СПОСОБ ПЕРФУЗИОННОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ НОВООБРАЗОВАНИЙ
METHOD OF PERFUSION COMPUTED TOMOGRAPHY OF NEW GROWTHS

Изобретение относится к медицине, в частности к компьютерной диагностике на основе перфузионной компьютерной томографии (КТ).
Известно, что в результате опухолевого неоангиогенеза в злокачественной ткани происходит ряд изменений, которые приводят к развитию патологических сосудистых сетей, артериовенозных шунтов, а также увеличению проницаемости сосудистой стенки, в результате чего значительная часть крови концентрируется в новообразовании.
Одним из способов выявления признаков ангиогенеза и, следовательно, распознавания злокачественного кровотока является перфузионная компьютерная томография (ПКТ). Учитывая, что ПКТ является сложным в техническом отношении способом диагностики, поэтому возникает множество проблем, связанных с расчетом параметров ПКТ. Технические сложности связаны с тем, что разные производители томографов (GE, Phillips, Siemens и т.д.) используют различные алгоритмы и математические модели для расчета параметров ПКТ. В этой связи на разных аппаратах получаемые параметры ПКТ существенно различаются.
Известен способ оценки полученных параметров ПКТ при злокачественных опухолях головного мозга [П.М. Котляров, Н.В. Нуднов, А.В. Виниковецкая, Е.В. Егорова, И.А. Альбицкий, В.И. Овчинников, В.А. Гомболевский. Перфузионная компьютерная томография в диагностике и оценке эффективности лечения злокачественных опухолей головного мозга. // Лучевая диагностика и терапия. 2015; 2 (6): 63-69], при котором перфузионные параметры, измеренные в ткани опухоли сравнивают с перфузионными параметрами, измеренными в нормальной ткани контрлатерального полушария головного мозга.
Известен способ оценки полученных параметров ПКТ при злокачественных опухолях поджелудочной железы [Xu J., Liang Z., Нао S., Zhu L., Ashish М., Jin С, Fu D., Ni Q. Pancreatic adenocarcinoma: dynamic 64-slice helical CT with perfusion imaging. //Abdominal Imaging. 2009. 34: 759. doi: 10.1007/s00261-009-9564-1], при котором перфузионные параметры, измеренные в ткани опухоли, сравнивают с перфузионными параметрами, измеренными в нормальной ткани поджелудочной железы.
Известен способ оценки полученных параметров ПКТ при злокачественных опухолях почек (Chen С, Liu Q., Нао Q., Xu В., Ма С, Zhang Н., Shen Q., Lu J. Study of 320-Slice Dynamic Volume CT Perfusion in Different Pathologic Types of Kidney Tumor: Preliminary Results. // PLoS One. 2014; 9 (1): e85522. doi: 10.1371/journal.pone.0085522), при котором перфузионные параметры, измеренные в ткани опухоли сравнивают с перфузионными параметрами, измеренными в нормальной ткани контрлатеральной почки.
Недостатками всех выше приведенных способов является невозможность сопоставления полученных данных на одном компьютерном томографе и результатов, полученных на другом аппарате. Такие недостатки связаны с тем, что на разных томографах используют различные математические модели для обработки полученного изображения.
Прототипом предлагаемого технического решения является «СТ Perfusion phantom» - патент US 8804904. В этом способе вначале проводят КТ-перфузию пораженного органа до лечения, проводят противоопухолевую терапию и затем повторяют КТ-перфузию органа. Эффект лечения оценивают путем сравнения отношений перфузионных параметров опухоли к параметрам крупной артерии. Все процедуры КТ-перфузии проводят на одном и том же томографе.
Недостатками данного способа является то, что при исследовании используют один и тот же томограф, в связи с чем, пропадает объективность в оценке полученных данных.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в создании измерительной схемы для объективной оценки параметров ПКТ, получаемых с различных томографов.
Ранее накопленный нами опыт в области использования ПКТ позволяет сделать вывод, что сопоставление различных параметров ПКТ, полученных от разных компьютерных томографов, приводит к множеству ошибок при оценке состояния пораженного органа и интерпретации результатов лечения в связи с цифровыми различиями получаемых параметров ПКТ.
Сущность предлагаемого технического решения включает выполнение перфузионной компьютерной томографии при оценке состояния пораженного органа до и после лечения на разных томографах. При этом вне зависимости от марки томографа выполняют измерение параметров ПКТ в опухоли: BF - скорость кровотока, BV - объем кровотока, PS - проницаемость сосудов, МТТ - среднее время транзита крови. Затем проводят измерение параметров ПКТ в здоровой ткани. При опухолях головного мозга измерение нормальной перфузии проводят на контрлатеральном полушарии; при опухолях легких - на аорте; при опухолях печени - на здоровой ее части или на аорте; при опухолях селезенки - на здоровой части органа или на аорте; при опухолях поджелудочной железы - на здоровом участке железы или на аорте; при опухолях почек - на контрлатеральной почке; при опухолях предстательной железы - на здоровой ткани железы или на аорте. Для сопоставления полученных с разных томографов параметров ПКТ вводят нормализованные значения «n». Значения «n» определяют по отношениям параметров опухолевой перфузии к параметрам здоровой перфузии:
n(BF)=BF (опух.)/BF (здоров.)
n(BV)=BV (опух.)/BV (здоров.)
n(PS)=PS (onyx.)/PS (здоров.)
n(MTT)=МТТ (onyx.)/МТТ (здоров.)
После проведенных измерений сопоставляют нормализованные значения «n», полученные на разных компьютерных томографах, что позволяет повысить точность оценки состояния пораженного органа до и после лечения на разных томографах.
Перечень фигур:
Фиг. 1. Поперечная компьютерная томограмма: 1 - новообразование в легком, 2 - нисходящая аорта.
Фиг. 2. ПКТ органов грудной клетки. Цветная перфузионная карта скорости кровотока (BF). 3 - BF опухоли, 4 - BF аорты.
Фиг. 3. ПКТ органов грудной клетки. Цветная перфузионная карта объема кровотока (BV). 5 - BV опухоли, 6 - BV аорты.
Фиг. 4. ПКТ органов грудной клетки. Цветная перфузионная карта проницаемости сосудов (PS). 7 - PS опухоли, 8 - PS аорты.
Фиг. 5. ПКТ органов грудной клетки. Цветная перфузионная карта среднего времени транзита крови (МТТ). 9 - МТТ опухоли, 10 - МТТ аорты.
Порядок реализации способа.
ПКТ проводят натощак. Сканирование выполняют в положении пациента на спине. При исследовании органов грудной, брюшной полостей и органов таза пациента просят положить руки за головой для исключения артефактов от костей верхних конечностей. Также при исследовании органов грудной и брюшной полостей, с целью исключения артефактов от движения, пациента просят использовать поверхностное, прерывистое дыхание.
Протокол ПКТ включает болюсное введение контрастного вещества (KB) - 40-50 мл со скоростью более 4 мл/сек. Затем проводят неоднократные сканирования выбранной зоны опухоли до и после введения KB и получают КТ-изображения. Затем проводят их обработку, которая включает: совмещение изображений, выбор артерии для осуществления контроля поступающего контраста в исследуемую зону опухоли и создание цветных перфузионных карт для определения параметров ПКТ.
В связи с тем, что разные производители используют разные программные пакеты и математические модели для расчета перфузии, цифровые значения параметров ПКТ различаются у разных томографов. Так, производитель Philips использует «метод касательной» (Slope method), при которой перфузию определяют как отношение наклона кривой усиления тканей к максимуму усиления пула крови в артерии; Siemens использует двухкомпонентную математическую модель («метод Patlak»), при которой измеряют пассаж KB из сосудистого русла в межклеточное интерстициальное пространство; GE использует «метод деконволюции» («метод Johnson-Wilson»), при котором моделируют распределение контраста в тканях. Для каждой модели определяют параметры ПКТ: объем кровотока (BV, мл/100 г) - общий объем крови, проходящий через капилляры и более крупные сосуды в выбранном участке ткани; скорость кровотока (BF, мл/100 г/мин) - скорость прохождения определенного объема крови через заданный объем ткани за единицу времени; проницаемость сосудов (PS, мл/100 г/мин) - результат проницаемости, отражающий общую диффузию через капилляры; время достижения пика (ТТР, сек) - время до достижения пиковой концентрации контрастного вещества; среднее время транзита (МТТ, сек) - среднее время, за которое кровь проходит по сосудистому руслу выбранной зоны интереса.
Таким образом, полученные путем измерения с разных томографов цифровые данные параметров ПКТ зоны опухоли и здоровой ткани позволяют определить нормализованные значения «и» каждого параметра ПКТ по соотношениям: n(BF)=BF(onyx.)/BF(здоров.), n(BV)=BV(onyx.))/BV(здоров.), n(PS)=PS(onyx.).)/PS(здоров.), n(MTT)=MTT(onyx.)/МТТ(здоров.). Предложенный подход позволяет сопоставить данные, полученные при использовании разных программных пакетов и математических моделей.
Примеры реализации способа.
Пример 1
Пациент В.В.К., диагноз - центральный рак правого легкого. При ПКТ, выполненной на одном компьютерном томографе были проведены измерения и получены следующие данные: в опухоли: BF=379,4 мл/100 г/мин; BV=12,3 мл/100 г; PS=49,5 мл/100 г/мин; МТТ=4,2 сек; в мышце: BF=62,2 мл/100 г/мин; BV=1,5 мл/100 г; PS=38,1 мл/100 г/мин; МТТ=3,0 сек; нормализованные значения: n(BF)=6.1; n(BV)=8.2; n(PS)=l,3; n(МТТ)=1,4. При ПКТ, выполненной на другом компьютерном томографе были проведены измерения и получены следующие данные: в опухоли: BF=464,3 мл/100 г/мин; BV=16,1 мл/100 г; PS=57,7 мл/100 г/мин; МТТ=4,4 сек; в мышце: BF=74,1 мл/100 г/мин; BV=2,0 мл/100 г; PS=43,4 мл/100 г/мин; МТТ=3,1 сек; нормализованные значения: n(BF)=6,3; n(BV)=8,0; n(PS)=l,3; n(MTT)=1.4. Полученные результаты показывают, что при выполнении ПКТ на разных томографах параметры ПКТ различаются, а нормализованные значения «n» сопоставимы.
Пример 2
Пациент М.И.Н., рак сигмовидного отдела ободочной кишки. При ПКТ, выполненной на одном компьютерном томографе были проведены измерения и получены следующие данные: в опухоли: BV=4,6 мл/100 г; PS=10,2 мл/100 г/мин; в аорте: BV=66,4 мл/100 г; PS=28,3 мл/100 г/мин; нормализованные значения: n(BV)=0,07; n(PS)=0,3. При ПКТ, выполненной на другом компьютерном томографе были проведены измерения и получены следующие данные: в опухоли: BV=6,6 мл/100 г; PS=11,4 мл/100 г/мин; в аорте: BV=94,2 мл/100 г; PS=38,0 мл/100 г/мин; нормализованные значения: n(BV)=0,07; n(PS)=0.3. Полученные результаты показывают, что при выполнении ПКТ на разных томографах параметры ПКТ различаются, а нормализованные значения «n» сопоставимы.
Пример 3
Пациентка М.Т.И., глиобластома правой височной доли головного мозга. При ПКТ выполненной на одном компьютерном томографе были проведены измерения и получены следующие данные: в опухоли: BF=18,4 мл/100 г/мин; BV=2,6 мл/100 г; в контрлатеральном полушарии: BF=13,7 мл/100 г/мин; BV=0,9 мл/100 г; нормализованные значения: n(BF)=l,3; n(BV)=2,8. При ПКТ выполненной на другом компьютерном томографе были проведены измерения и получены следующие данные: в опухоли: BF=16,0 мл/100 г/мин; BV=1,9 мл/100 г; в контрлатеральном полушарии: BF=12,3 мл/100 г/мин; BV=0,6 мл/100 г; нормализованные значения: n(BF)=l,3; n(BV)=2,7. Полученные результаты показывают, что при выполнении ПКТ на разных томографах параметры ПКТ различаются, а нормализованные значения «n» сопоставимы.
Подтверждение достижения технического результата.
Было обследовано 44 пациента с верифицированным колоректальным раком. Всем пациентам была выполнена ПКТ на двух компьютерных томографах разных производителей, с разными программными пакетами и разными математическими моделями обработки данных. Для аппарата, в котором использовался «метод Johnson-Wilson» средние значения проницаемости и объема крови в опухоли составили: BV=6,1 мл/100 г ± 1,5; PS=13,9 мл/100 г/мин ± 3,7; в аорте: BV=67,4 мл/100 г ± 2,1; PS=28,4 мл/100 г/мин ± 1,7. Для аппарата, в котором использовался «метод Patlak» средние значения проницаемости и объема крови в опухоли составили: BV=10,1 мл/100 г ± 1,5; PS=17,4 мл/100 г/мин ± 3,7; в аорте: BV=112,2 мл/100 г ± 2,1; PS=34,8 мл/100 г/мин ± 1,7. Для аппарата, в котором использовался «метод Johnson-Wilson» нормализованные значения проницаемости и объема крови в среднем составили: n(BV)=0,09; n(PS)=0,5. Для аппарата, в котором использовался «метод Patlak» нормализованные значения проницаемости и объема крови в среднем составили: n(BV)=0,08; n(PS)=0,5. Таким образом, средние цифры нормализованных значений на разных томографах сопоставимы, что позволяет обследовать пациента до и после лечения на разных аппаратах и получать объективные результаты исследования.