Zuurstofversterkte magnetische resonantiebeeldvorming (OE-MRI) van het hart: een haalbaarheidsstudie (OE-MRI)

Het bepalen van de aanwezigheid en de ernst van myocardischemie is een belangrijk doel bij de effectieve behandeling van coronaire hartziekte (CAD). Onbehandelde ischemie is een belangrijke bepalende factor voor een nadelig resultaat en de voordelen van door ischemie aangestuurde revascularisatie worden algemeen erkend.1

Anatomische verschijningsvormen van coronaire hartziekte zijn slecht voorspellend voor myocardischemie.1 2 Daarom wordt gelijktijdige beoordeling van de functionele ernst van coronaire stenose gebruikt om revascularisatie te begeleiden.3 In de klinische setting zijn een aantal beeldvormende methoden beschikbaar, waaronder nucleaire technieken, echocardiografie en cardiovasculaire magnetische resonantie (CMR). Dergelijke modaliteiten beoordelen stroomheterogeniteit en contractiele afwijkingen, maar deze dienen als surrogaten van myocardischemie: ischemie op zich wordt niet gemeten. Bovendien zijn deze functionele beeldvormingsmodaliteiten afhankelijk van het gebruik van exogene contrastmiddelen, die, hoewel klein, extra risico's met zich meebrengen en in bepaalde populaties gecontra-indiceerd kunnen zijn.

Bloedzuurstofniveau-afhankelijke (BOLD) beeldvorming maakt gebruik van de inherente paramagnetische eigenschappen van hemoglobine.4 De overgang van diamagnetisch oxyhemoglobine naar paramagnetisch deoxyhemoglobine induceert magnetische susceptibiliteitsverschillen, wat resulteert in een verandering in de magnetische resonantiesignaalintensiteit en daardoor zuurstofafhankelijk contrast genereert. Zo geeft BOLD-beeldvorming inzicht in de oxygenatie van myocardweefsel. Aangezien hypoxie de initiator is van de ischemische cascade, wordt aangenomen dat beoordeling van regionale myocardiale oxygenatie met BOLD-beeldvorming een directere weerspiegeling is van de onbalans tussen zuurstoftoevoer en -vraag en gevoelig is voor het detecteren van CAD. De eerste evaluatie van BOLD-beeldvorming voor het detecteren van CAD heeft inderdaad veelbelovende resultaten opgeleverd.5-7 Bovendien heeft BOLD pathologisch inzicht gegeven in andere myocardiale pathologieën. Myocardiale perfusie (bloedstroom) kan worden losgekoppeld van oxygenatie, d.w.z. hypoperfusie is niet noodzakelijkerwijs evenredig met weefselhypoxie. De zuurstofbehoefte van het myocardium kan bijvoorbeeld naar beneden worden gereguleerd bij het myocardium dat in winterslaap is, en kan worden opgereguleerd bij hypertrofische cardiomyopathie (HCM) vanwege de hogere kosten van het energiemetabolisme. Bij HCM-mutatiedragers zonder linkerventrikelhypertrofie toonden Karamitsos et al. een normale myocardiale perfusiereserve aan, maar abnormale myocardiale oxygenatie tijdens stress, mogelijk verklaard door het feit dat sarcomeergenmutaties de energiekosten van contractie verhogen vóór het begin van hypertrofie.8

BOLD-beeldvorming gaat echter gepaard met een aantal nadelen. Ten eerste, aangezien het BOLD-signaal deoxyhemoglobine weergeeft dat beperkt is tot bloedvaten, geeft het niet echt de zuurstofstatus van het weefsel weer.9 Ten tweede is het BOLD-signaal ook afhankelijk van de geometrie van het vat, veranderingen in de bloedstroom en het bloedvolume, waardoor het signaal kan worden verstoord.9 Ten slotte zijn de CMR-technieken die worden gebruikt om het BOLD-signaal (T2* of T2) te meten, niet kwantitatief aangezien een verandering in T2* of T2 niet gerelateerd kan worden aan een verandering in de partiële zuurstofdruk (PO2). In plaats daarvan worden semi-kwantitatieve metingen uitgevoerd met behulp van de signaalintensiteit en wordt aangenomen dat ze de oxygenatie weerspiegelen.

Oxygen-enhanced Magnetic Resonance Imaging (OE-MRI) overwint mogelijk deze beperkingen. Zuurstof zelf heeft paramagnetische eigenschappen; het verhoogt de proton longitudinale relaxatiesnelheid (R1) van water dat opgeloste zuurstof bevat.10 De gemeten verandering in R1 (= 1/T1, waarbij T1-relaxatietijd een inherente magnetische eigenschap is van alle weefsels) geïnduceerd door het inademen van zuurstof is recht evenredig met de verandering in PO2. In OE-MRI wordt de verandering in R1 bij het ademen van verhoogde zuurstofconcentraties gemeten. De voordelen van OE-MRI ten opzichte van BOLD zijn daarom dat het gevoelig is voor weefseloxygenatie, het is niet afhankelijk van veranderingen in de bloedstroom en het volume, en het is echt kwantitatief, aangezien de verandering in R1 recht evenredig is met de verandering in PO2. Het biedt dus potentieel een kwantitatieve maatstaf voor myocardiale oxygenatie. OE-MRI is gebruikt om longweefseloxygenatie11, vaste tumoroxygenatie12 en placentaire oxygenatie bij zwangere vrouwen13 te beoordelen op conventionele klinische MRI-scanners met zeer bemoedigende resultaten.

OE-MRI is niet toegepast in het hart. Onze hypothese is dat OE-MRI niet-invasieve, niet-ioniserende en kwantitatieve beoordeling van myocardweefseloxygenatie mogelijk maakt, dat wil zeggen vrij van exogeen contrastmiddel. Als dit het geval is, biedt OE-MRI een enorm potentieel voor de diagnose en behandeling van CAD, en voor het verschaffen van pathofysiologisch inzicht in hartaandoeningen.