Vergleich von Compressed Sensing-basierter und konventioneller MRT-Perfusionssequenzen hinsichtlich der Beurteilbarkeit myokardialer Ischämien in der kardialen Magnetresonanztomographie

Abstract

Background: First pass perfusion imaging is a reliable tool in non-invasive detection of coronary artery disease (CAD) and widely used in clinical routine. We investigated a prototype sequence based on compressed sensing and compared it with a conventional echo perfusion sequence regarding image quality and diagnostic performance. Methods: We recruited patients with an indication for invasive coronary angiography (ICA) due to pathologic first pass perfusion MRI. All patients were examined twice with adenosine stress MRI using the conventional TurboFLASH and the prototype SPARSE sequence. Afterwards they underwent ICA with quantitative fractional flow reserve (FFR) measurements. The angiography was considered as the reference standard for the identification of CAD. Visual stenosis >90% or FFR<0.75 were defining myocardial ischemia. Diagnostic performance of perfusion MRI was estimated by a visual perfusion assessment and the quantification of myocardial perfusion reserves (MPR). We used the signal upslope method and the Fermi function deconvolution model to calculate the MPR. Results: In this study 23 patients were enrolled with the mean age of 69.6±8.9 years, 46% of them were female. Regarding image quality there was no significant difference between the TurboFLASH sequence and the SPARSE sequence (2.9±0.5 vs 3.1±0.7, p=0,06). The SPARSE sequence revealed a higher signal-to-noise ratio (15.6±6.2 vs 13.2±4.2, p<0.01) and contrast-to-noise ratio (52.1±27.4 vs 40.5±17.6, p<0.01) than the TurboFLASH sequence. Visual perfusion analysis using the SPARSE sequence yielded less false-positive perfusion defects than TurboFLASH sequence. Concerning quantitative perfusion assessment both sequences showed similar performances in detecting ischemic areas 9 on a segmental basis with upslope MPR evaluation (TurboFLASH 0.88 ± 0.18 vs. SPARSE 0.77±0.26; p=0.06) and Fermi function deconvolution (TurboFLASH 0.85 ± 0.24 vs. SPARSE 0.76 ± 0.30; p=0.13). Conclusions: Using a compressed sensing-based MRI sequence in perfusion imaging leads to a stable detection of myocardial ischemia in the visual assessment. The prototype sequence SPARSE was non-inferior to the conventional sequence TurboFLASH regarding image quality, signal-to-noise-ratio, contrast-to-noise-ratio and quantitative perfusion assessment.

Die kardiale MRT-Perfusionsdiagnostik ist ein zentraler Bestandteil der nicht-invasiven Diagnostik der koronaren Herzkrankheit. In dieser Studie wurde eine Compressed sensing-basierte MRT-Prototypsequenz auf Nichtunterlegenheit zu einer konventionellen MRT-Perfusionssequenz hinsichtlich Bildqualität und diagnostischer Genauigkeit untersucht. Dafür wurden Patient*innen mit pathologischem Perfusionsbefund in der Routine-MRT TurboFLASH und einer daraus folgenden Indikation zur Koronarangiographie (ICA) für die Studie geworben. Die Studienteilnehmer*innen unterzogen sich dann einer MRT Perfusionsuntersuchung mit der Studiensequenz SPARSE. Anschließend erfolgte die ICA, bei welcher die fraktionierte Flussreserve (FFR) gemessen wurde. Die ICA diente in dieser Studie als Referenzstandard und wurde bei sichtbaren Stenosen mit Diameterreduktion >90% oder bei FFR-Werten <0,75 als pathologisch gewertet. Der Vergleich der diagnostischen Aussagekraft der MRT-Untersuchungen erfolgte anhand der visuellen Perfusionsbewertung und durch Semiquantifizierung mittels myokardialer Perfusionsreserve (MPR), welche mit Hilfe der upslope-Methode und des Fermi deconvolution-Modells berechnet wurde. Die Auswertung erfolgte anhand der Daten von 23 Studienteilnehmer*innen mit einem mittleren Alter von 69,6±8,9 Jahren, von welchen 46% weiblich waren. Hinsichtlich der Bildqualitätsbewertung zeigte sich kein signifikanter Unterschied zwischen TurboFLASH und SPARSE-Sequenz (2,9±0,5 vs. 3,1±0,7; p=0,06). Die SPARSE-Sequenz erbrachte eine gesteigerte Signal-to-Noise-Ratio (15,6±6,2 vs. 13,2±4,2; p<0,01) und Contrast-to Noise-Ratio (52,1±27,4 vs. 40,5±17,6; p<0,01) im Vergleich zur TurboFLASH. Darüber hinaus führte die visuelle Perfusionsanalyse zu einer kleineren Anzahl falsch-positiver Perfusionsbefunde bei SPARSE als bei TurboFLASH. Im Rahmen der semiquantitativen Bewertung zeigten beide Sequenzen gleichwertiges Verhalten in der Detektion ischämischer Areale auf Segmentebene, sowohl mit der upslope-MPR-Methode (TurboFLASH 0,88 ± 0,18 vs. SPARSE 0,77±0,26; p=0,06) als auch mit der Fermi deconvolution-Methode (TurboFLASH 0,85 ± 0,24 vs. SPARSE 0,76 ± 0,30; p=0,13). Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die Compressed Sensing-basierte MRT-Perfusionssequenz, bei der visuellen Detektion von ischämischen Arealen, der konventionellen Sequenz nicht unterlegen war. Außerdem wurden mit der SPARSE Sequenz, bezüglich der Bildqualität, Signal-to-Noise-Ratio, Contrast-to-Noise-Ratio und der semiquantitativen Perfusionsanalyse, gleichwertige Ergebnisse zur TurboFLASH Sequenz erzielt.