СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ Т2-РЕЛАКСАЦИИ, КАК КОЛИЧЕСТВЕННОГО МАРКЕРА ПАТОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ Российский патент 2023 года по МПК A61B6/00 

Изобретение относится к медицине, в частности к лучевой диагностике. Может быть использовано при диагностике патологических изменений в любых органах и тканях, проявляющихся отеком, а также дальнейшем динамическом контроле этих изменений в процессе лечения и выздоровления.

Отек - это распространенное проявление патологических изменений, связанных с воспалительным или травматическим повреждением органов и тканей, в частности скелетных мышц (Sein Anand L., Kosiak W., Medical Ultrasonography, 2020, Vol.22 (1), P. 92-96; Kumar Y. et al., European Journal of Radiology, 2016, Vol.85 (5), P. 922-935).

В диагностике мышечных заболеваний выделяют отдельный синдром, характеризующийся отечными изменениями мышечной ткани. Перечень заболеваний, проявляющихся данным синдромом, включает в себя травматические и инфекционные повреждения скелетных мышц, воспалительные и наследственные миопатии, лекарственные миопатии, воздействие ионизирующих излучений (на фоне лучевой терапии), острый мышечный некроз (рабдомиолиз) и другие (Smitaman Е. et al., RadioGraphics, 2018, Vol.38 (2), P. 500-522). Магнитно-резонансная томография обладает высокой чувствительностью в диагностике отечных изменений, но низкой специфичностью (Mankodi A. et. al., Neuromuscular disorders: NMD, 2017, Vol.27 (8), P. 705-714). При этом существует проблема динамической оценки выявленных изменений в связи с отсутствием количественного МР-критерия оценки повреждения мышечной ткани при исследовании предустановленным набором импульсных последовательностей (Agten С.A. et al., American Journal of Roentgenology, 2016, Vol.208 (2), P. 402-412, Cunningham J. et al., Skeletal radiology, 2016, Vol.45 (8), P. 1069-78, Kim H.K. et al., Medicine (Baltimore), 2018, Vol.97 (33), P. el 1848).

Для решения указанных проблем используются методики количественной оценки, такие как протоколы релаксометрии - программы измерения времени T1, Т2 и Т2* релаксации - физических характеристик тканей, для которых характерны стабильные значения (при одинаковой индукции внешнего магнитного поля) в состоянии нормы (Patten С, Meyer R.A., Fleckenstein J.L., Seminars in Musculoskeletal Radiology, 2003, Vol.7 (4), P. 297-305) и изменение при патологии (Kim H.K. et al., Radiology, 2010, Vol.255 (3), P. 899-908, Mankodi A. et al., Neuromuscular disorders: NMD, 2015, Vol.27 (8), P. 705-714). Наиболее эффективным параметром ряд авторов указывает измерение Т2-релаксации (Yao L. et al., Rheumatology, 2015, Vol.55 (3), P. 441-449, Суслов B.M. и др., Педиатр, 2019, Т. 10 (4), С.31-37).

Программное обеспечение для количественной оценки обычно не входит в обычный пакет поставки магнитно-резонансных томографов. При наличии же данного обеспечения пользователь может проводить измерения только на рабочей станции без возможности удаленной работы, чем замедляет проведение дальнейших обследований.

Предложен способ проведения магнитно-резонансной Т2-релаксометрии и доказана его эффективность на примере диагностики отечных заболеваний мышечной ткани без привязки к степени оснащенности MP-сканера. Целью методики является получение значения времени Т2-релаксации в области интереса в миллисекундах, позволяющее врачу-рентгенологу сравнить данное значение с средней нормой или окружающими тканями и сделать вывод о наличии или отсутствии патологических изменений, а также в дальнейшем контролировать процесс восстановления целостности тканей. Данный способ позволит принимать решение о наличии патологических изменений в сомнительных случаях при затруднении визуального определения гиперинтенсивного сигнала области интереса. Также при накоплении информации о значениях Т2-релаксации при различных патологических изменениях мягких тканей можно сделать вывод о пороговых значениях для определенных нозологических форм. Методика может быть воспроизведена на любом аппарате для МРТ с напряженностью магнитного поля 1,5 Тл вне зависимости от его комплектации.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе измерения Т2-релаксации, как количественного маркера патологических изменений измерение проводят на высокопольном магнитно-резонансном томографе с индукцией магнитного поля не менее 1,5 Тл, производят настройку импульсных последовательностей MP-сканера с получением нескольких изображений (n) одного уровня среза с различными значениями времени эхо - time echo (ТЕ), а именно при получении изображений либо используют импульсные последовательности Т2-взвешенных изображений n=6 раз на одну область с равномерным изменением значения ТЕ в диапазоне от 8 до 120 мс, например, значения: 10, 32, 54, 76, 98, 120 мс; либо производят модификацию классической импульсной последовательности Т2-ВИ в последовательность множественного эха с n=15 значениями ТЕ с размером вокселей 2×2×5 мм; затем на нужном уровне среза выделяют область, где требуется определение времени релаксации, затем данную область копируют и вставляют во все изображения данного среза с различными ТЕ с фиксацией полученных средних значений интенсивности сигнала ИС, затем определяют значение Т2 в мс по формуле:

где LN - функция расчета натурального логарифма;

LOGEST (ЛГРФПРИБЛ) - функция вычисления экспоненциального значения и возвращения массива значений;

А2:A_n - столбец значений ТЕ (начинается со 2 строки);

В2:B_n - столбец значений ИС (начинается со 2 строки);

n - количество изображений на 1 уровень среза.

Изобретение поясняется фиг. 1, на которой показаны параметры модифицированной импульсной последовательности для проведения Т2-релаксометрии. На фиг. 2 приведены Т2-взвешенные изображения МРТ средней трети бедра в аксиальной плоскости с различными значениями ТЕ (от 8 мс до 120 мс), с выделением ROI. На фиг. 3 показана кривая отношения интенсивности сигнала к времени эхо с примером расчета времени релаксации. На фиг. 4 показана цветовая карта времени Т2-релаксации средней трети бедра в аксиальной плоскости у пациента с рабдомиолизом широких мышц бедра, полученная протоколом MAGIC.

Исследование проводится в положении пациента лежа на спине с использованием катушки для исследования поверхностных органов и встроенных катушек. Поставленная задача решается настройкой импульсных последовательностей MP-сканера с получением нескольких изображений (n) одного уровня среза с различными значениями времени эхо - time echo (ТЕ) и дальнейшей постпроцессорной обработкой. Предлагается два варианта получения изображения:

1) Использование импульсных последовательностей Т2-взвешенных изображений на один и тот же уровень сканирования 6 раз (n=6) с равномерным изменением значения ТЕ в диапазоне от 8 до 120 мс. К примеру, значения: 10, 32, 54, 76, 98, 120 мс. Значение 6 определено как минимальное количество точек для аппроксимации экспоненциальной функции. Большое количество сильно увеличивает продолжительность исследования.

2) Модификация классической импульсной последовательности Т2-ВИ в последовательность множественного эха (на примере аппарата Philips Ingenia 1,5Т). В каталоге PhilipsYLower Extremities\Hips\Transverse выбрать импульсную последовательность T2W_TSE_Tra. В разделе «Contrast» в пунктах «TSE factor» и «Echoes» установить значения «15» (n=15). В подпункте «multi (ms)» пункта «ТЕ» установить значение «8». Значение 15 установлено, поскольку диапазон от 2 до 15 занимает одинаковое время сканирования, а дальнейшее увеличении цуга эхосигналов при заданных параметрах приводит к экспоненциальному увеличению времени исследования, что затрудняет клиническое применение. Для уменьшения времени сканирования размер вокселей установить «2×2×5 мм», параметр «NSE» - «1». Раздел «Contrast» после указанных преобразований представлен на фиг. 1.

Независимо от выбранного варианта будет получена серия от 6 до 15 изображений (п) области интереса на одном уровне с различными параметрами ТЕ. Данные серии загружаются в любую программу просмотра DICOM с возможностью выделения области интереса и ее копирования на другие изображения (рассмотрено на примере свободного программного обеспечения Radiant DICOM Viewer ver. 2021.1). С помощью инструмента «region of interest)) (ROI) выделяется область, где требуется определение времени релаксации. Данная область копируется с помощью сочетания клавиш (Ctrl + С) и вставляется (Ctrl + V) во все изображения данного среза с различными значениями ТЕ (фиг. 2) с фиксацией полученных средних значений интенсивности сигнала (ИС). Стоит отметить необходимость строгого соответствия ROI на различных срезах для сохранения высокой точности результата. Все данные ТЕ и ИС вносятся в электронную таблицу Excel в два столбца. Эти значения представляют из себя точки уравнения кривой времени Т2-релаксации (на примере из 15 изображений на срез), которую можно изобразить графически следующим образом (фиг. 3).

Данная кривая описывается следующим уравнением экспоненциальной регрессии:

ИС = А*ехр(-ТЕ/Т2),

где ИС - интенсивность сигнала;

ТЕ - время эхо;

А - поправочный коэффициент интенсивности сигнала;

Т2 - время Т2-релаксации.

Коэффициент Т2, который представляет из себя время Т2-релаксации в абсолютных значениях в мс, является искомым и определяется по принципу регрессионного анализа с помощью формулы в электронных таблицах программы «МойОфис Таблица»:

где LN - функция расчета натурального логарифма;

LOGEST (ЛГРФПРИБЛ) - функция вычисления экспоненциального значения и возвращения массива значений;

А2:A_n - столбец значений ТЕ (начинается со 2 строки);

В2:B_n - столбец значений ИС (начинается со 2 строки);

n - количество изображений на 1 уровень среза.

В результате в ячейке с представленной формулой определится значение времени Т2-релаксации для выделенной ROI. Точность полученных значений Т2 подтверждаются следующим исследованием.

20 пациентов с различными заболеваниями мышечной ткани, сопровождающиеся отеком, проходили обследование в клиниках Военно-медицинской академии в период с 2018 по 2021 год. В таблице 1 представлено распределение пациентов по этиологии заболевания.

Исследование проводилось после подписания пациентом добровольного информированного согласия. Использовалось оборудование: магнитно-резонансные томографы Ingenia (Philips, Нидерланды) и Optima 450w (General Electric, США) с индукцией магнитного поля 1,5 Тл. Пациентам выполнялось сканирование пораженной области с помощью модифицированной импульсной последовательности множественного эха на аппарате Ingenia, а также протоколом синтетической MPT MAGIC, позволяющим проводить количественную оценку, в том числе и измерение Т2-релаксации на аппарате Optima 45Ow (фиг. 4).

В полученных сериях изображений выделялась область интереса в отдельных мышцах и вычислялось время Т2-релаксации с помощью разработанного способа и на рабочей станции аппарата Optima 450w.

При сравнении полученных массивов значений времени Т2-релаксации скелетных мышц, полученных по разработанной методике с данными методики синтетической МРТ, значимых различий выявлено не было. При этом группы значений при патологических изменениях и неизмененных мышц сравнивались отдельно (Т-критерий Уилкоксона, р=0,1765 и р=0,4455 соответственно).

Таким образом, использование предложенной методики позволяет проводить измерение времени Т2-релаксации мягких тканей, с помощью которого возможно выявление минимальных отечных изменений, а также оценка полученных значений в динамике для определения состояния полного восстановления, в частности при отечных заболеваниях мышечной ткани (травмы, воспалительные миопатии, постнагрузочные повреждения, рабдомиолиз).

Изобретение относится к медицине, в частности к лучевой диагностике, и может быть использовано для проведения магнитно-резонансной Т2-релаксометрии. Измерение проводят на магнитно-резонансном томографе с индукцией магнитного поля не менее 1,5 Тл. При получении изображений либо используют импульсную последовательность Т2-ВИ со сканированием одного и того же уровня 6 раз с изменением значения time echo (ТЕ) от 8 до 120 мс, либо используют импульсную последовательность Т2-ВИ TSE со сканированием одного и того же уровня c 15 значениями ТЕ и размером вокселей 2×2×5 мм. Затем на нужном уровне среза выделяют область интереса. Данную область копируют и вставляют во все изображения данного среза с различными ТЕ с фиксацией полученных средних значений интенсивности сигнала (ИС). Определяют значение Т2, используя уравнение экспоненциальной регрессии ИС = А*ехр(-ТЕ/Т2), где А - поправочный коэффициент интенсивности сигнала. Способ обеспечивает проведение магнитно-резонансной Т2-релаксометрии на любом аппарате для МРТ с напряженностью магнитного поля 1,5 Тл вне зависимости от его комплектации. 4 ил., 1 табл.

Способ проведения магнитно-резонансной Т2-релаксометрии, заключающийся в том, что измерение проводят на магнитно-резонансном томографе с индукцией магнитного поля не менее 1,5 Тл, при получении изображений либо используют импульсную последовательность Т2-ВИ со сканированием одного и того же уровня 6 раз с изменением значения time echo (ТЕ) от 8 до 120 мс, либо используют импульсную последовательность Т2-ВИ TSE со сканированием одного и того же уровня c 15 значениями ТЕ и размером вокселей 2×2×5 мм; затем на нужном уровне среза выделяют область интереса, данную область копируют и вставляют во все изображения данного среза с различными ТЕ с фиксацией полученных средних значений интенсивности сигнала (ИС), и определяют значение Т2, используя уравнение экспоненциальной регрессии ИС = А*ехр(-ТЕ/Т2), где А - поправочный коэффициент интенсивности сигнала.