Сайт издательства «Медиа Сфера»
содержит материалы, предназначенные исключительно для работников здравоохранения. Закрывая это сообщение, Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.

Скворцова В.И.

Российский государственный медицинский университет;
НИИ цереброваскулярной патологии и инсульта, Москва

Буренчев Д.В.

Городская клиническая больница №20, Москва

Гусева О.И.

НИИ цереброваскулярной патологии и инсульта Российского государственного медицинского университета

Шумм Б.А.

Городская клиническая больница №20, Москва

Творогова Т.В.

Городская клиническая больница №20, Москва

Прохоров А.В.

ГБУЗ «Городская клиническая больница им. Д.Д. Плетнева» Департамента здравоохранения Москвы, лечебно-диагностическое подразделение №1, Москва, Россия

Хетчиков Г.В.

Городская клиническая больница №20, Москва

Пирогов Ю.А.

Центр магнитно-резонансной томографии и спектроскопии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Новая импульсная последовательность МРТ. Опыт применения в неотложной нейрорадиологии

Авторы:

Скворцова В.И., Буренчев Д.В., Гусева О.И., Шумм Б.А., Творогова Т.В., Прохоров А.В., Хетчиков Г.В., Пирогов Ю.А.

Подробнее об авторах

Просмотров: 1681

Загрузок: 26


Как цитировать:

Скворцова В.И., Буренчев Д.В., Гусева О.И., и др. Новая импульсная последовательность МРТ. Опыт применения в неотложной нейрорадиологии. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. Спецвыпуски. 2010;110(4‑2):46‑51.
Skvortsova VI, Burenchev DV, Guseva OI, et al. The new MRI pulse sequence: experience in emergency neuroradiology. S.S. Korsakov Journal of Neurology and Psychiatry. 2010;110(4‑2):46‑51. (In Russ.)

Рекомендуем статьи по данной теме:
Слу­чай ише­ми­чес­ко­го ин­суль­та на фо­не ве­ро­ят­ной CADA­SIL. Жур­нал нев­ро­ло­гии и пси­хи­ат­рии им. С.С. Кор­са­ко­ва. Спец­вы­пус­ки. 2024;(12-2):39-45

Неотложная нейрорадиология - самостоятельный раздел лучевой диагностики, имеющий ряд специфических особенностей [1]. Тяжесть клинического состояния пациента, катастрофический характер развития болезни, высокая степень риска развития смертельных исходов и тяжелой инвалидизации характеризуют бóльшую часть патологических состояний, с которыми сталкиваются врачи экстренной неврологической и нейрохирургической служб. При этом в практической медицине нет иных доступных методов интроскопии, обеспечивающих лечащих врачей исчерпывающей и достоверной информацией о состоянии головного мозга, кроме компьютерной (КТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ) [1-3]. Возможности МРТ в решении этих задач существенно превосходят КТ [3-5]. Кроме того, МРТ обладает богатым потенциалом совершенствования, что проявляется продолжающимся развитием этого метода. Большое значение в МРТ придается выбору и совершенствованию импульсных последовательностей (ИП), в том числе тех, которые применяются для исследования головного мозга. Развитие этого направления идет как по пути создания принципиально новых ИП, отражающих те или иные биофизические и биохимические процессы в нервной системе (диффузионно- и перфузионно- взвешенные изображения, спектроскопия in vivo и др.) [6-8], так и в направлении совершенствования управления тканевым контрастом в различных вариантах Т2- и Т1-взвешенных изображений (ВИ) (Fluid Attenuation Inversion Recovery (FLAIR, Double Inversion Recovery - DIR, эхо-планарные последовательности - EPI и др.) [9-12].

Анализ существующей литературы позволяет заключить, что развитие новых возможностей управления тканевым контрастом в МРТ в настоящее время происходит по двум основным направлениям: модификация протоколов селективного подавления сигнала от тканей с определенными временами релаксации и создание новых протоколов на основе Т2-ВИ в ИП Gradient Echo (далее в тексте Т2*-ВИ) для получения качественных тестов наличия кровоизлияния в головной мозг [9-12]. Таким образом, первая группа последовательностей призвана повысить чувствительность МРТ-изображений, тогда как вторая направлена на увеличение специфичности. Очевидно, что содружественное увеличение чувствительности и специфичности является приоритетным направлением совершенствования любого диагностического метода [13, 14]. Однако в доступных источниках не обнаружено публикаций, посвященных возможностям объединения двух направлений в одной ИП. Такой шаг позволил бы получить универсальный инструмент, заменяющий два используемых в настоящее время, сократить время выполнения МРТ, что является важной проблемой в неотложной нейрорадиологии.

Предпосылки к потенциальной возможности получения такой «комбинированной» ИП заложены в механизмах селективного фазового подавления сигналов от тканей с определенными временами поперечной (Т2) релаксации [9, 15-17]. Однако, на наш взгляд, при этом остается нереализованным потенциал, заложенный в изначальной интегральности МРТ-изображений: в итоговое изображение всегда вносят вклад как времена продольной (Т1), так и поперечной (Т2) релаксации [16-18]. Лишь преобладающее влияние одного из них позволяет говорить о Т1- или Т2-результирующей взвешенности изображений. В градиентных эхо-последовательностях удобным инструментом управления взвешенностью изображения выступает параметр угла отклонения вектора намагниченности (FA): чем больше его величина, тем более взвешенным по времени Т1 становится изображение [9, 16, 17]. При этом привлекательной особенностью градиентных эхо-последовательностей для нужд неотложной нейрорадиологии выступает их чувствительность к неоднородности магнитного поля [9-12, 16, 17], что позволяет применять их для выявления внутримозговых кровоизлияний [9-12, 18].

На основании анализа литературы и оценки направлений развития принципов управления тканевым контрастом в МРТ сформулирована цель исследования: разработать модификацию протокола Т2*-ВИ с получением новой ИП, объединяющей в себе визуальные достоинства изображений FLAIR с чувствительностью к неоднородности магнитного поля, свойственной базовой ИП.

Материал и методы

Работа проведена в 2 этапа. Задачу первого этапа составило формирование модификации ИП Т2*-ВИ и оценка ее возможностей в дифференциальной диагностике острых инсультов. Решение указанной задачи осуществлялось на клиническом магнитно-резонансном томографе Эллипс с напряженностью магнитного поля 0,15 Тл. Для создания новой ИП использованы штатные инструменты изменения параметров протокола последовательности Gradient Echo (GE), что позволило избежать внесения изменений в программное обеспечение прибора. Реализация новой ИП основывалась на том факте, что манипулирование временем ТR и значением FA позволяет регулировать удельный вес времен продольной и поперечной релаксации в формировании итогового изображения [16]. Были подобраны такие значения указанных параметров, которые позволили получить изображение с характером тканевого контраста, визуально аналогичным изображениям FLAIR вследствие относительно равновесного влияния времени Т1- и Т2-релаксации. Поскольку в литературе не обнаружено сообщений о разработке ИП на основе предлагаемого нами принципиального подхода, то представляется возможным предложить для обозначения разработанной ИП ее авторское название: Т2 FLAGE (Т2 Fluid Attenuation Gradient Echo). Настоящая аббревиатура не является строгим отображением физической основы получаемых изображений, поскольку не использовался ни один из применяющихся принципов селективного подавления сигнала от той или иной биологической ткани.

В исследование включены 57 человек (37 женщин и 20 мужчин в возрасте от 25 до 91 года), 38 пациентов с геморрагическим инсультом и 19 - с ишемическим инсультом.

Группа пациентов с острыми инсультами была составлена из когорты больных, поступающих в блок интенсивной терапии отделения неврологии. Пациенты включались в группу последовательно. Критерием включения являлось наличие клинико-инструментального подтверждения диагноза ОНМК.

Стандартный протокол исследования всех пациентов содержал аксиальные изображения FLAIR, сагиттальные Т1-ВИ и фронтальные Т2-ВИ. В дополнение к стандартному протоколу МРТ всем пациентам выполнялось исследование с ИП Т2 FLAGE. На этапе анализа информативности Т2 FLAGE оценивались такие параметры, как выявляемость патологического очага и его морфологические характеристики. Для сравнения особенностей тканевого контраста новой ИП и FLAIR была выполнена оценка тканевого контраста коры больших полушарий и серого вещества лентикулярных ядер относительно белого вещества, а также патологического очага в сравнении с неизмененным белым веществом.

Статистическая обработка данных проведена с помощью критерия Манна-Уитни. Для оценки диагностической информативности новой ИП был выполнен ROC-анализ.

На втором этапе работы была осуществлена оценка возможной аппроксимации полученных результатов на томографы другого класса. В рамках этой части исследования была создана ИП на основе вышеописанных принципов на магнитно-резонансном томографе Bio Spec 70/30 с напряженностью магнитного поля 7 Тл. Оценка основных характеристик тканевого контраста была выполнена на материале экспериментальных внутримозговых гематом у крыс (n=16).

До проведения эксперимента животных содержали в стандартных условиях: 12-часовой световой режим, свободный доступ к воде и пище (стандартный брикетированный корм), температура воздуха 22-24 °С. Для получения экспериментального внутримозгового кровоизлияния использовали метод двухмоментного введения аутологичной крови по модифицированной методике [19-22]. Под наркозом (хлоралгидрат 300 мкг/кг внутрибрюшинно) выполняли катетеризацию бедренной артерии. Далее животное фиксировали в стереотаксической установке, под дополнительной местной анестезией 2% раствором лидокаина проводили разрез кожи головы и скальпирование черепа. При помощи бора формировали трепанационное отверстие диаметром 1 мм по координатам 0,2 мм кпереди и 3 мм вправо от брегмы. Затем проводили забор 1 мл крови из катетеризированной бедренной артерии животного. Введение аутологичной крови в головной мозг крысы осуществляли шприцевым инфузоматом через трепанационное отверстие на глубину 5,5 мм при помощи иглы с закругленным концом. Через 3 мин после окончания введения крови иглу извлекали, ушивали рану на голове животного, убирали катетер из бедренной артерии и ушивали рану на передней брюшной стенке. Животное помещали в теплое помещение до окончания действия наркоза. Случаев преждевременной смерти животных во время эксперимента не было.

Результаты и обсуждение

Для реализации новой ИП изначально была создана последовательность Т2* с длинным временем ТR, которое на низкопольном томографе составило 900 мс. Это позволило не только добиться хорошей Т2-взвешенности изображения, но и достичь высокой чувствительности ИП к неоднородности магнитного поля, реагирующей на небольшие скопления такого слабого парамагнетика, как деоксигемоглобин. Это дает возможность применять полученные Т2*-ВИ как качественный тест на кровоизлияние [10-12, 18]. При более коротком времени ТR неоднородность магнитного поля, создаваемая слабыми парамагнетиками, не успевает проявиться в достаточной степени для формирования заметного влияния на итоговое изображение (рис. 1).

Рисунок 1. Внутримозговые гематомы в острейшей стадии. а - аксиальное Т2*-ВИ левосторонней лентикулярной внутримозговой гематомы через 8 ч от развития неврологической симптоматики (TR=600 мс, ТЕ=45 мс, FA=35°); b - фронтальное Т2*-ВИ левосторонней таламической внутримозговой гематомы через 6 ч от развития неврологической симптоматики (TR=900 мс, ТЕ=45 мс, FA=35°). Внутримозговые гематомы отчетливо видны в обоих случаях (черные стрелки), однако артефакты неоднородности магнитного поля от деоксигемоглобина (белые стрелки) определяются только при втором варианте ИП Т2* с TR=900 мс.

Следующим шагом в создании новой ИП был подбор такого значения FA, которое бы позволило в относительно равной степени влиять на построение изображения по времени как продольной, так и поперечной релаксации. Наиболее соответствующий этой задаче результат был получен при FA=90°. Полученная ИП Т2 FLAGE визуально имела характер распределения тканевого контраста, аналогичный ИП FLAIR, то есть спинномозговая жидкость давала выраженно гипоинтенсивное изображение, серое вещество было ярче белого, и патологические очаги в головном мозге с длинным временем Т2-релаксации (очаги вазогенного отека, глиоз и т.д.) оставались гиперинтенсивными. Вместе с тем, полученная ИП сохраняла свою высокую чувствительность к неоднородности магнитного поля, создаваемой деоксигемоглобином в первые часы развития острой внутримозговой гематомы (рис. 2, 3)

Рисунок 2. Пациент Ф., 62 года. Острейшая левосторонняя нетравматическая внутримозговая гематома (черные стрелки) через 10 ч от начала развития неврологической симптоматики. Представлены аксиальное изображение в ИП FLAIR (а), фронтальное изображение в ИП Т2 FLAGE (b) и фронтальное изображение в ИП Т2 TSE (с). Заметно отчетливое сходство в тканевом контрасте между изображениями FLAIR и Т2 FLAGE при большей контрастности нормальных структур в ИП Т2 FLAGE. В то время как спинномозговая жидкость на Т2 FLAGE имеет гипоинтенсивный сигнал (концы белых стрелок), перифокальный отек (белые стрелки) вокруг гематомы остается гиперинтенсивным. Вместе с тем, прослеживаются артефакты неоднородности магнитного поля (концы черных стрелок), создаваемые деоксигемоглобином.
Рисунок 3. Пациентка С., 59 лет с острым ишемическим инсультом в бассейне левой нижней передней мозжечковой артерии (4-е сутки от начала заболевания). Аксиальное изображение FLAIR (а), сагиттальное Т1-ВИ (b) и фронтальное изображение в ИП Т2 FLAGE (с). Стрелками указана зона инфаркта в левом полушарии мозжечка. Отсутствие кровоизлияния демонстрирует Т1-ВИ, на котором фокус инфаркта представлен зоной гипоинтенсивного сигнала. На изображении Т2 FLAGE зона инфаркта имеет высокий сигнал без признаков артефактов неоднородности магнитного поля.
[1, 3, 10-12, 18]. Ряд последующих экспериментов со значениями времени ТR и величиной FA позволил установить, что на чувствительность к неоднородности магнитного поля преимущественное влияние оказывает значение ТR, в то время как изменения FA от 35° до 80° не оказывали на это свойство заметного влияния. Наоборот, общая характеристика тканевого контраста, которую можно описать как «Т2-ВИ с подавлением сигнала от свободной жидкости» сохранялась в узком диапазоне изменения величины FA (85-90°) и не имела явной зависимости от параметра ТR. Окончательный вариант созданной ИП на низкопольном томографе имел следующие характеристики: ТR=900 мс, TE=45 мс, FA=90°.

Оценка возможностей созданной ИП Т2 FLAGE была выполнена на группе пациентов с острыми инсультами. Проанализированы коэффициенты контрастности неизмененного серого вещества и патологического очага на примере вазогенного отека в перифокальной области внутримозговой гематомы и в зоне острого ишемического инсульта на МРТ-изображениях. Поскольку основная визуальная характеристика тканевого контраста ИП Т2 FLAGE была аналогична ИП FLAIR, то сравнение было выполнено именно с этими изображениями.

Средние значения коэффициентов контрастности неизменных коры и серого вещества лентикулярных ядер на Т2 FLAGE составили 134,87 и 140,80% соответственно. Средние значения тех же коэффициентов контрастности в ИП FLAIR составили 117,64 и 120,41% соответственно. Выявлена статистическая достоверность обнаруженных различий (Z=3,21 при р=0,001 и Z=3,087 при р<0,002 соответственно). Таким образом, можно говорить о более высоком тканевом контрасте нормальных мозговых структур в ИП Т2 FLAGE в сравнении с ИП FLAIR.

Среднее значение коэффициента контрастности вазогенного отека на Т2 FLAGE составило 178,05%, тогда как на FLAIR 157,04% со статистической достоверностью выявленных различий (Z=2,845 при р<0,004). На основании проведенной оценки тканевого контраста правомочно заключить, что Т2 FLAGE, обладая общими достоинствами FLAIR с точки зрения визуальной характеристики изображения нормальных структур мозга и патологических очагов с длинными временами релаксации Т2, превосходит ее в контрастности.

Была проведена оценка эффективности Т2 FLAGE при дифференциальной диагностики типа острого инсульта для исключения внутримозгового кровоизлияния. Характер поведения тканевого контраста Т2 FLAGE при внутримозговом кровоизлиянии соответствовал таковому при обычных Т2*-ВИ. Таким образом, характерные зоны выпадения магнитно-резонансного сигнала от участков кровоизлияния со скоплением парамагнетика (деоксигемоглобин, метгемоглобин) отличали изображения в ИП Т2 FLAGE от изображений в ИП FLAIR. Для оценки эффективности Т2 FLAGE в выявлении кровоизлияний был применен ROC-анализ (рис. 4).

Рисунок 4. Сравнительная оценка (ROC-кривые) эффективности ИП Т2 FLAGE (верхняя кривая) и FLAIR (нижняя) в выявлении внутримозговых кровоизлияний.
Количественная оценка характеристических кривых была выполнена посредством расчета площади под кривой (AUC). AUC под характеристической кривой FLAIR=0,854, AUC под характеристической кривой Т2 FLAGE=0,998. Таким образом, оценка посредством ROC-анализа позволяет говорить о существенно большей эффективности Т2 FLAGE в вопросе о возможном наличии внутримозгового кровоизлияния.

Проведенная работа продемонстрировала, что созданная Т2 FLAGE объединяет в себе преимущества особенностей тканевого контраста ИП FLAIR и Т2*-ВИ, были получены изображения, объединяющие в себе преимущества высокой чувствительности и высокой специфичности. Дополнительным преимуществом Т2 FLAGE выступает сокращение времени МРТ-исследования. На низкопольном томографе минимальное время получения изображений FLAIR составляло 3,5 мин, в то время как новая ИП позволяла получить изображения за 2,3 мин. В условиях неотложной нейрорадиологии, когда существует ряд ограничений на использование седативных препаратов, временной выигрыш в 1,2 мин может иметь большое значение. При этом, применение Т2 FLAGE полностью заменяет использование сочетания ИП FLAIR и Т2*. В совокупности это дает еще более заметное сокращение времени исследования пациента с сохранением высокой диагностической ценности получаемых результатов.

Задачей второго этапа разработки ИП Т2 FLAGE была оценка возможности формирования ее на высокопольных магнитно-резонансных томографах. Для этих целей была создана аналогичная ИП в программе рабочей станции экспериментального сверхпроводящего томографа Bio Spec 70/30 с напряженностью магнитного поля 7 Тл. Были учтены выявленные закономерности во взаимоотношении параметров, которые уже обсуждались выше. Получены следующие конечные технические характеристики ИП: TR 500 мс, TE 65 мс, FA=90°. Возможности этой ИП были оценены при экспериментальных внутримозговых гематомах у крыс. Изображения характеризовались высокой чувствительностью к неоднородности магнитного поля, низким сигналом от спинномозговой жидкости и высоким от вазогенного отека в перифокальной зоне внутримозговой гематомы (рис. 5).

Рисунок 5. Экспериментальная внутримозговая гематома, сагиттальные парамедиальные изображения мозга крысы через 4 ч от формирования гематомы Т2*-ВИ (а) и Т2 FLAGE (b). Гематома представлена крупными фокусами выпадения МР-сигнала вследствие неоднородности магнитного поля, формируемого деоксигемоглобином (белые стрелки), перифокальный отек (концы белых стрелок) на обоих изображениях представлен узкой зоной повышенного сигнала, тогда как спинномозговая жидкость в боковом желудочке (черные стрелки) на изображении Т2 FLAGE имеет гипоинтенсивный характер, в отличие от изображения Т2*.
Таким образом, был получен полный аналог ИП, разработанной и оцененной на низкопольном томографе. Это позволяет утверждать, что нами создана принципиально новая ИП, сочетающая в себе характеристики ИП FLAIR и Т2*-ВИ.

В заключение еще раз подчеркнем, что возможности управления тканевым контрастом в МРТ остаются недостаточно полно использованными. Создана новая ИП Т2 FLAGE на основе модификации Т2- ВИ, которая сочетает в себе преимущества тканевого контраста ИП FLAIR и сохраняет высокую чувствительность к наличию кровоизлияний вследствие присутствия магнитной восприимчивости, свойственной последовательностям GE. Простота протокола Т2 FLAGE позволяет получить ее в рамках предлагаемых штатных инструментов большинства клинических томографов и не требует специального изменения их программного обеспечения. При этом можно утверждать, что при соблюдении описанных принципов создания ИП сохраняются ее свойства вне зависимости от напряженности магнитного поля конкретного томографа.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо со ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail

Мы используем файлы cооkies для улучшения работы сайта. Оставаясь на нашем сайте, вы соглашаетесь с условиями использования файлов cооkies. Чтобы ознакомиться с нашими Положениями о конфиденциальности и об использовании файлов cookie, нажмите здесь.