Waiting
Login processing...

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

Medicine

Syresättningskänslig hjärt-MRT med vasoaktiva andningsmanövrar för icke-invasiv bedömning av koronar mikrovaskulär dysfunktion

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

Bedömningen av mikrovaskulär funktion genom syresättningskänslig magnetisk resonanstomografi i kombination med vasoaktiva andningsmanövrar är unik i sin förmåga att bedöma snabba dynamiska förändringar i hjärtsyresättning in vivo och kan därmed fungera som en kritiskt viktig diagnostisk teknik för kranskärlsfunktion.

Abstract

Syresättningskänslig magnetisk resonanstomografi (OS-CMR) är en diagnostisk teknik som använder de inneboende paramagnetiska egenskaperna hos deoxihemoglobin som en endogen källa till vävnadskontrast. Används i kombination med standardiserade vasoaktiva andningsmanövrar (hyperventilation och apné) som en potent icke-farmakologisk vasomotorisk stimulans, kan OS-CMR övervaka förändringar i myokardiell syresättning. Kvantifiering av sådana förändringar under hjärtcykeln och under vasoaktiva manövrar kan ge markörer för kranskärls-, makro- och mikrovaskulär funktion och därmed kringgå behovet av yttre eller intravenösa kontrastmedel eller farmakologiska stressagens.

OS-CMR använder den välkända känsligheten hos T2*-viktade bilder för blodets syresättning. Syresättningskänsliga bilder kan tas på vilken hjärt-MR-skanner som helst med hjälp av en modifierad standard klinisk steady-state free precession (SSFP) cinesekvens, vilket gör denna teknik leverantörsagnostisk och lätt att implementera. Som en vasoaktiv andningsmanöver tillämpar vi ett 4 minuters andningsprotokoll med 120 s fri andning, 60 s hyperventilering i tempo, följt av ett utandningsandningsuppehåll på minst 30 s. Den regionala och globala responsen av hjärtmuskelvävnadens syresättning på denna manöver kan bedömas genom att spåra signalintensitetsförändringen. Förändringen under de första 30 sekunderna av andningsuppehållet efter hyperventilation, kallad andningsinducerad myokardsyresättningsreserv (B-MORE), har studerats hos friska personer och olika patologier. Ett detaljerat protokoll för att utföra syrekänsliga CMR-skanningar med vasoaktiva manövrar tillhandahålls.

Som visats hos patienter med mikrovaskulär dysfunktion vid ännu ofullständigt förstådda tillstånd, såsom inducerbar ischemi utan obstruktiv kranskärlsstenos (INOCA), hjärtsvikt med bevarad ejektionsfraktion (HFpEF) eller mikrovaskulär dysfunktion efter hjärttransplantation, ger detta tillvägagångssätt unik, kliniskt viktig och kompletterande information om kranskärlsfunktion.

Introduction

Syresättningskänslig magnetisk resonanstomografi (OS-CMR) använder de inneboende paramagnetiska egenskaperna hos deoxihemoglobin som en endogen källa till MR-kontrast 1,2,3. Används i kombination med standardiserade vasoaktiva andningsmanövrar (hyperventilation och apné) som en potent icke-farmakologisk vasomotorisk stimulans, kan OS-CMR övervaka förändringar i myokardiell syresättning som en markör för vaskulär funktion, och därigenom kringgå behovet av yttre, intravenösa kontrastmedel eller farmakologiska stressmedel 4,5,6.

Andningsmanövrar, inklusive andningsuppehåll och hyperventilering, är mycket effektiva vasoaktiva åtgärder för att förändra vasomotion och är på grund av deras säkerhet och enkelhet idealiska för kontrollerad endotelberoende vasomotion som en del av en diagnostisk procedur. Studier har visat en ökad effektivitet när man kombinerar hyperventilering med ett efterföljande andningsuppehåll4,7, eftersom vasokonstriktionen (genom den associerade minskningen av koldioxid i blodet) under ett sådant protokoll följs av vasodilatation (ökning av koldioxid i blodet); Således övergår ett friskt kärlsystem genom hela skalan från vasokonstriktion till vasodilatation med en kraftig ökning av myokardiellt blodflöde, vilket i sin tur ökar myokardiell syresättning och därmed den observerbara signalintensiteten i OS-CMR-bilder. Användningen av cine-bilder för insamlingen möjliggör också hjärtfasupplösta resultat med ett bättre signal-brusförhållande jämfört med adenosininfusion8.

Andningsmanövrar kan ersätta farmakologiska stressmedel för att inducera vasoaktiva förändringar som kan användas för att bedöma kranskärlsfunktion. Detta minskar inte bara patientrisken, logistikarbetet och tillhörande kostnader utan hjälper också till att ge resultat som är kliniskt mer meningsfulla. Farmakologiska stressmedel som adenosin utlöser ett endotelberoende svar och återspeglar därmed själva endotelfunktionen. En sådan specifik bedömning av endotelfunktionen har hittills endast varit möjlig genom en intrakoronar administrering av acetylkolin som en endotelberoende vasodilaterare. Denna procedur är dock mycket invasiv 2,9 och utförs därför sällan.

I brist på tillgång till direkta biomarkörer har flera diagnostiska tekniker använt surrogatmarkörer som vävnadsupptag av ett exogent kontrastmedel. De begränsas av behovet av en eller två intravenösa ingångar, kontraindikationer såsom allvarlig njursjukdom eller atrioventrikulärt block, och behovet av fysisk närvaro av personal med utbildning i att hantera potentiellt allvarliga biverkningar10,11. Den mest signifikanta begränsningen av nuvarande avbildning av kranskärlsfunktionen är dock fortfarande att myokardperfusion som surrogatmarkör inte återspeglar myokardvävnadens syresättning som den viktigaste nedströmskonsekvensen av vaskulär dysfunktion2.

OS-CMR med vasoaktiva andningsmanövrar har använts för att utvärdera vaskulär funktion i många scenarier, inklusive friska individer, makrovaskulär sjukdom hos patienter med kranskärlssjukdom (CAD), samt mikrovaskulär dysfunktion hos patienter med obstruktiv sömnapné (OSA), ischemi utan obstruktiv kranskärlsstenos (INOCA), efter hjärttransplantation och hjärtsvikt med bevarad ejektionsfraktion (HFpEF)4, 7,12,13,14,15,16. I en CAD-population visade sig protokollet för andningsinducerad myokardsyresättningsreserv (B-MORE) som härrör från OS-CMR vara säkert, genomförbart och känsligt för att identifiera ett försämrat syresättningssvar i myokardterritorier som perfunderas av ett kranskärl med en signifikant stenos13.

Vid mikrovaskulär dysfunktion visade OS-CMR ett fördröjt myokardsyresättningssvar hos patienter med obstruktiv sömnapné, och en trubbig B-MORE sågs hos patienter med HFpEF och efter hjärttransplantation12,14,16. Hos kvinnor med INOCA ledde andningsmanövern till ett onormalt heterogent myokardsyresättningssvar, vilket belyser fördelen med den höga rumsliga upplösningen hos OS-CMR15. Denna artikel granskar logiken och metodiken för att utföra OS-CMR med vasoaktiva andningsmanövrar och diskuterar dess kliniska användbarhet vid bedömning av vaskulär patofysiologi i patientpopulationer med mikrovaskulär dysfunktion, särskilt när de relaterar till endoteldysfunktion.

Den fysiologiska kontexten för andningsförbättrad syresättningskänslig MR
Under normala fysiologiska förhållanden motsvaras en ökning av syrebehovet av en motsvarande ökning av syretillförseln genom ökat blodflöde, vilket resulterar i ingen förändring av den lokala deoxihemoglobinkoncentrationen. Däremot leder inducerad vasodilatation till "överskott" av syresatt blod utan förändring av syreförbrukningen. Följaktligen syresätts mer av vävnadshemoglobinet, och därmed finns det mindre deoxihemoglobin, vilket leder till en relativ ökning av OS-CMR-signalintensiteten 4,17. Om kärlfunktionen äventyras kan den inte svara ordentligt på en förändrad metabolisk efterfrågan eller stimulans för att öka myokardiellt blodflöde.

Vid inställning av ett stimulus för att framkalla vasorörelse, såsom hyperventilering i tempo som framkallar vasokonstriktion eller ett långt andningsuppehåll som framkallar koldioxidmedierad vasodilatation, skulle nedsatt vasomotorisk aktivitet resultera i en relativ ökning av lokal deoxihemoglobinkoncentration jämfört med andra regioner, och därefter en minskad förändring av OS-CMR-signalintensiteten. Vid inducerbar ischemi skulle nedsatt vaskulär funktion resultera i ökad lokal efterfrågan som inte tillgodoses av en lokal ökning av myokardblodflödet även i frånvaro av epikardiell kranskärlsstenos. I OS-CMR-bilder leder den lokala nettoökningen av deoxihemoglobinkoncentrationen till en minskning av den lokala signalintensiteten 2,18,19,20.

Försvagad vaskulär glatt muskelavslappning som svar på endotelberoende och -oberoende vasodilaterare (inklusive adenosin) har visats hos patienter med koronar mikrovaskulär dysfunktion 21,22,23,24,25,26,27 . Endoteloberoende dysfunktion tros bero på strukturella abnormiteter från mikrovaskulär hypertrofi eller omgivande myokardpatologi. Däremot resulterar endoteldysfunktion i både otillräcklig vasokonstriktion och försämrad (endotelberoende) vasorelaxation, vanligtvis orsakad av en förlust av kväveoxidbioaktivitet i kärlväggen21,28. Endoteldysfunktion har varit inblandad i patogenesen av ett antal kardiovaskulära sjukdomar, inklusive hyperkolesterolemi, högt blodtryck, diabetes, CAD, obstruktiv sömnapné, INOCA och HF 23,24,28,29,30,31,32. Faktum är att endoteldysfunktion är den tidigaste manifestationen av koronar ateroskleros33. Avbildning av endotelfunktion har mycket stark potential, med tanke på dess roll som en signifikant prediktor för negativa kardiovaskulära händelser och långsiktiga resultat, med djupgående prognostiska implikationer i kardiovaskulära sjukdomstillstånd 23,29,30,31,34,35.

Till skillnad från perfusionsavbildning gör den andningsinducerade myokardiella syresättningsreserven (B-MORE), definierad som den relativa ökningen av myokardsyresättningen under ett andningsuppehåll efter hyperventilation, det möjligt att visualisera konsekvenserna av en sådan vasoaktiv utlösarepå global eller regional syresättning i sig 2,36. Som en exakt nedströmsmarkör för vaskulär funktion kan B-MORE därför inte bara identifiera vaskulär dysfunktion utan också faktisk inducerbar ischemi, vilket indikerar ett allvarligare lokalt perfusions- eller syresättningsproblem18,19,37. Detta uppnås genom OS-CMR:s förmåga att visualisera den relativa minskningen av syrefritt hemoglobin, som är rikligt förekommande i myokardiumets kapillärsystem, som i sig utgör en betydande andel av myokardvävnaden.

OS-CMR-sekvens
Den magnetiska resonanstomografisekvensen (MRT) som används för OS-CMR-avbildning är en prospektivt gated, modifierad, balanserad, steady-state, fri precessionssekvens (bSSFP) som förvärvats i två kortaxliga skivor. Denna bSSFP-sekvens är en klinisk standardsekvens som är tillgänglig (och modifierbar) på alla MR-skannrar som utför hjärt-MRT, vilket gör denna teknik leverantörsoberoende och lätt att implementera. I en vanlig bSSFP-cinesekvens modifieras ekotid, repetitionstid och vippvinkel för att sensibilisera den resulterande signalintensiteten för BOLD-effekten och därmed skapa en syresättningskänslig sekvens. Detta tillvägagångssätt, en T2-förberedd bSSFP-avläsning, har tidigare visat sig vara lämpligt för att ta syresättningskänsliga bilder med ett högre signal-brusförhållande, högre bildkvalitet och snabbare skanningstider jämfört med tidigare gradientekotekniker som används för BOLD-avbildning38. Andningsförstärkt OS-CMR med detta tillvägagångssätt kan tillämpas med mycket få, milda biverkningar (tabell 1). Det är värt att notera att mer än 90 % av deltagarna slutför detta protokoll med tillräckligt långa andningstider 4,12,13,16.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alla MRT-undersökningar som använder OS-CMR med vasoaktiva andningsmanövrar bör utföras i enlighet med lokala institutionella riktlinjer. Protokollet som beskrivs nedan har använts i studier som godkänts av flera institutionella etiska kommittéer för humanforskning. Skriftligt samtycke erhölls för alla mänskliga deltagardata och resultat som beskrivs i detta protokoll och manuskript.

1. Bred översikt

  1. Variera inklusions- och exklusionskriterierna beroende på vilken studiepopulation som är av intresse. Använd följande allmänna, vanliga uteslutningskriterier för en OS-CMR med vasoaktiva andningsmanövrar: allmänna MRT-kontraindikationer (t.ex. MRT-inkompatibla enheter som pacemakers eller defibrillatorer, implanterat material eller främmande kroppar), konsumtion av koffein eller vasoaktiv medicin under 12 timmar före MRT och ålder <18 år.
  2. Skaffa först standardbilderna för klinisk lokaliseringsspaning och ventrikelstruktur och funktion innan du skaffar OS-förvärven. Använd bSSFP-filmbilderna med lång axel för att planera segmentpositioneringen av OS-förvärven.
    OBS: En genomgång av standardiserade kliniska CMR-protokoll beskrivs på annan plats39.
  3. Hålla andan vid baslinjen
    1. Skaffa den första OS-CMR-serien som en kort, grundläggande andningsuppehåll för att bedöma bildkvalitet och skivplacering, kontrollera artefakter samt fungera som en baslinje för signalintensitet.
    2. Utför en kort (~10 s), enda hjärtcykelregistrering efter att deltagaren har andats normalt. Se till att andan hålls kvar vid utgången av utgången.
  4. Kontinuerlig insamling med vasoaktiv andningsmanöver
    1. Skaffa den andra OS-CMR-serien som en 4 min, kontinuerlig insamling bestående av 2 min fri andning och 1 min hyperventilering i tempo, följt av en frivillig, maximal andningshållning (~1 min). Eftersom den kontinuerliga insamlingen erhåller flera hjärtcykler under 4 minuter, modifiera ytterligare en parameter (antalet hjärtcykler som förvärvats av förvärvet) för att göra denna serie till en insamling med upprepade mätningar
      OBS: Den minsta erforderliga andningslängden är 30 s, även om ett andhämtningsavstånd på 60 s anses vara standarden.
    2. Förmedla instruktionerna för den vasoaktiva andningsmanövern till deltagarna i MR-skannern genom att manuellt dirigera deltagaren under hela andningsmanövern via en mikrofon ansluten till MR-högtalarsystemet eller genom en förinspelad .mp3 file (Supplemental File 1) som kan spelas upp för deltagaren via MRT-högtalarsystemet.
    3. Starta den vasoaktiva andningsmanövern med fri andning (efter 120 s fri andning börjar hyperventileringen). Vägled deltagaren genom andning i tempo med hjälp av hörbara pip från en metronom med en frekvens på 30 andetag/min (ett pip indikerar inandning, ett pip indikerar utandning). Vid 55 sekunders hyperventilering, ge ett sista röstkommando för att "ta ett djupt andetag in och sedan andas ut och håll andan" för att säkerställa att andningsuppehållet utförs på en slututgångsnivå.
      OBS: Förändringen i CO 2 i blodet är mycket mer uttalad med andan vid slutet av utloppet (lungytan är mindre, vilket minimerar den kvarvarande diffusionen av CO2 in i alveolerna).
  5. Bildanalys
    1. För att mäta B-MORE, betrakta den första slutsystoliska bilden under andningsuppehåll som tid 0 s. Jämför de globala eller regionala signalintensitetsvärdena för den slutsystoliska bilden som tagits närmast 30 s för andhållningen med bildsignalens intensitet vid 0 s tidpunkt. Rapportera BMORE som en procentuell förändring i signalintensitet vid 30 s jämfört med tiden 0 s för andningsuppehållet.

2. Procedur före skanning

  1. Se till att varje deltagare klarar MRT-säkerhets- och kompatibilitetsfrågeformuläret för den lokala institutionen (MRT General Contraindication-formulär), som bör innehålla frågor om tidigare medicinsk och kirurgisk historia och identifiera förekomsten av implantat, enhet eller metallfrämmande föremål inuti eller på deltagarens kirurgiska plats40.
  2. Skaffa ett graviditetstest, om tillämpligt.
  3. Kontrollera att patienten har avstått från vasoaktiv medicin och koffein under de 12 timmarna före MRT-skanningen.
  4. Visa instruktionsvideon om andningsmanöver för deltagaren (kompletterande video S1).
    1. Utför ett träningspass på 60 sekunder av hyperventilering följt av ett maximalt frivilligt andningsuppehåll med varje deltagare utanför MRT-skanningsrummet och ge feedback om hyperventilationens prestanda.
    2. Instruera deltagarna att de helt enkelt kan återuppta andningen när de har ett starkt behov av att göra det.
      OBS: Se diskussionen för punkter att notera och ge feedback på till deltagarna.

3. MRT-insamling av syresättningskänsliga sekvenser

  1. Ändra tre parametrar från standardsekvensen bSSFP på MRT-konsolen: öka repetitionstiden (TR), öka ekotiden (TE), minska vippvinkeln (FA).
    OBS: De modifierade värdena är beroende av MRT-skannerns fältstyrka (tabell 2). Ökning av TR och TE och minskning av FA resulterar i en ökning av T2* eller syresättningskänsligheten hos MRT-sekvensen. Dessa ändringar kommer sedan att resultera i en ökning av bandbredden och basupplösningen för sekvensen.
  2. Skapa två OS-serier, en baslinje (märkt: OS_base) och den kontinuerliga insamlingen under vilken andningsmanövern utförs (märkt: OS_cont_acq). Lämna baslinjesekvensen för operativsystemet oförändrad. I operativsystemets kontinuerliga insamling ökar du de upprepade mätningarna från 1 till ~25-40 (beroende på skannertyp). Öka antalet hjärtcykler (mätningar) tills exponeringstiden är ~4.5 min.
    OBS: Två OS-CMR-sekvenser behövs: OS baslinjeförvärv och OS kontinuerlig insamling med vasoaktiva andningsmanövrar. I följande avsnitt beskrivs de här stegen.

4. Förvärv av operativsystemets baslinje

  1. För förskrivning av skivor, planera i en slutsystolisk stillbild av en långaxelvy (två- eller fyrkammarbild). Ordinera två kortaxliga skivor - en i mitten till basal och den andra i mitten till apikal ventrikelnivå. Se diskussionen för punkter att tänka på när det gäller segmentplacering.
  2. Justeringar av sekvensparametrar
    1. Justera sekvensparametrarna efter behov för en viss deltagare. Se tabell 3 för sekvensparametrar som kan eller inte kan ändras.
    2. Justera det genomsnittliga gapet/avståndet mellan skivorna baserat på storleken på deltagarens hjärta och se till att skivan är korrekt placerad.
    3. Justera synfältet för att undvika figursättningsartefakter om det behövs. Gör allt du kan för att hålla synfältet mellan 360 mm och 400 mm.
  3. Shims-volym
    1. Justera mellanläggsvolymen så att den är tät runt vänster kammare i både lång- och kortaxelvyer.
  4. Sekvens insamling
    1. Godkänn sekvensen och kör den under andningsuppehållet i slutet av utgången. Se till att den här baslinjesekvensen varar ~10 s, baserat på pulsen och MR-skannern.
  5. Kontroll av bildkvalitet
    1. Kontrollera båda delarna av den förvärvade serien - leta efter andningsrörelser, dålig placering av skivor eller förekomst av artefakter. Upprepa baslinjesekvensen för operativsystemet tills tillräcklig bildkvalitet har uppnåtts.
  6. För felsökning, om skivans placering är för basal eller för apikal, justera den föreskrivna skivplatsen så att den ligger närmare den mellersta ventrikulära nivån. Om det finns en artefakt följer du stegen nedan:
    1. Kontrollera faskodningsriktningen.
    2. Gör synfältet större.
    3. Justera shimsvolymen runt vänster kammare.

5. OS kontinuerlig insamling med vasoaktiva andningsmanövrar

OBS: Se till att varje deltagare har fått instruktioner om korrekt utförande av andningsmanövern innan de är i MR-skannern (se avsnitt 2).

  1. Planering av sekvenser
    1. Om möjligt, kopiera segmentposition och justera volymen från OS-baslinjebilden eller duplicera baslinjens OS-sekvens och, i upprepade mätningar, öka från 1 till ~25-40 (eller nära 4.5 min insamlingstid).
  2. Kontrollera bildens och segmentets placering och ta sedan en tagningscykel.
  3. Öppna livestreamfönstret om det är möjligt.
  4. I kontrollrummet, anslut en enhet med andningsmanöverinstruktionerna .mp3 file till hjälpingången eller förbered dig för att hålla den över mikrofonen som projicerar in i MR-skannern. Alternativt kan du manuellt vägleda deltagaren genom andningsmanövern med hjälp av ett stoppur för tidtagning och muntligt ge instruktioner via mikrofonen som är ansluten till MRT-högtalarsystemet.
  5. Sekvens insamling
    1. Tryck samtidigt på play för OS Continuous Acquisition-sekvensen på MR-skannern och spela upp för .mp3 andningsinstruktionsfilen eller starta stoppuret om deltagaren instrueras manuellt.
    2. Om du manuellt guidar deltagaren genom andningsmanövrerna, instruera dem att andas in och andas ut, håll sedan andan i 10 sekunder och börja hyperventilera så snart de hör metronomen pipa.
    3. Meddela deltagaren vid 40 s-markeringen om hyperventilering (2:40 på stoppuret).
    4. Vid 55 sekunders hyperventilering (2:55 på stoppuret), instruera deltagaren att "ta ett djupt andetag in, andas ut och hålla andan".
      OBS: Bilderna med fri andning och hyperventilering kommer att ha rörelseartefakter. Detta är förväntat. Det bör dock inte finnas några rörelseartefakter under andningsuppehållet. Det är mycket viktigt att bilderna som hålls i andningen tas efter utandning (bekväm slutexpiratorisk position). Endast ett anduppehåll efter utandning leder till en snabb ökning av CO2 i blodet under de första 30 sekunderna av det efterföljande andningsuppehållet, med tillhörande förändring av kranskärlsblodflödet och hjärtmuskelsyresättningen.
    5. Övervaka deltagarens prestation av hyperventilationen i tempo genom kontrollrummets fönster eller MRT-skannerkamera för att säkerställa adekvat prestanda för djupandning. Om bälg används, övervaka sedan amplitudtopparna på andningsgrinden viewer. Om hyperventilering inte utförs på ett tillfredsställande sätt efter den första vägledningen, avbryt exponeringen och upprepa OS:s kontinuerliga insamlingssekvens.
    6. Övervaka eventuella små andetag som deltagarna tar under hela andningsuppehållet. Gör detta genom att övervaka spårningen av ett andningsbälte på MR-konsolen eller visuellt genom fönstret/kameran.
    7. När deltagaren börjar andas i slutet av andningsuppehållet, stoppa förvärvet.
    8. Efter avslutad inlärning ska du fråga deltagaren om han eller hon har upplevt några negativa effekter och låta deltagaren andas normalt i 3 minuter.
  6. Felsökning: upprepad hämtning
    1. Om andningsmanövrerna behöver upprepas, upprepa baslinjesekvensen för operativsystem.
      OBS: En period på 2-3 minuter innan du upprepar förvärvet krävs för att fysiologin ska återgå till baslinjen. Tidigare data har visat att fysiologin inte återgår till baslinjen efter 1 min41.
    2. Om bildkvaliteten för OS-baslinjesekvensen är tillräcklig, upprepa OS:s kontinuerliga insamling och utförande av andningsmanövrerna.

6. Bildanalys

  1. Importera OS-CMR-bilddatauppsättningarna till ett DICOM-visningsprogram med bildkontureringsfunktioner, bäst med funktioner för att automatiskt analysera syresättningskänsliga signalintensitetsförändringar.
  2. Markörer och deras mätning
    1. Ta en baslinjebild under en kort baslinjetagning av andningsuppehåll före hyperventilering (vila). Jämför den första bilden av andningsuppehållet (som representerar slutet av "stress"-stimulansen) med baslinjebilden.
      OBS: Hyperventilering är en vasokonstriktiv stimulans som minskar myokardiell syresättning (Hälsosam: %ΔSI ≈−5% till −10%13).
    2. Ta många bilder (och hjärtcykler) under andningsuppehållet. Använd den första bilden av andningsuppehållet som baslinje och jämför alla följande bilder med den här bilden.
      OBS: Andningsuppehåll är en vasodilaterande stimulans som ökar myokardiell syresättning (%ΔSI ≈ +5%-15%12,13,14,16).
    3. Hjärtmuskelns konturer
      För manuell analys: val av hjärtfas
      1. Eftersom andningsuppehållet kan innehålla mer än 400 bilder, analysera endast en enda fas av varje hjärtcykel. Som ett resultat, fokusera analysen på de slutsystoliska bilderna av varje hjärtcykel.
      2. Identifiera de slutsystoliska bilderna av varje hjärtcykel.
      3. Rita epikardiella och endokardiella konturer runt myokardiumet.
      4. Fönster bilden för att leta efter artefakter, som kommer att visas som antingen mörka (mottagliga) eller ljusa områden på grund av dålig grind i myokardiet.
        OBS: Undvik att inkludera pixlar med partiella volymeffekter från blodpölarna i vänster och höger kammare. De flesta kontureringsfel uppstår från den endokardiella konturen, inklusive pixlar med partiella volymeffekter och resulterande artificiellt förhöjd signalintensitet från den vänstra kammarens blodpool. För att undvika detta ritar du endokardiell kontur en hel pixel inuti myokardiumet. Se också till att epikardiellkonturen är en hel pixel inuti myokardium för att undvika partiella volymeffekter från blodpoolen i höger kammare, epikardiellt fett eller luft-lunggränssnittet.
      5. Kopiera och klistra in endokardiella och epikardiella konturer från den första slutsystoliska bilden av hjärtcykeln till den slutsystoliska bilden av nästa hjärtcykel. Justera konturerna efter behov.
        För automatiserad analys:
        OBS: Med automatiserade kontureringsfunktioner kan alla faser av hjärtcykeln kontureras och analyseras om så önskas.
      6. Kontrollera alla bilder för att säkerställa korrekt konturering.
        OBS: Vissa kommersiellt tillgängliga automatiserade kontureringsfunktioner har tränats på datauppsättningar som har konturerats för volymetrisk analys. Dessa konturer är benägna att drabbas av partiella volymeffekter eftersom de är avsedda att gränsa till blodpoolen och hjärtmuskeln. OS-CMR-konturerna måste vara helt inne i myokardiet.

7. Segmentering för regional analys

  1. För att få regional information, identifiera den anteroseptala och inferoseptala insättningen av höger kammare för att dela upp myokardium i American Heart Association (AHA) segmentering42.

8. Beräkning av B-MORE

  1. Uttryck B-MORE som en procentuell förändring i signalintensitet från baslinjen till vasodilatation (se ekvation 1):
    Equation 1Nej (1)
  2. Beräkna den globala B-MORE som den globala genomsnittliga myokardiella signalintensiteten för de slutsystoliska bilderna vid 30 s jämfört med 0 s för andningsuppehållet8 (se ekvation 2):
    Equation 2Nej (2)

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Tolkning av B-MORE
I tidigare publicerade studier som använt OS-CMR med vasoaktiva andningsmanövrar beräknades den globala eller regionala B-MORE genom att jämföra den första slutsystoliska bilden av andningsuppehållet med den slutsystoliska bilden närmast 15 s, 30 s, 45 s, etc. av andningsuppehållet. Den slutsystoliska fasen av hjärtcykeln valdes av flera skäl. Den slutsystoliska bilden är den mest konsekventa fasen som identifieras bland och mellan läsare: den innehåller det största antalet pixlar i myokardiet, den förekommer normalt vid ungefär samma utlösningstid oberoende av deltagarnas hjärtfrekvens, och den är alltid närvarande i inlärningen (medan slutdiastole kanske inte visas i prospektivt inhägnade bilder under ett andningsuppehåll där hjärtfrekvensen kan ändras).

Ur ett fysiologiskt perspektiv valdes tidpunkterna 0 s och 30 s för andningsuppehållet specifikt av följande skäl. Tid 0 s (eller den första slutsystoliska bilden av andningsuppehållet) är en bedömning av signalintensiteten efter en period av "stress" (60 s av hyperventilering) och därmed punkten för maximal vasokonstriktion. Översatt till signalintensitet representerar detta minskat myokardiellt blodflöde utan ökad efterfrågan, vilket resulterar i en lokal ökning av deoxihemoglobinkoncentrationen och en minskad signalintensitet jämfört med baslinjen. Under hela andningsuppehållet ökar signalintensiteten med koldioxidmedierad vasodilatation, vilket effektivt ökar myokardiellt blodflöde i samband med ingen ökning av lokal efterfrågan. Vid ~15 s tidpunkt för andningsuppehållet börjar signalintensitetskurvan att planaut 4,8. Därför är det teoretiska minsta andningsuppehåll som krävs för OS-CMR-analys 15 s (eller två hjärtcykler som förvärvats för att bedöma skillnaden mellan två datapunkter). Tidspunkten på 30 sekunder för andningsuppehållet har dock visat sig vara mer robust och anses därför vara den verkliga minsta erforderliga andningslängden.

Efter beräkningen av global B-MORE (jämförelse av 30 s till 0 s andningsuppehåll) kan dessa data visas visuellt och kvantitativt. Kvantitativt har globala B-MORE-värden jämförts mellan friska frivilliga och patienter med OSAS, CAD, ININCA och HFpEF, samt 12,13,14,15,16 efter hjärttransplantation (tabell 4). Visuellt kan pixelvisa färgöverlagringskartor genereras för att förstärka kvantitativa mätningar vid bedömningen av hjärtmuskelsyresättning (figur 1).

Figure 1
Figur 1: Myokardiell syresättningsreserv visualiserad med en signalintensitetskarta för att bedöma global och/eller regional vävnadssyresättning erhållen med OS-CMR och vasoaktiva andningsmanövrar. (A) Global myokardiell syresättning upprätthålls hos en frisk frivillig; (B) en minskning av regional myokardiell syresättning hos en patient med en vänster främre nedåtgående stenos (100 % ocklusion vid kvantitativ koronarangiografi); (C) en global minskning av hjärtmuskelns syresättning hos en patient med hjärtsvikt. Färgstapeln ger en visuell representation av myokardsyresättning, där svart/blått representerar nedsatt och grönt representerar ett hälsosamt myokardsyresättningssvar. Förkortningar: OS-CMR = syresättningskänslig magnetisk resonanstomografi av hjärtat; LAD = vänster främre nedåtgående. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figure 2
Figur 2: Visuell representation av en fullständig OS-CMR-skanning med vasoaktiva andningsmanövrar . (A) Standardtagningar av en magnetisk resonanstomografi av hjärtat, inklusive lokaliserare, kortaxliga och långaxliga cinefunktionsbilder och vävnadskarakteriseringsbilder (t.ex. T1- och/eller T2-kartläggning). (B) Prestanda, fysiologiska effekter, förvärv och förändringar i MRT-signalintensitet under den vasoaktiva andningsmanövern. Förkortningar: OS-CMR = syresättningskänslig magnetisk resonanstomografi av hjärtat; DeoxyHb = deoxihemoglobin. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Procedurer Risker Skäl Frekvens Stränghet Ståndaktighet
MR-undersökning av hjärtat Huvudvärk, illamående Magnetfält Vanliga (10 %) Lätt till svår Vändbar
Ångest, klaustrofobi Begränsat utrymme Sällsynta (<5 %) Lätt till svår Vändbar
Andningsmanövrer Stickande fingrar Hyperventilation Vanliga (20 %) Ljus Vändbar (<60 s)
Yrsel, huvudvärk Hyperventilation Vanliga (10 %) Ljus Vändbar (<60 s)
Muntorrhet Hyperventilation Sällsynta (<5 %) Ljus Vändbar (<60 s)

Tabell 1: Rapporterade biverkningar av att genomgå magnetkameraundersökning av hjärtat och utförande av vasoaktiva andningsmanövrar. De rapporterade uppgifterna samlades in från studier som utförts vid McGill University Health Centre med över 300 deltagare (opublicerade data som samlats in vid forskningsinstitutet vid McGill University Health Centre).

3T 1,5 ton
bSSFP mSSFP (OS) bSSFP mSSFP (OS)
Repetitionstid (TR) 2,9 ms 3,5 ms 31,1 ms 39 ms
Eko Tid (TE) 1,21 ms 1,73 ms 1,21 ms 1,63 ms
Vänd vinkel (FA) 80 grader 35 grader 39 grader 35 grader
Voxel Storlek 1,6 mm x 1,6 mm x 6 mm 2,0 mm x 2,0 mm x 10,0 mm 1,6 mm x 1,6 mm x 6 mm 1,6 mm x 1,6 mm x 6 mm
Bandbredd (Hertz/Pixel) 947 1302 1313 1302

Tabell 2: Parameterskillnader mellan balanserad SSFP och modifierad SSFP-sekvens (BOLD) vid 3 Tesla och 1,5 Tesla. Förkortningar: SSFP = steady-state, free precession; bSSFP = balanserad SSFP; mSSFP = modifierad SSFP; OS = syrekänslig; BOLD = beroende av syrehalten i blodet.

Modifierbara Kan inte ändras
Synfält (mm) 360-400 Skivans tjocklek (mm) 10
Gap (%) 0-200 Vänd vinkel 35
Förvärvstid (s/mätning) 8 Segment 12
Mätningar 1 (baslinje) eller 25+ (kontinuerlig insamling) EKG Utlöst/prospektiv
Fönster för förvärv Inga fastställda begränsningar TE (ms) 1.7
TR (ms) 40.68 (3.4)
Bandbredd (Hertz/pixel) 1302

Tabell 3: Modifierbara och icke-modifierbara OS-CMR-sekvensparametrar under bildtagning. Förkortningar: OS-CMR = syresättningskänslig magnetisk resonanstomografi av hjärtat; EKG = elektrokardiografi; TE = ekotid; TR = repetitionstid.

Sjukdomstillstånd Felfria kontroller Patientpopulationer p-värde*
Ålder B-MER Ålder B-MER
OSAS 49±12 (n=36) 9,8±6,7 60±12 (n=29) 4.3±7.6 0.01
CAD 27±4 (n=10) 11.3±6.1 64±11 (n=26) 2.1±4.4 <0.001
INOCA 52±4 (n=20) 4,97±4,2 54±6 (n=20) 5,0±6,82 0.75
Efter hjärttransplantation 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

Tabell 4: Globala värden för andningsinducerad myokardiell syresättningsreserv (B-MORE) från tidigare publicerade studier som använder OS-CMR med vasoaktiva andningsmanövrar 12,13,14,15,16. B-MORE-värden representeras som medelvärde ± standardavvikelse. *p-värde för B-MORE-jämförelse. Förkortningar: B-MORE = andningsinducerad myokardsyresättningsreserv; CAD = kranskärlssjukdom; HFpEF = hjärtsvikt med bevarad ejektionsfraktion; INOCA = ischemi utan obstruktiv stenos i kranskärlen; OSAS = obstruktivt sömnapnésyndrom.

Tilläggsfil 1: Förinspelad .mp3 fil som vägleder patienten genom den vasoaktiva andningsmanövern. Klicka här för att ladda ner den här filen.

Kompletterande video S1: Instruktionsvideo om andningsmanöver. Klicka här för att ladda ner den här videon.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Tillägget av en OS-CMR-insamling med standardiserade, vasoaktiva andningsmanövrar till ett redan etablerat forsknings- eller kliniskt MR-protokoll lägger till lite tid till den totala skanningen. Med detta korta tillägg kan information om underliggande makro- och mikrovaskulär funktion erhållas (Figur 2). En viktig konsekvens av endoteldysfunktion är kärlens oförmåga att svara på fysiologiska stimuli, vilket initialt demonstrerades genom onormal flödesmedierad avslappning i hjärtat43. OS-CMR med endotelberoende vasoaktiva andningsmanövrar möjliggör direkt övervakning av myokardsyresättning under vasoaktiva andningsmanövrar och kringgår behovet av exogena kontrastmedel och farmakologiska vasoaktiva stressmedel. Hyperventilering och apné utlöser ett reproducerbart, mätbart vaskulärt svar genom endotelet och kan därför ge en mer fysiologisk modell än andra metoder för att bedöma mikrovaskulär funktion.

Resultat från studier som använder OS-CMR med vasoaktiva andningsmanövrar har gett viktiga bidrag till förståelsen av den underliggande patofysiologin hos patienter med ischemiska tillstånd utan förklarande kranskärlsstenos, särskilt INOCA, HFpEF och inflammation (t.ex. efter hjärttransplantation). Det potentiella tillägget av OS-CMR med standardiserade vasoaktiva andningsmanövrar för att identifiera patienter med ischemisk bröstsmärta som har förklarande mikrovaskulär dysfunktion eller till den kliniska upparbetningen av HFpEF- och hjärttransplantationspatienter skulle avsevärt förbättra det kliniska beslutsfattandet i dessa patientpopulationer44.

När man utför OS-CMR med vasoaktiva andningsmanövrar finns det några aspekter att leta efter i deltagarnas utförande av andningsmanövrarna och i bilderna. Vanligtvis försöker deltagarna hålla jämna steg med metronomens tempo (30 andetag/min) och andas inte in djupt. Det är viktigare att andas djupt än att hålla tempot på 30 andetag/min (t.ex. är "magandning" effektivare än ytlig bröstandning). Hos friska deltagare förväntas hjärtfrekvensen öka med ~20 slag/min under hyperventilering. Patientdeltagare tenderar att ha en pulsökning på 5-10 slag/min45. Vissa deltagare kan frestas att ta ett litet andetag för att öka tiden för andningsuppehållet. Därför bör patienterna informeras om att testet kommer att förlora sin diagnostiska noggrannhet om protokollet inte följs noggrant och att varje litet andetag kommer att avsluta testet.

Om en skivplacering är för basal (nära klaffplanet) kan det hända att utflödeskanalerna inte tillåter att skilja LV från RV eller kan vara i vänster kammares utflödeskanal som ett resultat av rörelse genom planet och skulle påverka förmågan att analysera bilderna. Om ett snitt är för apikalt kan det hända att bilderna inte är vinkelräta mot kammarväggen och därför kan innehålla blod eller parakardiell vävnad och försämra utvärderingen. Dessutom, om en skiva är för apikal, finns det betydligt färre pixlar av äkta myokardiet, vilket ökar risken för att inkludera pixlar med partiella volymeffekter i analysen.

Global försämring av myokardiell syresättning
OS-CMR med vasoaktiva andningsmanövrar har tidigare visat en försämrad global myokardiell syresättningsreserv hos patienter med OSA och HFpEF och hjärttransplanterade 12,14,16. Fyndet av en global minskning av B-MORE hos patienter med HFpEF står i strid med resultaten från en tidigare studie som visade försämrad hjärtperfusion men bibehöll myokardiell syresättning hos patienter med icke-ischemisk HF46. I de tidigare studierna användes dock adenosin, en endoteloberoende vasodilaterare, som stressmedel. Därför undersöktes inte endotelberoende mikrovaskulär dysfunktion och den potentiella effekten på myokardsyresättning. Närvaron eller frånvaron av endoteldysfunktion hos patienter med kronisk hjärtsvikt har viktiga kliniska implikationer, eftersom svårighetsgraden av endoteldysfunktion inte bara kan avgöra den kliniska presentationen utan också ha prognostiskt värde med avseende på framtida sjukhusvistelse, hjärttransplantation eller död34,47.

Förekomsten av en markant global minskning av B-MORE hos hjärttransplanterade patienter både med och utan hjärttransplantatvaskulopati jämfört med friska kontroller är ett viktigt fynd för att belysa underliggande patofysiologi och tidpunkten för och minskningen av invasiv uppföljningstestning och har prognostiska implikationer. Minskningen av B-MORE hos hjärttransplanterade patienter med och utan vaskulopati med hjärttransplantat är sannolikt ett resultat av minskad koronar vasoraktivitet. Denna förklaring stöds dessutom av sambandet mellan ytterligare B-MORE-försämring och svårighetsgraden av hjärtallograftvaskulopati14. Eftersom årlig screening för mikrovaskulär dysfunktion med invasiv koronarangiografi rekommenderas till patienter efter hjärttransplantation48, kan förmågan hos OS-CMR med vasoaktiva andningsmanövrar att identifiera och övervaka svårighetsgraden av mikrovaskulär dysfunktion i denna patientpopulation ge en alternativ icke-invasiv och nålfri screeningmetod.

Regional försämring av myokardsyresättningen
I många centra har 50%-70% av patienterna som genomgår invasiv kranskärlsröntgen inte signifikant obstruktiv kranskärlsstenos, vilket kräver en icke-invasiv avbildningsteknik för att både identifiera INOCA och ge prognostisk information om kardiovaskulära utfall i denna inte välförstådda patientpopulation. Den kliniska utvärderingen av patienter med INOCA har historiskt tillämpat koronarreaktivitetstestning, inklusive mätning av index för mikrocirkulatorisk resistens under invasiv koronarangiografi25,26. Denna metod är dock begränsad av dess invasivitet, brist på reproducerbarhet och kostnad. Dessutom bedömer invasiv angiografi inte nivån av den kritiska patofysiologiska effekten nedströms, dvs effekten på myokardsyresättning. Nyligen visade OS-CMR med vasoaktiva andningsmanövrar hos kvinnor med INOCA spännande resultat. Även om det inte fanns någon försämring av den globala B-MORE jämfört med åldersmatchade friska kontroller, visade den koronara vaskulära responsen, definierad av en förändring i myokardiell syresättning, ett heterogent mönster av nedsatt syresättningsrespons jämfört med den hos åldersmatchade friska försökspersoner15.

De observerade regionala variationerna i endotelfunktion och myokardsyresättning hos patienter med bröstsmärta och INOCA ger en viktig inblick i fysiologin bakom mikrovaskulär dysfunktion i denna patientpopulation. Regionala variationer i myokardsyresättning kan potentiellt medieras genom lokala abnormiteter i endotelhärledda relaxerande faktorer, onormala neurala stimuli i den koronara mikrocirkulationen som resulterar i regionalitet i flöde och syresättning, eller en koronar vaskulär stöld49. En alternativ förklaring till dessa fynd kan vara heterogenitet i de etiologier som ligger till grund för INOCA50. Visualiseringen av vävnadens syresättningsstatus och dess regionala heterogenitet genom kartor tagna av OS-CMR med andningsmanövrar tyder på att denna metod kan spela en viktig roll i en mer direkt och omfattande undersökning av regional hjärthjärthjärtvaskulär funktion hos dessa patienter utöver ett förenklat globalt mått på perfusion eller syresättning.

Begränsningar
Vissa begränsningar i metoden kvarstår. Ur ett fysiologiskt perspektiv kräver användningen av BOLD-effekten för att dra slutsatser om vävnadssyresättning att man tar hänsyn till andra variabler eftersom OS-CMR-signalintensiteten också påverkas av blodinflödet och blodvolymen 2,51. Lyckligtvis är dock effekterna på signalintensiteten synergistiska och fysiologiskt kopplade (inducerad koronar vasodilatation ökar samtidigt blodflödet, blodvolymen och blodets syresättning). Den potentiella biasen hos dessa störfaktorer är därför systematisk och enkelriktad, med liten relevans vid bedömning av mikrovaskulär funktion. Andra faktorer relaterade till blodet (hemoglobin, hematokrit) och fältstyrka har identifierats som potentiella förväxlingsfaktorer vid tolkning och analys av OS-CMR-bilder51,52 och måste beaktas om de är signifikant onormala. För att ta itu med dessa faktorer kan nya biomarkörer som härrör från OS-CMR-signalintensitetsrespons kontrollera för eller minimera förväxlingseffekterna av hemodilutionellt tillstånd och hematokrit, till exempel genom att normalisera signalintensitetssvaret till vänster eller höger kammares blodpool hos varje deltagare.

Fram till nyligen har utvärderingen av OS-MR-data krävt mödosam manuell anteckning, segmentering och analys. Användarvänliga efterbehandlingsverktyg för automatiserad eller halvautomatisk analys av dynamiska OS-CMR-datauppsättningar håller på att utvecklas53. Slutligen saknas populationsbaserade normalvärden och kliniska studier som jämför OS-CMR-resultat med invasiva mätningar av mikrovaskulär dysfunktion, samt data om prognos, kostnadseffektivitet och effekten av dess användning på kliniska resultat.

Slutsats
Icke-invasiv övervakning av dynamiska regionala eller globala förändringar i hjärtsyresättning med OS-CMR med vasoaktiva andningsmanövrar ger unik, kliniskt meningsfull information om kranskärlsfunktion och kan spela en särskilt viktig roll hos patienter med mikrovaskulär dysfunktion. Ytterligare kliniska studier bör utföras för att undersöka dess kliniska användbarhet i olika patientpopulationer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

MGF är listad som innehavare av USA:s patent nr 14/419,877: Inducera och mäta myocardial oxygenation changes as a marker for heart disease; USA-patent nr 15/483,712: Mätning av syresättningsförändringar i vävnad som en markör för vaskulär funktion; USA-patent nr 10,653,394: Mätning av syresättningsförändringar i vävnad som en markör för vaskulär funktion - fortsättning; och kanadensiskt patent CA2020/051776: Metod och apparatur för bestämning av biomarkörer för vaskulär funktion med hjälp av djärva CMR-bilder. EH är listad som innehavare av det internationella patentet CA2020/051776: Metod och apparat för bestämning av biomarkörer för vaskulär funktion med hjälp av djärva CMR-bilder.

Acknowledgments

Denna artikel- och metodgranskning möjliggjordes av hela teamet från Courtois CMR Research Group vid McGill University Health Centre. Ett särskilt tack till våra MR-tekniker Maggie Leo och Sylvie Gelineau för skanningen av våra deltagare och feedback på detta manuskript.

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

Syresättningskänslig hjärt-MRT vasoaktiva andningsmanövrar icke-invasiv bedömning koronar mikrovaskulär dysfunktion myokardsyresättning paramagnetiska egenskaper deoxihemoglobin vävnadskontrast vasoaktiva manövrar koronar makro- och mikrovaskulär funktion intravenös kontrast farmakologiska stressmedel T2-viktade bilder Steady-state Free Precession (SSFP) Cine-sekvens andningsprotokoll hyperventilering i tempo andningsuppehåll
Syresättningskänslig hjärt-MRT med vasoaktiva andningsmanövrar för icke-invasiv bedömning av koronar mikrovaskulär dysfunktion
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