心臓MRIによるびまん性心筋疾患の評価

2015.1.24第80回日本心臓血管放射線研究会

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

心筋疾患におけるＣＭＲの役割

臨床情報心不全、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

Mewton N et al. : JACC 2011;57:891-903 , Fig1

Noninvasive assessment by CMR

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

opposed phase：脂肪

T2* ：心筋内出血

＜T2WI,AMI＞＜T1WI, OMI＞

＜ARVC. Fibrofatty change＞

＜AMI,MVO＞

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＞

T2WI

＜Sarcoidosis＞

<Takotsubo>

• 心筋症：しばしばT2延長がみられる

• 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

HCM DCM

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)

Pre: T2=75-80 msec Post: T2=65-70msec

<DCM> β-blockerでreverse remodeling

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MRI

＜遅延造影の機序＞

vessel vessel

細胞外液

梗塞や線維化による間質の増加血流低下、washout遷延

間質は広くない、血流豊富数分で平衡状態

ガドリニウム造影剤は血中から細胞外液に分布

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

虚血性 非虚血性

中層

外膜側

内膜側全周性

心内膜下梗塞

貫壁性梗塞

→Sarcoidosis、心筋炎、Anderson-Fabry病、Chagas病

→ＨＣＭ，右室負荷

（先天性心疾患、肺高血圧）

→Sarcoidosis、心筋炎、Anderson-Fabry病、Chagas病

→DCM

→Amyloidosis, Systemic sclerosis,心臓移植後

遅延造影のパターンと各種心筋疾患

CMR と EMB (心筋生検):正診率比較

CMR alone : Cine, LGE pattern,(T2WI)• 全体正診率 80%• EMBより優れる

CS, DCM, HHDHCM(APH,HOCM)

• 間違えやすいものd-HCM→CSd-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

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

EMB alone• 全体正診率 68%• 間違えやすいもの

HCM→HHDHHD→DCMCS→DCM

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

Combined CMR+clinical data+echo=いずれも 95%以上の正診率

Yoshida, et al. EJHF 2013

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

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

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

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

Zio station 2

（Shalla et al, Eur J Heart Fail 2010;12:227-31)DCMにおいて、LGEは病理学的線維化を反映しない

遅延造影の問題点

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 mapMOLLI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

– 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

- 3 IR sequence- 11 image - Scan time:17 beats

MOLLI撮影法(Original)

IR Pulseを基点に取る

Fast MOLLI@NCVC

• 2 IR sequence • Pausing between IR sequences• 8 source images• Scan time : depend on HR

T1 map

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 )

180deg Pulseを基点に取る

• 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

MOLLI→ 現在最も有力な定量評価法

T1 mapの評価法

T1＝1280 msec

Mewton N et al. : JACC 2011;57:891-903 , Fig1 MOLLIによるT1 mapの問題点・注意点

T1 distribution histogram

Segment baseBull's-eye

任意のROIでT1計測が可能 Color map

T1 Peak, Distribution scatter : etiology

これらを解決する撮影法の工夫－ SR pulse, navigator echo

T1 mapping

LGE

Enhanced DCMと Unenhanced DCMの造影後T1 は正常心筋よりも有意に短縮

造影後の平均T1

T1mapの臨床応用 DCM：正常例との比較

中隔主体に線状LGEあり「LGE陰性」の領域でもT1は短縮

• 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

＜正常＞

＜DCM＞

• 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

p=0.0008 p=0.03p<0.0001

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

HCM LGE(+) HCM LGE(-) Normal

T1

Pre-contrast T1

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

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？

T1 1450-1500msec

Native T1 とPCr/ATP ratio（MRS）は負の相関 (r=−0.59, P<0.0001)

1310

1270

1230

1390

1150Non

-con

tras

t mea

n T1

(ms)

PCr/ATP

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

R=-0.59p<0.0001

（Dass et al, Circ Cardiovasc Imaging 2012;5(7), 726-733)

Native T1 mappingの有用性

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

→ 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？

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？

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

λ

1.00

ECV

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

T1 map R1 map R1 map map/ECV map(1/T1) (post-pre) (1/R1blood)

Pre

Post

0.84

0.63

1.00

Map・ECV mapの作り方

Registrationの問題 時間と手間がかかる

造影前後のT1 map → ECV

Medis, Q mass（プロトタイプ）造影前T1 map

造影後T1 map

ZIO STATION 2

• Validationは必要

造影前後のT1 map→ECV map＠NCVC

T1 map(pre)

＜HCM＞

T1 map(post)

ECV map

Bulls eye map

LGE

ReportT1＝1397 msec

T1＝573 msec

ECV＝44 %

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

正常心筋

DCM

アミロイドーシス

梗塞・線維化

浮腫、炎症

（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）