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.

Background: Myocardial perfusion reflects the macro- and microvascular coronary circulation. Recent quantitation developments using cardiovascular magnetic resonance (CMR) perfusion permit automated measurement clinically. We explored the prognostic significance of stress myocardial blood flow (MBF) and myocardial perfusion reserve (MPR, the ratio of stress to rest MBF). Methods: A two center study of patients with both suspected and known coronary artery disease referred clinically for perfusion assessment. Image analysis was performed automatically using a novel artificial intelligence approach deriving global and regional stress and rest MBF and MPR. Cox proportional hazard models adjusting for co-morbidities and CMR parameters sought associations of stress MBF and MPR with death and major adverse cardiovascular events (MACE), including myocardial infarction, stroke, heart failure hospitalization, late (>90 day) revascularization and death. Results: 1049 patients were included with median follow-up 605 (interquartile range 464-814) days. There were 42 (4.0%) deaths and 188 MACE in 174 (16.6%) patients. Stress MBF and MPR were independently associated with both death and MACE. For each 1ml/g/min decrease in stress MBF the adjusted hazard ratio (HR) for death and MACE were 1.93 (95% CI 1.08-3.48, P=0.028) and 2.14 (95% CI 1.58-2.90, P<0.0001) respectively, even after adjusting for age and co-morbidity. For each 1 unit decrease in MPR the adjusted HR for death and MACE were 2.45 (95% CI 1.42-4.24, P=0.001) and 1.74 (95% CI 1.36-2.22, P<0.0001) respectively. In patients without regional perfusion defects on clinical read and no known macrovascular coronary artery disease (n=783), MPR remained independently associated with death and MACE, with stress MBF remaining associated with MACE only. Conclusions: In patients with known or suspected coronary artery disease, reduced MBF and MPR measured automatically inline using artificial intelligence quantification of CMR perfusion mapping provides a strong, independent predictor of adverse cardiovascular outcomes.

Differences in cardiac and aortic structure and function are associated with cardiovascular diseases and a wide range of other types of disease. Here we analyzed cardiovascular magnetic resonance images from a population-based study, the UK Biobank, using an automated machine-learning-based analysis pipeline. We report a comprehensive range of structural and functional phenotypes for the heart and aorta across 26,893 participants, and explore how these phenotypes vary according to sex, age and major cardiovascular risk factors. We extended this analysis with a phenome-wide association study, in which we tested for correlations of a wide range of non-imaging phenotypes of the participants with imaging phenotypes. We further explored the associations of imaging phenotypes with early-life factors, mental health and cognitive function using both observational analysis and Mendelian randomization. Our study illustrates how population-based cardiac and aortic imaging phenotypes can be used to better define cardiovascular disease risks as well as heart–brain health interactions, highlighting new opportunities for studying disease mechanisms and developing image-based biomarkers. Using magnetic resonance images of the heart and aorta from 26,893 individuals in the UK Biobank, a phenome-wide association study associates cardiovascular imaging phenotypes with a wide range of demographic, lifestyle and clinical features.

Abstract

 The evidence is increasing that left ventricular noncompaction cardiomyopathy as it is currently defined does not represent a failure of compaction of pre-existing trabecular myocardium found during embryonic development to form the compact component of the ventricular walls. Neither is there evidence of which we are aware to favour the notion that the entity is a return to a phenotype seen in cold-blooded animals. It is also known that when seen in adults, the presence of excessive ventricular trabeculations does not portend a poor prognosis when the ejection fraction is normal, with the risks of complications such as arrhythmia and stroke being rare in this setting. It is also the case that images of "noncompaction" as provided from children or autopsy studies are quite different from the features observed clinically in asymptomatic adults with excessive trabeculation. Our review suggests that the presence of an excessively trabeculated left ventricular wall is not in itself a clinical entity. It is equally possible that the excessive trabeculation is no more than a bystander in the presence of additional lesions such as dilated cardiomyopathy, with the additional lesions being responsible for the reduced ejection fraction bringing a given patient to clinical attention. We, therefore, argue that the term "noncompaction cardiomyopathy" is misleading, because there is neither failure of compaction nor a cardiomyopathic process in most individuals that fulfill widely used diagnostic criteria.

Background: Convolutional neural network (CNN) based segmentation methods provide an efficient and automated way for clinicians to assess the structure and function of the heart in cardiac MR images. While CNNs can generally perform the segmentation tasks with high accuracy when training and test images come from the same domain (e.g., same scanner or site), their performance often degrades dramatically on images from different scanners or clinical sites. Methods: We propose a simple yet effective way for improving the network generalization ability by carefully designing data normalization and augmentation strategies to accommodate common scenarios in multi-site, multi-scanner clinical imaging data sets. We demonstrate that a neural network trained on a single-site single-scanner dataset from the UK Biobank can be successfully applied to segmenting cardiac MR images across different sites and different scanners without substantial loss of accuracy. Specifically, the method was trained on a large set of 3,975 subjects from the UK Biobank. It was then directly tested on 600 different subjects from the UK Biobank for intra-domain testing and two other sets for cross-domain testing: the ACDC dataset (100 subjects, 1 site, 2 scanners) and the BSCMR-AS dataset (599 subjects, 6 sites, 9 scanners). Results: The proposed method produces promising segmentation results on the UK Biobank test set which are comparable to previously reported values in the literature, while also performing well on cross-domain test sets, achieving a mean Dice metric of 0.90 for the left ventricle, 0.81 for the myocardium, and 0.82 for the right ventricle on the ACDC dataset; and 0.89 for the left ventricle, 0.83 for the myocardium on the BSCMR-AS dataset. Conclusions: The proposed method offers a potential solution to improve CNN-based model generalizability for the cross-scanner and cross-site cardiac MR image segmentation task.

Although left ventricular noncompaction (LVNC) has been associated with an increased risk of adverse cardiovascular events, the accurate incidence of cardiovascular morbidity and mortality is unknown. We, therefore, aimed to assess the incidence rate of LVNC-related cardiovascular events.We systematically searched observational studies reporting the adverse outcomes related to LVNC. The primary end point was cardiovascular mortality.We identified 28 eligible studies enrolling 2501 LVNC patients (mean age, 46 years; male/female ratio, 1.7). After a median follow-up of 2.9 years, the pooled event rate for cardiovascular mortality was 1.92 (95% CI, 1.54-2.30) per 100 person-years. LVNC patients had a similar risk of cardiovascular mortality compared with a dilated cardiomyopathy control group (odds ratio, 1.10 [95% CI, 0.18-6.67]). The incidence rates of all-cause mortality, stroke and systemic emboli, heart failure admission, cardiac transplantation, ventricular arrhythmias, and cardiac device implantation were 2.16, 1.54, 3.53, 1.24, 2.17, and 2.66, respectively, per 100 person-years. Meta-regression and subgroup analyses revealed that left ventricular ejection fraction, not the extent of left ventricular trabeculation, had an important influence on the variability of incidence rates. The risks of thromboembolism and ventricular arrhythmias in LVNC patients were similar to dilated cardiomyopathy patients. However, LVNC patients had a higher incidence of heart failure hospitalization than dilated cardiomyopathy patients.Patients with LVNC carry a similar cardiovascular risk when compared with dilated cardiomyopathy patients. Left ventricular ejection fraction-a conventional indicator of heart failure severity, not the extent of trabeculation-appears to be an important determinant of adverse outcomes in LVNC patients. Registration: https://www.crd.york.ac.uk/PROSPERO/ Unique identifier: CRD42018096313.

UK Biobank, a large cohort study, plans to acquire 100,000 cardiac MRI studies by 2020. Although fully-automated left ventricular (LV) analysis was performed in the original acquisition, this was not designed for unsupervised incorporation into epidemiological studies. We sought to evaluate automated LV mass and volume (Siemens syngo InlineVF versions D13A and E11C), against manual analysis in a substantial sub-cohort of UK Biobank participants. Eight readers from two centers, trained to give consistent results, manually analyzed 4874 UK Biobank cases for LV end-diastolic volume (EDV), end-systolic volume (ESV), stroke volume (SV), ejection fraction (EF) and LV mass (LVM). Agreement between manual and InlineVF automated analyses were evaluated using Bland-Altman analysis and the intra-class correlation coefficient (ICC). Tenfold cross-validation was used to establish a linear regression calibration between manual and InlineVF results. InlineVF D13A returned results in 4423 cases, whereas InlineVF E11C returned results in 4775 cases and also reported LVM. Rapid visual assessment of the E11C results found 178 cases (3.7%) with grossly misplaced contours or landmarks. In the remaining 4597 cases, LV function showed good agreement: ESV -6.4 ± 9.0 ml, 0.853 (mean ± SD of the differences, ICC) EDV -3.0 ± 11.6 ml, 0.937; SV 3.4 ± 9.8 ml, 0.855; and EF 3.5 ± 5.1%, 0.586. Although LV mass was consistently overestimated (29.9 ± 17.0 g, 0.534) due to larger epicardial contours on all slices, linear regression could be used to correct the bias and improve accuracy. Automated InlineVF results can be used for case-control studies in UK Biobank, provided visual quality control and linear bias correction are performed. Improvements between InlineVF D13A and InlineVF E11C show the field is rapidly advancing, with further improvements expected in the near future.

The UK Biobank is a large-scale population-based study utilising cardiovascular magnetic resonance (CMR) to generate measurements of atrial and ventricular structure and function. This study aimed to quantify the association between modifiable cardiovascular risk factors and cardiac morphology and function in individuals without known cardiovascular disease.Age, sex, ethnicity (non-modifiable) and systolic blood pressure, diastolic blood pressure, smoking status, exercise, body mass index (BMI), high cholesterol, diabetes, alcohol intake (modifiable) were considered important cardiovascular risk factors. Multivariable regression models were built to ascertain the association of risk factors on left ventricular (LV), right ventricular (RV), left atrial (LA) and right atrial (RA) CMR parameters.4,651 participants were included in the analysis. All modifiable risk factors had significant effects on differing atrial and ventricular parameters. BMI was the modifiable risk factor most consistently associated with subclinical changes to CMR parameters, particularly in relation to higher LV mass (+8.3% per SD [4.3 kg/m2], 95% CI: 7.6 to 8.9%), LV (EDV: +4.8% per SD, 95% CI: 4.2 to 5.4%); ESV: +4.4% per SD, 95% CI: 3.5 to 5.3%), RV (EDV: +5.3% per SD, 95% CI: 4.7 to 5.9%; ESV: +5.4% per SD, 95% CI: 4.5 to 6.4%) and LA maximal (+8.6% per SD, 95% CI: 7.4 to 9.7%) volumes. Increases in SBP were associated with higher LV mass (+6.8% per SD, 95% CI: 5.9 to 7.7%), LV (EDV: +4.5% per SD, 95% CI: 3.6 to 5.4%; ESV: +2.0% per SD, 95% CI: 0.8 to 3.3%) volumes. The presence of diabetes or high cholesterol resulted in smaller volumes and lower ejection fractions.Modifiable risk factors are associated with subclinical alterations in structure and function in all four cardiac chambers. BMI and systolic blood pressure are the most important modifiable risk factors affecting CMR parameters known to be linked to adverse outcomes.

Excessive trabeculation, often referred to as "noncompacted" myocardium, has been described at all ages, from the fetus to the adult. Current evidence for myocardial development, however, does not support the formation of compact myocardium from noncompacted myocardium, nor the arrest of this process to result in so-called noncompaction. Excessive trabeculation is frequently observed by imaging studies in healthy individuals, as well as in association with pregnancy, athletic activity, and with cardiac diseases of inherited, acquired, developmental, or congenital origins. Adults with incidentally noted excessive trabeculation frequently require no further follow-up based on trabecular pattern alone. Patients with cardiomyopathy and excessive trabeculation are managed by cardiovascular symptoms rather than the trabecular pattern. To date, the prognostic role of excessive trabeculation in adults has not been shown to be independent of other myocardial disease. In neonates and children with excessive trabeculation and normal or abnormal function, clinical caution seems warranted because of the reported association with genetic and neuromuscular disorders. This report summarizes the evidence concerning the etiology, pathophysiology, and clinical relevance of excessive trabeculation. Gaps in current knowledge of the clinical relevance of excessive trabeculation are indicated, with priorities suggested for future research and improved diagnosis in adults and children.

Background Brain iron deposition has been linked to several neurodegenerative conditions and reported in alcohol dependence. Whether iron accumulation occurs in moderate drinkers is unknown. Our objectives were to investigate evidence in support of causal relationships between alcohol consumption and brain iron levels and to examine whether higher brain iron represents a potential pathway to alcohol-related cognitive deficits. Methods and findings Observational associations between brain iron markers and alcohol consumption ( n = 20,729 UK Biobank participants) were compared with associations with genetically predicted alcohol intake and alcohol use disorder from 2-sample mendelian randomization (MR). Alcohol intake was self-reported via a touchscreen questionnaire at baseline (2006 to 2010). Participants with complete data were included. Multiorgan susceptibility-weighted magnetic resonance imaging (9.60 ± 1.10 years after baseline) was used to ascertain iron content of each brain region (quantitative susceptibility mapping (QSM) and T2*) and liver tissues (T2*), a marker of systemic iron. Main outcomes were susceptibility (χ) and T2*, measures used as indices of iron deposition. Brain regions of interest included putamen, caudate, hippocampi, thalami, and substantia nigra. Potential pathways to alcohol-related iron brain accumulation through elevated systemic iron stores (liver) were explored in causal mediation analysis. Cognition was assessed at the scan and in online follow-up (5.82 ± 0.86 years after baseline). Executive function was assessed with the trail-making test, fluid intelligence with puzzle tasks, and reaction time by a task based on the “Snap” card game. Mean age was 54.8 ± 7.4 years and 48.6% were female. Weekly alcohol consumption was 17.7 ± 15.9 units and never drinkers comprised 2.7% of the sample. Alcohol consumption was associated with markers of higher iron (χ) in putamen (β = 0.08 standard deviation (SD) [95% confidence interval (CI) 0.06 to 0.09], p < 0.001), caudate (β = 0.05 [0.04 to 0.07], p < 0.001), and substantia nigra (β = 0.03 [0.02 to 0.05], p < 0.001) and lower iron in the thalami (β = −0.06 [−0.07 to −0.04], p < 0.001). Quintile-based analyses found these associations in those consuming >7 units (56 g) alcohol weekly. MR analyses provided weak evidence these relationships are causal. Genetically predicted alcoholic drinks weekly positively associated with putamen and hippocampus susceptibility; however, these associations did not survive multiple testing corrections. Weak evidence for a causal relationship between genetically predicted alcohol use disorder and higher putamen susceptibility was observed; however, this was not robust to multiple comparisons correction. Genetically predicted alcohol use disorder was associated with serum iron and transferrin saturation. Elevated liver iron was observed at just >11 units (88 g) alcohol weekly c.f. <7 units (56 g). Systemic iron levels partially mediated associations of alcohol intake with brain iron. Markers of higher basal ganglia iron associated with slower executive function, lower fluid intelligence, and slower reaction times. The main limitations of the study include that χ and T2* can reflect changes in myelin as well as iron, alcohol use was self-reported, and MR estimates can be influenced by genetic pleiotropy. Conclusions To the best of our knowledge, this study represents the largest investigation of moderate alcohol consumption and iron homeostasis to date. Alcohol consumption above 7 units weekly associated with higher brain iron. Iron accumulation represents a potential mechanism for alcohol-related cognitive decline.