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THESE APPORT DE LIMAGERIE FONCTIONNELLE A LETUDE DES COUPLAGES ENTRE LA PERFUSION, LE METABOLISME GLUCIDIQUE ET LA FONCTION CONTRACTILE DANS LISCHEMIE.

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1 THESE APPORT DE LIMAGERIE FONCTIONNELLE A LETUDE DES COUPLAGES ENTRE LA PERFUSION, LE METABOLISME GLUCIDIQUE ET LA FONCTION CONTRACTILE DANS LISCHEMIE MYOCARDIQUE PAR ALEJANDRO N. MAZZADI DIRECTEUR DE THESE MARC F. JANIER

2 Perfusion Métabolisme Fonction contractile Ischémie myocardique « Inadaptation entre lapport doxygène et les besoins tissulaires » Cascade ischémique Nécrose Souffrance Ischémique

3 Territoire à risque Territoires « remotes » t t t t t t t t t t Precond. Sidération Hibernation fonctionnelle Hibernation structurelle Nécrose transmurale Myocarde endommagé Myocarde endommagé Nécrose non- transmurale Nécrose non-transmurale Hyperkinesis Hypertrophie compensatoire Hypertrophie dégénérative t ?

4 Détection de régions hibernants (« mismatch », flèche rouge), de régions sévèrement nécrotiques (flèche bleue) et des régions normales ou légèrement nécrotiques (flèche verte).

5 Le motif géométrique imposé sur la séquence cine-IRM persiste et se déforme au cours du cycle cardiaque. Cine-IRM IRM avec marquage tissulaire (« tagging »)

6 TEP Mét. Gluc. ( 18 FDG) Perf. (h 2 15 O) Repos-Dipyridamole TEP Mét. Gluc. ( 18 FDG) Perf. (h 2 15 O) Repos-Dobutamine IRM de tatouage Fonction Contract. Intramyoc IRM de « tatouage » Fonction Contract. Intramyoc Repos Avant revascularisationAprès revascularisation Etudes sur le couplage entre la perfusion, le métabolisme glucidique et la fonction contractile chez des patients coronariens 1 ère étude2 ème étude 3 ème étude

7 Myocardial perfusion and glucose uptake coupling in CAD patients Mazzadi A, Croisille P, Fol S, Ovize M, Comar D, André-Fouët X, Janier M. Int. J. Cardiovasc. Imaging, 19 (5): , Objectif: évaluer si les relations au repos entre les valeurs régionales de perfusion et de métabolisme glucidique myocardique chez un patient coronarien permettent de séparer des patients dont le myocarde présente différentes caractéristiques physiopathologiques. 23 patients coronariens – coronarographie Perfusion TEP: série H 2 15 O (repos - dipyridamole) Métabolisme glucidique TEP: série 18 FDG - clamp hyperins. euglyc. AFSIM appliqué à la série H 2 15 O-TEP 2-4 ROIs contrôle (coronaro, perf) %H 2 15 O et % 18 FDG 6-8 ROIs par coupe transaxiale ensemble du VG Protocole Analyse des images Souffrance ischémique Mismatch (MM, hibernation) % 18 FDG/%H 2 15 O >1.2 Défauts de perfusion sous stimulation hyperhémique (RSD) %H 2 15 O au repos - %H215O sous dip 15%

8 La relation entre la perfusion et le métabolisme glucidique présente une Importante variabilité interindividuelle Bonne corrélation Absence de corrélation Corrélation modérée

9 %H 2 15 O % 18 FDG CORR SEMI UNCO PERF 55% GLUC 55% 18% 11% 4% 29% 22% 5% UNCO: perfusion et métab. glucid. conservées 55%

10 CORR SEMI UNCO (n =137) (n = 139) (n = 123) M 88% 76% 53% MM 12% 24% 47% RSD 6% 24% 25% = MM+RSD 1% = 2% = 14% Plus de nécrose chez CORR Plus dhibernation chez UNCO Pas de RSD chez CORR (territoires « match » sans RSD) Hibernation associée à RSD seulement chez UNCO

11 La relation au repos entre la perfusion et le métabolisme glucidique de lensemble de régions myocardiques permet de séparer des patients présentant différentes proportions de « PET-patterns », différentes gammes de perfusion et métabolisme glucidique régionales, et une réponse hyperhémique caractéristique. La réponse hyperhémique des différents PET-patterns est dépendante de létat de préservation de la perfusion et le métabolisme glucidique sur lensemble des territoires myocardiques. CONCLUSIONS

12 Dobutamine-tagged MRI for inotropic reserve assessment in severe CAD: relationship with PET findings A. Mazzadi; B. Brossier; E. Mac Fadden; D. Revel; M. Janier; P. Croisille. En revision dans Am. J. of Physiol. (août 2003). Objectif: évaluer si la présence de réserve inotropique intramyocardique est en relation avec la perfusion régionale. 18 patients coronariens sévères (FE: 26±10%) – coronarographie Perfusion TEP: série H 215 O (au repos) Métabolisme glucidique TEP: série 18 FDG - clamp hyperins. euglyc. Protocole Fonction contractile: IRM « tagging » (repos – 10µg/kg/min dobutamine) AFSIM appliqué à la série H 2 15 O-TEP 2-3 ROIs contrôle (coronaro; perf. Absolue; Ecc) 3 coupes petit-axe 12 ROIs par coupe Analyse des images 4 PET-patterns: normal, match viable, infarcted, mismatch viable Réserve inotropique: Ecc dobut – Ecc repos 2% Raccourcissement circonférentiel (Ecc; %) milieu de la paroi myocardique

13 VG: 3 coupes petit-axe (a) 12 ROIs par coupe 36 ROIs par patient ROI Ecc au repos (b) Ecc sous dobut Perfusion au repos (d) Mét. gluc. au repos (c)

14 Control n=41 Normal n=175 Match Viable n=159 Infarcted n=146 Mismatch Viable n=136 Ecc (%) 18 patients – 616 régions Régions control Perfusion absolue = 0.98 ± 0.24 ml.g -1.min -1

15 Ecc au repos (%) % H 2 15 O Ecc au repos (%) % 18 FDG A B MM r=0.95 r=0.96 La fonction contractile intramyocardique est couplée à la perfusion et le métabolisme glucidique régional

16 La présence de Réserve Inotropique intramyocardique nest pas en relation avec la perfusion régionale. En revanche, lamplitude de la réserve inotropique lest probablement.

17 Normal Match Viable Mismatch Viable Infarcted Hyperkinétiques Normokinétiques Hypokinétiques Etant donné un même niveau de perfusion (ou PET-pattern): la Réserve Inotropique est-elle dépendante de la fonction contractile intramyocardique au repos ? Ecc au repos (%)

18 17% All 11% All 6% All 10% All NormalMatch ViableInfarctedMismatch Viable Ecc au repos Proportion de r é gions avec R é serve Inotropique 2 = 4.52 P = = 7.28 P = = 8.68 P =0.01 * 2 = 0.58 P = 0.75 Sauf dans les régions MM, la présence de Réserve Inotropique est toujours supérieure dans les régions hypokinétiques

19 Sauf dans les régions MM, lamplitude de la Réserve Inotropique est toujours supérieure dans les régions hypokinétiques

20 CONCLUSIONS La présence de Réserve Inotropique intramyocardique nest pas en relation avec la perfusion régionale. Il existe une discordance profonde entre la viabilité décelée par la TEP et celle décelée par la présence de Réserve Inotropique intramyocardique. Pour un niveau de perfusion donné, la présence et lamplitude de la Réserve Inotropique est en relation inverse avec la performance de la fonction contractile au repos. Nos résultats suggèrent que cette conclusion nest pas valable dans les territoires hibernants.

21 « Tagged-MRI for myocardial functional outcome after revascularization: relationship with pre-operative PET and functional findings ». A. Mazzadi; B. Brossier; E. Mac Fadden; D. Revel; M. Janier; P. Croisille. En préparation. Objectif: évaluer la relation entre la fonction contractile après revascularisation et la fonction contractile, la perfusion et le métabolisme glucidique avant revascularisation. 11 patients coronariens sévères – angiographie série H 215 O (au repos) série 18 FDG - clamp hyperins. euglyc. Protocole IRM de « tatouage » (repos – faible dobutamine) AFSIM appliqué à la série H 2 15 O-TEP 3 coupes petit-axe 12 ROIs par coupe Analyse des images Réserve inotropique: Ecc dobut – Ecc repos 2% Raccourcissement circonférentiel (Ecc; %) IRM « tagging » » (repos) Avant Revasc. Après Revasc. Amélioration fonctionnelle après revasc.: Ecc Après Revasc – Ecc repos 2%

22 393 régions 218 Amélioration fonctionnelle après revascularisation 57% Normal 59% Match Viable 62% Mismatch Viable 41% Infarcted 47% sans RI Lamélioration fonctionnelle après revascularisation est moindre dans les régions infarcies, mais elle reste quand même importante. La concordance entre la présence de Réserve Inotropique et lamélioration fonctionnelle après revascularisation est faible. La concordance entre la présence de viabilité par TEP et lamélioration fonctionnelle après revascularisation est faible.

23 Normal n=58 Match viable n=35 MM viable n=47 Infarcted n=36 Ecc changes (%) Dob+ regions Dob- regions * * Normal n=78 Match viable n=61 MM viable n=31 Infarcted n=47 Amélioration de la fonction contractile intramyocardique après revascularisation dans les territoires TEP-viables sans Réserve Inotropique Dobut. Après revasc.

24 CONCLUSIONS PRELIMINAIRES Nos résultats suggèrent une faible valeur prédictive de la récupération fonctionnelle après revascularisation aussi bien par TEP que par évaluation de la Réserve Inotropique intramyocardique avec dobutamine-IRM de « tatouage ». Lamélioration fonctionnelle après revascularisation est plus importante que celle prévue par dobutamine-IRM de « tatouage ». Lamélioration de la fonction contractile intramyocardique après revascularisation dans des territoires TEP-viables sans Réserve Inotropique suggère limportance des facteurs autres que la perfusion dans cette amélioration.

25 Territoire à risque Territoires à distance t t t t t t t t t Nécrose non- transmurale Nécrose non-transmurale Nécrose transmurale Sidération Hibernation Fonctionnelle Hibernation structurelle Myocarde endommagé Myocarde endommagé ? Prise en compte de lensemble des territoires caractérisation physiopathologique du myocarde. DISCUSSION

26 Perf régionale R.I intramyocard mat. contract. préservé ( Bogaert et col.; Circulation 99 IRM « tagging » + TEP ) viabilité + Amélioration Fonct. que prévu par RI ( Geskin et col.; Circulation 98 IRM « tagging » ) ( Pace et col.; Eur. J. Nucl. Med Echo + TEMP ) viabilité (Facteurs autres que la perfusion?) + Amélioration Fonct. que prévu dans les territoires infarcis ( Kramer et col.; JACC 2000 IRM rehaussement tardif + IRM « tagging » ) viabilité Limpact de la revascularisation sur la lamélioration de la fonction contractile, dans lensemble des territoires myocardiques, est-elle plus importante que celle traditionnellement envisagée ( ? ) (Open artery theory)

27

28 DISCUSSION Gewirtz et col.; JACC 94 Armstrong W.F.; JACC 96: myocardial hibernation, nontransmural infarction and normally functioning nonischemic myocardium all coexist in patients with chronic ischemic left ventricular function Sambucetti et col.; J. of Nucl. Med. 98 Existence dune grande variabilité intra-individuelle concernant la proportion et les caractéristiques des « PET-patterns » Pour chaque patient, une prise en compte des paramètres TEP de perfusion et du métabolisme glucidique sur lensemble des territoires, permet de mieux caractériser le statut physiopathologique du myocarde. Couplage entre la perfusion et le métabolisme glucidique

29 Couplage entre PET-patterns et réponse hyperhémique La réponse hyperhémique des différents PET-patterns est dépendante de létat de préservation de la perfusion et le métabolisme glucidique sur lensemble des territoires myocardiques. Absence détudes sur chaque patient Di Carli et col.; J. Nucl. Cardiol. 98 même proportions de réponse au dipyridamole sur les différents PET-patterns que dans notre travail

30 Couplage entre la perfusion et la fonction contractile intramyocardique Existence dune relation linéaire directe entre la perfusion et le métabolisme régionale et le raccourcissement circonférentiel intramyocardique au repos Perrone-Filardi et col.; JACC 92 Modérée avec Métab. (r=0.32) Sun et col.; Circulation 96 Absente avec Perf Sawada et col.; JACC 97 Présente avec Perf/Metab. Di Carli et col.; J. Nucl. Cardiol. 98 Présente avec Perf Panza et col.; J. Nucl. Cardiol. 99 Modérée avec Perf. (r=0.42)

31 Couplage entre la perfusion et la Réserve Inotropique intramyocardique Melon et col.; Circulation 97 Panza et col.; J. Nucl. Cardiol. 99E Pace et col.; Eur. J. of Nucl. Med Schinkel et col.; J. of Nucl. Med Réserve Inotropique (épaississement transmural) et perfusion Dendale et col.Cor. Art. Dis. 97 Absence détudes par IRM de « tatouage » Echo RI Perf. IRM RI ~ Perf. Absence de relation entre la présence de réserve Inotropique intramyocardique et la perfusion régionale Présence de matériel contractile préservé même dans des régions sévèrement hypoperfusées ( Bogaert et col.; Circulation 99)

32 Couplage entre la perfusion, la Réserve Inotropique et la fonction Contractile intramyocardique au repos Dans les territoires non hibernants, et pour un même niveau de perfusion, la Réserve Inotropique intramyocardique est dépendante de la performance contractile au repos Absence détudes Réserve hyperhémique Sun et col.; Circulation 96

33 Il existe une discordance profonde entre la viabilité décelée par la TEP et celle décelée par la présence de Réserve Inotropique intramyocardique Couplage entre PET-patterns et Réserve Inotropique Gerber et col.; Circulation 96 Sun et col.; Circulation 96 Melon et al.; Circulation 97 Schinkel et col.; J. of Nucl. Med Sawada et col.; JACC 97 Sambucetti et col.; J. Nucl.Med. 98 Réserve Inotropique et Hibernation % < 50% Réserve Inotropique et Nécrose Sun et col.; Circulation 96 0% Melon et al.; Circulation % Schinkel et col.; J. of Nucl. Med % Réserve Inotropique et territoires normaux Sun et col.; Circulation % (Fonct. norm) + 45% (Disfonct) Sawada et col.; JACC % (Disfonct) Melon et al.; Circulation % (Disfonct) Van den Heuvel et col.; Cardiov. Res % (artère normale) Réserve Inotropique dans lensemble des territoires Pagano et col.; Heart 98 concordance 70% Pasquet et col.; Am. J. Cardiol. 99 concordance 63%

34 Nos résultats préliminaires suggèrent une faible valeur prédictive de la récupération fonctionnelle intramyocardique après revascularisation aussi bien par TEP ( concordance 59% ) que par évaluation de la R.I intramyocardique avec dobutamine-IRM de « tatouage » ( conc. 58% ). Valeur prédictive de la TEP von Dahl et col.; Circulation 94 concordance 64% Pagano et col.; Heart 98 concordance 71% Pasquet et col; Am. J. of Cardiol. 99 concordance 53% Valeur prédictive par dobutamine-échocardiographie Pagano et col.; Heart 98 concordance 61% Pasquet et col; Am. J. of Cardiol. 99 concordance 75% Dysfonc Valeur prédictive par dobutamine-IRM Geskin et col.; Circulation 98 concordance 63% Kramer et col.; Am. Heart J concordance 76% Baer et col.; JACC 98 concordance 91% Trent et col.; Heart 2000 concordance 60% Dysfonc tagged Couplage entre PET-patterns, Réserve Inotropique et récupération fonctionnelle intramyocardique

35 Lamélioration fonctionnelle intramyocardique après revascularisation est plus importante que celle prévu par dobutamine-IRM de « tatouage ». ( Geskin et col.; Circulation 98 IRM de « tatouage ») ( Pace et col.; Eur. J. Nucl. Med Echo + TEMP) Lamélioration fonctionnelle intramyocardique après revascularisation dans les territoires infarcis est non négligeable ( Kramer et col.; JACC 2000 IRM de contraste + IRM de « tatouage ») Lamélioration fonctionnelle intramyocardique après revascularisation dans des territoires TEP-viables sans Réserve Inotropique suggère limportance des facteurs outres la perfusion dans cette amélioration. ( Pace et col.; Eur. J. Nucl. Med Echo + TEMP) Limpact de la revascularisation sur la lamélioration de la fonction contractile, dans lensemble des territoires myocardiques, est-elle plus importante que celle traditionnellement envisagée ( ?) Couplage entre PET-patterns, Réserve Inotropique et récupération fonctionnelle intramyocardique

36 Hyperkinesis Hypertrophie compensatoire Hypertrophie dégénérative Territoires « remotes » t Contract RI

37 t t t Hibernation fonctionnelle Hibernation structurelle Nécrose transmurale Myocarde endommagé Myocarde endommagé Perf ~ Gluc Contract R I ~ Perf Gluc Contract R I Perf Gluc Contract R I Perf Gluc Contract R I Perf ~ Gluc Contract R I ~

38 Nécrose non- transmurale Nécrose non-transmurale t t Nécrose transmurale Perf ~ Gluc ~ Contract R I ~ Perf Gluc Contract R I Perf Gluc Contract R I

39 Evolution temporelle de lactivité 15 O dans le VG après linjection en IV de H 2 15 O Temps dacquisition 2 min.

40 Analyse factorielle (AFSIM) appliquée à une séquence dynamique dimages H215O-TEP LAFSIM « résume » le contenu dune séquence dimages indexées par le temps en un petit nombre dimages (factorielles) et de courbes associées à ces images A B C A Image Factorielle du myocarde B Image Factorielle du VG C Image Factorielle du VD


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