Hyperpolariserad 13C pyruvate-MRI och FDG-PET i en enda undersökning för prognosen för ischemisk kardiomyopati (FDG PET-HP MRI)

1. Studieration och betydelse 1.1. Ischemisk kardiomyopati och behovet av avancerade avbildningsmetoder Ischemisk kardiomyopati (ICM) är en progressiv störning som kännetecknas av myokardiell dysfunktion på grund av reducerad koronar perfusion, oftast orsakad av underliggande kranskärlssjukdom (CAD) eller tidigare myokardiell infarction (MI). Prognosen för ICM förblir dålig, med höga mängder sjuklighet och dödlighet trots framsteg inom farmakologiska, interventionella och kirurgiska terapier. En viktig klinisk utmaning för att hantera ICM är den exakta och omfattande bedömningen av myokardiell livskraft och metabolisk funktion för att vägleda lämpliga revaskulariseringsstrategier. Traditionella avbildningstekniker, inklusive sen gadoliniumförbättrad hjärtmagnetisk resonansavbildning (LGE-CMR), en-fotonemission Computed Tomography (SPECT) och dobutamin stressekokardiografi, ger strukturella och funktionella insikter men är begränsade i deras förmåga att dynamiskt bedöma metaboliska förändringar Det föregår irreversibel myokardiell skada.

   1.2. Begränsningar av nuvarande avbildningsmodaliteter vid bedömning av livskraft och metabolism Befintliga icke-invasiva avbildningsmetoder för myokardiell livskraftsbedömning förlitar sig främst på anatomiska markörer för fibros, kontraktil reserv eller statisk glukosmetabolism, vilket kräver flera avbildningar med olika modaliteter. Dessa tillvägagångssätt utgör flera begränsningar, inklusive diskordanta resultat mellan avbildningstekniker, ökad patientbörda på grund av flera möten och förseningar i behandlingsbeslut. Ännu viktigare är att bristen på en integrerad avbildningsstrategi begränsar förmågan att bedöma metaboliska anpassningar i realtid som kan förutsäga myokardiell återhämtningspotential efter revaskularisering.

   1.3. Motiveringen för en kombinerad HP-13C MRI- och FDG-PET-avbildningsstrategi Den föreslagna studien försöker övervinna dessa begränsningar genom att använda en ny integrerad metabolisk avbildningsmetod som kombinerar hyperpolariserad 13C-pyruvatmagnetisk resonansavbildning (HP-13C-MRI) och [⁸⁸f] Fluorodeoxyglukospositronemissionstomografi (FDG-PET) i en enda undersökning. HP-13C-MRI tillhandahåller metabolisk flödesflödesinformation i realtid, vilket möjliggör direkt visualisering av substratanvändning och oxidativ metabolism, medan FDG-PET möjliggör kvantifiering av glukosupptag och bedömning av livskraft. Genom att samtidigt förvärva metabolisk, livskraft och mekanisk funktionsdata har denna hybridmetod potentialen att omvandla det diagnostiska paradigmet för ischemisk kardiomyopati.

2. Studiemål och hypoteser 2.1. Primärt mål Det primära målet med denna studie är att bestämma om samtidig HP-13C-MRI och FDG-PET-avbildning kan förbättra bedömningen av myokardiell livskraft och metabolisk funktion i ischemisk kardiomyopati jämfört med nuvarande standardavbildning.

   2.2. Sekundära mål

   De sekundära målen inkluderar:

   2.2.1. Upprätta myokardiell metabolism, livskraft och mekaniska funktionsparametrar i baslinjen hos friska personer med hjälp av kombinerad HP-13C-MRI och FDG-PET för att fungera som referens för efterföljande patientkohorter.

   2.2.2. Utvärdering av metaboliska avvikelser hos preoperativa patienter med ischemisk kardiomyopati och låg vänster ventrikulär ejektionsfraktion (LVEF) för att korrelera metabolisk aktivitet med klinisk sjukdomens svårighetsgrad och revaskulariseringsresultat.

   2.2.3. Att genomföra en longitudinell bedömning av myokardiell metabolism och funktion efter kirurgisk revaskularisering för att bestämma det prediktiva värdet av metabolisk avbildning av baslinjen för postkirurgisk myokardiell återhämtning.

   2.3. Primär hypotes Det antas att samtidigt förvärv av metaboliska och livskraftdata via HP-13C-MRI och FDG-PET i en enda avbildningssession kommer att ge överlägsen diagnostisk noggrannhet och prognostiskt värde för ischemisk kardiomyopati jämfört med standardavbildningstekniker som utförs separat.

   2.4. Sekundära hypoteser 2.4.1. Hos friska individer med normal myokardiell funktion kommer HP-13C-MRI och FDG-PET att upprätta normala metaboliska flödesmönster, som kommer att skilja sig väsentligt från de som observerats hos patienter med ischemisk kardiomyopati.

   2.4.2. Hos preoperativa patienter med ischemisk kardiomyopati kommer metaboliska avskiljningar som upptäcks via HP-13C-MRI att korrelera med regionalt glukosupptag på FDG-PET och ge insikter i myokardiella segment med reversibel dysfunktion.

   2.4.3. Uppföljningsavbildning efter CABG kommer att visa metabolisk förbättring i livskraftiga myokardiella segment, vilket bekräftar potentialen för preoperativ metabolisk avbildning som ett prediktivt verktyg för myokardiell återhämtning efter revascularisering.

3. Studiedesign och metodik 3.1. Studietyp och design Detta är en prospektiv, enkelcentrum, icke-blindad translationell forskningsstudie som använder en hybrid PET-MR-skanner för samtidig avbildning.

   3.2. Studiepopulation och gruppallokering

   Totalt 12 mänskliga ämnen kommer att registreras, stratifieras i tre grupper:

   3.2.1. Frisk kontrollgrupp (n = 6) bestående av individer med normal LVEF (> 50%) för att upprätta baslinje metaboliska och livskraftsreferensvärden.

   3.2.2. Pre-CABG-ischemisk kardiomyopati-grupp (n = 6) bestående av patienter med reducerad LVEF (<35%) som genomgick planerad kranskärl-bypass-ympning (CABG).

   3.2.3. Uppföljningsgrupp efter CABG (n = 6 vid 4-6 månader, n = 6 vid 10-12 månader) bestående av samma pre-cabg-kohort som genomgår postkirurgisk uppföljningsavbildning för att bedöma metabolisk återhämtning.

   3.3. Studieförfaranden 3.3.1. Alla deltagare kommer att genomgå en eller två avbildningssessioner som involverar HP-13C-MRI och FDG-PET i en enda session med en hybrid PET-MR-skanner.

   3.3.2. Deltagarna kommer att genomgå blodprovtagning före och efter avbildning för att mäta viktiga metaboliska biomarkörer, inklusive laktat, pyruvat, triglycerider, insulin och glukos.

   3.3.3. Kliniska hjärtavbildningsdata, inklusive ekokardiografi, SPECT myokardiell perfusionavbildning och invasiv koronarangiografi, kommer att samlas in för korrelation med metaboliska avbildningsresultat.

   3.4. Bildprotokoll 3.4.1. Hyperpolariserad 13C Pyruvate MRI -förvärv 3.4.1.1. Hyperpolariserad [1-13C] pyruvat kommer att injiceras dynamiskt, och realtidskonvertering till metaboliska mellanprodukter (bikarbonat och laktat) kommer att mätas.

   3.4.1.2. Hjärtgrindade 13C-avbildningssekvenser kommer att användas för att kvantifiera myokardiellt metaboliskt flöde, med fokus på segmentvariationer i oxidativ metabolism.

   3.4.2. FDG-PET-förvärv 3.4.2.1. FDG -upptag kommer att mätas för att bedöma myokardiell livskraft och regional glukosmetabolism.

   3.4.2.2. Metabolisk aktivitet kommer att jämföras över ischemiska och icke-ischemiska myokardiella regioner.

4. Dataanalys och statistiska överväganden 4.1. Primär statistisk analys 4.1.1. HP-13C MRI- och FDG-PET-data kommer att analyseras med hjälp av MATLAB-baserade rekonstruktions- och analysrörledningar.

   4.1.2. Kvantitativa metaboliska parametrar, inklusive bikarbonat-till-laktatförhållande och myokardiellt FDG-upptag, kommer att jämföras mellan studiegrupper.

   4.1.3. Statistisk betydelse kommer att bestämmas med hjälp av ett oparat t-test (α = 0,05, en-tailed) för jämförelser i två grupper och ANOVA/2-vägs ANOVA för jämförelser med flera grupper.

   4.2. PROVSTORLEKSMÄRKNING 4.2.1. Provstorleken på 12 försökspersoner (24 avbildningssessioner) är baserad på genomförbarhet och tidigare studier som visar betydande metaboliska skillnader med HP-13C MRI i små kohorter.

   4.2.2. Effektberäkningar tyder på att denna provstorlek räcker för att detektera kliniskt relevanta skillnader i myokardiella metaboliska parametrar med en uppskattad effektstorlek på 1,0 och 80% effekt vid a = 0,05.

5. Säkerhets- och riskhänsyn 5.1. Strålningsexponering 5.1.1. Det kombinerade HP-13C MRI och FDG-PET-protokollet kommer att resultera i en strålningsexponering av ~ 10,5 mSV, inom acceptabla diagnostiska gränser.

5.1.2. Strålningsexponering kommer att övervakas för att följa institutionella och reglerande riktlinjer.

5.2. Övervakning av biverkningar 5.2.1. Ämnen kommer att övervakas noggrant under avbildning, med kontinuerlig EKG och övervakning av blodtryck.

5.2.2. Eventuella biverkningar kommer att rapporteras och hanteras enligt institutionella säkerhetsprotokoll.