Hintergrund und Zielsetzung: Die Quantifizierung der Sauerstoffsättigung des Blutes ist für die klinische Beurteilung von Patienten mit Herzinsuffizienz unerlässlich und wird routinemäßig über einen Herzkatheter durchgeführt. Der BOLD-Effekt hat sich in jüngster Zeit als effektive Methode zur nicht-invasiven Bestimmung durch T2-Mapping im Blut erwiesen. Das Ziel dieser Studie war es, die Genauigkeit des BOLD-T2-Mappings mittels MRT mit der invasiven Bestimmung der zentralvenösen Sauerstoffsättigung durch Herzkatheterisierung zu vergleichen. Methoden: In den Hauptversuchen wurden zehn anästhesierte, gesunde Hausschweine mit je einem Ballon-Katheter in den rechten Vorhof sowie in den Sinus coronarius akut instrumentiert, um dann darüber invasive Blutgasanalysen (BGA) durchzuführen. Nach den Baseline-Messungen wurden folgende Hyper- und Hypoxämie-Protokollschritte vollzogen: I) Beatmung mit 100% Sauerstoff (100% O2), II) dobutamininduzierte systemische Hyperperfusion (DOBU), III) verapamilinduzierte systemische Hypoperfusion (VERA) und IV) Raumluftbeatmung (21% O2). Bei jedem Protokollschritt wurde gleichzeitig zur BOLD-Messung mittels BGA die Sauersättigung arteriell und zentralvenös bestimmt. Das T2 im Blut wurde in den Ventrikeln mit Hilfe von T2-Maps mit verschiedenen Inter-Echo-Pulsabständen (τ180 = 12, 15, 20, 25 ms) in der Kurzachsenansicht gemessen. Mit Hilfe des multi-parametrischen Luz-Meiboom-Modells wurden die Daten gemeinsam verarbeitet und die zentralvenöse Sättigung (ScvO2) im rechten Ventrikel gemessen. Im Anschluss wurde in einer prospektiven Pilotstudie das BOLD-T2-Mapping in einer kleinen klinischen Kohorte (n=11) von Herz-Kreislauf-Patienten validiert, die sich einer klinisch indizierten Rechtsherzkatheteruntersuchung (RHC) unterzogen. Ergebnisse: Die Baseline-ScvO2 (84±6%) stieg während der Hyperämie signifikant an (100% O2: 90±5%, p<0,05), während sie während der Hypoxämie-Schritte (VERA: 64±5%; 21% O2: 33±8%, beide p<0,05) progressiv abnahm. Die lineare Regressionsanalyse und das Bland-Altman-Plot zeigten sowohl im präklinischen Hauptversuch als auch in der klinischen Pilotstudie eine gute Übereinstimmung zwischen der nicht-invasiven ScvO2 mittels BOLD-Messung und der invasiven ScvO2 mittels Katheter (p<0,0001, r2=84% bzw. 0,51), sowie enge Übereinstimmungsgrenzen. Schlussfolgerungen: Das BOLD-T2-Mapping zeigt eine gute Korrelation mit der Herzkatheterisierung im klinisch relevanten Bereich der Sauerstoffsättigung. Diese Technik kann wichtige Informationen für die klinische Bewertung von Patienten mit Herzinsuffizienz und pulmonaler Hypertonie liefern und weitere Studien sind vorgesehen.
Quantification of blood oxygen saturation is essential for the clinical evaluation of patients with heart failure and it is routinely performed via cardiac catheterization. The BOLD effect has recently emerged as an effective way to non-invasively assess the oxygen saturation through T2 mapping. Aim of this study was to evaluate the accuracy of blood-oxygen-level-dependent (BOLD)-T2-mapping to estimate oxygen saturation in the heart against cardiac catheterization in a porcine model of acute systemic hyper- and hypoxemia. Methods: In the main experiments ten anaesthetized, healthy Landrace pigs were acutely instrumented with arterial and right atrial catheters for invasive blood gas analysis in the MRI-suite at the time of scan acquisition. After baseline measurements, following hyper- and hypoxemia protocol steps were performed: I) ventilation on 100% O2 (100% O2) II) dobutamine-induced systemic hyperperfusion (DOBU), III) verapamil-induced systemic hypoperfusion (VERA) IV) room air ventilation (21% O2). At each protocol step, arterial and central venous blood oxygen saturation (ScvO2) were sampled by invasive catheterization inside MRI-suite. Blood T2 was measured in the ventricles by means of T2 maps using different inter-echo pulse spacing (τ180 = 12, 15, 20, 25 ms) in the short axis view. A multiparametric Luz-Meiboom model was used to jointly process the data and estimate ScvO2 in the right ventricle. Following the BOLD-T2 mapping was prospectively validated in a small clinical cohort of cardiovascular patients (n=11) undergoing a clinically indicated RHC. Results: Baseline ScvO2 (84±6%) significantly increased during hyperemia (to 90±5% at 100% O2, p<0.05), while progressively decreased during the hypoxemia steps, VERA and 21% O2 (64±5% and 33±8%, respectively, both p<0.05). In both preclinical as well as patient data linear regression analysis and Bland-Altman plot showed a good agreement between non-invasive BOLD-derived and invasive catheter derived O2 saturation (both p<0.0001, r2=0.84 and 0.51 respectively), as well as narrow limits of agreement. Conclusions: BOLD-T2-MRI mapping shows a good correlation with cardiac catheterization in a clinically relevant range of O2 saturations. This technique may add important information in the clinical evaluation of patients with heart failure as well as pulmonary hypertension and further studies are granted.
