СПОСОБ КОНТРАСТИРОВАННОЙ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ АНГИОГРАФИИ СОСУДОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА
METHOD FOR CONTRAST MAGNETIC RESONANCE ANGIOGRAPHY OF CEREBRAL VESSELS

Изобретение относится к медицине, а именно к области лучевой диагностики, и может быть использовано в магнитно-резонансной томографии при проведении магнитно-резонансных ангиографических исследований головного мозга.
Известен способ магнитно-резонансной контрастированной визуализации сосудов головного мозга для диагностики артериальных аневризм, детально представленный [1, 2, 3] и заключающийся во внутривенном введении обследуемому гадолинийсодержащего соединения (Gd-DTPA, Gd-DO3A, Gd-DOTA и др.) объемом дозы до 20 мл в концентрации 0,5 ммоль/мл со скоростью 1-2 мл/сек с последующей промывкой системы физиологическим раствором в объеме до 30 мл. Сканирование выполняется с помощью импульсной последовательности 3D быстрого градиентного эха (3DFFE, 3DFLASH), как правило, при использовании высокопольного сверхпроводящего MP-томографа с напряженностью поля 3.0 тесла и последующей трехмерной реконструкцией распределения гадолинийсодержащего препарата.
Недостатками представленного способа следует выделить - малую доступность высокопольного сверхпроводящего MP-томографа с напряженностью поля 3.0 тесла, отсутствие преимуществ контрастной 3DFFE ангиографии относительно бесконтрастной 3DTOF ангиографии, а также отсутствие динамики. информативности при их совместной оценке, как следствие, неоправданно высокая стоимость магнитно-резонансного ангиографического исследования.
Данный способ является наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату и выбран в качестве прототипа.
Задачей изобретения является повысить доступность методики контрастированной магнитно-резонансной ангиографии (МРА) с помощью высокопольного сверхпроводящего МР-томографа с напряженностью поля 1.5 тесла, повысить информативность контрастной 3DFFE МРА относительно бесконтрастной 3DTOF МРА в диагностике артериальных аневризм.
Задача решается тем, что проводят комплексное магнитно-резонансное ангиографическое исследование головного мозга путем последовательного выполнения 2D исследования взвешенного по Т2 и по Т1 до и после введения контрастного препарата-парамагнетика, а также бесконтрастную 3DTOF и контрастную трехфазную 3DFFE ангиографию. Для увеличения контрастности артериальных сосудов головного мозга используют малые углы поворота FA=13 и вводят гадолиний- или марганецсодержащий контрастный препарат в течение всей первой фазы 3DFFE исследования со скоростью 1 мл/сек в концентрации 0,25 ммоль/мл, в дозировке, зависящей от длительности одной фазы 3DFFE исследования: 0,1 ммоль/кг - до 20 секунд, 0,15 ммоль/кг - до 40 секунд и 0,2 ммоль/кг - до 60 секунд. В качестве парамагнитного контрастного вещества используют гадолинийсодержащие контрастные препараты (на основе Gd-DTPA, Gd-DO3A или Gd-DOTA) или комплекс марганца (II) с транс-1,2-циклогександиамин-N,N,N′,N′-тетрауксусной кислотой (ЦДТА).
Новым в предлагаемом способе является использование низкого угла поворота FA=13, сниженной концентрации парамагнетика для увеличения объема вводимого контрастного препарата без потери качества ангиографических изображений благодаря дозозависимому эффекту парамагнетиков и длительной циркуляции циклических контрастных соединений (Gd-DO3A, Gd-DOTA и Mn-CDTA); использование в качестве парамагнитного контрастного вещества комплекса Mn(II) с транс-1,2-циклогександиамин-N,N,N,N-тетрауксусной кислотой (ЦДТА), а также использование доз контрастного соединения в зависимости от длительности одной фазы 3DFFE исследования.
Изобретение будет понятно из следующего. В экспериментальных исследованиях на фантомах (рис.1) визуализируются изменения интенсивности изображения Т1-взвешенного 3DFFE изображения с Mn-CDTA и Gd-DTPA: при уменьшении градуса отклонения (FA) отмечается проградиентный рост интенсивности фантомов, содержащих контрастное соединение, в каждом случае. При угле отклонения FA=12 градусов согласно критерию Стьюдента определяется значимое различие интенсивности изображения воды (p<<0.05) от фантома при FA=30 градусов, а при угле отклонения FA=13 градусов различия интенсивностей фантома с водой отличаются незначимо (p>0.05). Таким образом, наиболее оптимальным углом отклонения следует считать FA=13 градусов.
При угле поворота FA=30 градусов коэффициенты контраст-шум (CNR) для фантомов 0.25, 0.5, 1.0 и 2.0 ммоль/л составили соответственно 2.5±2.4, 11.2±3, 28.2±4.6, 58.1±6.3. При снижении угла поворота до FA=13 градусов коэффициенты контраст-шум (CNR) соответственно составили 17.1±1.5, 32.6±1.5, 52.7±2.3, 74.0±2.7. При статистическом парном анализе по Т-критерию различия носят значимый характер (p<0.05). Таким образом, уменьшение угла поворота до 13 градусов вызывает значимое усиление 3DFFE изображения.
При использовании стандартной дозы 0,1 ммоль/кг и при времени сканирования 53 секунды отмечается выраженное снижение контрастного эффекта (рис.2). В данном примере отношение контраст-шум для супракавернозного сегмента ВСА (справа) в артериальную фазу составил CNR=11.9, а в венозную CNR=22.1.
В клиническом исследовании (табл.1) целью явился поиск оптимальной дозы контрастного препарата (Gd-DO3A) при выполнении контрастной МРА по протоколу 3DFFE с длительностью одной фазы сканирования до 60 секунд.
В таблице 1 представлено отношение контраст-шум (CNR) для средней мозговой артерии с обеих сторон при контрастной МРА с препаратом гадовист (Gd-DO3A) в дозе 0.2 и 0.15 ммоль/кг веса длительностью до 60 секунд.
Таблица 1
Доза
0.2 ммоль/кг (n-20)
0.15 ммоль/кг (n=20)
Mean
Нижний квартиль
Верхний квартиль
SD
Mean
Нижний квартиль
Верхний квартиль
SD
С
С
N
N
R
R
Артериальная фаза
СМА справа
72,1
64,9
88,4
14,7
53,6
38,8
73,9
22,2
СМА слева
64,5
53,9
81,2
16,3
40
30,6
69,5
22,3
Венозная фаза
СМА справа
63
56,7
69,3
8,5
61,8
51,2
74,7
16,3
СМА слева
59,6
52,5
67,2
9,5
64,1
50,6
69,5
15,7
Примечание: n - общее количество точек измерений в 16 ангиографических исследованиях в дозе 0.15 и 0.2 ммоль/кг, Mean CNR - среднее значение отношения контраст-шум, SD - стандартное отклонение, СМА - средняя мозговая артерия.
При статистической оценке различий коэффициентов контраст-шум (CNR) на левой и на правой СМА в первой группе с дозой 0.15 ммоль/кг для зависимых выборок в артериальную и венозную фазы по критерию Вилкоксона выявлены значимые различия (p<0.05) коэффициентов контраст-шум (CNR) только на левой артерии в артериальную и венозную фазы. В артериальную фазу контрастность левой СМА находится на низком уровне, а в венозную фазу увеличивается, что говорит о недостаточности дозы контрастного препарата для получения оптимального контрастирования артерий. Во второй группе в дозе 0.2 ммоль/кг выявлены значимые различия (p<0.05) как в левой, так и в правой СМА в артериальную и венозную фазы, причем в дозе 0.2 ммоль/кг контрастность левой и правой СМА в артериальную фазу выше, чем в венозную. Таким образом, контрастный эффект зависит от дозы, а не от концентрации раствора контрастного препарата.
В клиническом примере (рис.3) представлено, что при увеличении дозы контрастного препарата до 0,2 ммоль/кг веса, а также при разведении контрастного препарата (гадовист в соотношении 1:3) и скорости введения контрастного препарата до 1 мл/сек получено преобладание интенсивности артерий головного мозга над интенсивностью от сосудов венозного русла в течение первой фазы сканирования. Во вторую фазу сканирования наблюдалось выравнивание контрастности артерий и вен головного мозга.
При исследовании патологии сосудов головного мозга методами 3DTOF и 3DFFE ангиографии у пациентов (n=88) с артериальными аневризмами и пороками развития сосудов головного мозга выявлено, что при использовании 3DFFE ангиографии значимых различий (по Каппа анализу) с 3DTOF в информативности диагностики артериальных аневризм не выявлено, хотя при 3DTOF было выявлено 3 ложно отрицательных результата, хорошо видимых при 3D FFE ангиографии. При диагностике сосудистых мальформаций (артериальных, венозных и смешанных) с использованием 3DFFE ангиографии отмечается значимое увеличение чувствительности на 53% в сравнении с 3DTOF относительно результатов объединенной диагностики, включающей 2D исследование, взвешенное по Т2 и по Т1 до и после контрастного усиления, а также бесконтрастную 3D TOF и контрастную 3D FFE ангиографию.
Принципиальным преимуществом предложенного алгоритма комплексного магнитно-резонансного ангиографического исследования головного мозга является то, что данная методика может быть выполнена на любых магнитно-резонансных томографах с напряженностью магнитного поля 1.5 тесла и с диагностической точностью 100%.
Отличительные признаки проявили в заявленной совокупности принципиально новые свойства, не вытекающие из уровня техники и неочевидные для специалиста.
Идентичной совокупности в известных решениях нами не обнаружено. Предлагаемый способ может быть использован в практическом здравоохранении для исследований головного мозга. Исходя из вышеизложенного следует считать заявляемое изобретение соответствующим условиям патентоспособности «Новизна», «Изобретательский уровень», «Практическая применимость».
Изобретение будет понятно из следующего описания и приложенных к нему рисунков.
На рис.1 представлен фантомный эксперимент в режиме 3DFFE при угле отклонения 30 (слева) и 13 (справа) градусов: в колонках сверху-вниз изменение концентрации 0.25, 0.5, 1.0 и 2.0 ммоль/л, в строке слева-направо контрастные соединения различной давности изготовления: Mn-CDTA (1 неделя), Mn-CDTA (3 года), Mn-CDTA (4 года) и Gd-DTPA (омнискан 4-5 лет).
На рис.2 представлен клинический пример пациентки К., 41 год. Проекции максимальной интенсивности субтракционной контрастной МРА высокого пространственного разрешения в артериальную, венозную и позднюю венозную фазы.
На рис.3 представлен клинический пример пациента А., 53 г. Субтракционные изображения проекций максимальных интенсинвостей при MP-ангиографии 3DFFE сосудов головного мозга с гадовист (Gd-DO3A): артериальная и венозная фаза контрастного усиления. Отношение контраст-шум в артериальную фазу обеих СМА составило 60,2±14,0
Способ осуществляется следующим образом.
Пациент размещается на диагностическом столе MP-томографа в соответствии с конструктивными требованиями конкретной MP-томографической установки. Затем выполняют магнитно-резонансную томографию в Т2- и Т1-взвешенном режиме, в стандартных режимах для данного типа оборудования, в аксиальных, сагиттальных или фронтальных плоскостях либо в плоскостях, ориентированных по плоскостям, параллельным основанию головного мозга, с полным охватом головного мозга.
Затем выполняют бесконтрастную 3DTOF ангиографию толщиной среза не менее 1,3 мм с интерполяцией и полным охватом области головного мозга. Затем выполняют первую фазу 3DFFE ангиографии до контрастного усиления с толщиной среза до 2,4 мм, общим числом до 80, с полным покрытием области головного мозга, длительностью одной фазы сканирования до 60 секунд. Вторая фаза 3DFFE исследования выполняется на фоне болюсного внутривенного введения контрастного препарата на основе гадолиния (Gd-DTPA, Gd-DO3A или Gd-DOTA) или раствор марганца (II)-CDTA в концентрации 0,25 ммоль/мл, в дозе 0,2 ммоль/кг, со скоростью 1 мл/сек. Время начала сканирования второй фазы может быть зафиксировано на 13 секунде или может подбираться проспективно с использованием функции мониторирования поступления болюса в область интереса. Последовательно выполняются третья и четвертая фазы контрастной 3DFFE ангиографии (рис.3). Затем выполняют магнитно-резонансную томографию с получением Т1-взвешенных изображений с соблюдением тех же параметров исследования, что и до введения этого парамагнитного контрастного вещества.
Затем производят сравнение интенсивности изображений магнитно-резонансной томографии в Т1-взвешенном режиме до и после введения контрастного соединения. Усиление МРТ-изображения головного мозга в результате введения контрастного препарата происходит пропорционально накоплению, которое в свою очередь отражает степень повреждения гематэнцефалического барьера ткани головного мозга. Ангиографические изображения бесконтрастной и контрастной ангиографии сначала оцениваются раздельно, а потом результаты сопоставляются между собой и с 2D исследованием до и после контрастного усиления.
Предлагаемый способ исследован с гадолинийсодержащими контрастными препаратами в группе пациентов с сосудистой патологией (n=88). Получены данные об информативности диагностики заболеваний сосудов головного мозга методом комплексной магнитно-резонансной ангиографии при использовании комплексных соединений гадолиния (Gd-DO3A и Gd-DTPA). Доказана эквивалентность возможностей визуализации крупных сосудов тела и области головы в эксперименте между Gd-DO3A и Mn-CDTA. Исходя из большей доступности и дешевизны (факт, не требующий доказательства) магнитно-резонансных томографов с напряженностью магнитного поля 1.5 тесла, чем 3.0 тесла, а также высокой эффективности визуализации сосудов головного мозга в эксперименте на животных и при клинических исследованиях можно заключить, что использование способа позволит значительно улучшить диагностику заболеваний сосудов головного мозга, а в случае внедрения в клиническую практику соединения Mn-CDTA в качестве контрастного препарата снизит себестоимость исследования по сравнению с традиционно используемыми методами визуализации.
Литература
1. Pierot L, Portefaix С, Rodriguez-Régent С, Gallas S, Meder JF, Oppenheim С Role of MRA in the detection of intracranial aneurysm in the acute phase of subarachnoid hemorrhage. J Neuroradiol. 2013 Jul; 40(3):204-10. doi: 10.1016/j. neurad. 2013.03.004. Epub 2013 May 9.
2. Pierot L, Portefaix C, Boulin A, Gauvrit JY. Follow-up of coiled intracranial aneurysms: comparison of 3D time-of-flight and contrast-enhanced magnetic resonance angiography at 3T in a large, prospective series Eur Radiol 2012 Oct; 22(10):2255-63. doi: 10.1007/s00330-012-2466-6. Epub 2012 May 9.
3. Mujagić S, Bećirović-Ibrišević J. The developmental venous anomaly associated with the cavernous malformation Acta Med Acad. 2012; 41(2):219-20. doi: 10.5644/ama2006-l24.55.