Разработка методов количественной оценки поражения головного мозга и брахиоцефальных артерий по данным МР-томографии

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 рфпмаркеров 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 № 26 786 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.