Background: Oxygenation-sensitive cardiac magnetic resonance imaging (OS-CMR) is an evolving cardiac imaging technique offering new perspectives to understand, predict, and diagnose cardiac pathologies.
Objectives: To provide an overview of the basic principles of OS-CMR, the current diagnostic applications and how it may aid in future diagnostic challenges.
Materials and methods: Description, analysis, and interpretation of the current literature on basic research and applicational studies in both humans and animals assessing OS-CMR.
Results: OS-CMR is based on the paramagnetic properties of deoxygenated hemoglobin, which is visualized by a T2*-sensitive sequence. The measured signal correlates with the oxygenation of the myocardium and can analyze vascular function during pharmacological vasodilation or vasoactive breathing exercises (hyperventilation, apnea). The herewith triggered changes in myocardial oxygenation and oxygenation reserve can be used to identify relevant stenoses in coronary artery disease. Other areas of application involve myocardial hypertrophy, microvascular dysfunction, and pulmonary hypertension.
Conclusion: A broad number of applications for the clinical use of OS-CMR exist so far, especially in combination with breathing exercises. OS-CMR can be conducted medication- and needle-free. Limitations involve the current lack of clinically approved, automated evaluation tools and the unavailability of vendor- and site-independent normal values.
Zusammenfassung: HINTERGRUND: Die sauerstoffsensitive kardiale Magnetresonanztomographie („oxygenation-sensitive cardiovascular magnetic resonance“, OS-CMR) ist eine sich aktuell etablierende Technik, die neue Perspektiven zur Darstellung der Pathophysiologie sowie der Prädiktion und Diagnose kardialer Erkrankungen erlaubt.
Ziel der arbeit: Überblick über die Grundlagen der Technik, die bisherigen Anwendungsfelder in der Diagnostik und wie sie zukünftig helfen kann, diagnostischen Herausforderungen zu überwinden.
Material und methoden: Darstellung, Analyse und Einordnung der bisherigen Grundlagenstudien sowie Anwendungsstudien an Tieren und Menschen.
Ergebnisse: Die OS-CMR basiert auf den paramagnetischen Eigenschaften deoxygenierten Hämoglobins, welches mit sog. T2*-sensitiven Sequenzen dargestellt wird. Das so gemessene Signal korreliert mit der Oxygenierung des Myokards und kann damit die Gefäßfunktion unter pharmakologischer Vasodilatation oder während vasoaktiver Atemmanöver (Hyperventilation, Apnoe) untersuchen. Die Verfolgung der durch diese Interventionen getriggerten Änderungen der Myokardoxygenierung und Oxygenierungsreserve unter Vasodilatation kann relevante Stenosen einer koronaren Herzerkrankung identifizieren. Weitere Anwendungen umfassen Myokarderkrankungen, mikrovaskuläre Dysfunktion oder die pulmonale Hypertonie.
Diskussion: Die OS-CMR, vor allem in Kombination mit Atemmanövern, kann ein breites Indikationsspektrum auch ohne den Einsatz von Medikamenten oder Kontrastmittel abdecken. Limitationen betreffen zum aktuellen Zeitpunkt noch eine fehlende klinisch zugelassene Automatisierung der Auswertung sowie das Fehlen standort- und scannerübergreifender Normwerte.
Keywords: Cardiovascular imaging; Diagnostics; Exercise testing; Heart diseases; Hyperventilation.
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