Способ проведения магнитно-резонансной томографии предстательной железы у пациентов с металлоконструкциями тазобедренного сустава
METHOD FOR MAGNETIC RESONANCE IMAGING OF THE PROSTATE GLAND IN PATIENTS WITH METAL STRUCTURES OF THE HIP JOINT

Изобретение относится к области медицины, а именно к лучевой диагностике.
Рак предстательной железы является одной из основных причин заболеваемости и смертности среди мужчин во всем мире. Это заболевание чаще встречается у мужчин старшего возраста, чем у молодых [Brunese L. et al. Formal methods for prostate cancer Gleason score and treatment prediction using radiomic biomarkers // Magn. Reson. Imaging. Elsevier, 2020. Vol. 66, №April 2019. P. 165-175].
Средний возраст пациентов составляет 63 года [Matharu G.S. et al. Clinical Effectiveness and Safety of Aspirin for Venous Thromboembolism Prophylaxis After Total Hip and Knee Replacement A Systematic Review and Meta-analysis of Randomized Clinical Trials Supplemental content CME Quiz at jamanetwork.com/learning and CME Questions page 476 // JAMA Intern Med. 2020. Vol. 180, №3. P. 376-384].
Тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава (Total hip replacement -THR) является одной из самых распространенных хирургических процедур в мире, в частности, в рамках лечения терминальной стадии артроза тазобедренного сустава  et al Choice of implant combinations in total hip replacement: systematic review and network meta-analysis // BMJ. 2017]. Возрастная группа пациентов с конечной стадией артроза совпадает с группой пациентов с РПЖ. В совокупности это является проблемой в качественной визуализации и диагностике. Ожидается, что к 2030 году число процедур по эндопротезированию крупных суставов удвоится, что делает эту проблему еще более серьезной [Kurtz S. et al. Projections of primary and revision hip and knee arthroplasty in the United States from 2005 to 2030 // J. Bone Jt. Surg. - Ser. A. 2007. Vol. 89, №4. p. 780-785].
Из уровня техники известны следующие аналоги заявляемого технического решения:
Мультипараметрическая магнитно-резонансная томография (МРТ) предстательной железы является надежным инструментом для выявления клинически значимого рака предстательной железы (РПЖ), благодаря чему МРТ заняла важное место в рутинной клинической практике. В частности, диффузионно-взвешенные изображения (diffusion-weighted imaging - DWI) коррелируют с уровнем злокачественности опухоли по шкале Глисона. DWI являются незаменимой последовательностью для оценки простаты, в особенности периферической зоны, в которой находится до 80% клинически значимого РПЖ [Tang L., Zhou X.J. Diffusion MRI of cancer: From low to high revalues //  Reson. Imaging. 2019. Vol.49, №1. P. 23-40].
DWI и T2 ВИ (Т2 - взвешенное изображение) являются основными импульсными последовательностями оценки предстательной железы, в том числе по PI-RADS (Prostate Imaging and Reporting and Data System), где DWI играет ключевую роль в оценке периферической зоны, являющейся наиболее частой локализацией клинически значимого рака [Padhani A.R. et al. Prostate Imaging-Reporting and Data System Steering Committee: PI-RADS v2 Status Update and Future Directions // Eur. Urol. 2019. Vol. 75, №3].
Наиболее близким аналогом заявляемого способа, который можно рассматривать как прототип, являются рекомендации Американского колледжа радиологии (American College of Radiology - ACR), предлагающие регламент MP-сканирования и пятиуровневую классификацию результатов исследования PI-RADS. Протокол MP-исследования включает Т2 ВИ в сагиттальной, а также корональной или/и аксиальной плоскостях. Т1-взвешенные изображения (Т1 ВИ) выполняются в аксиальной плоскости, с подавлением сигнала от жировой ткани или без. DWI и ADC карты (Apparent diffusion coefficient maps - карты измеряемого коэффициента диффузии) планируются в аксиальной плоскости сканирования. Т1 с контрастным усилением также выполняется, [PI-RADSv2.1 // ACR - ESUR - AdMeTech 2019 - (https://www.acr.org/-/media/ACR/Files/RADS/PI-RADS/PIRADS-V2-1.pdf)]. Недостатком при этом является высокая чувствительность последовательности DWI к неоднородности магнитного поля и, как следствие, образование выраженных искажений (артефактов) от тазобедренных имплантов на изображениях. Данные артефакты делают невозможной оценку состояния ПЖ по результатам МРТ [Caglic I., Barrett Т. Optimising prostate mpMRI: prepare for success // Clin. Radiol. The Royal College of Radiologists, 2019. Vol. 74, №11. P. 831-840].
Для снижения площади и выраженности артефактов используют различные методы коррекции, включающие ручные подходы и готовые программные решения, в том числе при МРТ предстательной железы [Brendle С. et al. Diffusion-weighted imaging in the assessment of prostate cancer: Comparison of zoomed imaging and conventional technique // Eur. J. Radiol. Elsevier Ireland Ltd, 2016. Vol. 85, №5. P. 893-900; Czarniecki M. et al. Role of PROPELLER-DWI of the prostate in reducing distortion and artefact from total hip replacement metalwork // Eur. J. Radiol. Elsevier, 2018. Vol.102, №March. P. 213-219; Hargreaves B.A. et al. Metal-induced artifacts in MRJ // Am. J. Roentgenol. American Roentgen Ray Society, 2011. Vol. 197, №3. p. 547-555]. Однако, помимо визуального искажения, наличие импланта может приводить к снижению точности измерения ADC. Если присутствие металла влияет на данные интенсивности сигнала на DWI и ADC картах, врач интерпретирует некорректные сигнальные характеристики. В таком случае это приведет к неточности в диагностике, неоправданным инвазивным методам, затратам и дискомфорту пациента. Кроме того, настройка протокола сканирования часто занимает значительное количество времени. В результате пациент будет вынужден долго находится в томографе, график приема сбивается, что крайне неудобно как для пациента, так и для сотрудников отделения лучевой диагностики.
Таким образом, основные недостатки прототипа состоят в том, что из-за высокой чувствительности последовательности DWI к неоднородности магнитного поля образуются выраженные искажения (артефакты) от тазобедренных имплантов на изображениях, что делает невозможной оценку состояния ПЖ по результатам МРТ
Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, состоит в разработке единого стандарта диагностики пациентов с эндопротезами тазобедренных суставов на магнитно-резонансном томографе, в том числе с контрастным усилением, для оценки предстательной железы.
Достигаемым техническим результатом является универсальный (применимый на любом MP-томографе) алгоритм настройки специализированного протокола исследования предстательной железы, позволяющего снизить артефакты от тазобедренных имплантов, наилучшим образом визуализировать предстательную железу, парапростатическую клетчатку, выявить изменения злокачественного и доброкачественного характера, позволяя тем самым выбрать наиболее оптимальную тактику оперативного и консервативного лечения, значительно повысить эффективность лечения и избежать тяжелых последствий.
Заявляемый метод представляет оптимальный диагностический алгоритм настройки протокола, проведения исследования и диагностики пациентов с эндопротезами тазобедренных суставов.
Отличительными признаками заявляемого технического решения, которые позволяют решить поставленную техническую задачу, являются следующие:
- применение фантома, имитирующего предстательную железу и артефакты от импланта для настройки параметров протокола сканирования;
- применение технологии DIXON для получения постконтрастных Т1 ВИ.
Исследование пациентов с тазобедренными имплантами с целью оценки состояния предстательной железы проводится на МРТ с индукцией поля 1.5 и 3 Тл (преимущество отдается томографам 1.5 Тл, но допустимо 3 Тл, если это не противоречит требованиям, указанным в паспорте имплантируемого медицинского изделия).
В протокол включаются следующие импульсные последовательности (подробнее представлены ниже в Таблице 1):
- Т2 WI
- Т1 WI
- DWI
- ADC
- T1 DIXON WI с контрастным усилением
Для настройки протокола применяется фантом (тест-объект), имитирующий пациента и содержащий:
- модель предстательной железы, обеспечивающую сигнальные характеристики центральной и периферической зон, а также, опухоли, адекватные естественным
- тазобедренный имплант для обеспечения неоднородности магнитного поля.
С целью обеспечения необходимого качества визуализации, параметры импульсных последовательностей настраиваются таким образом, чтобы артефакт от импланта не перекрывал модель предстательной железы, а ее габаритные размеры и количественные характеристики изображения (среднее значение интенсивности сигнала в области, среднеквадратическое отклонение сигнала в области) не отличались от таковых для фантома без импланта более чем на 5%. При невозможности достижения требуемого соответствия среднего значения сигнала в области, следует ввести поправочный коэффициент для конкретного аппарата и протокола.
Для настройки импульсных последовательностей используются следующие подходы:
- преимущественное использование последовательностей спинового эха (SE)
- преимущественное использование импульсных последовательностей с подавлением сигнала от жировой ткани путем короткого времени инверсии-восстановления (STIR)
- повышение разрешения (увеличение РЕ no wrap, phase oversampling, частоты усреднений - avengers, NEX, NAQ)
- увеличение кратности параллельного сбора данных
- уменьшение значения echo space
- выбор меньшей толщины срезов
- уменьшение FOV до размеров, не превышающих габариты предстательной железы более чем на 10-15%
- максимальное расширение полосы пропускания приемника (bandwidth)
Кроме того, чтобы получить постконтрастные Т1 ВИ с подавлением сигнала от жировой ткани необходимо использование импульсных последовательностей на основе технологии DIXON (T1 DIXON АХ dynamic СЕ). Это является важным условием для получения качественных изображений, регистрации должного сигнала контрастного усиления и оптимального подавления сигнала от жировой ткани вблизи неоднородностей магнитного поля.
При поступлении пациента с тазобедренным имплантом на МРТ применяется следующая последовательность действий:
- проверка MP-совместимости импланта по паспорту изделия или заключению лечащего врача
- укладка пациента (в положении лежа на спине, нижняя часть туловища должна быть покрыта радиочастотной катушкой)
- выбирается ранее настроенный протокол
- сканирование пациента проводится на свободном дыхании
- в процессе сканирования контролируется состояние пациента посредством системы аудио- и видеосвязи
- при недостаточном качестве визуализации корректируются параметры импульсной последовательности, принимая во внимание вероятное снижение отношения сигнал/шум
- повторное сканирование (равно как и длительное сканирование в случае необходимости превышения ограничения производителя на общее время исследования) проводится не ранее чем через 15 минут с целью снижения риска чрезмерного нагрева импланта, если иное не указано в паспорте на имплант
Описание исследование проводиться врачом-рентгенологом в соответствии со стандартом репортирования PI-RADS, с указанием локализации металлоконструкции [PI-RADSv2.1 // ACR - ESUR - AdMeTech 2019 - (https://ww.acr.org/-/media/ACR/Files/RADS/PI-RADS/PIRADS-V2-
В Таблице 1. Представлен пример значений параметров импульсных последовательностей протокола для визуализации предстательной железы пациентов с тазобедренными имплантами
На Фиг. 1. представлены MP-изображения предстательной железы пациента с металлоконструкциями, полученные с использованием модифицированного протокола сканирования, причем пациенту было проведено двустороннее тотальное эндопротезирование тазобедренных суставов (слева - Т2 ВИ, корональная плоскость сканирования, справа - DWI аксиальная плоскость сканирования).
Описанный способ был реализован на аппаратах с индукцией магнитного поля 3 Тл. Поверх фантома была установлена и закреплена радиочастотная body катушка. Модель предстательной железы представляет собой цилиндр размерами (45×56 мм), распечатанный на 3д-принтере методом селективного лазерного спекания. Он имеет внутри себя вставки для имитации центральной зоны и опухоли. С целью имитации ограниченной диффузии модель была заполнена водным раствором поливинилпирролидона (ПВП) в концентрациях 40, 30 и 20% (центральная, периферическая зоны и «опухоль» соответственно). Данные значения соответствуют значениям ADC=1000 мм2/сек, 1250 мм2/сек и 1500 мм2/сек соответственно. Рядом с моделью железы в фантоме был помещен имплант для тотального эндопротезирования тазобедренного сустава из титанового сплава с целью получения на изображениях геометрических и иных искажений
Для настройки импульсных последовательностей подходы к снижению артефактов будут варьироваться и зависеть от ряда факторов (производителя томографа, индукции магнитного поля, модели и др). Подбор оптимального протокола сканирования разрабатывается в индивидуальном для каждого отделения порядке. При помощи фантома сформированы протоколы с параметрами сканирования, представленные в Таблицах 2, 3, 4.