Автореферат и диссертация по медицине (14.00.19) на тему:Разработка методов количественной оценки поражения головного мозга и брахиоцефальных артерий по данным МР-томографии

На правахрукописи

Сухарева Анна Евгеньевна

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ПОРАЖЕНИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА И БРАХИОЦЕФАЛЬНЫХ АРТЕРИЙ ПО ДАННЫМ МР-ТОМОГРАФИИ

14.00.19 - Лучевая диагностика, лучевая терапия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Томск-2005

Работа выполнена в ГУ Научно-исследовательском институте кардиологии ТНЦ СО РАМН

Научный руководитель

доктор медицинских наук, Усов Владимир Юрьевич

Научный консультант

доктор технических наук,

профессор Тарасенко Владимир Феликсович

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Чернов Владимир Иванович

доктор медицинских наук, Фролова Ирина Георгиевна

Ведущая организация

Институт клинической кардиологии им. А. Л. Мясникова КНК МЗСР России

2005 года в_

диссертационного совета'' Д 001.036.01 при

Защита состоится << на заседании

кардиологии ТНЦ СО РАМН (634012, г. Томск, Киевская, 111а)

_часов

ГУ НИИ

С диссертацией можно ознакомиться в научно-медицинской библиотеке НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН (г. Томск, ул. Киевская, 111а),

Автореферат разослан _ 2005.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ворожцова И. Н.

Введение

Нарушения мозгового кровообращения являются одной из ведущих по порядку важности причиной смертности и стойкой утраты трудоспособности населения России [Гафаров и соавт., 2002]. При этом большинство нарушений мозгового кровообращения имеют ишемический генез и обусловлены атеросклерозом экстракраниальных артерий [Чазов Е. И., 2003]. В последние годы, наблюдается постоянный рост заболеваемости и смертности по всем видам сосудистой патологии головного мозга, а наряду с этим - и другой патологией ЦНС, и в частности - злокачественными новообразованиями головного мозга, для которых в свою очередь характерна особенно высокая частота инвалидизации и смертности пациентов.

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОЭКТ) и маг-нитнорезонансная томография сегодня обеспечивают наиболее высокие, по сравнению с другими методами визуализации мозга, чувствительность и диагностическую точность в раннем выявлении повреждений мозга при расстройствах его кровообращения, причем в самые ранние сроки - в первые часы после развития острого нарушения мозгового кровообращения [Barker Р. В. е. а., 1994, DeWitt L. D., 1986]. Однако, диагноз нарушения мозгового кровообращения основан как правило на качественных визуальных критериях, а количественный анализ данных МРТ при этом практически не используется в связи с трудностями соотнесения интенсивности сигналов МРТ-изображений от конкретных анатомических и патологических структур с частными патофизиологическими процессами.

Между тем, не только констатация факта ишемического повреждения определенного региона мозга, но и характеристика тяжести повреждения, степени его необратимости весьма важны, поскольку существенная доля нервной ткани в очаге ишемии зачастую остается неповрежденной за счет существования «пограничной зоны» с сохраненным коллатеральным кровоснабжением [Heiss W. -D. 1977, Meyer F. В. 1987, Москаленко Ю. Е., 1988].

Наряду с выявлением факта атеросклеротического стенозирования сонных артерий большое значение имеет корректная оценка тяжести стеноза, понимаемая обычно как степень утраты диаметра гемодинамического просвета сосуда за счет атеросклеротического стенозирующего процесса.

В радионуклидной диагностике повреждения головного мозга методами ОЭКТ, в отличие от МРТ, уже существует хорошо разработанный аппарат расчета объема повреждения ткани головного мозга с помощью радиофармпрепаратов - маркеров мозгового кровотока, в первую очередь ""Тс-гексаметилпропиленаминоксима [Alexandrov e. a., 1995]. В основе этих техник лежит представление о постоянстве удельного мозгового кровотока на грамм ткани в покое при нормальных условиях, и, соответствен-

но, постоянном удельном поглощении радиофармпрепаратов - маркеров мозгового кровотока на грамм интактной ткани мозга [Kung H. F. 1990, Lassen e. a., 1989]. В таком случае степень снижения локального накопления маркера кровотока в определенном регионе тем более выражена, чем выше доля некротизированной ткани в общем объеме ткани в этом регионе [Kataoka H. е. а., 1983]. Тогда, основываясь на разнице между реальным и нормальным накоплением рфп в исследуемом регионе, можно количественно рассчитать объем повреждения мозга. При этом разница «повреждение-норма» оценивается путем сравнения с противоположным пораженному инсультом полушарием, считающимся условно интактным [Mountz, 1989], либо с нормативами накопления рфп - маркера кровотока в исследуемом регионе у здоровых лиц.

Результаты такого подхода оказались информативны как в отношении неврологического прогноза при консервативном ведении таких пациентов [Mountz е. а., 1990], так и в отборе пациентов для ангиохирургического лечения острой окклюзии внутренней сонной артерии [Shvera e. а., 1995].

В то же время в ходе исследований патологии кровообращения мозга методами МРТ в эксперименте, с использованием количественных критериев неоднократно было показано, что по мере развития ишемического повреждения головного мозга, отека и лизиса нервных клеток, происходит прогрессивное увеличение величины Т2-сигнала вплоть до выравнивания с Т2-сигналом ликвора в случае образования постинфарктных кист [Miot-Noirault E. е. а., 1996; Loubinoux e. а., 1997, Pan Y. е. а., 1995]. В этом случае доля необратимо поврежденной ткани мозга в определенном регионе тем выше, чем ближе в нем средняя интенсивность Т2-сигнала к сигналу ликвора.

Основываясь на этих предпосылках, нами была поставлена следующая Цель: разработать и реализовать в виде пакета программ прикладной обработки МРТ-изображений методику количественной оценки повреждения головного мозга по данным Т2-взвешенной МРТ и тяжести атеросклероти-ческого поражения сонных артерий, оцениваемого по данным МР-ангио-графии.

Задачи:

1. Разработать для среды Windows программу полуавтоматизированной оценки объема повреждения головного мозга по данным Т2-взвешенной МРТ.

2. Оценить клиническую применимость полуавтоматизированной оценки объема повреждения головного мозга по данным Т2-взвешенной МРТ на материале различных групп пациентов.

3. Разработать и программно реализовать технику полуавтоматизированной оценки площади гемодинамически значимого просвета сонных артерий при атеросклерозе и оценить ее клиническую применимость.

4. Апробировать комплекс разработанных методик на материале клинических исследований. Изучить взаимосвязь между показателями стенозиро-вания внутренних сонных артерий и повреждением центральной нервной системы по данным количественной оценки МР-томограмм и МР-ангио-грамм.

Научная новизна

1. Впервые доказано, что объем повреждения головного мозга при широком круге патологических процессов может быть охарактеризован количественно по данным МРТ в Т2-взвешенном режиме, с расчетом количества поврежденной ткани методом сравнения интенсивности Т2-взвешенного сигнала в области инфаркта мозга и в области ликворной системы.

2. Установлено, что восстановление функционального состояния пораженного патологическим процессом отдела головного мозга возможно при доле поврежденной ткани в нем, по данным Т2-взвешенной МРТ, не более 40 %.

3. Предложена оригинальная методика оценки степени стенотического поражения сонных артерий по данным поперечной планиметрии сосудов при автоматизированной оценке магнитно-резонансной ангиографии во время -пролетном режиме, как график распределения площади поперечного гемоди-намического сечения сосуда по его ходу. При этом уже при сужении просвета внутренних сонных артерий на 40—45 % площади отмечается наличие очагов повреждения головного мозга при МРТ в Т1- и в Т2-взвешенных режимах.

4. Показано, что при опухолевых поражениях головного мозга степень повреждения нервного вещества мозга в области перитуморального отека, оцениваемая по данным Т2-взвешенной МРТ, является одним из факторов, определяющих прогноз состояния пациента в послеоперационном периоде и степень восстановления неврологического состояния.

Практическая значимость

1. Техника количественной оценки каротидных стенозов по величине прямо измеренной при МР-ангиографии площади поперечного сечения позволит поводить объективную оценку тяжести атеросклероза сонных артерий независимо от погрешностей человеческого фактора, более объективно оценивать результат каротидной эндартерэктомии.

2. Методика оценки тяжести повреждения мозга по данным Т2-взвешенного исследования улучшит прогностические возможности МР-томографии при острых и хронических повреждениях головного мозга, в частности при острой ишемии головного мозга.

3. Количественная оценка тяжести перитуморального отека по данным Т2-взвешенной МРТ позволяет улучшить оценку тяжести нейрохирургических больных, прогнозирование послеоперационной динамики неврологического состояния и улучшить тактику послеоперационной терапии.

Положения выносимые на защиту

1. Количественная оценка тяжести повреждения головного мозга как ишс-мического, так и опухолевого генеза может быть осуществлена на основе расчета объемов поврежденной ткани по данным Т2-взвешенного МРТ-исследования, выполняемого на всех видах МР-томографов.

2. Оценка атеросклеротических стенозирующих поражений сонных артерий может быть эффективно выполнена автоматически по данным планиметрии поперечника гемодинамического просвета сосуда при МР-ангио-графии во время-пролетном режиме.

Апробация работы

Основные результаты диссертации были представлены и обсуждены на: региональной конференции «Достижения современной лучевой диагностики в клинической практике» (27—28 июня 2002 года) - Томск, 2002; четвертом международном конгрессе молодых ученых «Науки о человеке» -Томск, 2003; «Невский радиологический форум» - Санкт-Петербург, 2003; четвертом Российском научном форуме (15—18 апреля 2003 года) «Радиология 2003» - Москва, 2003; международной конференции в честь открытия лаборатории рентгеновской компьютерной томографии НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН (26—27 июня 2003 г.) «Перспективные методы томографической диагностики. Разработка и клиническое применение» -Томск, 2003; пятом Российском научном форуме (19—21 мая 2004 года) «Радиология 2004» - Москва, 2004.

Основные результаты диссертации опубликованы в 16 печатных работах, в том числе 3 статьях и 13 тезисных публикациях. Предложенная в работе техника оценки атеросклеротических стенозов составляет суть патента «Способ магнитно-резонансной ангиографической оценки стенозов крупных артерий» - приоритетная справка № 026786 от 12.12.2004 г.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературы, главы «Материалы и методы», результаты и обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Диссертация иллюстрирована 36 рисунками и 8 таблицами. Список литературы содержит 98 источников, из них 31 отечественных и 67 иностранных.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Обследованные пациенты

Для решения поставленных задач в исследование было включено 176 пациентов, госпитализированных в клиники НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН, Сибирского госмедуниверситета и Томской областной клинической больницы. Из общего количества пациентов было 124 мужчины и 51 женщина, средний возраст обследованных составил 52 + 12 лет, в интервале от 16 до 74 лет.

При этом у 123 МРТ-обследование было проведено по поводу острого ишемического нарушения мозгового кровообращения на фоне распространенного атеросклероза, с вовлечением сосудов дуги аорты. При этом у 97 пациентов была выполнена только МР-томография головного мозга в Т1- и в Т2-взвешенном режиме, а у 26 кроме того также и МР-ангиография во время-пролетном (2D) режиме. У 53 пациентов исследование было выполнено в процессе подтверждения или уточнения диагноза опухолевого поражения центральной нервной системы. У всех лиц, включенных в исследование, диагноз был подтвержден на основе данных комплексного инструментального исследования, а у всех лиц с опухолевой патологией ЦНС -также и по данным гистоморфологического исследования операционного материала, или по материалам патологоанатомического вскрытия. По данным последующего клинико-неврологического наблюдения, выраженное улучшение или полное восстановление нормального неврологического статуса в исходе ОНМК произошло у 47 пациентов, составивших группу I (45 пациентов с ОНМК в бассейне средней, 1 - передней и 1 - задней мозговой артерии), а стойкий неврологический дефицит в исходе ОНМК сохранился у 50 (43 - средней, 3 - передней и 4 - задней мозговой артерии) -группа 2.

Во всех случаях клиническая оценка и разделение пациентов на группы по клиническим данным проводилось врачем-невропатологом, как правило -заведующим соответствующим отделением, без знания результатов МРТ-исследования и на основе неврологических полуколичественных посим-птомных индексов тяжести [Launes e. а., 1989].

Пациенты с новообразованиями ЦНС были разделены на две группы в зависимости от неврологической эффективности вмешательства - на группу лиц (28 человек), у которых имела место полная ремиссия или весьма выраженное улучшение, и группу тех (25 обследованных), у кого, несмотря на техническую радикальность вмешательства, неврологически состояние оставалось практически неизменным, или даже прогрессивно ухудшалось.

При этом оценивалось клинико-неврологическое состояние в течение 5—15 суток после операции, с тем, чтобы исключить с одной стороны -непосредственное влияние технических факторов оперативного вмешательства, глубины наркоза, сопутствующих заболеваний, а с другой, чтобы не принимать во внимание возможность рецидива опухоли, который мог (и имел место в ряде случаев) развиться лишь существенно позже.

Третья группа включала в себя 26 пациентов с атеросклеротическим стенозирующим поражением внутренних сонных артерий в области бифуркации и дистальнее походу проксимального участка ВСА.

Разработка метода оценки повреждения головного мозга

по данным Т2-взвешенной МР-томографии.

Принцип метода. Мы исходили из многократно доказанной рядом исследований посылки, что усиление интенсивности Т2-взвешенного изображения при расстройствах кровообращения ЦНС отражает развитие отека, а затем и необратимого повреждения нервной ткани. Обозначая Т2-ин-тенсивность от ликвора в области ликвора как в области нормального неишемизированного вещества головного мозга как а в области пораженного ишемическим инсультом как 1ш,,и|| (как показано на рис. 1), очевидно, что повреждение тем тяжелее, чем выше разница и что доля необратимо поврежденной ткани в области инсульта тем выше, чем ближе к единице отношение По физиологическому смыслу эта величина как раз и определяет относительный объем необратимо поврежденной ткани в исследуемом регионе мозга.

Физический объем ишемизированного региона на одиночном ьм срезе МРТ мозга есть, очевидно (1*5„ где d - толщина среза, а Б, - площадь ишемизированного региона на срезе I

11ШГМ1Я Пп$и11

[

1ЙГ

Рис. 1. Области, выделяемые при обработки срезов МРТ

Тогда суммарный объем поврежденной ткани (ОПТ, см3) в области ОНМК есть следующая сумма, взятая по всем срезам ^ на которых визуализируется зона ишемического повреждения нервной ткани:

Физический объем области повреждения мозга (ФОП, см3), очевидно, представляет собой сумму объемов всех выделенных зон повреждения мозга (областей усиленного Т2):

ФОП = £</* 5,

Доля поврежденной ткани в очаге инфаркта мозга тогда определяется отношением:

ДП=ОПТ/ФОП.

Техника расчета объема повреждения головного мозга была применена у пациентов с острым ишемическим нарушением мозгового кровообращения, а также у лиц с объемными опухолевыми новообразованиями ЦНС, у которых опухоль была впоследствии радикально нейрохирургически удалена, на предмет оценки токсического нейродистрофического и отечного эффекта, вызываемого опухолью в окружающих тканях.

Разработка методики измерения площади

гемодинамического просвета сосуда (МР-ангиометрия)

Методика расчета площади поперечного среза артерии. В процессе поиска площади поперечного среза артерии на изображениях время-пролетной 2D МР-ангиографии мы исходили из того очевидного принципа, что интенсивность сигнала в области сосуда является заведомо намного большей по отношению к близлежащим тканям, и пиксел с максимальным по данному срезу сигналом находится в пределах контура артерии. Поэтому, определив уровень максимальной интенсивности внутри просвета сосуда, для расчета площади поперечного среза артерии оказывается достаточным подсчитать количество пикселов с близкой к ней интенсивностью, поскольку площадь пиксела матрицы МР-изображения есть известная величина. По данным эмпирической обработки 100 случайно выбранных из полученных ранее МР-ангиограмм в время-пролетном 2D-режиме оказалось, что в пределах изображения сосуда разница значений пикселов не превышает 15 % от максимума и что для рутинных исследований такое значение рационально принять за граничное для автоматического выделе-

ния пикселов на краю просвета сосуда. При расчете площади поперечника сосуда необходимо принимать во внимание, что срезы МР-томограмм как правило не проходят строго перпендикулярно к оси сосуда и таким образом необходима коррекция получаемой площади на угол между нормалью к данному срезу и осью просвета сосуда (рис. 2).

Для реализации этой задачи нами была разработана программа (в среде Delphi-5) полуавтоматически определявшая площадь поперечного среза артерии, когда автоматическое выделение просвета сосуда оценивается на правильность и если нужно корректируется опытным врачом-пользователем. Эта программа предназначалась в частности для анализа величин поперечного сечения общей (ОСА), наружной (НСА) и внутренней (ВСА) сонных артерий, последовательно проходя срезы проксимальнее и дистальнее ка-ротидной бифуркации. Для того чтобы рассчитать площадь поперечного сечения артерии на текущем срезе, достаточно щелкнуть левой клавишей мыши при положении курсора примерно в середине артерии (рис. 3). Если при визуальном контроле автоматически определенные контуры просвета артерии оказываются не теми, что субъективно считает правильными врач, то возможна их произвольная коррекция в более адекватное положение -смещением скроллера, определяющего границы интенсивности сигнала в пределах сосуда. В нашем исследовании такая ручная коррекция не использовалась за ненадобностью - во всех случаях автоматическое выделение контуров сосудов программой обработки было оценено врачами как правильное. Как правило, нет необходимости определять интенсивность сигнала внутри сосуда для каждого среза, и можно ее зафиксировать.

В момент перехода к обработке следующего среза МРА происходит занесение значения площади поперечного среза артерии, в массив данных. Вначале обрабатываются данные о величине просвета ОСА. При загрузке среза дистальнее бифуркации, после разделения на НСА и ВСА, врач отмечает это разделение на 2 артерии. Расчет площади поперечного среза наружной и внутренней сонных артерий, и общей сонной артерии производится одинаково, как это представлено выше (рис. 4).

После того, как проанализированы последовательно все необходимые срезы строится график распределения площади просвета по ходу сосудов, и выдается отчет, который содержит пройденные срезы с выделенными артериями, величины площади поперечного среза артерии и график зависимости площади артерии от местоположения среза МР-ангиограммы (рис. 5).

Рис. 2. Коррекция исходного положения среза МР-ангиограммы относительно продольной оси сосуда и расчет площади скорректированного среза - расположенного поперечно к продольной оси. Рассчитывается угол (а) между расположением исходного среза и осью сосуда, определяемой как линия, соединяющая центры соседних срезов, после чего вычисляется скорректированная площадь - как произведение площади просвета сосуда на исходном срезе ангиограммы и косинуса угла а между плоскостью исходного среза и осью сосуда

Рис. 3. Автоматическое выделение контура сосуда на первичном срезе МР-ангиографического исследования для определения площади гемодинамического просвета артерии. Для расчета площади поперечного среза артерии выделяется и подсчитывется количество пикселей внутри сосуда (как зоны с достоверно более высоким уровнем сигнала на время-пролетной 2D-томограмме), не отличающихся от максимальной более чем на 15 %

Степень стеноза тогда может быть определена как

(J fплощадь просвета артерии в месте стеноза) (площадь просвета нестенозированного участка)

Первоначально методика расчета площади поперечного среза артерии была проверена на фантомах крупных артерий, состоявших из силиконовых трубок диаметром от 1 мм до 10 мм, по которым пропускалась вода, моделируя картину каротидной МР-ангиографии. При этом было возможно сравнить площадь «сосуда», определенную нашим методом, и измеренную непосредственно по просвету трубки. Методика была затем апробирована на материале анализа рутинных МР-ангиограмм у 26 пациентов с атеросклеротическим стенозирующим поражением внутренних сонных артерий в области бифуркации и дистальнее походу проксимального участка ВСА.

МР-ангиография как в клинических, так и фантомных исследованиях выполнялась во время-пролетном режиме на низкопольном МР-томографс Magnetom Open (производства Siemens Medical), с получением до 60—64 срезов по 2 мм, при величинах TR = 52 мс, ТЕ = 10 мс, угла отклонения = 70. Вслед за МРА всем пациентам выполнялась МР-томография головного мозга в Т1- и Т2-взвешенном режиме с получением аксиальных, сагиттальных и фронтальных томосрезов мозга для выявления и оценки тяжести ишемического повреждения мозга. Данные после получения архивировались на оригинально разработанном специализированном сервере высокой емкости (до 1 Тбайт, под управлением Linux RedHat 7.3), с последующей обработкой на рабочих станциях (под управлением как Windows 2000, так и Linux RedHat 9.0) внутренней сети лаборатории томографии.

Учитывая, что суживающая просвет атеросклеротическая бляшка как правило вовлекает область собственно бифуркации ОСА, при обработке МРА у наших пациентов в качестве нестенозированного выбирался участок сразу за визуальным окончанием стеноза ВСА. У 17 человек из обследованных имелись МРТ-признаки ишемического повреждения головного мозга - перенесенного кортикального инсульта с исходом в кисту или мелкие очаги повреждения (до 3—4 мм в размере) в бассейне ВСА.

Верификация результатов МР-ангиометрии проводилась по данным селективной рентгеновской ангиографии сосудов дуги аорты. Всем пациентам ранее была выполнена каротидная селективная рентгеновская ангиография, с интервалом до 4 недель до или после МР-ангиографии. Степень стеноза сонных артерий, полученная нашим методом, сравнивалась с величинами, полученными обычным методом, по рекомендациям [Lancet, 1991], по результатам каротидной рентгеновской ангиографии.

Рис. 4. Работа модуля выделения площади (просвета) сонных артерий -на уровне общей сонной артерии слева. Видно корректное выделение контура и площади просвета левой общей сонной артерии, на начальном участке обработки. Представлены также форма таблицы для цифровых значений, указатель-скроллер уровня МР-сигнала в просвете артерии и форма графика - диаграммы площадей артериальных сосудов

Рис. 5. Построение графика изменений площади просвета сонных артерий (в мм2) в зависимости от положения среза у пациента с атеросклеротическим поражением правой ВСА. На графике отчетливо видно уменьшение

площади поперечного среза внутренней сонной артерии в месте субтотального стеноза практически до нуля на протяжении 8—9 мм

Фантомные исследования зависимости интенсивности

Т2-взвешенного сигнала МРТ от содержания воды

Так как предложенная нами методика техники оценки тяжести повреждения головного мозга по данным Т2-взвешенной МР-томографии основывается на факте, что интенсивность Т2-сигнала отражает степени гидратации нервной ткани, то с целью верификации, на начальном этапе проводилось исследование интенсивности сигнала МРТ в Т2-взвешенном режиме в зависимости от количества содержания воды.

Объектом исследования служили гомогенизированные жировые растворы с содержанием воды. Содержание воды определялось по весовой технике, по результатам выпаривания при 105 °С в сухожаровом шкафу.

Фантомы представляли собой емкости объемом от 50 до 100 мл, содержащие жировые растворы с различным содержанием воды.

Магнитно-резонансная томография фантомов выполнялась на низко-польном МР-томографс Magnetom-Open (Siemens Medical) с напряженностью магнитного поля 0,22 Т. Во всех случаях параметры Т2-взвешенного исследования были неизменными: TR = 6000 мс, ТЕ = 117 мс, толщина срезов - 6 мм. Такие параметры протокола исследования на этом томографе обеспечивали получение изображения по Т2, свободного от вклада Т1, что являлось условием корректности использования данной расчетной методики.

Фантомные исследования оценки поперечной площади сосуда

Первоначально методика расчета площади поперечного среза артерии была проверена на фантомах крупных артерий, состоявших из силиконовых трубок диаметром от 5 мм до 10 мм, по которым пропускалась вода, моделируя картину каротидной МР-ангиографии. При этом было возможно сравнить площадь «сосуда», определенную нашим методом, и измеренную непосредственно по просвету трубки. Измерив, диаметр трубки, мы

рассчитывали площадь по известной формуле S = n*^ . Затем рассчитывали площадь, используя предложенную нами методику.

МР-ангиография как в клинических, так и фантомных исследованиях выполнялась во время-пролетном 2D-режиме на низкопольном МР-томографе Magnetom Open (производства Siemens Medical), с получением до 60—64 срезов по 2 мм, при величинах TR = 52 мс, ТЕ = 10 мс, угла отклонения = 70.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты фантомных исследований

В ходе исследования зависимости интенсивности сигнала МРТ в Т2-взвешешюм режиме от количества воды (рис. 6) были получены следующие результаты.

пявисежгза* - >

РА!'ГГОК4.иЛ>5

огоггмг

21.05.20« ИАЗД 43 ЗЕВ 1-11

"Л*

ТР 640.0 8Р 51.»

а. б.о

той энгззо

Рис. 6. Фантомный эксперимент с различным содержанием воды в жировых растворах

Рис. 7. Зависимость интенсивности сигнала МРТ в Т2-взвешенном режиме от количества воды

Из рисунка 7 видно, что значение интенсивности сигнала МРТ в Т2-взвешенном режиме возрастает при увеличении содержания воды. Поэтому надо полагать. Что предложенная нами методика техники оценки тяжести повреждения головного мозга по данным Т2-взвешенной МР-томографии может основывается на факте, что интенсивность Т2-сигнала отражает степени гидратации нервной ткани.

По данным фантомных измерений оказалось, что использованная методика при исследовании во время-пролетном 2D-режиме МР-ангиографии, широко применяемом при МРА на низкопольных МР-томографах, обеспечивает весьма точное измерение просвета сосуда, с погрешностью не более 0,25 мм2, не зависящей по абсолютной величине от диаметра исследуемого сосуда. Это дало основание использовать количественную технику оценки стенозов по площади просвета сосуда и в клинических условиях.

Как видно из рисунка 8 значение площади, полученное при применении предложенной методики практически не отличаются от значения площади,

которое рассчитывалось с применением формулы Результаты

соотносятся с коэффициентом корреляции равным 94.

Так же для верификации, предложенной методики расчета площади поперечного среза артерии по данным МРА, нами было проведено сравнение величин площади поперечного сечения брахиоцефальных артерий, полученных при ультразвуковом сканировании прицельно на тех же уровнях, что и при МР-ангиографическом исследовании по нашей методике, и наших данных обработки МР-ангиографии, у пяти здоровых контрольных лиц без признаков атеросклеротического поражения или стенозов сонных артерий какого либо характера рассчитывалась площадь поперечного среза артерии по данным МРА, с использованием методики, описанной выше. Результаты представлены в таблице 1.

Рис. 8. Соотношения значений площади полученных по предложенной методики и рассчитанных по формуле

Таблица 1

Результаты оценки поперечной площади брахиоцефальных и позвоночных артерий, полученные по данным УЗИ и с применением оригинальной методики по данным МРА

Правая сторона Левая сторона

Артерия площадь площадь площадь площадь

по данным по данным по данным по данным

УЗИ МРА УЗИ МРА

ОСА 59,44 ±2,19 61,2 ±2,25 55,4 ±2,21 55,9 ±2,18

ВСА 23,75 ± 1,69 23 ± 1,09 22,06 ±1,25 23 ±1,21

23,75 ±2,05 23 ±2,15 21,23 ±1,88 22,01 ± 1,75

НСА 3,8 ±0,19 4 ±0,17 5,72+1,23 6,01 ± 1,25

ПА 13,2 + 1,05 13 ±0,95 15,9 ±1,12 16,01 ± 1,07

ОСА - общая сонная артерия, ВСА - внутренняя сонная артерия, НСА -наружная сонная артерия, ПА - позвоночная артерия.

При статистической оценке этих результатов, оказалось, что данные, полученные при помощи УЗИ и величины гемодинамического просвета сосудов, полученные при помощи предложенной методики, соотносятся с коэффициентом корреляции, достигающим в целом по выборке R = 0,99, как показано на рис. 9, что позволяет высоко достоверно говорить о точности и методической правомерности нашей техники.

т---1-.-1---1---1—>-1—|—г

о ю 20 30 « 50 60

ПлошаоЬуз^мм2)

Рис. 9. Соотношение значений площади, рассчитанных по данным УЗИ

и полученных при помощи оригинальной предложенной в данной работе методики расчета площади поперечного среза артерии по данным МРА

Результаты применения оригинальной методики определения размера объема поврежденной ткани, физического повреждения и доли повреждения у пациентов с ОНМК и новообразованием ЦНС

Анализ величин ОПТ и ФОП, полученных при варьировании параметров времени повторения, угла отклонения и других, изменяемых при проведении рутинных МРТ головного мозга, показал отсутствие достоверной корреляции предложенных нами расчетных показателей с этими параметрами протокола МРТ-исследования, что позволяет говорить о достаточной степени независимости представленной техники расчета от особенностей частных МР-томографов и вариаций проведения МР-томографии в Т2-взвешенном режиме, если величина времени повторения больше 4000 мс.

Поэтому показатели тяжести повреждения головного мозга по данным Т2-взвешеного МР-томографического исследования были изучены в двух контингентах пациентов, у которых это имеет особенно важное значение не только в аспекте диагноза, но и прогнозирования дальнейшей клинической динамики - то есть возможности ремиссии и восстановления пораженных функций мозга.

Во-первых, это - пациенты с острым нарушением мозгового кровообращения по ишемическому типу, у которых объем повреждения ткани мозга по сути является отражением тяжести ишемии мозга.

Во-вторых - пациенты со злокачественными неопролиферативными поражениями - опухолями ЦНС, у которых в окружении узла опухоли как правило имеет место обширный регион нейродистрофии и отека нервной ткани, сопровождающийся ее частичным повреждением и приводящий к тому, что неврологическая тяжесть состояния у таких пациентов намного более выражена, чем это можно было бы ожидать судя только по объему опухоли как таковому. Оценить тяжесть повреждения ткани в области пе-ритуморадьного отека - по сути означает составить прогноз неврологической ремиссии такого пациента после хирургически успешного удаления опухоли ЦНС.

По данным фантомных измерений оказалось, что использованная методика при исследовании во время-пролетном 2D-режиме МР-ангиографии, широко применяемом при МРА на низкопольных МР-томографах, обеспечивает весьма точное измерение просвета сосуда, с погрешностью не более 0,3 мм2, не зависящей по абсолютной величине от диаметра исследуемого сосуда. Это дало основание использовать количественную технику оценки стенозов по площади просвета сосуда и в клинических условиях.

Количественная оценка тяжести повреждения мозга по данным Т2-взвешенной МРТ у пациентов с ишемическим повреждением головного мозга (ишемическим инсультом)

Результаты расчетов показателей повреждения мозга по предложенному методу у наших пациентов с ишемическим инсультом представлены в таблице 2.

У пациентов, обследованных в первые двое суток после развития ише-мического инсульта, у которых впоследствии произошло значительное улучшение или клиническое восстановление нарушенных неврологических функций, величина ОПТ не превышала 20 см , а показатель ДП был менее 0,33. В то же время при величине ОПТ > 25 см3 и ДНП > 0,35 достоверный и существенный регресс нарушения неврологических функций не был отмечен ни в одном случае, а один пациент с ишемическим инсультом в бассейне левой средней мозговой артерии скончался спустя 4 дня после исследования (на момент МРТ, проведенной на 2-й день ишемического инсульта величина его показателя: ОПТ = 43 см3 и ДП = 0,37). При этом существенно, что такое различие между прогностически различными группами по данным МР-томографии удалось выявить только по данным количественного анализа показателей ОПТ, ФОП и ДП, тогда как по одной только визуальной картине не удавалось уловить достоверного различия между этими различными по клиническому прогнозу пациентами.

Графическое распределение исследуемых показателей, ясно демонстрирующее высокодостоверное различие между группами, представлено на рис. 10 и 11.

Таблица 2

Показатели тяжести повреждения ткани головного мозга, полученные по данньш Т2-взвешенной МР-томографии, в зависимости от последующего восстановления нарушенных неврологических

Группа 1 Полное/ значительное восстановление неврологического статуса в исходе ОНМК п = 47 Группа2 Стойкий неврологический дефицит в исходе ОНМК п = 50

ОПТ (суммарный объем поврежденной ткани, см3) 7,1 ±1,6 см3 26,0 ±5,8 см3 р<0,02

ФОП (физический объем области повреждения, см ) 25,8 ±4,8 69,9 ±15,6 р<0,01

ДП (доля поврежденной ткани в очаге инфаркта мозга) 0,26 + 0,02% 0,46 ±0,03% р< 0,001

Исход острого нарушения мозгового кровообращения

Рис. 10. Показатели объема повреждения ткани у пациентов с ишемическим инсультом в зависимости от последующей динамики и исхода- отчетливо видна высокодостоверная разница между группами как по величине объема поврежденной ткани, так и по физическому объему повреждения

Рис. 11. Различие как по ОПТ, так и по ФОП между группами с улучшением после инсульта и пациентами без положительной динамики приводит к высокодостоверному (р < 0,001) различию этих групп по величине показателя доли поврежденной ткани в физическом объеме инсульта

Для верификации разработанной нами оригинальной методики расчета объема поврежденной ткани головного мозга по данным Т2-взвешенной МРТ, было исследовано соотношение между величинами объема повреж-

денной ткани, рассчитанных по данным магнитно-резонансной томографии и по данным однофотонной эмиссионной компьютерной томографии. Оказалось, что между полученными величинами имеется корреляционная связь (г = 0,88, р < 0,002, см. рис. 12).

У = 0,812 + 0.862 *Х

I ■ 1 ■ |—■—г ■ I ■ 1—■—I—■ I 1 I—1—г—1—I—■—|

■2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Рис. 12. Соотношение величин ОПТ, рассчитанных по данным МРТ и по данным ОЭКТ. Имеет место статистически достоверная корреляция -

г = 0,88, р< 0,002

На рис. 13. видно, что при доле поврежденной ткани менее 0,35 произошло восстановление ткани (при оценке по кровотоку головного мозга), за счет существования «пограничной зоны» с сохраненным коллатеральным кровоснабжением [Campbell В. G., Zimmerman R. D., 1998; Ludwig H. С. е. а., 2000].

Рис. 13. Соотношение тяжести повреждения головного мозга при инсульте и последующего восстановления (при опенки по кровотоку мозга)

Магнитнорезонансная томография, наряду с методами эмиссионной томографии - быстро прогрессирующая отрасль современной визуализирующей диагностики в неврологии. Однако, несмотря на все более обширные возможности визуализации различных патологических процессов, предоставляемые МРТ, количественная взаимосвязь показателей рутинных методик МРТ (Т1- и Т2-взвешенных) с биологическими характеристиками визуализируемых патологических процессов остается слабо изученной. Впрочем, возможности МР-спектроскопии in-vivo позволяют осуществить количественную оцепку содержания ряда биологически активных веществ и метаболитов [Беличенко О. И. и соавт., 1998; Коновалов А. Н. и соавт., 1997; Магнитный резонанс в медицине, 1995], однако она может быть реализована лишь на высокопольных сверхпроводящих МР-томографах, которые дороги и пока труднодоступны для широкой клинической практики.

Исследования последнего времени показывают, что при ряде специфических патологических процессов, таких, как ишемическое повреждение мозга, величина Т2-сигнала отражает тяжесть локального повреждения [Попова С. А. и соавт., 1995], когда в нормальных интактных участках коры Т2 минимален, а в регионе необратимого повреждения, особенно при формировании кисты, достигает интенсивности ликвора. Используя этот факт, в нашей работе мы попытались разработать технику количественного расчета объема повреждения вещества головного мозга, характеризуя тяжесть местного повреждения ткани разницей сигналов в ишемически поврежденной и интактной зонах мозга.

Оказалось, что рассчитанные величины объема повреждения мозга у пациентов с острым нарушением мозгового кровообращения достоверно отличались в зависимости от степени последующей неврологической динамики пациентов, то есть обладали прогностической значимостью в отношении неврологического исхода нарушения (см. табл. 1), что уже само по себе придает предлагаемой методике определенную практическую ценность. Однако, для того, чтобы считать представленную технику корректной, необходимо соблюдение ряда условий. Во-первых, это «чистота» Т2-взвешенного изображения от Т1-компоненты и отсутствие артефактов типа «химического сдвига». Во-вторых, это линейная или квазилинейная зависимость локального сигнала Т2-взвешенного изображения от тяжести повреждения ткани. Что касается второго условия, то проверить его соблюдение мы не имели возможности, поскольку ни одного летального исхода в ближайшие ко времени проведения МРТ сроки не было и секционный материал отсутствовал. В настоящее время для решения этого

вопроса ведется экспериментальная работа на специально разработанных фантомах с различной удельной гидратацией тканей. Первое из условий -«чистота» Т2-взвешенного изображения и отсутствие артефактов также достоверно выполнялись при использовании величины времени повторения ТЯ = 6000 мс на низкопольном (0,22 Т) МР-томографе.

С точки зрения патофизиологии церебральной ишемии рост гидратации соответствует на начальном этапе ишемического поражения увеличению содержания воды за счет цитотоксического отека, а затем - и необратимому повреждению клетки с набуханием и полным ее лизисом, с образованием на месте поврежденной ткани кисты [Гусев Е. И. и соавт., 1996; Даму-лин И. В., 1997]. Поэтому, рационально расценивать минимальные величины индекса ОПТ группы 1 как соответствующие обратимому или пограничному отеку ишемизированного вещества мозга с минимальной утратой нервной ткани (3—20 см3, что составляет не более 5 % от объема нервной ткани полушария), тогда как дальнейший рост показателя ОПТ от 25 см3 и выше соответствует достоверному повреждению достаточно значительного объема мозга.

При этом существенно, что все наши данные были получены с помощью низкопольного МР-томографа, что позволяет реализовать данную методику практически на любом аппарате, обеспечивающем качественное изображение в Т2-режиме.

Результаты исследования у пациентов с опухолями центральной нервной системы и распространенным перитуморальным отеком представлены ниже, в следующей главе.

Однако, уже полученные данные первой апробации показывают, что количественная оценка тяжести поражения головного мозга при остром нарушении мозгового кровообращения по данным изменения интенсивности Т2-сигнала обладает прогностическим значением при ОНМК и повышает информативность МРТ-исследования головного мозга.

Количественная оценка тяжести повреждения мозга по данным Т2-взвешенной МРТ у пациентов с опухолевыми новообразованиями ЦНС

Результаты расчетов показателей повреждения мозга в области периту-морального отека по предложенному методу у наших пациентов с опухолевыми новообразованиями ЦНС представлены в таблице 3-и более детально - показатели ОПТ, ФОП, ДП у пациентов с различным ранним послеоперационным состоянием при нейрохирургических вмешательствах -на рис 14 и 15. Как легко видеть из представленных данных, группы пациентов с неврологически различными состояниями различались по величине доли необратимо поврежденной Ткани в области объема повреждения, вызванного комплексом патологических влияний опухоли, а также по величине физического объема повреждения - он парадоксальным образом был в среднем больше в группе пациентов с благоприятной послеоперационной динамикой.

Таблица 3

Показатели тяжести повреждения ткани головного мозга, полученные по данным Т2-взвешенной МР-томографии до и после операции

Группа 1 Пациенты с благоприятным неврологическим исходом - полным или значительным восстановлением после удаления опухоли Группа 2 Пациенты с тяжелым неврологическим дефицитом после радикальною (субтотального) удаления опухоли мозга

ОПТ (суммарный объем поврежденной ткани, см ) 39,8 ± 6,8 37,3 ±10,7 р < 0,02

ФОП (физический объем области повреждения, см3) 91,6 ±15,6 58,0 ±11,7 р<0,01

ДП (доля поврежденной ткани в очаге инфаркта мозга) 0,44 + 0,03 0,59 ±0,04 р< 0,001

ОП (объем опухоли, см3) 25,3 + 9 24,9 ±13,4 р<0,02

По величине объема собственно опухоли, объему поврежденной ткани данные группы не отличались. В группе пациентов с отсутствием положительной динамики после нейрохирургического лечения относительно больше было пациентов с низкодифференцированными глиомами - наиболее

злокачественными новообразованиями - 10 из 25, тогда как в группе 1 -с благоприятной динамикой - лишь 7 из 28, что по критерию х2 достоверно различно.

Без динамики/ ухудшение

Послеоперационная неврологическая динамика

Рис. 13. Показатели объемной распространенности собственно опухолевого новообразования головного мозга и окружающего перитуморального отека по данным количественного анализа интенсивности сигнала Т2-взвсшснной МР-томограммы

Без динамики/ ухудшение

Послеоперационная неврологическая динамика

Рис. 14. Показатели доли необратимо поврежденной ткани мозга в зоне перитуморального повреждения, по данным анализа интенсивности сигнала Т2-взвешенной МР-томограммы, у лиц с выраженным послеоперационным улучшением неврологического состояния - группа 1, и без него - группа 2

При анализе индивидуальных значений величин доли необратимого повреждения ткани в области повреждения, как показано на рис. 15, можно видеть, что ни в одном случае неблагоприятного течения послеоперационного периода величина ДП не была менее 0,45.

Таким образом, если ДП оказывается менее 0,45, можно говорить о высокой вероятности благоприятного течения послеоперационного периода у пациентов с радикально удаленным новообразованием ЦНС. В то же время у лиц с ДП > 0,45, естественно необходим более тщательный как клинический так и статистический анализ, который бы позволил детализировать прогноз у этих пациентов. Как можно заметить, при опухолевой патологии ЦНС пограничные величины ДП существенно выше, чем при ишемиче-ском инсульте. Вероятным объяснением этого является тот факт, что при инсульте развитие патологии происходит весьма быстро, тогда как при опухоли мозга происходит частичная адаптация окружающей ткани к неблагоприятным условиям функционирования и поддержка функции возможна при относительно более высокой доле повреждения ткани.

Рис. 15. Индивидуальное распределение величин доли необратимо поврежденной ткани мозга в зоне перитуморалыюго повреждения у лиц с выраженным послеоперационным улучшением неврологического состояния группа 1, и без него - группа 2

Важно, что при визуальном анализе результатов Т2-взвешенного МР-томографического исследования выявить лиц с различным прогнозом не удавалось.

Суммируя полученные результаты, можно уже утверждать, что разработанная нами техника обладает прогностическим значением не только при острых нарушениях мозгового кровообращения, но и в оценке тяжести

перитуморального отека у пациентов с опухолями ЦНС, что весьма важно в выборе правильной тактики ведения пациентов в нейрохирургической клинике.

Количественная оценка стенозов сонных артерий по площади гемодинамического просвета сосуда у пациентов с атеросклеротическим стенозирующим поражением внутренних сонных артерий

При анализе соотношений между степенью каротидного стеноза, оцененной по данным каротидной рентенангиографии как степень уменьшения диаметра артерии, и величинами стеноза по нашему методу - как степень уменьшения площади просвета сосуда (рис. 16), корреляция между ними была достоверна (г = 0,68, р < 0,002).

Рис. 16. Соотношение показателей степени стеноза ВСА, оцениваемых по уменьшению диаметра и по уменьшению площади гемодинамического просвета артерии. Имеет место статистически достоверная корреляция -Г = 0,68, р < 0,002. Однако, легко видеть, что за счет разброса в области «средних» значений 0,45—0,75 величины степени стеноза, оцениваемые этим методом, реально не связаны

Однако, полученная величина коэффициента корреляции, далекая от единицы, указывает, что клиническое значение степени стеноза по этому методу должно быть определено самостоятельно. Кроме того, хотя корреляция в целом по группе имела место, в области значений стенозов 0,5— 0,9, клинически наиболее важной, величина сужения диаметра не позволяла достоверно предсказать площадь просвета, как видно из рис. 16.

По данным анализа МРТ головного мозга наших пациентов на наличие ишемических повреждений были выделены на две группы обследованных. Первая - одиннадцать человек - включала пациентов с МРТ-признаками повреждения головного мозга в бассейне ВСА от мелкоочаговых до кист в исходе перенесенного ишемического инсульта, во второй подгруппе (из шести пациентов) на МР-томограммах мозга как в Т1- так и в Т2-взвешенном режимах достоверных признаков повреждения ЦНС не было. В первой группе величина степени стеноза при оценке нашим методом составляла 0,58 ± 0,18, во второй подгруппе - среди лиц без признаков повреждения мозга - 0,33 ± 0,03 (рис. 17).

Рис. 17. Величины степени стенозирования внутренних сонных артерий, оцененные по площадям поперечного просвета сосуда, в группах пациентов с признаками повреждения головного мозга на Т1- и Т2-взвешенных МР-томограммах, и у лиц ' с анатомически интактным мозгом. Хорошо видна высокодостоверная разница по величине степени стеноза между группой с МРТ-признаками повреждения головного мозга и пациентов без повреждений мозга

Обращает на себя внимание не только высокодостоверное различие средних величин степени стеноза, оцененных методом МР-ангиометрии по уменьшению площади просвета сосуда, но и то, что среди пациентов без признаков поражения головного мозга не было ни одного со степенью сте-нозирования по площади свыше 0,45. В то же время при степени стенози-рования более 0,45 у наших пациентов повреждение хотя бы минимальной тяжести отмечалось всегда (рис. 17). Лишь у 9 из 17 - из этих пациентов имели место достоверные клинико-неврологические признаки перенесенного ОНМК, поскольку очаги повреждения располагались в т. ч. и в «немых» зонах коры и белого вещества.

Полученные данные, во-первых, указывает на значимость оценки каро-тидных стенозов по степени уменьшения именно площади гемодинамиче-ского просвета артерии, а во-вторых позволяет по-новому оценить степень стенозирования, которая считается ангиохирургами «критической», т. е. заметно повышающей риск ишемического инсульта и требующей поэтому радикальной коррекции.

Традиционно считается, что величиной атеросклерозического стеноза внутренней сонной артерии, требующей хирургического вмешательства для предотвращения инвалидизирующего или летального инсульта, является уменьшение просвета сосуда на более чем 75 %, считая по диаметру артерии в месте наибольшего стеноза [В1а(Ст С. Б. е. а., 1994; Кпиёвеп Ь. е. а., 1994]. Эмбологенное значение стенозов значительной тяжести, в том числе и прежде развития ишемического инсульта, хорошо доказано ^еЪ1ег М. е. а., 1993]. В частности, именно при этой и большей величине стеноза имеет место повышенная частота клинического неврологического дефицита вследствие мозговых сосудистых катастроф или неоднократно перенесенных мелкоочаговых повторных ишемических ОНМК [А1ехапс1гоу А. V., 2003; КписС-ьеп Ь. е. а., 1994]. Однако, эти работы основывались на сопоставлении степени уменьшения диаметра артерии с клиническими неврологическими проявлениями - в первую очередь перенесенным ишемическим инсультом [Верещагин Н. В. и соавт., 1992], или же с результатами функционального исследования переброваскулярного резерва по данным нагрузочных проб и перфузионной эмиссионной томографии [Усов В. Ю. и соавт., 2000].

В представленном диссертационном исследовании анатомический размер стеноза сопоставлялся с проявлениями повреждения вследствие ишемии мозга по данным МРТ. Для измерения стеноза мы использовали специально разработанную для этого оригинальную технику и соответствующее программное обеспечение обработки данных МР-ангиографии. В ча-

стности, было использовано то преимущество МРА, что именно этот метод позволяет прямо, а не на основе геометрических аппроксимаций или компьютерных реконструкций определить величину площади поперечного сечения артерии как на уровне сохранного просвета, так и на уровне стено-зирования и рассчитывать степень сужения по уменьшению площади в самом узком месте стеноза. Оказалось, что данные наших измерений степени стенозирования не особенно тесно коррелируют с результатами измерений диаметра сосудов по данным катетеризирующих ангиографических исследований. Это не удивительно поскольку форма просвета артерий, особенно в месте стеноза, была весьма далека от правильно-округлой. Таким образом, как и предполагалось, предложенный здесь метод оценки просвета сосудов является независимым, и не сводится, не может быть заменен и не заменяет собой простого измерения просвета сосуда по данным ультразвукового или рентгеноангиографического исследования.

Кроме того, наши данные о степени стенозирования при оценке по площади просвета сосуда оказались связаны с наличием повреждений головного мозга по данным МР-томографии в Т1- и Т2-взвешенных режимах (спин-эхо). В частности, все пациенты, у которых степень стеноза была более 0,45—0,5 по нашим данным, на МРТ мозга имели признаки хотя бы мелкоочаговых повреждений, по типу перенесенных мелкоочаговых ише-мических нарушений мозгового кровообращения, причем именно в бассейнах стенозированных каротидных артерий.

Поэтому обоснованно предполагать, что уже уменьшение просвета внутренних сонных артерий на 45—50 процентов от нормального приводит к появлению мелкоочаговых повреждений мозга.

По-видимому, представленная здесь методика оценки артериальных стенозов по площади просвета артерии не ограничивается МР-ангиографией, а может быть использована и для других методов, обеспечивающих получение изображений поперечных срезов крупных сосудов, в первую очередь -для контрастированной спиральной и мультиспиральной РКТ-ангиографии, как для бассейна сонных артерий, так и для других часто поражаемых ате-росклеротическим процессом бассейнов.

Кроме того, представляется целесообразным оценить прогностическую значимость такой оценки степени стенозирования сонных артерий на материале ряда независимых антологических клиник и центров с различным по конструкциям и производителям оборудованием, что важно для получения статистически безупречных данных.

Выводы

1. Количественная характеристика объема повреждения головного мозга может быть выполнена по данным МР-томографии в Т2-взвешенном режиме при полуавтоматизированной обработке с оценкой интенсивности изображения в области повреждения, неповрежденной ткани и ликвора и расчетом на их основе величин объема повреждения ткани, физического объема области повреждения и доли поврежденной ткани в области поражения.

2. Оценка объема повреждения головного мозга по данным Т2-взвешенной МРТ может быть выполнена при нарушениях кровообращения мозга, в ходе оценки тяжести перитуморального отека у пациентов с опухолями мозга. При этом показатели объема повреждения ткани и доли поврежденной ткани в области поражения обладают как диагностическим, так и прогностическим значением.

3. Количественная полуавтоматическая оценка степени стенозирования ка-ротидных артерий по данным МР-ангиографии, осуществляемая с помощью разработанной нами программы, позволяет характеризовать тяжесть атеросклеротического поражения как утрату площади гемодинамического просвета по всей протяженности исследуемого сосуда. При этом ошибка в определении площади сосуда не превышает, по данным фантомных экспериментов, 0,25 мм2, вне зависимости от просвета исследуемого сосуда.

4. По данным клинической апробации разработанной программы обработки изображений МР-ангиографии, степень атеросклеротического стенози-рования, превышающая 40—45 процентов просвета сосуда, у нелеченных пациентов уже сопровождается появлением доклинических признаков повреждения мозга в виде зон усиленного Т2-изображения и расширения го-молатерального желудочка.

Практические рекомендации

1. Использование автоматизированных средств обработки МР-томограмм головного мозга и МР-ангиограмм в время пролетном режиме целесообразно в рутинной практике учреждений, располагающих соответствующей МРТ-техникой и работающих с такими контингентами больных.

2. При ишемическом нарушении мозгового кровообращения и проведении в связи с ним МР-томографического исследования целесообразно выполнение количественного анализа интенсивности Т2-взвешенного изображения с расчетом показателей объемов поврежденной ткани, физического объема области повреждения мозга и доли поврежденной ткани, как их соотношения. При этом величины ОПТ < 20 см3 и ДП < 33 % позволяют говорить о благоприятном прогнозе патологии.

3. При установленном диагнозе глиального или менингиального опухолевого поражения головного мозга необходимо выполнение расчетов показателей ОПТ, ФОП и ДП с целью прогнозирования неврологической динамики состояния пациента в раннем послеоперационном периоде.

4. При автоматизированной оценке степени стеноза атеросклеротического стенозирования внутренних сонных артерий более 45 %, считая по площади гемодинамического просвета сосуда, необходимо дальнейшее углубление ангионеврологического исследования на предмет детальной оценки риска инсульта у такого пациента и определения тактики его ведения.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Сухарева А. Е., Бородин О. Ю., Величко О. Б. и др. Разработка методики количественного расчета объема повреждения головного мозга по данным Т2-взвешенной МРТ. Достижения современной лучевой диагностики в клинической практике: Мат-лы второй региональной конф. Томск, 2002. С. 231—234.

2. Сухарева А. Е., Бородин О. Ю., Величко О. Б. и др. Расчетная оценка объема повреждения ткани по данным Т2-взвешенной МРТ при инсультах и опухолях головного мозга: Мат-лы Невского радиологического форума. СПб., 2003. С. 68—69.

3. Сухарева А. Е., Бородин О. Ю. Разработка техники количественной автоматизированной оценки объема повреждения головного мозга по данным Т2-взвешенной МРТ: Сб. ст. по мат-лам Всероссийской студенческой науч. конф. им. Н. И. Пирогова. Томск, 2002. С. 301—302.

4. Сухарева А. Е., Бородин О. Ю., Величко О. Б. и др. Прогностическое значение количественного расчета объема повреждения головного мозга: Мат-лы 4-го Российского науч. форума «Радиология 2003». Москва, 2003. С. 288—289.

5. Сухарева А. Е., Бородин О. Ю. Разработка техники количественной автоматизированной оценки объема повреждения головного мозга по данным Т2-взвешенной МРТ. Четвертый конгресс молодых ученых и специалистов «Науки о человеке». Томск, 2003. С. 261—262.

6. Сухарева А. Е., Бородин О. Ю., Плотников М. II. и др. МРТ-оценка ате-росклеротического стенозирования сонных артерий методом поперечной планиметрии: техника реконструкции и клиническая апробация: Тр. Перспективные методы томографической диагностики. Разработка и клиническое применение. Томск, 2003. С. 97—101.

7. Сухарева А. Е., Плотников М. П., Бородин О. Ю. и др. Количественная оценка степени стенозирования сонных артерий по площади гемодинами-ческого просвета сосуда при магнитно-резонанансной ангиографии // Медицинская визуализация, 2004. № 5. С. 87.

8. Сухарева А. Е./Бородин О. Ю., Величко О. Б. и др. Полуавтоматическая количественная оценка объема повреждения головного мозга при инсультах и опухолевых новообразованиях по данным Т2-взвешенной МРТ // Медицинская визуализация, 2004. № 1. С. 25—33.

9. Бородин О. Ю., Сухарева А. Е., Жестиков В. В. и др. Программа «Editor» для обработки МР-томограмм в среде Windows на базе удаленного доступа к файл-серверу томографических изображений. Перспективные методы томографической диагностики. Разработка и клиническое применение. Томск, 2003. С. 49—51.

10. Сухарева А. Е., Бородин О. Ю., Шумский О. М. и др. Количественная оценка стенозов сонных артерий методом полуавтоматической поперечной планиметрии по данным МР-ангиографии: Мат-лы Всероссийского науч. форума «Достижения и перспективы современной лучевой диагностики». Москва, 2004.

11. Сухарева А. Е., Плотников М. П., Бородин О. Ю. Расчет и прогностическое значение объема повреждения головного мозга по данным Т2-взвешенной МРТ. Неотложные состояния в неврологии и нейрохирургии: Мат-лы ежегодной науч.-практ. конф. / Под ред. профессора А. Ю. Савченко. Омск, 2003. С. 122.

12. Сухарева А. Е., Бородин О. Ю, Плотников М. П. и др. МРТ-оценка атеросклеротического стенозирования сонных артерий методом поперечной планиметрии: техника реконструкции и клиническая апробация: Мат-лы DC Всероссийского съезда сердечно-сосудистых хирургов. Москва, 2003. С. 161.

13. Сухарева А. Е., Шипулин В. М, Ваизов В. X. и др. Автоматизированная оценка стенозов сонных артерий методом прямой планиметрии просвета при МР-ангиографии: Мат-лы I Всероссийского науч. форума «Инновационные технологии медицины XXI века», «Медицинские компьютерные технологии». Москва, 2005. С. 384.

14. Сухарева А. Е., Усов В. Ю., Бычкова И. В. и др. Количественная оценка тяжести повреждения головного мозга по данным Т2-взвешенной МРТ у пациентов с рассеянным склерозом в динамике лечения: Мат-лы Невского радиологического форума «Наука - клинике». СПб., 2005. С. 203—204.

15. Сухарева А. Е., Усов В. Ю., Ефимова И. Ю. и др. Прямое сравнение методов количественной оценки объема повреждения головного мозга по данным перфузионной ОЭКТ с МтТс-ГМПАО и Т2-взвешенной МРТ: Мат-лы Всероссийского научного форума «Радиология 2005». Москва, 2005. С. 447-449.

16. Сухарева А. Е., Усов В. Ю., Ефимова И. Ю. и др. Количественный расчет объема повреждения головного мозга по данным Т2-взвешенной МРТ и перфузионной ОЭКТ: Мат-лы П Евразийского конгресса по медицинской физике и инженерии «Медицинская физика 2005». С. 252—253.

Подписано в печать: 01.07.2005 г. Тираж: 100 экз. Печать: трафаретная

Издательство ООО «Дельтаплан» 634064, г. Томск, ул. Пирогова, 10. Тел.(3822)56-45-51,20-47-80

Бумага: офсетная Заказ: № 293 Формат: 60x84/16

Актуальность работы. Нарушения мозгового кровообращения являются второй или третьей по порядку важности причиной смертности и стойкой утраты трудоспособности населения России [Гафаров и соавт 2002]. При этом большинство нарушений мозгового кровообращения имеют ишемический генез и обусловлены атеросклерозом экстракраниальных артерий [Чазов Е.И. 2003, Оганов Р.Г., 1989].

Наряду с выявлением факта атеросклеротического стенозирования сонных артерий большое значение имеет корректная оценка тяжести стеноза, понимаемая обычно как степень утраты диаметра гемодинамического просвета сосуда за счет атеросклеротического процесса. В последние годы, кроме того, наблюдается постоянный рост заболеваемости злокачественными новообразованиями головного мозга [Фейгин В.Е., ].

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография и магнитнорезонансная томография сегодня обеспечивают наиболее высокие, по сравнению с другими методами визуализации мозга, чувствительность и диагностическую точность в раннем выявлении расстройств кровообращения головного мозга, причем в самые ранние сроки - в первые часы после развития острого нарушения мозгового кровообращения [d'Asseler YM е.а.1997]. Однако, диагноз нарушения мозгового кровообращения основан как правило на качественных визуальных критериях, а количественный анализ данных МРТ при этом практически не используется в связи с трудностями соотнесения интенсивности сигналов МРТ-изображений от конкретных анатомических и патологических структур с частными патофизиологическими процессами.

Между тем, не только констатация факта ишемического повреждения определенного региона мозга, но и характеристика тяжести повреждения, степени его необратимости весьма важны, поскольку существенная доля нервной ткани в очаге ишемии зачастую остается неповрежденной за счет существования "пограничной зоны" с сохраненным коллатеральным кровоснабжением [Campbell BG, Zimmerman RD 1998; Ludwig HC e.a. 2000; ].

В радионуклидной диагностике повреждения головного мозга методами ОЭКТ, в отличие от МРТ, уже существует хорошо разработанный аппарат расчета объема повреждения ткани головного мозга с помощью радиофармпрепаратов (рфп) - маркеров мозгового кровотока, в первую очередь 99тТс-гексаметилпропиленаминоксима. В основе этих техник лежит представление о постоянстве удельного мозгового кровотока на грамм ткани в покое при нормальных условиях, и, соответственно, постоянном удельном поглощении радиофармпрепаратов (рфп) - маркеров мозгового кровотока на грамм интактной ткани мозга [Kung H.F. 1990; Lassen N. e.a. 1989]. В таком случае степень снижения локального накопления маркера кровотока в определенном регионе тем более выражена, чем выше доля некротизированной ткани в общем объеме ткани в этом регионе [Kataoka Н. е.а. 1983]. Тогда, основываясь на разнице между реальным и нормальным накоплением рфп в исследуемом регионе, можно количественно рассчитать объем повреждения мозга. При этом разница "повреждение - норма" оценивается путем сравнения с противоположным пораженному инсультом полушарием, считающимся условно интактньш [Mountz J.M. е.а. 1990], либо с нормативами накопления рфп - маркера кровотока в исследуемом регионе у здоровых лиц.

Результаты такого подхода оказались информативны как в отношении неврологического прогноза при консервативном ведении таких пациентов [Mountz J.M. е.а. 1990], так и в отборе пациентов для ангиохирургического лечения острой окклюзии внутренней сонной артерии [Shvera I.Yu. е.а. 1995]. Очевидно, что сходный подход возможен и для использования рфп -маркеров повреждения вещества мозга, при условии, что локальное накопление соответствующего рфп пропорционально тяжести локального повреждения. Тогда степень суммарного накопления маркера повреждения в пораженной области позволяла бы вычислить объем поврежденной ткани. В спектре рфп для ОЭКТ головного мозга близкими к указанным свойствами обладает маркер ишемического повреждения 99шТс-глюкарат [Yaoita Н. е.а. 1991]. Однако, в клинике его фармакокинетика и степень аккумуляции мозгом на широком материале не изучены, и общедоступных коммерческих наборов для получения этого рфп до сих пор также не имеется.

В то же время в ходе исследований патологии кровообращения мозга методами МРТ в эксперименте, с использованием количественных критериев неоднократно было показано, что по мере развития ишемического повреждения головного мозга, отека и лизиса нервных клеток, происходит прогрессивное увеличение величины Т2-сигнала вплоть до выравнивания с Т2-сигналом ликвора в случае образования постинфарктных кист [Loubinoux I е.а. 1997; Miot-Noirault Е. е.а. 1996; Pan Y. е.а. 1995]. В этом случае доля необратимо поврежденной ткани мозга в определенном регионе тем выше, чем ближе в нем средняя интенсивность Т2-сигнала к сигналу ликвора.

Основываясь на этих предпосылках, была разработана техника количественной оценки тяжести ишемического повреждения мозга по данным МРТ в Т2-взвешенном режиме.

Цель работы - Разработать и реализовать в виде пакета программ прикладной обработки МРТ - изображений методику количественной оценки повреждения головного мозга по данным Т2-взвешенной МРТ и тяжести атеросклеротического поражения сонных артерий, оцениваемого по данным МР-ангиографии. Задачи исследования.

1. Разработать для клинического применения программу полуавтоматизированной оценки объема повреждения головного мозга по данным Т2-взвешенной МРТ при ишемическом инсульте и перитуморальном отеке.

2. Оценить применимость полуавтоматизированной оценки объема повреждения головного мозга по данным Т2-взвешенной МРТ на материале групп пациентов с острым нарушением мозгового кровообращения и опухолях головного мозга.

3. Разработать и программно реализовать технику полуавтоматизированной оценки площади гемодинамически значимого просвета сонных артерий по данным МРА при атеросклерозе и оценить ее применимость в клинике

4. Апробировать комплекс разработанных методик. Изучить взаимосвязь между показателями стенозирования внутренних сонных артерий и повреждением центральной нервной системы по данным количественной обработки МР-томограмм.

Научная новизна.

• Впервые доказано, что объем повреждения головного мозга при широком круге патологических процессов может быть охарактеризован количественно по данным МРТ в Т2-взвешенном режиме, с расчетом количества поврежденной ткани методом сравнения интенсивности Т2-взвешенного сигнала в области инфаркта мозга и в области ликворной системы.

• Установлено, что восстановление функционального состояния пораженного патологическим процессом отдела головного мозга возможно при доле поврежденной ткани в нем, по данным Т2-взвешенной МРТ, не более 40%.

• Предложена оригинальная методика оценки степени стенотического поражения сонных артерий по данным поперечной планиметрии сосудов при автоматизированной оценке магнитно-резонансной ангиографии во время - пролетном режиме, как график распределения площади поперечного гемодинамического сечения сосуда по его ходу. При этом уже при сужении просвета внутренних сонных артерий на 40-45% площади отмечается наличие очагов повреждения головного мозга при МРТ в Т1- и в Т2-взвешенных режимах.

• Показано, что при опухолевых поражениях головного мозга степень повреждения нервного вещества мозга в области перитуморального отека, оцениваемая по данным Т2-взвешенной МРТ, является одним из факторов, определяющих прогноз состояния пациента в послеоперационном периоде и степень восстановления неврологического состояния.

Практическая значимость.

1. Техника количественной оценки каротидных стенозов по величине прямо измеренной при MP-ангиографии площади поперечного сечения позволит поводить объективную оценку тяжести атеросклероза сонных артерий независимо от погрешностей человеческого фактора, более объективно оценивать результат каротидной эндартерэктомии.

2. Методика оценки тяжести повреждения мозга по данным Т2-взвешенного исследования улучшит прогностические возможности MP-томографии при острых и хронических повреждениях головного мозга, в частности при острой ишемии головного мозга.

3. Количественная оценка тяжести перитуморального отека по данным Т2-взвешенной МРТ позволяет улучшить оценку тяжести нейрохирургических больных, прогнозирование послеоперационной динамики неврологического состояния и улучшить тактику послеоперационной терапии.

Положения выносимые на защиту.

2. Количественная оценка тяжести повреждения головного мозга как ишемического, так и опухолевого генеза может быть осуществлена на основе расчета объемов поврежденной ткани по данным Т2-взвешенного МРТ-исследования, выполняемого на всех видах МР-томографов.

3. Оценка атеросклеротических стенозирующих поражений сонных артерий может быть эффективно выполнена автоматически по данным планиметрии поперечника гемодинамического просвета сосуда при МР-ангиографии во время-пролетном режиме.

Апробация работы. Основные результаты диссертации были обсуждены на: региональной конференции «Достижения современной лучевой диагностики в клинической практике (27-28 июня 2002 года)» - Томск, 2002, четвертом международном конгрессе молодых ученых «НАУКИ О ЧЕЛОВЕКЕ» -Томск, 2003, «Невский радиологический форум» - Санкт-Петербург, 2003, четвертом Российском научном форуме (15-18 апреля 2003 года) «Радиология 2003»-Москва, 2003, международной конференции в честь открытия лаборатории рентгеновской компьютерной томографии НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН (26-27 июня 2003г) «Перспективные методы томографической диагностики. Разработка и клиническое применение» -Томск, 2003, пятом Российском научном форуме (19-21 мая 2004 года) «Радиология 2004»-Москва, 2004.

Основные результаты диссертации опубликованы в печатных работах и составляют суть патента «Способ магнитно-резонансной ангиографической оценки стенозов крупных артерий» - приоритетная справка № 026786 от 12.12.2004 г.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературы, главы «Материалы и методы», главы «Результаты и обсуждение», заключения, выводов, списка литературы и приложений. Диссертация иллюстрирована 36 рисунками и 8 таблицами. Список литературы содержит 98 источников, из них 31 отечественных и 67 иностранных.

выводы

1. Количественная характеристика объема повреждения головного мозга может быть выполнена по данным MP-томографии в Т2-взвешенном режиме при полуавтоматизированной обработке с оценкой интенсивности изображения в области повреждения, неповрежденной ткани и ликвора и расчетом на их основе величин объема повреждения ткани, физического объема области повреждения и доли поврежденной ткани в области поражения.

2. Оценка объема повреждения головного мозга по данным Т2-взвешенной МРТ может быть выполнена при нарушениях кровообращения мозга и в ходе оценки тяжести перитуморального отека у пациентов с опухолями мозга. При этом показатели объема повреждения ткани и доли поврежденной ткани в области поражения обладают как диагностическим, так и прогностическим значением.

3. Количественная полуавтоматическая оценка степени стенозирования каротидных артерий по данным MP-ангиографии, осуществляемая с помощью разработанной нами программы, позволяет характеризовать тяжесть атеросклеротического поражения как степень уменьшения площади гемодинамического просвета по всей протяженности исследуемого сосуда. При этом ошибка в определении площади сосуда не превышает, по данным фантомных экспериментов, 0,25 мм , вне зависимости от просвета исследуемого сосуда.

4. По данным клинической апробации разработанной программы обработки изображений MP-ангиографии, степень атеросклеротического стенозирования, превышающая 40-45% просвета сосуда, у нелеченных пациентов уже сопровождается появлением доклинических признаков повреждения мозга в виде зон усиленного Т2-изображения и расширения гомолатералыюго желудочка.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Использование автоматизированных средств обработки МР-томограмм головного мозга и МР-ангиограмм в время пролетном режиме целесообразно в рутинной практике учреждений, располагающих соответствующей МРТ-техникой и работающих с такими контингентами больных.

2. При ишемическом нарушении мозгового кровообращения и проведении в связи с ним МР-томографического исследования целесообразно выполнение количественного анализа интенсивности Т2-взвешенного изображения с расчетом показателей объемов поврежденной ткани, физического объема области повреждения мозга и доли поврежденной ткани, как их соотношения. При этом величины ОПТ< 20 куб.см. и ДП<33% позволяют говорить о благоприятном прогнозе патологии.

3. При установленном диагнозе глиального или менингиального опухолевого пораженияголовного мозга необходимо выполнение расчетов показателей ОПТ, ФОП и ДП с целью прогнозирования неврологической динамики состояния пациента в раннем послеоперационном периоде.

4. При автоматизированной оценке степени стеноза атеросклеротического стенозирования внутренних сонных артерий более 45%, считая по площади гемодинамического просвета сосуда, необходимо дальнейшее углубление ангионеврологического исследования на предмет детальной оценки риска инсульта у такого пациента и определения тактики его ведения.