Atrial fibrillation (AF) is the most prevalent cardiac arrhythmia. It shows an increasing prevalence in developed countries with a strong association to cardiovascular risk factors. It has become a major challenge to the healthcare system with a high morbidity and increased AF-related mortality. Recommended treatment approaches favor rhythm control strategies, which aim to restore sinus rhythm. The pathophysiologic concept of atrial fibrillation has evolved towards defining the term atrial myopathy, recognizing inflammation mediated remodeling of the left atrium (LA) as a source for and result of arrhythmogenesis. One of many features of atrial myopathy is the development of left atrial fibrosis by fibro-fatty infiltration. This corresponds to low voltage zones (LVZ), that are characterized by impaired myocardial electrical conduction during invasive electroanatomic mapping. Epicardial adipose tissue (EAT) has been revealed to be a key player in this inflammatory process that nourishes the development of left atrial fibrosis. Traditional cardiovascular risk factors favor the transdifferentiation of EAT towards a pro-inflammatory phenotype. Recently, evidence has proven the positive effect of new generation anti-diabetic drugs like sodium-glucose cotransporter 2 (SGLT-2) inhibitors and glucagon-like peptide-1 (GLP-1) receptor agonists on EAT by inducing a favorable phenotypic shift with local anti-inflammatory effect and potential influence on atrial reverse remodeling. This thesis sought to confirm the ability to predict LVZ from cardiac magnetic resonance (CMR) derived parameters and to describe the differences of left atrial volume and left atrial epicardial adipose tissue volume in AF patients with and without LVZ. Patients with indication for primary AF ablation were prospectively enrolled. CMR imaging sequences included an LA angiography and two different techniques for left atrial epicardial adipose tissue imaging (T1 weighted and fat-water separation DIXON-based), which were compared. Left atrial volume index (LAVi) and left atrial epicardial adipose tissue volume index (LA-EATVi) from the DIXON-based technique proofed to be significant predictors of LVZ presence. No significant results could be obtained for the epicardial adipose tissue quantified from T1 weighted imaging. LA-EATVi(DIXON) was significantly higher in patients with LVZ than without, with a mean difference of 10.13 ± 5.0 ml. The same could be shown for LAVi, with a mean difference of 24.46 ± 8.13 ml. Both parameters were independent of each other. Additionally, it could be shown that higher age and female gender are associated with LVZ occurrence. CMR based quantification of LA-EATVi(DIXON) alone or in combination with other predictive variables of LVZ, like LAVi, age and female gender was able to identify patients at low or high risk of LVZ. In the studied patient population, a combined prediction model of LAVi, LA- EATVi(DIXON), age and female gender provided the highest predictive ability to determine LVZ presence with an area under the curve (AUC) in receiver operating characteristics (ROC) of 0.91. Depending on cutoff selection for the prediction model a high positive or negative predictive value can be achieved, minimizing false results. The clinical implementation of a CMR-based prediction model of LVZ presence as a feature of LA myopathy could have a tremendous impact on treatment decisions. It would allow the selection of patients for fast and easy single shot AF-ablation procedures in case of low LVZ risk, whereas complex and more time-consuming invasive procedures were to be scheduled if relevant LA myopathy is to be suspected.:1. Introduction 1
1.1. Atrial fibrillation 1
1.1.1. Risk factors 3
1.1.2. Left atrial myopathy 4
1.1.2.1. Predictive parameters of LA myopathy and atrial fibrosis 6
1.1.2.2. Imaging methods for left atrial myopathy and fibrosis 6
1.1.4. Current treatment strategies 7
1.1.4.1. Catheter ablation 9
1.2. Epicardial adipose tissue 11
1.2.1. Physiology and pathophysiology of epicardial adipose tissue 14
1.2.2. Role of epicardial adipose tissue in atrial fibrillation 15
1.2.3. Imaging techniques of epicardial adipose tissue 18
2. Objective 21
3. Methods 22
3.2. Imaging protocol 24
3.2.1. Adipose tissue imaging with DIXON approach 24
3.2.2. Adipose tissue imaging with T1 weighted imaging approach 26
3.2.3. Left atrial anatomy imaging 26
3.3. Segmentation and Quantification 27
3.4. Electroanatomic mapping and pulmonary vein isolation procedure 31
3.5. Statistical analysis 33
4. Results 34
4.2. General patient cohort characteristics 34
4.3. Patient characteristics in LVZ subgroups 36
4.4. Selected CMR parameter evaluation 39
4.4.1. Left atrial volume 39
4.4.2. Left atrial epicardial adipose tissue volume 41
4.4.2.1. DIXON based left atrial epicardial adipose tissue imaging 41
4.4.2.2. T1 weighted left atrial epicardial adipose tissue imaging 43
4.4.3. Comparison of adipose tissue imaging techniques 45
4.4.4. Reliability analysis 48
4.5. LVZ prediction models 49
4.5.1. Univariate non-CMR based LVZ prediction models 51
4.5.2. Univariate CMR based LVZ prediction models 53
4.5.3. Multivariate LVZ prediction models 57
4.5.4. Example of clinical application 62
4.5.5. Prediction model validation 64
5. Discussion 66
5.2. General aspects 66
5.3. EAT image acquisition 68
5.4. Clinical relevance 68
5.5. Future developments 70
5.6. Limitations 72
6. Summary 74
7. Zusammenfassung 76
8. References 78
9. List of figures and tables 98
10. Acknowledgement 102
11. Curriculum vitae 103 / Vorhofflimmern (AF) ist die häufigste Herzrhythmusstörung. In den Industrieländern nimmt die Prävalenz zu, wobei ein enger Zusammenhang mit kardiovaskulären Risikofaktoren besteht. Vorhofflimmern ist zu einer großen Herausforderung für das Gesundheitssystem geworden, da es eine hohe Morbidität und eine erhöhte vorhofflimmerbedingte Mortalität aufweist. Die empfohlenen Behandlungsansätze favorisieren Rhythmuskontrollstrategien, die auf die Wiederherstellung des Sinusrhythmus abzielen. Das pathophysiologische Konzept des Vorhofflimmerns hat sich dahingehend weiterentwickelt, dass der Begriff Vorhofmyopathie definiert wurde, wobei unter anderem der entzündungsbedingte Umbau (Remodeling) des linken Vorhofs (LA) als eine Ursache und Folge der Arrhythmogenese anerkannt wird. Eines der vielen Merkmale der Vorhofmyopathie ist die Entwicklung einer Fibrose im Bereich des linken Vorhofs durch fibrös-fettige Infiltration. Dies entspricht Niederspannungszonen (LVZ), die bei invasiven elektroanatomischen Kartierungen durch eine beeinträchtigte elektrische Leitung des Myokards gekennzeichnet sind. Es hat sich gezeigt, dass epikardiales Fettgewebe (EAT) eine Schlüsselrolle in diesem entzündlichen Prozess spielt, der die Entwicklung einer linksatrialen Fibrose begünstigt. Traditionelle kardiovaskuläre Risikofaktoren verursachen die Transdifferenzierung des epikardialen Fettgewebes in Richtung eines pro-inflammatorischen Phänotyps. In letzter Zeit hat sich gezeigt, dass Antidiabetika der neuen Generation, wie z. B. Natrium-Glukose-Cotransporter-2-Inhibitoren (SGLT-2) und Glucagon-like Peptide-1 (GLP-1) Rezeptor Agonisten, eine positive Wirkung auf EAT haben, indem sie eine günstige phänotypische Verschiebung mit lokaler Entzündungshemmung und potenziellem Einfluss auf ein „reverses Remodeling“ des Vorhofs bewirken. Ziel dieser Arbeit war es, die Fähigkeit der Vorhersage von LVZ anhand von Parametern aus der kardialen Magnetresonanztomographie (CMR) zu bestätigen und die Unterschiede des Volumens des linken Vorhofs und des linksatrialen epikardialen Fettgewebes bei Vorhofflimmerpatienten mit und ohne LVZ zu beschreiben.
Patienten mit Indikation zur primären Vorhofflimmerablation wurden prospektiv eingeschlossen. Zu den akquirierten CMR-Bildgebungssequenzen zählte eine LA- Angiographie und zwei verschiedene Techniken zur Darstellung des linksatrialen epikardialen Fettgewebes (T1-gewichtet und Fett-Wasser-Trennung auf DIXON-Basis). Letztere wurden miteinander verglichen. Der Volumenindex des linken Vorhofs (LAVi) und der Volumenindex des linksatrialen epikardialen Fettgewebes (LA-EATVi) aus der DIXON-basierten Bildgebung erwiesen sich als signifikante Prädiktoren für das Vorhandensein von LVZ. Für das epikardiale Fettgewebe, das mit der T1-gewichteten Bildgebung quantifiziert wurde, konnten keine signifikanten Ergebnisse erzielt werden. LA-EATVi(DIXON) war bei Patienten mit LVZ signifikant höher als bei Patienten ohne LVZ, mit einer mittleren Differenz von 10.13 ± 5.0 ml. Dasselbe konnte für LAVi gezeigt werden, mit einer mittleren Differenz von 24.46 ± 8.13 ml. Beide Parameter waren unabhängig voneinander. Außerdem konnte gezeigt werden, dass höheres Alter und weibliches Geschlecht mit dem Auftreten von LVZ assoziiert sind. Die CMR-basierte Quantifizierung von LA-EATVi(DIXON) allein oder in Kombination mit anderen prädiktiven Variablen für LVZ, wie LAVi, Alter und weiblichem Geschlecht, war in der Lage, Patienten mit niedrigem oder hohem Risiko für LVZ zu identifizieren. In der untersuchten Patientenpopulation lieferte ein kombiniertes Vorhersagemodell aus LAVi, LA-EATVi(DIXON), Alter und weiblichem Geschlecht die höchste Vorhersagekraft zur Bestimmung des Vorhandenseins von LVZ mit einer Fläche unter der Kurve (AUC) in der Grenzwertoptimierungskurve (ROC) von 0.91. Je nach Auswahl des Cutoffs für das Vorhersagemodell kann ein hoher positiver oder negativer Vorhersagewert erreicht werden, wodurch falsche Ergebnisse minimiert werden. Die klinische Umsetzung eines CMR-basierten Vorhersagemodells für das Vorhandensein von LVZ als Merkmal der LA-Myopathie könnte sich enorm auf die Behandlungsentscheidungen auswirken. Es würde die Auswahl von Patienten für schnelle und einfache Single-Shot-Ablationsverfahren bei geringem LVZ-Risiko ermöglichen, während bei Verdacht auf eine relevante LA-Myopathie komplexe und zeitaufwändigere invasive Verfahren geplant werden müssten.:1. Introduction 1
1.1. Atrial fibrillation 1
1.1.1. Risk factors 3
1.1.2. Left atrial myopathy 4
1.1.2.1. Predictive parameters of LA myopathy and atrial fibrosis 6
1.1.2.2. Imaging methods for left atrial myopathy and fibrosis 6
1.1.4. Current treatment strategies 7
1.1.4.1. Catheter ablation 9
1.2. Epicardial adipose tissue 11
1.2.1. Physiology and pathophysiology of epicardial adipose tissue 14
1.2.2. Role of epicardial adipose tissue in atrial fibrillation 15
1.2.3. Imaging techniques of epicardial adipose tissue 18
2. Objective 21
3. Methods 22
3.2. Imaging protocol 24
3.2.1. Adipose tissue imaging with DIXON approach 24
3.2.2. Adipose tissue imaging with T1 weighted imaging approach 26
3.2.3. Left atrial anatomy imaging 26
3.3. Segmentation and Quantification 27
3.4. Electroanatomic mapping and pulmonary vein isolation procedure 31
3.5. Statistical analysis 33
4. Results 34
4.2. General patient cohort characteristics 34
4.3. Patient characteristics in LVZ subgroups 36
4.4. Selected CMR parameter evaluation 39
4.4.1. Left atrial volume 39
4.4.2. Left atrial epicardial adipose tissue volume 41
4.4.2.1. DIXON based left atrial epicardial adipose tissue imaging 41
4.4.2.2. T1 weighted left atrial epicardial adipose tissue imaging 43
4.4.3. Comparison of adipose tissue imaging techniques 45
4.4.4. Reliability analysis 48
4.5. LVZ prediction models 49
4.5.1. Univariate non-CMR based LVZ prediction models 51
4.5.2. Univariate CMR based LVZ prediction models 53
4.5.3. Multivariate LVZ prediction models 57
4.5.4. Example of clinical application 62
4.5.5. Prediction model validation 64
5. Discussion 66
5.2. General aspects 66
5.3. EAT image acquisition 68
5.4. Clinical relevance 68
5.5. Future developments 70
5.6. Limitations 72
6. Summary 74
7. Zusammenfassung 76
8. References 78
9. List of figures and tables 98
10. Acknowledgement 102
11. Curriculum vitae 103
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:92581 |
| Date | 25 July 2024 |
| Creators | Schmidt, Thomas Robert |
| Contributors | Heidrich, Felix Matthias, Quick, Silvio, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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