СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ НАЧАЛЬНЫХ НАРУШЕНИЙ И НЕОДНОРОДНОСТИ ПЕРФУЗИИ МИОКАРДА ПО ДАННЫМ ОДНОФОТОННО-ЭМИССИОННОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ
METHOD OF MYOCARDIAL PERFUSION INITIAL DISTURBANCES AND NON-UNIFORMITY QUANTITATIVE ASSESSMENT ACCORDING TO SINGLE PHOTON EMISSION COMPUTED TOMOGRAPHY DATA

Изобретение относится к медицине, а именно к клинической кардиологии, и может быть использовано для количественной оценки начальных нарушений и неоднородности перфузии миокарда по данным однофотонно-эмиссионной компьютерной томографии.
Основным методом оценки перфузии миокарда в современной практической кардиологии является однофотонная эмиссионная томография (ОЭКТ). Этот метод прочно зарекомендовал себя для визуализации клеточной перфузии кардиомиоцитов, жизнеспособности и сократимости миокарда левого желудочка (ЛЖ), вне зависимости от наличия клинических проявлений заболеваний, связанных с повреждением миокарда. Метод основан на оценке распределения в миокарде введенного внутривенно радиофармпрепарата (РФП), которое происходит пропорционально коронарному кровотоку. Таким образом, метод предназначен для выявления стабильных и преходящих дефектов перфузии миокарда, которые могут возникать вследствие ишемии различного генеза, очагово-рубцового, воспалительного, дегенеративного повреждения левого желудочка. Основная клиническая задача перфузионной ОЭКТ миокарда - выявление стресс-индуцированной (преходящей) ишемии миокарда ЛЖ. Для решения этой задачи ОЭКТ проводят дважды - в покое и после нагрузочной пробы, после чего сопоставляют результаты обоих исследований. Высокая чувствительность ОЭКТ в выявлении стабильных и преходящих нарушений перфузии миокарда делает этот метод незаменимым для диагностики ишемической болезни сердца (ИБС), принятия решения о реваскуляризации и оценки ее эффективности. Показаны возможности перфузионной ОЭКТ в оценке улучшения перфузии миокарда на фоне гиполипидемической терапии у больных ИБС. Исследование клеточной перфузии миокарда при ОЭКТ дает достоверную прогностическую информацию о коронарных событиях у больных ИБС всех групп риска.
Перфузионная ОЭКТ миокарда изначально является полуколичественным методом, однако в последнее время интенсивно развиваются технологии количественной оценки дефектов перфузии. В ряде работ, в том числе на больших выборках (n=2203) показана возможность стратификации риска на основе подсчета количественных параметров перфузии, отражающих площадь и объем зон поражения миокарда при перфузионной ОЭКТ: SRS, SSS и SDS (Summed Rest, Stress, Difference Score). По результатам этих исследований, при увеличении SSS более 13 баллов у больных ИБС в течение двух лет, риск летального исхода достигает 2.9%, а при наличии инфаркта миокарда (ИМ) - 4.2%.
(Hsu C., Chen Y.W., Hao C.L, Chong J.T, Lee C.I, Tan H.T, Wu M.S, Wu J.C. Comparison of automated 4D-MSPECT and visual analysis for evaluating myocardial perfusion in coronary artery disease / Kaohsiung J Med Sci. 2008 Sep; 24(9):445-52.)
Однако важнейшим параметром по-прежнему остается площадь зоны преходящей ишемии (reversibility extent). Летальность при площади преходящей ишемии ЛЖ>20% пропорционально растет, достигая 6.5% в год. Более того, наличие перифокальной ишемии (вокруг зоны рубца после перенесенного ИМ) связано с более высоким риском кардиальной смерти, чем наличие зон ишемии, не связанных с рубцом.
(Hachamovitch R, Hayes SW, Friedman JD, Cohen I, Berman DS. Comparison of the short-term survival benefit associated with revascularization compared with medical therapy in patients with no prior coronary artery disease undergoing stress myocardial perfusion single photon emission computed tomography. Circulation. 2003; 107(23):2900-7.)
Недостатком способов оценки нарушений перфузии с помощью указанных стандартных параметров количественной оценки перфузии (процентами распространенности и суммами баллов) является их неспособность количественно отразить более тонкие нарушения перфузии, которые, тем не менее, при визуальной оценке в большинстве случаев хорошо заметны. Такие начальные нарушения или неравномерность перфузии обычно описываются как "неоднородность, неравномерность, мозаичность перфузии" или как "возможное наличие мелкоочаговых фиброзных изменений". В таких случаях изменение перфузии миокарда на фоне терапии так же может быть заметным визуально. Однако значения указанных стандартных параметров у этих пациентов оказываются в рамках нормальных значений, что делает невозможным их использование в качестве способа оценки эффекта терапии.
Задачей изобретения является создание эффективного и более чувствительного способа количественной оценки начальных нарушений и неоднородности перфузии миокарда, позволяющего более четко разграничить норму и начальную патологию.
Технический результат изобретения заключается в повышении точности определения нарушений перфузии миокарда.
т
н
Это достигается тем, что в заявляемом способе количественной оценки начальных нарушений и неоднородности перфузии миокарда, включающем проведение однофотонно-эмиссионной компьютерной томографии, согласно изобретению, определяют индекс тяжести нарушений перфузии σ и индекс неоднородности перфузии σ, которые рассчитывают как среднеквадратичные отклонения перфузии в сегментах по формуле:
т
н
ср
т
н
т
н
т
н
т
н
т
н
т
н
где n - число сегментов, Р - значение относительной перфузии в сегменте (в %), М[Р] - математическое ожидание для Р и М[Р] для индекса тяжести σ - 100%, а для индекса неоднородности σ - среднее арифметическое значение относительной перфузии во всех сегментах (Р) и при значениях σ<20 и σ не более 6,1 перфузию миокарда считают нормальной; при значениях σ>20 и σ<6,1 или σ>25 и 6,1<σ<10 - судят о неравномерности перфузии с множественными участками снижения перфузии; при значениях σ<25 и 6,1<σ<10 или 20<σ<25 и σ>10 - судят о неравномерности перфузии с единичным участком снижения перфузии; при значениях σ>25 и σ>10 судят о наличии достоверных дефектов перфузии.
Способ осуществляется следующим образом.
Для определения у пациента изменения перфузии миокарда проводят однофотонную эмиссионную томографию (ОЭКТ). Параметры записи и обработки данных проводят по стандартной методике: вводимая активность - 370 МБк, запись изображений сердца - через 60 мин после введения радиофармпрепарата (РФП), угол между детекторами ОЭК-томографа - 90°, фотопик - 140.5 КэВ, ширина окна дискриминатора - 20%, угол вращения детекторов - 180°, число проекций - 32 (16×2), матрица - 64×64 пикселов, увеличение - ×1.46, разрешение - 6.3 мм, время записи одной проекции - 30 секунд, число импульсов на одну проекцию - не менее 70 тыс. Параметры низкодозовой КТ для коррекции поглощения излучения: напряжение на трубке - 120 кВ, сила тока - 5 мА, время оборота трубки - 60 сек, разрешение - 2 мм. Реконструкцию проекций с получением томографических срезов проводят с помощью программы AutoSPECT и итеративного алгоритма Philips Astonish (число итераций - 3, субнаборов - 8, сглаживание отключено), количественную оценку перфузии - в пакете Cedar-Sinai AutoQUANT QPS/QGS v.7.2. В результате получают полярные карты перфузии ЛЖ (с коррекцией поглощения - АС и без коррекции - nАС).
т
н
т
н
Предлагаемые два новых параметра - индекс тяжести нарушений перфузии (σ) и индекс неоднородности перфузии (σ), рассчитывают как среднеквадратичные отклонения перфузии в сегментах относительно их математического ожидания (оно различно для σ и σ):
т
н
ср
где n - число сегментов, Р - значение относительной перфузии в сегменте (в %), М[Р] - математическое ожидание для Р. М[Р] для индекса тяжести σ - 100%, для индекса неоднородности σ - среднее арифметическое значение относительной перфузии во всех сегментах (Р).
т
т
т
н
ср
н
Для индекса тяжести σ в качестве М[Р] используют значение 100%, то есть σ будет увеличиваться пропорционально общей тяжести нарушений перфузии, а при идеально равномерной перфузии (100% во всех сегментах) σ=0. Для индекса неоднородности σ в качестве М[Р] используют среднее арифметическое значение относительной перфузии во всех сегментах (Р), то есть σ будет увеличиваться при большом разбросе относительной перфузии в сегментах, т.е. при наличии единичных, но глубоких нарушений перфузии (которые скорее соответствуют ПИКС), а уменьшаться не только в норме, но и при ситуациях, которые принято описывать как "неоднородность перфузии", т.е. при наличии множества мелких участков гипоперфузии.
т
н
т
н
т
н
т
н
т
н
т
н
При значениях σ<20 и σ не более 6,1 перфузию миокарда считают нормальной; при значениях σ>20 и σ<6,1 или σ>25 и 6,1<σ<10 - судят о неравномерности перфузии с множественными участками снижения перфузии; при значениях σ<25 и 6,1<σ<10 или 20<σ<25 и σ>10 - судят о неравномерности перфузии с единичным участком снижения перфузии; при значениях σ>25 и σ>10 судят о наличии достоверных дефектов перфузии.
Примеры осуществления способа представлены подробным описанием и сопутствующими чертежами.
Фиг. 1 - пример полярной карты перфузии ЛЖ. Числа (Р) отражают относительную перфузию (в %) в данном сегменте, где: А - карта без коррекции поглощения (nAC); Б - карта с коррекцией поглощения (АС); В - карта перфузии, составленная из максимальных значений относительной перфузии (Р) в соответствующих сегментах обоих исходных изображений (эти значения обведены на изображениях А и Б). Зачеркнутые сегменты исключены из анализа.
т
н
Фиг. 2 - значения новых параметров σ и σ в исследуемых группах.
Фиг. 3 - значения стандартных параметров Rest Extent и SRS в исследуемых группах.
т
н
Фиг. 4 - примеры σ и σ в исследуемых группах, где: А - идеальная (теоретическая) картина распределения РФП; Б - норма (группа 1); В - единичная неравномерность (группа 2); Г - мозаичное распределение РФП (группа 3); Д - достоверный дефект перфузии (группа 4).
Фиг. 5 - снижение перфузии в процентах.
т
н
99m
В ретроспективное исследование, посвященное определению диагностических возможностей индекса тяжести нарушений перфузии σ и индекса неоднородности перфузии σ, было включено 80 пациентов, которым была выполнена перфузионная ОЭКТ миокарда с Tc-МИБИ по протоколу покой/нагрузка, с КТ-коррекцией поглощения излучения.
Отбирались пациенты, у которых на момент проведения ОЭКТ миокарда не было симптомов ИБС, результаты нагрузочной ЭКГ-пробы были отрицательными, по данным ОЭКТ не было выявлено признаков крупноочагово-рубцовых повреждений миокарда и/или преходящей ишемии миокарда. Для количественного анализа использовались только томосцинтиграммы в покое. Параметры записи и обработки данных у всех пациентов были идентичны: вводимая активность - 370 МБк, запись изображений сердца - через 60 мин после введения РФП, угол между детекторами ОЭК-томографа - 90°, фотопик - 140.5 КэВ, ширина окна дискриминатора - 20%, угол вращения детекторов - 180°, число проекций - 32 (16×2), матрица - 64×64 пикселов, увеличение - ×1.46, разрешение - 6.3 мм, время записи одной проекции - 30 секунд, число импульсов на одну проекцию - не менее 70 тыс. Параметры низкодозовой КТ для коррекции поглощения излучения: напряжение на трубке - 120 кВ, сила тока - 5 мА, время оборота трубки - 60 сек, разрешение - 2 мм. Реконструкцию проекций с получением томографических срезов проводили с помощью программы AutoSPECT и итеративного алгоритма Philips Astonish (число итераций - 3, субнаборов - 8, сглаживание отключено), количественную оценку перфузии - в пакете Cedar-Sinai AutoQUANT QPS/QGS v.7.2. В результате получали полярные карты перфузии ЛЖ (с коррекцией поглощения - АС и без коррекции - nАС).
Пациенты, включенные в исследование, были разделены на 4 группы, сформированные согласно визуальной картине перфузии миокарда. Группу 1 составили 20 здоровых добровольцев - лиц с низким риском ИБС и визуально нормальной перфузией миокарда. У 40 пациентов распределение РФП было визуально неравномерным, из них группу 2 составили 20 пациентов с единичной зоной начальной гипоперфузии, группу 3 - 20 пациентов с несколькими такими зонами. Группу 4 составили 20 пациентов с мелкоочаговыми нарушениями перфузии, которые визуально трактовались как достоверные.
Количественная оценка нарушений перфузии проводилась после картирования ЛЖ на 17 стандартных сегментов и включала расчет как стандартных, так и разработанных новых параметров. Стандартные параметры вычислялись автоматически средствами программы QPS и включали:
- значения относительной перфузии в каждом сегменте, в % от пиксела с максимальной интенсивностью сигнала (принятого за 100%) (Фиг. 1). Эти значения относительной перфузии в каждом сегменте градуировались по балльной шкале: от 0 (нормальная перфузия) до 4 (отсутствие перфузии), соответственно разработанным производителем и встроенным в QPS нормализованным картам ("базам нормы"). Сумма полученных баллов по всем 17 сегментам для исследования в покое - это SRS (Summed Rest Score);
- распространенность дефектов перфузии в покое (Rest Extent) в % от площади ЛЖ. Зона снижения перфузии трактуется как дефект, если это снижение превышает 2.5 среднеквадратичных отклонения от нормы.
Проводили ОЭКТ миокарда с КТ-коррекцией, при этом получали два набора перфузионных томосцинтиграмм - с коррекцией (АС) и без нее (пАС). Известно, что эти два набора в большинстве случаев имеют заметные визуальные и количественные различия. Так, для нескорректированных томосцинтиграмм характерны ложные дефекты перфузии по нижней стенке, для скорректированных - по верхушечным сегментам, поэтому при визуальном анализе изображений всегда оцениваются оба набора. Для формализации этого подхода, в качестве Ρ для каждого сегмента использовали максимальное из двух чисел (на АС и nAC-изображениях) в этом сегменте (Фиг. 1).
При этом значения SRS и Rest Extent использовали только из АС-изображений. Теоретическим обоснованием такого решения могут служить данные о том, что эти значения на nAC-изображениях занижены, в связи с тем, что при их расчете используются недостаточно точные базы нормы, не учитывающие поглощение излучения.
т
н
т
н
Предлагаемые два новых параметра - индекс тяжести нарушений перфузии (σ) и индекс неоднородности перфузии (σ), рассчитывались как среднеквадратичные отклонения перфузии в сегментах относительно их математического ожидания (оно различно для σ и σ):
т
н
ср
где n - число сегментов, Р - значение относительной перфузии в сегменте (в %), М[Р] - математическое ожидание для Р. М[Р] для индекса тяжести σ - 100%, для индекса неоднородности σ - среднее арифметическое значение относительной перфузии во всех сегментах (Р).
т
н
Стандартная обработка проводится при картировании полярной карты на 17 сегментов (n=17), однако, в данном исследовании были исключены из статистического обсчета базальные сегменты перегородочной стенки - сегменты 2 и 3 (см. Фиг. 1). Это связано с тем, что ЛЖ не имеет идеально сферической формы, и при автоматическом его обведении в большинстве случаев в указанных сегментах находится не только миокард, но часть хуже перфузируемого фиброзного кольца. В результате в этих сегментах программа часто указывает заниженные значения Р, что имитирует рубцовое повреждение и искажает статистические расчеты (Фиг. 1). Таким образом, для изображения 1В с учетом двух исключенных сегментов (n=15), σ и σ вычислялись следующим образом:
Распределения исследуемых значений были нормальными по критерию Шапиро-Уилка во всех сравниваемых группах, поэтому данные анализировались параметрическими методами: средние представлены в виде "среднее арифметическое±стандартное отклонение", при сравнении средних независимых групп использовали непарный t-критерий, различия в группах считались достоверными при р<0.05.
Результаты исследования приведены на Фиг. 2 и 3.
т
н
т
н
т
н
Как видно на Фиг. 2, новые параметры σ и σ достоверно различались во всех парах из исследуемых четырех групп, кроме пары 2-3 для σ и пары 1-3 для σ. Это означает, что σ позволяет разграничивать группы нормы, неравномерности и достоверных нарушений перфузии. При этом от достоверно не отличается в двух группах с различным типом неравномерности перфузии, однако в этих же группах достоверно различается показатель σ. В то же время, как следует из значений, показанных на Фиг. 3, Rest Extent и SRS достоверно различаются только между группой нормы и достоверных нарушений, не позволяя количественно разграничить группы нормы и неравномерной перфузии. Нужно отметить, что ни в одном случае из групп 2 и 3 SRS не превышал пороговое значение в 6 единиц, то есть при визуальной неоднородности перфузии, согласно параметру SRS, она должна быть трактована как нормальная, что с клинической точки зрения неверно.
т
н
т
н
т
н
н
н
т
т
н
На Фиг. 4 приведены наиболее типичные примеры распределения РФП в ЛЖ, которые послужили критерием отбора пациентов в ту или иную группу. Видно, что σ отражает общую тяжесть нарушений перфузии, a σ - неравномерность, "разброс" относительной перфузии по сегментам. В идеальном случае (абсолютно равномерной перфузии) σ и σ будут равны 0 Фиг. 4А). В норме, однако, существует небольшая неравномерность перфузии (Фиг. 4Б), не превышающая определенного порога (вероятно, не более 20% для σ и 6% для σ). Распределение РФП, которое трактуется как "неравномерное" и которое обычно трактуется либо как вариант нормы, либо как наличие начальных, недостоверных нарушений перфузии, включает в себя два наиболее общих варианта. В первом варианте (группа 3) отмечаются единичные локализованные зоны несколько сниженной перфузии (Фиг. 4 В), которые характеризуются более высоким значением σ. Второй вариант (группа 4) называют "мозаичным" (Фиг. 4Г), со значением σ, близким к норме, но более высоким значением σ. При достоверных же дефектах перфузии (Фиг. 4Д), σ и σ будут значительно повышены, но для подобных и более тяжелых дефектов уже пригодны стандартные параметры.
Пример 1
т
н
Пациент с начальными проявлениями ишемической болезни сердца и невыраженными дефектами перфузии миокарда ЛЖ верхушечной и перегородочной локализации. Рассчитали значения σ и σ, согласно предложенному способу.
т
н
Параметры σ и σ вычисляли следующим образом:
т
н
Значения σ=26, σ=9,3 - соответствуют наличию множественных дефектов (в данном случае - верхушечной и перегородочной локализации).
Пример 2
т
н
Пациент с низким риском ИБС и нормальной перфузией миокарда. Рассчитали значения σ и σ согласно предложенному способу.
т
н
Значения σ=17.1, σ=6,1 соответствуют нормальной перфузии миокарда.
т
н
Таким образом, использование параметров σ и σ при оценке перфузии миокарда имеет следующие преимущества:
1) они позволяют естественным образом описывать значения относительной перфузии в процентах - базового параметра, лежащего в самой основе полуколичественной оценки перфузионных сцинтиграмм;
2) являются непрерывными числами, что позволяет применять к ним сравнительные тесты, в то время как суммы баллов (SRS, SSS и SDS) - это порядковые числа, к которым применение сравнительных тестов, строго говоря, некорректно;
3) эти параметры, в отличие от стандартных, можно применить к любой комбинации сегментов, что может быть полезным для расчетов по стенкам ЛЖ или бассейнам определенных КА;
4. эти параметры являются более чувствительными, они позволяют количественно охарактеризовать изменения перфузии, которым ранее можно было дать лишь визуальное описание.