2015.1.24 第 80 回日本心臓血管放射線研究会 心臓 MRI によるびまん性心筋疾患の評価 国立循環器病研究センター 放射線部 森田佳明
Contents 心筋疾患における心臓 MRI の役割 心筋性状の診断法 SE( 特にT2WI) 遅延造影 (LGE) T1 map,ecv
臨床情報 心筋疾患における CMR の役割 心不全 不整脈 心機能低下 形態異常 ( 肥厚 菲薄化 ) 原因となる背景心筋疾患は何か? : 鑑別 虚血性か非虚血性か 特発性心筋症 : DCM,HCM,RCM,ARVC, 緻密化傷害, EFE 炎症性 : 心筋炎, サルコイドーシス 蓄積疾患 : アミロイドーシス, Fabry 病 二次性 続発性 : 高血圧, 膠原病, 薬剤や放射線 膠原病, 筋ジス, アルコール, ヘモジデローシス 弁膜症など その他, たこつぼ心筋症など 心機能 : Cine MRI, Strain, Dyssynchrony, 拡張能評価 心筋傷害評価 程度 ( 重症度 ) 予後 治療反応性
心筋性状評価 心筋傷害 梗塞 ( 虚血 ) 線維化 異常蛋白蓄積 浮腫 炎症 出血 脂肪変性 etc 心筋線維化 (Fibrosis) 収縮能 Remodering Ventricular Stiffness 単独の予後規定因子 Collagen volume fraction の増加 Interstitial (Reactive, Infiltrative):Early stage Replacement (Scar) : Advanced stage EMB( 心内膜心筋生検 ) Invasive Sampling error:localized fibrosis 心筋全体の評価はできない Noninvasive assessment by CMR Mewton N et al. : JACC 2011;57:891-903, Fig1
心筋性状評価に用いられる撮影法 SE( 特に T2WI) 遅延造影 (LGE) T1 map,ecv
心臓 MRI による心筋性状評価 心電図同期 Spin echo 法 : 基本 double IR pulse を用いた内腔信号抑制 :Black blood 法 T1WI, T2WI <T1WI, OMI> <T2WI,AMI> opposed phase: 脂肪 T2* : 心筋内出血 <AMI,MVO> <ARVC. Fibrofatty change>
T2 強調画像 浮腫 炎症に対する病変検出能は高い 心筋梗塞 : 急性期梗塞の診断 心筋炎, Sarcoidosis : 活動性炎症 Takotsubo cardiomyopathy: 急性期の高信号 < 急性心筋炎 > <Sarcoidosis> <Takotsubo> T2WI
心筋症 : しばしば T2 延長がみられる HCM DCM DCM had a significantly higher T2 signal intensity compared to controls Negative correlation between signal intensity ratio in T2WI and EF ( 0.39, P < 0.001) Jeserich M et al. : Clin Cardiol 2012:371-376 T2WI 高信号 : 浮腫や炎症 変性を反映? 頻度 LGE に追加する意義 臨床的有用性は?
T2 mapping T2WI の視覚的評価は難しいことも多い 骨格筋や脾臓との信号強度比 T2mapping で緩和時間を直接算出 : 正常心筋 (1.5T)= 約 60msec Multi-contrast spin-echo(multiple TE) T2 prepared SSFP (different T2 preparation times) 1 回 1 断面 撮影時間延長 : Global myocardial edema (TE=16,45,73msec) <DCM> β-blocker で reverse remodeling Pre: T2=75-80 msec Post: T2=65-70msec
心電図同期 Spin echo 法 T2WI による病変検出能は有用だが 視覚的判定が難しいことも少なくない T1 コントラストが不十分 (T1 強調とするには TR が長すぎる ) 完全な血液信号の抑制が難しい 不整脈や motion artifact に弱い 梗塞や線維化の評価には限界 遅延造影 = 心筋傷害評価の主流
< 遅延造影の機序 > 遅延造影 MRI ガドリニウム造影剤は血中から細胞外液に分布 vessel vessel 細胞外液 間質は広くない 血流豊富数分で平衡状態 梗塞や線維化による間質の増加血流低下 washout 遷延 10~15 分待って撮影 遅延造影 間質の広さと血流量を反映
遅延造影の有用性 心筋傷害を高い分解能とコントラストで描出 梗塞 : 心内膜下や右室, Viability 線維化 心筋疾患の鑑別 遅延造影 +Cine(+T2WI) のパターンで多くは推定可能 重症度や予後推定 数多くの報告
遅延造影のパターンと各種心筋疾患 虚血性 非虚血性 中層 心内膜下梗塞 DCM HCM, 右室負荷 ( 先天性心疾患 肺高血圧 ) Sarcoidosis 心筋炎 Anderson-Fabry 病 Chagas 病 外膜側 Sarcoidosis 心筋炎 Anderson-Fabry 病 Chagas 病 貫壁性梗塞 内膜側全周性 Amyloidosis, Systemic sclerosis, 心臓移植後
CMR と EMB ( 心筋生検 ): 正診率比較 Yoshida, et al. EJHF 2013 総合判定 : すべての臨床情報に基づいて心臓内科が最終診断 CMR alone : Cine, LGE pattern,(t2wi) 全体正診率 80% EMB より優れる CS, DCM, HHD HCM(APH,HOCM) 間違えやすいもの d-hcm CS d-hhd DCM 総合判定 CMR 診断 DCM HCM CS HHD Others DCM 45 0 1 5 0 HCM 1 29 1 0 0 CS 2 6 13 0 2 HHD 3 1 0 9 0 Others 3 0 2 0 13 total 54 36 17 14 15 Combined CMR+clinical data+echo= いずれも 95% 以上の正診率 EMB alone 全体正診率 68% 間違えやすいもの HCM HHD HHD DCM CS DCM 総合判定 EMB 診断 DCM HCM CS HHD Others DCM 48 3 10 7 6 HCM 3 27 0 2 1 CS 0 0 6 0 0 HHD 2 6 0 5 2 Others 1 0 1 0 6 total 54 36 17 14 15
遅延造影の撮影法 反転回復型 (Inversion-Recovery) の GRE(SSFP) 180 度反転パルスを付加し縦緩和を反転 組織の T1 緩和時間による信号回復の違い T1 緩和時間梗塞 < 正常 梗塞のほうが回復がはやい Inversion time(ti) 正常心筋とコントラストをつけて視覚評価
遅延造影の問題点 主に正常との対比による視覚評価 び漫性心筋疾患では正常を特定できない DCM, Amyloidosis, 心筋炎など DCM において LGE は病理学的線維化を反映しない (Shalla et al, Eur J Heart Fail 2010;12:227-31) 重症度や予後判定 定量的評価 正常心筋の信号を reference とした評価 ~ Normal + x SD 以上を異常として LGE volume(%lv mass) を計算 正常とすべき心筋の設定 Artifact などの判定 SD の設定 Zio station 2 心筋内腔信号比 (M/L) 造影の程度を簡便に数値化正常 :M/L 0.35
T1 mapping による心筋評価 遅延造影の強さ = Gd の T1 短縮を反映 T1 を直接計算できれば有用な定量評価法 心筋の T1 map MOLLI 法 (Modified Look-Locker Inversion-recovery) (Messroghli et al, MRM 2007) Look-locker 法を応用した T1 計算法 心電図同期 呼吸停止下に撮影可能 Single shot SSFP で収集 再現性が高く 高分解能の T1 map
MOLLI 撮影法 (Original) 複数のIR sequence(with TI increment) + Pause( 縦磁化の回復 ) 異なるTIの複数の元画像 voxelごとのt1を直接算出 T1 mapとして再構成 IR Pulse を基点に取る - 3 IR sequence - 11 image - Scan time:17 beats
Fast MOLLI@NCVC T1 map 180deg Pulse を基点に取る 2 IR sequence Pausing between IR sequences 8 source images Scan time : depend on HR Original MOLLI (17 HB, 11 images) に比べて約 1/3 の撮影時間減少ほぼ同等の T1 計測が可能 息止め不良 RR 不整 ( 日磁医 2012, ポスター P-1-27 )
任意の ROI で T1 計測が可能 Color map T1 map の評価法 T1 distribution histogram T1=1280 msec Segment base Bull's-eye MOLLI による T1 map の問題点 注意点 1 回の撮影で 1 断面 磁場強度による違い 性別 年齢 心筋部位による違い 心拍数により誤差 ( 高心拍で過小評価 ) 短い T1 の場合 データ不足 T1 Peak, Distribution scatter : etiology Mewton N et al. : JACC 2011;57:891-903, Fig1 これらを解決する撮影法の工夫 - SR pulse, navigator echo MOLLI 現在最も有力な定量評価法
T1map の臨床応用 DCM: 正常例との比較 造影後の平均 T1 < 正常 > LGE T1 mapping <DCM> 中隔主体に線状 LGE あり LGE 陰性 の領域でも T1 は短縮 Enhanced DCM と Unenhanced DCM の造影後 T1 は正常心筋よりも有意に短縮 DCM の LGE は微妙なことが多いが T1 map により客観的に心筋傷害の程度が評価可能
造影前 T1 mapping の有用性 造影剤なしでも心筋障害が検出できる? <HCM> 造影前の T1 map=native T1 遅延造影 T1 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 Pre-contrast T1 HCM LGE(+) HCM LGE(-) Normal p=0.0008 p=0.03 p<0.0001 Native T1 延長 : 自由水の増加 心筋間質腔の拡大 ; 線維化などを反映 T2 よりも間質増加 浮腫の検出に鋭敏
心サルコイドーシス Advanced AV block の精査目的に当院紹介 慢性腎不全のため cine MRI と Non-contrast T1 mapping のみ施行 中隔のひはく化とそれに一致する Native T1 の延長 T1 1450-1500msec 後日 心サルコイドーシスと診断 Native T1 が LGE に代用できる疾患も?
Native T1 mapping の有用性 Native T1 と PCr/ATP ratio(mrs) は負の相関 (r= 0.59, P<0.0001) (Dass et al, Circ Cardiovasc Imaging 2012;5(7), 726-733) 心筋細胞のエネルギー代謝障害 膜の不安定化 イオンポンプ不全 細胞内水分布の変化 Native T1 に反映 Non-contrast mean T1 (ms) 間質腔拡大だけではなく 心筋細胞自体の性状 機能の評価も? 1310 1270 1230 1390 1150 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 PCr/ATP R=-0.59 p<0.0001
T1 map から ECV へ T1 map 磁場強度によって T1 は異なる 造影剤量 撮影時間によっても当然異なる 造影の強さをより共有できる方法は? λ 1.00 ECV 心筋の造影の強さ : 血液の造影剤濃度と相対的に評価する必要 分配係数 (λ): 心筋と血液の造影剤濃度の比 = R1 心筋 / R1 血液 R1 = (1/T1) Gd 造影剤濃度 造影剤分布容積 (DV) : 血球成分を除外 DV= (1-Ht) * 造影剤が平衡状態にあれば値は一定 DV ECV( 心筋の細胞外容積 ) : 梗塞や線維化の割合を反映 造影前後の T1 map から ECV を算出可能 磁場強度 造影剤量 撮影時間に依存しない心筋傷害の指標
ECV と線維化 T1 map から得られた ECV と病理 (Whole heart) を比較 ECV shows a good correlation with histological collagen volume fraction (Miller et al. Circ Cardiovasc Imaging 2013:373-83) ECV = 線維化の新たな定量評価法
Map ECV map の作り方 T1 map R1 map R1 map map/ecv map (1/T1) (post-pre) (1/ R1 blood ) Pre 0.63 1.00 Post 0.84 Registration の問題 時間と手間がかかる
造影前後の T1 map ECV 造影前 T1 map Medis, Q mass( プロトタイプ ) 造影後 T1 map Validation は必要 ZIO STATION 2
造影前後の T1 map ECV map@ncvc <HCM> T1 map(pre) T1=1397 msec Report ECV map T1 map(post) T1=573 msec ECV=44 % Bulls eye map LGE
ECV map の臨床的有用性 Diabetic patients : ECV が増加 ECV RAAS blockade が Lower ECV と相関 予後 (mortality,hospitalization for heart failure) を予測 (Timothy et al. Eur Heart J 2013:Epub) ECV は mortality や composite end points と関連 :793 Pts (Wong et al. Circulation J 2012;126:1206-1216) 重症度 予後 治療効果判定
心筋疾患の Native T1,ECV 浮腫 炎症 DCM アミロイドーシス 梗塞 線維化 正常心筋 (Maestrini et al, Circ Cardiovasc Imaging 2014;7, 9287) Native T1 と ECV を組み合わせてより精度の高い心筋性状評価が期待される
Fabry 病 α-galactosidase A 酵素活性低下スフィンゴ糖脂質の進行性蓄積 Reduced native T1 : increased myocardial glycosphingolipid accumulation Reduced native T1 :most sensitive and specific parameter 他の LVH との鑑別 (Thompson et al, Circ Cardiovasc Imaging 2013;6, 637-645)
Takotsubo cardiomyopathy T2WI 高信号に一致する native T1 延長 :T2WI より鋭敏かつ定量的 LGE は通常不明瞭 :ECV の増加は軽度 native T1 Post-contrast T1
まとめ 心臓 MRI による心筋性状評価 LGE,(T2WI) が基本 鑑別や重症度評価の有用性は高い びまん性心筋疾患の診断には限界あり 定量評価も難しい T1 map ECV 新たな心筋傷害の定量評価法として実用化が近づいている 臨床からの要求も高い ( 有用性の報告 ) 撮影法 解析法の統一や製品化 ( 技術的な問題 ) 臨床的に具体的にどう使用するか ( 臨床的な検討 )