Hyperpolarisierte 13C Pyruvat-MRI und FDG-PET in einer einzigen Untersuchung zur Prognose einer ischämischen Kardiomyopathie (FDG PET-HP MRI)

1. Studie Begründung und Signifikanz 1.1. Die ischämische Kardiomyopathie und die Notwendigkeit einer fortgeschrittenen Bildgebungsansätze ischämischer Kardiomyopathie (ICM) ist eine fortschreitende Störung, die durch eine durch Myokardfunktionsstörung aufgrund einer verminderten Koronarperfusion gekennzeichnete Störung gekennzeichnet ist, die am häufigsten durch die zugrunde liegende Koronararterienerkrankung (CAD) oder vorheriger Myokardinfarkt (MI) verursacht wird. Die Prognose von ICM bleibt mit hohen Morbiditäts- und Mortalitätsraten trotz Fortschritte bei pharmakologischen, interventionellen und chirurgischen Therapien schlecht. Eine wichtige klinische Herausforderung bei der Behandlung von ICM ist die genaue und umfassende Bewertung der Myokard -Lebensfähigkeit und Stoffwechselfunktion, um geeignete Revaskularisierungsstrategien zu leiten. Traditionelle Bildgebungstechniken, einschließlich der späten Gadolinium-verstärkten Herzmagnetresonanztomographie (LGE-CMR), einer Ein-Photonen-Emissions-Computertomographie (SPECT) und Dobutamin-Stress-Echokardiographie, liefern strukturelle und funktionelle Erkenntnisse, sind jedoch begrenzt, um metabolische Veränderungen dynamisch zu bewerten Das geht dem irreversiblen Myokardschaden voraus.

   1.2. Die Einschränkungen der aktuellen Bildgebungsmodalitäten bei der Bewertung der Lebensfähigkeit und der Stoffwechselstoffwechselstoffwechselsansätze für nicht-invasive Bildgebungsansätze für die Bewertung der Lebensfähigkeit der Myokards beruhen hauptsächlich von anatomischen Markern für Fibrose, kontraktile Reserve oder statischer Glukosestoffwechsel, die mehrere Bildgebungssitzungen mit unterschiedlichen Modalitäten erfordern. Diese Ansätze stellen mehrere Einschränkungen auf, einschließlich der nicht übereinstimmenden Ergebnisse zwischen Bildgebungstechniken, erhöhter Patientenbelastung aufgrund mehrerer Termine und Verzögerungen bei Behandlungsentscheidungen. Noch wichtiger ist, dass das Fehlen einer integrierten Bildgebungsstrategie die Fähigkeit zur Beurteilung von Stoffwechselanpassungen in Echtzeit einschränkt, die die nach der Revaskularisierung potenzielle Myokardwiederherstellung vorhersagen können.

   1.3. Die Begründung für einen kombinierten HP-13C-MRT- und FDG-PET-Bildgebungsansatz Die vorgeschlagene Studie soll diese Einschränkungen überwinden, indem eine neuartige Methode für integrierte Stoffwechselbilder mit hyperpolarisierter 13C-Pyruvat-Magnetresonanztomographie (HP-13C-MRI) und [¹⁸f] kombiniert wird Fluorodeoxyglucose-Positronenemissionstomographie (FDG-PET) in einer einzigen Untersuchung. HP-13C-MRI liefert Informationen zu Echtzeit-Stoffwechselfluss, die eine direkte Visualisierung der Substratverwendung und des oxidativen Stoffwechsels ermöglichen, während FDG-PET die Quantifizierung der Glukoseaufnahme und der Bewertung der Lebensfähigkeit ermöglicht. Durch gleichzeitig erfassen Stoffwechsel, Lebensfähigkeit und mechanische Funktionsdaten kann dieser hybride Ansatz das diagnostische Paradigma für eine ischämische Kardiomyopathie transformieren.

2. Studienziele und Hypothesen 2.1. Hauptziel Das Hauptziel dieser Studie ist es zu bestimmen, ob die gleichzeitige HP-13C-MRI- und FDG-PET-Bildgebung die Bewertung der Lebensfähigkeit der Myokards und der Stoffwechselfunktion bei ischämischer Kardiomyopathie im Vergleich zu aktuellen Standard-Bildgebungsansätzen verbessern kann.

   2.2. Sekundäre Ziele

   Die sekundären Ziele umfassen:

   2.2.1. Festlegung der Myokardmetabolismus, Lebensfähigkeit und mechanischen Funktionsparameter bei gesunden Probanden unter Verwendung kombinierter HP-13C-MRI und FDG-PET, um als Referenz für nachfolgende Patientenkohorten zu dienen.

   2.2.2. Bewertung metabolischer Anomalien bei präoperativen Patienten mit ischämischer Kardiomyopathie und niedriger linksventrikulärer Ejektionsfraktion (LVEF), um die Stoffwechselaktivität mit Schweregrad der klinischen Erkrankungen und der Revaskularisierung zu korrelieren.

   2.2.3. Durchführung einer Längsschnittbewertung des Myokardstoffwechsels und der Funktion nach chirurgischer Revaskularisation, um den Vorhersagewert der Basislinien-Stoffwechselbildgebung für die postoperative Myokard-Erholung zu bestimmen.

   2.3. Primäre Hypothese Es wird angenommen, dass der gleichzeitige Erwerb von Stoffwechsel- und Lebensfähigkeitsdaten über HP-13C-MRI und FDG-PET in einer einzelnen Bildgebungssitzung eine überlegene diagnostische Genauigkeit und prognostische Wert für die ischämische Kardiomyopathie im Vergleich zu Standard-Bildungstechniken liefert, die separat durchgeführt wurden.

   2.4. Sekundäre Hypothesen 2.4.1. Bei gesunden Personen mit normaler Myokardfunktion ermitteln HP-13C-MRI und FDG-PET normale Stoffwechselflussmuster, die sich signifikant von denen bei Patienten mit ischämischer Kardiomyopathie unterscheiden.

   2.4.2. Bei präoperativen Patienten mit ischämischer Kardiomyopathie korrelieren metabolische Störungen, die über HP-13C-MRI nachgewiesen werden, mit der regionalen Glukoseaufnahme bei FDG-PET und geben Einblicke in Myokardsegmente mit reversibler Dysfunktion.

   2.4.3. Die Nachbeobachtungsbildgebung nach der Kabine zeigt die Stoffwechselverbesserung in lebensfähigen Myokardsegmenten und bestätigt das Potenzial der präoperativen Stoffwechselbildgebung als Vorhersagewerkzeug für die myokardische Erholung nach der Revaskularisierung.

3. Studiendesign und Methodik 3.1. Studientyp und -design Dies ist eine prospektive, einzelne, nicht blinde translationale Forschungsstudie mit einem Hybrid-PET-MR-Scanner zur gleichzeitigen Bildgebung.

   3.2. Studienpopulation und Gruppenzuweisung

   Insgesamt 12 menschliche Probanden werden eingeschrieben und in drei Gruppen geschichtet:

   3.2.1. Gesunde Kontrollgruppe (n = 6), bestehend aus Personen mit normalem LVEF (> 50%), um die Referenzwerte der Basislinien -Stoffwechsel- und Lebensfähigkeit zu ermitteln.

   3.2.2. Pre-Cabg Ischämische Kardiomyopathiegruppe (n = 6) bestehend aus Patienten mit reduziertem LVEF (<35%), die geplante Bypass-Transplantation (CABG) der Koronararterie unterzogen werden.

   3.2.3. Nach der Kabine-Follow-up-Gruppe (n = 6 nach 4-6 Monaten, n = 6 nach 10-12 Monaten) bestand aus derselben Pre-Cabg-Kohorte, die sich einer postoperativen Follow-up-Bildgebung unterzieht, um die Stoffwechselerholung zu bewerten.

   3.3. Studienverfahren 3.3.1. Alle Teilnehmer werden in einer einzigen Sitzung ein oder zwei Bildgebungssitzungen mit HP-13C-MRI und FDG-PET unter Verwendung eines Hybrid-PET-MR-Scanners durchlaufen.

   3.3.2. Die Teilnehmer werden vor und nach der Bildgebung eine Blutprobenahme unterzogen, um wichtige Stoffwechselbiomarker wie Laktat, Pyruvat, Triglyceride, Insulin und Glukose zu messen.

   3.3.3. Klinische Daten zur Herzbildgebung, einschließlich der Echokardiographie, der Bildgebung der myokardialen Perfusionen und der invasiven Koronarangiographie, werden zur Korrelation mit den Befunden der metabolischen Bildgebung gesammelt.

   3.4. Bildgebungsprotokoll 3.4.1. Hyperpolarisierte 13C -Pyruvat -MRT -Akquisition 3.4.1.1. Hyperpolarisiertes [1-13C] -Pyruvat wird dynamisch injiziert, und Echtzeitumwandlung in metabolische Zwischenprodukte (Bicarbonat und Laktat) werden gemessen.

   3.4.1.2. Mit kardialen 13C-Bildgebungssequenzen werden die myokardialen Stoffwechselfluss verwendet und sich auf segmentale Variationen des oxidativen Stoffwechsels konzentrieren.

   3.4.2. FDG-PET-Akquisition 3.4.2.1. Die FDG -Aufnahme wird gemessen, um die Lebensfähigkeit der Myokard und den regionalen Glukosestoffwechsel zu bewerten.

   3.4.2.2. Die Stoffwechselaktivität wird über ischämische und nicht ischämische Myokardregionen verglichen.

4. Datenanalyse und statistische Überlegungen 4.1. Primäre statistische Analyse 4.1.1. HP-13C-MRT- und FDG-PET-Daten werden unter Verwendung von MATLAB-basierten Rekonstruktions- und Analyse-Pipelines analysiert.

   4.1.2. Quantitative Stoffwechselparameter, einschließlich Bicarbonat-zu-Laktat-Verhältnis und Myokard-FDG-Aufnahme, werden über Studiengruppen hinweg verglichen.

   4.1.3. Die statistische Signifikanz wird unter Verwendung eines ungepaarten T-Tests bestimmt (α = 0,05, One-Tailed) für Vergleiche mit zwei Gruppen und ANOVA/2-Wege-ANOVA für Multi-Gruppen-Vergleiche.

   4.2. Stichprobengröße Begründung 4.2.1. Die Stichprobengröße von 12 Probanden (24 Bildgebungssitzungen) basiert auf Machbarkeit und frühere Studien, die signifikante Stoffwechselunterschiede mit HP-13C-MRT in kleinen Kohorten zeigen.

   4.2.2. Leistungsberechnungen legen nahe, dass diese Stichprobengröße ausreicht, um klinisch relevante Unterschiede in den myokardialen Stoffwechselparametern mit einer geschätzten Effektgröße von 1,0 und 80% bei α = 0,05 nachzuweisen.

5. Sicherheits- und Risikoüberlegungen 5.1. Strahlungsexposition 5.1.1. Das kombinierte HP-13C-MRT- und FDG-PET-Protokoll führt zu einer Bestrahlung von ~ 10,5 msv innerhalb akzeptabler diagnostischer Grenzen.

5.1.2. Die Strahlenexposition wird überwacht, um den institutionellen und regulatorischen Richtlinien einzuhalten.

5.2. Unerwünschte Ereignisüberwachung 5.2.1. Die Probanden werden während der Bildgebung mit kontinuierlicher EKG und Blutdrucküberwachung genau überwacht.

5.2.2. Alle unerwünschten Ereignisse werden gemäß institutionellen Sicherheitsprotokollen gemeldet und verwaltet.