СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА ЛИКВОРА ПО ШУНТИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЕ С ПОСЛЕДУЮЩИМ РАСЧЕТОМ ВНУТРИЧЕРЕПНОГО ДАВЛЕНИЯ
METHOD OF DETERMINING RATE OF LIQUOR FLOW ON SHUNTING SYSTEM WITH FURTHER CALCULATION OF INTRACRANIAL PRESSURE

Изобретение относится к области медицины, а именно к способам лучевой диагностики состояния церебральной ликвородинамики, и может быть использовано в клинической практике для лечения больных с гидроцефалией.
Шунтирование цереброспинальной жидкости - эффективный и часто применяемый метод лечения больных с гидроцефалией. Шунтирование позволяет достигнуть контроля над гидроцефалией в большинстве наблюдений при минимальном объеме хирургических вмешательств. Несмотря на положительный эффект подобных вмешательств, одной из основных проблем является правильный подбор параметров "давление-скорость" имплантируемых дренажных систем с целью достижения оптимума ликворного давления и размера желудочков после имплантации шунта, а также контроль за потоком ликвора через шунтирующую систему и определение внутричерепного давления.
Известны различные способы определения скорости потока ликвора по шунтирующей системе:
Способ, предполагающий инъекцию радиоактивных меток в ликвор желудочковой системы и последующее отслеживание тока (Howman-Giles R, McLaughlin A, Johnston I, Whittle I. A radionuclide method of evaluating shunt function and CSF circulation in hydrocephalus. Technical note. J Neurosurg, 1984 Sep; 61 (3): 604-5).
Способ, предполагающий введение в помпу шунтирующей системы рентгеноконтрастных веществ и проведение компьютерного томографического (КТ) исследования (Faria MA Jr, O'Brien MS, Tindall GT. A technique for evaluation of ventricular shunts using Amipaque and computerized tomography. J Neurosurg. 1980 Jul; 53 (1): 92-6).
Способ, использующий создание пузырьков в шунтирующих системах с помощью электролиза и отслеживание их движения с помощью доплерографического исследования (Наrа М, Kadowaki С, Konishi Y, Ogashiwa M, Numoto M, Takeuchi К. A new method for measuring cerebrospinal fluid flow in shunts. J Neurosurg. 1983 Apr: 58 (4): 557-61).
Способ охлаждения льдом подкожно проходящего катетера и отслеживание термистором снижения температуры ниже по ходу катетера (Stein SC, Apfel S. A noninvasive approach to quantitative measurement of flow through CSF shunts. Technical note. J Neurosurg. 1981 Apr; 54 (4): 556-8).
Ни один из этих способ не нашел широкого применения в клинике.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ определения потока ликвора по шунтирующей системе с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) (Frank E, Buonocore M, Hein L.; The use of magnetic resonance imaging to assess slow fluid flow in a modelcerebrospinal fluid shunt system Br J Neurosurg. 1990; 4 (1), pp.53-57).
Способ заключается в измерении скорости потока ликвора через катетер шунтирующей системы на основе фазоконтрастных изображений, полученных на основе импульсных последовательностей Спин-Эхо (SEPC).
Недостатком способа является то, что в нем использовали поверхностную катушку, неудобную в обращении. Кроме этого, в данном способе использовали специально разработанную импульсную последовательность SEPC, которая установлена не на всех серийных образцах томографов.
Этот способ выбран нами за прототип.
Задачей настоящего изобретения является неинвазивное определение скорости потока цереброспинальной жидкости по имплантированным ликворным шунтам с последующим расчетом внутричерепного давления при хирургическом лечении гидроцефалии.
Технический результат заключается в снижении травматичности, увеличении эффективности лечения гидроцефалии и уменьшении риска возможных послеоперационных осложнений.
Сущность способа определения скорости потока ликвора по шунтирующей системе с последующим расчетом внутричерепного давления на основе магнитно-резонансной томографии с применением фазоконтрастной импульсной последовательности с использованием радиочастотной катушки заключается в определении скорости потока ликвора по установленному шунту через вентрикулярный катетер, при этом используют импульсную последовательность на основе градиентного эха и стандартную радиочастотную катушку для исследования головного мозга, а расчет внутричерепного давления проводят по кривой поток-давление.
Магнитно-резонансная томография (МРТ) - это метод отображения, основанный на явлении ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) и используемый преимущественно для медицинских исследований. Для МРТ разработаны различные импульсные последовательности, которые, в зависимости от цели исследования, определяют вклад того или иного параметра в интенсивность изображения исследуемых структур для получения оптимального контраста между нормальными и измененными тканями. Фазоконтрастная (Phase-contrast) МРТ (ФКМРТ) позволяется получить изображения скорости потока движущейся жидкости, учитывается как амплитудная, так и фазовая информация. При этом именно фазовая составляющая несет информацию о скорости движения жидкости.
В заявляемом способе изучали медленный поток ликвора по тонкому катетеру без кардиосинхронизации, однако с усиленным отношением сигнал/шум за счет большого числа накоплений.
Способ предполагает определение линейной и объемной скоростей движения ликвора по установленному у больного шунту с последующим расчетом внутричерепного давления по известной кривой «поток-давление». Для определения скорости потока ликвора по шунту предложена импульсная последовательность на основе градиентного эха CSF_QF CLEAR (на МР-томографе Achieva Филипс 3.0 Т) с применением стандартной радиочастотной катушки для исследования головного мозга и имеет характеристики: TR 16 мс, ТЕ 11 мс, FA 15 град., FOV 80 мм, толщина среза 4 мм, использовались 30 повторов, размер векселя 0.35×0.35 мм, VENC 3.0 см/сек, без кардиосинхронизации, без использования ускоряющего SENSE фактора, с компенсацией движения, время сканирования 3 мин 30 с. Срез располагают перпендикулярно вентрикулярному катетеру, идущему от желудочка до помпы.
Получаемые с помощью данной последовательности данные представляют собой три изображения высокого разрешения через шунт: Т1 взвешенные изображения, изображения с визуализацией только движущихся спинов (как вариант двухмерной фазоконтрастной ангиографии), фазоконтрастные изображения (Фиг.4).
Верхний ряд изображений а), б), в) - до операции, нижний ряд г), д), е) - после операции. Изображения а), г) - Т1 взвешенные изображения. Изображения б), д) - с визуализацией только движущихся спинов (аналогичные 2D фазоконтрастной МР-ангиографии). Изображения в), е) несут информацию о скорости движения спинов, фазоконтрастные, на них сигнал линейно пропорционален скорости движения спинов через срез. Овалом обведен поперечный срез через вентрикулярный катетер шунтирующей системы.
Поскольку размер векселя 0,35 мм в 3,4 раза меньше диаметра вентрикулярного катетера (который всегда равен 1,2 мм), для расчета скорости потока через шунт использовались четыре срединнорасположенных пикселя, для устранения эффекта «разрезанного векселя» и учета параболического профиля скорости потока жидкости по трубке.
Для получения более точной калибровочной кривой было исследовано движение жидкости в модельных условиях по вентрикулярному катетеру с использованием специального калибровочного фантома, который представлял собой вентрикулярный катетер, погруженный в сосуд с физиологическим раствором. Скорость потока задавалась шприц-дозатором, помещаемым в экранированном кожухе, размещенном в камере исследования.
В ходе экспериментов на фантоме была получена калибровочная кривая зависимости линейной скорости потока ликвора по вентрикулярному катетеру (диаметр 1,2 мм) от объемной скорости потока, задаваемой шприц-дозатором по данным фазоконтрастной МРТ с усреднением по центральным 4-м пикселям и скорости, задаваемой с помощью шприц-дозатора (Фиг.1).
Из данного графика была получена аналитическая зависимость для пересчета полученных с помощью фазоконтрастной МРТ данных в количественные данные потока по шунту.
Зная линейную скорость потока V (см/сек), можно узнать объемный поток движения жидкости по шунту U (мл/час)
U=(V-0,1314)/0,03, где
U - объемная скорость потока ликвора по шунту (мл/час),
V - линейная скорость потока по шунту при внутреннем диаметре вентрикулярного катетера 1,2 мм, измеренная по средним 4-м пикселям на фазоконтрастных изображениях (см/сек).
Расчет внутричерепного давления по данным объемной скорости потока ликвора по шунту
Известен способ неинвазивного определения внутричерепного давления у детей с помощью доплерографического исследования сосудов головного мозга (Патент РФ №2204946), когда определяют скорость кровотока в оральном отделе прямого синуса, в базальных венах и во внутренних яремных венах после их кратковременной компрессии, вычисляют венозно-синусный градиент давления.
В предлагаемом способе, зная значение объемной скорости потока ликвора по шунту, можно достоверно рассчитать внутричерепное давление, имея калибровочную кривую поток/давление. Эта кривая является характеристикой шунтирующей системы и устанавливается по данным лабораторных тестов согласно стандарту ИСО 7197:2006/Соr.1:2007. Расчеты проводят с учетом данных калибровочной кривой поток-давление (например, для шунта типа Бурр-Холл среднего давления «МедСил», Россия Фиг.2).
Способ осуществляют следующим образом.
Проводят сканирование через вентрикулярный катетер с помощью фазоконтрастной МР-последовательности, затем измеряют линейную скорость потока (V см/сек) по вентрикулярному катетеру с помощью стандартных измерительных программ МР-томографа на фазоконтрастных МР-томограммах, при этом обводят четыре средних пикселя. Полученные значения линейной скорости переводят в объемную скорость с учетом корректировки нулевой линии по формуле U=(V-0,146)/0,0345, где V - линейная скорость в см/сек, U - полученная объемная скорость в мл/час.
Рассчитанной объемной скорости движения ликвора по шунту соответствует определенное внутричерепное давление, которое определяют по калибровочной кривой «поток-давление».
Калибровочная кривая является паспортной характеристикой установленной у пациента шунтирующей системы. Для расчета внутричерепного давления отмечают полученное значение объемной скорости движения ликвора (U) на горизонтальной оси «Объемный поток мл/час», затем восстанавливают перпендикуляр до пересечения с калибровочной кривой и опускают перпендикуляр на вертикальную ось «Внутричерепное давление, мм вод. ст.». Эта величина соответствует установившемуся внутричерепному давлению.
Клинический пример
В НИИ неотложной детской хирургии поступил мальчик Н., семи лет с жалобами на тошноту, общую слабость, заторможенность, при офтальмологическом обследовании - застойные диски зрительных нервов. Диагноз: дисфункция шунтирующей системы.
У ребенка ранее был установлен вентрикулоперитонеальный шунт среднего давления, фирмы «МедСил», Россия для лечения окклюзионной гидроцефалии. В результате рентгенологического обследования (КТ и МРТ) была обнаружена дисфункция имплантированного шунта (пузырек воздуха в системе помпы) с декомпенсированной оклюзионной гидроцефалией, вентрикуломегалией с перивентрикулярным отеком. Пациент был направлен на ФКМРТ-сканирование для подтверждения данных о неработающем клапане шунтирующей системы.
Ребенку проводят сканирование через вентрикулярный катетер с помощью фазоконтрастной МР-последовательности, затем измеряют линейную скорость потока (V см/сек) по вентрикулярному катетеру с помощью стандартных измерительных программ МР-томографа на фазоконтрастных МР-томограммах (обведены четыре средних пикселя). Линейная скорость составила 1,04 см/сек. Полученные значения линейной скорости переводят в объемную скорость по формуле U=(V-0,1314)/0,0345, подставив V=1,04, получим U=(1,04-0,1314)/0,0345=26,3 мл/час.
Полученной объемной скорости движения ликвора по шунту соответствует определенное внутричерепное давление, которое определяют по калибровочной кривой «поток-давление», для чего отмечают полученное значение U=26,3 мл/час на горизонтальной оси «Объемный поток мл/час» (Фиг.2), затем восстанавливают перпендикуляр до пересечения с калибровочной кривой и опускают перпендикуляр на вертикальную ось «Внутричерепное давление, мм вод. ст.». Давление составило 106 мм водного столба.
Калибровочная кривая является паспортной характеристикой установленной у данного пациента шунтирующей системы МедСил среднего давления, определена при технических испытаниях этой системы, опубликована в тезисах (А.К.Martynov, A.V.Petraikin, V.I.Sergienko, S.S.Gasparian, D.S.Koshurnikov, V.I.Sergienko; Laboratory evaluation and control of medium pressure hydrocephalus shunt "MedSil". Göteborg Sweden 6-9 September 2006, p63), предоставлена на рис 2.
По данным компьютерной томографии была получена 3-х мерная реконструкция головы ребенка с установленным шунтом в правой теменной кости, помпа типа Бурр-Холл «МедСил», Россия. При виртуальном снятии костей свода черепа - визуализируется внутричерепное содержимое и вентрикулярный катетер шунтируютщей системы (Фиг.3а).
Внешний вид программы для обработки ФКМРТ-изображений представлен на (Фиг.3б). Сканирование проводится перпендикулярно вентрикулярному катетеру в точке, обозначенной синей стрелкой. Сечение пластикового катетера - черное кольцо, яркое содержимое - текущий ликвор (отсутствие усиления сигнала при неподвижном ликворе).
Была подтверждена дисфункция шунта, отмечается как отсутствие тока ликвора через вентрикулярный катетер (Фиг.4а, Фиг.4б, Фиг.4в), таблица строка «до лечения».
В ходе лечения была произведена замена дистального катетера и восстановлено функционирование помпы. Ребенку проведено повторное ФКМРТ-сканирование для подтверждения работоспособности шунта и его проходимости (Фиг.4г, Фиг.4д, Фиг.4е), таблица строка «после лечения».
Результаты определения скорости потока ликвора по шунту и внутричерепного давления представлены в таблице.
Пациент, мальчик Н, семи лет
Средняя линейная скорость потока ликвора по шунту (см/сек)
Поток ликвора через шунт (мл/час)
Внутричерепное давление мм водн. ст.
Наличие симптомов гидроцефалии
До лечения
Достоверно не определялась, на уровне «шума»
Не определяется
Не определяется
Выраженные
После лечения
1.04
26.3
106
Отсутствуют после восстановления работы шунта
Способ позволяет точно диагностировать дисфункцию ликворошунтирующих систем, определяемую как отсутствие тока ликвора по шунту.
Способ позволяет избежать осложнений - гипердренирования, ликворных гигром, внутримозговых гематом, возникающих при повышенном токе ликвора.
Полезность способа и его применимость заключается в снижении травматичности, увеличении эффективности лечения гидроцефалии и уменьшении риска возможных послеоперационных осложнений.
Кроме этого, способ может быть полезен для разработки новых конструкций ликворных шунтов и определения особенностей их функционирования.
В утвержденную Департаментом Здравоохранения г.Москвы тему на 2011-2012 годы, посвященную изучению внутричерепной гипертензии у детей после черепно-мозговой травмы, включен раздел - неинвазивный мониторинг внутричерепного давления, который предполагает сравнение полученных данных с помощью предлагаемого нами способа определения скорости потока ликвора по шунтирующей системе с последующим расчетом внутричерепного давления и отоакустического метода определения внутричерпного давления (по смещению барабанной перепонки). Эти исследования предполагается выполнять у пациентов с установленным вентрикулоперитонельным шунтом.