Non-invasive evaluation of myocardial perfusion in humans using arterial spin labeling magnetic resonance imaging

Abstract

Las arterias coronarias son las encargadas de suministrar constantemente oxígeno y nutrientes al corazón. Su estrechamiento u obstrucción causan isquemia y, si no se tratan, provocan la enfermedad isquémica del corazón (CAD), una de las enfermedades cardiovasculares con mayor tasa de mortalidad en Estados Unidos y Europa. La cuantificación de la perfusión miocárdica es un factor clave para el diagnóstico y evaluación de CAD. La perfusión miocárdica se evalúa en resonancia magnética con una técnica de imagen llamada first-pass que requiere de la inyección de un material de contraste basado en Gadolinio, el cual limita la repetibilidad de la técnica y restringe su uso en pacientes con una función renal anormal. Arterial Spin Labeling (ASL) es una técnica de imagen por resonancia magnética que permite cuantificar la perfusión sin necesidad de inyectar un agente de contraste, a través del marcado electromagnético del agua contenida en la sangre arterial, actuando como trazador endógeno. El principal inconveniente de esta técnica es que la magnitud de este trazador es pequeña, debido a la reducida cantidad de sangre marcada por volumen de tejido, y decae con el tiempo de relajación T1. Por tanto, la relación señal/ruido es relativamente baja. Además, su aplicación en el corazón es complicada debido al continuo movimiento y al tortuoso camino que realiza la sangre arterial a través del corazón, lo cual dificulta un marcado preciso. En esta tesis, la técnica ASL (adquisición y procesado de datos) fue optimizada para su utilización en voluntarios sanos y pacientes. En particular, la técnica ASL fue implementada, optimizada y validada en el corazón de sujetos sanos bajo condiciones de reposo y estrés leve mediante el levantamiento pasivo de piernas. Distintas estrategias fueron evaluadas para minimizar el movimiento cardíaco y respiratorio durante la adquisición y el post-procesado de las imágenes de perfusión. Finalmente, la aplicación de la secuencia ASL en el corazón fue evaluada en un grupo de pacientes con sospecha de CAD en condiciones de reposo y vasodilatación farmacológica. La validación de la secuencia miocárdica ASL en voluntarios sanos mostró una mayor eficiencia en el tiempo de adquisición con la utilización de un TR corto de aproximadamente cuatro segundos, el cual proporcionó medidas de reproducibilidad razonables (coeficientes de variación entre sujeto de 17% intrasesión y 37% intersesión). La comparación entre las distintas estrategias de respiración y técnicas de corrección de movimiento mostró la superioridad de la respiración libre en combinación con el método de registro pairwise , resultando en una mayor precisión tras el registro de imágenes sintéticas y mejores resultados de reproducibilidad intrasesión (coeficientes de variación entre sujeto de 14%) junto con una menor variabilidad entre sujetos en la perfusión tras el registro de imágenes reales. Las estrategias de apnea y respiración sincronizada combinadas con el algoritmo de detección de movimiento mostraron resultados similares, pero su aplicación práctica requiere colaboración, lo cual puede ser problemático en pacientes con sospecha de CAD. El estudio clínico ASL demostró la capacidad de la técnica ASL para detectar hiperemia debida a la vasodilatación, para identificar diferencias significativas en la reserva de perfusión miocárdica (MPR) entre segmentos normales e hipoperfundidos y correlaciones de MPR entre ASL y first-pass semicuantitativo, lo que en conjunto sugieren el potencial clínico de la técnica ASL para detectar defectos de perfusión sin el uso de un contraste exógeno.