Z-Score-Skalierung für natives T1-Mapping des Herzens

Abstract

Hintergrund In der kardiovaskulären Magnetresonanztomographie (CMR) können die longitudinalen Relaxationszeiten von myokardialem Gewebe mittels nativem T1-Mapping quantifiziert werden. Native T1-Werte variieren jedoch abhängig von dem standortspezifischen Magnetresonanztomographie-(MRT-)System, der Feldstärke und der verwendeten Aufnahmetechnik, wodurch deren Vergleichbarkeit limitiert wird. Z-Scores sind Vielfache der Standardabweichung vom Mittelwert eines Normalkollektivs und werden zur Standardisierung eingesetzt.

Ziele Ziel dieser Arbeit war es, die Standardisierung von nativen T1-Werten mittels Z-Scores über verschiedene MRT-Systeme, Feldstärken und Aufnahmetechniken hinweg zu evaluieren. Weiterhin sollte die diagnostische Genauigkeit von nativem T1- und Z-Score-Mapping anhand von Patienten mit kardialer Amyloidose validiert werden.

Methoden Im Evaluierungsteil wurden insgesamt elf native T1-Maps für jeden der 15 gesunden Probanden auf vier MRT-Systemen von Philips and Siemens bei 1,5 und 3 Tesla (T) unter Verwendung der Modified-Look-Locker-Inversion-Recovery-(MOLLI-)Sequenzen 3(3)3(3)5b, 5(3)3b und 5(3)3s generiert. Der Mittelwert und die Standardabweichung des septalen T1-Werts wurden für jede T1-Map ermittelt und in Z-Score-Maps transformiert mittels eines Prototyp-Moduls einer kommerziellen Bildanalysesoftware. Im Validierungsteil wurden native T1- und Z-Score-Maps für Gruppen von gesunden Probanden und Patienten mit kardialer Amyloidose generiert auf zwei MRT-Systemen bei jeweils 1,5 T (14 Probanden, 25 Patienten) und 3 T (16 Probanden, 13 Patienten). Die diagnostische Genauigkeit von nativem T1- und Z-Score-Mapping bei der Unterscheidung von Probanden und Patienten wurde anhand von Sensitivität und Spezifität untersucht.

Ergebnisse Im Evaluierungsteil unterschieden sich die nativen T1-Werte von gesunden Probanden abhängig von dem MRT-System, der Feldstärke und der Aufnahmetechnik. Durch die Transformation dieser heterogenen Ergebnisse in Z-Scores konnten diese standardisiert werden. Im Validierungsteil wurden die nativen T1-Werte und Z-Scores bei 1,5 T und 3 T verglichen. Zum einen konnten die Z-Scores die Unterschiede zwischen den Feldstärken innerhalb des Probanden- und innerhalb des Patientenkollektivs eliminieren, während die Unterschiede zwischen gesunden Probanden und Patienten mit kardialer Amyloidose bestehen blieben. Zum anderen hatten natives T1- und Z-Score-Mapping bei der Differenzierung zwischen Probanden und Patienten sowohl bei 1,5 T als auch bei 3 T jeweils die gleiche Sensitivität und Spezifität.

Schlussfolgerung Native T1-Werte können mittels Z-Scores über verschiedene MRT-Systeme, Feldstärken und MOLLI-Sequenzen hinweg standardisiert werden. Natives T1- und Z-Score-Mapping bieten die gleiche diagnostische Genauigkeit bei der Differenzierung zwischen gesunden Probanden und Patienten mit kardialer Amyloidose. Z-Score-Mapping ermöglicht den software- und hardwareübergreifenden Vergleich kardialer T1-Werte.

Cardiovascular Magnetic Resonance (CMR) is able to quantify longitudinal relaxation times of myocardial tissue using native T1 mapping. However, native T1 values vary depending on site specific Magnetic Resonance Imaging (MRI) systems, field strengths and imaging techniques which limits their comparability. Z-scores are multiples of the standard deviation from the mean of a normal population and are used for standardization. Objectives: Objective of this study was to evaluate the standardization of native T1 by means of Z-scores across different MRI systems, field strengths and imaging techniques. Furthermore, the diagnostic accuracy of native T1 and Z-score mapping in patients with cardiac amyloidosis was to be validated. Methods: In the evaluation part, altogether eleven native T1 maps for each of the 15 healthy volunteers were generated on four MRI systems from Philips and Siemens at 1.5 and 3 Tesla (T) using the Modified Look Locker Inversion Recovery (MOLLI) sequences 3(3)3(3)5b, 5(3)3b and 5(3)3s. Mean and standard deviation of the septal T1 were derived for each T1 map and transformed into Z-score maps using a prototype module of a commercial image analysis software. In the validation part, native T1 and Z-score maps were generated on two MRI systems for groups of healthy volunteers and patients with cardiac amyloidosis at 1.5 T (14 volunteers, 25 patients) and 3 T (16 volunteers, 13 patients). The diagnostic accuracy of native T1 and Z-Score mapping in differentiating volunteers and patients was validated based on sensitivity and specificity. Results: In the evaluation part, native T1 values generated from healthy volunteers differed depending on the MRI system, field strength and MOLLI sequence. By means of Z-score transformation these heterogenous results were standardized. In the validation part, native T1 and Z-score values at 1.5 T and 3 T were compared. Firstly, Z-scores were able to eliminate differences between field strengths within the volunteer and within the patient collective whilst maintaining the differences between healthy volunteers and patients with cardiac amyloidosis. Secondly, native T1 and Z-score mapping had the same sensitivity and specificity in differentiating volunteers and patients both at 1.5 T and 3 T respectively. Conclusions: Native T1 can be standardized by means of Z-Scores across different MRI systems, field strengths and MOLLI sequences. Native T1 and Z-score mapping provide the same diagnostic accuracy in differentiating healthy volunteers and patients with cardiac amyloidosis. Z-score mapping allows comparisons of cardiac T1 values across different acquisition software and hardware.