגברת באופן מלאכותי ממאגר הדם של החדר השמאלי. כדי להימנע מכך, ציירו את קווי המתאר של הלב פיקסל מלא אחד בתוך שריר הלב. באופן דומה, ודא שקווי המתאר של הלב הם פיקסל מלא אחד בתוך שריר הלב כדי למנוע השפעות נפח חלקיות ממאגר הדם של החדר הימני, שומן אפיקרדיאלי או ממשק אוויר-ריאה.
      5. העתק והדבק את קווי המתאר האנדוקרדיאליים והאפיקרדיאליים מהתמונה הסיסטולית הסופית הראשונה של מחזור הלב לתמונה הסיסטולית הסופית של מחזור הלב הבא. התאימו את קווי המתאר לפי הצורך.
        לניתוח אוטומטי:
        הערה: עם יכולות מתאר אוטומטיות, אם תרצה, ניתן לעצב ולנתח את כל שלבי מחזור הלב.
      6. בדוק את כל התמונות כדי להבטיח קווי מתאר מדויקים.
        הערה: חלק מיכולות קווי המתאר האוטומטיים הזמינים באופן מסחרי אומנו על ערכות נתונים שעוצבו לצורך ניתוח נפחי. קווי מתאר אלה מועדים להשפעות נפח חלקיות מכיוון שהם נועדו לתחום את בריכת הדם ושריר הלב. קווי המתאר של OS-CMR חייבים להיות מלאים בתוך שריר הלב.

7. פילוח לניתוח אזורי

  1. כדי לקבל מידע אזורי, לזהות את החדרה anteroseptal ו inferoseptal של החדר הימני לחלק את שריר הלב לתוך איגוד הלב האמריקאי (AHA) פילוח42.

8. חישוב B-MORE

  1. בטא B-MORE כאחוז שינוי בעוצמת האות מקו הבסיס להרחבת כלי הדם (ראה משוואה 1):
    Equation 1(1)
  2. חשב את ה- B-MORE העולמי כעוצמת אות שריר הלב הממוצעת הגלובלית של התמונות הסיסטוליות הסופיות ב- 30 שניות בהשוואה ל- 0 שניות של עצירת הנשימה8 (ראה משוואה 2):
    Equation 2(2)

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

פירוש B-MORE
במחקרים שפורסמו בעבר תוך שימוש ב-OS-CMR עם תמרוני נשימה ואזואקטיביים, חושב ה-B-MORE העולמי או האזורי על ידי השוואת התמונה הסיסטולית הסופית הראשונה של עצירת הנשימה לתמונה הסיסטולית הסופית הקרובה ביותר ל-15 שניות, 30 שניות, 45 שניות וכו' של עצירת הנשימה. השלב הסיסטולי הסופי של מחזור הלב נבחר מכמה סיבות. התמונה הסיסטולית הסופית היא הפאזה העקבית ביותר המזוהה בין הקוראים ובין הקוראים: היא מכילה את מספר הפיקסלים הגדול ביותר בשריר הלב, היא מתרחשת בדרך כלל בערך באותו זמן טריגר ללא תלות בקצב הלב של המשתתף, והיא תמיד נוכחת ברכישה (בעוד שדיאסטולה סופית לא יכולה להיות מוצגת בתמונות מגודרות פרוספקטיביות לאורך עצירת נשימה שבה קצב הלב עשוי להשתנות).

מנקודת מבט פיזיולוגית, נקודות הזמן 0 שניות ו -30 שניות של עצירת הנשימה נבחרו במיוחד מהסיבות הבאות. זמן 0 שניות (או התמונה הסיסטולית הסופית הראשונה של עצירת הנשימה) היא הערכה של עוצמת האות לאחר תקופה של "מתח" (60 שניות של היפרוונטילציה), ולכן, נקודת התכווצות כלי הדם המקסימלית. בתרגום לעוצמת האות, זה מייצג ירידה בזרימת הדם שריר הלב ללא עלייה בביקוש, וכתוצאה מכך עלייה מקומית בריכוז deoxyhemoglobin וירידה בעוצמת האות בהשוואה לנקודת ההתחלה. במהלך עצירת הנשימה, עוצמת האות עולה עם הרחבת כלי הדם בתיווך פחמן דו חמצני, ולמעשה מגבירה את זרימת הדם בשריר הלב בהקשר של היעדר עלייה בביקוש המקומי. בנקודת הזמן ~15 שניות של עצירת הנשימה, עקומת עוצמת האות מתחילה לרמה 4,8. לכן, עצירת הנשימה המינימלית התיאורטית הנדרשת לניתוח OS-CMR היא 15 שניות (או שני מחזורי לב שנרכשו כדי להעריך את ההבדל בין שתי נקודות נתונים). עם זאת, נקודת הזמן של 30 שניות של אחיזת הנשימה הוכחה כחזקה יותר ולכן נחשבת למשך המינימלי האמיתי הנדרש לעצירת נשימה.

לאחר חישוב B-MORE העולמי (השוואה של 30 שניות עד 0 שניות של עצירת נשימה), ניתן להציג נתונים אלה באופן חזותי וכמותי. כמותית, ערכי B-MORE גלובליים הושוו בין מתנדבים בריאים לבין חולים עם OSAS, CAD, INOCA ו- HFpEF, כמו גם לאחר השתלת לב 12,13,14,15,16 (טבלה 4). מבחינה חזותית, ניתן ליצור מפות כיסוי צבע פיקסליות כדי להגדיל מדידות כמותיות בהערכת חמצון שריר הלב (איור 1).

Figure 1
איור 1: רזרבת חמצון שריר הלב המתוארת באמצעות מפת עוצמת אות כדי להעריך חמצון רקמות גלובלי ו/או אזורי המתקבל באמצעות OS-CMR ותמרוני נשימה ואזואקטיביים. (A) חמצון שריר הלב העולמי נשמר במתנדב בריא; (B) ירידה בחמצון שריר הלב האזורי בחולה עם היצרות יורדת קדמית שמאלית (חסימה של 100% באנגיוגרפיה כלילית כמותית); (C) הפחתה גלובלית בחמצון שריר הלב בחולה עם אי ספיקת לב. סרגל הצבעים מספק ייצוג חזותי של חמצון שריר הלב, כאשר שחור/כחול מייצג לקוי וירוק מייצג תגובת חמצון בריאה של שריר הלב. קיצורים: OS-CMR = הדמיית תהודה מגנטית לבבית רגישה לחמצון; LAD = שמאל קדמי יורד. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: ייצוג חזותי של סריקת OS-CMR מלאה עם תמרוני נשימה ואזואקטיביים. (A) הרכישות הסטנדרטיות של סריקת הדמיה של תהודה מגנטית לבבית, כולל לוקלייזרים, תמונות של פונקציות cine בציר קצר וארוך, ותמונות אפיון רקמות (כגון מיפוי T1 ו/או T2). (B) הביצועים, ההשפעות הפיזיולוגיות, הרכישה והשינויים בעוצמת אות ה-MRI במהלך תמרון הנשימה הווזואקטיבית. קיצורים: OS-CMR = הדמיית תהודה מגנטית לבבית רגישה לחמצון; DeoxyHb = deoxyhemoglobin. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

הליכים סיכונים סיבות תדירות חומרת התמדה
MRI לב כאב ראש, בחילה שדה מגנטי נפוץ (10%) קל עד חמור הפיך
חרדה, קלסטרופוביה שטח מוגבל נדיר (<5%) קל עד חמור הפיך
תמרוני נשימה אצבעות מעקצצות היפרוונטילציה נפוץ (20%) אור הפיך (<60 שניות)
סחרחורת, כאב ראש היפרוונטילציה נפוץ (10%) אור הפיך (<60 שניות)
יובש בפה היפרוונטילציה נדיר (<5%) אור הפיך (<60 שניות)

טבלה 1: תופעות לוואי מדווחות של ביצוע סריקת הדמיה של תהודה מגנטית לבבית וביצוע תמרוני נשימה ואזואקטיביים. הנתונים המדווחים נאספו ממחקרים שבוצעו במרכז הבריאות של אוניברסיטת מקגיל בקרב למעלה מ-300 משתתפים (נתונים שלא פורסמו נאספו במכון המחקר של מרכז הבריאות של אוניברסיטת מקגיל).

3T 1.5 טריליון
bSSFP mSSFP (מערכת הפעלה) bSSFP mSSFP (מערכת הפעלה)
זמן חזרה (TR) 2.9 מטר/שניה 3.5 מטר/שניה 31.1 מטר/שניה 39 מטר/שניה
זמן הד (TE) 1.21 מטר/שניה 1.73 מטר/שניה 1.21 מטר/שניה 1.63 מטר/שניה
זווית היפוך (FA) 80 מעלות 35 מעלות 39 מעלות 35 מעלות
גודל ווקסל 1.6 מ"מ × 1.6 מ"מ × 6 מ"מ 2.0 מ"מ x 2.0 מ"מ x 10.0 מ"מ 1.6 מ"מ × 1.6 מ"מ × 6 מ"מ 1.6 מ"מ × 1.6 מ"מ × 6 מ"מ
רוחב פס (Hertz/ Pixel) 947 1302 1313 1302

טבלה 2: הבדלי פרמטרים בין SSFP מאוזן לבין רצף SSFP שונה (BOLD) ב-3 טסלה ו-1.5 טסלה. קיצורים: SSFP = מצב יציב, נקיפה חופשית; bSSFP = SSFP מאוזן; mSSFP = SSFP שונה; OS = רגיש לחמצן; מודגש = תלוי ברמת החמצן בדם.

ניתן לשינוי לא ניתן לשינוי
שדה ראייה (mm) 360-400 עובי פרוסה (מ"מ) 10
פער (%) 0-200 זווית היפוך 35
זמן רכישה (ים/מדידה) 8 מקטעים 12
מדידות 1 (בסיסי) או 25+ (רכישה רציפה) אק"ג מופעל /פרוספקטיבי
חלון רכישה ללא מגבלות מוגדרות TE (ms) 1.7
TR (ms) 40.68 (3.4)
רוחב פס (הרץ/פיקסל) 1302

טבלה 3: פרמטרים של רצף OS-CMR הניתנים לשינוי ושאינם ניתנים לשינוי במהלך רכישת תמונה. קיצורים: OS-CMR = הדמיית תהודה מגנטית לבבית רגישה לחמצון; א.ק.ג. = אלקטרוקרדיוגרפיה; TE = זמן הד; TR = זמן חזרה.

מצב המחלה בקרות בריאות אוכלוסיות חולים ערך p*
גיל ב-מור גיל ב-מור
אוסאס 49±12 (n=36) 9.8±6.7 60±12 (n=29) 4.3±7.6 0.01
דולר קנדי 27±4 (n=10) 11.3±6.1 64±11 (n=26) 2.1±4.4 <0.001
אינוקה 52±4 (n=20) 4.97±4.2 54±6 (n=20) 5.0±6.82 0.75
לאחר השתלת לב 47±8 (n=25) 6.4±6.0 59±11 (n=46) 2.6±4.6 0.01
HFpEF 56±5 (n=12) 9.1±5.3 61±11 (n=29) 1.7±3.9 <0.001

טבלה 4: ערכי שמורת חמצון שריר הלב הנגרמת על ידי נשימה גלובלית (B-MORE) ממחקרים שפורסמו בעבר תוך שימוש במערכת ההפעלה OS-CMR עם תמרוני נשימה ואזואקטיביים 12,13,14,15,16. ערכי B-MORE מיוצגים כממוצע ± סטיית תקן. *ערך p להשוואה בין B-MORE. קיצורים: B-MORE = שמורת חמצון שריר הלב הנגרמת על ידי נשימה; CAD = מחלת עורקים כליליים; HFpEF = אי ספיקת לב עם מקטע פליטה שמור; INOCA = איסכמיה ללא היצרות עורקים כליליים חסימתית; OSAS = תסמונת דום נשימה חסימתי בשינה.

קובץ משלים 1: קובץ .mp3 מוקלט מראש המנחה את המטופל בתמרון הנשימה הווזואקטיבית. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

וידאו משלים S1: סרטון תמרון נשימה הדרכה. אנא לחץ כאן כדי להוריד סרטון זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

התוספת של רכישת OS-CMR עם תמרוני נשימה מתוקננים ווזואקטיביים לפרוטוקול מחקר או MRI קליני שכבר מבוסס מוסיפה מעט זמן לסריקה הכוללת. בעזרת התוספת הקצרה הזו ניתן לקבל מידע על תפקוד המאקרו והמיקרו-כלי הבסיסיים (איור 2). תוצאה חשובה של תפקוד לקוי של האנדותל היא חוסר היכולת של כלי הדם להגיב לגירויים פיזיולוגיים, כפי שהודגם לראשונה באמצעות הרפיה לא תקינה בתיווך זרימה בלב43. OS-CMR עם תמרוני נשימה ואזואקטיבית תלויי אנדותל מאפשר ניטור ישיר של חמצון שריר הלב במהלך תמרוני נשימה ואזואקטיבית ועוקף את הצורך בסוכני ניגוד אקסוגניים וסוכני לחץ וזואקטיביים פרמקולוגיים. היפרוונטילציה ודום נשימה מעוררים תגובה וסקולרית ניתנת לשחזור ומדידה דרך האנדותל ולכן עשויים, לספק מודל פיזיולוגי יותר משיטות אחרות להערכת תפקוד כלי הדם.

ממצאים ממחקרים שהשתמשו במערכת ההפעלה OS-CMR עם תמרוני נשימה וזואקטיביים סיפקו תרומות חשובות להבנת הפתופיזיולוגיה הבסיסית בחולים עם מצבים איסכמיים ללא היצרות עורק כלילי מסביר, במיוחד INOCA, HFpEF, ודלקת (למשל, לאחר השתלת לב). התוספת הפוטנציאלית של OS-CMR עם תמרוני נשימה וזואקטיביים מתוקננים לזיהוי חולים המציגים כאב איסכמי בחזה כבעלי תפקוד לקוי של כלי דם מסבירים או לעבודה הקלינית של חולי HFpEF ומושתלי לב תשפר באופן משמעותי את קבלת ההחלטות הקליניות באוכלוסיות חולים אלה44.

בעת ביצוע OS-CMR עם תמרוני נשימה vasoactive, ישנם כמה היבטים לחפש בביצועים של המשתתפים של תמרוני נשימה בתמונות. בדרך כלל, המשתתפים מנסים להדביק את קצב המטרונום (30 נשימות לדקה) ואינם נושמים עמוק. חשוב יותר לנשום עמוק מאשר לשמור על קצב של 30 נשימות לדקה (למשל, "נשימת בטן" יעילה יותר מנשימת חזה רדודה). אצל משתתפים בריאים, קצב הלב צפוי לעלות ב~20 פעימות לדקה במהלך היפרוונטילציה. המשתתפים במטופלים נוטים לעלייה בקצב הלב של 5-10 פעימות לדקה45. חלק מהמשתתפים עשויים להתפתות לקחת נשימה קטנה פנימה כדי להאריך את זמן עצירת הנשימה. לכן, יש ליידע את המטופלים כי הבדיקה תאבד את דיוק האבחון שלה אם לא מקפידים על הפרוטוקול וכי כל נשימה קטנה תסיים את הבדיקה.

אם מיקום פרוסה הוא בסיסי מדי (קרוב למישור המסתמים), ייתכן שדרכי הזרימה היוצאות לא יאפשרו להבדיל בין LV ל-RV או עשויות להיות בדרכי היציאה של החדר השמאלי כתוצאה מתנועה דרך מישור וישפיעו על היכולת לנתח את התמונות. אם פרוסה אפיקלית מדי, התמונות עשויות שלא להיות בניצב לדופן החדר, ולכן עלולות להכיל דם או רקמת לב ולפגוע בהערכה. בנוסף, אם פרוסה אפיקלית מדי, יש הרבה פחות פיקסלים של שריר הלב האמיתי, מה שמגדיל את הסיכון לכלול פיקסלים עם השפעות נפח חלקיות בניתוח.

פגיעה גלובלית בחמצון שריר הלב
OS-CMR עם תמרוני נשימה וזואקטיביים הדגימו בעבר רזרבה עולמית לקויה של חמצון שריר הלב בחולים עם OSA ו- HFpEF ומושתלי לב12,14,16. הממצא של ירידה גלובלית ב- B-MORE בחולים עם HFpEF מתנגש עם ממצאי מחקר קודם שהדגים זילוח לקוי של שריר הלב אך שמר על חמצון שריר הלב בחולים עם HF46 לא איסכמי. עם זאת, המחקרים הקודמים השתמשו באדנוזין, מרחיב כלי דם שאינו תלוי באנדותל, כסוכן הלחץ. לכן, תפקוד לקוי של כלי דם תלויי אנדותל וההשפעה הפוטנציאלית על חמצון שריר הלב לא נחקרו. לנוכחות או היעדר תפקוד לקוי של האנדותל בחולים עם אי ספיקת לב כרונית יש השלכות קליניות חשובות, שכן חומרת תפקוד לקוי של האנדותל עשויה לא רק לקבוע את ההצגה הקלינית, אלא גם להיות בעלת ערך פרוגנוסטי ביחס לאשפוז עתידי, השתלת לב או מוות34,47.

הנוכחות של ירידה גלובלית ניכרת ב- B-MORE בחולים מושתלי לב עם ובלי וסקולופתיה אלוגרפט לבבית בהשוואה לבקרות בריאות היא ממצא חשוב לשפוך אור על הפתופיזיולוגיה הבסיסית והתזמון וההפחתה של בדיקות מעקב פולשניות ויש לה השלכות פרוגנוסטיות. הירידה ב- B-MORE בחולים מושתלי לב עם וללא וסקולופתיה אלוגרפט לבבית היא ככל הנראה תוצאה של פעילות כלי דם כליליים מופחתת. הסבר זה נתמך גם על ידי הקשר של ליקוי B-MORE נוסף עם חומרת כלי הדם allograft הלב14. מכיוון שבדיקה שנתית לתפקוד לקוי של כלי הדם עם אנגיוגרפיה כלילית פולשנית מומלצת בחולים לאחר השתלת לב48, היכולת של OS-CMR עם תמרוני נשימה וזואקטיביים לזהות ולנטר את חומרת התפקוד הלקוי של כלי הדם באוכלוסיית חולים זו עשויה לספק מתודולוגיית סינון חלופית לא פולשנית וללא מחטים.

פגיעה אזורית בחמצון שריר הלב
במרכזים רבים, 50%-70% מהחולים שעוברים אנגיוגרפיה כלילית פולשנית אינם סובלים מהיצרות משמעותית של העורקים הכליליים החסימתית, מה שקורא לטכניקת הדמיה לא פולשנית כדי לזהות INOCA ולספק מידע פרוגנוסטי על תוצאות קרדיווסקולריות באוכלוסיית חולים לא מובנת זו. ההערכה הקלינית של חולים עם INOCA יישמה באופן היסטורי בדיקות תגובתיות כליליות, כולל מדידת מדד עמידות מיקרו-סירקולטורית במהלך אנגיוגרפיה כלילית פולשנית25,26. עם זאת, שיטה זו מוגבלת על ידי הפולשנות שלה, חוסר יכולת שחזור, ועלות. בנוסף, אנגיוגרפיה פולשנית אינה מעריכה את רמת ההשפעה הפתופיזיולוגית הקריטית במורד הזרם, כלומר את ההשפעה על חמצון שריר הלב. לאחרונה, OS-CMR עם תמרוני נשימה vasoactive אצל נשים עם INOCA הדגימו ממצאים מסקרנים. בעוד שלא הייתה פגיעה ב- B-MORE העולמי בהשוואה לבקרות בריאות תואמות גיל, תגובת כלי הדם הכליליים, כפי שהוגדרה על ידי שינוי בחמצון שריר הלב, הראתה דפוס הטרוגני של תגובת חמצון לקויה בהשוואה לזו של נבדקים בריאים תואמי גיל15.

השינויים האזוריים שנצפו בתפקוד האנדותל ובחמצון שריר הלב בחולים עם כאבים בחזה ו- INOCA מספקים תובנה חשובה לגבי הפיזיולוגיה של תפקוד לקוי של כלי הדם באוכלוסיית חולים זו. שינויים אזוריים בחמצון שריר הלב יכולים להיות מתווכים באופן פוטנציאלי באמצעות הפרעות מקומיות בגורמים מרגיעים שמקורם באנדותל, גירויים עצביים חריגים למיקרו-סירקולציה הכלילית וכתוצאה מכך אזוריות של זרימה וחמצון, או גניבת כלי דם כליליים49. הסבר חלופי לממצאים אלה עשוי להיות הטרוגניות באטיולוגיות העומדות בבסיס INOCA50. ההדמיה של מצב חמצון הרקמה וההטרוגניות האזורית שלה על ידי מפות שנרכשו על ידי OS-CMR עם תמרוני נשימה מצביעים על כך שמתודולוגיה זו יכולה למלא תפקיד חשוב בבדיקה ישירה ומקיפה יותר של תפקוד כלי הדם האזוריים של שריר הלב בחולים אלה מעבר למדד גלובלי פשוט של זילוח או חמצון.

מגבלות
נותרו כמה מגבלות של המתודולוגיה. מנקודת מבט פיזיולוגית, שימוש באפקט BOLD כדי להסיק מסקנות לגבי חמצון רקמות דורש התחשבות במשתנים אחרים, שכן עוצמת האות OS-CMR מושפעת גם מזרימת הדם ומנפח הדם 2,51. עם זאת, למרבה המזל, ההשפעות על עוצמת האות הן סינרגטיות וקשורות פיזיולוגית (הרחבת כלי דם כלילית מושרית מגבירה בו זמנית את זרימת הדם, נפח הדם וחמצון הדם). ההטיה הפוטנציאלית של מבלבלים אלה היא, אם כן, שיטתית וחד-כיוונית, עם רלוונטיות מועטה בעת הערכת תפקוד כלי הדם. גורמים אחרים הקשורים לדם (המוגלובין, המטוקריט) וחוזק השדה זוהו כגורמים מבלבלים פוטנציאליים בפרשנות וניתוח תמונה OS-CMR51,52 ויהיה צורך לקחת אותם בחשבון אם חריגים באופן משמעותי. כדי לטפל בגורמים אלה, סמנים ביולוגיים חדשים הנגזרים מתגובת עוצמת אות OS-CMR עשויים לשלוט או למזער את ההשפעות המבלבלות של מצב המודילון והמטוקריט, למשל, על ידי נרמול תגובת עוצמת האות למאגר הדם של החדר השמאלי או הימני של כל משתתף.

עד לאחרונה, הערכת נתוני OS-MR דרשה ביאור, פילוח וניתוח ידניים מייגעים. כלי עיבוד פוסט ידידותיים למשתמש לניתוח אוטומטי או חצי אוטומטי של ערכות נתונים דינמיות של OS-CMR מפותחים53. לבסוף, חסרים ערכים נורמליים מבוססי אוכלוסייה ומחקרים קליניים המשווים תוצאות OS-CMR עם מדידות פולשניות של תפקוד לקוי של כלי הדם, כמו גם נתונים על פרוגנוזה, יעילות כלכלית והשפעת השימוש בו על תוצאות קליניות.

מסקנה
ניטור לא פולשני של שינויים דינמיים, אזוריים או גלובליים בחמצון שריר הלב על ידי OS-CMR עם תמרוני נשימה וזואקטיביים מספק מידע ייחודי ובעל משמעות קלינית על תפקוד כלי הדם הכליליים ועשוי למלא תפקיד חשוב במיוחד בחולים עם תפקוד לקוי של כלי הדם. מחקרים קליניים נוספים צריכים להתבצע כדי לחקור את התועלת הקלינית שלה באוכלוסיות חולים שונות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

MGF רשומה כבעלת פטנט מס' 14/419,877 של ארצות הברית: גרימת ומדידת שינויים בחמצון שריר הלב כסמן למחלות לב; פטנט מס' 15/483,712 של ארצות הברית: מדידת שינויי חמצון ברקמה כסמן לתפקוד כלי הדם; פטנט אמריקאי מספר 10,653,394: מדידת שינויי חמצון ברקמה כסמן לתפקוד כלי הדם - המשך; ופטנט קנדי CA2020/051776: שיטה ומנגנון לקביעת סמנים ביולוגיים של תפקוד כלי הדם באמצעות תמונות CMR מודגשות. EH רשומה כבעלת פטנט בינלאומי CA2020/051776: שיטה ומנגנון לקביעת סמנים ביולוגיים של תפקוד כלי הדם באמצעות תמונות CMR מודגשות.

Acknowledgments

סקירת מאמר ומתודולוגיה זו התאפשרה על ידי כל הצוות של קבוצת המחקר Courtois CMR במרכז הבריאות של אוניברסיטת מקגיל. תודה מיוחדת לטכנאיות ה-MRI שלנו מגי ליאו וסילבי ג'ליניו על סריקת המשתתפים שלנו ומשוב על כתב היד הזה.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
balanced SSFP MRI sequence Any To modify to create the OS-CMR sequence
DICOM/ Imaging Viewer Any Best if the viewer has the ability for quantitative measurements (i.e., Area19 prototype software)
Magnetic Resonance Imaging scanner Any 3 Tesla or 1.5 Tesla
Metronome Any Set to 30 breaths per minute. To use if manually communicating breathing maneuver instructions to participants.
Speaker system Any To communicate breathing maneuver instrucitons to participants through
Stopwatch Any To use if manually communicating breathing maneuver instructions to participants

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ogawa, S., Lee, T. M., Kay, A. R., Tank, D. W. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 87 (24), 9868-9872 (1990).
  2. Friedrich, M. G., Karamitsos, T. D. Oxygenation-sensitive cardiovascular magnetic resonance. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 15, 43 (2013).
  3. Guensch, D. P., et al. The blood oxygen level dependent (BOLD) effect of in-vitro myoglobin and hemoglobin. Scientific Reports. 11 (1), 11464 (2021).
  4. Guensch, D. P., et al. Breathing manoeuvre-dependent changes in myocardial oxygenation in healthy humans. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 15 (4), 409-414 (2014).
  5. Fischer, K., Guensch, D. P., Shie, N., Lebel, J., Friedrich, M. G. Breathing maneuvers as a vasoactive stimulus for detecting inducible myocardial ischemia - An experimental cardiovascular magnetic resonance study. PloS One. 11 (10), 0164524 (2016).
  6. Friedrich, M. G. Tracking myocardial oxygenation over a breath hold with blood oxygen level−dependent MRI: A radically different approach to study ischemia. Radiology. 294 (3), 546-547 (2020).
  7. Teixeira, T., Nadeshalingam, G., Fischer, K., Marcotte, F., Friedrich, M. G. Breathing maneuvers as a coronary vasodilator for myocardial perfusion imaging. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 44 (4), 947-955 (2016).
  8. Fischer, K., Guensch, D. P., Friedrich, M. G. Response of myocardial oxygenation to breathing manoeuvres and adenosine infusion. European Heart Journal Cardiovascular Imaging. 16 (4), 395-401 (2015).
  9. Ong, P., Athanasiadis, A., Sechtem, U. Intracoronary acetylcholine provocation testing for assessment of coronary vasomotor disorders. Journal of Visualized Experiments. (114), e54295 (2016).
  10. Voigtländer, T., et al. The adverse events and hemodynamic effects of adenosine-based cardiac MRI. Korean Journal of Radiology. 12 (4), 424-430 (2011).
  11. Tsang, K. H., Chan, W. S. W., Shiu, C. K., Chan, M. K. The safety and tolerability of adenosine as a pharmacological stressor in stress perfusion cardiac magnetic resonance imaging in the Chinese population. Hong Kong Medical Journal. 21 (6), 524-527 (2015).
  12. Roubille, F., Fischer, K., Guensch, D. P., Tardif, J. -C., Friedrich, M. G. Impact of hyperventilation and apnea on myocardial oxygenation in patients with obstructive sleep apnea - An oxygenation-sensitive CMR study. Journal of Cardiology. 69 (2), 489-494 (2017).
  13. Fischer, K., et al. Feasibility of cardiovascular magnetic resonance to detect oxygenation deficits in patients with multi-vessel coronary artery disease triggered by breathing maneuvers. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 20 (1), 31 (2018).
  14. Iannino, N., et al. Myocardial vascular function assessed by dynamic oxygenation-sensitive cardiac magnetic resonance imaging long-term following cardiac transplantation. Transplantation. 105 (6), 1347-1355 (2021).
  15. Elharram, M., et al. Regional heterogeneity in the coronary vascular response in women with chest pain and nonobstructive coronary artery disease. Circulation. 143 (7), 764-766 (2021).
  16. Fischer, K., et al. Insights into myocardial oxygenation and cardiovascular magnetic resonance tissue biomarkers in heart failure with preserved ejection fraction. Circulation: Heart Failure. 15 (4), 008903 (2022).
  17. Li, D., Dhawale, P., Rubin, P. J., Haacke, E. M., Gropler, R. J. Myocardial signal response to dipyridamole and dobutamine: demonstration of the BOLD effect using a double-echo gradient-echo sequence. Magnetic Resonance in Medicine. 36 (1), 16-20 (1996).
  18. Arnold, J. R., et al. Myocardial oxygenation in coronary artery disease: insights from blood oxygen level-dependent magnetic resonance imaging at 3 tesla. Journal of the American College of Cardiology. 59 (22), 1954-1964 (2012).
  19. Karamitsos, T. D., et al. Relationship between regional myocardial oxygenation and perfusion in patients with coronary artery disease: Insights from cardiovascular magnetic resonance and positron emission tomography. Circulation: Cardiovascular Imaging. 3 (1), 32-40 (2010).
  20. Friedrich, M. G., Niendorf, T., Schulz-Menger, J., Gross, C. M., Dietz, R. Blood oxygen level-dependent magnetic resonance imaging in patients with stress-induced angina. Circulation. 108 (18), 2219-2223 (2003).
  21. Cai, H., Harrison, D. G. Endothelial dysfunction in cardiovascular diseases: The role of oxidant stress. Circulation Research. 87 (10), 840-844 (2000).
  22. Kothawade, K., Bairey Merz, C. N. Microvascular coronary dysfunction in women: Pathophysiology, diagnosis, and management. Current Problems in Cardiology. 36 (8), 291-318 (2011).
  23. Gimbrone, M. A., García-Cardeña, G. Endothelial cell dysfunction and the pathobiology of atherosclerosis. Circulation Research. 118 (4), 620-636 (2016).
  24. Vancheri, F., Longo, G., Vancheri, S., Henein, M. Coronary microvascular dysfunction. Journal of Clinical Medicine. 9 (9), 2880 (2020).
  25. Camici, P. G., Crea, F. Coronary microvascular dysfunction. The New England Journal of Medicine. 356 (8), 830-840 (2007).
  26. Ford, T. J., et al. Assessment of vascular dysfunction in patients without obstructive coronary artery disease: Why, how, and when. JACC: Cardiovascular Interventions. 13 (16), 1847-1864 (2020).
  27. Taqueti, V. R., Di Carli, M. F. Coronary microvascular disease pathogenic mechanisms and therapeutic options: JACC state-of-the-art review. Journal of the American College of Cardiology. 72 (21), 2625-2641 (2018).
  28. Budhiraja, R., Parthasarathy, S., Quan, S. F. Endothelial dysfunction in obstructive sleep apnea. Journal of Clinical Sleep Medicine. 3 (4), 409-415 (2007).
  29. Sena, C. M., Pereira, A. M., Seiça, R. Endothelial dysfunction - A major mediator of diabetic vascular disease. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease. 1832 (12), 2216-2231 (2013).
  30. Vanhoutte, P. M., Shimokawa, H., Feletou, M., Tang, E. H. C. Endothelial dysfunction and vascular disease - A 30th anniversary update. Acta Physiologica. 219 (1), 22-96 (2017).
  31. Juni, R. P., Duckers, H. J., Vanhoutte, P. M., Virmani, R., Moens, A. L. Oxidative stress and pathological changes after coronary artery interventions. Journal of the American College of Cardiology. 61 (14), 1471-1481 (2013).
  32. Simsek, E. C., et al. Endothelial dysfunction in patients with myocardial ischemia or infarction and nonobstructive coronary arteries. Journal of Clinical Ultrasound. 49 (4), 334-340 (2021).
  33. Stillman, A. E., et al. Imaging the myocardial ischemic cascade. The International Journal of Cardiovascular Imaging. 34 (8), 1249-1263 (2018).
  34. Fischer, D., et al. Endothelial dysfunction in patients with chronic heart failure is independently associated with increased incidence of hospitalization, cardiac transplantation, or death. European Heart Journal. 26 (1), 65-69 (2005).
  35. Hurst, T., Olson, T. H., Olson, L. E., Appleton, C. P. Cardiac syndrome X and endothelial dysfunction: New concepts in prognosis and treatment. The American Journal of Medicine. 119 (7), 560-566 (2006).
  36. Bauer, W. R., et al. Theory of the BOLD effect in the capillary region: An analytical approach for the determination of T*2 in the capillary network of myocardium. Magnetic Resonance in Medicine. 41 (1), 51-62 (1999).
  37. Manka, R., et al. BOLD cardiovascular magnetic resonance at 3.0 tesla in myocardial ischemia. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 12 (1), 54 (2010).
  38. Dharmakumar, R., Qi, X., Hong, J., Wright, G. A. Detecting microcirculatory changes in blood oxygen state with steady-state free precession imaging. Magnetic Resonance in Medicine. 55 (6), 1372-1380 (2006).
  39. Kramer, C. M., et al. Standardized cardiovascular magnetic resonance imaging (CMR) protocols: 2020 update. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 22 (1), 17 (2020).
  40. Expert Panel on MR Safety et al. ACR guidance document on MR safe practices: 2013. Journal of Magnetic Resonance Imaging: JMRI. 37 (3), 501-530 (2013).
  41. Macey, P. M., Kumar, R., Ogren, J. A., Woo, M. A., Harper, R. M. Global brain blood-oxygen level responses to autonomic challenges in obstructive sleep apnea. PLoS One. 9 (8), 105261 (2014).
  42. Cerqueira, M. D., et al. Standardized myocardial segmentation and nomenclature for tomographic imaging of the heart. Circulation. 105 (4), 539-542 (2002).
  43. Hayoz, D., et al. Flow-mediated arterial dilation is abnormal in congestive heart failure. Circulation. 87 (6), 92-96 (1993).
  44. Hillier, E., Friedrich, M. G. The potential of oxygenation-sensitive CMR in heart failure. Current Heart Failure Reports. 18 (5), 304-314 (2021).
  45. Hawkins, S. M., et al. Hyperventilation-induced heart rate response as a potential marker for cardiovascular disease. Scientific Reports. 9 (1), 17887 (2019).
  46. Dass, S., et al. No evidence of myocardial oxygen deprivation in nonischemic heart failure. Circulation: Heart Failure. 8 (6), 1088-1093 (2015).
  47. Endemann, D. H., Schiffrin, E. L. Endothelial dysfunction. Journal of the American Society of Nephrology. 15 (8), 1983-1992 (2004).
  48. Costanzo, M. R., et al. The International Society of Heart and Lung Transplantation Guidelines for the care of heart transplant recipients. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 29 (8), 914-956 (2010).
  49. Lanza, G. A. Cardiac syndrome X: A critical overview and future perspectives. Heart. 93 (2), 159-166 (2007).
  50. Gould, K. L., Johnson, N. P. Coronary physiology beyond coronary flow reserve in microvascular angina: JACC state-of-the-art review. Journal of the American College of Cardiology. 72 (21), 2642-2662 (2018).
  51. Guensch, D. P., Nadeshalingam, G., Fischer, K., Stalder, A. F., Friedrich, M. G. The impact of hematocrit on oxygenation-sensitive cardiovascular magnetic resonance. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 18 (1), 42 (2016).
  52. Dharmakumar, R., et al. Assessment of regional myocardial oxygenation changes in the presence of coronary artery stenosis with balanced SSFP imaging at 3.0T: Theory and experimental evaluation in canines. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 27 (5), 1037-1045 (2008).
  53. Hillier, E., Benovoy, M., Friedrich, M. A fully automated post-processing tool identifies a reduced global myocardial oxygenation reserve in patients with ischemia and no obstructive coronary artery stenosis when compared to patients with significant CAD. SCMR 25th Annual Scientific Sessions. , (2022).

Tags

MRI לב רגיש לחמצון תמרוני נשימה ואזואקטיביים הערכה לא פולשנית תפקוד לקוי של כלי הדם הכליליים חמצון שריר הלב תכונות פאראמגנטיות דאוקסיהמוגלובין ניגודיות רקמות תמרונים וזואקטיביים תפקוד מאקרו כלילי ומיקרו-וסקולרי ניגודיות תוך ורידית סוכני לחץ פרמקולוגיים תמונות משוקללות T2 רצף סינוס נקיפה חופשית במצב יציב (SSFP) פרוטוקול נשימה היפרוונטילציה קצבית עצירת נשימה פגה
MRI לב רגיש לחמצון עם תמרוני נשימה ואזואקטיביים להערכה לא פולשנית של תפקוד לקוי של כלי הדם הכליליים
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hillier, E., Covone, J., Friedrich,… More

Hillier, E., Covone, J., Friedrich, M. G. Oxygenation-sensitive Cardiac MRI with Vasoactive Breathing Maneuvers for the Non-invasive Assessment of Coronary Microvascular Dysfunction. J. Vis. Exp. (186), e64149, doi:10.3791/64149 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter