This study sought to explore the potential role of noncontrast myocardial T1 mapping for detection of cardiac involvement in patients with primary amyloid light-chain (AL) amyloidosis.Cardiac involvement carries a poor prognosis in systemic AL amyloidosis. Late gadolinium enhancement (LGE) cardiac magnetic resonance (CMR) is useful for the detection of cardiac amyloid, but characteristic LGE patterns do not always occur or they appear late in the disease. Noncontrast characterization of amyloidotic myocardium with T1 mapping may improve disease detection. Furthermore, quantitative assessment of myocardial amyloid load would be of great value.Fifty-three AL amyloidosis patients (14 with no cardiac involvement, 11 with possible involvement, and 28 with definite cardiac involvement based on standard biomarker and echocardiographic criteria) underwent CMR (1.5-T) including noncontrast T1 mapping (shortened modified look-locker inversion recovery [ShMOLLI] sequence) and LGE imaging. These were compared with 36 healthy volunteers and 17 patients with aortic stenosis and a comparable degree of left ventricular hypertrophy as the cardiac amyloid patients.Myocardial T1 was significantly elevated in cardiac AL amyloidosis patients (1,140 ± 61 ms) compared to normal subjects (958 ± 20 ms, p < 0.001) and patients with aortic stenosis (979 ± 51 ms, p < 0.001). Myocardial T1 was increased in AL amyloid even when cardiac involvement was uncertain (1,048 ± 48 ms) or thought absent (1,009 ± 31 ms). A noncontrast myocardial T1 cutoff of 1,020 ms yielded 92% accuracy for identifying amyloid patients with possible or definite cardiac involvement. In the AL amyloidosis cohort, there were significant correlations between myocardial T1 time and indices of systolic and diastolic dysfunction.Noncontrast T1 mapping has high diagnostic accuracy for detecting cardiac AL amyloidosis, correlates well with markers of systolic and diastolic dysfunction, and is potentially more sensitive for detecting early disease than LGE imaging. Elevated myocardial T1 may represent a direct marker of cardiac amyloid load. Further studies are needed to assess the prognostic significance of T1 elevation.

Cardiovascular resonance (CMR) imaging is a standard imaging modality for assessing cardiovascular diseases (CVDs), the leading cause of death globally. CMR enables accurate quantification of the cardiac chamber volume, ejection fraction and myocardial mass, providing information for diagnosis and monitoring of CVDs. However, for years, clinicians have been relying on manual approaches for CMR image analysis, which is time consuming and prone to subjective errors. It is a major clinical challenge to automatically derive quantitative and clinically relevant information from CMR images. Deep neural networks have shown a great potential in image pattern recognition and segmentation for a variety of tasks. Here we demonstrate an automated analysis method for CMR images, which is based on a fully convolutional network (FCN). The network is trained and evaluated on a large-scale dataset from the UK Biobank, consisting of 4,875 subjects with 93,500 pixelwise annotated images. The performance of the method has been evaluated using a number of technical metrics, including the Dice metric, mean contour distance and Hausdorff distance, as well as clinically relevant measures, including left ventricle (LV) end-diastolic volume (LVEDV) and end-systolic volume (LVESV), LV mass (LVM); right ventricle (RV) end-diastolic volume (RVEDV) and end-systolic volume (RVESV). By combining FCN with a large-scale annotated dataset, the proposed automated method achieves a high performance in segmenting the LV and RV on short-axis CMR images and the left atrium (LA) and right atrium (RA) on long-axis CMR images. On a short-axis image test set of 600 subjects, it achieves an average Dice metric of 0.94 for the LV cavity, 0.88 for the LV myocardium and 0.90 for the RV cavity. The mean absolute difference between automated measurement and manual measurement is 6.1 mL for LVEDV, 5.3 mL for LVESV, 6.9 gram for LVM, 8.5 mL for RVEDV and 7.2 mL for RVESV. On long-axis image test sets, the average Dice metric is 0.93 for the LA cavity (2-chamber view), 0.95 for the LA cavity (4-chamber view) and 0.96 for the RA cavity (4-chamber view). The performance is comparable to human inter-observer variability. We show that an automated method achieves a performance on par with human experts in analysing CMR images and deriving clinically relevant measures.

BackgroundThe medium-term effects of Coronavirus disease (COVID-19) on organ health, exercise capacity, cognition, quality of life and mental health are poorly understood.MethodsFifty-eight COVID-19 patients post-hospital discharge and 30 age, sex, body mass index comorbidity-matched controls were enrolled for multiorgan (brain, lungs, heart, liver and kidneys) magnetic resonance imaging (MRI), spirometry, six-minute walk test, cardiopulmonary exercise test (CPET), quality of life, cognitive and mental health assessments.FindingsAt 2–3 months from disease-onset, 64% of patients experienced breathlessness and 55% reported fatigue. On MRI, abnormalities were seen in lungs (60%), heart (26%), liver (10%) and kidneys (29%). Patients exhibited changes in the thalamus, posterior thalamic radiations and sagittal stratum on brain MRI and demonstrated impaired cognitive performance, specifically in the executive and visuospatial domains. Exercise tolerance (maximal oxygen consumption and ventilatory efficiency on CPET) and six-minute walk distance were significantly reduced. The extent of extra-pulmonary MRI abnormalities and exercise intolerance correlated with serum markers of inflammation and acute illness severity. Patients had a higher burden of self-reported symptoms of depression and experienced significant impairment in all domains of quality of life compared to controls (p<0.0001 to 0.044).InterpretationA significant proportion of patients discharged from hospital reported symptoms of breathlessness, fatigue, depression and had limited exercise capacity. Persistent lung and extra-pulmonary organ MRI findings are common in patients and linked to inflammation and severity of acute illness.FundingNIHR Oxford and Oxford Health Biomedical Research Centres, British Heart Foundation Centre for Research Excellence, UKRI, Wellcome Trust, British Heart Foundation.

Background— Anderson-Fabry disease (AFD) is a rare but underdiagnosed intracellular lipid disorder that can cause left ventricular hypertrophy (LVH). Lipid is known to shorten the magnetic resonance imaging parameter T1. We hypothesized that noncontrast T1 mapping by cardiovascular magnetic resonance would provide a novel and useful measure in this disease with potential to detect early cardiac involvement and distinguish AFD LVH from other causes. Methods and Results— Two hundred twenty-seven subjects were studied: patients with AFD (n=44; 55% with LVH), healthy volunteers (n=67; 0% with LVH), patients with hypertension (n=41; 24% with LVH), patients with hypertrophic cardiomyopathy (n=34; 100% with LVH), those with severe aortic stenosis (n=21; 81% with LVH), and patients with definite amyloid light-chain (AL) cardiac amyloidosis (n=20; 100% with LVH). T1 mapping was performed using the shortened modified Look-Locker inversion sequence on a 1.5-T magnet before gadolinium administration with primary results derived from the basal and midseptum. Compared with health volunteers, septal T1 was lower in AFD and higher in other diseases (AFD versus healthy volunteers versus other patients, 882±47, 968±32, 1018±74 milliseconds; P <0.0001). In patients with LVH (n=105), T1 discriminated completely between AFD and other diseases with no overlap. In AFD, T1 correlated inversely with wall thickness ( r =−0.51; P =0.0004) and was abnormal in 40% of subjects who did not have LVH. Segmentally, AFD showed pseudonormalization or elevation of T1 in the left ventricular inferolateral wall, correlating with the presence or absence of late gadolinium enhancement (1001±82 versus 891±38 milliseconds; P <0.0001). Conclusions— Noncontrast T1 mapping shows potential as a unique and powerful measurement in the imaging assessment of LVH and AFD.

Cardiovascular magnetic resonance (CMR) is the gold standard method for the assessment of cardiac structure and function. Reference ranges permit differentiation between normal and pathological states. To date, this study is the largest to provide CMR specific reference ranges for left ventricular, right ventricular, left atrial and right atrial structure and function derived from truly healthy Caucasian adults aged 45–74. Five thousand sixty-five UK Biobank participants underwent CMR using steady-state free precession imaging at 1.5 Tesla. Manual analysis was performed for all four cardiac chambers. Participants with non-Caucasian ethnicity, known cardiovascular disease and other conditions known to affect cardiac chamber size and function were excluded. Remaining participants formed the healthy reference cohort; reference ranges were calculated and were stratified by gender and age (45–54, 55–64, 65–74). After applying exclusion criteria, 804 (16.2%) participants were available for analysis. Left ventricular (LV) volumes were larger in males compared to females for absolute and indexed values. With advancing age, LV volumes were mostly smaller in both sexes. LV ejection fraction was significantly greater in females compared to males (mean ± standard deviation [SD] of 61 ± 5% vs 58 ± 5%) and remained static with age for both genders. In older age groups, LV mass was lower in men, but remained virtually unchanged in women. LV mass was significantly higher in males compared to females (mean ± SD of 53 ± 9 g/m2 vs 42 ± 7 g/m2). Right ventricular (RV) volumes were significantly larger in males compared to females for absolute and indexed values and were smaller with advancing age. RV ejection fraction was higher with increasing age in females only. Left atrial (LA) maximal volume and stroke volume were significantly larger in males compared to females for absolute values but not for indexed values. LA ejection fraction was similar for both sexes. Right atrial (RA) maximal volume was significantly larger in males for both absolute and indexed values, while RA ejection fraction was significantly higher in females. We describe age- and sex-specific reference ranges for the left ventricle, right ventricle and atria in the largest validated normal Caucasian population.

Abstract Background T2w-CMR is used widely to assess myocardial edema. Quantitative T1-mapping is also sensitive to changes in free water content. We hypothesized that T1-mapping would have a higher diagnostic performance in detecting acute edema than dark-blood and bright-blood T2w-CMR. Methods We investigated 21 controls (55 ± 13 years) and 21 patients (61 ± 10 years) with Takotsubo cardiomyopathy or acute regional myocardial edema without infarction. CMR performed within 7 days included cine, T1-mapping using ShMOLLI, dark-blood T2-STIR, bright-blood ACUT2E and LGE imaging. We analyzed wall motion, myocardial T1 values and T2 signal intensity (SI) ratio relative to both skeletal muscle and remote myocardium. Results All patients had acute cardiac symptoms, increased Troponin I (0.15-36.80 ug/L) and acute wall motion abnormalities but no LGE. T1 was increased in patient segments with abnormal and normal wall motion compared to controls (1113 ± 94 ms, 1029 ± 59 ms and 944 ± 17 ms, respectively; p < 0.001). T2 SI ratio using STIR and ACUT2E was also increased in patient segments with abnormal and normal wall motion compared to controls (all p < 0.02). Receiver operator characteristics analysis showed that T1-mapping had a significantly larger area-under-the-curve (AUC = 0.94) compared to T2-weighted methods, whether the reference ROI was skeletal muscle or remote myocardium (AUC = 0.58-0.89; p < 0.03). A T1 value of greater than 990 ms most optimally differentiated segments affected by edema from normal segments at 1.5 T, with a sensitivity and specificity of 92 %. Conclusions Non-contrast T1-mapping using ShMOLLI is a novel method for objectively detecting myocardial edema with a high diagnostic performance. T1-mapping may serve as a complementary technique to T2-weighted imaging for assessing myocardial edema in ischemic and non-ischemic heart disease, such as quantifying area-at-risk and diagnosing myocarditis.

Background

 Aortic stenosis (AS) leads to diffuse fibrosis in the myocardium, which is linked to adverse outcome. Myocardial T1 values change with tissue composition. 

Objective

 To test the hypothesis that our recently developed non-contrast cardiac magnetic resonance (CMR) T1 mapping sequence could identify myocardial fibrosis without contrast agent. 

Design, setting and patients

 A prospective CMR non-contrast T1 mapping study of 109 patients with moderate and severe AS and 33 age- and gender-matched controls. 

Methods

 CMR at 1.5 T, including non-contrast T1 mapping using a shortened modified Look–Locker inversion recovery sequence, was carried out. Biopsy samples for histological assessment of collagen volume fraction (CVF%) were obtained in 19 patients undergoing aortic valve replacement. 

Results

 There was a significant correlation between T1 values and CVF% (r=0.65, p=0.002). Mean T1 values were significantly longer in all groups with severe AS (972±33 ms in severe asymptomatic, 1014±38 ms in severe symptomatic) than in normal controls (944±16 ms) (p<0.05). The strongest associations with T1 values were for aortic valve area (r=−0.40, p=0.001) and left ventricular mass index (LVMI) (r=0.36, p=0.008), and these were the only independent predictors on multivariate analysis. 

Conclusions

 Non-contrast T1 values are increased in patients with severe AS and further increase in symptomatic compared with asymptomatic patients. T1 values lengthened with greater LVMI and correlated with the degree of biopsy-quantified fibrosis. This may provide a useful clinical assessment of diffuse myocardial fibrosis in the future.

With the increasing prevalence of liver disease worldwide, there is an urgent clinical need for reliable methods to diagnose and stage liver pathology. Liver biopsy, the current gold standard, is invasive and limited by sampling and observer dependent variability. In this study, we aimed to assess the diagnostic accuracy of a novel magnetic resonance protocol for liver tissue characterisation.We conducted a prospective study comparing our magnetic resonance technique against liver biopsy. The individual components of the scanning protocol were T1 mapping, proton spectroscopy and T2* mapping, which quantified liver fibrosis, steatosis and haemosiderosis, respectively. Unselected adult patients referred for liver biopsy as part of their routine care were recruited. Scans performed prior to liver biopsy were analysed by physicians blinded to the histology results. The associations between magnetic resonance and histology variables were assessed. Receiver-operating characteristic analyses were also carried out.Paired magnetic resonance and biopsy data were obtained in 79 patients. Magnetic resonance measures correlated strongly with histology (r(s)=0.68 p<0.0001 for fibrosis; r(s)=0.89 p<0.001 for steatosis; r(s)=-0.69 p<0.0001 for haemosiderosis). The area under the receiver operating characteristic curve was 0.94, 0.93, and 0.94 for the diagnosis of any degree of fibrosis, steatosis and haemosiderosis respectively.The novel scanning method described here provides high diagnostic accuracy for the assessment of liver fibrosis, steatosis and haemosiderosis and could potentially replace liver biopsy for many indications. This is the first demonstration of a non-invasive test to differentiate early stages of fibrosis from normal liver.