Über die Differenzierung verschiedener Herzinsuffizienzentitäten mittels neuer Bildgebungsparameter der kardialen Magnetresonanztomographie

Abstract

Hintergrund: Innovationen in der kardialen Magnetresonanztomographie (CMR) ermöglichen heute die Messung von myokardialen Verformungsparametern (Strain) und Gewebeeigenschaften. Ziel dieser Studie war die Erprobung neuer CMR-Parameter zur Differenzierung von Herzinsuffizienz (HI) mit reduzierter, mittelgradiger und erhaltener Ejektionsfraktion (HFrEF, HFmrEF, HFpEF) und Herzgesunden. Methoden: PatientInnen mit etablierter HI-Diagnose sowie Herzgesunde wurden klinisch, labormedizinisch und mittels CMR untersucht. Ausgeschlossen wurden unter anderem Menschen mit CMR-Kontraindikationen und instabilem klinischem Zustand. Linksventrikulärer globaler longitudinaler Strain (LV GLS) wurde vor und während isometrischer Handgrip-Belastung (HG) mittels fast strain-encoded CMR (Fast-SENC) bestimmt. Mittels feature-tracking wurde der LV GLS für die subendokardiale, intra-myokardiale und subepikardial Myokardschicht bestimmt (Multilayer-Strain). Tissue-Mapping zur Bestimmung von nativer T1- und T2-Relaxationszeit sowie extrazellulärem Volumen (ECV) wurde durchgeführt. Zur statistischen Auswertung kamen unter anderem analysis of variance, Pearson-Regressionskoeffizienten und die Fläche unter der receiver operating characteristic-Kurve (AUC) zum Einsatz. Ergebnisse: Insgesamt wurden 72 TeilnehmerInnen (Kontrollgruppe: n=19; HFpEF = 17; HFmrEF: n= 18; HFrEF: n=18) in die Studie eingeschlossen. Die mittlere Änderung des LV GLS während HG betrug +1.2 ± 5.4% in der Kontrollgruppe, −0.6 ± 8.3% bei HFpEF, −1.7 ± 10.7% bei HFmrEF und −3.1 ± 19.4% bei HFrEF (p = 0.746). Der Betrag der LV GLS Änderung unabhängig vom Vorzeichen unterschied sich signifikant zwischen den Subgruppen (Kontrollgruppe: 4.4 ± 3.2%; HFpEF: 5.9 ± 5.7%; HFmrEF: 6.8 ± 8.3%; HFrEF 14.1 ± 13.3%; p = 0.005) und korrelierte mit NTproBNP und Lebensqualitätsmetriken. In der Multilayer-Strain-Analyse unterschied sich LV GLS sowohl subendokardial (−20.8 ± 4.0 vs. −23.2 ± 3.4, p = 0.046) als auch intra-myokardial (−18.0 ± 3.0 vs. −21.0 ± 2.5, p = 0.002) und subepikardial (−12.2 ± 2.0 vs. −16.2 ± 2.5, p < 0.001) signifikant zwischen HFpEF und Herzgesunden. Insbesondere subepikardialer LV GLS differenzierte hervorragend zwischen HFpEF und Herzgesunden (AUC 0.90, 95% Confidence Interval 0.81-1). Die per Tissue-Mapping bestimmte native T1-Relaxationszeit war bei HFrEF (1033 ± 54 ms) und HFmrEF (1027 ± 40 ms) im Vergleich zu HFpEF (985 ± 32 ms) und Kontrollgruppe (972 ± 31 ms) angehoben, ebenso die T2 Relaxationszeit (Kontrollgruppe: 50.6 ± 2.1 ms; HFpEF: 52.6 ± 3.6 ms; HFmrEF: 55.4 ± 3.4 ms; HFrEF 56.0 ± 6.0 ms). ECV unterschied sich hingegen nicht signifikant. Fazit: Fast-SENC Strainmessung während HG liefert nur begrenzt diagnostisch verwertbare Informationen. Tissue-Mapping lässt strukturelle Ähnlichkeit von HFmrEF und HFrEF erkennen. Subepikardialer LV GLS ist ein vielversprechender diagnostischer Parameter zur Differenzierung von HFpEF und Herzgesunden.

Background: Novel developments in cardiac magnetic resonance imaging (CMR) allow for quantification of myocardial strain and tissue characteristics. In this study we sought to evaluate the diagnostic utility of novel CMR parameters in heart failure (HF) with reduced, mid-range and preserved ejection fraction (HFrEF, HFmrEF, HFpEF) and healthy controls. Methods: Patients with an established diagnosis of HF and controls underwent physical examination, lab work and CMR. Exclusion criteria included CMR contraindications and unstable clinical status. Left ventricular global longitudinal strain (LV GLS) was measured before and during isometric handgrip (HG) using fast strain-encoded CMR. LV GLS was quantified on a subendocardial, mid-myocardial and subepicardial level employing feature tracking (multilayer strain). Using tissue mapping, native T1 and T2 relaxation times and extracellular volume (ECV) were quantified. Statistical methods included analysis of variance, Pearson’s coefficients and the area under the receiver operating characteristic curve (AUC). Results: The study comprised 72 subjects (Controls: n=19; HFpEF = 17; HFmrEF: n= 18; HFrEF: n=18). Mean change of LV GLS during HG was +1.2 ± 5.4%, −0.6 ± 8.3%, −1.7 ± 10.7% and −3.1 ± 19.4% in controls, HFpEF, HFmrEF and HFrEF, respectively (p = 0.746). The absolute value of LV GLS change differed significantly between subgroups. (Controls: 4.4 ± 3.2%; HFpEF: 5.9 ± 5.7%; HFmrEF: 6.8 ± 8.3%; HFrEF 14.1 ± 13.3%; p = 0.005) and correlated with NTproBNP and quality-of-life scores. Multilayer strain analysis showed significant differences in LV GLS between HFpEF and controls on subendocardial (−20.8 ± 4.0 vs. −23.2 ± 3.4, p = 0.046), mid-myocardial (−18.0 ± 3.0 vs. −21.0 ± 2.5, p = 0.002) and subepicardial levels (−12.2 ± 2.0 vs. −16.2 ± 2.5, p < 0.001). Subepicardial LV GLS in particular facilitated excellent discrimination between HFpEF and controls (AUC 0.90, 95% Confidence Interval 0.81-1). Tissue mapping showed elevated native T1 relaxation times in HFrEF (1033 ± 54 ms) and HFmrEF (1027 ± 40 ms) compared to HFpEF (985 ± 32 ms) und controls (972 ± 31 ms) and a similar pattern regarding T2 relaxation times (controls: 50.6 ± 2.1 ms; HFpEF: 52.6 ± 3.6 ms; HFmrEF: 55.4 ± 3.4 ms; HFrEF 56.0 ± 6.0 ms). ECV did not differ significantly between subgroups. Conclusion: The diagnostic utility of measuring strain during HG appears to be limited. Tissue mapping reveals structural similarities of HFmrEF and HFrEF. Subepicardial LV GLS is a promising diagnostic parameter discriminating between HFpEF and healthy subjects.