Pyruvato-MRI e FDG-PET 13C iperpolarizzato in un singolo esame per la prognosi della cardiomiopatia ischemica (FDG PET-HP MRI)

1. Studio Razionale e significato 1.1. La cardiomiopatia ischemica e la necessità di approcci di imaging avanzato è la cardiomiopatia ischemica (ICM) è un disturbo progressivo caratterizzato dalla disfunzione miocardica dovuta a una ridotta perfusione coronarica, più comunemente causata dalla malattia coronarica (CAD) o alla precedente infarto miocardico (MI). La prognosi dell'ICM rimane scarsa, con alti tassi di morbilità e mortalità nonostante i progressi nelle terapie farmacologiche, interventistiche e chirurgiche. Una grande sfida clinica nella gestione dell'ICM è la valutazione accurata e completa della vitalità del miocardio e della funzione metabolica per guidare le strategie di rivascolarizzazione appropriate. Le tecniche di imaging tradizionali, tra cui la risonanza magnetica cardiaca con il gadolinio tardivo (LGE-CMR), la tomografia computerizzata a emissione a fotone singolo (SPECT) e l'ecocardiografia dello stress dobutamina, forniscono approfondimenti strutturali e funzionali ma sono limitati nella loro capacità di valutare dinamicamente le alterazioni metaboli che precedono il danno miocardico irreversibile.

   1.2. I limiti delle attuali modalità di imaging nella valutazione della vitalità e del metabolismo approcci di imaging non invasivo esistenti per la valutazione della vitalità miocardica si basano principalmente su marcatori anatomici di fibrosi, riserva contrattile o metabolismo del glucosio statico, che richiedono sessioni di imaging multiple con diverse modalità. Questi approcci rappresentano diverse limitazioni, tra cui risultati discordanti tra tecniche di imaging, aumento dell'onere del paziente a causa di molteplici appuntamenti e ritardi nelle decisioni terapeutiche. Ancora più importante, la mancanza di una strategia di imaging integrata limita la capacità di valutare gli adattamenti metabolici in tempo reale che possono prevedere il potenziale di recupero miocardico post-revascolarizzazione.

   1.3. La logica per un approccio di imaging MRI e FDG-PET combinato HP-13C, lo studio proposto cerca di superare queste limitazioni impiegando un nuovo metodo di imaging metabolico integrato che combina imaging a risonanza magnetica 13C-piruvato iperpolarizzata (HP-13C-MRI) e [¹⁸f] Tomografia a emissione di positroni a fluorodeossiglucosio (FDG-PET) in un singolo esame. HP-13C-MRI fornisce informazioni sul flusso metabolico in tempo reale, consentendo la visualizzazione diretta dell'utilizzo del substrato e del metabolismo ossidativo, mentre FDG-PET consente la quantificazione dell'assorbimento del glucosio e della valutazione della vitalità. Acquisando contemporaneamente i dati metabolici, di vitalità e delle funzioni meccaniche, questo approccio ibrido ha il potenziale per trasformare il paradigma diagnostico per la cardiomiopatia ischemica.

2. Studia obiettivi e ipotesi 2.1. Obiettivo primario L'obiettivo primario di questo studio è determinare se l'imaging simultaneo HP-13C-MRI e FDG-PET può migliorare la valutazione della vitalità miocardica e della funzione metabolica nella cardiomiopatia ischemica rispetto agli attuali approcci di imaging standard.

   2.2. Obiettivi secondari

   Gli obiettivi secondari includono:

   2.2.1. Stabilire i parametri del metabolismo miocardico basale, della vitalità e dei parametri della funzione meccanica in soggetti sani usando HP-13C-MRI e FDG-PET combinati per servire da riferimento per le successive coorti di pazienti.

   2.2.2. Valutazione delle anomalie metaboliche nei pazienti preoperatori con cardiomiopatia ischemica e a bassa frazione di eiezione ventricolare sinistra (LVEF) per correlare l'attività metabolica con la gravità della malattia clinica e gli esiti di rivascolarizzazione.

   2.2.3. Condurre una valutazione longitudinale del metabolismo del miocardio e della funzione a seguito di rivascolarizzazione chirurgica per determinare il valore predittivo dell'imaging metabolico basale per il recupero miocardico post-chirgico.

   2.3. Ipotesi primaria Si ipotizza che l'acquisizione simultanea dei dati metabolici e di vitalità tramite HP-13C-MRI e FDG-PET in una singola sessione di imaging fornirà una precisione diagnostica superiore e un valore prognostico per la cardiomiopatia ischemica rispetto alle tecniche di imaging standard eseguite separatamente.

   2.4. Ipotesi secondarie 2.4.1. In soggetti sani con normale funzione miocardica, HP-13C-MRI e FDG-PET stabiliranno normali modelli di flusso metabolico, che differiranno significativamente da quelli osservati nei pazienti con cardiomiopatia ischemica.

   2.4.2. Nei pazienti preoperatori con cardiomiopatia ischemica, i disturbi metabolici rilevati tramite HP-13C-MRI sono correlati con l'assorbimento regionale di glucosio su FDG-PET e forniranno approfondimenti sui segmenti miocardici con disfunzione reversibile.

   2.4.3. L'imaging post-cabg di follow-up dimostrerà un miglioramento metabolico nei segmenti miocardici vitali, confermando il potenziale dell'imaging metabolico preoperatorio come strumento predittivo per il recupero miocardico post-revascolarizzazione.

3. Progettazione e metodologia dello studio 3.1. Tipo di studio e progettazione Questo è uno studio di ricerca traslazionale prospettico, singolo, non bloccato che utilizza uno scanner PET ibrido per imaging simultaneo.

   3.2. Studiare la popolazione e l'allocazione di gruppo

   Un totale di 12 soggetti umani saranno iscritti, stratificati in tre gruppi:

   3.2.1. Gruppo di controllo sano (n = 6) costituito da individui con LVEF normale (> 50%) per stabilire valori di riferimento metabolici e di vitalità di base.

   3.2.2. Gruppo di cardiomiopatia ischemica pre-cabg (n = 6) costituito da pazienti con lVEF ridotto (<35%) sottoposti a innesto di bypass dell'arteria coronarica pianificata (CABG).

   3.2.3. Gruppo di follow-up post-Cabg (n = 6 a 4-6 mesi, n = 6 a 10-12 mesi) costituito dalla stessa coorte pre-Cabg sottoposta a imaging di follow-up post-chirurgico per valutare il recupero metabolico.

   3.3. Procedure di studio 3.3.1. Tutti i partecipanti subiranno una o due sessioni di imaging che coinvolgono HP-13C-MRI e FDG-PET in una singola sessione utilizzando uno scanner PET-MR ibrido.

   3.3.2. I partecipanti subiranno un campionamento di sangue prima e dopo l'imaging per misurare i principali biomarcatori metabolici, tra cui lattato, piruvato, trigliceridi, insulina e glucosio.

   3.3.3. I dati di imaging cardiaco clinico, tra cui ecocardiografia, imaging di perfusione miocardica SPECT e angiografia coronarica invasiva, saranno raccolti per la correlazione con i risultati di imaging metabolico.

   3.4. Protocollo di imaging 3.4.1. Acquisizione di risonanza magnetica piruvato 13C iperpolarizzata 3.4.1.1. Il piruvato iperpolarizzato [1-13c] verrà iniettato dinamicamente e la conversione in tempo reale in intermedi metabolici (bicarbonato e lattato) sarà misurata.

   3.4.1.2. Verranno utilizzate sequenze di imaging 13C cardiaco per quantificare il flusso metabolico del miocardio, concentrandosi su variazioni segmentali nel metabolismo ossidativo.

   3.4.2. Acquisizione FDG-PET 3.4.2.1. L'assorbimento di FDG sarà misurato per valutare la vitalità del miocardio e il metabolismo del glucosio regionale.

   3.4.2.2. L'attività metabolica verrà confrontata tra le regioni miocardiche ischemiche e non ischemiche.

4. Analisi dei dati e considerazioni statistiche 4.1. Analisi statistica primaria 4.1.1. I dati HP-13C MRI e FDG-PET saranno analizzati utilizzando pipeline di ricostruzione e analisi basate su MATLAB.

   4.1.2. I parametri metabolici quantitativi, inclusi il rapporto bicarbonato-lattato e l'assorbimento di FDG miocardico, saranno confrontati tra i gruppi di studio.

   4.1.3. Il significato statistico verrà determinato usando un test t non accoppiato (α = 0,05, a una coda) per confronti a due gruppi e ANOVA ANOVA/2 vie per confronti multi-gruppo.

   4.2. Giustificazione delle dimensioni del campione 4.2.1. La dimensione del campione di 12 soggetti (24 sessioni di imaging) si basa sulla fattibilità e gli studi precedenti che dimostrano differenze metaboliche significative con la risonanza magnetica HP-13C in piccole coorti.

   4.2.2. I calcoli della potenza suggeriscono che questa dimensione del campione sarà sufficiente per rilevare differenze clinicamente rilevanti nei parametri metabolici del miocardio con una dimensione dell'effetto stimata della potenza dell'1,0 e dell'80% a α = 0,05.

5. Considerazioni sulla sicurezza e sul rischio 5.1. Esposizione alle radiazioni 5.1.1. La risonanza magnetica HP-13C combinata e il protocollo FDG-PET comporterà un'esposizione alle radiazioni di ~ 10,5 msv, entro limiti diagnostici accettabili.

5.1.2. L'esposizione alle radiazioni sarà monitorata per rispettare le linee guida istituzionali e normative.

5.2. Monitoraggio degli eventi avversi 5.2.1. I soggetti saranno attentamente monitorati durante l'imaging, con ECG continuo e monitoraggio della pressione arteriosa.

5.2.2. Eventuali eventi avversi saranno segnalati e gestiti secondo i protocolli di sicurezza istituzionali.