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MRI Utility in Myocardial Infarction MRI Utility in Myocardial Infarction Pier Giorgio Masci, MD U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione Regione Toscana/CNR “G. Monstaterio“ - Pisa Great Innovation in Cardiology Torino 14-15 Ottobre 2010

U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

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Page 1: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

MRI Utility in Myocardial InfarctionMRI Utility in Myocardial Infarction

Pier Giorgio Masci, MDU.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare

Fondazione Regione Toscana/CNR “G. Monstaterio“ - Pisa

Great Innovation in CardiologyTorino 14-15 Ottobre 2010

Page 2: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

Myocardial Infarction

Myocardium atrisk

MicrovascularObstruction

Myocardial necrosis

Healing and scarring

Page 3: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

Coronary occlusion

20 min. 60 min. 3hrs. >3-6hrs.

LV

Reversible injury Irreversible injury

Reperfusion

• Myocardium at risk • Subendocardial necrosis(salvage of outer layers)

• Necrosis extends intomidmyocardium, subepicardium

• Near transmural (negative LV remodeling)

LV

• Microvascular Obstruction • Hemorrhagia

Page 4: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

Myocardial Infarction

Myocardium atrisk

Page 5: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

-- Myocardium at risk Myocardium at risk --

T2-weighted MRILate gadolinium Enhancement (LGE)

Myocardial edema

T2-weighted Imaging

Myocardial Infarction

Page 6: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Aletras et al. Circulation 2006; 113:1865-1870

Always Transmural Extension

SI is related to tissue water(both intra- and extracellular)

Long lasting T2-w abnormalities(retrospective determination of myocardium at-risk)

Myocardial Infarction

-- Myocardium at risk Myocardium at risk --

Page 7: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Aletras et al. Circulation 2006; 113:1865-1870

T2-weighted STIR fast spin-echo

Aletras et al. Circulation 2006

Myocardial Infarction

-- Myocardium at risk Myocardium at risk --

Page 8: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- Myocardium at risk Myocardium at risk --Myocardial Hemorrhagia

1° quart 2° quart 3° quart 4° quart

MI size (% of LV)MI size (% of LV)

MH was an independent predictor ofLV ESV change during FU

Ganame J, Bogaert J et al. EHJ 2009

Page 9: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

Myocardial Infarction

Myocardium atrisk

Myocardial necrosis

Page 10: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

--Myocardial Necrosis Myocardial Necrosis ––Late Gadolinium Enhancement (LGE) Imaging

T2-weighted MRIT1-weighted post-contrast MRI

Myocardial edema

Late Gadolinium Enhancement (LGE) T2-weighted Imaging

Myocardial Infarction

Page 11: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Cardiomyopathies

Myocardial edema

timetime

contrastcontrastinjectioninjection

Infarcted/Scarred MyocardiumInfarcted/Scarred Myocardium

Normal MyocardiumNormal Myocardium

FirstFirst--PassPass Late Gd EnhancementLate Gd Enhancement

Blood PoolBlood Pool

--Myocardial Necrosis Myocardial Necrosis ––Late Gadolinium Enhancement

Page 12: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

A. Wagner et al. Lancet 2003

LGE had a sensitivity of 92% for sub-endocardial infarcts (<50%)SPECT only 28%.

Myocardial Infarction

-- Myocardial Necrosis Myocardial Necrosis --

Page 13: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Kim et al. Circulation 1999

Myocardial Infarction

-- Myocardial Necrosis Myocardial Necrosis --

Page 14: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Masci PG et al Circulation 2007

Myocardial Infarction

-- Myocardial Necrosis Myocardial Necrosis --

Detection of myocardial necrosis with high spatial resolution and contrast between infarcted and normal remote myocardium

Transmural MITransmural MI Subendocardial MISubendocardial MI

Page 15: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- Combination of T2Combination of T2--w and LGE imaging w and LGE imaging --

1- Differentiation between Acute vs Chronic MI

2- Determination of Myocardial Salvage

Page 16: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- Combination of T2Combination of T2--w and LGE imaging w and LGE imaging --

1- Differentiation between Acute vs Chronic MI

2- Determination of Myocardial Salvage

Page 17: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

Recent or Old Myocardial Infarction ?

T2-w (+)

LGE (+)

T2-w (-)

LGE (+)

Recent MI(acute or subacute)

Old MI(Chronic MI)

T2-w (+)

LGE (-)

Aborted MI(in acute setting)

-- Combination of T2Combination of T2--w and LGE imaging w and LGE imaging --

Page 18: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- Case Presentation Case Presentation --

Page 19: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- Combination of T2Combination of T2--w and LGE imaging w and LGE imaging --

1- Differentiation between Acute vs Chronic MI

2- Determination of Myocardial Salvage

Page 20: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- Combination of T2Combination of T2--w and LGE imaging w and LGE imaging ––Myocardial Salvage

T2-w STIR image LGE image

Myocardial Salvage Index (MSI) = Myocardial Salvage Index (MSI) = [ AAR extent – MI size ] / AAR extent

Page 21: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

--Combination of T2Combination of T2--w and LGE imaging w and LGE imaging ––Myocardial Salvage

Myo. at risk= 23% of LVMI size= 9% of LV

Myo. at risk= 13% of LVMI size= 5% of LV

MSI=0.61MSI=0.61

MSI=0.62MSI=0.62

Page 22: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

Masci PG et al. JACC Img 2010

Page 23: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- Myocardial Salvage Myocardial Salvage --

Masci PG et al. JACC Img 2010

Page 24: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- Myocardial Salvage Myocardial Salvage --

Masci PG et al. JACC Img 2010

Myocardial salvage was also independently associated with early ST-segment resolution (β-coefficient=0.61, p<0.0001)

Page 25: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

Myocardial Infarction

Myocardium atrisk

MicrovascularObstruction

Myocardial necrosis

Page 26: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- Microvascular Obstruction Microvascular Obstruction --

Myocardial Ischemia Reperfusion Injury Degree of myocardialnecrosis

Page 27: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

Wu et al Circulation 1998; 97: 765-772

-- Microvascular Obstruction Microvascular Obstruction --

FirstFirst--pass Perfusionpass Perfusion Late Gadolinium EnhancementLate Gadolinium Enhancement

Page 28: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- Microvascular Obstruction Microvascular Obstruction --

0 20 40 60 80

Time (sec)

Signal Intensity

50

150

100

200

250

1

2

4

3

5

Tnull

Injection

Page 29: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- Microvascular Obstruction Microvascular Obstruction --

Page 30: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

Hombach et al EHJ 2005 26, 549-557

Wu et al Circulation 1998; 97: 765-772

Wu et al Circulation 1998; 97: 765-772

-- Microvascular Obstruction Microvascular Obstruction --

Microvascular Obstruction is a negative prognostic predictor at Cox-multivariate analysis after correction for MI size

Page 31: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

Myocardial Infarction

Myocardium atrisk

MicrovascularObstruction

Myocardial necrosis

Healing and scarring

Page 32: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Time

Myocardial Infarction

-- Infarct Healing Infarct Healing --

Page 33: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- Infarct Healing Infarct Healing --

Page 34: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- Infarct Healing Infarct Healing --

Page 35: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- Infarct Healing Infarct Healing --

Baseline

Baseline

4M-FU

4M-FU

Page 36: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- Infarct Healing Infarct Healing --

Page 37: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- RV Infarction RV Infarction --

Page 38: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- RV Infarction RV Infarction --

Masci PG et al Circulation 2010

51% 49%

31%

10%

Page 39: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

RV edema was detected in 33% of anterior MI

RV LGE was detected in 12% of anterior MI

Masci PG et al Circulation 2010

Page 40: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Conclusions

Gasthuisberg University HospitalLeuvenBelgium

Fondazione Monasterio CNR/Regione Toscana

PisaItaly

Page 41: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

Myocardial Infarction

Myocardium atrisk

MicrovascularObstruction

Myocardial necrosis

Healing and scarring

Page 42: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

Page 43: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

Page 44: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Necrosis

RNI region

Chronic MI

Acute MI

Page 45: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Necrosis

Simonetti O et al Radiology 2001

- Ischemic Pattern -

Page 46: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Transmurale

Subendocardica

1) Immagini tardive post-contrasto T1-w GRE IR : “delayed enhancement”

2) Eccellente correlazione con i modelli animali (aree TTC negative)

3) Ottima risoluzione spaziale

4) Eccellente SNR e CNR

5) (SI area necrotica/SI miocardio sano)x100 = ~ 500%

Myocardial Infarction

Page 47: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Kim et al Circulation 1999

Myocardial Necrosis, Stunning

Page 48: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

Comprehensive CMR study in ST-segment elevation MI

Determination of the Myo. at riskby T2-w STIR imaging

MI size quantification bylate gadolinium enhancement (LGE)

Myocardial Salvage

-- Myocardial Salvage Myocardial Salvage --

Page 49: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

- SWT e SWM

- Tagging

- Spessore parietale

- Riduzione dell’area di DE (“infarct shrinkage”)

Fase Acuta Follow-up

Post Myocardial Infarction Remodeling

Courtesy of Jan Bogaert

Page 50: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Comprehensive CMR study in ST-segment elevation MI

Determination of the AAR extentby T2-w STIR imaging

MI size quantification bylate gadolinium enhancement (LGE)

Myocardial Salvage

Page 51: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

-- Myocardium at risk Myocardium at risk ––T2T2--weighted imagingweighted imaging

T2-weighted MRIT1-weighted post-contrast MRI

Myocardial edema

Acute Myocarditis Acute Myocardial Infarction

Myocardial Infarction

Page 52: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Masci PG et al J Am Coll Cardiol Img 2010

- Ischemic Pattern -

Myocardial Salvage

Page 53: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Salvage Index (MSI) = [ AAR extent – MI size ] / AAR extent

Adverse LV remodeling = increase of LV ESV ≥ 15%

T2-w STIR image LGE image

Masci PG et al J Am Coll Cardiol Img 2010

- Ischemic Pattern -

Myocardial Salvage

Page 54: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Masci PG et al J Am Coll Cardiol Img 2010

- Ischemic Pattern -

Myocardial Salvage

Page 55: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Microvascular Obstruction

1) Firstly described at level of cerebrovascular bed (1967)

2) Reproduced in a model of myocardial ischemia

Page 56: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Microvascular Obstruction

Alterazioni morfo-strutturali associate a no-reflow :

- ostruzione da parte di cellule endoteliali protrudenti nel lume

- impilamento(“plugging”) di eritrociti e neutrofili

- compressione estrinseca (edema tissutale)

- disfunzione endoteliale (↑ ROS)

Maggiori fattori determinanti l’estensione del no-reflow:

- durata dell’occlusione coronarica

- estensione della necrosi miocardica

- durata della riperfusione

Page 57: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

- 58 pazienti(88% uomini) con STEMI trattati con PCI primaria

- CeMRI in fase acuta(1W) e FU(4M)

- IS% ≥ 9.2% » MO

- MO variabile indipendente di sfavorevolerimodellamento Vsx (VDT ≥20%)

Post Myocardial Infarction Remodeling

In collaboration with Jan Bogaert

Page 58: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Microvascular Obstruction

Studio dell’ostruzione del microcircolo con la Risonanza Magnetica Cardica

a) Perfusione : tecnica “first-pass”

b) Immagini precoci post-contrasto segmented

T1-w GRE- (IR)

Page 59: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

-Sequenze rapide con acquisizione di almeno 1 immagine ogni intervallo RR

-Sequenza T1-pesate

-Tecnica di primo passaggio “First-PassPerfusion”

Perfusion : Normal Heart

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 20 40 60 80 100 120sec

SI

myocardiumlv cavity

First-Pass

Second-Pass

upslope

Microvascular Obstruction

Page 60: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Myocardial Infarction

-- Microvascular Obstruction Microvascular Obstruction --

Early after Gd 20 minutes after Gd

Postcontrast ImagingPostcontrast ImagingFirstFirst--pass Perfusionpass Perfusion

Page 61: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Misure semiquantitative

- La prima parte della curva è influenzata maggiormente dal perfusione miocardica

-“Upslope” : relazione lineare SI- flusso miocardico

- Buona riproducibilità ed accuratezza

- Calcolo della “Myocardial PerfusionReserve”

Microvascular Obstruction

Page 62: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Ottima correlazione con i dati sperimentali

Microvascular Obstruction

Page 63: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Immagini segmented T1-w GRE IR

Microvascular Obstruction

Page 64: U.O. di RM e di Medicina Cardiovascolare Fondazione

Hombach et al EHJ 2005 26, 549-557 Wu et al Circulation 1998; 97: 765-772

Clinical Impact of Microvascular Obstruction

Microvascular Obstruction