Hyperpolarisoitu 13C-pyruvaatti-MRI ja FDG-PET yhdessä tutkimuksessa iskeemisen kardiomyopatian ennusteelle (FDG PET-HP MRI)

1. Tutkimuksen perusteet ja merkitys 1.1. Iskeeminen kardiomyopatia ja edistyneen kuvantamisen tarve iskeeminen kardiomyopatia (ICM) on progressiivinen häiriö, jolle on ominaista sydänlihasten toimintahäiriöt, jotka johtuvat vähentyneestä sepelvaltimoiden perfuusiosta, joka johtuu yleisimmin sepelvaltimoiden taudista (CAD) tai aikaisemmasta sydänlihaksen infarktista (MI). ICM: n ennuste on edelleen huono, ja korkeat sairastuvuuden ja kuolleisuuden suuret määrät ovat huolimatta farmakologisten, interventio- ja kirurgisten hoitomuotojen edistyksestä. Suurin kliininen haaste ICM: n hallinnassa on tarkka ja kattava arvio sydänlihaksen elinkelpoisuuden ja aineenvaihdunnan toiminnasta sopivien revaskularisaatiostrategioiden ohjaamiseksi. Perinteiset kuvantamistekniikat, mukaan lukien myöhään gadoliinium-parannettu sydämen magneettikuvaus (LGE-CMR), yhden fotonipäästötietokoneiden tomografia (SPEC) ja dobutamiinin stressin ehokardiografia, tarjoavat rakenteellisia ja funktionaalisia näkemyksiä, mutta niiden kykyä arvioida dynaamisesti metabolisia alteraatioita Se edeltää peruuttamatonta sydänlihavaurioita.

   1.2. Nykyisten kuvantamismenetelmien rajoitukset elinkykyisyyden ja aineenvaihdunnan arvioinnissa, jotka eivät ole invasiivisia kuvantamislähestymistapoja sydänlihaksen elinkelpoisuuden arvioinnissa, perustuvat pääasiassa fibroosin, supistuvan varannon tai staattisen glukoosimetabolian anatomisiin markkereihin, jotka vaativat useita kuvantamisistuntoja. Nämä lähestymistavat aiheuttavat useita rajoituksia, mukaan lukien ristiriitaiset tulokset kuvantamistekniikoiden välillä, lisääntynyt potilasrasitus useiden tapaamisten takia ja hoitopäätösten viivästykset. Vielä tärkeämpää on, että integroidun kuvantamisstrategian puute rajoittaa kykyä arvioida reaaliaikaisia ​​metabolisia sopeutumisia, jotka voivat ennustaa sydänlihaksen palautumispotentiaalin uudelleenversiovaskularisaation jälkeen.

   1.3. Yhdistetyn HP-13C-MRI- ja FDG-PET-kuvantamislähestymistavan perusteet Ehdotetulla tutkimuksella pyritään voittamaan nämä rajoitukset käyttämällä uutta integroitua metabolista kuvantamismenetelmää yhdistämällä hyperpolarisoidut 13C-pyruvaattimagneettiresonanssikuvauksen (HP-13C-MRI) ja [¹⁸f] Fluorodeoksiglukoosi positroniemissiotomografia (FDG-PET) yhdessä tutkimuksessa. HP-13C-MRI tarjoaa reaaliaikaisen aineenvaihdunnan flux-tiedot, mikä mahdollistaa substraatin hyödyntämisen ja oksidatiivisen aineenvaihdunnan suoran visualisoinnin, kun taas FDG-PET mahdollistaa glukoosin imeytymisen ja elinkelpoisuuden arvioinnin kvantifioinnin. Hankittamalla samanaikaisesti aineenvaihdunnan, elinkelpoisuuden ja mekaanisen funktiotiedon, tällä hybridi -lähestymistavalla on potentiaali muuttaa diagnostista paradigmaa iskeemisen kardiomyopatian kannalta.

2. Opintotavoitteet ja hypoteesit 2.1. Ensisijainen tavoite Tämän tutkimuksen ensisijaisen tavoitteena on määrittää, voivatko samanaikaiset HP-13C-MRI- ja FDG-PET-kuvantaminen parantaa sydänlihaksen elinkyvyn ja metabolisen toiminnan arviointia iskeemisessä kardiomyopatiassa verrattuna nykyisiin standardikuvausmenetelmiin.

   2.2. Toissijaiset tavoitteet

   Toissijaiset tavoitteet sisältävät:

   2.2.1. Sydänlihaksen aineenvaihdunnan, elinkelpoisuuden ja mekaanisen toiminnan parametrien perustaminen terveissä koehenkilöissä käyttämällä yhdistettyä HP-13C-MRI: tä ja FDG-PET: tä toimimaan vertailuna seuraaville potilasryhmille.

   2.2.2. Metabolisten poikkeavuuksien arviointi preoperatiivisilla potilailla, joilla on iskeeminen kardiomyopatia ja vasemman kammion alhainen ejektiofraktio (LVEF) metabolisen aktiivisuuden korreloimiseksi kliinisen sairauden vakavuuden ja revaskularisaation tulosten kanssa.

   2.2.3. Suorittamalla sydänlihaksen aineenvaihdunnan ja toiminnan pitkittäisarvio kirurgisen revaskularisaation jälkeen perustuvan aineenvaihdunnan kuvantamisen ennustearvon määrittämiseksi leikkauksen jälkeiselle sydänlihaksen palautumiselle.

   2.3. Ensisijainen hypoteesi oletetaan, että aineenvaihdunta- ja elinkelpoisuustietojen samanaikainen hankkiminen HP-13C-MRI: n ja FDG-PET: n kautta yhdessä kuvantamisistunnossa tarjoaa paremman diagnostisen tarkkuuden ja prognostisen arvon iskeemiselle kardiomyopatialle verrattuna standardikuvaustekniikoihin, jotka suoritetaan erikseen.

   2.4. Toissijaiset hypoteesit 2.4.1. Terveillä yksilöillä, joilla on normaali sydänliha-toiminto, HP-13C-MRI ja FDG-PET määrittelevät normaalit aineenvaihduntavuon kuviot, jotka eroavat merkittävästi potilailla, joilla on iskeeminen kardiomyopatia.

   2.4.2. Preoperatiivisilla potilailla, joilla on iskeeminen kardiomyopatia, HP-13C-MRI: n kautta havaitut metaboliset häiriöt korreloivat FDG-PET: n alueellisen glukoosin imeytymisen kanssa ja tarjoavat näkemyksiä sydänlihaksen segmenteistä, joilla on palautuvat toimintahäiriöt.

   2.4.3. CABG: n jälkeinen seurantakuvaus osoittaa metabolisen paranemisen elinkelpoisissa sydänlihaksen segmenteissä, mikä vahvistaa preoperatiivisen metabolisen kuvantamisen potentiaalin ennustavana välineenä uudelleensijoittamisen sydänlihaksen palautumiseen.

3. Tutkimuksen suunnittelu ja metodologia 3.1. Tutkimustyyppi ja suunnittelu Tämä on mahdollinen, yhden keskuksen, ei-sokeat translaatiotutkimuksen, jossa käytetään hybridi-PET-MR-skanneria samanaikaiseen kuvantamiseen.

   3.2. Opiskeluväestö ja ryhmänjako

   Yhteensä 12 ihmisen henkilöä ilmoittautuu, jaotellaan kolmeen ryhmään:

   3.2.1. Terve kontrolliryhmä (n = 6), joka koostuu yksilöistä, joilla on normaali LVEF (> 50%) perustuen aineenvaihdunnan ja elinkykyisyyden vertailuarvojen määrittämiseksi.

   3.2.2. CABG-iskeeminen kardiomyopatiaryhmä (n = 6), joka koostuu potilaista, joilla on vähentynyt LVEF (<35%) suunnitellulla sepelvaltimovaltimoiden ohitusvaiheessa (CABG).

   3.2.3. CABG: n jälkeinen seurantaryhmä (n = 6 4-6 kuukaudessa, n = 6 10–12 kuukauden kohdalla), joka koostuu samasta CABG-kohortista, joka on käymässä leikkauksen jälkeisen seurannan kuvantamisessa aineenvaihdunnan palautumisen arvioimiseksi.

   3.3. Tutkimusmenettelyt 3.3.1. Kaikille osallistujille käydään yksi tai kaksi kuvantamisistuntoa, joihin liittyy HP-13C-MRI ja FDG-PET yhdessä istunnossa hybridi-PET-MR-skannerilla.

   3.3.2. Osallistujille tehdään verinäytteitä ennen kuvantamista ja sen jälkeen keskeisten metabolisten biomarkkereiden mittaamiseksi, mukaan lukien laktaatti, pyruvaatti, triglyseridit, insuliini ja glukoosi.

   3.3.3. Kliinisen sydämen kuvantamistiedot, mukaan lukien ehokardiografia, SPEC -sydänlihaksen perfuusiokuvaus ja invasiivinen sepelvaltimoiden angiografia, kerätään korrelaatiota metabolisten kuvantamishavaintojen kanssa.

   3.4. Kuvantamisprotokolla 3.4.1. Hyperpolarisoitu 13C pyruvaatin MRI -hankinta 3.4.1.1. Hyperpolarisoitu [1-13C] pyruvaatti injektoidaan dynaamisesti, ja reaaliaikainen muuntaminen metabolisiin välituotteisiin (bikarbonaatti ja laktaatti) mitataan.

   3.4.1.2. Sydänporteisia 13C-kuvantamissekvenssejä käytetään sydänlihaksen metabolisen vuodon kvantifiointiin keskittyen hapettumismetabolian segmenttisiin variaatioihin.

   3.4.2. FDG-PET-hankinta 3.4.2.1. FDG: n imeytyminen mitataan sydänlihaksen elinkelpoisuuden ja alueellisen glukoosimetabolian arvioimiseksi.

   3.4.2.2. Metabolista aktiivisuutta verrataan iskeemisiin ja ei-iskeemisiin sydänliha-alueisiin.

4. Tietoanalyysi ja tilastolliset näkökohdat 4.1. Ensisijainen tilastollinen analyysi 4.1.1. HP-13C MRI- ja FDG-PET-tiedot analysoidaan MATLAB-pohjaisen rekonstruointi- ja analyysiputkien avulla.

   4.1.2. Kvantitatiivisia metabolisia parametreja, mukaan lukien bikarbonaatti-laktaattisuhde ja sydänlihaksen FDG-otto, verrataan tutkimusryhmissä.

   4.1.3. Tilastollinen merkitsevyys määritetään käyttämällä paritonta t-testiä (α = 0,05, yksisuuntainen) kahden ryhmän vertailuihin ja ANOVA/2-suuntaiseen ANOVA: lle moniryhmän vertailuihin.

   4.2. Näytteen koko perustelu 4.2.1. 12 koehenkilön (24 kuvantamisistuntoa) otoskoko perustuu toteutettavuuteen ja aikaisempiin tutkimuksiin, jotka osoittavat merkittäviä metabolisia eroja HP-13C MRI: n kanssa pienissä ryhmissä.

   4.2.2. Teholaskelmat viittaavat siihen, että tämä näytteen koko riittää havaitsemaan kliinisesti merkitykselliset erot sydänlihaksen metabolisissa parametreissa arvioidun vaikutuksen koon ollessa 1,0 ja 80%: n teho α = 0,05.

5. Turvallisuus- ja riskinäkökohdat 5.1. Säteilyaltistuminen 5.1.1. Yhdistetty HP-13C MRI- ja FDG-PET-protokolla johtaa säteilyaltistukseen ~ 10,5 mSV hyväksyttävien diagnostisten rajojen puitteissa.

5.1.2. Säteilyaltistusta seurataan institutionaalisten ja sääntelyohjeiden noudattamiseksi.

5.2. Haittatapahtumien seuranta 5.2.1. Koehenkilöitä tarkkaillaan tarkkaan kuvantamisen aikana, jatkuvan EKG: n ja verenpaineen seurannan kanssa.

5.2.2. Mahdolliset haittavaikutukset ilmoitetaan ja hoidetaan institutionaalisten turvallisuusprotokollien mukaisesti.