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Quantitative Magnetic Resonance Imaging of the epicardial adipose tissue with free-running cardiac Dixon - 12/05/23

Doi : 10.1016/j.acvdsp.2023.03.130 
Pierre Daude 1, Thomas Troalen 2, Adèle Mackowiak 3, Emilien Royer 1, Davide Piccini 4, Jérome Yerly 3, Josef Pfeuffer 5, Frank Kober 6, Sylviane Confort Gouny 1, Monique Bernard 6, Matthias Stuber 3, Jessica Bastiaansen 7, Stanislas Rapacchi 1,
1 CRMBM, Centre de Résonance Magnétique Biologique et Médicale-UMR 7339, Marseille, France 
2 Siemens, Siemens France, Saint-Denis, France 
3 Department of Diagnostic and Interventional Radiology, CHUV Centre hospitalier universitaire vaudois, Lausanne, Suisse 
4 Advanced Clinical Imaging Technology, Siemens Healthineers, Lausanne, Suisse 
5 MR Application Development, Siemens Healthnieers, Erlangen, Allemagne 
6 Système cardiovasculaire, Centre de Résonance Magnétique Biologique et Médicale - UMR 7339, Marseille, France 
7 Department of Diagnostic, Interventional and Pediatric Radiology, Bern University Hospital (Inselspital), University of Bern, Bern, Suisse 

Corresponding author.

Résumé

Introduction

There is a growing interest to better understand the pathophysiological role of cardiac fat towards cardiovascular degradation in metabolic diseases. As epicardial adipose tissue (EAT) can become an inflammatory substrate under pathological conditions, emerging therapies are aiming at modulating its metabolic functions. However, there is a lack of non-invasive tools that can probe EAT, which is thin and moves with cardiac and respiratory motion.

Objective

This study aims at developing quantitative MRI biomarkers that can characterize EAT.

Method

As detailed in the Figure 1, a custom-built free-running Dixon-MRI technique enabled high resolution mapping of proton density fat-fraction (PDFF) and R2*, free-breathing, in the heart. Cardiac Dixon MRI was implemented on a 3T MRI with a self-navigated gradient echo radial sequence (Figure 1.1) acquiring N=13-echo bipolar 3D (TE1/ΔTE=1.12/1.07ms). The “free-running’ self-navigation (Figure 1.2) reconstructed 4 respiratory and 8-12 cardiac phases of 100ms. Measurements were performed on end-expiratory peak-systole volume. K-space trajectories were corrected (Figure 1.3) with the gradient impulse function (GIRF). The 5D reconstruction (Figure 1.4) of volumes was performed by Compressed Sensing followed by iterative least-square IDEAL water-fat separation (Figure 1.5). Eventually, R2*&PDFF 3D maps (overlayed in Figure 1 over echo TE1 image) are resolved in cardiac and respiratory time.

Results

The sequence proved highly accurate and precise with mean biases of PDFF and R2* estimated by simulation under 0.05% and 0.05 s-1 and an accuracy of ±1.2% and 5.0 s-1. As expected, in the healthy population, epicardial fat had a significantly lower fat fraction than subcutaneous fat (PDFF EAT=81.6±9.6% vs. PDFF ScAT=92.7±4.2%, P<0.001) and paracardiac fat (PDFF PAT=90.6±3.7%). Preliminary results in type-2 diabetic patients also showed a lower PDFF in EAT compared to neighbor paracardiac fat, which remains to be confirmed in a larger cohort.

Conclusion

This study demonstrated precise and highly-resolved PDFF and R2* 3D maps to probe cardiac fat, in particular epicardial adipose tissue, thanks to free-running cardiac Dixon-MRI at 3T. Due to the proximity of the lungs, the B0 inhomogeneities field map had large spatial variations, hampering unbiased R2* quantification. Nevertheless, 3D maps of PDFF in the heart allow characterization of the EAT, whose brown-beige fat composition was confirmed in controls and few type 2 diabetic patients.

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Vol 15 - N° 2

P. 238 - mai 2023 Retour au numéro
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