T1 mapping

T1 mappingは新しい心筋性状評価方法として注目されている。先日SCMRからConsensus reportが報告された[1]。これを中心にまとめる。
 
1．T1 mappingとは
2．T1 mappingの臨床使用
3．T1 mappingの撮像と撮影後処理
4．T1 mappingの臨床的有用性
 
1. T1 mappingとは
心筋の線維化を定量評価するための画像である。心筋のT1緩和時間が正常心筋と異常心筋で異なることを用いる。従来の遅延造影像(Late Gadolinium Enhancement: LGE)では評価しづらかったびまん性の心筋線維化が評価可能なため、早期の心筋障害の検出に役立つと期待されている。
画像のピクセルごとのT1緩和時間(T1値ともいう。単位: ms)を定量評価するため、LGEとは異なり、撮影された画像をそのまま目視評価することはできない。必ずT1 mapping用のワークステーションでの撮影後処理が必要となる。
非造影の心筋のT1値(native T1)と、造影後のT1値(post-contrast T1)を求めるほか、心腔内血液のT1値、およびヘマトクリット値から、extra cellular volume (ECV: 細胞外容積) を算出することも可能である。ECV(%) は以下の数式で算出される(図1) [1]。

 
心筋の線維化が進行してECVが増加すると、native T1は延長し、post-contrast T1は短縮する。Native T1およびECVから心疾患の鑑別をすることが可能である(下表1, 下図2, 3) [1][2]。
 
 
 
2. T1 mappingの臨床使用
心筋炎、アミロイドーシス、鉄沈着、ファブリー病 の4疾患はT1 mapping・T2 mapping・T2* mappingといったparametric mapping techniquesの有用性が証明されており、今回のConsensus report上でも使用が推奨されている。その他心筋症、心不全、心筋梗塞や虚血、スポーツ心などにおいてもpotential clinical utilityがあると述べられている(下表2) [1]。
 
また、それぞれの疾患においてどのパラメーターを重要視するかが、下表3 にまとめられている。線維化の評価には、Diffuse・Focalともに、ECVをnative T1よりも重要視している[1]。
 
3. T1 mappingの撮像と撮影後処理
T1 mappingの撮像シークエンスについて説明する。
遅延造影像(LGE)画像の撮影前に、Inversion time決定のためLook-Lockerシークエンスを撮影する。Inversion pulseを入れたあとの心筋が時間経過とともに白→黒→白 と変化していくのを見ることができる。これは心筋のT1緩和の進行を時間経過とともに観察しているのだが、このLook-Lockerシークエンスを利用したのが現在最も広く用いられるMOLLI (MOdified Look-Locker Inversion recovery)というT1 mappingの撮像シークエンスである(下図4)[3] 。詳細は省くが、3回のInversion pulse(★)後、(青色の縦線のタイミングで)合計11枚の画像を撮影する。
 
次に、再構成画像を作る。Inversion pulse後の時間によって心筋のT1緩和の程度は異なるため、撮影された生の画像は、心筋が白や灰色や黒など、様々である(下図5) [4]。 この合計11枚のデータ(画像)をもとにピクセルごとのT1値の変化のグラフを描く。これは指数関数的なグラフになり、T1緩和時間(=T1値)は63％の回復に要する時間として求められる。ピクセルごとのT1緩和時間をもとめたものを1枚の画像に再構成する(下図5) [4]。
 
再構成画像は白黒画像として得られ、これをT1 map用のワークステーション上で定量評価することで、T1値が得られる(下図6) [3]。 再構成画像をT1値ごとに色付けすると、カラーマップになる。T1 mappingでは必ず撮影後処理を要する所以である。
 
T1 mappingは、おおまかな正常値はあるものの、施設・機械・撮影シークエンスによる変化があるため、各施設の基準値をまず求める必要がある。Consensus reportでは、施設による基準が求められていない場合は、定量的評価を臨床報告に用いるべきではないと記載される。施設基準値を求める際に、どのくらいの撮影が必要かは、何を診断するかによる。Consensus reportは例として、明らかな疾患を診断するとき(例えばT1mappingでアミロイドーシス、鉄沈着、Anderson-Fabry病、急性心筋障害を診断する)には、精度がやや低くても構わないため、健康人15名あるいは心疾患のない患者20名程度から基準値を求めるので十分である。ただし、細かい心筋性状変化を検出しなければならないような場合(びまん性の線維化など)は、精度を高めるために、性別(+/-年齢)別の基準値をそれぞれ50名以上の健康人から求める必要がある、と記載している[1]。
 
4. T1 mappingの臨床的有用性
T1 mappingの有用性・予後予測の報告は、様々なものがある。Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis(MESA) studyは多人種(White, Black, Hispanic, Chinese)を対象とした、明らかな心疾患の既往のないコホートの観察研究であるが、年齢性別による心筋線維化の違い[5], 性別とT1値による心機能への影響[6], 心電図変化と心筋線維化の関係[7], 心血管疾患のリスクファクターをもつ患者の心筋線維化[8] など、T1 mappingを用いた心筋性状評価を多数報告している。その他、ST上昇型心筋梗塞(STEMI) [9][10],  拡張型心筋症(DCM) [11][12], アントラサイクリン心筋症[13], などでも、T1 mappingを用いた報告がされている。
4-1. 年齢と心筋線維化、正常例の観察研究[5]
加齢と心筋線維化の関連について報告している。1,231名の明らかな心疾患のないコホート(51％女性; 年齢54-93歳)を1.5TのMRIでT1 mappingによる評価を行った。結果、女性のほうが男性よりも有意に高いECVとpre-contrast T1および造影後T1値を示したが、年齢によるECVの変化率は男性のほうが大きかった[5]。年齢・性別によるT1 mappingの正常値が異なること、このため基準値をそれぞれ示す必要があることを示唆している。
4-2. ST上昇型急性心筋梗塞(STEMI) [9][10]
Reinstadlerらは、255名の虚血解除されたSTEMIを対象とし、急性期と6か月後の2回、native T1 mappingを行った。結果、Remote zone(心筋梗塞部位ではない心筋)のT1値は、その後の心血管イベント(MACE)発症と強い相関を示した(T1 values >1,129 msにおいて、areas under the curve (AUC): 0.78; 95% confidence interval (CI): 0.70 – 0.86; p < 0.001) [9]。
Biesbroekらは、42名の急性心筋梗塞後の患者において、急性期と3か月後の2回、Remote myocardiumのnative T1とECVを評価し、左室リモデリングとの関係を評価した。結果、Native T1は有意な差を認めなかったが、ECVに関しては心筋梗塞発症後3か月時点のECVが低下した群では左室の拡大は認めなかった一方、ECVが上昇した群(n=8)では左室拡大を認めた[10]。
4-3. 拡張型心筋症 (DCM) [11][12]
DCMにおける予後予測は、LGEよりもT1 mappingが優れると報告される。
Puntmann らは、637名の非虚血拡張型心筋症(DCM)患者の前向き観察研究を行い、T1 mappingが予後予測に有用かどうかを調べた。観察期間(median follow-up period of 22 months)中に28名の患者が死亡したが、そのうち半分の患者しかLGE陽性を示していなかった。また観察期間中生存した609名の患者の26％がLGE陽性であった。T1 mapping におけるパラメーター(native T1 とECV)、およびLGE陽性とその広がりが全死亡および心不全の予測因子であった(いずれもp < 0.001). 多変量解析では、native T1のみが全死亡と心不全の独立した予測因子であった(それぞれhazard ratio (HR): 1.1, 95% CI: 1.06 – 1.15; HR: 1.1; 95% CI: 1.05 – 1.1; p < 0.001 for both), followed by the models including the extent of LGE [11]。
Younらは、117名の非虚血DCM患者の前向きコホートスタディ(男性71 名, 51.9 ± 16.7 years) で3.0-T MRIを施行し、ECV が3％上昇するごとに心イベント発症リスクがHRで1.80倍になる (95% CI: 1.48 – 2.20, p < 0.001)と報告した。多変量解析ではECV(per 3% increase)は独立した予後予測因子であり(HR: 1.69, 95% CI: 1.34–2.14, p < 0.001)、LGEやMid-wall LGEよりも高いc統計量を示した(Harrell’s c statistic, ECG=0.88, LGE=0.77, mid-wall LGE=0.80) [12]。
4-4．アントラサイクリン心筋症[13]
アントラサイクリン心筋症は過去の報告ではLGE陰性であることが多い。この疾患群においては、特にT1 mappingがびまん性の線維化を評価するうえで有用であると考えられる。
Neilan らは、アントラサイクリン投与後の42名の成人のECVを健康人と比較した。アントラサイクリン投与群はすべてLGE陰性であった。ECVはアントラサイクリン治療群のほうが年齢性別を一致させたコントロールよりも高い値を示した (0.36 – 0.03 vs. 0.28 – 0.02, p <0.001). また、ECVは拡張障害や心房の拡大にも関連していた[13]。
 
References
[1]         D. R. Messroghli, J. C. Moon, V. M. Ferreira, L. Grosse-Wortmann, T. He, P. Kellman, J. Mascherbauer, R. Nezafat, M. Salerno, E. B. Schelbert, A. J. Taylor, R. Thompson, M. Ugander, R. B. Van Heeswijk, and M. G. Friedrich, “Clinical recommendations for cardiovascular magnetic resonance mapping of T1, T2, T2* and extracellular volume: A consensus statement by the Society for Cardiovascular Magnetic Resonance (SCMR) endorsed by the European Association for Cardiovascular Imaging (EACVI),”  J. Cardiovasc. Magn. Reson., vol. 19, pp. 1–24, 2017.
[2]         P. Haaf, P. Garg, D. R. Messroghli, D. A. Broadbent, J. P. Greenwood, and S. Plein, “Cardiac T1 Mapping and Extracellular Volume (ECV) in clinical practice: a comprehensive review,” J. Cardiovasc. Magn. Reson., vol. 18, no. 1, p. 89, 2017.
[3]         D. R. Messroghli, A. Radjenovic, S. Kozerke, D. M. Higgins, M. U. Sivananthan, and J. P. Ridgway, “Modified Look-Locker inversion recovery (MOLLI) for high-resolution T1 mapping of the heart.,” Magn. Reson. Med., vol. 52, no. 1, pp. 141–6, Jul. 2004.
[4]         P. Kellman and M. S. Hansen, “T1-mapping in the heart: accuracy and precision,” J. Cardiovasc. Magn. Reson., vol. 16, no. 2, pp. 1–20, 2014.
[5]         C.-Y. Liu, Y.-C. Liu, C. Wu, A. Armstrong, G. J. Volpe, R. J. van der Geest, Y. Liu, W. G. Hundley, A. S. Gomes, S. Liu, M. Nacif, D. A. Bluemke, and J. A. C. C. Lima, “Evaluation of age-related interstitial myocardial fibrosis with cardiac magnetic resonance contrast-enhanced T1 mapping: MESA (Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis).,” J. Am. Coll. Cardiol., vol. 62, no. 14, pp. 1280–7, Oct. 2013.
[6]         S. Donekal, B. A. Venkatesh, Y. C. Liu, C. Y. Liu, K. Yoneyama, C. O. Wu, M. Nacif, A. S. Gomes, W. G. Hundley, D. A. Bluemke, and J. A. C. Lima, “Interstitial fibrosis, left ventricular remodeling, and myocardial mechanical behavior in a population-based multiethnic cohort: The multi-ethnic study of atherosclerosis (mesa) study,” Circ. Cardiovasc. Imaging, vol. 7, no. 2, pp. 292–302, 2014.
[7]         Y. Y. Inoue, B. Ambale-Venkatesh, N. Mewton, G. J. Volpe, Y. Ohyama, R. K. Sharma, C. O. Wu, C.-Y. Liu, D. A. Bluemke, E. Z. Soliman, J. A. C. Lima, and H. Ashikaga, “Electrocardiographic Impact of Myocardial Diffuse Fibrosis and Scar: MESA (Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis).,” Radiology, vol. 282, no. 3, pp. 690–698, Mar. 2017.
[8]         C. J. Yi, C. O. Wu, M. Tee, C.-Y. Liu, G. J. Volpe, M. R. Prince, G. W. Hundley, A. S. Gomes, R. J. van der Geest, S. Heckbert, J. A. Lima, and D. A. Bluemke, “The association between cardiovascular risk and cardiovascular magnetic resonance measures of fibrosis: the Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis (MESA).,” J. Cardiovasc. Magn. Reson., vol. 17, no. 1, p. 15, Feb. 2015.
[9]         S. J. Reinstadler, T. Stiermaier, J. Liebetrau, G. Fuernau, C. Eitel, S. de Waha, S. Desch, J.-C. Reil, J. Pöss, B. Metzler, C. Lücke, M. Gutberlet, G. Schuler, H. Thiele, and I. Eitel, “Prognostic Significance of Remote Myocardium Alterations Assessed by Quantitative Noncontrast T1 Mapping in ST-Segment Elevation Myocardial Infarction.,” JACC. Cardiovasc. Imaging, Jun. 2017.
[10]       P. S. Biesbroek, R. P. Amier, P. F. A. Teunissen, M. B. M. Hofman, L. F. H. J. Robbers, P. M. van de Ven, A. M. Beek, A. C. van Rossum, N. van Royen, and R. Nijveldt, “Changes in remote myocardial tissue after acute myocardial infarction and its relation to cardiac remodeling: A CMR T1 mapping study,” PLoS One, vol. 12, no. 6, pp. 1–13, 2017.
[11]       V. O. Puntmann, G. Carr-White, A. Jabbour, C.-Y. Yu, R. Gebker, S. Kelle, R. Hinojar, A. Doltra, N. Varma, N. Child, T. Rogers, G. Suna, E. Arroyo Ucar, B. Goodman, S. Khan, D. Dabir, E. Herrmann, A. M. Zeiher, and E. Nagel, “T1-Mapping and Outcome in Nonischemic Cardiomyopathy,” JACC Cardiovasc. Imaging, vol. 9, no. 1, pp. 40–50, 2016.
[12]       J.-C. Youn, Y. J. Hong, H.-J. Lee, K. Han, C. Y. Shim, G.-R. Hong, Y. J. Suh, J. Hur, Y. J. Kim, B. W. Choi, S.-M. Kang, Y. Jin, H. U. Ac, and E. Radiol, “Contrast-enhanced T1 mapping-based extracellular volume fraction independently predicts clinical outcome in patients with non-ischemic dilated cardiomyopathy: a prospective cohort study.”
[13]       T. G. Neilan, O. R. Coelho-Filho, R. V Shah, J. H. Feng, D. Pena-Herrera, D. Mandry, F. Pierre-Mongeon, B. Heydari, S. A. Francis, J. Moslehi, R. Y. Kwong, and M. Jerosch-Herold, “Myocardial extracellular volume by cardiac magnetic resonance imaging in patients treated with anthracycline-based chemotherapy,” Am J Cardiol, vol. 111, no. 5, pp. 717–722, 2013.