Congenital Heart Disease. Evaluation of Anatomy and Function by MRI

Abstract

With the increasing number of patients surviving after therapeutic intervention for congenital heart disease (CHD), accurate and frequent follow-up of their morphologic and functional cardiovascular status is required, preferably with a noninvasive imaging technique.

Echocardiography, either transthoracic or transesophageal, has been the first choice for this purpose, and will probably keep that status, at least in a large segment of the CHD spectrum. Magnetic resonance imaging (MRI) is an established method for high-resolution visualization of cardiovascular morphology. In the past decade, newer MRI techniques have been developed that allow functional evaluation of CHD patients. Particularly the introduction of breath-hold imaging, contrast-enhanced MRA and user-friendly computer software for image analysis may move functional MRI of CHD from the science laboratory to clinical use. It is already evident that MRI is superior to echocardiography in certain areas of limited echocardiographic access, such as the pulmonary artery branches and the aortic arch in adult patients. But MRI has also a unique potential for accurate volumetric analysis of ventricular function and cardiovascular blood flow, without any geometric assumptions. If supported by increased cooperation between cardiologists and radiologists, MRI will grow into a useful noninvasive imaging tool that, together with echocardiography, will obviate the need for invasive catheter studies for diagnostic purposes.

Zusammenfassung

Weltweit werden jährlich etwa 1,5 Millionen Kinder mit kongenitalen Herzerkrankungen (CHD, congenital heart disease) geboren. Durch Verbesserung der verschiedenen chirurgischen und interventionellen Techniken ist die Überlebensrate von CHD-Patienten drastisch gestiegen. Immer mehr Patienten mit postoperativen Residuen, Folgezuständen und Komplikationen benötigen eine umfassende Nachsorge. Die Darstellung und Quantifizierung morphologischer und funktioneller kardiovaskulärer Anomalien erfordern zuverlässige und vorzugsweise nichtinvasive bildgebende Verfahren.

Die Röntgenkontrastangiokardiographie, der bisherige Goldstandard, eignet sich nicht zur wiederholten Anwendung. Die transthorakale Echokardiographie (TTE) ist die meistverwendete nichtinvasive Methode, doch bei älteren Patienten, insbesondere mit komplexen oder operativ behandelten Malformationen, sind die damit gewonnenen Informationen unter Umständen unbefriedigend. Narben-, Knochen- und Lungengewebe sowie Thoraxdeformitäten können mit dem Schallfenster interferieren. Die transösophageale Echokardiographie (TEE) liefert bei Erwachsenen mit verschiedenen CHD-Formen eindeutig einen weitaus besseren Bildausschnitt, ist jedoch als semiinvasiv einzustufen. Bei Kleinkindern ist die TEE für die auf Intensivstationen und in Operationssälen erforderliche unmittelbare prä- und postoperative Überwachung inzwischen unentbehrlich.

Die Kernspintomographie (Magnetresonanztomographie, MRT) hat sich zu einem klinischen nützlichen Verfahren zur Untersuchung des Herzens entwickelt, vor allem bei angeborenen Fehlbildungen. Sie gilt heute als etablierte nichtinvasive Methode, mit der sich die Anatomie des Herzens in jeder gewünschten Ebene mit hoher Auflösung und naturgetreuen Kontrast zwischen kardialen Strukturen und strömendem Blut darstellen läßt. Das konventionelle Spin-Echo eignet sich hervorragend zur morphologischen Beurteilung, liefert jedoch nicht unbedingt funktionelle Informationen. Die durch neuere Impulssequenzen mögliche funktionelle Analyse verleiht der MRT ihren besonderen Wert. Mehrere dieser neuen MRT-Verfahren werden gegenwärtig klinisch eingesetzt. Die Gradienten-Echo-MRT liefert ein Bild des Blutflusses. Mit ihr können Stenosen, Regurgitation oder Shunts aufgrund der durch diese hämodynamischen Läsionen verursachten Strömungsturbulenzen entdeckt werden. Außerdem ermöglicht die Gradienten-Echo-MRT eine fortlaufende Schleifendarstellung der Ventrikelwandbewegung und eine Quantifizierung der Kammerfunktion. Mit der quantitativen Phasenkontrast-MR-Angiographie lassen sich Blutströmungsgeschwindigkeit und Volumendurchfluss in den mittleren und großen Gefäßen messen. Diese Besonderheit der MRT läßt sich zur Quantifizierung von Stenosen, Regurgitation, intrakardialen Shunts und des differentiellen pulmonalen Blutstroms nutzen. Vor allem ihre Fähigheit zur Messung des Volumendurchflusses ist ein klarer Vorteil der MRT. Die kontrastverstärkte MR-Angiographie ist besonders nützlich zur Darstellung der Pulmonalarterienäste und des Aortenbogens.

Pulmonaler Blutfluss, rechtsventrikuläre Funktion, pathologische Aortenbefunde und Fontan-Umgehungskreislauf sind u. a. hochinteressante Fragestellungen, die mit multifunktioneller MRT untersucht wurden.

Bei Patienten mit Pulmonalstenose oder Fallot-Tetralogie lassen sich mittels MRT Morphologie und Schwere jeder pulmonalen (Rest-)Stenose beurteilen, die rechtsventrikuläre Hypertrophie bewerten sowie eine postoperative Insuffizienz der Pulmonalklappe oder ventrikuläre Dysfunktion quantifizieren. Bei Patienten, die wegen Koarktation operiert wurden, kann die Morphologie von Rest- oder Restenosen MR-tomographisch mit Hilfe von Spin-Echo-Bildern und der kontrastverstärkten MR-Angiographie des Aortenbogens beurteilt werden. Die quantitative Phasenkontrastangiographie erlaubt zusätzlich, den Druckgradienten über der Stenose und das Ausmaß des Kollateralflusses zu bestimmen. Patienten mit Transposition der großen Arterien werden in der Regel mit Umkehroperationen auf Vorhofebene behandelt. Eine Dysfunktion des rechten systemischen Ventrikels ist bei diesen Patienten eine wesentliche Frage, die mit funktionellen MRT-Verfahren untersucht wurde. Andere Komplikationen nach Vorhofumkehroperation wie Obstruktionen im pulmonalen oder systemisch-venösen Kreislauf lassen sich mit der Gradienten-Echo-MRT mühelos aufdecken. Der Fongan-Umgehungskreislauf bleibt nach wie vor ein faszinierendes, in vielerlei Hinsicht noch nicht völlig verstandenes Thema. Zahlreiche Modifikationen der ursprünglichen Fontan-Operation wurden eingeführt, mit jeweils eigenen hämodynamischen Charakteristika. Zweifellos kann die kombinierte morphologisch-funktionelle MRT zur Entwicklung weiterer Verbesserungen des Fontan-Verfahrens beitragen.

Trotz aller technischen Verbesserungen, insbesondere der Einführung des Atemanhalteverfahrens, bleibt die MRT nach wie vor eine Ergänzung zu Echokardiographie und Angiokardiographie. Verfügbarkeit, Ortsgebundenheit und die bei Säuglingen und Kindern erforderliche Sedierung sind bekannte Hindernisse. Nicht zuletzt gilt es, gegen die relativ begrenzte Einbeziehung von Kardiologen in die MRT-Abteilung und die eingeschränkte Verfügbarkeit von Radiologen mit Erfahrung in CHD anzugehen, um die MRT zu einem “vollwertigen Mitglied im Klub” der bildgebenden Verfahren bei CHD zu machen.