A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
يعد تقييم وظيفة الأوعية الدموية الدقيقة عن طريق التصوير بالرنين المغناطيسي القلبي الحساس للأكسجة مع مناورات التنفس النشطة في الأوعية فريدا من نوعه في قدرته على تقييم التغيرات الديناميكية السريعة في أكسجة عضلة القلب في الجسم الحي ، وبالتالي ، قد يكون بمثابة تقنية تشخيصية مهمة للغاية لوظيفة الأوعية الدموية التاجية.
التصوير بالرنين المغناطيسي للقلب الحساس للأكسجين (OS-CMR) هو تقنية تشخيصية تستخدم الخصائص البارامغناطيسية المتأصلة في ديوكسي هيموغلوبين كمصدر داخلي لتباين الأنسجة. يستخدم OS-CMR مع مناورات التنفس النشطة في الأوعية القياسية (فرط التنفس وانقطاع النفس) كمحفز حركي وعائي قوي غير دوائي ، ويمكن ل OS-CMR مراقبة التغيرات في أكسجة عضلة القلب. يمكن أن يوفر القياس الكمي لمثل هذه التغييرات أثناء الدورة القلبية وخلال المناورات النشطة في الأوعية الدموية علامات لوظيفة الأوعية الدموية التاجية الكبيرة والدقيقة وبالتالي التحايل على الحاجة إلى أي عوامل إجهاد خارجية أو في الوريد أو دوائية.
يستخدم OS-CMR الحساسية المعروفة للصور المرجحة T2 * لأكسجة الدم. يمكن الحصول على صور حساسة للأكسجة على أي ماسح ضوئي للتصوير بالرنين المغناطيسي للقلب باستخدام تسلسل سينمائي قياسي معدل للحالة المستقرة السريرية (SSFP) ، مما يجعل هذه التقنية محايدة للبائع ويمكن تنفيذها بسهولة. كمناورة تنفس نشطة في الأوعية ، نطبق بروتوكول التنفس لمدة 4 دقائق لمدة 120 ثانية من التنفس الحر ، و 60 ثانية من فرط التنفس ، متبوعا بحبس التنفس الزفيري لمدة 30 ثانية على الأقل. يمكن تقييم الاستجابة الإقليمية والعالمية لأكسجة أنسجة عضلة القلب لهذه المناورة من خلال تتبع تغير شدة الإشارة. تمت دراسة التغيير خلال 30 ثانية الأولى من حبس التنفس بعد فرط التنفس ، والذي يشار إليه باسم احتياطي أكسجة عضلة القلب الناجم عن التنفس (B-MORE) في الأشخاص الأصحاء والأمراض المختلفة. يتم توفير بروتوكول مفصل لإجراء فحوصات CMR الحساسة للأكسجين مع مناورات نشطة في الأوعية.
كما هو موضح في المرضى الذين يعانون من خلل وظيفي في الأوعية الدموية الدقيقة في حالات غير مفهومة تماما ، مثل نقص التروية المستحث مع عدم وجود تضيق الشريان التاجي الانسدادي (INOCA) ، أو فشل القلب مع الكسر القذفي المحفوظ (HFpEF) ، أو ضعف الأوعية الدموية الدقيقة بعد زرع القلب ، يوفر هذا النهج معلومات فريدة ومهمة سريريا وتكميلية عن وظيفة الأوعية التاجية.
يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي للقلب الحساس للأكسجة (OS-CMR) الخصائص البارامغناطيسية المتأصلة في ديوكسي هيموغلوبين كمصدر داخلي لتباين MR1،2،3. يستخدم OS-CMR مع مناورات التنفس النشطة في الأوعية القياسية (فرط التنفس وانقطاع النفس) كمحفز حركي وعائي غير دوائي قوي ، ويمكن مراقبة التغيرات في أكسجة عضلة القلب كعلامة لوظيفة الأوعية الدموية ، وبالتالي التحايل على الحاجة إلى أي تباين خارجي أو في الوريد أو عوامل إجهاد دوائية 4،5،6.
تعد مناورات التنفس ، بما في ذلك حبس النفس وفرط التنفس ، تدابير فعالة للغاية في الأوعية لتغيير حركة الأوعية ، وبسبب سلامتها وبساطتها ، فهي مثالية للتحكم في الحركة الوعائية المعتمدة على البطانة كجزء من إجراء تشخيصي. أظهرت الدراسات فعالية إضافية عند الجمع بين فرط التنفس مع التنفس اللاحق 4,7 ، كما هو الحال خلال مثل هذا البروتوكول ، يتبع تضيق الأوعية (من خلالالانخفاض المرتبط بثاني أكسيد الكربون في الدم) توسع الأوعية (زيادة ثاني أكسيد الكربون في الدم) ؛ وبالتالي ، ينتقل نظام الأوعية الدموية الصحي عبر النطاق الكامل من تضيق الأوعية إلى توسع الأوعية مع زيادة قوية في تدفق الدم في عضلة القلب ، مما يؤدي بدوره إلى زيادة أكسجة عضلة القلب ، وبالتالي كثافة الإشارة التي يمكن ملاحظتها في صور OS-CMR. يسمح استخدام الصور السينمائية للاكتساب أيضا بنتائج حل طور القلب مع نسبة إشارة إلى ضوضاء أفضل عند مقارنتها بتسريب الأدينوزين8.
يمكن أن تحل مناورات التنفس محل عوامل الإجهاد الدوائية لإحداث تغييرات نشطة في الأوعية يمكن استخدامها لتقييم وظيفة الأوعية التاجية. هذا لا يقلل فقط من مخاطر المريض والجهود اللوجستية والتكاليف المرتبطة به ولكنه يساعد أيضا في توفير نتائج أكثر جدوى سريريا. تؤدي عوامل الإجهاد الدوائي مثل الأدينوزين إلى استجابة تعتمد على البطانة ، وبالتالي تعكس وظيفة البطانة نفسها. كان هذا التقييم المحدد لوظيفة البطانة حتى الآن ممكنا فقط من خلال إعطاء الأسيتيل كولين داخل الشريان التاجي كموسع للأوعية يعتمد على البطانة. ومع ذلك ، فإن هذا الإجراء شديد التوغل 2,9 ، وبالتالي نادرا ما يتم إجراؤه.
تفتقر إلى الوصول إلى المؤشرات الحيوية المباشرة ، استخدمت العديد من تقنيات التشخيص علامات بديلة مثل امتصاص الأنسجة لعامل تباين خارجي. وهي محدودة بالحاجة إلى واحد أو اثنين من خطوط الوصول عن طريق الوريد ، وموانع مثل مرض الكلى الحاد أو الإحصار الأذيني البطيني ، والحاجة إلى الوجود المادي للموظفين المدربين على إدارة الآثار الجانبية الشديدة المحتملة10,11. ومع ذلك ، فإن أهم قيود التصوير الحالي لوظيفة الشريان التاجي لا يزال هو أن نضح عضلة القلب كعلامة بديلة لا يعكس أكسجة أنسجة عضلة القلب باعتبارها أهم نتيجة لخلل الأوعية الدموية2.
تم استخدام OS-CMR مع مناورات التنفس النشطة في الأوعية لتقييم وظيفة الأوعية الدموية في العديد من السيناريوهات ، بما في ذلك الأفراد الأصحاء ، وأمراض الأوعية الدموية الكبيرة في المرضى الذين يعانون من مرض الشريان التاجي (CAD) ، وكذلك ضعف الأوعية الدموية الدقيقة في المرضى الذين يعانون من انقطاع النفس الانسدادي النومي (OSA) ، نقص التروية مع عدم وجود تضيق الشريان التاجي الانسدادي (INOCA) ، بعد زرع القلب ، وفشل القلب مع الكسر القذفي المحفوظ (HFpEF) 4 ، 7،12،13،14،15،16. في مجموعة CAD ، ثبت أن بروتوكول احتياطي أكسجة عضلة القلب الناجم عن التنفس (B-MORE) المشتق من OS-CMR آمن وممكن وحساس في تحديد استجابة الأوكسجين الضعيفة في مناطق عضلة القلب التي يتخللها الشريان التاجي مع تضيق كبير13.
في ضعف الأوعية الدموية الدقيقة ، أظهر OS-CMR استجابة متأخرة لأكسجة عضلة القلب في المرضى الذين يعانون من انقطاع النفس الانسدادي النومي ، وتم العثور على B-MORE ضعيف في المرضى الذين يعانون من HFpEF وبعد زرع القلب12،14،16. في النساء المصابات ب INOCA ، أدت مناورة التنفس إلى استجابة غير متجانسة بشكل غير طبيعي لأكسجة عضلة القلب ، مما يسلط الضوء على ميزة الدقة المكانية العالية ل OS-CMR15. تستعرض هذه الورقة الأساس المنطقي والمنهجية لأداء OS-CMR مع مناورات التنفس النشطة في الأوعية وتناقش فائدتها السريرية في تقييم الفيزيولوجيا المرضية الوعائية في مجموعات المرضى الذين يعانون من خلل وظيفي في الأوعية الدموية الدقيقة ، وتحديدا من حيث صلتها بالخلل البطاني.
السياق الفسيولوجي للتصوير بالرنين المغناطيسي الحساس للأكسجة المعزز بالتنفس
في ظل الظروف الفسيولوجية العادية ، تقابل الزيادة في الطلب على الأكسجين زيادة مكافئة في إمدادات الأكسجين من خلال زيادة تدفق الدم ، مما يؤدي إلى عدم حدوث تغيير في تركيز الديوكسي هيموغلوبين المحلي. في المقابل ، يؤدي توسع الأوعية المستحث إلى تدفق "زائد" للدم المؤكسج دون تغيير في الطلب على الأكسجين. وبالتالي ، يتم أكسجة المزيد من الهيموغلوبين النسيجي ، وبالتالي ، هناك كمية أقل من deoxyhemoglobin ، مما يؤدي إلى زيادة نسبية في شدة إشارة OS-CMR 4,17. إذا تعرضت وظيفة الأوعية الدموية للخطر ، فلن تتمكن من الاستجابة بشكل صحيح للطلب الأيضي المتغير أو التحفيز لزيادة تدفق الدم في عضلة القلب.
في وضع حافز لاستنباط حركة الأوعية ، مثل فرط التنفس الذي يثير تضيق الأوعية أو حبس النفس الطويل الذي يثير توسع الأوعية بوساطة ثاني أكسيد الكربون ، فإن ضعف النشاط الحركي الوعائي سيؤدي إلى زيادة نسبية في تركيز الديوكسي هيموغلوبين المحلي مقارنة بالمناطق الأخرى ، وبالتالي انخفاض التغير في شدة إشارة OS-CMR. في وضع نقص التروية المستحث ، سيؤدي ضعف وظيفة الأوعية الدموية إلى زيادة الطلب المحلي الذي لا تلبيه زيادة محلية في تدفق الدم في عضلة القلب حتى في حالة عدم وجود تضيق الشريان التاجي النخابي. في صور OS-CMR ، تؤدي الزيادة المحلية الصافية في تركيز الديوكسي هيموغلوبين إلى انخفاض في شدة الإشارة المحلية2،18،19،20.
تم إثبات استرخاء العضلات الملساء الوعائية الموهنة استجابة لموسعات الأوعية المعتمدة على البطانة والمستقلة (بما في ذلك الأدينوزين) في المرضى الذين يعانون من خلل وظيفي في الأوعية الدموية الدقيقة التاجية 21،22،23،24،25،26،27. يعتقد أن الخلل الوظيفي المستقل البطاني يرجع إلى تشوهات هيكلية من تضخم الأوعية الدموية الدقيقة أو أمراض عضلة القلب المحيطة. في المقابل ، يؤدي الخلل البطاني إلى عدم كفاية تضيق الأوعية وضعف استرخاء الأوعية (المعتمد على البطانة) ، والذي يحدث عادة بسبب فقدان النشاط الحيوي لأكسيد النيتريك في جدار الوعاء الدموي21،28. وقد تورط الخلل البطاني في التسبب في عدد من أمراض القلب والأوعية الدموية ، بما في ذلك فرط كوليسترول الدم وارتفاع ضغط الدم والسكري و CAD وانقطاع النفس الانسدادي النومي و ENOCA و HF23،24،28،29،30،31،32. في الواقع ، الخلل البطاني هو أول مظهر من مظاهر تصلب الشرايين التاجية33. يتمتع تصوير الوظيفة البطانية بإمكانات قوية للغاية ، نظرا لدوره كمؤشر مهم للأحداث القلبية الوعائية الضارة والنتائج طويلة المدى ، مع آثار تنبؤية عميقة في حالات أمراض القلب والأوعية الدموية23،29،30،31،34،35.
على عكس تصوير التروية ، فإن احتياطي أكسجة عضلة القلب الناجم عن التنفس (B-MORE) ، والذي يعرف بأنه الزيادة النسبية في أكسجة عضلة القلب أثناء حبس التنفس بعد فرط التنفس يسمح بتصور عواقب مثل هذا الزناد النشط في الأوعية على الأوكسجين العالمي أو الإقليمي نفسه 2,36. كعلامة دقيقة في اتجاه مجرى النهر لوظيفة الأوعية الدموية ، لا يمكن ل B-MORE تحديد الخلل الوظيفي في الأوعية الدموية فحسب ، بل أيضا نقص التروية المحرض الفعلي ، مما يشير إلى وجود مشكلة نضح موضعي أو أكسجة أكثر حدة18،19،37. ويتحقق ذلك من خلال قدرة OS-CMR على تصور الانخفاض النسبي في الهيموغلوبين غير المؤكسج ، وهو وفير في النظام الشعري لعضلة القلب ، والذي يمثل في حد ذاته نسبة كبيرة من أنسجة عضلة القلب24.
تسلسل OS-CMR
تسلسل التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) المستخدم في تصوير OS-CMR هو تسلسل مستقبلي ، معدل ، متوازن ، حالة مستقرة ، حر (bSSFP) تم الحصول عليه في شريحتين قصيرتي المحور. تسلسل bSSFP هذا هو تسلسل سريري قياسي متاح (وقابل للتعديل) على جميع ماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي التي تقوم بإجراء التصوير بالرنين المغناطيسي للقلب ، مما يجعل هذه التقنية محايدة للبائع ويمكن تنفيذها بسهولة. في تسلسل سينمائي bSSFP منتظم ، يتم تعديل وقت الصدى ووقت التكرار وزاوية الوجه لتوعية شدة الإشارة الناتجة بتأثير BOLD ، وبالتالي إنشاء تسلسل حساس للأكسجين. وقد ثبت سابقا أن هذا النهج ، وهو قراءات bSSFP المعدة من T2 ، مناسب للحصول على صور حساسة للأكسجين مع نسبة إشارة إلى ضوضاء أعلى ، وجودة صورة أعلى ، وأوقات مسح أسرع عند مقارنتها بتقنيات صدى التدرج السابقة المستخدمة في تصويرBOLD 38. يمكن تطبيق أداء OS-CMR المعزز للتنفس باستخدام هذا النهج مع عدد قليل جدا من الآثار الجانبية الخفيفة (الجدول 1). من الجدير بالذكر أن أكثر من 90٪ من المشاركين يكملون هذا البروتوكول بأوقات حبس أنفاس طويلة بما فيه الكفاية4،12،13،16.
يجب إجراء جميع فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام OS-CMR مع مناورات التنفس النشطة في الأوعية وفقا للإرشادات المؤسسية المحلية. تم استخدام البروتوكول الموضح أدناه في الدراسات المعتمدة من قبل العديد من لجان أخلاقيات البحوث البشرية المؤسسية. تم الحصول على موافقة خطية لجميع بيانات المشاركين البشريين والنتائج الموضحة في هذا البروتوكول والمخطوطة.
1. نظرة عامة واسعة
2. إجراء ما قبل المسح
3. اكتساب التصوير بالرنين المغناطيسي للتسلسلات الحساسة للأكسجين
4. الحصول على خط الأساس لنظام التشغيل
5. اكتساب نظام التشغيل المستمر مع مناورات التنفس النشطة في الأوعية
ملاحظة: تأكد من أن كل مشارك قد تم إرشاده حول الأداء السليم لمناورة التنفس قبل أن يكون في ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي (انظر القسم 2).
6. تحليل الصور
7. التجزئة للتحليل الإقليمي
8. حساب B-MORE
الترجمة الفورية B-MORE
في الدراسات المنشورة سابقا باستخدام OS-CMR مع مناورات التنفس النشطة في الأوعية ، تم حساب B-MORE العالمي أو الإقليمي من خلال مقارنة الصورة الانقباضية النهائية الأولى لحبس التنفس بالصورة الانقباضية النهائية الأقرب إلى 15 ثانية ، 30 ثانية ، 45 ثانية ، وما إلى ذلك من حب?...
إن إضافة اكتساب OS-CMR مع مناورات التنفس الموحدة والنشطة في الأوعية إلى بروتوكول بحث أو تصوير بالرنين المغناطيسي السريري المعمول به بالفعل يضيف القليل من الوقت إلى الفحص الشامل. مع هذه الإضافة القصيرة ، يمكن الحصول على معلومات حول وظيفة الأوعية الدموية الكبيرة والدقيقة الأساسية (
تم إدراج MGF كحامل لبراءة الاختراع الأمريكية رقم 14/419,877: إحداث وقياس تغيرات أكسجة عضلة القلب كعلامة لأمراض القلب. براءة اختراع الولايات المتحدة رقم 15/483,712: قياس تغيرات الأوكسجين في الأنسجة كعلامة لوظيفة الأوعية الدموية؛ براءة الاختراع الأمريكية رقم 10,653,394: قياس تغيرات الأوكسجين في الأنسجة كعلامة لوظيفة الأوعية الدموية - استمرارها ؛ وبراءة الاختراع الكندية CA2020 / 051776: طريقة وجهاز لتحديد المؤشرات الحيوية لوظيفة الأوعية الدموية باستخدام صور CMR الجريئة. تم إدراج EH كحامل لبراءة الاختراع الدولية CA2020 / 051776: طريقة وجهاز لتحديد المؤشرات الحيوية لوظيفة الأوعية الدموية باستخدام صور CMR الجريئة.
تم إجراء هذه الورقة ومراجعة المنهجية من قبل الفريق بأكمله لمجموعة أبحاث كورتوا CMR في المركز الصحي بجامعة ماكجيل. شكر خاص لتقنيي التصوير بالرنين المغناطيسي لدينا ماجي ليو وسيلفي جيلينو لمسح المشاركين لدينا وردود الفعل على هذه المخطوطة.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
balanced SSFP MRI sequence | Any | To modify to create the OS-CMR sequence | |
DICOM/ Imaging Viewer | Any | Best if the viewer has the ability for quantitative measurements (i.e., Area19 prototype software) | |
Magnetic Resonance Imaging scanner | Any | 3 Tesla or 1.5 Tesla | |
Metronome | Any | Set to 30 breaths per minute. To use if manually communicating breathing maneuver instructions to participants. | |
Speaker system | Any | To communicate breathing maneuver instrucitons to participants through | |
Stopwatch | Any | To use if manually communicating breathing maneuver instructions to participants |
This corrects the article 10.3791/64149
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved