Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and...

91
Linköping University Medical Dissertations No. 1169 Infarct Size and Myocardial Function A methodological study Lene Rosendahl Division of Cardiovascular Medicine Department of Medical and Health Sciences Linköping University, Sweden Linköping 2010

Transcript of Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and...

Page 1: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

 

Linköping University Medical Dissertations No. 1169     

Infarct Size and Myocardial Function 

A methodological study     

Lene Rosendahl        

Division of Cardiovascular Medicine Department of Medical and Health Sciences 

Linköping University, Sweden    

   

Linköping 2010 

 

 

Page 2: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

 

This work has been conducted  in collaboration with  the Center  for Medical  Image Science and Visualization  (CMIV, http:/www.cmiv.liu.se/) at Linköping University, Sweden. CMIV is  acknowledged  for  provision  of  financial  support  and  access  to  leading  edge  research infrastructure.               Infarct Size and Myocardial Function – A methodological study  Faculty of Health Science, Linköping University   Dissertation, No. 1169  Copyright © by Lene Rosendahl, 2010    http://www.liu.se/cmr  Published  article  has  been  reprinted  with  the  permission  of  the  copyright holder.  Printed in Sweden by LiU‐Tryck, Linköping, Sweden, 2010   ISBN 978‐91‐7393‐437‐4 ISSN 0345‐0082    Cover picture: Jennie Palmér. LGE images displaying short axis (front page) and long axis views (back page) of  the  left ventricle. The white area  indicates scar and  the black area healthy myocardium.  

 

Page 3: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

 

   

                 To  

Malin, Sara, Anna  

                 &              

                Jan  

                  

If we really knew what we were doing,  it would not have been called research, would it? 

 Albert Einstein 

      

Page 4: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

 

 

    

Page 5: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Contents 

CONTENTS  

Abstract   1 Svensk Sammanfattning   3       List of Original Papers   5 Abbreviations   7  1  Introduction   9  2  Coronary Artery Disease   11     Epidemiology...............................................................................................................................11   Pathophysiology..........................................................................................................................11   Infarct size and prognosis..........................................................................................................12   Diagnosis......................................................................................................................................13   Myocardium‐at‐risk and treatment..........................................................................................14  

3  Myocardial Dysfunction   15   Left ventricular systolic function...............................................................................................15   The ischemic cascade...................................................................................................................15   The effects of ischemia................................................................................................................16  

4  Magnetic Resonance Imaging   19   General principles........................................................................................................................20   Signal and contrast......................................................................................................................21   Scar visualization with the Late Gadolinium Enhancement technique..............................22   A comparison between a fast and a segmented scar sequence.............................................23   Segmentation of myocardium and of scar...............................................................................24  

5  Cardiac Ultrasound   27   General principles........................................................................................................................27   Echocardiographic techniques...................................................................................................28   Myocardial deformation or “Strain”.........................................................................................29  

Page 6: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Infarct Size and Myocardial Function 

 

6  Myocardial Perfusion SPECT   31   General principles........................................................................................................................31   Radioactive tracers......................................................................................................................32   Imaging protocols and perfusion defect size..........................................................................32 

 

7  Aims of the Study   35  8  Material and Methods   37   Study population.........................................................................................................................37   Magnetic Resonance Imaging....................................................................................................38   Magnetic Resonance Imaging Analysis....................................................................................39   Echocardiography........................................................................................................................41   Myocardial Perfusion SPECT.....................................................................................................43   Statistics.........................................................................................................................................44  

9  Results   47   Paper I:      Infarct size is comparable when determined with LGE and MPS....................47   Paper II:     The semi‐automatic method shortens the evaluation time with maintained           clinical accuracy........................................................................................................49   Paper III:   SS_SSFP displays better imaging quality and equal infarct size compared to         IR_FGR, in patients with ongoing atrial fibrillation...........................................52   Paper IV:  WMSI is more sensitive that strain in detecting area‐at‐risk..............................55  

10 Discussion   59   Infarct size.....................................................................................................................................59   Functional measurements of the left ventricle........................................................................63   Future developments and clinical implications......................................................................65  

Conclusions   69 Acknowledgements   71 References   73 Papers I – IV    87         

Page 7: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Abstract 

ABSTRACT

The  size  of  a myocardial  infarction  (MI)  and  the  concurrent  effect  on  left ventricular (LV) function are essential for decisions regarding patient care and treatment.  Images  produced  with  the  late  gadolinium  enhancement  (LGE) technique visualize  the  scar with high  spatial  resolution. The general aim of this  thesis was  to study methods  to assess scar size  in chronic MI, primarily with the use of LGE, and to relate area‐at‐risk and LV function to scar size.  Myocardial perfusion single photon emission computed tomography (MPS) is a well established technique for the assessment of MI size. Our study showed that  there  is  a  fairly  good  agreement  between  MPS  and  LGE  in  the determination  of  scar  size.  Wall  motion  score  index  (WMSI)  correlated moderately with both infarct size and infarct extent determined with LGE.  Manual delineation of myocardium and scar is time consuming and subjective and there is a need for help in objective assessment. We showed that the semi‐automatic  computer  software,  Segment,  reduced  the  evaluation  time  ≥50% with maintained clinical accuracy. The  segmented  scar  sequence  ‐  inversion  recovery  fast  gradient  echo, IR_FGRE, is a well documented sequence for scar determination, however, the sequence requires regular heart rhythm and breath holding for good imaging. We  showed  that  a  single  shot  scar  sequence  ‐  steady  state  free  precession, SS_SSFP  ‐  acquired  under  free  breathing  in  patients  with  ongoing  atrial fibrillation, had significantly better image quality than IR_FGRE. The scar size and  the  error  of  determination  were  equal  for  both  sequences  and  the examination time was shorter with SS_SSFP. In  an  acute MI  it  is  essential  to  know  the myocardial  area‐at‐risk. WMSI  is clinically  the  most  common  way  of  assessing  LV  function,  but  is  highly subjective. Tissue Doppler  imaging with  strain measurements  is  considered objective and quantitative  in assessing both global and  regional LV  function compared to WMSI. Our results showed that WMSI is superior to strain for the detection  of  scar with  transmurality  ≥50%  in  patients with  acute MI.  Also WMSI correlated better  than strain on all  levels  (global,  regional, segmental) with final scar size determined with LGE.  LGE  images visualize myocardial  scar much more distinctly  than  any  other modality. This new  technique needs  clinical validation but promises  intense competition  with  existing  modalities  such  as  myocardial  scintigraphy  and echocardiography. However,  in  individual patient care all modalities  should be used according to their own advantages and limitations.  

Page 8: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

 

 

    

Page 9: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Summary in Swedish 

SVENSK SAMMANFATTNING  

  Vid kranskärlssjukdom uppstår  förändringar  i kranskärlen som kan  leda till  att  syrerikt  blod  hindras  från  att  nå  hjärtmuskulaturen,  vilket  kan  ge upphov till hjärtinfarkt. Hos patienter som har drabbats av hjärtinfarkt är det viktigt att bedöma dess storlek vilken kommer att påverka patientens prognos och  därmed  behandling.  Att  bedöma  hjärtinfarktstorleken  med  magnet kamera  (MR)  är  en  relativt  ny  teknik  som  med  stor  noggrannhet  visar utbredningen av en infarkt i hjärtmuskelväggen. Undersökningar har visat att om  infarkten omfattar mindre än halva väggtjockleken är sannolikheten hög för framgångsrik effekt av flödesbefrämjande behandlingar. Om utbredningen av hjärtinfarkten överskrider halva väggtjockleken minskar sannolikheten för god  effekt  av  revaskularisering  på  väggrörligheten  och  därmed  på  hjärtats pumpförmåga. Syftet med denna studie var att i lugnt skede efter hjärtinfarkt bedöma  infarktskadans storlek, huvudsakligen med kontrastförstärkt MR. Vi har  även  värderat  effekten  av  akut  hjärtinfarkt  på  vänsterkammares pumpförmåga och försökt bedöma hur mycket hjärtmuskel som kan räddas.    I första delstudien  jämfördes  infarktstorleken bestämd med den nya MR‐metoden med  en  väldokumenterad  referensmetod, myokardscintigrafi.  Vid bedömning  av  infarktstorleken  med  myokardscintigrafi  användes  ett helautomatiserat  program,  PERFIT®,  medan  utvärderingarna  av infarktbilderna  från  MR  gjordes  manuellt.  Vi  fann,  i  likhet  med  andra författare,  en  god  överensstämmelse  mellan  infarktstorleksbedömningarna med de två olika metoderna, även om myokardscintigrafi visade något större infarktstorlek.    Det  är  tidskrävande, men kliniskt viktigt,  att utvärdera vänsterkammar‐ och  infarktstorlek på MR bilder. Studier har även visat att  tolkningsprogram kan  underlätta  den  kliniska  bedömningen  av  undersökningar  och  minska subjektiviteten mellan bedömare. I den andra delstudien jämförde vi ett semi‐automatiskt  utvärderingsprogram,  Segment,  med  manuell  utvärdering  av infarkt‐  och  vänsterkammarstorlek.  Vi  fann  att  utvärderingstiden  med Segment förkortades med >50%, med bibehållen klinisk noggrannhet.    Den  mest  väldokumenterade  MR  sekvensen  för  infarktbedömning, IR_FGRE,  kräver  att  patienten  har  regelbuden  rytm  samt  kan  hålla  andan upprepade  gånger  under  undersökningstiden.  Detta  gör  att undersökningstekniken  inte  passar  sig  för  svaga  och  påverkade  patienter.  I 

Page 10: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Infarct Size and Myocardial Function 

delstudie  tre  jämförde vi en  snabb MR  sekvens, SS_SSFP, där patienten  inte behöver ha regelbunden hjärtrytm eller kunna hålla andan, med IR_FGRE hos patienter med kronisk hjärtinfarkt och pågående förmaksflimmer. Vi fann att SS_SSFP hade signifikant högre bildkvalitet  jämfört IR_FGRE och att det  inte vara någon signifikant skillnad mellan infarktstorleks‐ och infarktutbrednings‐ bedömningen  mellan  de  två  sekvenserna.  Även  undersökningstiden reducerades  betydligt med  den  snabbare  sekvensen,  från  knappt  9 minuter med IR_FGRE, minuter till drygt 4 minuter med SS_SSFP.    Vid akut hjärtinfarkt är det viktigt att försöka reducera infarktstorleken så mycket  som  möjligt.  Den  vanligaste  metoden  för  bedömning  av vänsterkammarfunktionen  är  ekokardiografi,  men  väggrörligheten  i  hjärtat kan vara svårvärderad och bedömningen är subjektiv. Vävnadsdoppler anses vara  både  objektiv  och  ett  kvantitativt mått  på  vägghastighet.  I  den  fjärde delstudien  undersökte  vi  vänsterkammarfunktionen  med  vävnadsdoppler (peak strain, displacement, mitralisklaffplanets rörelseamplitud) och jämförde erhållna värden med visuell bedömning av vänsterkammarens väggrörlighet på  både  global,  regional  och  segmentell  nivå  samt  korrelerade  detta  till infarktstorlek,  bedömd  med  MR  utförd  4‐8  veckor  efter  infarkt. Undersökningarna med ekokardiografi utfördes både under pågående infarkt samt 4‐8 veckor senare, vid MR‐uppföljningen. Vi fann, på alla tre nivåerna, en högre  korrelation  mellan  visuell  väggrörlighetsbedömning  och infarktutbredning än mellan vävnadsdoppler och  infarktutbredning. Vi  fann även att visuell väggrörlighetsbedömning jämfört med strain på ett bättre sätt påvisade  risk  för  utveckling  av  >50%  transmuralitet  av  hjärtmuskelskadan, vilket  bedöms  vara  gräns  för möjligheten  att  återvinna  väggrörlighet  efter behandling.              

Page 11: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

List of Original Papers 

LIST OF ORIGINAL PAPERS

This thesis is based in the following four papers, which will be referred to by their Roman numerals:   

I. Rosendahl  L,  Blomstrand  P, Ohlsson  JL,  Björklund  PG, Ahlander BM,  Starck  SÅ, Engvall  JE. Late  gadolinium uptake demonstrated with  magnetic  resonance  in  patients  where  automated  PERFIT analysis of myocardial SPECT suggests irreversible perfusion defect. BMC Med Imaging 2008;8:17. 

  

II. Rosendahl L, Blomstrand P, Heiberg E, Ohlsson  JL, Björklund PG, Ahlander  BM,  Engvall  JE.  Computer‐assisted  calculation  of myocardial  infarct  size  shortens  the  evaluation  time  of  contrast‐enhanced cardiac MRI. Clin Physiol Funct Imaging 2008;28(1):1‐7. 

  

III. Rosendahl L, Ahlander BM, Björklund PG, Blomstrand P, Brudin L, Engvall JE. Image quality and myocardial scar size determined with magnetic  resonance  imaging  in  patients  with  permanent  atrial fibrillation:  a  comparison  of  two  imaging  protocols.  Clin  Physiol Funct Imaging 2009;30(2):122‐129. 

  

IV. Rosendahl  L,  Blomstrand  P,  Brudin  L,  Tödt  T,  Engvall  JE. Longitudinal  peak  strain  detects  a  smaller  risk  area  than  visual assessment of wall motion in acute myocardial infarction. Cardiovasc Ultrasound 2010;8:2.   

  

(Articles reprinted with permission) 

Page 12: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

 

 

Page 13: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Abbreviations 

ABBREVIATIONS  201Tl  Thallium 201 2D  2‐dimensional  3D  3‐dimensional  99mTc  Technetium 99m b‐SSFP TFE  Balanced Steady State Free Precession Turbo Field Echo BW  bandwidth CAD  Coronary Artery Disease CCTA  Cardiac  Computed Tomographic Angiography CKMB  the MB fraction of creatine kinase CNR  Contrast‐to‐Noise ratio COV  Coefficient of Variation CT   Computed Tomography CVD  CardioVascular Disease ECG  ElectroCardioGram EF  Ejection Fraction FA  Flip Angle FGRE  Fast Gradient Echo FOV  Field‐of‐View Gd  Gadolinium Gd‐DTPA  Gadopentetate dimeglumine IR  Inversion Recovery IR_FGRE  Inversion Recovery ‐ Fast Gradient Echo LAD  Left Anterior Descending Artery LCx  Left Circumflex Artery LGE  Late Gadolinium Enhancement LV  Left Ventricle  MAM  Mitral Annular Movement MCE  Myocardial Contrast Echocardiography MI  Myocardial Infarction MPS  Myocardial Perfusion SPECT  MR(I)   Magnetic Resonance (Imaging) NEX  Number of Excitations PCI  Percutaneous Coronary Intervention PET  Positron Emission Tomography RCA  Right Coronary Artery RF  Radio Frequency Pulse ROC  Receiver‐Operating‐Characteristics 

Page 14: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Infarct Size and Myocardial Function 

ROI  Region of Interest  SD  Standard Deviation SI  Signal Intensity SNR  Signal‐to‐Noise ratio SPECT  Single Photon Emission Computed Tomography SS_SSFP  Single Shot Steady State Free Precession SSFP  Steady State Free Precession STEMI  ST‐Elevation Myocardial Infarction TDI  Tissue Doppler Imaging TE  Echo Time TI  Inversion Time TR  Repetition Time WMSI  Wall Motion Score Index                                                                                           

Page 15: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Introduction 

1. INTRODUCTION

  Coronary artery disease (CAD)  is very common and affects many people worldwide and in Sweden. The technical advances during the last decades in diagnosing cardiac diseases are tremendous and contribute with the improved treatment to a longer patient survival. After the development of fast magnetic resonance  imaging  (MRI)  sequences, MRI  has  entered  the  field  of  cardiac diagnostic  imaging.  Contrast  enhancement  and  a  high  spatial  resolution enables cardiac MRI to visualize myocardial infarct (MI) scar1. The presence of scar in the myocardium is a strong prognostic factor predicting mortality2, and the transmurality of the scar is of great importance in determining the chance of recovery from left ventricle (LV) dysfunction after intervention3.        This  thesis  is a methodological  study  for assessing myocardial  scar  size, with  late gadolinium enhancement  (LGE) MRI. First a  comparison of  infarct size was made with myocardial perfusion  single photon emission computed tomography  (MPS, where  the S stands  for single photon emission computed tomography,  SPECT).  Secondly  a  semi‐automatic  software  for  infarct  size determination  was  evaluated  and,  furthermore,  different  sequences  were tested  in patients with arrhythmia. Finally,  the effect of  scar on LV  function was  investigated  and  area‐at‐risk  in  acute  MI  was  evaluated  by  using echocardiography.  The  obtained  functional  measurements  were  compared with final scar size assessed with LGE.  The  thesis consists of  two parts. Part one  is an  introduction  to CAD and LV dysfunction followed by a presentation of the three techniques and their use in this thesis. The methods used in the studies and a summary of the results are presented followed by a discussion of the results. In part two each individual paper is presented.           

Page 16: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

     

 

      

Page 17: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Coronary Artery Disease 

2. CORONARY ARTERY DISEASE

2.1 Epidemiology

  Cardiovascular disease  (CVD)  is  the main cause of death worldwide and accounts for approximately 40% of all the deaths in high‐income countries and 28%  in  low‐ and middle‐income countries4. CVD causes nearly half of all the deaths in Europe (48%) and in the European Union (42%)5. The cost of CVD to the  economy  of  the  European  Union  is  estimated  at  €192  billion  per  year (2006),  which  corresponds  to  approximately  10%  of  the  entire  health  care budget of  the European Union. For  each  resident of  the union  this  is  about €223 per year5. Cardiovascular diseases are also one of  the main  reasons  for long‐time sick leave. Of the various cardiovascular diseases, CAD is the single most  common  cause  of  death  in  the  European  Union  and  accounts  for approximately 15‐16% of all  the deaths5. Also  in Sweden CAD  is  the  leading cause of death6.  

2.2 Pathophysiology

  MI  can  be  defined  from  a  number  of  different  perspectives  related  to clinical, electrocardiographic (ECG), biochemical and pathologic characteristic. In  a  consensus  document  from  the  European  Society  of  Cardiology  and American  College  of  Cardiology  myocardial  infarction  is  defined  as myocardial cell death due to prolonged ischemia7. Several processes can result in  an  oxygen  supply  inadequate  to meet myocardial demand,  but  the most common cause of acute MI is the rupture of an atherosclerotic plaque leading to the formation of a thrombus causing partial or total occlusion of a coronary artery8. Atherosclerotic lesions, composed primarily of a lipid‐rich core and a fibrous cap, develop in virtually all major arteries. The process starts early in life, but becomes clinically important only later in life9. Lesions  are  initiated when  endothelial  cells  recruit  inflammatory  leucocytes, such as monocytes and T lymphocytes, after being activated by factors such as hyperlipoprotemia  and  then  express  adhesion‐  and  chemo  attractant molecules10.  Extracellular  lipid  begins  to  accumulate  in  the  intima  and progressively  fibro  fatty  lesions  develop. As  lesions  progress  inflammatory mediators  cause  expression  of  tissue  factor  and  of  matrix‐degrading proteinases that weaken the cap of the plaque. The rupture of a plaque results 

11 

Page 18: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 2    Infarct Size and Myocardial Function 

in the exposure of collagen,  lipids, smooth muscle cells and tissue factor  into the  blood  leading  to  activation  of  platelets  and  the  coagulation  system.  In acute MI, plaque disruption results in a persistent thrombotic vessel occlusion that  prevents  the  oxygenated  blood  from  reaching  the  myocytes  and  the oxygen  available  for metabolism  decreases.  This  results  in  ischemia  in  the myocardium supplied by the thrombotic artery unless there is collateral blood supply. Cell death progresses gradually  in an  irregular wave  front  from  the endocardium  towards  the  epicardium11.  It  takes  several  hours  before myocardial necrosis can be identified by standard macroscopic or microscopic post‐mortem examinations12. Complete necrosis of all myocardial cells at risk requires at least 4 to 6 hours or longer, depending on the collateral blood flow, persistent  or  intermittent  coronary  occlusion  and  the  sensitivity  of  the myocytes  (pre‐  or  post  conditioning)12.  Infarcts  are  classified  temporally according  to  the different pathologic  appearance,  acute  infarct  (6 hours  to  7 days), healing infarct (7 to 28 days) and healed infarct (29 days or more).  

2.3 Infarct size and prognosis

  Depending  on  the  size  of  the  threatening MI,  varying  degrees  of wall motion disturbance will appear heralding  the onset of heart  failure.  In early studies, LV ejection fraction (EF) and LV end‐systolic volume were shown to be the strongest predictors of cardiac death13‐15. However, recent findings show that  acute  infarct  size  directly  relates  to  LV  remodelling  and  is  a  stronger predictor of future events than the measurement of LV systolic performance16. Also, in patients with healed MI the size of the infarction may be superior to left  ventricular  EF  and  LV  volumes  for  predicting  long‐term  mortality17. Unrecognized myocardial scar shown by LGE in patients without a history of MI  are  more  frequent  than  expected18,  and  among  patients  with  clinical suspicion  of CAD  prognostic19.  LGE  uptake  indicating myocardial  scar  is  a strong predictor for major adverse cardiac events and cardiac mortality2, 19.  There  have  been  attempts  to  classify  infarct  size  depending  on  the  relative mortality  risk  and  also  in  relation  to  other major  cardiac  events. Kelle  et  al found  that  patients  with  high  risk  of  mortality  had  a  spatial  extent  ≥  6 segments assessed with LGE20. Based on LGE exams, Wu et al found that small infarcts,  <  18%  of  the  LV myocardium,  have  good  prognosis21.  Infarct  size measured with MPS  has  also  been  shown  to  predict  outcome  in  regard  to ventricular function, cardiac events and cardiac deaths22‐25. 

12 

Page 19: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Coronary Artery Disease 

  Although  impaired LV  function  is  a predictor of  arrhythmias  in general the presence  of  scar  tissue provides  the  substance  for  re‐entrant  ventricular arrhythmias26. Both Yukinaka et al and Hachamovitch et al demonstrated that patients with previous  large perfusion  reductions, detected with MPS, had a higher  risk  for ventricular  arrhythmias27  and  cardiac death28  compared with patients with less profound and fixed defects. In many  studies multiple  end  points,  such  as  global  LV  function,  regional function,  early  arterial  patency  and  clinical  outcome,  have  been  used  as measurements of the efficacy of reperfusion therapy in acute MI. Clearly, the most  important clinical outcome  is  the survival of  the patient. However,  the use  of mortality  as  an  end  point  requires  large  sample  size.  Studies  have shown  that  the determination  of  infarct  size may  be  an  attractive  surrogate endpoint29‐31.  

2.4 Diagnosis

  In the clinical setting there are several ways of diagnosing MI. Myocardial necrosis  results  in and  can be  recognized by  the appearance  in  the blood of different  proteins  released  into  the  circulation  due  to  the  damage  of  the myocytes. Most frequently used are cardiac troponin T, cardiac troponin I and previously the MB fraction of creatine kinase (CKMB). The cardiac troponins T and  I  have  nearly  absolute  myocardial  tissue  specificity  as  well  as  high sensitivity. Like  the other biomarkers  they reflect myocardial damage but do not  indicate  the  mechanism.  CKMB  is  less  tissue‐specific  than  cardiac troponins. ECG  is an  inexpensive, easily accessible and non‐invasive method that  is easy to use. It may show signs of myocardial  ischemia, specifically ST segment  and  T  wave  changes,  as  well  as  signs  of  myocardial  necrosis, specifically changes in the QRS pattern, and has a reasonably good diagnostic performance.  Echocardiography  cannot  characterize  scar  tissue  in  distinction  from myocardial muscle, but  it  is used to evaluate wall motion and wall thickness after an  infarct32.  Injury  involving > 20% of myocardial wall  thickness can be detected  by  echocardiography33.  One  of  the  major  advantages  of echocardiography is its availability and ease of use, even though the method is dependent on  the  scanning and  interpreting  skill of  the operator. With MPS the infarct size can be evaluated acutely, as a perfusion deficit, to estimate the immediate area‐at‐risk, and also in the chronic setting29, 34. In general >10 g of myocardial  tissue must be  threatened before a  radionuclide perfusion defect 

13 

Page 20: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 2    Infarct Size and Myocardial Function 

14 

can be resolved. Coronary angiography  is an x‐ray method where contrast  is injected  into  the coronary arteries  to visualize  lumen obstruction. One major advantage  is the possibility to combine the examination with an  intervention such as stenting or balloon angioplasty to open up the blood flow in the artery. LGE  in MRI  visualizes  the  necrotic  scar1  and  it  is  possible  to  evaluate  the transmurality of  the  scar, which  is of  importance when estimating viability3. Other methods  are  less  frequently  used  in  the  daily work  and  are mostly reserved  for  research. Cardiac  computed  tomography  (CT)  can visualize  the coronaries  and  possibly  assess  perfusion.  Positron  emission  tomography (PET), may achieve an absolute quantification of the perfusion deficit35.  

2.5 Myocardium-at-risk and treatment

  Several  studies  have  shown  that  a  short  time  to  percutaneous  coronary intervention  (PCI)  in patients with  acute MI  lowers  the mortality36‐38  and  is associated  with  a  high  degree  of myocardial  salvage39.  The  shortest  delay possible  also  improves  the  procedural  success  rate  of  PCI,  the  functional recovery of  the LV and  the clinical outcome40. Myocardium‐at‐risk, collateral flow,  and  the  duration  of  coronary  occlusion  each  are  independently associated with final infarct size41. Commonly used methods for the evaluation of area‐at‐risk are MRI, with determination of myocardial oedema42, and MPS for  the determination  of myocardial perfusion43. The  aim  of  infarct  limiting therapies is to reduce the size of the final scar – the current goal is to limit final scar  size  to  <  40%  of  the  initial  risk  area44. To  reach  this  goal,  the  coronary blood  flow  as well  as myocardial  perfusion  needs  to  be  restored.  In  some cases,  oedema will prevent  reperfusion  even  if  the  vessel has  been  opened. Additionally, reperfusion  itself may damage  ischemic cells by providing  free radicals that may further aggravate myocardial injury. If the microvasculature of  the  myocardium  is  damaged,  reperfusion  leads  to  the  development  of hemorrhagic  infarct8. Primary PCI  allows mechanical  opening  of  the  infarct related  coronary artery.  If  that option  is not available, medical  thrombolysis can  be  used.  During  PCI,  a  guide  wire  opens  the  occlusion,  passes  the underlying  stenosis  and  a  balloon  is  deployed  over  the  wire  and  inflated repeatedly until the stenosis is expanded45. A stent may be placed at the site of the stenosis to prevent restenosis46.  

Page 21: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Myocardial Dysfunction 

3. MYOCARDIAL DYSFUNCTION

3.1 Left ventricular systolic function

  Infarct size  reduces LV  function, which can be expressed  in  terms of  the many different measures that are available, such as EF, strain, and the rise of the systolic pressure curve, expressed as dP/dT. The systolic function of the LV is very  complex with motion  in  several directions due  to  the  three different fiber  orientations  of  the  LV.  Fibers  in  the  inner  layer  of  the  ventricle  are forming a right‐handed helix, whereas in the outer layer the fibers spiral left‐handedly. Functionally these layers work together resulting in long‐ and short axis  shortening  as well  as  short  axis  rotation47. The middle  layer  consists of fibers which  are  oriented  circumferentially  in  the  LV.  Contraction  of  these fibers  reduces  the  circumference  and diameter  of  the heart47. Hence  systolic thickening  is  a  result  of  both  longitudinal  and  circumferential  shortening. During systole  there  is a difference  in  the  thickening of  the  three  fiber  layers where the thickening of the inner layer is 52%, the middle layer 27% and the outer layer 18%48.    LV  systolic  function  is  influenced  by  various  hemodynamic  conditions such as preload, after‐load, myocardial contractility and heart rate. Preload is the  load present before contraction has started and reflects the venous  filling pressure of  the  left  atrium. After‐load  is  the  force  against which  the muscle contracts, generally systolic blood pressure. An occlusion of a coronary artery results  in an  immediate decrease  in oxygen saturation and within  less than a minute a reduction in regional wall motion. On a global level, LV dysfunction is  characterized  by  a  decrease  in  EF  and  an  increase  in  the  diastolic  filling pressures. EF is defined as the ratio of stroke volume to end‐diastolic volume [(EDV‐ESV)/EDV x 100] and has been shown to be of great prognostic value49.    

3.2 The ischemic cascade

  The  ischemic  cascade50,  figure  3.1,  is  a  term used  to  explain  a  sequence of pathophysiological events occurring during myocardial  ischemia. Ischemia  is defined as an  imbalance between oxygen  supply and demand.  It  starts with decreased  myocardial  perfusion  that  first  alters  diastolic  function,  with reduced  relaxation  of  the  LV.  As  the  ischemia  continues,  impairment  in 

15 

Page 22: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 3    Infarct Size and Myocardial Function 

systolic  contraction will  be  observed.  This wall motion  abnormality  occurs early and before abnormalities of  the ECG will be seen51. The  impairment  in myocardial  function  causes  increased  filling  pressure  which  is  often experienced  by  the  patient  as  dyspnoea.  ECG‐changes  will  occur  due  to alterations  in  the  membrane  potential  and  finally  chest  pain  due  to  the accumulation of metabolites. Symptoms of chest pain are variable and usually the  last event to occur  in the evolution of  ischemia. The sequence  is reversed with restored perfusion and chest pain will resolve before  the hemodynamic changes will return, but abnormal wall motion might remain for several days as an effect of stunned myocardium.  Figure 3.1      

  

(figure reprinted with permission from Schuijf JD, et al52).   

3.3 The effects of ischemia

  Dysfunctional but viable myocardium can be categorized  into subgroups depending on different characteristics, see table 3.1.     Reversible  stress  induced  ischemia:  Reversible  ischemia  is  caused  by  an imbalance  in supply and demand for oxygen  in the myocardium. Most often calcified  lesions  in  the coronary arteries prevent exercise‐induced  increase  in coronary  blood  flow. Asymmetric  atherosclerotic  lesions may  display  areas along the circumference where coronary vasospasm may further diminish the 

16 

Page 23: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Myocardial Dysfunction 

available  flow  area  and  induce  ischemic  chest pain. Frequently, provocative testing  is  needed  for  the  diagnosis  of  vasospasm.  Symptoms  of  ischemia, induced by an  increase  in oxygen demand, are  identical  to  those  that herald the  onset  of  an  infarction.  Due  to  the  anatomy  of  the  epicardial  coronary arteries and  the distribution of  intramural pressure,  ischemia  is  induced  first in the endocardium (subendocardial ischemia) and later on, encompassing the entire  wall  including  the  epicardium  (transmural  ischemia).  During  the ischemic period wall motion is severely reduced.    Stunned  myocardium: Myocardial  function  will  normalize  rapidly  if  the duration of the single ischemic period is short, less than 2 minutes. However, as  the  duration  and/or  the  severity  of  ischemia  increases,  recovery will  be delayed despite  the return  to normal of myocardial perfusion. The definition of stunned myocardium requires that myocardial function remains decreased despite normal myocardial perfusion. Thus, a mis‐match will develop between perfusion and  function. Stunned myocardium may occur after an  increase  in oxygen  demand  that  induces  ischemia  e.g.  in  conjunction  with  physical exercise.  If  ischemia  is  prolonged  it  can  progress  to  cell  death  and  scar53. Stunned myocardium can also be seen postoperatively where it can cause LV dysfunction  for  several weeks.  Stunned myocardium has  contractile  reserve i.e.  wall  motion  normalizes  when  stimulated  with  inotropic  agents.  It  is important to remember that stunned myocardium can coexist with irreversibly injured myocardium after an infarction and time‐dependent improvement can be seen over a longer time.   Hibernating  Myocardium:  Hibernating  myocardium  is  dysfunctional  but viable, and seen in the setting of chronic ischemic heart disease54. Hibernating myocardium  per  definition  requires  the  need  for  an  intervention  such  as revascularization  for  recovery. However,  it has been  suggested  that medical treatment  also  might  be  effective  in  relieving  hibernation  by  decreasing ischemia55.  Patients  with  viable  myocardium  undergoing  revascularization have a potential  for  improved  survival56. The presence of a  large amount of dysfunctional but viable myocardium  identifies patients where treatment has the best potential for improving prognosis57.        

17 

Page 24: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 3    Infarct Size and Myocardial Function 

18 

Acute Ischemia Stunning Hibernation

Function reduced ↓↓ reduced ↓ reduced ↓

Perfusion reduced ↓↓ normal – reduced ↓ Response to low dose ß-blockers

contractility ↓ contractility ↑ contractility ↑

Need for intervention

yes no yes

Table 3.1 The characteristics of different categories of myocardial ischemia.

Page 25: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Magnetic Resonance Imaging 

4. MAGNETIC RESONANCE IMAGING   In  late  1972  the  British  scientific  journal, Nature,  returned  a manuscript  to  the  author  Paul  C.  Lauterbur,  Professor  of Chemistry at the State University of New York at Stony Brook that read as follows.   » With regret I am returning your manuscript which we feel is not of sufficiently wide significance for inclusion in Nature. «  The  paper  was  describing  a  new  technique  called zuegmatography, an analytical technique used in chemistry since late 1940s, called nuclear magnetic resonance. The author wanted this  paper  published  in Nature  and wrote  back  suggesting  a change of  the  style of  the paper  that was dry  and  spare. The editor answered:  » Would it be possible to modify the manuscript so as to make the application more clear? «  Finally  the manuscript was  accepted  and published  in Nature 1973 under the title: Image formation by Induced Local Interaction: Examples Employing Magnetic Resonance.  

           from: Magnetic Resonance in Medicine58          Today  MRI  is  an  established  imaging  modality.  MRI  has  several advantages  compared  to  other  imaging modalities,  being  non‐invasive  and without  ionizing  radiation, displaying  excellent  contrast  and  enabling  tissue characterization.  An  additional  advantage  of MRI  is  the  ability  to  capture slices  of  the  body  in  every  imaginable  plane.  The  high  cost  and  limited availability are the draw‐backs.   

19 

Page 26: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 4    Infarct Size and Myocardial Function 

4.1 General principles

  The most important element used for MRI is hydrogen (1H, containing one single proton) since the two major components of the human body, water and fat, both are rich in hydrogen. Hydrogen has weak magnetic properties caused by  the  positively  charged  proton  that  spins  (precesses)  around  its  axis,  see figure  4.1.  Spinning  charged  particles  create  an  electromagnetic  field analogous to that from a bar magnetic. When placed in a magnetic field they align  themselves  to  the external magnetic  field  in  two different orientations. Either  they  align  parallel‐  (low  energy  level),  or  anti‐parallel  (high  energy level)  to  the  magnetic  field  lines  (B0).  The  magnetic  moment  vector,  μ, precesses  at  a  frequency  that depends on  the  strength of  the magnetic  field according to the Larmor equation:   

ω0 = γ B0 

 

where ω0  is  the Larmor  frequency, B0  the  strength  of  the  external magnetic field and γ is the gyro‐magnetic ratio. The gyro‐magnetic ratio is different for different materials and is 42.58 MHz/T for 1H. The sum of all magnetic vectors can be added  in an M‐vector  that  is aligned with  the  external B0 vector,  see figure 4.1. However, this M‐vector can only be detected when it is tilted in the x‐y plane, perpendicular  to  the  z‐plan, by a  radio  frequency  (RF) pulse  (the excitation  process).  When  the  RF  pulse  is  turned  off  the  M‐vector  will gradually return to its original position (the relaxation process), sending out a radiofrequency signal  that can be detected by  the  induction of a current  in a coil.  This  transverse  component  of  the  M‐vector  that  occurs  during  the relaxation process  is  referred  to as  the  free  induction decay, FID, and  is  the basis of MRI. The relaxation process can be divided into two parts, T1 and T2‐ relaxation. T1 is defined as the time it takes for the longitudinal magnetization (Mz) to reach 63% of the original magnetization. T2 describes what happens in the x‐y plane since the RF pulse not only flips the magnetization from the z plane into the x‐y plane, but also causes the protons to start spinning in‐phase, which they did not do before excitation. T2 is defined as the time it takes for the spins to de‐phase  to 37% of  the original value. T2 relaxation occurs much  faster  than T1 relaxation.  T2  relaxation  develops  in milliseconds, while  T1  can  take  up  to seconds. T1  relaxation will  give T1 weighted  images  and T2  relaxation will give T2 weighted images. It needs to be emphasized that T1 and T2 relaxation are two independent processes. The one has nothing to do with the other. T1 

20 

Page 27: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Magnetic Resonance Imaging 

relaxation  describes  what  happens  in  the  z  direction,  while  T2  relaxation describes what happens in the x‐y plane.   

  Figure 4.1 Schematic drawing of proton spin (image M. Cohen) and the M‐vector and its relationship to the coordinate system.  

4.2 Signal and contrast

  The stronger the MR signal intensity (SI), the better the image quality will be. The SI  in MR  images  is often  low and  frequently  severely  influenced by background noise. The quality of the signal is described as the signal‐to‐noise ratio  (SNR,  SI  divided  by  noise). Optimization  in medical  imaging  aims  at achieving  the  best  possible  SNR  in  combination  with  the  best  available contrast  in  the  shortest  time possible. SNR  is proportional  to  the  size of  the voxel,  but  with  increasing  voxel  size,  noise  will  increase  and  the  spatial resolution decrease. A reduction in SNR can be overcome at the price of longer scanning  time  that might be  inconvenient  for  the patient. The human eye  is more affected by the contrast‐to‐noise ratio (CNR) than SNR. CNR is defined as  the difference  in  SI between different  tissues divided by  the background noise. If voxel size  is  increased  for  the purpose of  improving SNR, CNR will decrease due to increasing noise. Thus there are numerous interdependencies between the different factors influencing image quality and contrast. If speed is chosen as the main factor, SNR and spatial resolution are proportional to the voxel size. Spatial resolution is linked to contrast and artefact reduction, such as  field  inhomogeneity  and  chemical  shift.  Contrast  is  related  to  SNR  and artefacts.      

21 

Page 28: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 4    Infarct Size and Myocardial Function 

4.3 Scar visualization with the Late Gadolinium Enhancement technique

  The gadolinium chelates are the dominant class of contrast media for MRI. They are clear, colourless  fluids  for  intravenous administration and are used for  improved  detection  of  lesions  and  for  characterization  of  tissue. Gadolinium (Gd) is a rare metal that is extremely toxic in the elemental form (Gd3+). However, in medical use Gd is bound very tightly to a chelate (DTPA) almost  neutralizing  the  toxicity  of  the  ion. Gd  is  a  paramagnetic  substance which means that the ion causes a small local magnetic field that shortens the relaxation  times,  T1  and  T2,  of  surrounding  protons59.  In  normal,  healthy myocardium the contrast agent has an extracellular distribution. In reperfused MI,  the  extracellular  volume  is  increased,  mainly  due  to  loss  of  cellular membrane  integrity  thus  allowing  the  contrast  agent  to  accumulate.  An additional factor increasing the presence of Gd is oedema60. Also, kinetics for wash‐in and wash‐out of Gd change when the myocardium is injured61.    An inversion recovery (IR) sequence can be used to accentuate differences between  tissues.  This  sequence  uses  an  inversion  pulse  followed  by  a  time delay,  inversion  time  (TI)  before  imaging. The  SI  for  a  given TI  is  strongly dependent on inversion and repetition time (TR). TI can be chosen in order to null  a  signal  from  normal myocardium62,  63. However,  scarred myocardium contains more contrast agent than healthy tissue increasing the signal60, 64 and the scar becomes easily visible, figure 4.2.  

Mz Infarct

Mz Normal

Optimal TI

  Figure  4.2 Graph  shows  a  faster  recovery  of T1  in  infarct  areas  (red  line)  than  in healthy myocardium  (black  line) due  to a higher  level of gadolinium‐contrast  in  the scar area.  

22 

Page 29: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Magnetic Resonance Imaging 

  In 1999 Kim et al showed that LGE accurately determined infarct size and distinguished  between  reversible  and  irreversible  ischemic  injury1. LGE  has also been shown to have a high reproducibility31, 65 and it compares well with both  MPS30,  66,  67  and  PET68.  Another  study  from  Kim  et  al  showed  that reversible  myocardial  dysfunction  can  be  identified  by  measuring  the transmurality of the scar3. If transmurality exceeds 50% of the myocardial wall thickness, recovery of wall motion after revascularization is unlikely. Thus, the high spatial resolution of MRI enables the assessment of viable myocardium69‐

72, figure 4.3.   

  

Figure 4.3 Left ventricle in short‐ and long axis view. Dark myocardium indicating healthy myocardium. White myocardium indicating scar.   

4.4 A comparison between a fast and a segmented scar sequence

  A  commonly  used  sequence  for  LGE  is  the  prospectively  ECG‐gated, segmented inversion recovery 2D fast gradient echo (segmented turboFLASH according to the vendor, but here abbreviated IR_FGRE). A gradient echo is a rapid, saturation recovery sequence with a short TR (TR < 200 ms) a  low flip angle  (FA)  (<  90°),  and  a  gradient  echo  for  refocusing.  The  segmented acquisition  requires  about  12  heart  beats  per  breath  hold,  and  it  takes  one breath hold per slice. Spatial coverage of the whole heart requires about 10‐12 slices. The sequence utilizes an ECG  trigger and acquires 25 phase encoding lines every other heart beat. A 300 ms time delay forces the acquisition to the diastolic phase where the movement of the heart is minimal73. The sequence is often referred to as the reference for scar imaging3, 62.   

23 

Page 30: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 4    Infarct Size and Myocardial Function 

  Single shot inversion recovery 2D steady state free precession (single shot trueFISP, here abbreviated SS_SSFP) is a fast technique that acquires one slice during one heart beat. Single  shot  is  an  echo‐planar  imaging  technique  that utilizes  a  reduced  sampling of K‐space within one  single  acquisition, which takes  about  0.1  s.  The  sequence,  however,  suffers  from  artefacts  such  as chemical‐shift  and  susceptibility.  Since  the  acquisition  time  is  short,  the sequence  is  independent of patient cooperation which reduces artefacts  from arrhythmia and breathing at a cost of a  lower spatial resolution. The steady‐state  free  precession  (SSFP)  techniques  in  general  offer  high  CNR  between myocardium  and  blood  at  a  high  SNR74  which  may  facilitate  volumetric measurements of the LV and reduce observer dependence75. In a comparison of SSFP with fast gradient echo in the assessment of ventricular function, SSFP allows for better detection of the endocardial border76. It has been shown that SS_SSFP  provides  adequate  image  quality  compared  with  IR_FGRE77  and there  is  a  close  correlation  between  the  two  sequences  in  assessing  infarct volume in patients with sinus rhythm78, 79.  

4.5 Segmentation of myocardium and of scar

  Segmentation  is  an  image  analysis  technique.  The  term  segmentation  is used to describe the process of selecting a specific object from an  image. It  is usually  followed  by  some  further  operation,  for  example  to  determine  the volume of  the object,  figure 8.1. There are  three approaches  to segmentation; manual, semi‐automatic and automatic. Manual segmentation of a scar is time consuming,  subject  to  human  error  and  has  poor  intra‐  as  well  as  inter‐ observer  reproducibility. A completely automatic segmentation  is difficult  to achieve in diagnostic imaging since the intrinsic contrast between tissues may be  low.  Additionally,  a  fully  automatic  segmentation  frequently  has difficulties in detecting edges correctly and to handle partial volume effects.    There is a need to develop methods that accurately quantify LGE images. Different approaches have been suggested; visual80, semi quantitative visual81 as well as objective semi‐automatic methods82‐84. Heiberg et al have compiled a semi‐automatic computer software, Segment85‐87,  that  is available  for scientific users. After manual delineation  of  the  endo–  and  epicardial  borders  on  the LGE  images,  the  software  suggests  spatial  limits  for  the  scar. The algorithm can  be  summarized  as  follows:  In  each  slice,  the mean  signal  intensity  and standard deviation  (SD)  is calculated  in 5 sectors. The sector with  the  lowest 

24 

Page 31: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Magnetic Resonance Imaging 

25 

mean  signal  intensity  is  considered  ʹremoteʹ  myocardium.  A  slice  specific threshold  is  calculated  as  the mean of  the  ʹremoteʹ  sector  +  2.4 SD  from  the mean  signal  intensity  in  the  ʹremoteʹ  region.  The  number  of  standard deviations  from  ʹremoteʹ  is chosen after an optimization process  to minimize the  variability  of  the  algorithm.  A  three  dimensional  image  processing algorithm is applied to limit the heterogeneity of the hyperenhanced regions, and  to  exclude  small  regions  that  constitute  noise  rather  than  infarction. Manual  correction  is  possible  when  the  observer  does  not  agree  with  the outcome of the scar analysis of the software. 

Page 32: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

     

 

 

Page 33: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Cardiac Ultrasound 

5. CARDIAC ULTRASOUND 

  In 1954 the cardiologist Inge Edler and physicist Hellmuth Hertz at Lund University  first  introduced  cardiac  ultrasound.  They  established  the characteristic motion pattern for the anterior leaflet of the mitral valve by M‐mode ultrasound. However, since the image quality of the first recordings was low, many cardiologists did not think the method was worth pursuing. Today echocardiography  is  the  most  frequently  used  –  and  usually  the  initial  –imaging  test  for  all  abnormalities  of  the  heart  or  great  vessels. Echocardiography  is  easily  available, mobile,  inexpensive, non‐invasive  and non‐ionizing. The draw‐backs are  its dependency on  the manual skills of  the operator88 and the extended learning curve for the reading physician as well as for the technician.  

5.1 General principles

  Ultrasound  is  usually  defined  as  sound with  a  frequency  exceeding  20 kHz, usually above what can be perceived by the human ear.  A  sound wave  is  typically produced  by  a piezoelectric  crystal  encased  in  a probe. Strong, short electric pulses emitted from the ultrasound scanner causes motion  of  the  crystal  –  “ringing”  ‐  at  the  desired  frequency.  The  sound  is focused by e.g.  the shape of  the  transducer. The speed of ultrasound  is 1.540 m/s  in  human  soft  tissue  and  the wave  is  focused  at  a  desired  depth.  The sound wave  is partially  reflected  in  the  interface between  tissues depending on  slight differences  in  the velocity of  sound. Specifically,  sound  is  reflected where  there  are  definite  changes  in  the  density  in  the  body  for  example between the blood pool and the mycardial wall. Some of the reflections return to  the  transducer. The  scanner determines  the  time delay  between  transmit and receive from which the depth/distance to the structure may be calculated. The  returning  sound  wave  induces  resonance  in  the  piezoelectric  crystal producing  electric  signals  that  are processed  and  transformed  into  a digital image.  

27 

Page 34: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 5    Infarct Size and Myocardial Function  

5.2 Echocardiographic techniques

  There  are  different  techniques  in  clinical  echocardiography  that will  be presented below. These expressions will later be used in this thesis.    M‐mode: M  stands  for motion  and was  the  first  practical  application  of cardiac  ultrasound. M‐mode  is  produced  by  a  sequence  of multiple  linear arrays directed  towards  the heart  and  can be viewed  as  a  2D  image on  the screen. It has a very high frame rate, approximately 500 Hz, and thus enables the evaluation of very rapid motion, such as the moving cardiac valve leaflets. In  addition,  long  sequences  covering  several  heart  beats may  be  assessed, figure 5.1.   2D‐echocardiograpy: In 2D‐echocardiography ultrasound beams are emitted successively  within  a  sector  scan  plane.  2D‐echocardiography  is  the  basic modality  for  visualizing  cardiac  structure  and  wall  motion.  Frame  rate depends on  the width and depth of  the  imaging  sector, but  is defined as 25 frames  per  second  in  the  current DICOM  standard.  Some  of  the  returning sound waves  are  “overtones”,  the  2nd harmonic, with  a  frequency  twice  as high as the transmitted wave. This effect allows using low frequence transmit with better penetration  and using  received harmonics  for  reconstructing  the object. This imaging technique is called Second Harmonic Imaging, figure 5.1.   Doppler  Imaging:  The  Doppler  effect  characterizes  sound  reflected  by moving  structures. By  calculating  the  frequency  shift of  a particular  sample volume,  for example a  jet of blood  from a  leaking heart valve,  its speed and direction  can  be  determined  and  visualized.  The  Doppler  information  is displayed graphically using spectral flow Doppler or as gray scale image overlay using colour  flow Doppler. Tissue Doppler  Imaging  (TDI) allows visualization of the  motion  of  the  myocardial  walls.  The  ultrasound  signal  from  moving myocardial  tissue  has  higher  amplitude  but  lower  frequency  (due  to  a  low velocity)  than  signals  from  moving  blood  cells.  Spectral  tissue  Doppler  has inherently a high temporal resolution while colour tissue Doppler needs a frame rate  in excess of 100 frames per second to correctly display peak velocities  in wall motion. TDI is most often visualized as coloured 2D‐echocardiography or in M‐mode format where red denotes movement towards and blue movement away from the transducer, figure 5.2.  

28 

Page 35: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Cardiac Ultrasound 

  

Figure 5.1 Left: m‐mode image. Right: 2D‐image         

 

     Figure  5.2 Doppler  images: Upper  panel:  Spectral‐  (left)  and Colour‐  (right)  Flow Doppler. Lower panel: Spectral‐ (left) and Colour‐ (right) Tissue Doppler.   

5.3 Myocardial deformation or “Strain”

  Strain (ε) is here defined as the deformation of an object, normalized to its original length89. In a one‐dimensional object, the only possible deformation of the object  is  lengthening or  shortening. Elements of  the myocardium  can be deformed  in a  longitudinal, a radial or circumferential direction.  In addition, shear strains add complexity to the analysis of myocardial deformation. Strain 

29 

Page 36: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 5    Infarct Size and Myocardial Function  

30 

can be written as: ε = (L – L0)/ L0 and is thus a ratio, but often expressed as a percentage.  By  convention  positive  strain  is  expressed  as  lengthening  and negative strain as shortening. Cardiac strain expresses the local deformation of contracting  muscle90‐92.  It  is  a  complicated  measure  that  requires  9  tensor values  to adequately describe motion  in all directions93. Simplified  solutions are those that determine strain along the tissue Doppler beam (1‐dimensional) or  from  speckle  in  the gray  scale  image  (2D‐strain,  2‐dimensional). Strain  is supposed to be less influenced by tethering of neighbouring myocardium than myocardial velocities94.  It may quantify  the severity of myocardial segmental dysfunction95,  96  as well  as  predict  the  recovery  of  regional wall motion  in patients  with  acute  myocardial  infarction  subjected  to  PCI97.  Global longitudinal  strain  is  an  effective method  for  quantifying  global  ventricular function98,  is closely related  to  infarct size  in chronic  ischemic heart disease99 and might  be  an  important  clinical  tool  for  evaluating  risk  in patients with acute MI100, figure 8.2.     

Page 37: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Myocardial Perfusion SPECT 

6. MYOCARDIAL PERFUSION SPECT

  The  most  common  reason  for  performing  MPS  is  CAD  where  the perfusion of the myocardium can be visualized by an intravenous injection of a  radioactive  tracer  followed  by  tomographic  imaging  with  a  gamma camera101. The advantages of MPS are  the high  sensitivity and  specificity, as well  as  a  high  negative  predictive  value102.  The  drawbacks  are  the  use  of radioactive  agents  and  in  some  situations  a  lower  specificity  due  to attenuation effects.   

6.1 General principles

  Following injection, the radioactive tracer will be extracted from the blood and binds to the target tissue. From the binding site, photons are emitted and absorbed in the scintillation detector crystal (a gamma camera) causing a pulse of  light.  Photomultiplier  tubes  amplify  the  incoming  signal,  which  is  in proportion  to  the  tracer  distribution/perfusion  of  the  examined  tissue.  A collimator  attached  to  the  gamma  camera  allows  only  detection  of  parallel photons,  and  these  photons  are  the  basis  for  the  creation  of  an  image.  In addition  the  choice  of  collimator  type determines  the  spatial  resolution  and sensitivity  of  the  system.  Three  electrical  signals  are  registered  from  the gamma camera detector, two that indicate where the photon is absorbed in the crystal  (x‐ and y‐ pulses) and one  that  indicates  the energy of  the photon  (z‐pulse). The z‐pulse  is used  in  the pulse‐height analyzer  for discrimination of scattered radiation with the use of energy window setting. SPECT is a method that rotates the gamma camera around the object in order to obtain many angular projection  images. Mathematical algorithms are used to reconstruct images of selected planes within the object from these projection data. The images are presented as cross‐sectional slices through the patient or the examined organ, for example the heart. SPECT increases the contrast in the images compared to planar imaging.   

31 

Page 38: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 6    Infarct Size and Myocardial Function  

6.2 Radioactive tracers

  An  attractive  perfusion  tracer  for  the  myocardium  should  have  the following characteristics:  it should be extracted  from  the blood  in proportion to  flow, have  a high  extraction  fraction  but  still  remain  in  the myocardium long enough for imaging and have a rapid elimination. It should also cause a low over‐all radiation exposure.   In the 1970s the first radiopharmaceutical tracer used for MPS was thallium‐201  (201Tl).  201Tl  is a potassium analogue and  is  therefore actively  transported into  the  cell  by  the  sodium‐potassium  pump.  Since  potassium  is  the major intracellular cat  ion  in muscle and  is virtually absent  in scar  tissue,  201Tl  is a tracer well  suited  for  differentiating  between  normal/ischemic myocardium and scarred myocardium. 201Tl emits around 80 keV of photon energy and has a half‐life of 73 hours. Following  intravenous  injection, approximately 88%  is cleared  from  the  blood  after  the  first  circulation103,  but  because  the  heart receives only 5% of the cardiac output, only 4% of the total dose is taken up by the myocardium, while the rest mainly goes to skeletal muscle. In  the  1990s  technetium  99m‐labeled  myocardial  perfusion  tracers  were introduced104,  sestamibi  and  tetrofosmin.  Technetium  99m  (99mTc)  emits  140 keV  of  photon  energy  and  has  a  half‐life  of  6  hours.  140  keV  is  more favourable  for  the  absorption  of  the  photons  in  the  crystal  of  the  gamma camera  compared  with  80  keV  of  201Tl.  In  addition  the  short  half‐life  of technetium  also  lowers  the  dose  absorbed  in  tissue.  99mTc‐tetrofosmin distributes to the myocardium in proportion to blood flow105 and  is taken up by viable cells where it is bound to the mitochondria104.   

6.3 Imaging protocols and perfusion defect size

  For  99mTc‐tetrofosmin  separate  injections  are  required  for  rest  and  stress imaging, either  in a one‐day or, preferably,  in a  two‐day protocol. For stress images either physical exercise or pharmacological stress can be used. Exercise remains the technique of choice because it provides extra information such as physical  work  capacity,  symptoms  and  extent  and  duration  of  the  ECG‐changes.  However,  there  are  a  large  number  of  patients  where  exercise tolerance  is  suboptimal,  preventing  the  patient  from  reaching  85%  of  age‐predicted  peak  heart  rate.  In  these  cases,  the  stress  agent  of  choice  is adenosine, which is a naturally occurring purine that causes vasodilatation by increasing  intracellular cyclic AMP. Near maximal coronary vasodilatation  is 

32 

Page 39: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Myocardial Perfusion SPECT 

achieved  in 85% of patients with an  intravenous dose of 140μg/kg/min. The increase  in  coronary  flow  in  healthy  humans  at  this  dose  is  greater  than  4 times the value at baseline. Adenosine dilates the healthy‐, but not the sclerotic segments  of  the  coronary  arteries  and  thus  a  coronary  steal  syndrome will arise106.        To assess LV end diastolic and end systolic volume, EF and wall motion, gated cardiac MPS can be used101. It is achieved by dividing the R‐R interval of the  ECG  in  intervals,  collecting  data  for  each  unique  interval.  The  average value is assessed for each interval and a separate sub‐image is created for each interval. When viewing  the  function of  the LV  the  sub‐images are played  in subsequent  order.  This  presupposes  regular  R‐R  intervals.  Gated  MPS increases the ability of MPS to detect CAD107, 108.    Acute  infarct  size  estimated  from  201Tl MPS has  a  close  correlation with true infarct size obtained from pathologic specimens109. Medrano et al showed that  the  perfusion  defect  size  assessed with MPS  compared well with  the histological  evaluation  of  infarct  size  in  15  explanted  hearts with  ischemic cardiomyopathy110. In humans, defect size with 201Tl MPS correlates well with biochemical markers  of myocardial damage111,  112  and with  EF112,  as well  as with  infarct  size  from  99mTc‐sestamibi113,  114. The perfusion defects  caused by infarcts  are  fixed  defects,  and  the  assessment  of  fixed  perfusion  defects  by MPS  is  today an accepted and validated  tool  for  the quantification of  infarct size34. Several studies have shown a good agreement between perfusion defect and  LGE  uptake  in  acute myocardial  infarction66,  115  as  well  as  in  chronic infartion66, 116. MPS can be used to predict clinical outcome according to infarct size25, figure 6.1.  In stress induced ischemia there will be a defect only on the stress images. On the  rest  images  the  perfusion  defect  will  disappear  since  the  myocardial perfusion  is  restored  at  rest.  By  comparing  stress‐  and  rest  MPS  images, myocardium with stress induced ischemia can be recognized117.    MPS has often been used as a reference method to estimate infarct size 34, based  on  visual  qualitative  evaluation  of  the  perfusion  defect.  Objective measurement and standardized evaluation is desirable in the application of all cardiac imaging methods. Computer‐assisted assessment of infarct size in MPS imaging may  reduce  the  variability  between  different  observers  118,  119  and there  are  several  brands  on  the  market.  We  studied  PERFIT®  (HERMES Medical  Solutions,  Stockholm,  Sweden), which  is  an  automatic  software  for 

33 

Page 40: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 6    Infarct Size and Myocardial Function  

the quantitative analysis of  infarct size and severity. The reference  is a three‐dimensional,  gender  specific,  averaged  heart,  generated  from  a  defined reference population120, 121.    

  Figure 6.1 Left ventricle in short axis view. Left: Normal perfusion. Right: Perfusion defect indicating scar. 

34 

Page 41: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Aims of the Study 

7. AIMS OF THE STUDY 

  The general aim of this thesis was to study methods to assess scar size in chronic MI, primarily with the use of LGE MRI. In addition, the effect of scar on  LV  function  was  investigated  and  an  attempt  was  launched  at demonstrating myocardial  salvage  in  acute  ST‐elevation myocardial  infarct (STEMI).  The specific aim of each study was to:   

I. compare  the  scar  size  at  rest  by  MPS,  as  determined  with  an automated computer software, PERFIT®, with scar size manually delineated on LGE images.  

 II. compare the scar size and evaluation time using a semi‐automatic 

computer software, Segment, with manual delineation.   

III. determine  image  quality  and  infarct  size with  the  two MRI  scar sequences,  IR_FGRE  and  SS_SSFP,  in  patients  with  permanent atrial fibrillation and chronic myocardial infarction.  

  

IV. determine myocardial  area‐at‐risk  in  acute MI with  the  use  of  tissue Doppler  imaging  and  visual  wall  motion  assessment,  and  to determine  whether  these  measurements  correlated  on  a  global, regional and segmental level with the size of the final scar. 

  

   

35 

Page 42: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

        

 

Page 43: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Material and Methods 

8. MATERIAL AND METHODS

  All  studies  complied  with  the  Declaration  of  Helsinki.  Studies  were approved by the Ethics committee at Linköping University (paper I, II, III) or (later)  by  the  Regional  ethical  review  board  in  Linköping  (paper  IV).  All patients gave informed consent.  

8.1 Study population

  Paper  I and  II: Forty patients, 33 men and 7 women, average age 65 ± 10 years  (range  36  ‐  84)  were  consecutively  enrolled  between  June  2002  and March 2004. Thirty‐two of these patients had been diagnosed with MI and the remaining 8 had symptoms suggestive of CAD. Patients referred for MPS with suspicion  of  CAD  were  included  in  the  study  if  they  had  an  irreversible uptake reduction suggesting a MI.     Paper III: Twenty patients, all men, average age 75 ± 6 years (range 59 ‐ 83) were enrolled in the study. All 20 patients had MI determined from chest pain, ECG abnormalities and/or elevated  levels of either Troponin T >0.05  μg/l or CKMB  >5.0  μg/L,  in  at  least  two  blood  samples  while  hospitalized.  The diagnosis  had  to  be  confirmed  more  than  6  weeks  prior  to  the  MRI examination.  At  the  time  of  the  MRI  study,  all  patients  were  in  atrial fibrillation.    Paper IV: Twenty‐six patients (23 men) average age 65 ± 8 years (range 50 ‐ 78) were selected for this analysis from among 99 patients included in a study of primary PCI for STEMI. In the main study, 159 patients were included and 99 finally completed the investigations. Acute echocardiography was possible only during  office hours,  enabling  the  inclusion  of  26 patients  for  this  echo sub‐study.  The  culprit  lesion  was  located  in  the  left  anterior  descending coronary  artery  system  (LAD)  in  15  patients,  in  the  right  coronary  artery (RCA) in 9 and in the left circumflex artery (LCx) in 2 patients.  

37 

Page 44: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 8    Infarct Size and Myocardial Function  

8.2 Magnetic Resonance Imaging

  Three magnets were used: A 1.5 T Magnetom Vision, (paper I and II), a 1.5 T Symphony (paper III) both from Siemens, Erlangen, Germany, and in paper IV  a  1.5  T  Achieva  (Philips Healthcare,  Best,  The Netherlands).  A  circular polarized  body‐array  surface  coil  was  used  in  all  measurements.  ECG‐triggered MR images were obtained.  In all studies cine‐MR imaging covered the entire left ventricle with short axis slices and three long axis planes (2‐, 3‐ and 4‐chamber views). A fast gradient echo  (FGRE)  sequence  (paper  I  and  II),  a  SSFP  sequence  (paper  III)  and  a balanced steady state free precession turbo field echo (b‐SSFP TFE) (paper IV) were used for the cine‐images.  The contrast‐enhanced images were acquired at the same slice positions as the cine‐images.  Gadopentetate  dimeglumine  (Gd‐DTPA)  0.2  mmol/kg bodyweight  (Schering  Nordiska  AB,  Järfälla,  Sweden)  was  administrated intravenously and LGE sequences were used. A segmented IR_FGRE sequence was used in papers I‐III. In addition, a SS_SSFP was recorded in paper III. In paper  IV  the  IR  turbo  field  echo  (IR‐TFE)  sequence  was  a  segmented  3D spoiled gradient echo. In paper  III  a  comparison was made between  two different LGE  sequences. For the single shot sequence, SS_SSFP, the following settings were used: TR = 10.8ms, echo  time  (TE) = 1.26ms, FA = 50°, bandwidth  (BW) = 1180 Hz, slice thickness = 8mm,  image matrix = 192 x 108, number of excitations (NEX) = 1, field‐of‐view  (FOV)  =  380mm.  Corresponding  settings  for  the  segmented sequence, IR_FGRE, were: TR = 12ms, TE = 5.4ms, FA = 30°, BW = 140 Hz, slice thickness = 8mm,  image matrix = 256 x 160, NEX =1, and FOV = 380mm. A 300ms  time delay was  added  to  force  the  acquisition  to  the diastolic phase, where the movement of the heart is minimal. However, since the patients had irregular R‐R‐intervals,  the actual  timing of  the acquisition differed between beats. In the single shot acquisition, breath holding was not required. Instead, the  acquisition  was  initiated  by  the  technician  from  end‐expiration  in  the respiratory trace. In the segmented cine imaging, the patients were instructed to  hold  their  breath  in  end‐expiration.  For  all  LGE  sequences  the  optimal inversion  time was  chosen  from  a midventricular  short‐axis  slice where  the signal from healthy, normal myocardium was nulled 62, 63. 

38 

Page 45: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Material and Methods 

8.3 Magnetic Resonance Imaging Analysis

  Left ventricular volume and scar measurements: In all studies, LV myocardial volume  (end diastolic volume and end systolic volume) was measured  from the  short  axis  cine  slices.  Infarct  size was measured  on  short  axis  slices  in paper  I  –  IV. The papillary muscles were  included  in  the LV  size/infarction size  if  they  were  attached  to  the myocardium  at  that  particular  site.  Scar transmurality was assessed in the long axis views of paper IV to facilitate the comparison with tissue Doppler measurements and visual assessment of wall motion.   In paper I and II, segmentation was performed manually for the myocardium as  well  as  for  scar  using  ImageJ  1.29X  (Wayne  Rasband,  NIH  USA, http://rsb.info.nih.gov/ij/). The time required for performing the measurements was  recorded.  Problems  with  partial  volume  effects  were  resolved  with consensus (6% of all slices).  In paper  II we  compared  the above mentioned manual  infarct  segmentation with  a  semi‐automatic  infarct  segmentation  using  an  automated  infarct delineation algorithm in the software “Segment” (http://segment.heiberg.se) as described by Heiberg et al85‐87. The result was displayed  in  two steps, “semi‐automatic infarct sizing” and “semi‐automatic corrected infarct sizing”, i.e. if a manual  correction  was  performed.  Long  axis  views  aided  in  the  visual determination  of  infarcted  myocardium.  Myocardial  segmentation  was performed manually, by using  “Segment” by  two observers. Both observers recorded  the  time  needed  for  the myocardial  segmentation  and  for manual corrections of  the  scar  analysis when needed,  figure  8.1. The  automatic  scar analysis took only a few seconds. In  paper  III  and  IV  infarct  size was measured  by  two  observers  using  the software “Segment”  85‐87. Myocardial  segmentation was performed manually by  using  “Segment”  by  two  observers  in  paper  III  and  by  one  observer  in paper IV.  

39 

Page 46: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 8    Infarct Size and Myocardial Function  

 

  

Figure 8.1 Left ventricle in short axis view. Healthy myocardium is dark. Scar is white. Left: Manual segmentation of left ventricle and scar. Right: Examples of manual correction in semi‐automatic segmentation.   = area erroneously marked as infarcted by the semi‐automatic method.   = infarct area added manually. The circle marks an area correctly classified as infarcted by the semi‐automatic method. 

   Wall motion score index (paper I): WMSI was assigned in the same manner as with echocardiography (see section 8.4).    Coronary artery supply area (paper I): In the 33 patients where an infarct scar was  seen  on  both MPS  and  LGE,  the major  coronary  artery  supply  for  the infarcted  segments  in  LGE  was  manually  determined  according  to  a  16 myocardial  segmental  model  that  closely  resembles  the  presently recommended 17‐segment model122,  123. The LV was divided  into equal thirds perpendicular to the long axis. A mid‐slice in each third was selected and the segmental  scar  area  calculated  after  manually  outlining  the  epi‐  and endocardial  borders  85.  The  LGE  positive  fraction  in  each  coronary  artery perfusion  area was  calculated  provided  the  percentage  involvement  of  any segment  exceeded  5%. All  segments were  assumed  to  be  of  equal  size. The coronary perfusion area with  the highest  infarct  fraction was assumed  to be perfused by the infarct related artery.    Visual determination of  image quality (paper III): Visual assessment of  image quality of the LGE images (IR_FGRE and SS_SSFP) was performed in view of the  following  four  aspects:  delineation  of  1)  noninfarcted  and  2)  infarcted myocardium, 3) the occurrence of motion‐ and other artefacts and 4) an overall evaluation of the  image quality of the LV. A five‐point rating scale was used for all groups with five as the highest and one as the lowest grade124. A score of 5 was given when the parameters were considered “very good”. A score of 

40 

Page 47: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Material and Methods 

4‐3‐2‐  and  1 was  given when  the  parameter  (segmentation  of  noninfarcted‐ and  infarcted myocardium, artefacts and overall  impression) was assessed as “good”, “moderate”, “poor” and “very poor” respectively. For visual assessment of the quality of the cine‐images, each short‐axis slice of the  LV was  evaluated  in  two  aspects:  1)  the  occurrence  of  artefacts  and  2) overall  evaluation  of  the motion  (ghosting,  blurring,  irregularity)  of  the  left ventricular wall, using “5” as  the highest grade and “1”as  the  lowest grade. The quality of the LGE‐ and cine images was evaluated by two observers and averaged.  The  two  observers were  blinded  as  to  the  sequence  information except for cine.    Signal Intensity, Signal‐to‐Noise and Contrast‐to‐Noise (paper III): The SI, SNR and  the CNR values were determined on  images  from both LGE  sequences (IR_FGRE and SS_SSFP). To calculate the SI, regions of interest (ROIs), 25 to 50 mm2,  were  placed  in  the  normal  myocardium  (myo)  and  in  the  infarcted myocardium (inf). In the blood pool (bp), a larger ROI of at least 300 mm2 was drawn. Noise was defined as the SD of the SI measurement in the air outside the patient. The SNR for different cardiac regions was calculated by dividing each  SI  by  the  noise.  The  CNR  value  for  the  infarcted  myocardium  in comparison to the normal myocardium was calculated as follows: CNR: (SIinf – SImyo)/Noise. The CNR value for the infarcted myocardium in comparison with the  blood  in  the  ventricular  cavity was  calculated  as  follows:  CNR:  (SIinf  ‐ SIbp)/Noise.  

8.4 Echocardiography

  Equipment:  Siemens  Sequoia  256  or  512;  Siemens  Healthcare  Inc, Mountainview, CA, USA was used in paper I and III. In paper IV, a GE V7 or GE  V5  equipped  with  3MHz  transducers  utilizing  harmonic  imaging technology was used.      Wall  motion  scoring  and  ejection  fraction:  The  LV  was  divided  into  16 segments (6 basal, 6 mid, and 4 apical) 122, 125. Wall motion was determined by at  least two  independent observers and the mean value of each segment was used.  Wall  motion  scoring  used  conventional  steps  such  as:  normal  =  1, hypokinetic = 2, akinetic = 3, dyskinetic = 4, aneurysm = 5122,  125. Scores were summed and divided by the 16 segments to obtain a global wall motion score 

41 

Page 48: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 8    Infarct Size and Myocardial Function  

index  (WMSI)  for  the LV  for each patient. Left ventricular EF was calculated using the biplane method of discs (Simpson).     Tissue Doppler measurements  (paper  IV):  In  the  acute  setting  at  least  three apical views were obtained with colour tissue Doppler (two‐beat loops) while the patient was draped and prepared for acute PCI. At follow‐up, a minimum of three apical loops were recorded, preferably in end‐expiration to minimize translational movement of the heart.  Colour  Tissue  Doppler  images were  acquired with  a  frame‐rate  exceeding 90/s. Off‐line analysis was performed using Echopac software (Echopac BT08, GE  Vingmed  Ultrasound,  Norway).  In  each  of  the  three  apical  views,  six segments were defined  and ROI using  sample volumes  of  6  x  12 mm were applied.  Tissue  Doppler  values  in  the  apical  anteroseptal  and  inferoseptal segments were averaged into an apical septal segment and in the anterolateral and  inferolateral  averaged  into  an  apical  lateral  segment  thus  allowing conversion  from  18  segments  into  a  16  segment model. After  checking  for aliasing in the velocity mode, myocardial strain and displacement curves were drawn  and  the  peak  values  were  measured  on  two  consecutive  beats,  if possible,  figure  8.2.  Peak  systolic  strain  was  calculated  from  the  velocity determination  in  the  longitudinal  direction.  Long  axis  LV  function  was assessed  from mitral  annular motion  (MAM) which was measured  in  four positions  on  the mitral  annular  ring. Values  for  strain,  displacement  of  the myocardial  segments and MAM  from  the mitral annular  ring were obtained by  two observers and  their average was calculated. The  reference values  for longitudinal strain by Kowalski et al (‐16% ± 5%) were used as a cut‐off126. To  obtain global measurements  of  strain, measurements  from  each  segment were added and the sum divided by the total numbers of segments. To assess regional  measurements  of  wall  motion  and  strain  in  relation  to  infarct transmurality, numbers  for  the  three segments of each wall  (anterior,  lateral, posterior and septal) were averaged.    

42 

Page 49: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Material and Methods 

  

Figure 8.2 Strain Doppler curves at follow up. Blue: normal longitudinal strain curve recorded from healthy myocardium in the middle septal segment. Red: reduced longitudinal strain in thinned, infarcted myocardium of the apical septal segment. 

 

8.5 Myocardial Perfusion SPECT

  Imaging (paper I): The rest images from a two‐day stress/rest protocol were used. Imaging at rest was performed 2 ‐ 3 days after stress imaging using 8.6 MBq  99mTc  tetrofosmin/kg  bodyweight  (max  860 MBq)  (Amersham Health, Buckinghamshire, UK).  A  dual‐detector  gamma  camera  (E.CAM,  Siemens  Medical  Systems  Inc, Hoffman  Estates,  Il, USA)  equipped with  a  high  resolution  collimator was used. Thirty‐two views were acquired in steps of 2.8 degrees per detector and the  acquisition  time/angle was  25  s.  In  the  first  nine  patients,  16  views  per detector were used with an acquisition time/angle of 50s. A 19% window was “asymmetrically placed” (129 – 155 keV) on the 140 keV peak. A 64*64 word matrix  with  a  pixel  size  of  6.6  mm  was  used.  The  acquisition  files  were reconstructed  by  the  nuclear  technicians  using  filtered  back‐projection prefiltered with a Butterworth filter (cut off 0.8/cm, order 10) (Hermes Medical Solutions, Stockholm, Sweden). The result of the reconstruction procedure was controlled  and  the  images were  initially  analyzed  and  reported  for  clinical patient  care  by  four  experienced  nuclear  physicians,  whose  individual 

43 

Page 50: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 8    Infarct Size and Myocardial Function  

evaluations were the basis for inclusion in the study. After inclusion, images at rest were reanalyzed with PERFIT by one expert reader without knowledge of the LGE results.    Analysis with PERFIT (paper I): PERFIT assesses the size of the myocardial scar  (ml),  the  infarct  extent  (%  of  myocardial  volume)  and  analyzes  the percentage  of  each  coronary  artery  perfusion  area  involved120,  121.  The threshold  for MPS  scar  is  set  to  an  absolute  level  of  <  2  SD  of  the  highest perfusion  tracer uptake  in a  remote area of  the myocardium.  In  the PERFIT analysis,  the  image  alignment  by  the  software was visually  checked  but no manual correction of the automatic fit was necessary, figure 8.3.         

  

Figure 8.3 Left: Evaluation of the scar by PERFIT in short‐axis view. Right: Corresponding image without automatic scar determination.    

8.6 Statistics

  The myocardial and scar volume measures were analysed by two‐sided t‐test for paired observations. Correlation coefficients and related p values were reported, Bland‐Altman127 plots used and slope differences analysed by  t‐test (paper III).   The methodological error of  the  two raters  in paper  III and of  the  functional measures  (paper  IV)  were  expressed  as  standard  error  of  a  single determination  (Smethod) using  the  formula, proposed by Dahlberg  128, Smethod = √(∑di2/(2n)), where di  is  the difference between  the  i:th paired measurement 

44 

Page 51: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Material and Methods 

45 

and  n  is  the  number  of  differences.  F‐test  was  used  to  compare  Smethod 

(comparison of variance) between IR_FGRE and SS_SSFP (paper III).  Kappa measurements were  used  to  determine  the  correspondence  between MPS and LGE  in  the determination of  the major vascular  supply of  the  scar region (paper I) and to evaluate interobserver agreement (paper III).  Mean  coefficient  of  variation  (COV, %)  calculated  as COV  =  100  x  (O1‐O2/ (O1+O2)/2) where O1  and O2  are  the measurements  of  each  observer, was calculated between myocardial and infarct volume measurements (paper II). For  image quality, Wilcoxon pairwise  signed  rank  test was used  to compare modality performance based on the ordinal‐scaled criteria (paper III). In paper IV the difference on a global level between pre‐ and post PCI exams was  analysed  by  two‐sided  t‐test  for  paired  observations.  Spearman’s  rank correlation  was  used  for  global‐,  regional‐,  and  segmental  functional parameters vs.  infarct size and  infarct  transmurality. The difference between normal segments (transmurality < 1%) and segments with transmurality ≥ 50% on  a  regional  level  was  analyzed  with  Mann‐Whitney’s  U‐test.  Receiver‐operating‐characteristics  (ROC)  curve analyses  were performed  using the statistical  software MedCalc® Version  6.10  (MedCalc  Software, Mariakerke, Belgium).  The  interaction  between  WMSI  and  strain  on  the  detection  of segments with a transmurality >50% was analysed with logistic regression.    Analyses were  performed  using  SPSS  13.0  (SPSS  Inc,  Chicago,  Illinois). Two‐tailed P values were used with p ≤ 0.05 considered to indicate statistical significance.                         

Page 52: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

 

 

Page 53: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Results 

9. RESULTS

9.1. Infarct size is comparable when determined with LGE and MPS (Paper I)

  The myocardial scar volume assessed with MPS was 29.6 ± 23.2 ml (range 0  –  87)  compared with LGE  22.1  ±  16.9 ml  (range  0  –  69),  p  =  0.01, with  a correlation  coefficient  of  r  =  0.71  and  a mean  difference  of  ‐7.5 ml.  Infarct extent was 11.7 ± 9.4 % (range 0 – 38) using MPS and 13.0 ± 9.6 % (range 0 – 35) with  LGE,  p  =  0.32,  (difference  1.3  percentage  points)  with  a  correlation coefficient of r = 0.63, figure 9.1. The  intraobserver variability for LGE  infarct volume was 0.3 ± 8.0 ml and 0.2 ± 6.4 ml respectively for the two observers and for  LGE  infarct  extent  0.1  ±  4.3 %  and  0.2  ±  3.8  respectively.  Interobserver variability  for LGE  infarct volume was 1.0 ± 3.0 ml  (p = 0.05) and  for  infarct extent 0.3 ± 2.4 % (p = 0.4).     PERFIT and LGE were concordant  in 34 patients, while differences were seen  in  six  patients.  In  five  patients with  normal  LGE  results,  PERFIT  and clinical  evaluation  reported  myocardial  perfusion  defects.  A  retrospective review of these MPS studies showed that attenuation defects were possible. In one patient, PERFIT did not detect a scar that was reported from clinical MPS evaluation and with LGE. Additionally,  clinical MPS erroneously  reported a scar  in one patient that was cleared with PERFIT as well as LGE, table 9.1. If these 7 patients were removed from the analysis, infarct volume assessed with MPS was 33.2 ± 23.5ml and with LGE 26.7 ±14.9 ml,  (p = 0.04).  Infarct extent was 13.2 ± 9.6% with MPS and 15.7 ± 8.3% with LGE, (p = 0.08). The correlation coefficient between the two methods was in this subset 0.70 for infarct volume and 0.59 for infarct extent.    In  three  patients,  the  LGE  analysis  suggested  a  larger  infarct  volume and/or extent than MPS (> 1 SD of their difference). In two of these cases, the scar area  included  the apex which made delineation of  the endocardium on LGE difficult due  to  low  contrast between  the  infarct area and  the SI  in  the blood pool. In the third patient, bowel uptake on MPS‐images interfered with the interpretation of the perfusion reduction in the inferior wall. In six studies MPS showed a larger scar volume and/or extent compared with LGE (>1 SD). In  two  of  these  studies MPS  showed  a  reduced uptake where LGE  showed thin walls  and  in  four patients MPS  showed  reduced  inferior uptake where 

47 

Page 54: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 9    Infarct Size and Myocardial Function  

LGE  showed  a  small  inferior  infarct or no  scar  at  all.  In  three of  these  four patients both MPS and LGE displayed dilated LV.    WMSI  determined  with  cine‐MRI  correlated  moderately  with  infarct volume  and  infarct  extent.  The  correlation WMSI(cine‐MRI)  versus  infarct volume(MPS) was  r  =  0.71  and  infarct  extent(MPS)  r  =  0.71. WMSI(echo) vs infarct volume(MPS) was r = 0.64 and for  infarct extent r = 0.65, respectively. WMSI (cine‐MRI) vs. infarct volume(LGE) was r = 0.62 and infarct extent(LGE) r  =  0.60. WMSI(echo)  versus  infarct  volume  (LGE) was  r  =  0.57  and  infarct extent r = 0.56 respectively.    In the 33 scans where MPS and LGE both showed myocardial scar, PERFIT determined  that LAD was  the main  coronary  artery  supply of  the  infarcted segments  in  21  scans  (LAD  territory  involvement  in  a  total  of  25  exams), whereas LCx and RCA were the supply arteries in 6 scans each (LCx and RCA territory  involvement  in  a  total  of  19  and  16  exams  respectively). Corresponding figures with LGE were for LAD 20 scans (LGE uptake in a total of 107 segments) and for LCx and RCA 5 and 8 scans respectively (LGE uptake in a  total of 63  segments and 71  segments  respectively). Hence,  there was a good agreement in 30 of the 33 scans with myocardial damage, (Kappa = 0.84).  

80604020

 

3020100

Mean relative defect size

80

60

40

20

0

-20

-40

-60

 

48 

0

Mean defect size

100

80

60

40

20

0

-20

-40

-60

-80

-100

LGE

- MPS

Infarct volume (ml)

+2 SD

mean

-2 SD

-80

LGE

- MPS

Infarct extent (%)

+2 SD

mean

-2 SD

                 Figure 9.1 Bland‐Altman plots showing the agreement between perfusion defect size by MPS, assessed with PERFIT, and LGE images assessed with manual segmentation. 

Page 55: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Results 

   LGE normal  LGE pathologic  Sum MPS(Perfit) normal  

1  1  2 

MPS(Perfit) pathologic  

5  33  38 

Sum  6  34  40  

Table 9.1 Concordance between MPS and LGE. Normal and pathologic results reported with the two methods. 

 

9.2. The semi-automatic method shortens evaluation time with maintained clinical accuracy (Paper II)

  The time for evaluating a cardiac MRI study was 9.2 ± 1.8 minutes (range 6‐14) with the semi‐automatic corrected method, of which 1.2 ± 0.6 (range 0.5–3.0)  minutes  was  devoted  to  minor  adjustments.  Manual  infarct  sizing required 21.6 ± 4.5 minutes (range 15‐31), figure 9.2.    The myocardial  volume  assessed with  the  semi‐automatic method was 168.1 ± 51.0 ml and with manual evaluation 172.4 ± 53.0 ml (r = 0.95, p = 0.09), figure  9.3. Corresponding  figures  for  infarct  volume  and  infarct  percentage were 25.9 ± 20.2 ml vs. 22.1 ± 16.9 ml (r = 0.92, p = 0.005) and 15.1 ± 10.8% vs. 13.0  ±  9.6%  (r  =  0.91, p  =  0.005),  figure  9.4. Semi‐automatic  corrected  infarct sizing showed slightly  larger  infarct size, 3.8 ± 8.1 ml, and  infarct percentage 2.1 ± 4.4 % than the manual method.    Generally,  the  manual  adjustments  of  infarct  volume  in  the  semi‐automatic  corrected method were  small.  The  infarct  volume  assessed with semi‐automatic method was 26.4 ± 19.2 ml and with semi‐automatic corrected method  25.9  ±  20.2 ml  (r  =  0.99,  p  =  ns). Corresponding  figures  for  infarct percentage were 15.5 ± 10.3% and 15.1 ± 10.8% (r = 0.99, p = ns). The applied corrections were of  two  types. Corrections were performed  if  the delineation of  the myocardium erroneously  included parts extrinsic  to  the myocardium. Also,  corrections were  frequent  if  the  scar area was  considered  to be due  to partial volume effects. There were, on average, 13 corrections of the first type and 20 corrections of  the  second  type. For corrections of  the  first  type, 70 % were deletions and 30 % were additions. For corrections of  the  second  type, deletions and additions were 50 % each. 

49 

Page 56: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 9    Infarct Size and Myocardial Function  

     With  manual  infarct  sizing,  the  intraobserver  variability  of  the  two observers  for  myocardial  volume  was  5.2  ±  13.6  ml  and  2.4  ±  18.6  ml respectively,  for  infarct volume 0.3 ± 8.0 ml and 0.2 ± 6.4 ml, and  for  infarct percentage 0.1 ± 4.3 % and 0.2 ± 3.8 %. Interobserver variability for myocardial volume was 1.7 ± 14.7 ml (r = 0.96, p = 0.5), infarct volume 1.0 ± 3.0 ml (r = 0.98, p  =  0.05)  and  infarct percentage  0.3  ±  2.4 %  (r  =  0.97, p  =  0.4).  In  the  semi‐automatic  method,  each  observer  used  the  same  segmentation  of  the  left ventricle for both semi‐automatic and semi‐automatic corrected  infarct sizing and  only  adjusted  the  scar  area.  Due  to  different  approaches  to  the segmentation process the interobserver variability for myocardial volume was 32.3 ± 20.6 ml (r = 0.95, p = 0.000),  infarct volume 11.0 ± 12.3 ml (r = 0.87, p = 0.000) and infarct percentage 3.4 ± 5.9 % (r = 0.87, p = 0.001).

 

Semi‐automatic method Manual method

Semi‐automatic infarct‐sizing  Manual infarct sizingSegment 1.465  ImageJ 1.29X 

40 exams  40 exams 8.1 min   21.6 min

  

 Figure 9.2 Flow chart showing the number of exams and the average evaluation time for the semi‐automatic and the manual infarct sizing methods. After running the software for the determination of infarct size the observers on average corrected 25 exams.  

Semi‐automatic corrected infarct sizing 40 exams 9.2 min 

if correction needed 

manual correction 25 exams 1.2 min

if correction unnecessary

50 

Page 57: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Results 

 

350300250200150100500

Mean of semi-automatic corrected-manualmethod

 

100

-

80

60

40

20

0

-20

-40

-60

-80

100Sem

i-aut

omat

ic c

orre

cted

- m

anua

l met

hod

mean

+2 SD

-2 SD

Left ventricle myocardial volume (ml)             Figure 9.3 Bland‐Altman plot showing the agreement between determinations of myocardial volume with the semi‐automatic corrected method vs. the manual method.    10080604020

403020100

Mean of semi-automatic corrected - manualmethod

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40Sem

i-aut

omat

ic c

orre

cted

- m

anua

l met

hod

Infarct percentage

mean

+2 SD

-2 SD

Figure  9.4  Bland‐Altman  plot  showing  the  agreement  between  determinations  of infarct volume and  infarct percentage with  the  semi‐automatic  corrected method vs. the manual method.   

0

Mean of semi-automatic corrected - manualmethod

80

60

40

0

20

-20

-40

-60

-80

Sem

i-aut

omat

ic c

orre

cted

- m

anua

l met

hod

Infarct volume (ml)

mean

+2 SD

-2 SD

51 

Page 58: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 9    Infarct Size and Myocardial Function  

9.3. SS_SSFP displays better image quality and equal infarct size compared to IR_FGRE, in patients with ongoing atrial fibrillation (Paper III)

  On  the  still  images SS_SSFP displayed  significantly better  image quality than IR_FGRE in all four aspects assessed, table 9.2. On  the cine  images artefacts were more  frequent  in LGE  imaging, as  shown from score 3.5 ± 0.5 for cine compared with 4.0 ± 0.8 for IR_FGRE and 4.5 ± 0.4 for SS_SSFP. “Overall image quality” in cine was 3.8 ± 0.5, in IR_FGRE 3.3 ± 0.7 and in SS_SSFP 3.8 ± 0.4. With cine‐MRI in general there were more artefacts in the base of the left ventricle compared to the middle part and the apex of left ventricle, figure 9.5. The two observers achieved fair agreement of the quality assessment  in  three  of  the  four  parameters  (kappa  0.41‐0.60)  for  IR_FGRE whilst  in  SS_SSFP  the  parameters  showed  generally  lower  agreement according to the kappa statistics.    Myocardial  volume was  7%  higher  using  SS_SSFP  (170.7 ml)  compared with  IR_FGRE  (159.2 ml,  r = 0.93, p < 0.001). No differences were  found  for infarct  size  (IR_FRGE  20.4 ml,  SS_SSFP  19.3 ml,  r  =  0.84,  p  =  0.6)  or  extent (IR_FGRE 12.4%, SS_SSFP 11.0%, r = 0.80, p = 0.3). The methodological error (Smethod) of myocardial volume  (IR_FGRE 36.1 ml, SS_SSFP 31.3 ml, p = 0.73), infarct volume  (IR_FGRE 7.4 ml, SS_SSFP 7.8 ml, p = 0.42) and  infarct extent (IR_FGRE 3.4%, SS_SSFP 3.1%, p = 0.64)  revealed no difference between  the two methods, but in the determination of LV end diastolic volume, single shot displayed a larger variation (IR_FGRE 12.5 ml, SS_SSFP 24.5 ml, p = 0.003).    Interobserver variability for infarct volume was for IR_FGRE 4.2 ± 9.8 ml (r = 0.8, p = 0.07) and for SS_SSFP 5.6 ± 9.6 ml (r = 0.8, p = 0.01). Corresponding figures for infarct extent were 1.0 ± 4.8% (r = 0.9, p = 0.39) and 0.6 ± 4.5% (r = 0.8, p = 0.55). The correlations of WMSI on infarct volume (all segments were successfully  visualized) was  not  significantly different  for  the  two methods and  the regression coefficients  (slopes) were almost  identical  (WMSI = 1.27 + 0.020x  IR_FGRE_inf(%);  r  =  0.52;  p  =  0.02  and  WMSI=  1.25  +  0.024x SS_SSFP_inf(%);  r  =  0.54; p  =  0.01;  i.e.  the  slope difference between  the  two methods was not statistically significant, (p > 0.9).    The  segmented  reference  sequence  took on  average  8.8  ±  2.0 minutes  to acquire  short  and  long  axis  images,  while  the  corresponding  single  shot acquisition took 4.4 ± 1.6 min, (p < 0.001). Patient heart rate was 71 ± 19 b/min 

52 

Page 59: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Results 

during  scanning with  the  IR_FGRE  sequence  and  73  ±  17  b/min during  the SS_SSFP sequence, p = n.s.    SNR  was  higher  (better)  in  IR_FGRE  (SNRmyo  =  6.7,  SNRinfarct  =  32.4, SNRblood = 22.6) compared to SS_SSFP (SNRmyo = 4.3, SNRinfarct = 26.1, SNRblood = 16.6), but  this difference was statistically significant only  for scar and  for  the blood  pool  (SNRmyo  p  =  0.07,  SNRinfarct  p  =  0.048,  SNRblood  p  =  0.02).  No significant difference was  found  between  the  two methods  regarding CNR, (CNRinf‐myo:  IR_FGRE  25.6,  SS_SSFP  21.9,  p  =  0.09, CNRinf‐blood:  IR_FGRE  9.7, SS_SSFP 9.5, p = 0.87).      

  Figure 9.5 Examples of improved myocardial delineation and artefact reduction using the fast sequence. Left panel: LGE image, upper and lower from two different patients, acquired with the segmented IR_FGRE sequence. White myocardium is scar, black is healthy myocardium. Right panel: LGE  image, corresponding slice acquired with the SS_SSFP  sequence. Note  the  improved  delineation  of  the myocardium  and  infarct (upper row) and the reduction of artefacts (lower row) on the SS_SSFP slices.    

53 

Page 60: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

  

  

  

   

  

  

54

 

    IR

_FG

RE

SS_SSF

P

Qua

lity

asse

ssm

ent

Mea

n (S

D)

Med

ian

(qua

rtile

rang

e)

M

ean

(SD

) M

edia

n (q

uarti

le ra

nge)

p-va

lue

Non

infa

rcte

d m

yoca

rdiu

m d

elin

eatio

n 3.

6 (0

.7)

3.4

(3.1

-4.2

)

3.9

(0.4

) 4.

0 (3

.6-4

.2)

0.

037

Infa

rcte

d m

yoca

rdiu

m d

elin

eatio

n 2.

7 (0

.8)

2.7

(2.1

-3.3

)

3.2

(0.6

) 3.

1 (2

.8-3

.6)

0.

014

Occ

urre

nce

of a

rtifa

cts

4.0

(0.8

) 4.

1 (3

.6-4

.8)

4.

5 (0

.4)

4.6

(4.4

-4.9

)

0.02

1

Ove

rall

asse

ssm

ent o

f lef

t ven

tricl

e/le

ft ve

ntric

le m

otio

n 3.

3 (0

.7)

3.3

(2.9

-3.9

)

3.8

(0.4

) 3.

8 (3

.5-4

.1)

0.

003

      Table 9.2 Image quality; 5 levels are used in the assessment of quality. Mean values from two interpreters. Statistically significant 

differences are bolded.  

Chapter 9    Infarct Size and Myocardial Function  

Page 61: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Results 

9.4.WMSI is more sensitive than strain in detecting area-at-risk (Paper IV) WMSI and strain were compared in a ROC‐analysis as for the prediction of segments  that were  to  develop  scar with  a  transmurality  ≥  50%,  figure  9.6. Area‐under‐curve  (AUC) was  significantly  higher  for WMSI  (0.92)  than  for strain  (0.78), p < 0.0001. Sensitivity at 80% specificity was  for strain 64% and for WMSI close  to 90%.  In a  logistic  regression analysis  incorporating WMSI and  strain,  both  parameters  were  significant  for  the  prediction  of transmurality  ≥  50%  but  strain  did  not  add  significant  information  beyond what was carried by WMSI.    Global left ventricular measures: LV myocardial volume was 167.8 ± 36.9 ml (range 88 – 254 ml). Infarct size, determined at follow‐up 4 ‐ 8 weeks after PCI, was  on  average  (±  SD)  14.9  ±  5.6 ml  (8.7  ±  7.4%  of  the  volume  of  the  LV myocardium). Mean  transmurality  of  affected  segments was  calculated  for each of the 24 patients with follow‐up scars ≥ 1% giving a patient average of 44.3 ± 18.0% (range 8.5 ‐ 76). At follow‐up, WMSI improved from an average (± SD) of  1.6  ±  0.3  to  1.4  ±  0.3  (n  =  26; p  =  0.001). Corresponding numbers  for ejection  fraction were  38.5  ±  8.5%  to  46.8  ±  8.5%  (n  =  17; p  =  0.001)  and  for global  strain  ‐13.2  ±  3.3%  to  ‐15.7  ±  3.5%  (n  =  26;  p  <  0.001). Displacement changed from ‐5.4 ± 1.8 mm to ‐6.1 ± 1.4 mm (n = 26; p = 0.030). The change in MAM did not reach statistical significance  (mean 10.5 ± 2.7 mm  to 11.1 ± 2.3 mm; n = 26; p = 0.167). There  were  statistically  significant  correlations  between  infarct  size  and percent  transmurality  post‐PCI  (assessed  by  MRI)  on  the  one  hand  and systolic  ultrasonic measures  pre‐  and  post‐PCI  on  the  other,  table  9.3.  The highest  correlation was  for WMSI post‐PCI vs.  infarct  size  (r = 0.83) and  for WMSI post‐PCI and  transmurality  (p = 0.88), but also global  strain post‐PCI correlated with infarct size (r = 0.51) and with transmurality (r = 0.64).     Regional ventricular measurements: Wall motion score correlated moderately with transmurality acutely and at follow‐up (r = 0.67, p < 0.001 and r = 0.63, p < 0.001) while the correlation for longitudinal strain vs. transmurality was lower at both time points (r = 0.51, p < 0.001 and r = 0.44 p < 0.001) and for MAM still lower (r = ‐0.25, p = 0.01 and r = ‐0.41, p < 0.001).     Segmental  ventricular  measurements:  In  the  initial  study,  390  out  of  416 segments  (94%) were successfully visualized and at  follow up 410 of  the 416 

55 

Page 62: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 9    Infarct Size and Myocardial Function  

segments (99%). Wall motion score correlated moderately with  transmurality acutely  and  at  follow‐up  (r  =  0.58,  p  <  0.01  and  r  =  0.53,  p  <  0.01) while longitudinal strain correlated weakly with transmurality at both time points (r = 0.38, p < 0.01 and r = 0.31 p < 0.01). Displacement, regardless of the position of  the  segment  (apical‐middle‐basal)  also  correlated  weakly  with transmurality (r = 0.28, p < 0.001 and r = 0.34, p < 0.001).    The methodological error (Smethod) between three observers were for WMSI 0.50  (COV  =32%)  and  0.42  (COV=30%)  calculated  for  the pre‐  and post‐PCI investigations. Corresponding methodological errors for two observers of the MAM were 1.30 mm (12.4%) and 1.04 (9.3%), respectively. The methodological error  in  absolute  numbers was  for  strain  pre‐PCI  5.4  and  for  post‐PCI  4.5. Corresponding values for displacement were 1.59 and 1.43, respectively. COV for  these measurements  is  of no  interest  since  the  values  includes  zero. No significant differences were found, in regard to these measurements, between pre‐ and post‐ PCI examinations. Smethod for scar assessed by MR post‐PCI was 1.6  ml  (11%)  or  related  to  myocardial  volume  1.1%  (12%).  Interobserver variability  for  infarct volume was 0.1  ± 2.3 ml  (p = 0.9,  r  = 0.99) and  infarct extent 0.0 ± 1.5% (p = 0.9, r = 0.98). 

0 20 40 60 80 100

100

80

60

40

20

0

100-Specificity

Sens

itivi

ty

SI_preWMSI_pre

Figure  9.6  ROC‐curves  displaying  the  interrelationship  between  sensitivity  and specificity for wall motion score index and strain vs. the detection of segments with a transmurality  >50%.  Area‐under‐curve  for  WMSI  is  0.92  and  for  strain  0.78, p<0.0001. 

56 

Page 63: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Results 

57 

 Parameter Infarct size Transmurality (%) Scar% All segments Affected segments Strain (ε) Pre_PCI n=26; r=0.48; p=0.014 n=26; r=0.61; p=0.001 n=22; r=0.42; p=0.054 Post_PCI n=26; r=0.51; p=0.008 n=26; r=0.64; p=<0.001 n=22; r=0.44; p=0.042 MAM Pre_PCI n=26; r=-0.24; p=0.245 n=26; r=-0.39; p=0.051 n=22; r=-0.29; p=0.198 Post_PCI n=26; r=-0.56; p=0.003 n=26; r=-0.61; p=<0.001 n=22; r=-0.40; p=0.066 EF% Pre_PCI n=18; r=-0.29; p=0.238 n=18; r=-0.52; p=0.029 n=16; r=-0.40; p=0.121 Post_PCI n=24; r=-0.06; p=0.790 n=24; r=-0.18; p=0.411 n=20; r=-0.07; p=0.757 WMSI Pre_PCI n=26; r=0.55; p=0.003 n=26; r=0.75; p=<0.001 n=22; r=0.59; p=0.004 Post_PCI n=26; r=0.83; p=<0.001 n=26; r=0.88; p=<0.001 n=22; r=0.80; p=<0.001  Table  9.3  Spearmanʹs  rank  correlations  (n;  r;  p)  between  global  ultrasonic  systolic measures pre and post PCI on  the one hand and  infarct size and  transmurality post PCI on the other. Significant correlations are bolded. 

    

  

Page 64: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

        

 

Page 65: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Discussion 

10. DISCUSSION

  A common definition of myocardial infarction is “myocardial cell death due to  prolonged  ischemia”7.  This  has  been  proposed  by  the  European  Society  of Cardiology in a joint statement with the American College of Cardiology7. It is important  to  assess  scar  size  since  it  determines  the  treatment  and  the prognosis.  Different  modalities  have  their  own  peculiarities  of  visualizing myocardial scar and  the effect of  the scar on  the  function of  the LV. Cardiac MRI  is  a  relatively new modality with high  spatial  and  temporal  resolution and is able to visualize scar with high diagnostic accuracy. This allows for LV function to be correlated to scar size.  

10.1 Infarct size

  MPS indirectly estimates myocardial scar size as an irreversible perfusion defect while LGE visualizes an  increase  in  the  extracellular  concentration of Gd which,  in a chronic scar situation, very closely corresponds to the area of fibrotic  tissue. Echocardiography, as earlier described, visualizes  the effect of the  scar on wall motion. The validation of  each method  is  the  central  issue. How do  the modalities  compare  to  each  other  in  assessing  scar  size? What factors  explain  the  differences  between  methods?  How  difficult  is  the evaluation and how exact is the data it delivers?    In  this  study,  we  found  that  infarct  size  was  slightly  larger  when determined with MPS compared with LGE. This  is  in  line with Hedström et al66 comparing MPS and LGE in acute as well as chronic coronary conditions. Using 201Tl, a similar result was found by Lund et al in 60 patients with acute MI115. Medrano et al110 compared  the sestamibi perfusion defect  in vivo with the histological evaluation of infarct size in 15 explanted hearts with ischemic cardiomyopathy. They found a good agreement between the two techniques (r = 0.89) although there was a slight overestimation with MPS.    The threshold for MPS scar by PERFIT is set to an absolute level of < 2 SD of  the  highest  perfusion  uptake  in  a  remote  area  of  the  myocardium.  To compare  the  patient  image  with  the  reference  template,  the  numbers  of scintillation events (“counts”) in a voxel are compared with values in a voxel of  the  same  size  and  location  in  the  template.  Some  restrictions  apply:  the 

59 

Page 66: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 10    Infarct Size and Myocardial Function  

maximal  count  position  should  not  be  in  the  inferior wall  and  it must  be located  at  a point where  the  corresponding  area  in  the  template displays  at least 60% of the maximal count value. The clinical cut‐off for scar volume is set to 2% of the myocardial volume.    The mechanism behind LGE  is an  increased extra‐cellular distribution of Gd‐DTPA due to loss of cellular membrane integrity. In normal myocardium, only extracellular distribution of Gd‐DTPA  is seen60. Also  the  time constants for  wash‐in  as  well  as  for  wash‐out  differ  between  normal  and  injured myocardium61. Bondarenko et al have worked out a standardized definition of delayed hyperenhancement  in  the analysis of LGE‐imaging. By  thresholding the window setting of  the  images  in patients with chronic CAD at 2, 3, 4, 5, and 6 SD above  the mean signal  intensity of remote, healthy myocardium  in the  same  slice,  they  found  that  the  usual  cut‐off  of  2  SD would  result  in  a considerable overestimation of  infarct size compared  to visual assessment. A window  setting  of  5  SD  above  the  mean  SI  of  remote,  nonenhanced myocardium  was  found  optimal129.  A  high  window  setting  has  also  been suggested  by  other  authors3,  130.  However,  “Segment”,  as  used  in  all  four papers, has been extensively validated85‐87 and utilizes more information than just  thresholding  to  determine  scar  area,  since  it  also  accounts  for  partial volume effect by weighting the pixels according to their SI. In acute MI, the  injured area may not become completely enhanced131, which has been attributed  in part  to microvascular obstruction. This  less enhanced area  is  typically  located  in  the center and not at  the edges of  the scar, and  is believed  to  contain  intramyocardial  blood  products131.  The  presence  of microvascular obstruction  is more  common  in  larger  infarcts132  and predicts more frequent cardiovascular complications even after taking infarct size into account21. We did not see any microvascular obstruction  in our studies since we investigated only chronic MI with MRI. The time span between contrast administration and imaging is found to affect infarct size. Petersen et al found that infarct size measurements are a function of time postcontrast when TI is held constant133. However, if TI is continually optimized, scar imaging is successful in a time window of 5 to 30 minutes after contrast  administration  independent  of  two  commonly  used  contrast  dose levels, 0.1 or 0.2 mmol/kg134. In our studies, all  imaging was within  this  time span.    A  major  difficulty  with MPS  is  soft  tissue  attenuation,  which  often  is located in the inferior/posterior wall of the heart. In this region, LGE is known 

60 

Page 67: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Discussion 

to have higher sensitivity for myocardial scar compared to MPS135, especially in the setting of a nontransmural infarction136. McCrohon et al found that only approximately 25 % of patients with presumed  inferior attenuation defect on MPS have  abnormalities  on LGE137. These  features were  also present  in  our patients in study I: in four of the six patients where MPS showed infarct size exceeding  +  1  SD  compared  with  LGE,  MPS  displayed  hypoperfused myocardium  in  the  inferior wall and  in  three of  the  five patients where MPS suggested MI but LGE did not,  there was  reduced perfusion  in  the  inferior wall, determined with MPS. To reduce the impact of attenuation, a variety of techniques have been used such as imaging the patient in the prone position138, 

139 and ECG‐gated MPS imaging107. Both techniques increase the ability of MPS to  detect  CAD.  Attenuation  correction  has  been  shown  to  improve  the accuracy of 201Tl MPS140 and it is suggested that attenuation correction should be regarded as standard for MPS imaging141.  Another possible explanation for a falsely reduced  isotope uptake could be a reduced wall thickness142, as also was found in our study.      Spatial  resolution  is  known  to  be  higher with  LGE  compared  to MPS, causing larger problems with partial volume effects for MPS, which lowers the potential  for  the  detection  of  subendocardial  scar  but  does  not  impair  the detection  of  transmural  scar143. Notwithstanding,  partial  volume  effects1  are still  evident when  the  heart  is  investigated with  LGE,  especially  in  the  left ventricular outflow tract and in the apex area, where the curvature of the LV is largest.  Such  effects  are  also  seen  in  scarred myocardium  and  accentuated when the difference in SI between infarcted myocardium and the blood pool is low.  This  was  also  the  impression  of  both  investigators  who  outlined  the myocardium and scar in our studies.     Higher reproducibility and lower intra‐ and interobserver variability for a modality give better diagnostic certainty. The reproducibility of LGE has been studied by recording images at 10 and 25 minutes post contrast (two different technicians). In this setting, repeatability was ± 2.4 scar percentage points but the quantifying method was only described as being “automatic”65.  In MPS, repeatability has been determined  to be  in  the range of ± 4.0 scar percentage points65. In our studies we did not perform any reproducibility measurements for  the  acquisition phase, but  the  intra‐  and  interobserver variability  for  the evaluation of infarct volume and infarct extent on LGE images was generally low, ranging from 0.0 ± 1.5% (infarct extent, paper IV) to 5.6 ± 9.6 ml (infarct volume  assessed  by  SS_SSFP,  paper  III).  However,  the  interobserver 

61 

Page 68: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 10    Infarct Size and Myocardial Function  

variability of infarct volume assessed with the semi‐automatic method, study II, was somewhat higher at 11.0 ± 12.3 ml.    Interobserver  variability  in  general  is  a well  recognized  problem  in  all types of  imaging. Hoffmann et al88  showed  that physicians employed  in  the same  echo  lab  agreed  in  wall  motion  assessment  but  there  was  lower agreement when compared with physicians trained in other hospitals. Kvitting et al144 showed that the agreement for detecting regional delay  in myocardial motion is low, probably due to limits of the human eye in perceiving temporal differences.  The  author  also  noticed  individual  differences  in  the  ability  to assess  cardiac  motion.  To  reduce  interobserver  variability,  we  and  others suggest  that  computer‐assisted  interpretation may  be  helpful.  Lindahl  et  al showed that physicians classifying MPS in a bull´s eye presentation benefitted from the advice of an artificial neural network. This effect could be quantified in  terms of an  increased area under  the ROC‐curve119. The  same author also suggested  that  the  network  can  assist  physicians  in  achieving  correct interpretation and thereby improving the diagnostic accuracy118. The problem of  segmentation  is  central  to  all  quantitative  cardiac  measurements  and computed‐assisted segmentation of the LV has been applied to different image types.  Computed‐assisted  segmentation  should  perform  best  when  image contrast is high such as it is in SSFP cine MRI, however, manual tracing has in that  situation been  found  to be  superior145.  Several objective  semi‐automatic methods  for  the analysis of myocardial scar have also been described82‐84  . A major drawback is their sensitivity to partial volume effects but the weighting by  pixel  SI  used  by Heiberg,  as  described  above,  provides  automatic  scar quantification with higher accuracy and lower variability than a dichotomous algorithm86.    In  the  busy  daily  clinical  practice,  a  rational  workflow  with  short evaluation time is necessary. Substantial time savings have been suggested in the segmentation of the LV145 as well as of the myocardial scar84. This was also found in our study where we reduced the evaluation time by more than 50% compared with manual assessment, with maintained clinical accuracy.    In  all  imaging  techniques,  and  also  in MRI,  there  is  a  trade‐off between spatial  and  temporal  resolution.  Important  physical  constraints  on  the reduction in imaging time are relaxation time, SNR and spatial resolution. It is worth noting,  that  for  any given  spatial  resolution  and  contrast, SNR needs only to be sufficient for lesion detection. Above that level, an increase in SNR 

62 

Page 69: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Discussion 

makes the image more pleasant for the viewer, but does not necessarily impart a higher accuracy in the diagnosis. The single shot sequence used in study III limited read‐out to central K‐space and displayed images with fewer artefacts compared  to  the  segmented  sequence.  Segmentation  of  the myocardium  as well  as  of  the  infarct  area  was  facilitated.  Overall  the  fast  sequence  was favourably rated in regard to quality compared with the segmented sequence. The  infarct  size  and  the  error  in  its determination were, however,  equal  for both sequences.     To determine myocardial salvage, an  initial measure of myocardial area‐at‐risk is required. Myocardial oedema, determined with MRI, and myocardial perfusion,  determined with MPS  have  been  used, mainly  because  imaging then  does  not  have  to  be  performed  acutely.  In  study  IV, we  selected wall motion assessment, either visual or by tissue Doppler, because of its low cost, availability  at  the  bedside,  and  the  possibility  to  perform  assessment  in immediate relation to the intervention. We found that both methods identified segments that were to develop scar transmurality in excess of 50%. However, WMSI was  superior  to  strain  in  regard  to  sensitivity  as well  as  specificity. Thus,  in  the  situation  of  acute MI,  strain  measurement  was  of  no  added benefit.   

10.2 Functional measurements of the left ventricle

  In  the echocardiographic  laboratory, visual assessment of wall motion  is by  far  the  most  common  method  to  evaluate  LV  systolic  function.  The correlation  between  echocardiographic  wall  motion  abnormality  and histologically  determined  infarct  size  has  been  evaluated  in  experimental animal studies33, 146. A few studies have been performed in humans. Shen et al found  that WMSI was positively correlated  (r = 0.52) with global  infarct size determined at autopsy32. This  is  in  line with all our results comparing WMSI and  scar  size  determined  by  LGE  in  paper  I,  III  and  IV,  although  the correlation was  somewhat higher between WMSI and scar  size post‐PCI,  r = 0.83  (paper  IV). However,  visual  assessment  is  highly  subjective88  and  has limited ability to perceive temporal differences144.      TDI is considered objective and quantitative in assessing both regional and global LV function compared to WMSI. LV systolic function is, as mentioned, complex  in  itself  and  also  when  assessed  with  different  techniques  for 

63 

Page 70: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 10    Infarct Size and Myocardial Function  

measuring  strain.  Simplified  solutions  are  those  that determine  strain  along the  tissue Doppler  beam  (1‐dimensional)  or  from  speckle  in  the  gray  scale image (2D‐strain, 2‐dimensional).  Global  strain  reflects  the  averaged  segmental myocardial  long‐axis  relative shortening and  is a global  functional measure147. We  found  that global strain determined with  tissue  Doppler  showed  a moderate  correlation with  total infarct size (strainpre_PCI r = 0.48, strainpost_PCI r = 0.51), lower than that for WSMI (WMSIpre_PCI r = 0.55, WMSIpost_PCI r = 0.83). On the contrary, global strain has by other  authors  been  shown  to  have  a  higher  correlation  to  infarct  size  than WMSI. In chronic infarction, Gjesdal et at showed a correlation of 0.84 between global strain and scar compared to WMSI and scar (0.70)99. Vartdal et at found the  corresponding  figure  of  0.77  between  strain  and  scar  and  0.45  between WMSI  and  scar  in  patients  with  acute  STEMI100.  In  both  studies  speckle tracking was used which might have improved the quantification of strain. In the  fourth  paper  we  selected  tissue  Doppler  strain  since  we  anticipated difficult scanning conditions and hoped that the strong tissue Doppler signal would allow analysis also of  images with  low  contrast and with pulmonary shadowing. A negative aspect of  tissue Doppler  strain  in contrast  to  speckle tracking  is,  however,  the  angle  dependency148  in  addition  to  being  1‐dimensional.  How can the widely different results of using technologically advanced strain methods  be  understood?  The  learning  curve  is  obvious,  but  it  is  also interesting  to  note  that  results  and  reference  values  differ  when  strain  is calculated  from different and simplified methods. Also,  fibre organization  in terms of sheet and fibre directions has been shown to be important149.      Strain, whether 1‐ or 2 dimensional, is load dependent, evident in paper IV when the patients at times were hypotensive and in pain. However, the results at  follow‐up, when  imaging  conditions were more  favourable, were  in  the same range as those obtained acutely. The aspect of load dependency has not been further analysed in the present studies94, 150.    Despite theoretical advantages, strain was inferior to visual assessment in predicting scar transmurality not only on global level, but also on regional and segmental  levels. MAM and displacement correlated even more weakly  than strain. This is in line with Skulstad et al who studied the relationship of strain and displacement for quantification of regional myocardial funcion151.   

64 

Page 71: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Discussion 

10.3 Future developments and clinical implications

  In daily patient care the crucial part is to determine in which what patients to  intervene  in  order  to  restore  LV  function.  It  is  essential  to  rule  out hibernation  as  a  reversible  cause  for  myocardial  dysfunction.  The  LGE technique  is  unique  in  its  ability  to  visualize  scar.  LGE  imaging,  combined with cine imaging, could possibly detect hibernated myocardium and facilitate the visualization of LV dysfunction. Setser et al evaluated a cine LGE sequence based  on  IR  SS_SSFP152. Overall  they  found  that wall motion was  correctly scored  in  71%  of  the  myocardial  wall  segments  compared  to  cine‐loops assessed with  SSFP,  and  scar  extent  in  76%  of  the  segments  compared  to standard  LGE  images. However,  the  temporal  resolution was  too  low,  but could be improved by parallel imaging and/or segmental K‐space schemes.    Cine‐MRI  imaging  is considered  to be  the most accurate clinical method for  assessing  ventricular  volumes  since  it  can  acquire  a  3D  volume independent  of  geometric  assumptions153.  Segmented  SSFP  is  an  excellent technique  for  rapid  cine‐imaging  of  the  heart76,  however,  repeated  breath‐holds  require patient cooperation and  image quality  is  sensitive  to effects of arrhythmia. The SSFP sequence can also be applied to real‐time  imaging at a lower spatial resolution and hence  facilitate  imaging  in patients with breath‐holding  problems  or  arrhythmia.  Several  authors  have  shown  that cardiodynamic measurements  obtained with  real‐time  SSFP  cine  under  free breathing  correlate  sufficiently  with  segmented  SSFP154,  155.  In  the  future, further  reduction  in  TR  or  the  use  of  parallel  imaging  techniques  such  as SENSE might improve temporal resolution.    Although MPS  is widely used  in current clinical practice,  it  suffers  from limitations  such as  long duration of  image acquisition,  low  image  resolution and  radiation dose. Lately  a new non‐invasive  technique,  cardiac  computed tomographic  angiography  (CCTA),  has  emerged  as  a  serious  competitor, although it needs much more clinical evaluation. In hybrid systems, MPS can be  combined with CCTA156,  resulting  in a display of  the  functional effect on perfusion of coronary stenoses. New MPS hardware with novel detector and collimator  design  has  been  introduced,  as  well  as  new  reconstruction software157‐159. These new scanners  increase  the sampling of  the myocardium which can be used either for shortening the time required for the exam or to improve the sensitivity in detecting a reduced perfusion. In general, these new systems  offer  both  an  improvement  in  spatial  resolution  and  an  increased 

65 

Page 72: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Chapter 10    Infarct Size and Myocardial Function  

sensitivity. A decrease in scan time to as low as 2 minutes has been reported157, 

158.    Myocardial contrast echocardiography  (MCE)  is an ultrasound  technique that has the potential to display and quantify myocardial perfusion. Following intravenous  contrast  injection, micro  bubbles  opacify  the LV  cavity  and  the myocardium. When the bubbles are destroyed by applying ultrasound with a high mechanical  index,  the wash‐in of  fresh bubbles may be detected  as  an increase in SI. Peak intensity and micro bubble replenishment can be assessed, which  in turn reflects the microcirculatory flow  in the myocardium160. Lafitte et  al  have  shown  in  dogs  that  real‐time MCE  defect  size  and  quantitative refilling  parameters  compare  well  with  infarct  size  and  area‐at‐risk determined  by  histology161.  It  has  also  been  shown  that MCE  markers  of infarct size are useful in predicting the risk of LV remodelling following acute MI162. Today MCE still has serious  limitations preventing widespread clinical use:  tissue signal, artifacts  from motion and  increased bubble destruction are major problems.  It  should  also  be  remembered  that  the  shape  of  the  filling curve  is  influenced  by  several  imaging  variables  such  as  depth,  angle  and instrument setting. However, MCE is a technique with a potential to provide essential  information,  extremely  valuable  at  the  bedside,  regarding  the presence and extent of ischemic coronary heart disease and scar size.    To  achieve  a  true understanding  of  the  anatomy  and pathology  by  2D‐echocardiography, a  complex mental  integration of multiple  image planes  is required.  3D‐echocardiographic  images  are  presented  in  a more  reality‐like fashion  that  could  facilitate  their  interpretation.  In  addition,  3D‐echocardiography  improves  the  calculation  of  LV  volume  and  mass  by avoiding  geometric  assumptions.  Compared  with  MRI  data,  3D‐echocardiography has a better correlation  for end‐diastolic volume and end‐systolic  volume  than  2D‐echocardiography163.  In  an  experimental  study  in dogs,  Yao  et  al  showed  that  there  is  a  good  correlation  (r=0.93)  between dysfunctional mass of the LV and infarct mass determined by histology164, and De Castro  et  al  showed  the  same  for dysfunctional mass derived  from  3D‐echocardiography  and LGE uptake  on MRI  images  in patients with  chronic MI165.  High‐resolution  real‐time  3D‐echocardiography  is  a  technique  that enables  the  observation  of  surface  structures  and  the  movements  of  the beating  heart  in  real  time.  In  a  healed  MI  there  is  reduced  or  absent endocardial contraction;  the area  is smooth, without rough muscle  folds  that shrink  during  systole  and  the  scar  area  has  an  increased  acoustic  intensity 

66 

Page 73: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Discussion 

67 

compared  to healthy myocardium166. Thus  indirect assessment of scar size  is possible  also  with  3D‐echocardiography.  With  the  state  of  current technologies,  real‐time 3D‐echocardiography has  limitations  in  temporal and spatial resolution and in visualizing the apical region of the LV. Improvement in  image resolution from the use of high frequency transducers, wider sector angles and higher frame rate might reduce these problems.    To summarize, the foremost advantages of MR in cardiac imaging are the spatial resolution and  the ability  to visualize myocardial scar. However,  it  is important  for patients as well as  for  the entire health  care  system,  that each patient  receives  adequate  investigations  and  individualized  treatment.  As shown  above,  each modality, whether MRI,  echocardiography  or MPS,  has strengths  and  weaknesses,  and  should  be  used  accordingly.  No  single modality  is  considered “the golden  standard”  for all purposes. MRI has  the ability  to  capture  slices  of  the  body  in  all  imaginable  planes,  does  not  use ionizing  radiation, displays  excellent  image  contrast  and visualizes  scar and transmurality, but has drawbacks such as high costs and  limited availability. Echocardiography  is  inexpensive,  easily  available,  mobile,  does  not  use ionizing  radiation  but  is  highly  operator  dependent.  Finally, MPS  has  high sensitivity and specificity as well as a high negative predictive value for CAD, but is time consuming and uses radioactive agents.                       

Page 74: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

        

 

 

 

Page 75: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Conclusions 

CONCLUSIONS

  

• MPS  and LGE  agreed  fairly well  in  the determination  of  infarct  scar size although infarct size was slightly larger with MPS.  

• WMSI,  determined with  both MRI  and  echocardiography,  correlated moderately with both  infarct  size  and  infarct  extent determined with LGE.  

• Infarct  evaluation  time  was  halved  when  using  a  semi‐automatic computer software, Segment, compared with manual assessment, with maintained clinical accuracy.  

• In patients with chronic atrial fibrillation and chronic MI, the fast single shot  sequence,  SS_SSFP,  acquired  under  free  breathing,  displayed significantly  better  image  quality  than  the  segmented  sequence IR_FGRE, acquired during breath holding. Infarct size and the error in its determination were equal  for both  sequences and  the examination time was shorter with SS_SSFP.  

• Visual  assessment  is  superior  to  measuring  Doppler  strain  for  the detection of scar with transmurality ≥50% in patients with acute MI.  

• WMSI shows a higher correlation than strain on a global‐, regional‐ and segmental  level  in  relation  to  the  size  of  the  final  myocardial  scar determined with LGE.   

69 

Page 76: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

        

 

Page 77: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Acknowledgements 

ACKNOWLEDGEMENTS    Now, when I have almost finished this long  journey, I can look back and state that this work would never have been possible without the generous help and support from many people in various areas of life ‐ research, clinical work, friendship  and  family  life.  I  am  grateful  and  thankful  to  all  of  you.  Special thanks are due to:  Jan  Engvall,  associate  professor  and  tutor.  It  has  been  a  pleasure working together with you during  these years and  I am really grateful  for your  time, support and trust in my work. You have guided me over the highest hills and lifted me  out  of  gloomy, depressive  valleys  of  research. Your  never  ending enthusiasm  and  patience  is  admirable  and,  luckily  for me,  also  contagious. You have taught that nothing (almost) is impossible; you only have to look at it differently!  Peter  Blomstrand,  co‐supervisor,  co‐author  and  head  of  the Department  of Clinical  Physiology,  Ryhov  County  Hospital.  Thank  you  for  fruitful discussions and wise counselling. Thank you also for always trusting me and for allowing  time‐off  from my clinical duties thus giving me  the opportunity for research.  Lars Brudin, professor and co‐author. Working together with you on statistics is  a  truly  educational  experience! No  one  but  you  can  explore  the  field  of statistics  so  thoroughly,  forget  time  and  place  answering  e‐mail  at  00:57 Saturday morning! Thank you!  Britt‐Marie Ahlander, Per‐Gunnar Björklund, Einar Heiberg,  Jan Ohlsson, Sven‐Åke  Starck,  and  Tim  Tödt,  all  co‐authors.  Thank  you  for  your contribution  to  the  progress  of  these  studies;  patient  exams  and  invaluable advice during the writing of the manuscripts.  Pearl & Jan Ohlsson, for excellent help revising my English in all papers, and Magnus Areskog and Monica Liehl, for proof reading of the manuscripts.  The  staff  at  Eksjö  and  Värnamo  County  Hospitals  and  at  Linköping University Hospital. Thank you  for assistance  in  the  recruitment of patients and  in performing  the patient exams. Your willingness  to perform  this work has been very valuable to me. 

71 

Page 78: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Infarct Size and Myocardial Function 

72 

The  staff  at Ryhov County Hospital Medical  Library  for  excellent  help  in obtaining literature.  My colleagues at  the Department of Clinical Physiology and Olof Svensson for managing the daily work when I was absent.   Oskar  Löfgren,  head  of  the  Department  of  Radiology,  Ryhov  County Hospital, for allowing me access to cardiac MRI.  What would life be without spare time and hobbies? Thank you all members of Åke Perssons Sångarförening and especially Åke Persson ‐ thank you for the music! Singing brings a new dimension  into  life!  I cherish you and your choir!  My parents, Gerd  ‐ for being my mother, always  loving and believing  in me and having  time  for me. Stig –  for being my  father, always  supporting and encouraging me and, above all, loving me. My sister Anne – for being the best sister one can get, always being friendly, helpful and kind.   Last, but most important, my daughters Malin – for being cheerful, happy and humoristic; Sara ‐ for being kind, sweet and thoughtful; Anna – for being cosy, understanding and full of life. You are the delights of my life! Jan – Thank you for  sharing your  life with me,  loving me and never  complaining about  long hours!              The  studies which  constitute  the  basis  of  this  thesis were  supported  by most  valuable  and  generous  grants  from  FUTURUM  –  the  Academy  of Healthcare,  Jönköping  County  Council,  FORSS  –  the  Medical  Research Council of Southeast Sweden, CMIV –  the Center  for Medical  Image Science and  Visualization,  Linköping  University,  the  Swedish  Heart  Lung Foundation,  the  Swedish  Research  Council,  Linköping Heart  Centre  and Schering AB.  

Page 79: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

References 

           

REFERENCES    

1.  Kim  RJ,  Fieno  DS,  Parrish  TB,  Harris  K,  Chen  E‐L,  Simonetti  O,  et  al. Relationship of MRI Delayed Contrast Enhancement to Irreversible Injury, Infarct Age, and Contractile Function. Circulation 1999;100:1992‐2002. 

2.  Cheong BY, Muthupillai R, Wilson  JM,  Sung A, Huber  S, Amin  S,  et  al. Prognostic  significance  of  delayed‐enhancement  magnetic  resonance imaging:  survival  of  857  patients  with  and  without  left  ventricular dysfunction. Circulation 2009;120(21):2069‐76. 

3.  Kim RJ, Wu E, Rafael A, Chen EL, Parker MA, Simonetti O, et al. The use of contrast‐enhanced  magnetic  resonance  imaging  to  identify  reversible myocardial dysfunction. N Engl J Med 2000;343(20):1445‐53. 

4.  Lopez AD, Mathers CD, Ezzati M, al. E. Global Burden of Disease and Risk Factors. Oxford,  England. Oxford University  Press  and Washington DC. The World Bank. 2006. 

5.  Allender S, Scarborough P, Peto V, Rayner M, Leal J, Luengo‐Fernandez R, et al. European cardiovascular disease statistics. 2008. 

6.  Sveriges officiella statistik. Dödsorsaker 2007. . Socialstyrelsen 2009. 7.  Committee  TJESoCACoC.  Myocardial  infarction  redefined‐‐a  consensus 

document of The  Joint European Society of Cardiology/American College of Cardiology Committee for the redefinition of myocardial infarction. Eur Heart J 2000;21(18):1502‐13. 

8.  Libby  P,  Bonow  RO, Mann  DL,  Zipes  DP,  Braumwald  E.  Braunwald´s Heart Disease: A Textbook of Cardiovascular Medicine. Saunders, Elsevier. Philadelphia, 8 th edition. 2008. 

9.  Strong  JP,  Zieske  AW, Malcom  GT.  Lipoproteins  and  atherosclerosis  in children:  an  early marriage?  Nutr Metab  Cardiovasc  Dis  2001;11  Suppl 5:16‐22. 

10.  Libby  P.  Current  concepts  of  the  pathogenesis  of  the  acute  coronary syndromes. Circulation 2001;104(3):365‐72. 

11.  Reimer  KA,  Lowe  JE,  Rasmussen  MM,  Jennings  RB.  The  wavefront phenomenon of  ischemic cell death. 1. Myocardial  infarct size vs duration of coronary occlusion in dogs. Circulation 1977;56(5):786‐94. 

12.  Bardales RH, Hailey  LS, Xie  SS,  Schaefer RF, Hsu  SM.  In  situ  apoptosis assay  for  the detection of  early  acute myocardial  infarction. Am  J Pathol 1996;149(3):821‐9. 

13.  Sharir  T,  Germano  G,  Kang  X,  Lewin  HC, Miranda  R,  Cohen  I,  et  al. Prediction  of  myocardial  infarction  versus  cardiac  death  by  gated myocardial  perfusion  SPECT:  risk  stratification  by  the  amount  of  stress‐induced  ischemia  and  the  poststress  ejection  fraction.  J  Nucl  Med 2001;42(6):831‐7. 

73 

Page 80: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Infarct Size and Myocardial Function 

14.  White HD, Norris RM, Brown MA, Brandt PW, Whitlock RM, Wild CJ. Left ventricular end‐systolic volume as the major determinant of survival after recovery from myocardial infarction. Circulation 1987;76(1):44‐51. 

15.  Moss AJ. Risk stratification and survival after myocardial infarction. N Engl J Med 1983;309(6):331‐6. 

16.  Wu  E, Ortiz  JT,  Tejedor  P,  Lee DC,  Bucciarelli‐Ducci C, Kansal  P,  et  al. Infarct size by contrast enhanced cardiac magnetic resonance  is a stronger predictor of outcomes than left ventricular ejection fraction or end‐systolic volume index: prospective cohort study. Heart 2008;94(6):730‐6. 

17.  Roes SD, Kelle S, Kaandorp TA, Kokocinski T, Poldermans D, Lamb HJ, et al. Comparison of myocardial infarct size assessed with contrast‐enhanced magnetic resonance  imaging and  left ventricular  function and volumes  to predict  mortality  in  patients  with  healed  myocardial  infarction.  Am  J Cardiol 2007;100(6):930‐6. 

18.  Barbier CE, Bjerner T, Johansson L, Lind L, Ahlstrom H. Myocardial scars more frequent than expected: magnetic resonance imaging detects potential risk group. J Am Coll Cardiol 2006;48(4):765‐71. 

19.  Kwong RY, Chan AK, Brown KA, Chan CW, Reynolds HG, Tsang S, et al. Impact  of  unrecognized  myocardial  scar  detected  by  cardiac  magnetic resonance imaging on event‐free survival in patients presenting with signs or symptoms of coronary artery disease. Circulation 2006;113(23):2733‐43. 

20.  Kelle  S,  Roes  SD,  Klein  C,  Kokocinski  T,  de  Roos  A,  Fleck  E,  et  al. Prognostic  value  of myocardial  infarct  size  and  contractile  reserve  using magnetic resonance imaging. J Am Coll Cardiol 2009;54(19):1770‐7. 

21.  Wu KC, Zerhouni EA, Judd RM, Lugo‐Olivieri CH, Barouch LA, Schulman SP, et al. Prognostic significance of microvascular obstruction by magnetic resonance imaging in patients with acute myocardial infarction. Circulation 1998;97(8):765‐72. 

22.  Chareonthaitawee P, Christian TF, Hirose K, Gibbons RJ, Rumberger  JA. Relation of initial infarct size to extent of left ventricular remodeling in the year after acute myocardial infarction. J Am Coll Cardiol 1995;25(3):567‐73. 

23.  Mahmarian  JJ, Mahmarian AC, Marks GF, Pratt CM, Verani MS. Role of adenosine thallium‐201 tomography for defining long‐term risk in patients after acute myocardial infarction. J Am Coll Cardiol 1995;25(6):1333‐40. 

24.  Cerqueira MD, Maynard C, Ritchie JL, Davis KB, Kennedy JW. Long‐term survival  in  618  patients  from  the Western Washington  Streptokinase  in Myocardial Infarction trials. J Am Coll Cardiol 1992;20(7):1452‐9. 

25.  Miller TD, Christian TF, Hopfenspirger MR, Hodge DO, Gersh BJ, Gibbons RJ. Infarct size after acute myocardial  infarction measured by quantitative tomographic  99mTc  sestamibi  imaging  predicts  subsequent  mortality. Circulation 1995;92(3):334‐41. 

26.  Hurwitz JL, Josephson ME. Sudden cardiac death  in patients with chronic coronary heart disease. Circulation 1992;85(1 Suppl):I43‐9. 

27.  Yukinaka M, Nomura M,  Ito S, Nakaya Y. Mismatch between myocardial accumulation of 123I‐MIBG and 99mTc‐MIBI and late ventricular potentials in patients after myocardial infarction: association with the development of ventricular arrhythmias. Am Heart J 1998;136(5):859‐67. 

74 

Page 81: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

References 

28.  Hachamovitch R, Berman DS, Shaw LJ, Kiat H, Cohen  I, Cabico  JA, et al. Incremental  prognostic  value  of  myocardial  perfusion  single  photon emission  computed  tomography  for  the  prediction  of  cardiac  death: differential stratification for risk of cardiac death and myocardial infarction. Circulation 1998;97(6):535‐43. 

29.  Gibbons RJ, Miller TD, Christian TF. Infarct size measured by single photon emission  computed  tomographic  imaging  with  (99m)Tc‐sestamibi:  A measure  of  the  efficacy  of  therapy  in  acute  myocardial  infarction. Circulation 2000;101(1):101‐8. 

30.  Ibrahim T, Nekolla SG, Hornke M, Bulow HP, Dirschinger J, Schomig A, et al. Quantitative measurement of infarct size by contrast‐enhanced magnetic resonance imaging early after acute myocardial infarction: comparison with single‐photon  emission  tomography  using  Tc99m‐sestamibi.  J  Am  Coll Cardiol 2005;45(4):544‐52. 

31.  Thiele  H,  Kappl  MJ,  Conradi  S,  Niebauer  J,  Hambrecht  R,  Schuler  G. Reproducibility of chronic and acute  infarct size measurement by delayed enhancement‐magnetic  resonance  imaging.  J  Am  Coll  Cardiol 2006;47(8):1641‐5. 

32.  Shen WK, Khandheria BK, Edwards WD, Oh  JK, Miller FA,  Jr., Naessens JM,  et  al. Value  and  limitations  of  two‐dimensional  echocardiography  in predicting myocardial infarct size. Am J Cardiol 1991;68(11):1143‐9. 

33.  Lieberman AN, Weiss JL, Jugdutt BI, Becker LC, Bulkley BH, Garrison JG, et al. Two‐dimensional echocardiography and  infarct  size:  relationship of regional wall motion and thickening to the extent of myocardial infarction in the dog. Circulation 1981;63(4):739‐46. 

34.  Gibbons RJ, Valeti US, Araoz  PA,  Jaffe AS.  The  quantification  of  infarct size. J Am Coll Cardiol 2004;44(8):1533‐42. 

35.  Chareonthaitawee  P,  Schaefers  K,  Baker  CS,  Turkheimer  F,  Stegger  L, Banner  NR,  et  al.  Assessment  of  infarct  size  by  positron  emission tomography  and  [18F]2‐fluoro‐2‐deoxy‐D‐glucose:  a  new  absolute threshold technique. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2002;29(2):203‐15. 

36.  De Luca G, Suryapranata H, Ottervanger  JP, Antman EM. Time delay  to treatment  and  mortality  in  primary  angioplasty  for  acute  myocardial infarction: every minute of delay counts. Circulation 2004;109(10):1223‐5. 

37.  De  Luca  G,  Suryapranata  H,  Zijlstra  F,  van  ʹt  Hof  AW,  Hoorntje  JC, Gosselink  AT,  et  al.  Symptom‐onset‐to‐balloon  time  and  mortality  in patients with acute myocardial infarction treated by primary angioplasty. J Am Coll Cardiol 2003;42(6):991‐7. 

38.  Cannon CP, Gibson CM, Lambrew CT, Shoultz DA, Levy D, French WJ, et al.  Relationship  of  symptom‐onset‐to‐balloon  time  and  door‐to‐balloon time  with  mortality  in  patients  undergoing  angioplasty  for  acute myocardial infarction. Jama 2000;283(22):2941‐7. 

39.  Milavetz  JJ,  Giebel  DW,  Christian  TF,  Schwartz  RS,  Holmes  DR,  Jr., Gibbons RJ. Time  to  therapy  and  salvage  in myocardial  infarction.  J Am Coll Cardiol 1998;31(6):1246‐51. 

40.  van  ʹt Hof AW, Liem A, Suryapranata H, Hoorntje JC, de Boer MJ, Zijlstra F. Clinical presentation  and outcome of patients with  early,  intermediate 

75 

Page 82: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Infarct Size and Myocardial Function 

and  late  reperfusion  therapy  by  primary  coronary  angioplasty  for  acute myocardial infarction. Eur Heart J 1998;19(1):118‐23. 

41.  Christian  TF,  Schwartz  RS,  Gibbons  RJ.  Determinants  of  infarct  size  in reperfusion  therapy  for  acute  myocardial  infarction.  Circulation 1992;86(1):81‐90. 

42.  Phrommintikul A, Abdel‐Aty H, Schulz‐Menger J, Friedrich MG, Taylor AJ. Acute  oedema  in  the  evaluation  of  microvascular  reperfusion  and myocardial  salvage  in  reperfused  myocardial  infarction  with  cardiac magnetic resonance imaging. Eur J Radiol 2009. 

43.  Ndrepepa G, Mehilli J, Schwaiger M, Schuhlen H, Nekolla S, Martinoff S, et al. Prognostic value of myocardial salvage achieved by reperfusion therapy in patients with acute myocardial infarction. J Nucl Med 2004;45(5):725‐9. 

44.  Miura T, Miki T. Limitation of myocardial infarct size in the clinical setting: current status and challenges in translating animal experiments into clinical therapy. Basic Res Cardiol 2008;103(6):501‐13. 

45.  Gruntzig  AR,  Senning  A,  Siegenthaler  WE.  Nonoperative  dilatation  of coronary‐artery stenosis: percutaneous  transluminal coronary angioplasty. N Engl J Med 1979;301(2):61‐8. 

46.  Sigwart U,  Puel  J, Mirkovitch V,  Joffre  F, Kappenberger L.  Intravascular stents to prevent occlusion and restenosis after transluminal angioplasty. N Engl J Med 1987;316(12):701‐6. 

47.  Rushmer RF, Crystal DK, Wagner C. The functional anatomy of ventricular contraction. Circ Res 1953;1(2):162‐70. 

48.  Hexeberg  E,  Homans  DC,  Bache  RJ.  Interpretation  of  systolic  wall thickening. Can  thickening  of  a  discrete  layer  reflect  fibre  performance? Cardiovasc Res 1995;29(1):16‐21. 

49.  Cohn  JN,  Johnson  GR,  Shabetai  R,  Loeb  H,  Tristani  F,  Rector  T,  et  al. Ejection  fraction, peak exercise oxygen  consumption,  cardiothoracic  ratio, ventricular  arrhythmias,  and  plasma  norepinephrine  as  determinants  of prognosis  in  heart  failure.  The  V‐HeFT  VA  Cooperative  Studies Group. Circulation 1993;87(6 Suppl):VI5‐16. 

50.  Nesto  RW,  Kowalchuk  GJ.  The  ischemic  cascade:  temporal  sequence  of hemodynamic,  electrocardiographic  and  symptomatic  expressions  of ischemia. Am J Cardiol 1987;59(7):23C‐30C. 

51.  Sugishita  Y,  Koseki  S,  Matsuda  M,  Tamura  T,  Yamaguchi  I,  Ito  I. Dissociation  between  regional myocardial  dysfunction  and  ECG  changes during myocardial  ischemia  induced  by  exercise  in  patients with  angina pectoris. Am Heart J 1983;106(1 Pt 1):1‐8. 

52.  Schuijf  JD, Shaw LJ, Wijns W, Lamb HJ, Poldermans D, de Roos A, et al. Cardiac  imaging  in  coronary  artery  disease:  differing  modalities.  Heart 2005;91(8):1110‐7. 

53.  Braunwald  E,  Kloner  RA.  The  stunned  myocardium:  prolonged, postischemic ventricular dysfunction. Circulation 1982;66(6):1146‐9. 

54.  Rahimtoola SH. The hibernating myocardium. Am Heart J 1989;117(1):211‐21. 

55.  Cleland JG, Pennell DJ, Ray SG, Coats AJ, Macfarlane PW, Murray GD, et al. Myocardial viability as a determinant of the ejection fraction response to 

76 

Page 83: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

References 

carvedilol  in  patients with  heart  failure  (CHRISTMAS  trial):  randomised controlled trial. Lancet 2003;362(9377):14‐21. 

56.  Allman KC,  Shaw LJ, Hachamovitch R, Udelson  JE. Myocardial  viability testing  and  impact  of  revascularization  on  prognosis  in  patients  with coronary artery disease and left ventricular dysfunction: a meta‐analysis. J Am Coll Cardiol 2002;39(7):1151‐8. 

57.  Meluzin  J,  Cerny  J,  Frelich M,  Stetka  F,  Spinarova  L,  Popelova  J,  et  al. Prognostic value of the amount of dysfunctional but viable myocardium in revascularized  patients with  coronary  artery  disease  and  left  ventricular dysfunction.  Investigators  of  this Multicenter  Study.  J  Am  Coll  Cardiol 1998;32(4):912‐20. 

58.  Rinck  PA.  Magnetic  Resonance  in  Medicien,  4:th  edition.  Blackwell Wissenshaftsverlag‐Verlag Berlin Vienna 2001. 

59.  Weinmann  HJ,  Brasch  RC,  Press  WR,  Wesbey  GE.  Characteristics  of gadolinium‐DTPA  complex:  a  potential NMR  contrast  agent. AJR  Am  J Roentgenol 1984;142(3):619‐24. 

60.  Arheden H, Saeed M, Higgins CB, Gao DW, Bremerich J, Wyttenbach R, et al. Measurement of the distribution volume of gadopentetate dimeglumine at echo‐planar MR  imaging to quantify myocardial  infarction: comparison with 99mTc‐DTPA autoradiography in rats. Radiology 1999;211(3):698‐708. 

61.  Kim  RJ,  Chen  EL,  Lima  JA,  Judd  RM.  Myocardial  Gd‐DTPA  kinetics determine MRI contrast enhancement and reflect the extent and severity of myocardial  injury  after  acute  reperfused  infarction.  Circulation 1996;94(12):3318‐26. 

62.  Simonetti OP, Kim RJ, Fieno DS, Hillenbrand HB, Wu E, Bundy  JM, et al. An  improved MR  imaging  technique  for  the  visualization  of myocardial infarction. Radiology 2001;218(1):215‐23. 

63.  Gupta A, Lee VS, Chung YC, Babb JS, Simonetti OP. Myocardial infarction: optimization of inversion times at delayed contrast‐enhanced MR imaging. Radiology 2004;233(3):921‐6. 

64.  Flacke  SJ,  Fischer  SE,  Lorenz  CH.  Measurement  of  the  gadopentetate dimeglumine partition  coefficient  in human myocardium  in vivo: normal distribution  and  elevation  in  acute  and  chronic  infarction.  Radiology 2001;218(3):703‐10. 

65.  Mahrholdt H, Wagner A, A.Holly T, Elliott MD, Bonow RO, Kim RJ, et al. Reproducibility  of  Chronic  Infarct  Size  Measurement  by  Contrast‐Enhanced Magnetic Resonance Imaging. Circulation 2002;106:2322‐2327. 

66.  Hedstrom  E,  Palmer  J,  Ugander  M,  Arheden  H.  Myocardial  SPECT perfusion  defect  size  compared  to  infarct  size  by  delayed  gadolinium‐enhanced magnetic  resonance  imaging  in  patients with  acute  or  chronic infarction. Clin Physiol Funct Imaging 2004;24(6):380‐6. 

67.  Ramani K, Judd RM, Holly TA, Parrish TB, Rigolin VH, Parker MA, et al. Contrast Magnetic  Resonance  Imaging  in  the Assessment  of Myocardial Viability  in  Patients  With  Stable  Coronary  Artery  Diesase  and  left Ventricular Dysfunction. Circulation 1998;98:2687‐2694. 

68.  Klein C, Nekolla  SG,  Bengel  FM, Momose M,  Sammer A, Haas  F,  et  al. Assessment  of  myocardial  viability  with  contrast‐enhanced  magnetic 

77 

Page 84: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Infarct Size and Myocardial Function 

resonance  imaging:  comparison  with  positron  emission  tomography. Circulation 2002;105(2):162‐7. 

69.  Hillenbrand HB, Kim RJ, Parker MA, Fieno DS, Judd RM. Early assessment of myocardial salvage by contrast‐enhanced magnetic  resonance  imaging. Circulation 2000;102(14):1678‐83. 

70.  Kitagawa K, Sakuma H, Hirano T, Okamoto S, Makino K, Takeda K. Acute Myocardial  Infarction:Myocardial Viability Assessement  in Patients Early Thereafter‐‐Comparison  of  Contrast‐enhanced MR  Imaging with  Resting 201 TI SPECT. Radiology 2003;226:138‐144. 

71.  Choi  KM,  Kim  RJ,  Gubernikoff  G,  Vargas  JD,  Parker  M,  Judd  RM. Transmural  extent  of  acute  myocardial  infarction  predicts  long‐term improvement in contractile function. Circulation 2001;104(10):1101‐7. 

72.  Selvanayagam JB, Kardos A, Francis JM, Wiesmann F, Petersen SE, Taggart DP,  et  al.  Value  of  delayed‐enhancement  cardiovascular  magnetic resonance  imaging  in  predicting  myocardial  viability  after  surgical revascularization. Circulation 2004;110(12):1535‐41. 

73.  Lu  B, Mao  SS,  Zhuang N,  Bakhsheshi H,  Yamamoto H,  Takasu  J,  et  al. Coronary  artery  motion  during  the  cardiac  cycle  and  optimal  ECG triggering for coronary artery imaging. Invest Radiol 2001;36(5):250‐6. 

74.  Thiele H, Nagel E, Paetsch I, Schnackenburg B, Bornstedt A, Kouwenhoven M, et al. Functional cardiac MR  imaging with steady‐state  free precession (SSFP)  significantly  improves  endocardial  border  delineation  without contrast agents. J Magn Reson Imaging 2001;14(4):362‐7. 

75.  Plein  S, Bloomer TN, Ridgway  JP,  Jones TR, Bainbridge GJ,  Sivananthan MU. Steady‐state free precession magnetic resonance imaging of the heart: comparison with segmented k‐space gradient‐echo imaging. J Magn Reson Imaging 2001;14(3):230‐6. 

76.  Barkhausen  J,  Ruehm  SG,  Goyen M,  Buck  T,  Laub  G,  Debatin  JF. MR evaluation  of  ventricular  function:  true  fast  imaging  with  steady‐state precession versus  fast  low‐angle  shot  cine MR  imaging:  feasibility  study. Radiology 2001;219(1):264‐9. 

77.  Li W,  Li  BS,  Polzin  JA, Mai  VM,  Prasad  PV,  Edelman  RR. Myocardial delayed enhancement imaging using inversion recovery single‐shot steady‐state  free  precession:  initial  experience.  J  Magn  Reson  Imaging 2004;20(2):327‐30. 

78.  Huber  A,  Schonberg  SO,  Spannagl  B,  Rieber  J,  Klauss  V,  Reiser  MF. [Determining myocardial  viability  in myocardial  infarct.  Comparison  of single  and  multisclice  MRI  techniques  with  TurboFlash  and  TrueFISP sequences]. Radiologe 2004;44(2):146‐51. 

79.  Huber A, Schoenberg SO, Spannagl B, Rieber  J, Erhard  I, Klauss V, et al. Single‐shot  inversion  recovery  TrueFISP  for  assessment  of  myocardial infarction. AJR Am J Roentgenol 2006;186(3):627‐33. 

80.  Comte A,  Lalande A, Walker  PM, Cochet A,  Legrand  L, Cottin Y,  et  al. Visual estimation of the global myocardial extent of hyperenhancement on delayed contrast‐enhanced MRI. Eur Radiol 2004;14(12):2182‐7. 

81.  Azevedo  Filho  CF, Hadlich M,  Petriz  JL, Mendonca  LA, Moll  Filho  JN, Rochitte  CE. Quantification  of  left  ventricular  infarcted mass  on  cardiac 

78 

Page 85: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

References 

magnetic  resonance  imaging:  comparison  between  planimetry  and  the semiquantitative  visual  scoring method. Arq Bras Cardiol  2004;83(2):118‐24. 

82.  Hsu LY,  Ingkanisorn WP, Kellman P, Aletras AH, Arai AE. Quantitative myocardial  infarction  on  delayed  enhancement  MRI.  Part  II:  Clinical application  of  an  automated  feature  analysis  and  combined  thresholding infarct sizing algorithm. J Magn Reson Imaging 2006;23(3):309‐14. 

83.  Hsu  LY,  Natanzon  A,  Kellman  P,  Hirsch  GA,  Aletras  AH,  Arai  AE. Quantitative myocardial  infarction  on delayed  enhancement MRI.  Part  I: Animal  validation  of  an  automated  feature  analysis  and  combined thresholding  infarct  sizing  algorithm.  J  Magn  Reson  Imaging 2006;23(3):298‐308. 

84.  Positano V, Pingitore A, Giorgetti A, Favilli B, Santarelli MF, Landini L, et al. A  fast and effective method  to assess myocardial necrosis by means of contrast  magnetic  resonance  imaging.  J  Cardiovasc  Magn  Reson 2005;7(2):487‐94. 

85.  Heiberg E, Engblom H, Engvall  J, Hedstrom E, Ugander M, Arheden H. Semi‐automatic  quantification  of  myocardial  infarction  from  delayed contrast  enhanced  magnetic  resonance  imaging.  Scand  Cardiovasc  J 2005;39(5):267‐75. 

86.  Heiberg E, Ugander M, Engblom H, Gotberg M, Olivecrona GK, Erlinge D, et al. Automated quantification of myocardial  infarction  from MR  images by  accounting  for  partial  volume  effects:  animal,  phantom,  and  human study. Radiology 2008;246(2):581‐8. 

87.  Heiberg  E,  Sjogren  J, Ugander M, Carlsson M,  Engblom H, Arheden H. Design  and  validation  of  Segment  ‐  freely  available  software  for cardiovascular image analysis. BMC Med Imaging 2010;10:1. 

88.  Hoffmann R, Lethen H, Marwick T, Arnese M, Fioretti P, Pingitore A, et al. Analysis  of  interinstitutional  observer  agreement  in  interpretation  of dobutamine stress echocardiograms. J Am Coll Cardiol 1996;27(2):330‐6. 

89.  DʹHooge J, Heimdal A, Jamal F, Kukulski T, Bijnens B, Rademakers F, et al. Regional  strain  and  strain  rate  measurements  by  cardiac  ultrasound: principles,  implementation  and  limitations.  Eur  J  Echocardiogr 2000;1(3):154‐70. 

90.  Nesbitt  GC,  Mankad  S,  Oh  JK.  Strain  imaging  in  echocardiography: methods and clinical applications. Int J Cardiovasc Imaging 2009;25 Suppl 1:9‐22. 

91.  Gilman  G,  Khandheria  BK,  Hagen  ME,  Abraham  TP,  Seward  JB, Belohlavek M. Strain rate and strain: a step‐by‐step approach to image and data acquisition. J Am Soc Echocardiogr 2004;17(9):1011‐20. 

92.  Sutherland GR, Di Salvo G, Claus P, DʹHooge J, Bijnens B. Strain and strain rate  imaging: a new  clinical approach  to quantifying  regional myocardial function. J Am Soc Echocardiogr 2004;17(7):788‐802. 

93.  Sutherland GR, Hatle L, Claus P, D´hooge J, Bijnens B. Doppler Myocardial Imaging     A  textbook.  Bart  Bijnens.  BSWK,  bvba,  3500 Hasselt,  Belgium 2006. 

79 

Page 86: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Infarct Size and Myocardial Function 

94.  Urheim  S,  Edvardsen  T,  Torp  H,  Angelsen  B,  Smiseth  OA. Myocardial strain  by  Doppler  echocardiography.  Validation  of  a  new  method  to quantify regional myocardial function. Circulation 2000;102(10):1158‐64. 

95.  Jamal F, Kukulski T, Sutherland GR, Weidemann F, DʹHooge J, Bijnens B, et al.  Can  changes  in  systolic  longitudinal  deformation  quantify  regional myocardial function after an acute infarction? An ultrasonic strain rate and strain study. J Am Soc Echocardiogr 2002;15(7):723‐30. 

96.  Kukulski T, Jamal F, DʹHooge J, Bijnens B, De Scheerder I, Sutherland GR. Acute  changes  in  systolic  and  diastolic  events  during  clinical  coronary angioplasty:  a  comparison  of  regional  velocity,  strain  rate,  and  strain measurement. J Am Soc Echocardiogr 2002;15(1):1‐12. 

97.  Ohara Y, Hiasa Y, Hosokawa S, Miyazaki S, Ogura R, Miyajima H, et al. Usefulness  of  ultrasonic  strain  measurements  to  predict  regional  wall motion  recovery  in  patients  with  acute  myocardial  infarction  after percutaneous coronary intervention. Am J Cardiol 2007;99(6):754‐9. 

98.  Brown J, Jenkins C, Marwick TH. Use of myocardial strain to assess global left  ventricular  function:  a  comparison with  cardiac magnetic  resonance and 3‐dimensional echocardiography. Am Heart J 2009;157(1):102 e1‐5. 

99.  Gjesdal O, Hopp  E, Vartdal  T,  Lunde K, Helle‐Valle  T, Aakhus  S,  et  al. Global  longitudinal strain measured by  two‐dimensional speckle  tracking echocardiography  is  closely  related  to myocardial  infarct  size  in  chronic ischaemic heart disease. Clin Sci (Lond) 2007;113(6):287‐96. 

100.  Vartdal T, Brunvand H, Pettersen E, Smith HJ, Lyseggen E, Helle‐Valle T, et al. Early prediction of infarct size by strain Doppler echocardiography after coronary reperfusion. J Am Coll Cardiol 2007;49(16):1715‐21. 

101.  Germano  G,  DS.  B.  Clinical  Gated  Cardiac  SPECT.  Futura  Publishing Company, Armonk, New York, 1999. 

102.  Iskander S,  Iskandrian AE. Risk assessment using  single‐photon emission computed  tomographic  technetium‐99m  sestamibi  imaging.  J  Am  Coll Cardiol 1998;32(1):57‐62. 

103.  Weich  HF,  Strauss  HW,  Pitt  B.  The  extraction  of  thallium‐201  by  the myocardium. Circulation 1977;56(2):188‐91. 

104.  Garcia EV, Galt J, Faber T, Chen J. Principles of nuclear cardiology imaging In Dilsizian V. Narula J. Braunwald E. Atlas of Nuclear Cardiology, 2nd ed. Current Medicien. Philadelphia. 2006. 

105.  Sinusas  AJ,  Shi  Q,  Saltzberg  MT,  Vitols  P,  Jain  D,  Wackers  FJ,  et  al. Technetium‐99m‐tetrofosmin  to  assess  myocardial  blood  flow: experimental validation in an intact canine model of ischemia. J Nucl Med 1994;35(4):664‐71. 

106.  Akinboboye OO, Idris O, Chou RL, Sciacca RR, Cannon PJ, Bergmann SR. Absolute  quantitation  of  coronary  steal  induced  by  intravenous dipyridamole. J Am Coll Cardiol 2001;37(1):109‐16. 

107.  Choi JY, Lee KH, Kim SJ, Kim SE, Kim BT, Lee SH, et al. Gating provides improved  accuracy  for  differentiating  artifacts  from  true  lesions  in equivocal fixed defects on technetium 99m tetrofosmin perfusion SPECT. J Nucl Cardiol 1998;5(4):395‐401. 

80 

Page 87: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

References 

108.  Taillefer  R,  DePuey  EG,  Udelson  JE,  Beller  GA,  Latour  Y,  Reeves  F. Comparative diagnostic  accuracy  of Tl‐201  and Tc‐99m  sestamibi  SPECT imaging  (perfusion  and  ECG‐gated  SPECT)  in  detecting  coronary  artery disease in women. J Am Coll Cardiol 1997;29(1):69‐77. 

109.  Prigent  F,  Maddahi  J,  Garcia  EV,  Satoh  Y,  Van  Train  K,  Berman  DS. Quantification  of  myocardial  infarct  size  by  thallium‐201  single‐photon emission  computed  tomography:  experimental  validation  in  the  dog. Circulation 1986;74(4):852‐61. 

110.  Medrano R, Lowry RW, Young JB, Weilbaecher DG, Michael LH, Afridi I, et al. Assessment of Myocardial Viability With 99mTc Sestamibi in Patients Undergoing Cardiac Transplantation: A  Scintigraphic/Pathological  Study. Circulation 1996;94(5):1010‐1017. 

111.  Tamaki S, Nakajima H, Murakami T, Yui Y, Kambara H, Kadota K, et al. Estimation of  infarct  size by myocardial  emission  computed  tomography with  thallium‐201  and  its  relation  to  creatine  kinase‐MB  release  after myocardial infarction in man. Circulation 1982;66(5):994‐1001. 

112.  Mahmarian  JJ, Pratt CM, Borges‐Neto  S, Cashion WR, Roberts R, Verani MS.  Quantification  of  infarct  size  by  201Tl  single‐photon  emission computed  tomography  during  acute  myocardial  infarction  in  humans. Comparison with enzymatic estimates. Circulation 1988;78(4):831‐9. 

113.  Wackers FJ, Gibbons RJ, Verani MS, Kayden DS, Pellikka PA, Behrenbeck T,  et  al.  Serial  quantitative  planar  technetium‐99m  isonitrile  imaging  in acute  myocardial  infarction:  efficacy  for  noninvasive  assessment  of thrombolytic therapy. J Am Coll Cardiol 1989;14(4):861‐73. 

114.  Christian TF, OʹConnor MK, Hopfenspirger MR, Gibbons RJ. Comparison of  reinjection  thallium  201  and  resting  technetium  99m  sestamibi tomographic  images  for  the  quantification  of  infarct  size  after  acute myocardial infarction. J Nucl Cardiol 1994;1(1):17‐28. 

115.  Lund GK, Stork A, Saeed M, Bansmann MP, Gerken  JH, Muller V,  et  al. Acute myocardial  infarction:  evaluation with  first‐pass  enhancement  and delayed enhancement MR  imaging compared with 201Tl SPECT  imaging. Radiology 2004;232(1):49‐57. 

116.  Fieno DS, Thomson LE, Slomka P, Abidov A, Friedman JD, Germano G, et al.  Quantitation  of  infarct  size  in  patients  with  chronic  coronary  artery disease  using  rest‐redistribution  Tl‐201  myocardial  perfusion  SPECT: correlation  with  contrast‐enhanced  cardiac  magnetic  resonance.  J  Nucl Cardiol 2007;14(1):59‐67. 

117.  Dilsizian  V,  Bonow  RO.  Current  diagnostic  techniques  of  assessing myocardial  viability  in  patients  with  hibernating  and  stunned myocardium. Circulation 1993;87(1):1‐20. 

118.  Lindahl  D,  Palmer  J,  Edenbrandt  L.  Myocardial  SPET:  artificial  neural networks  describe  extent  and  severity  of  perfusion  defects. Clin  Physiol 1999;19(6):497‐503. 

119.  Lindahl  D,  Lanke  J,  Lundin  A,  Palmer  J,  Edenbrandt  L.  Improved classifications  of myocardial  bullʹs‐eye  scintigrams with  computer‐based decision support system. J Nucl Med 1999;40(1):96‐101. 

81 

Page 88: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Infarct Size and Myocardial Function 

120.  Slomka PJ, Hurwitz GA,  St Clement G,  Stephenson  J. Three‐dimensional demarcation of perfusion zones corresponding to specific coronary arteries: application for automated interpretation of myocardial SPECT. J Nucl Med 1995;36(11):2120‐6. 

121.  Slomka PJ, Hurwitz GA, Stephenson J, Cradduck T. Automated alignment and sizing of myocardial stress and rest scans to three‐dimensional normal templates  using  an  image  registration  algorithm.  J  Nucl  Med 1995;36(6):1115‐22. 

122.  Schiller NB, Shah PM, Crawford M, DeMaria A, Devereux R, Feigenbaum H,  et  al. Recommendations  for  quantitation  of  the  left  ventricle  by  two‐dimensional  echocardiography.  American  Society  of  Echocardiography Committee  on  Standards,  Subcommittee  on  Quantitation  of  Two‐Dimensional Echocardiograms. J Am Soc Echocardiogr 1989;2(5):358‐67. 

123.  Cerqueira MD, Weissman NJ, Dilsizian V, Jacobs AK, Kaul S, Laskey WK, et  al.  Standardized  myocardial  segmentation  and  nomenclature  for tomographic imaging of the heart: a statement for healthcare professionals from the Cardiac Imaging Committee of the Council on Clinical Cardiology of the American Heart Association. Circulation 2002;105(4):539‐42. 

124.  Bongartz G, Golding SJ, Jurik AG, Leonardi M, van Meerten E, Geleijns J, et al. The 1999 CEC European Guidelines on Quality Criteria  for Computed Tomography,  EUR  16262  EN.  In.  Brussels,  CEC,  1999:  The  Luxembourg Office for publication of the European Communities; 2000. 

125.  Lang RM, Bierig M, Devereux RB, Flachskampf FA, Foster E, Pellikka PA, et  al.  Recommendations  for  chamber  quantification.  Eur  J  Echocardiogr 2006;7(2):79‐108. 

126.  Kowalski M, Kukulski T, Jamal F, DʹHooge J, Weidemann F, Rademakers F, et  al.  Can  natural  strain  and  strain  rate  quantify  regional  myocardial deformation?  A  study  in  healthy  subjects.  Ultrasound  Med  Biol 2001;27(8):1087‐97. 

127.  Bland JM, Altman DG. Statistical methods for assessing agreement between two methods of clinical measurement. Lancet 1986;1(8476):307‐10. 

128.  Dahlberg G.  Statistical methods  for medical  and  biological  students.  2nd edn. London 1940;George Allen&Unwin Ltd. 

129.  Bondarenko O, Beek AM, Hofman MB, Kuhl HP, Twisk  JW, van Dockum WG,  et  al.  Standardizing  the  definition  of  hyperenhancement  in  the quantitative  assessment  of  infarct  size  and  myocardial  viability  using delayed contrast‐enhanced CMR. J Cardiovasc Magn Reson 2005;7(2):481‐5. 

130.  Fieno DS, Kim RJ, Chen EL, Lomasney JW, Klocke FJ, Judd RM. Contrast‐enhanced magnetic  resonance  imaging of myocardium at  risk: distinction between reversible and irreversible injury throughout infarct healing. J Am Coll Cardiol 2000;36(6):1985‐91. 

131.  Setser RM, Bexell DG, O´Donnell TP, Stillman AE, Lieber ML, Schoenhagen P,  et  al.  Quantitative  Assessment  of  Myocardial  Scar  in  Delayed Enhancement  Magnetic  Resonance  Imaging.  Journal  of  cardiovascular magnetic resonance imaging 2003;18:434‐441. 

132.  Nijveldt R, Beek AM, Hofman MB, Umans VA, Algra PR, Spreeuwenberg MD,  et  al. Late  gadolinium‐enhanced  cardiovascular magnetic  resonance 

82 

Page 89: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

References 

evaluation  of  infarct  size  and  microvascular  obstruction  in  optimally treated patients after acute myocardial infarction. J Cardiovasc Magn Reson 2007;9(5):765‐70. 

133.  Petersen  SE, Mohrs OK, Horstick G, Oberholzer K, Abegunewardene N, Ruetzel K,  et  al.  Influence  of  contrast  agent  dose  and  image  acquisition timing  on  the  quantitative  determination  of  nonviable myocardial  tissue using  delayed  contrast‐enhanced  magnetic  resonance  imaging.  J Cardiovasc Magn Reson 2004;6(2):541‐8. 

134.  Wagner A, Mahrholdt H, Thomson L, Hager S, Meinhardt G, Rehwald W, et al. Effects of time, dose, and inversion time for acute myocardial infarct size measurements based on magnetic resonance imaging‐delayed contrast enhancement. J Am Coll Cardiol 2006;47(10):2027‐33. 

135.  Ansari M, Araoz PA, Gerard SK, Watzinger N, Lund GK, Massie BM, et al. Comparison  of  late  enhancement  cardiovascular magnetic  resonance  and thallium  SPECT  in  patients  with  coronary  disease  and  left  ventricular dysfunction. J Cardiovasc Magn Reson 2004;6(2):549‐56. 

136.  Lee VS, Resnick D, Tiu  SS,  Sanger  JJ, Nazzaro CA,  Israel GM,  et  al. MR imaging  evaluation  of  myocardial  viability  in  the  setting  of  equivocal SPECT results with (99m)Tc sestamibi. Radiology 2004;230(1):191‐7. 

137.  McCrohon  JA, Lyne  JC, Rahman SL, Lorenz CH, Underwood SR, Pennell DJ. Adjunctive role of cardiovascular magnetic resonance in the assessment of  patients  with  inferior  attenuation  on  myocardial  perfusion  SPECT.  J Cardiovasc Magn Reson 2005;7(2):377‐82. 

138.  Heden B, Persson E, Carlsson M, Pahlm O, Arheden H. Disappearance of myocardial perfusion defects on prone SPECT  imaging:  comparison with cardiac  magnetic  resonance  imaging  in  patients  without  established coronary artery disease. BMC Med Imaging 2009;9:16. 

139.  Slomka PJ, Nishina H, Abidov A, Hayes SW, Friedman JD, Berman DS, et al.  Combined  quantitative  supine‐prone  myocardial  perfusion  SPECT improves  detection  of  coronary  artery  disease  and  normalcy  rates  in women. J Nucl Cardiol 2007;14(1):44‐52. 

140.  Chouraqui P, Livschitz S, Baron J, Moalem I, Shechter M. The assessment of infarct size  in postmyocardial  infarction patients undergoing  thallium‐201 tomographic  imaging  is  improved using attenuation correction. Clin Nucl Med 2004;29(6):352‐7. 

141.  Hendel RC, Corbett  JR, Cullom SJ, DePuey EG, Garcia EV, Bateman TM. The value and practice of attenuation correction  for myocardial perfusion SPECT  imaging:  a  joint position  statement  from  the American  Society  of Nuclear Cardiology  and  the  Society of Nuclear Medicine.  J Nucl Cardiol 2002;9(1):135‐43. 

142.  Mahrholdt H, Zhydkov A, Hager S, Meinhardt G, Vogelsberg H, Wagner A, et al. Left ventricular wall motion abnormalities as well as reduced wall thickness  can  cause  false  positive  results  of  routine  SPECT  perfusion imaging  for  detection  of  myocardial  infarction.  Eur  Heart  J 2005;26(20):2127‐35. 

143.  Wagner A, Mahrholdt H, Holly TA, Elliott MD, Regenfus M, Parker M, et al.  Contrast‐enhancement  MRI  and  routine  single  photon  emission 

83 

Page 90: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

Infarct Size and Myocardial Function 

computed  tomography  (SPECT)  perfusion  imaging  for  detection  of subendocardial  myocardial  infarction:  an  imaging  study.  Lancet 2003;361:374‐79. 

144.  Kvitting  JP, Wigstrom L, Strotmann  JM, Sutherland GR. How accurate  is visual assessment of synchronicity in myocardial motion? An In vitro study with  computer‐simulated  regional  delay  in  myocardial  motion:  clinical implications  for  rest  and  stress  echocardiography  studies.  J  Am  Soc Echocardiogr 1999;12(9):698‐705. 

145.  Barbier CE,  Johansson L, Lind L, Ahlstrom H, Bjerner T. The exactness of left ventricular  segmentation  in  cine magnetic  resonance  imaging  and  its impact on systolic function values. Acta Radiol 2007;48(3):285‐91. 

146.  Wyatt HL, Meerbaum S, Heng MK, Rit J, Gueret P, Corday E. Experimental evaluation of the extent of myocardial dyssynergy and infarct size by two‐dimensional echocardiography. Circulation 1981;63(3):607‐14. 

147.  Reisner  SA,  Lysyansky  P,  Agmon  Y, Mutlak  D,  Lessick  J,  Friedman  Z. Global  longitudinal  strain:  a  novel  index  of  left  ventricular  systolic function. J Am Soc Echocardiogr 2004;17(6):630‐3. 

148.  Amundsen BH, Helle‐Valle T, Edvardsen T, Torp H, Crosby J, Lyseggen E, et  al.  Noninvasive  myocardial  strain  measurement  by  speckle  tracking echocardiography:  validation  against  sonomicrometry  and  tagged magnetic resonance imaging. J Am Coll Cardiol 2006;47(4):789‐93. 

149.  Cheng A, Nguyen TC, Malinowski M, Daughters GT, Miller DC, Ingels NB, Jr.  Heterogeneity  of  left  ventricular  wall  thickening  mechanisms. Circulation 2008;118(7):713‐21. 

150.  Rosner A, Bijnens B, Hansen M, How OJ, Aarsaether E, Muller S, et al. Left ventricular size determines tissue Doppler‐derived longitudinal strain and strain rate. Eur J Echocardiogr 2009;10(2):271‐7. 

151.  Skulstad H, Urheim S, Edvardsen T, Andersen K, Lyseggen E, Vartdal T, et al.  Grading  of  myocardial  dysfunction  by  tissue  Doppler echocardiography:  a  comparison  between  velocity,  displacement,  and strain imaging in acute ischemia. J Am Coll Cardiol 2006;47(8):1672‐82. 

152.  Setser RM, Kim JK, Chung YC, Chen K, Stillman AE, Loeffler R, et al. Cine delayed‐enhancement  MR  imaging  of  the  heart:  initial  experience. Radiology 2006;239(3):856‐62. 

153.  Higgins  CB.  Which  standard  has  the  gold?  J  Am  Coll  Cardiol 1992;19(7):1608‐9. 

154.  Barkhausen  J, Goyen M, Ruhm SG, Eggebrecht H, Debatin  JF, Ladd ME. Assessment  of  ventricular  function  with  single  breath‐hold  real‐time steady‐state  free  precession  cine  MR  imaging.  AJR  Am  J  Roentgenol 2002;178(3):731‐5. 

155.  Hori Y, Yamada N, Higashi M, Hirai N, Nakatani S. Rapid evaluation of right and left ventricular function and mass using real‐time true‐FISP cine MR  imaging without  breath‐hold:  comparison with  segmented  true‐FISP cine MR imaging with breath‐hold. J Cardiovasc Magn Reson 2003;5(3):439‐50. 

84 

Page 91: Infarct Size and Myocardial Function - DiVA portal302693/FULLTEXT01.pdf · Infarct Size and Myocardial Function 4 delstudie tre jämförde vi en snabb MR sekvens, SS_SSFP, där patienten

References 

85 

156.  Slomka PJ, Berman DS, Germano G. Applications and software techniques for integrated cardiac multimodality imaging. Expert Rev Cardiovasc Ther 2008;6(1):27‐41. 

157.  www.cardiArc.com. 158.  Sharir T, Ben‐Haim  S, Merzon K, Prochorov V, Dickman D, Berman DS. 

High‐speed myocardial perfusion  imaging  initial clinical comparison with conventional  dual  detector  anger  camera  imaging.  JACC  Cardiovasc Imaging 2008;1(2):156‐63. 

159.  Babla H,  Bai C, Conwell  R. A  triple‐head  solid  state  camera  for  cardiac single  photon  emission  tomography  (SPECT).  In:  Franks  LA,  Burger  A, James RB, Barber HB, Doty FP, Roehrig H, editors. Proceedings of the SPIE, 2005;vol. 6319:p. 63190M. 

160.  Sieswerda GT, Yang L, Boo MB, Kamp O. Real‐time perfusion  imaging: a new  echocardiographic  technique  for  simultaneous  evaluation  of myocardial perfusion and contraction. Echocardiography 2003;20(6):545‐55. 

161.  Lafitte S, Higashiyama A, Masugata H, Peters B, Strachan M, Kwan OL, et al. Contrast echocardiography can assess risk area and  infarct size during coronary  occlusion  and  reperfusion:  experimental  validation.  J  Am  Coll Cardiol 2002;39(9):1546‐54. 

162.  Main ML, Hannen MN, Kusnetzky LL, Martin JL, Coggins TR, Lanza P, et al. Myocardial contrast echocardiographic estimates of  infarct size predict likelihood  of  left  ventricular  remodeling  after  acute  anterior  wall myocardial infarction. J Am Soc Echocardiogr 2006;19(1):64‐70. 

163.  Gopal AS, Keller AM, Rigling R, King DL,  Jr., King DL. Left  ventricular volume  and  endocardial  surface  area  by  three‐dimensional echocardiography:  comparison  with  two‐dimensional  echocardiography and  nuclear magnetic  resonance  imaging  in  normal  subjects.  J Am  Coll Cardiol 1993;22(1):258‐70. 

164.  Yao  J,  Cao QL, Masani N,  Delabays  A, Magni  G,  Acar  P,  et  al.  Three‐dimensional  echocardiographic  estimation  of  infarct  mass  based  on quantification  of  dysfunctional  left  ventricular  mass.  Circulation 1997;96(5):1660‐6. 

165.  De Castro S, Yao J, Magni G, Cacciotti L, Trambaiolo P, De Santis M, et al. Three‐dimensional  echocardiographic  assessment  of  the  extension  of dysfunctional mass in patients with coronary artery disease. Am J Cardiol 1998;81(12A):103G‐106G. 

166.  Inoue  K,  Ito  H,  Iwakura  K,  Kawano  S,  Okamura  A,  Kurotobi  T,  et  al. Usefulness  of  high‐resolution  real‐time  three‐dimensional echocardiography  to  visualize  the  left  ventricular  endocardial  surface  in myocardial infarction. Am J Cardiol 2006;97(11):1578‐81.