IRM cardiaque sensible à l’oxygénation avec manœuvres respiratoires vasoactives pour l’évaluation non invasive de la dysfonction microvasculaire coronarienne

L’évaluation de la fonction microvasculaire par imagerie par résonance magnétique cardiaque sensible à l’oxygénation en combinaison avec des manœuvres respiratoires vasoactives est unique dans sa capacité à évaluer les changements dynamiques rapides de l’oxygénation myocardique in vivo et, par conséquent, peut servir de technique de diagnostic d’une importance cruciale pour la fonction vasculaire coronarienne.

L’imagerie par résonance magnétique cardiaque sensible à l’oxygénation (OS-CMR) est une technique de diagnostic qui utilise les propriétés paramagnétiques inhérentes à la désoxyhémoglobine comme source endogène de contraste tissulaire. Utilisé en combinaison avec des manœuvres respiratoires vasoactives standardisées (hyperventilation et apnée) en tant que puissant stimulus vasomoteur non pharmacologique, l’OS-CMR peut surveiller les changements dans l’oxygénation du myocarde. La quantification de ces changements au cours du cycle cardiaque et tout au long des manœuvres vasoactives peut fournir des marqueurs de la fonction macro et microvasculaire coronaire et ainsi contourner le besoin d’agents de contraste extrinsèques, intraveineux ou de stress pharmacologique.

OS-CMR utilise la sensibilité bien connue des images pondérées en T2* à l’oxygénation du sang. Les images sensibles à l’oxygénation peuvent être acquises sur n’importe quel scanner IRM cardiaque à l’aide d’une séquence ciné clinique standard modifiée de précession libre à l’état d’équilibre (SSFP), ce qui rend cette technique indépendante du fournisseur et facile à mettre en œuvre. En tant que manœuvre de respiration vasoactive, nous appliquons un protocole respiratoire de 4 min de 120 s de respiration libre, 60 s d’hyperventilation rythmée, suivis d’une apnée expiratoire d’au moins 30 s. La réponse régionale et globale de l’oxygénation du tissu myocardique à cette manœuvre peut être évaluée en suivant le changement d’intensité du signal. L’évolution au cours des 30 premières secondes de l’apnée post-hyperventilation, appelée réserve d’oxygénation myocardique induite par la respiration (B-MORE), a été étudiée chez des personnes en bonne santé et diverses pathologies. Un protocole détaillé pour effectuer des examens CMR sensibles à l’oxygène avec des manœuvres vasoactives est fourni.

Comme cela a été démontré chez les patients présentant un dysfonctionnement microvasculaire dans des conditions encore incomplètement comprises, telles que l’ischémie inductible sans sténose obstructive de l’artère coronaire (INOCA), l’insuffisance cardiaque avec fraction d’éjection préservée (HFpEF) ou le dysfonctionnement microvasculaire après transplantation cardiaque, cette approche fournit des informations uniques, cliniquement importantes et complémentaires sur la fonction vasculaire coronarienne.

L’imagerie par résonance magnétique cardiaque sensible à l’oxygénation (OS-CMR) utilise les propriétés paramagnétiques inhérentes à la désoxyhémoglobine comme source endogène de contraste IRM ^1,2,3. Utilisé en combinaison avec des manœuvres respiratoires vasoactives standardisées (hyperventilation et apnée) en tant que puissant stimulus vasomoteur non pharmacologique, l’OS-CMR peut surveiller les changements dans l’oxygénation du myocarde en tant que marqueur de la fonction vasculaire, contournant ainsi le besoin de tout produit de contraste extrinsèque, intraveineux ou d’agents de stress pharmacologiques ^4,5,6.

Les manœuvres respiratoires, y compris l’apnée et l’hyperventilation, sont des mesures vasoactives très efficaces pour modifier la vasomotion et, en raison de leur sécurité et de leur simplicité, sont idéales pour contrôler la vasomotion endothéliale dépendante dans le cadre d’une procédure de diagnostic. Des études ont montré une efficacité accrue lors de l’association de l’hyperventilation avec une apnée subséquente^4,7, car au cours d’un tel protocole^, la vasoconstriction (par la diminution associée du dioxyde de carbone dans le sang) est suivie d’une vasodilatation (augmentation du dioxyde de carbone dans le sang) ; ainsi, un système vasculaire sain passe par toute la gamme de la vasoconstriction à la vasodilatation avec une forte augmentation du flux sanguin myocardique, ce qui augmente à son tour l’oxygénation myocardique et, par conséquent, l’intensité du signal observable dans les images OS-CMR. L’utilisation d’images cinématographiques pour l’acquisition permet également d’obtenir des résultats de résolution de phase cardiaque avec un meilleur rapport signal/bruit par rapport à la perfusion d’adénosine⁸.

Les manœuvres respiratoires peuvent remplacer les agents de stress pharmacologiques pour induire des changements vasoactifs qui peuvent être utilisés pour évaluer la fonction vasculaire coronarienne. Cela permet non seulement de réduire les risques pour les patients, les efforts logistiques et les coûts associés, mais aussi d’obtenir des résultats cliniquement plus significatifs. Les agents de stress pharmacologiques tels que l’adénosine déclenchent une réponse dépendante de l’endothélium et, par conséquent, reflètent la fonction endothéliale elle-même. Jusqu’à présent, une telle évaluation spécifique de la fonction endothéliale n’a été possible que par l’administration intracoronaire d’acétylcholine en tant que vasodilatateur endothélial dépendant. Cette procédure, cependant, est très invasive^2,9 et, par conséquent^, rarement pratiquée.

En l’absence de biomarqueurs directs, plusieurs techniques de diagnostic ont utilisé des marqueurs de substitution tels que l’absorption tissulaire d’un agent de contraste exogène. Ils sont limités par la nécessité d’une ou deux voies d’accès intraveineuses, des contre-indications telles qu’une maladie rénale grave ou un bloc auriculo-ventriculaire, et la nécessité de la présence physique d’un personnel formé à la prise en charge des effets secondaires potentiellement graves^10,11. La limitation la plus importante de l’imagerie actuelle de la fonction coronaire reste cependant que la perfusion myocardique en tant que marqueur de substitution ne reflète pas l’oxygénation du tissu myocardique comme la conséquence la plus importante en aval de la dysfonction vasculaire².

L’OS-CMR avec des manœuvres respiratoires vasoactives a été utilisée pour évaluer la fonction vasculaire dans de nombreux scénarios, y compris les personnes en bonne santé, la maladie macrovasculaire chez les patients atteints de maladie coronarienne (coronaropathie), ainsi que le dysfonctionnement microvasculaire chez les patients souffrant d’apnée obstructive du sommeil (AOS), d’ischémie sans sténose obstructive de l’artère coronaire (INOCA), après une transplantation cardiaque et d’insuffisance cardiaque avec fraction d’éjection préservée (HFpEF)^4, 7,12,13,14,15,16. Dans une population coronarienne, le protocole de la réserve d’oxygénation myocardique induite par la respiration (B-MORE) dérivé de l’OS-CMR s’est avéré sûr, réalisable et sensible pour identifier une réponse d’oxygénation altérée dans les territoires myocardiques perfusés par une artère coronaire avec une sténose significative¹³.

Dans le cas d’un dysfonctionnement microvasculaire, l’OS-CMR a démontré un retard de la réponse d’oxygénation myocardique chez les patients souffrant d’apnée obstructive du sommeil, et un B-MORE émoussé a été trouvé chez les patients atteints d’HFpEF et après transplantation cardiaque^12,14,16. Chez les femmes atteintes d’INOCA, la manœuvre respiratoire a conduit à une réponse d’oxygénation myocardique anormalement hétérogène, soulignant l’avantage de la haute résolution spatiale de l’OS-CMR¹⁵. Cet article passe en revue la raison d’être et la méthodologie de la réalisation de l’OS-CMR avec des manœuvres respiratoires vasoactives et discute de son utilité clinique dans l’évaluation de la physiopathologie vasculaire dans les populations de patients présentant un dysfonctionnement microvasculaire, en particulier en ce qui concerne le dysfonctionnement endothélial.

Le contexte physiologique de l’IRM sensible à l’oxygénation assistée par la respiration
Dans des conditions physiologiques normales, une augmentation de la demande en oxygène s’accompagne d’une augmentation équivalente de l’apport en oxygène par l’augmentation du flux sanguin, ce qui n’entraîne aucun changement de la concentration locale de désoxyhémoglobine. En revanche, la vasodilatation induite conduit à un afflux « excessif » de sang oxygéné sans modification de la demande en oxygène. Par conséquent, une plus grande partie de l’hémoglobine tissulaire est oxygénée et, par conséquent, il y a moins de désoxyhémoglobine, ce qui entraîne une augmentation relative de l’intensité du signal OS-CMR ^4,17. Si la fonction vasculaire est compromise, elle ne peut pas répondre correctement à une demande métabolique modifiée ou à un stimulus pour augmenter le flux sanguin myocardique.

Dans le cadre d’un stimulus pour provoquer une vasomotion, tel qu’une hyperventilation rythmée provoquant une vasoconstriction ou une longue apnée provoquant une vasodilatation médiée par le dioxyde de carbone, l’altération de l’activité vasomotrice entraînerait une augmentation relative de la concentration locale de désoxyhémoglobine par rapport à d’autres régions et, par conséquent, une modification réduite de l’intensité du signal OS-CMR. Dans le cadre d’une ischémie inductible, une altération de la fonction vasculaire entraînerait une augmentation de la demande locale non satisfaite par une augmentation locale du débit sanguin du myocarde, même en l’absence de sténose de l’artère coronaire épicardique. Dans les images OS-CMR, l’augmentation locale nette de la concentration de désoxyhémoglobine conduit à une diminution de l’intensité du signal local 2,18,19,20.

Une relaxation atténuée des muscles lisses vasculaires en réponse à des vasodilatateurs dépendants et indépendants de l’endothélium (y compris l’adénosine) a été démontrée chez des patients présentant une dysfonction microvasculaire coronarienne 21,22,23,24,25,26,27 . On pense que le dysfonctionnement endothélial indépendant est dû à des anomalies structurelles dues à une hypertrophie microvasculaire ou à une pathologie myocardique environnante. En revanche, le dysfonctionnement endothélial se traduit à la fois par une vasoconstriction inadéquate et une vasorelaxation altérée (dépendante de l’endothélium), généralement causée par une perte de bioactivité de l’oxyde nitrique dans la paroi vasculaire^21,28. Le dysfonctionnement endothélial a été impliqué dans la pathogenèse d’un certain nombre de maladies cardiovasculaires, notamment l’hypercholestérolémie, l’hypertension, le diabète, la coronaropathie, l’apnée obstructive du sommeil, l’inoca et l’HF 23,24,28,29,30,31,32. En fait, le dysfonctionnement endothélial est la manifestation la plus précoce de l’athérosclérose coronarienne³³. L’imagerie de la fonction endothéliale a un très fort potentiel, compte tenu de son rôle en tant que prédicteur significatif des événements cardiovasculaires indésirables et des résultats à long terme, avec de profondes implications pronostiques dans les états de maladie cardiovasculaire 23,29,30,31,34,35.

Contrairement à l’imagerie de perfusion, la réserve d’oxygénation myocardique induite par la respiration (B-MORE), définie comme l’augmentation relative de l’oxygénation myocardique lors d’une apnée post-hyperventilation, permet de visualiser les conséquences d’un tel déclencheur vasoactif sur l’oxygénation globale ou régionale elle-même ^2,36. En tant que marqueur précis en aval de la fonction vasculaire, B-MORE peut donc non seulement identifier un dysfonctionnement vasculaire, mais aussi une ischémie inductible réelle, indiquant un problème local de perfusion ou d’oxygénation plus sévère^18,19,37. Ceci est réalisé grâce à la capacité de l’OS-CMR à visualiser la diminution relative de l’hémoglobine désoxygénée, qui est abondante dans le système capillaire du myocarde, qui représente lui-même une proportion importante du tissu myocardique²⁴.

Séquence OS-CMR
La séquence d’imagerie par résonance magnétique (IRM) utilisée pour l’imagerie OS-CMR est une séquence de précession libre (bSSFP) à l’état stationnaire (bSSFP) obtenue en deux coupes à axe court. Cette séquence bSSFP est une séquence clinique standard disponible (et modifiable) sur tous les scanners IRM qui effectuent une IRM cardiaque, ce qui rend cette technique indépendante du fournisseur et facile à mettre en œuvre. Dans une séquence ciné bSSFP régulière, le temps d’écho, le temps de répétition et l’angle de retournement sont modifiés pour sensibiliser l’intensité du signal résultant à l’effet BOLD et, ainsi, créer une séquence sensible à l’oxygénation. Cette approche, une lecture bSSFP préparée par T2, s’est déjà avérée adaptée à l’acquisition d’images sensibles à l’oxygénation avec un rapport signal/bruit plus élevé, une qualité d’image supérieure et des temps de balayage plus rapides par rapport aux techniques d’écho de gradient précédentes utilisées pour l’imagerie BOLD³⁸. Cette approche permet d’appliquer la SG-CMR avec une amélioration de la respiration avec très peu d’effets secondaires légers (tableau 1). Il est à noter que plus de 90 % des participants terminent ce protocole avec des temps d’apnée suffisamment longs 4,12,13,16.

Toutes les IRM utilisant l’OS-CMR avec des manœuvres respiratoires vasoactives doivent être effectuées conformément aux directives de l’établissement local. Le protocole décrit ci-dessous a été utilisé dans des études approuvées par plusieurs comités institutionnels d’éthique de la recherche sur des êtres humains. Un consentement écrit a été obtenu pour toutes les données et tous les résultats des participants humains décrits dans ce protocole et ce manuscrit.

1. Vue d’ensemble

1. Variez les critères d’inclusion et d’exclusion en fonction de la population d’étude d’intérêt. Utiliser les critères d’exclusion généraux et courants suivants pour un protocole de SG-CMR avec manœuvres respiratoires vasoactives : contre-indications générales à l’IRM (p. ex., dispositifs incompatibles avec l’IRM tels que stimulateurs cardiaques ou défibrillateurs, matériel implanté ou corps étrangers), consommation de caféine ou de médicaments vasoactifs dans les 12 heures précédant l’IRM, et âge <18 ans.
2. Tout d’abord, acquérez les images standard de l’éclaireur d’alignement de piste clinique et de la structure et de la fonction ventriculaire avant d’acquérir les acquisitions de la SG. Utilisez les images cinéma grand axe bSSFP pour planifier le positionnement des tranches des acquisitions du système d’exploitation.
   NOTA : Un examen des protocoles cliniques normalisés de CMR est décrit ailleurs³⁹.
3. Apnée de base
   1. Acquérir la première série OS-CMR en tant qu’acquisition courte et de base en apnée pour évaluer la qualité de l’image et l’emplacement des coupes, vérifier les artefacts, ainsi que servir de référence de l’intensité du signal.
   2. Effectuez une acquisition courte (~10 s) d’un seul cycle cardiaque après que le participant ait respiré normalement. Assurez-vous que l’apnée est effectuée à la fin de l’expiration.
4. Acquisition continue avec manœuvre de respiration vasoactive
   1. Acquérir la deuxième série OS-CMR sous la forme d’une acquisition continue de 4 minutes comprenant 2 minutes de respiration libre et 1 minute d’hyperventilation rythmée, suivies d’une apnée volontaire et maximale (~1 min). Comme l’acquisition continue permet d’obtenir plusieurs cycles cardiaques sur 4 min, modifiez un paramètre supplémentaire (le nombre de cycles cardiaques acquis par l’acquisition) pour faire de cette série une acquisition à mesures répétées
      REMARQUE : La durée minimale requise de l’apnée est de 30 s, bien qu’une apnée de 60 s soit considérée comme la norme.
   2. Transmettez les instructions pour la manœuvre de respiration vasoactive aux participants dans le scanner IRM en dirigeant manuellement le participant tout au long de la manœuvre respiratoire à travers un microphone connecté au système de haut-parleurs IRM ou via un fichier .mp3 préenregistré (fichier supplémentaire 1) qui peut être lu pour le participant via le système de haut-parleurs IRM.
   3. Commencez la manœuvre de respiration vasoactive avec la respiration libre (après 120 s de respiration libre, l’hyperventilation commence). Guidez le participant à travers une respiration rythmée à l’aide de bips sonores provenant d’un métronome à une fréquence de 30 respirations/min (un bip indique l’inspiration, un bip indique l’expiration). À 55 s d’hyperventilation, donnez un dernier ordre vocal pour « inspirer profondément, puis expirer et retenir votre souffle » pour vous assurer que l’apnée est effectuée à un niveau de fin d’expiration.
      REMARQUE : La variation du CO 2 sanguin est beaucoup plus prononcée avec l’apnée à la fin de l’expiration (la surface pulmonaire est plus petite, ce qui minimise la diffusion résiduelle du CO₂ dans les alvéoles).
5. Analyse d’images
   1. Pour mesurer le B-MORE, considérons la première image systolique terminale pendant l’apnée comme étant le temps 0 s. Comparez les valeurs globales ou régionales de l’intensité du signal de fin de systolique acquise le plus près du point de temps de 30 s de l’apnée à l’intensité du signal d’image au point de temps de 0 s. Indiquez BMORE sous forme de variation en pourcentage de l’intensité du signal à 30 s par rapport au temps 0 s de l’apnée.

2. Procédure de pré-scan

1. S’assurer que chaque participant réussit le questionnaire de sécurité et de compatibilité de l’IRM de l’établissement local (formulaire de contre-indication générale de l’IRM), qui doit inclure des questions sur les antécédents médicaux et chirurgicaux et identifier la présence de tout implant, dispositif ou corps étranger métallique à l’intérieur ou au site chirurgical du participant⁴⁰.
2. Obtenez un test de grossesse, s’il y a lieu.
3. Vérifier que le patient s’est abstenu de prendre des médicaments vasoactifs et de la caféine dans les 12 heures précédant l’IRM.
4. Montrez au participant la vidéo d’instruction sur la manœuvre respiratoire (vidéo supplémentaire S1).
   1. Effectuez une séance d’entraînement de 60 s d’hyperventilation rythmée suivie d’une apnée volontaire maximale avec chaque participant à l’extérieur de la salle d’IRM et fournissez un retour d’information sur la performance de l’hyperventilation.
   2. Dites aux participants qu’ils peuvent simplement reprendre leur respiration lorsqu’ils en ont une forte envie.
      REMARQUE : Voir la discussion pour les points à noter et fournir des commentaires aux participants.

3. Acquisition par IRM de séquences sensibles à l’oxygénation

1. Modifiez trois paramètres à partir de la séquence bSSFP standard sur la console IRM : augmenter le temps de répétition (TR), augmenter le temps d’écho (TE), diminuer l’angle de retournement (FA).
   REMARQUE : Les valeurs modifiées dépendent de l’intensité du champ de l’appareil IRM (Tableau 2). L’augmentation du TR et de l’ET, ainsi que la diminution de l’AF, entraînent une augmentation de la sensibilité à la T2* ou à l’oxygénation de la séquence IRM. Ces modifications se traduiront alors par une augmentation de la bande passante et de la résolution de base de la séquence.
2. Créez deux séries de systèmes d’exploitation, une ligne de base (étiquetée : OS_base) et l’acquisition continue au cours de laquelle la manœuvre respiratoire est effectuée (étiquetée : OS_cont_acq). Laissez la séquence du système d’exploitation de base inchangée. Dans l’acquisition continue du système d’exploitation, augmentez les mesures répétées de 1 à ~25-40 (selon le type de scanner). Augmentez le nombre de cycles cardiaques (mesures) jusqu’à ce que le temps d’acquisition soit de ~4,5 min.
   REMARQUE : Deux séquences OS-CMR sont nécessaires : l’acquisition de base de l’OS et l’acquisition continue de l’OS avec des manœuvres respiratoires vasoactives. Les sections suivantes décrivent ces étapes.

4. Acquisition de la base de référence du système d’exploitation

1. Pour la prescription de coupes, planifiez dans un cadre fixe systolique de fin d’une vue à grand axe (image à deux ou quatre chambres). Prescrire deux tranches à axe court, l’une au niveau ventriculaire médio-basal et l’autre au niveau ventriculaire médio-apical. Reportez-vous à la discussion pour connaître les points à prendre en compte concernant l’emplacement de la tranche.
2. Réglages des paramètres de séquence
   1. Ajustez les paramètres de séquence selon vos besoins pour un participant donné. Voir le tableau 3 pour les paramètres de séquence qui peuvent ou ne peuvent pas être modifiés.
   2. Ajustez l’espacement moyen entre les tranches en fonction de la taille du cœur du participant et assurez-vous que les tranches sont bien situées.
   3. Ajustez le champ de vision pour éviter les artefacts d’enveloppement si nécessaire. Efforcez-vous de maintenir le champ de vision entre 360 mm et 400 mm.
3. Volume de cale
   1. Ajustez le volume de la cale pour qu’il soit serré autour du ventricule gauche dans les vues à grand et à court axe.
4. Acquisition de séquences
   1. Approuvez la séquence et exécutez-la pendant l’apnée de fin d’expiration. Assurez-vous que cette séquence de base du système d’exploitation dure ~10 s, en fonction de la fréquence cardiaque et de l’IRM.
5. Contrôle de la qualité de l’image
   1. Vérifiez les deux tranches de la série acquise pour détecter tout mouvement respiratoire, un mauvais emplacement de la tranche ou la présence d’artefacts. Répétez la séquence de base du système d’exploitation jusqu’à ce que la qualité d’image adéquate soit obtenue.
6. Pour le dépannage, si l’emplacement de la tranche est trop basal ou trop apical, ajustez l’emplacement de la tranche prescrit pour qu’il soit plus proche du niveau du ventricule moyen. S’il y a un artefact, suivez les étapes ci-dessous :
   1. Vérifiez le sens de codage de phase.
   2. Agrandissez le champ de vision.
   3. Ajustez le volume de la cale autour du ventricule gauche.

5. Acquisition continue de l’OS avec manœuvres respiratoires vasoactives

REMARQUE : Assurez-vous que chaque participant a reçu des instructions sur l’exécution correcte de la manœuvre respiratoire avant d’être dans le scanner IRM (voir section 2).

1. Planification des séquences
   1. Si possible, copiez la position de la tranche et ajustez le volume à partir de l’image de référence du système d’exploitation ou dupliquez la séquence de référence du système d’exploitation et, lors de mesures répétées, augmentez de 1 à ~25-40 (ou près de 4,5 min de temps d’acquisition).
2. Vérifiez le positionnement de l’image et de la tranche, puis capturez le cycle.
3. Si possible, ouvrez la fenêtre de diffusion en direct.
4. Dans la salle de contrôle, branchez un appareil avec le fichier .mp3 des instructions de manœuvre respiratoire dans l’entrée auxiliaire ou préparez-vous à le tenir au-dessus du microphone projeté dans le scanner IRM. Vous pouvez également guider manuellement le participant à travers la manœuvre respiratoire à l’aide d’un chronomètre pour le chronométrage et fournir verbalement des instructions via le microphone connecté au système de haut-parleur IRM.
5. Acquisition de séquences
   1. Appuyez simultanément sur play pour la séquence d’acquisition continue OS sur le scanner IRM et lisez pour le fichier d’instructions de respiration .mp3 ou démarrez le chronomètre si le participant reçoit des instructions manuelles.
   2. Si vous guidez manuellement le participant à travers les manœuvres respiratoires, demandez-lui d’inspirer et d’expirer, puis retenez sa respiration pendant 10 secondes et commencez à hyperventiler dès qu’il entend le bip du métronome.
   3. Avertir le participant au bout de 40 s d’hyperventilation (2h40 sur le chronomètre).
   4. Au point de temps d’hyperventilation de 55 s (2 :55 sur le chronomètre), demandez au participant de « prendre une profonde inspiration, d’expirer et de retenir sa respiration ».
      REMARQUE : Les images de respiration libre et d’hyperventilation auront des artefacts de mouvement. C’est normal. Cependant, il ne devrait pas y avoir d’artefacts de mouvement pendant l’apnée. Il est d’une importance cruciale que les images de respiration soient acquises après l’expiration (position confortable en fin d’expiration). Seule une apnée après l’expiration entraîne une augmentation rapide du CO₂ sanguin pendant les 30 premières secondes de l’apnée suivante, avec la modification associée du flux sanguin coronaire et de l’oxygénation myocardique.
   5. Surveillez la performance du participant en matière d’hyperventilation à travers la fenêtre de la salle de contrôle ou la caméra du scanner IRM pour assurer une performance adéquate de la respiration profonde. Si des soufflets sont utilisés, surveillez les pics d’amplitude sur la visionneuse de contrôle respiratoire. Si l’hyperventilation n’est pas effectuée de manière adéquate après le guidage initial, interrompez l’acquisition et répétez la séquence d’acquisition continue du système d’exploitation.
   6. Surveillez les petites respirations prises par les participants tout au long de l’apnée. Pour ce faire, surveillez le traçage d’une ceinture respiratoire sur la console d’IRM ou visuellement à travers la fenêtre/la caméra.
   7. Une fois que le participant commence à respirer à la fin de l’apnée, arrêtez l’acquisition.
   8. Après la fin de l’acquisition, demandez au participant s’il a ressenti des effets indésirables et laissez-le respirer normalement pendant 3 minutes.
6. Dépannage : acquisition répétée
   1. Si les manœuvres respiratoires doivent être répétées, répétez la séquence de base du système d’exploitation.
      REMARQUE : Une période de 2 à 3 minutes avant de répéter l’acquisition est nécessaire pour permettre à la physiologie de revenir à la ligne de base. Des données antérieures ont montré que la physiologie ne revient pas à la ligne de base après 1 min⁴¹.
   2. Si la qualité d’image de la séquence de référence du système d’exploitation est adéquate, répétez l’acquisition continue du système d’exploitation et l’exécution des manœuvres respiratoires.

6. Analyse d’images

1. Importez les ensembles de données d’images OS-CMR dans une visionneuse DICOM dotée de capacités de contournage d’image, de préférence avec une fonctionnalité permettant d’analyser automatiquement les changements d’intensité du signal sensibles à l’oxygénation.
2. Les marqueurs et leur mesure
   1. Acquérir une image de base lors d’une courte acquisition d’apnée de base avant l’hyperventilation (repos). Comparez la première image de l’apnée (représentant la fin du stimulus « stress ») à l’image de base.
      REMARQUE : L’hyperventilation est un stimulus vasoconstricteur qui réduit l’oxygénation du myocarde (sain : %ΔSI ≈−5 % à −10 %¹³).
   2. Obtenir de nombreuses images (et cycles cardiaques) pendant l’apnée. Utilisez la première image de l’apnée comme ligne de base et comparez toutes les images suivantes à cette image.
      REMARQUE : L’apnée est un stimulus vasodilatateur qui augmente l’oxygénation du myocarde (%ΔSI ≈ +5 %-15 %^12,13,14,16).
   3. Contours du myocarde
      Pour l’analyse manuelle : sélection de la phase cardiaque
      1. Comme l’apnée peut contenir plus de 400 images, n’analysez qu’une seule phase de chaque cycle cardiaque. Par conséquent, concentrez l’analyse sur les images de fin de systolique de chaque cycle cardiaque.
      2. Identifiez les images de fin de systolique de chaque cycle cardiaque.
      3. Dessinez les contours épicardiques et endocardiques autour du myocarde.
      4. Affichez une fenêtre sur l’image pour rechercher des artefacts, qui apparaîtront sous forme de zones sombres (susceptibilité) ou claires en raison d’une mauvaise barrière dans le myocarde.
         REMARQUE : Évitez d’inclure des pixels avec des effets de volume partiels provenant des flaques de sang ventriculaires gauche et droit. La plupart des erreurs de contouring se produisent à partir du contour endocardique, y compris les pixels avec des effets de volume partiels et l’intensité artificiellement élevée du signal résultant du pool sanguin ventriculaire gauche. Pour éviter cela, dessinez le contour endocardique d’un pixel complet à l’intérieur du myocarde. De même, assurez-vous que le contour épicardique est d’un pixel complet à l’intérieur du myocarde pour éviter les effets de volume partiels du pool sanguin ventriculaire droit, de la graisse épicardique ou de l’interface air-poumon.
      5. Copiez et collez les contours endocardiques et épicardiques de la première image systolique terminale du cycle cardiaque à l’image systolique terminale du cycle cardiaque suivant. Ajustez les contours au besoin.
         Pour l’analyse automatisée :
         REMARQUE : Avec les capacités de contouring automatisées, si vous le souhaitez, toutes les phases du cycle cardiaque peuvent être profilées et analysées.
      6. Vérifiez toutes les images pour vous assurer que le contour est précis.
         REMARQUE : Certaines capacités de contournage automatisé disponibles dans le commerce ont été entraînées sur des ensembles de données qui ont été profilés pour l’analyse volumétrique. Ces contours sont sujets à des effets de volume partiels car ils sont censés border le pool sanguin et le myocarde. Les contours de l’OS-CMR doivent être entièrement à l’intérieur du myocarde.

7. Segmentation pour l’analyse régionale

1. Pour obtenir des informations régionales, identifiez l’insertion antéroseptale et inféroseptale du ventricule droit pour diviser le myocarde en segmentation⁴² de l’American Heart Association (AHA).

8. Calcul de B-MORE

1. Exprimez B-MORE en pourcentage de variation de l’intensité du signal entre la ligne de base et la vasodilatation (voir l’équation 1) :
   (1)
2. Calculer le B-MORE global comme l’intensité moyenne globale du signal myocardique des images de fin de systolique à 30 s par rapport à 0 s de l’apnée⁸ (voir équation 2) :
   (2)

Interprétation B-MORE
Dans des études publiées précédemment utilisant l’OS-CMR avec des manœuvres respiratoires vasoactives, le B-MORE global ou régional a été calculé en comparant la première image systolique de fin de l’apnée à l’image de fin de systolique la plus proche de 15 s, 30 s, 45 s, etc. de l’apnée. La phase systolique de fin de cycle cardiaque a été choisie pour plusieurs raisons. L’image de fin de systolique est la phase la plus cohérente identifiée entre et entre les lecteurs : elle contient le plus grand nombre de pixels dans le myocarde, elle se produit normalement à peu près au même moment de déclenchement, indépendamment de la fréquence cardiaque du participant, et elle est toujours présente dans l’acquisition (alors que la fin de la diastole peut ne pas être montrée dans les images prospectivement fermées tout au long d’une apnée où la fréquence cardiaque peut changer).

D’un point de vue physiologique, les points temporels 0 s et 30 s de l’apnée ont été spécifiquement choisis pour les raisons suivantes. Le temps 0 s (ou la première image systolique de fin de respiration) est une évaluation de l’intensité du signal après une période de « stress » (60 s d’hyperventilation) et, par conséquent, le point de vasoconstriction maximale. Traduit en intensité du signal, cela représente une diminution du flux sanguin myocardique sans augmentation de la demande, ce qui entraîne une augmentation locale de la concentration de désoxyhémoglobine et une diminution de l’intensité du signal par rapport à la ligne de base. Tout au long de l’apnée, l’intensité du signal augmente avec la vasodilatation médiée par le dioxyde de carbone, ce qui augmente efficacement le flux sanguin myocardique dans le contexte de l’absence d’augmentation de la demande locale. Au point temporel de ~15 s de l’apnée, la courbe d’intensité du signal commence à plafonner à ^4,8. Par conséquent, l’apnée minimale théorique requise pour l’analyse OS-CMR est de 15 s (ou deux cycles cardiaques acquis pour évaluer la différence entre deux points de données). Cependant, il a été démontré que le point de temps de 30 secondes de l’apnée est plus robuste et est donc considéré comme la véritable durée minimale requise de l’apnée.

Après le calcul de B-MORE global (comparaison de 30 s à 0 s d’apnée), ces données peuvent être affichées visuellement et quantitativement. Sur le plan quantitatif, les valeurs globales de B-MORE ont été comparées entre des volontaires sains et des patients atteints d’OSAS, CAD, INOCA et HFpEF, ainsi qu’après une transplantation cardiaque 12,13,14,15,16 (tableau 4). Visuellement, il est possible de générer des cartes de superposition de couleurs pixellisées pour augmenter les mesures quantitatives dans l’évaluation de l’oxygénation myocardique (Figure 1).

Figure 1 : Réserve d’oxygénation myocardique visualisée à l’aide d’une carte d’intensité du signal pour évaluer l’oxygénation tissulaire globale et/ou régionale obtenue avec l’OS-CMR et les manœuvres respiratoires vasoactives. (A) L’oxygénation globale du myocarde est maintenue chez un volontaire sain ; (B) une diminution de l’oxygénation myocardique régionale chez un patient présentant une sténose descendante antérieure gauche (occlusion de 100 % sur une coronarographie quantitative) ; (C) une réduction globale de l’oxygénation myocardique chez un patient atteint d’insuffisance cardiaque. La barre de couleur fournit une représentation visuelle de l’oxygénation myocardique, le noir/bleu représentant une altération et le vert représentant une réponse d’oxygénation myocardique saine. Abréviations : OS-CMR = imagerie par résonance magnétique cardiaque sensible à l’oxygénation ; LAD = antérieur gauche descendant. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Représentation visuelle d’un balayage OS-CMR complet avec des manœuvres de respiration vasoactive. (A) Les acquisitions standard d’un balayage d’imagerie par résonance magnétique cardiaque, y compris les radiopièges d’alignement, les images de la fonction ciné à court et à long axe et les images de caractérisation tissulaire (telles que la cartographie T1 et/ou T2). (B) La performance, les effets physiologiques, l’acquisition et les changements dans l’intensité du signal IRM tout au long de la manœuvre de respiration vasoactive. Abréviations : OS-CMR = imagerie par résonance magnétique cardiaque sensible à l’oxygénation ; DeoxyHb = désoxyhémoglobine. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Tableau 1 : Effets secondaires signalés lors d’une scintigraphie par résonance magnétique cardiaque et exécution de manœuvres respiratoires vasoactives. Les données rapportées ont été recueillies à partir d’études réalisées au Centre universitaire de santé McGill auprès de plus de 300 participants (données non publiées recueillies à l’Institut de recherche du Centre universitaire de santé McGill).

Tableau 2 : Différences de paramètres entre la séquence SSFP équilibrée et la séquence SSFP modifiée (BOLD) à 3 Tesla et 1,5 Tesla. Abréviations : SSFP = stationnaire, précession libre ; bSSFP = SSFP équilibré ; mSSFP = SSFP modifié ; OS = sensible à l’oxygène ; BOLD = dépendant du niveau d’oxygène dans le sang.

Tableau 3 : Paramètres de séquence OS-CMR modifiables et non modifiables lors de l’acquisition d’images. Abréviations : OS-CMR = imagerie par résonance magnétique cardiaque sensible à l’oxygénation ; ECG = électrocardiographie ; TE = temps d’écho ; TR = temps de répétition.

Tableau 4 : Valeurs globales de la réserve d’oxygénation myocardique induite par la respiration (B-MORE) à partir d’études publiées antérieurement utilisant l’OS-CMR avec des manœuvres respiratoires vasoactives 12,13,14,15,16. Les valeurs B-MORE sont représentées par la moyenne ±écart-type. *valeur de p pour la comparaison B-MORE. Abréviations : B-MORE = réserve d’oxygénation myocardique induite par la respiration ; CAD = maladie coronarienne ; HFpEF = insuffisance cardiaque avec fraction d’éjection préservée ; INOCA = ischémie sans sténose obstructive de l’artère coronaire ; SAOS = syndrome d’apnée obstructive du sommeil.

Fichier supplémentaire 1 : Fichier .mp3 préenregistré guidant le patient à travers la manœuvre de respiration vasoactive. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Vidéo supplémentaire S1 : Vidéo d’instruction sur les manœuvres respiratoires. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.

L’ajout d’une acquisition OS-CMR avec des manœuvres respiratoires normalisées et vasoactives à un protocole d’IRM clinique ou de recherche déjà établi ajoute peu de temps à l’examen global. Grâce à ce bref ajout, il est possible d’obtenir des informations sur les fonctions macro et microvasculaires sous-jacentes (Figure 2). Une conséquence importante du dysfonctionnement endothélial est l’incapacité du système vasculaire à répondre aux stimuli physiologiques, comme cela a été initialement démontré par une relaxation anormale médiée par le flux dans le cœur⁴³. L’OS-CMR avec manœuvres de respiration vasoactive dépendante de l’endothélium permet une surveillance directe de l’oxygénation du myocarde pendant les manœuvres de respiration vasoactive et contourne le besoin d’agents de contraste exogènes et d’agents de stress vasoactifs pharmacologiques. L’hyperventilation et l’apnée déclenchent une réponse vasculaire reproductible et mesurable à travers l’endothélium et peuvent donc fournir un modèle plus physiologique que d’autres méthodes d’évaluation de la fonction microvasculaire.

Les résultats d’études utilisant l’OS-CMR avec des manœuvres respiratoires vasoactives ont apporté d’importantes contributions à la compréhension de la physiopathologie sous-jacente chez les patients atteints d’affections ischémiques sans sténose explicative de l’artère coronaire, en particulier l’INOCA, l’HFpEF et l’inflammation (par exemple, après une transplantation cardiaque). L’ajout potentiel de l’OS-CMR avec des manœuvres respiratoires vasoactives standardisées pour identifier les patients présentant une douleur thoracique ischémique comme présentant un dysfonctionnement microvasculaire explicatif ou au bilan clinique des patients HFpEF et transplantés cardiaques améliorerait considérablement la prise de décision clinique dans ces populations de patients⁴⁴.

Lors de l’exécution de l’OS-CMR avec des manœuvres de respiration vasoactive, il y a certains aspects à rechercher dans l’exécution des manœuvres respiratoires par les participants et dans les images. Généralement, les participants essaient de suivre le rythme du métronome (30 respirations/min) et ne respirent pas profondément. Il est plus important de respirer profondément que de maintenir un rythme de 30 respirations/min (par exemple, la « respiration abdominale » est plus efficace que la respiration thoracique superficielle). Chez les participants en bonne santé, on s’attend à ce que la fréquence cardiaque augmente de ~20 battements / min pendant l’hyperventilation. Les patients participants ont tendance à avoir une augmentation de la fréquence cardiaque de 5 à 10 battements/min⁴⁵. Certains participants peuvent être tentés de prendre une petite inspiration pour augmenter la durée de l’apnée. Par conséquent, les patients doivent être informés que le test perdra sa précision diagnostique si le protocole n’est pas suivi attentivement et que toute petite respiration mettra fin au test.

Si l’emplacement d’une coupe est trop basal (près du plan valvulaire), les voies d’écoulement peuvent ne pas permettre de différencier la VG de la RV ou peuvent se trouver dans la voie d’écoulement ventriculaire gauche en raison d’un mouvement dans le plan traversant, ce qui aurait un impact sur la capacité d’analyser les images. Si une coupe est trop apicale, les images peuvent ne pas être perpendiculaires à la paroi ventriculaire et, par conséquent, peuvent contenir du sang ou du tissu paracardiaque et nuire à l’évaluation. De plus, si une tranche est trop apicale, il y a beaucoup moins de pixels de myocarde vrai, ce qui augmente le risque d’inclure des pixels avec des effets de volume partiels dans l’analyse.

Altération globale de l’oxygénation myocardique
L’OS-CMR avec des manœuvres respiratoires vasoactives a déjà démontré une altération de la réserve globale d’oxygénation myocardique chez les patients atteints d’AOS et d’HFpEF et les receveurs de transplantation cardiaque^12,14,16. La constatation d’une réduction globale de B-MORE chez les patients atteints d’HFpEF est en contradiction avec les résultats d’une étude antérieure démontrant une altération de la perfusion myocardique mais un maintien de l’oxygénation myocardique chez les patients atteints d’HF⁴⁶ non ischémique. Cependant, les études précédentes ont utilisé l’adénosine, un vasodilatateur endothélial indépendant, comme agent de stress. Par conséquent, le dysfonctionnement microvasculaire endothélial dépendant et l’impact potentiel sur l’oxygénation myocardique n’ont pas été étudiés. La présence ou l’absence d’un dysfonctionnement endothélial chez les patients atteints d’insuffisance cardiaque chronique a des implications cliniques importantes, car la gravité du dysfonctionnement endothélial peut non seulement déterminer le tableau clinique, mais aussi avoir une valeur pronostique en ce qui concerne une hospitalisation future, une transplantation cardiaque ou un décès^34,47.

La présence d’une réduction globale marquée de B-MORE chez les patients transplantés cardiaques avec et sans vasculopathie d’allogreffe cardiaque par rapport aux témoins sains est une découverte importante pour faire la lumière sur la physiopathologie sous-jacente et le moment et la réduction des tests de suivi invasifs et a des implications pronostiques. La réduction de B-MORE chez les patients transplantés cardiaques avec et sans vasculopathie d’allogreffe cardiaque est probablement le résultat d’une diminution de la vasoréactivité coronarienne. Cette explication est en outre étayée par l’association d’une altération supplémentaire de B-MORE avec la sévérité de la vasculopathie d’allogreffe cardiaque¹⁴. Étant donné que le dépistage annuel de la dysfonction microvasculaire par coronarographie invasive est recommandé chez les patients après une transplantation cardiaque⁴⁸, la capacité de l’OS-CMR avec des manœuvres respiratoires vasoactives à identifier et à surveiller la gravité de la dysfonction microvasculaire dans cette population de patients peut fournir une méthodologie de dépistage alternative non invasive et sans aiguille.

Altération régionale de l’oxygénation myocardique
Dans de nombreux centres, 50 à 70 % des patients qui subissent une coronarographie invasive n’ont pas de sténose obstructive significative de l’artère coronaire, ce qui nécessite une technique d’imagerie non invasive pour identifier l’INOCA et fournir des informations pronostiques sur les résultats cardiovasculaires dans cette population de patients mal comprise. L’évaluation clinique des patients atteints d’INOCA a historiquement appliqué des tests de réactivité coronarienne, y compris la mesure de l’indice de résistance microcirculatoire lors d’une coronarographie invasive^25,26. Cependant, cette méthode est limitée par son caractère invasif, son manque de reproductibilité et son coût. De plus, l’angiographie invasive n’évalue pas le niveau de l’effet physiopathologique critique en aval, c’est-à-dire l’effet sur l’oxygénation du myocarde. Récemment, l’OS-CMR avec des manœuvres respiratoires vasoactives chez des femmes atteintes d’INOCA a démontré des résultats intrigants. Bien qu’il n’y ait pas eu de déficience dans le B-MORE global par rapport aux témoins sains appariés selon l’âge, la réactivité vasculaire coronarienne, telle que définie par un changement dans l’oxygénation myocardique, a montré un modèle hétérogène de réponse d’oxygénation altérée par rapport à celle des sujets sains appariés selon l’âge¹⁵.

Les variations régionales observées de la fonction endothéliale et de l’oxygénation myocardique chez les patients souffrant de douleurs thoraciques et d’INOCA fournissent un aperçu important de la physiologie du dysfonctionnement microvasculaire dans cette population de patients. Les variations régionales de l’oxygénation myocardique pourraient potentiellement être médiées par des anomalies locales des facteurs de relaxation d’origine endothéliale, des stimuli neuronaux anormaux à la microcirculation coronaire entraînant une régionalité du flux et de l’oxygénation, ou un vol vasculaire coronaire⁴⁹. Une autre explication de ces résultats pourrait être l’hétérogénéité des étiologies sous-jacentes à INOCA⁵⁰. La visualisation de l’état d’oxygénation tissulaire et de son hétérogénéité régionale par des cartes acquises par OS-CMR avec des manœuvres respiratoires suggère que cette méthodologie pourrait jouer un rôle important dans un examen plus direct et plus complet de la fonction vasculaire myocardique régionale chez ces patients, au-delà d’une mesure globale simplifiée de la perfusion ou de l’oxygénation.

Limitations
Certaines limites de la méthodologie subsistent. D’un point de vue physiologique, l’utilisation de l’effet BOLD pour faire des inférences sur l’oxygénation des tissus nécessite la prise en compte d’autres variables, car l’intensité du signal OS-CMR est également influencée par l’afflux sanguin et le volume sanguin ^2,51. Heureusement, les effets sur l’intensité du signal sont synergiques et physiologiquement liés (la vasodilatation coronarienne induite augmente simultanément le flux sanguin, le volume sanguin et l’oxygénation du sang). Le biais potentiel de ces facteurs de confusion est donc systématique et unidirectionnel, avec peu de pertinence lors de l’évaluation de la fonction microvasculaire. D’autres facteurs liés au sang (hémoglobine, hématocrite) et à l’intensité du champ ont été identifiés comme des facteurs de confusion potentiels dans l’interprétation et l’analyse des images OS-CMR^51,52 et devront être pris en compte en cas d’anomalie significative. Pour remédier à ces facteurs, de nouveaux biomarqueurs dérivés de la réponse en intensité du signal OS-CMR peuvent contrôler ou minimiser les effets confondants de l’état hémodilutionnel et de l’hématocrite, par exemple, en normalisant la réponse en intensité du signal dans le pool sanguin ventriculaire gauche ou droit de chaque participant.

Jusqu’à récemment, l’évaluation des données OS-MR nécessitait une annotation, une segmentation et une analyse manuelles laborieuses. Des outils de post-traitement conviviaux pour l’analyse automatisée ou semi-automatique d’ensembles de données dynamiques OS-CMR sont en cours de développement⁵³. Enfin, il y a un manque de valeurs normales basées sur la population et d’études cliniques comparant les résultats de l’OS-CMR avec des mesures invasives de la dysfonction microvasculaire, ainsi que des données sur le pronostic, la rentabilité et l’impact de son utilisation sur les résultats cliniques.

Conclusion
La surveillance non invasive des changements dynamiques régionaux ou globaux de l’oxygénation myocardique par OS-CMR avec des manœuvres respiratoires vasoactives fournit des informations uniques et cliniquement significatives sur la fonction vasculaire coronarienne et peut jouer un rôle particulièrement important chez les patients présentant un dysfonctionnement microvasculaire. D’autres études cliniques doivent être menées pour étudier son utilité clinique dans diverses populations de patients.

MGF est titulaire du brevet américain n° 14/419 877 : Induire et mesurer les changements d’oxygénation du myocarde en tant que marqueur des maladies cardiaques ; Brevet des États-Unis n° 15/483,712 : Mesure des changements d’oxygénation dans les tissus en tant que marqueur de la fonction vasculaire ; Brevet des États-Unis n° 10 653 394 : Mesure des changements d’oxygénation dans les tissus en tant que marqueur de la fonction vasculaire - suite ; et le brevet canadien CA2020/051776 : Procédé et appareil pour déterminer des biomarqueurs de la fonction vasculaire à l’aide d’images CMR en gras. EH est titulaire du brevet international CA2020/051776 : Méthode et appareil pour déterminer les biomarqueurs de la fonction vasculaire à l’aide d’images CMR en gras.

Cet article et cette revue méthodologique ont été rendus possibles grâce à toute l’équipe du Groupe de recherche CMR Courtois du Centre universitaire de santé McGill. Un merci spécial à nos technologues en IRM, Maggie Leo et Sylvie Gelineau, pour la numérisation de nos participants et leurs commentaires sur ce manuscrit.

This corrects the article 10.3791/64149