Oxygenation-sensitive cardiovascular magnetic resonance imaging (OS-CMR) : potential confounding factors in use of OS-CMR

La résonance magnétique cardiovasculaire sensible à l'oxygénation (OS-CMR) est devenue une modalité d'imagerie diagnostique pour la surveillance de changements dans l'oxygénation du myocarde. Cette technique offre un grand potentiel en tant qu'outil diagnostic primaire pour les maladies cardiovasculaires, en particulier la détection non-invasive d'ischémie. Par contre, il existe plusieurs facteurs potentiellement confondants de cette technique, quelques-uns d'ordre méthodologique comme les paramètres de séquençage et d'autres de nature physiologiques qui sont peut compris. En raison des effets causés par le contenu tissulaire d'eau, l'état d'hydratation peut avoir un impact sur l'intensité du signal. Ceci est un des aspects physiologiques en particulier dont nous voulions quantifier l'effet confondant par la manipulation de l'état d'hydratation chez des humains et l'observation des changements de l'intensité du signal dans des images OS-CMR. Méthodes: In vitro: Du sang artériel et veineux de huit porcs a été utilisé pour évaluer la dilution en série du sang et son effet correspondant sur l'intensité du signal de la séquence OS. In vivo: Vingt-deux volontaires en santé ont subi OS-CMR. Les concentrations d'hémoglobine (Hb) ont été mesurées au niveau de base et immédiatement après une l'infusion cristalloïde rapide de 1000 mL de solution Lactate Ringer's (LRS). Les images OS-CMR ont été prises dans une vue mid-ventriculaire court axe. L'intensité du signal myocardique a été mesurée durant une rétention respiratoire volontaire maximale, suite à une période d'hyperventilation de 60 secondes. Les changements dans l'intensité du signal entre le début et la fin de la rétention de la respiration ont été exprimés relativement au niveau de base (% de changement). Résultats: L'infusion a résulté en une diminution significative de l'Hb mesurée (142.5±3.3 vs. 128.8±3.3 g/L; p<0.001), alors que l'IS a augmenté de 3.2±1.2% entre les images du niveau de base en normo- et hypervolémie (p<0.05). L'IS d'hyperventilation ainsi que les changements d'IS induits par l'apnée ont été attenués après hémodilution (p<0.05). L'évaluation quantitative T2* a démontré une corrélation négative entre le temps de T2* et la concentration d'hémoglobine (r=-0.46, p<0.005). Conclusions: Il existe plusieurs éléments confondants de la technique OS-CMR qui requièrent de l'attention et de l'optimisation pour une future implémentation clinique à grande échelle. Le statut d'hydratation en particulier pourrait être un élément confondant dans l'imagerie OS-CMR. L'hypervolémie mène à une augmentation en IS au niveau de base et atténue la réponse IS durant des manoeuvres de respiration vasoactives. Cette atténuation de l'intensité du signal devrait être tenue en compte et corrigée dans l'évaluation clinique d'images OS-CMR.

Background: Oxygenation-sensitive cardiovascular magnetic resonance (OS-CMR) has become a feasible diagnostic imaging modality for monitoring changes of myocardial oxygenation. This technique has great potential for use as a primary diagnostic tool for cardiovascular disease, particularly non-invasive detection of ischemia. Yet, there are several potential confounding factors of this technique, some methodological, such as sequence parameters and others are physiological and not well understood. Due to T2 effects caused by tissue water content, the hydration status may impact signal intensity. This is one physiological aspect in particular that we aimed at quantifying the confounding effect by manipulating hydration status in humans and observing signal intensity (SI) changes in OS-CMR images. Methods: In vitro: Arterial and venous blood from eight swine were used to assess serial dilution of blood and it corresponding effect on OS sequence signal intensity. In vivo: Twenty-two healthy volunteers underwent OS-CMR. Hemoglobin (Hb) concentrations were measured at baseline and immediately following rapid crystalloid infusion of 1,000ml of Lactated Ringer’s solution (LRS). OS-CMR images were acquired in a mid-ventricular short axis view. Myocardial SI was measured during a maximal voluntary breath-hold, after a 60-second period of hyperventilation. SI changes were expressed relative to baseline (% change). Results: The infusion resulted in a significant decrease in measured Hb (142.5±3.3 vs. 128.8±3.3 g/L; p<0.001), while SI increased by 3.2±1.2% between baseline images at normo- and hypervolemia (p<0.05). Both hyperventilation SI and the SI changes induced by apnea were attenuated after hemodilution (p<0.05). Quantitative assessment showed a negative correlation between T2* and hemoglobin concentration (r=-0.46, p<0.005). Conclusions: There are several confounders to the OS-CMR technique that require attention and optimization for future larger scale clinical implementation. The hydration status in particular may be a confounder in OS-CMR imaging. Hypervolemia leads to an increase in SI at baseline and attenuates the SI response during vasoactive breathing maneuvers. This attenuation in signal intensity would need to be accounted for and corrected in clinical assessment of OS-CMR images.