Медицинская литература. Новинки

 

 

 

 

 

 

Количественная оценка проницаемости гематомиокардиального барьера для полиацетатных комплексов Gd при ишемической и воспалительной патологии миокарда

Вы можете загрузить полный текст статьи в формате pdf

Цель исследования: разработать и апробировать в клинике методику количественного расчета сосудистой проницаемости гистогематического барьера миокарда для контраста-парамагнетика на основе математической модели Гьедде-Рутланда-Патлака (ГРП) с оценкой роста содержания контраста в миокарде и его клиренса из крови по данным динамической МРТ. Материал и методы. В основе модели накопления парамагнетика в поврежденном миокарде - принцип Гьедде-Рутланд-Патлака (1977). Если Смиок - содержание контраста в миокарде, Скровь - содержание в крови, а kкровь-миокард - показатель скорости диффузии “кровь-миокард”, считая транспорт парамагнетика однонаправленным в течение первых минут после инъекции, то откладывая {(Скровь(t)dt/Скровь} по оси X, а {Смиок/Скровь} по оси Y, kкровь-миокард получается тогда как линейный наклон такого графика. Были обследованы пациенты с острым инфарктом миокарда с успешным тромболизисом (n = 21) и впервые выявленной воспалительной патологией (n = 9). МРТ с парамагнитным контрастным усилением проводилась с помощью динамического протокола FFE1.7.ssfp330k МР-томографа Toshiba Titan Vantage. Динамика поглощения парамагнетика миокардом в ишемических региогнах фиксировалась при введении 2 мл 0,5 M раствора гадоверсетамида на 10 кг массы тела с помощью быстрого протокола в матрицу 256 х 256 элементов изображения, с показателями: время повторения TR = 3,4 мс, время эхо TE = 1,7 мс, время инверсии 176,0 мс, угол отклонения 40°, область сканирования 38 х 38 см, толщина среза 8-10 мм, матрица записи 192 х 192 или 256 х 256, при однократном усреднении, показателе длины эхо (echo train length) равном 1, собственно длительность записи группы из 4 срезов в средней трети левого желудочка 210-300 мс. Запись данных велась на протяжении до 12 мин с частотой 1 кадр в 30 с и затем обрабатывалась с помощью программы RadiAnt (Medixant, Познань, Польша), а также оригинальной программы динамического анализа на MATLAB и SCILAB с построением зависимостей содержания контраста в крови и миокарде от времени, графика ГРП и расчетом показателя kкровь-миокард. Результаты. Физиологический смысл показателя kкровь-миокард в том, что эта величина представляет собой клиренс крови по Gd-ДТПА в миокард, т.е. количество крови, очищаемое от парамагнетика за минуту единицей объема ткани миокарда. Показатель kкровь-миокард составил в зависимости от характера патологии: у пациентов с острым инфарктом миокарда с успешным тромболизистом и ЧКВ (n = 21) 3,09 ± 1,32 (2,36-11,9) мл/мин/100 г ткани, тогда как у пациентов с воспалительными поражениями - хроническим миокардитом в стадии обострения или впервые выявленным острым миокардитом (n = 9) 1,78 ± 0,67 (0,50-2,42) мл/мин/100 г ткани. В норме kкровь-миокард слабо отличался от нулевых величин и составлял 0,09 ± 0,06 (0,2) (мл/мин/100 г ткани). Использование динамического протокола позволило высокодостоверно дифференцировать ишемическое и воспалительное поражение. Заключение. Динамическое МРТ-исследование сердца с парамагнитным контрастным усилением может быть успешно выполнено с помощью как высокопольного, так и среднепольного МР-томографа. Получаемые при математическом моделировании показатели диффузии парамагнетика в ткань ишемического повреждения и воспалительного некоронарогенного очага значительно различаются в зависимости от характера процесса и позволяют получить дополнительную объективную характеристику сосудистой проницаемости пораженного гематомиокардиального барьера.

Ключевые слова:
динамическая МРТ сердца, парамагнитное контрастное усиление, диффузия, метод Гьедде-Рутланда-Патлака, гематомиокардиальный барьер, инфаркт миокарда, воспалительные повреждения миокарда, dynamic MRI of the heart, paramagnetic contrast enhancement, diffusion, Gjedde-Rutlend-Patlak technique, haematomyocardial barrier, myocardial infarction, myocardial inflammation

Литература:
1.Першина Е.С., Синицын В.Е., Мершина Е.А., Комарова М.А., Чабан А.С. Оценка диагностической значимости статической перфузии в ангиографическую фазу (КТА) и отсроченного контрастирования миокарда (DECT) при двухэнергетической компьютерной томографии (ДЭКТ) в визуализации рубцовых изменений миокарда. Cравнение с отсроченным контрастированием при МРТ. Медицинская визуализация. 2017; 4: 10-18. https://doi.org/10.24835/1607-0763-2017-4-10-18.
2.Терновой С.К. Лучевые методы в неотложной медицине. Журнал им. Н.В. Склифосовского. Неотложная медицинская помощь. 2017; 6 (1): 8-12.
3.Юрпольская Л.А., Макаренко В.Н., Бокерия Л.А. МРТ сердца с контрастированием: альтернативный или необходимый диагностический модуль в кардиологической и кардиохирургической практике. Лучевая диагностика и терапия. 2015; 3 (6): 5-14.
4.Труфанов Г.Е., Железняк И.С., Рудь С.Д., Меньков И.А. МРТ в диагностике ишемической болезни сердца. СПб.: ВМА, 2012. 115 с.
5.Guo R., Chen Z., Herzka D.A., Luo J., Ding H. A threedimensional free-breathing sequence for simultaneous myocardial T1 and T2 mapping. Magn. Reson. Med. 2019; 81 (2): 1031-1043.
6.Tessa C., Del Meglio J., Lilli A., Diciotti S., Salvatori L., Giannelli M., Greiser A., Vignali C., Casolo G. T1 and T2 mapping in the identification of acute myocardial injury in patients with NSTEMI. Radiol. Med. 2018; 123 (12): 926-934. https://doi.org/10.1007/s11547-018-0931-2.
7.Yankeelov Th.E., Gore J.C. Dynamic Contrast-Enhanced Magnetic Resonance Imaging in Oncology: Theory, Data Acquisition, Analysis, and Examples. Curr. Med. Imaging Rev. 2009; 3 (2): 91-107. ttps://doi.org/10.2174/157340507780619179.
8.Усов В.Ю., Белянин М.Л., Бородин О.Ю., Безлепкин А.И., Сорокина К.Н., Бахметьева Т.А., Карпова Г.В., Првулович М., Филимонов В.Д. Применение Mn-диэтилен триаминпентаацетата (ДТПА) для парамагнитного контрастирования при магнитно-резонансной томографии - результаты доклинических исследований и сравнения с Gd-ДТПА. Медицинская визуализация. 2007; 4: 134-142.
9.Национальное руководство по радионуклидной диагностике: Под ред. Ю.Б. Лишманова, В.И. Чернова. Т. 1. Томск: STT, 2010. 417 с.
10.Федотенков И.С., Терновой С.К. Скрининг кальциноза коронарных артерий методом мультиспиральной компьютерной томографии. Медицинская визуализация. 2017; 21 (4): 19-32. https://doi.org/10.24835/1607-0763-2017-4-19-32
11.Варфоломеев С.Д., Гуревич К.Г. Биокинетика. М.: ФАИР-ПРЕСС, 1999. 720 c.
12.Gjedde A. Rapid steady-state analysis of blood-brain glucose transfer in rat. Acta Physiol. Scand. 1980; 108 (4): 331-339.
13.Rutland M.D. A single injection technique for subtraction of blood background in 131I-hippuran renograms. Br. J. Radiol. 1979; 52 (614): 134-137.
14.Fenstermacher J.D., Blasberg R.G., Patlak C.S. Methods for quantifying the transport of drugs across brain barrier systems. Pharmacol. Ther. 1981; 14 (2): 217-248.
15.Patlak C.S., Blasberg R.G. Graphical evaluation of bloodto-brain transfer constants from multiple-time uptake data. Generalizations. J. Cereb. Blood Flow. Metab. 1985; 5 (4): 584-590.
16.Батунер Л.М., Позин М.Е. Математические методы в химической технике. Л.: Химия, 1971. 824 с.
17.Peters A.M. Graphical analysis of dynamic data: the Patlak-Rutland plot. Nucl. Med. Commun. 1994; 15 (9): 669-672.
18.Штерн Л.С. Непосредственная питательная среда органов и тканей, физиологические механизмы, определяющие ее состав и свойства. М.: Наука, 1960. 397 c.
19.Нечипай Э.А., Долгушин М.Б., Пронин И.Н., Бекяшев А.Х., Кобякова Е.А., Фадеева Л.М., Шульц Е.И. Возможности МР-динамического контрастирования в дифференциальной диагностике первичных и вторичных опухолей головного мозга. Медицинская визуализация. 2015; 4: 18-30.
20.Bae J., Zhang J., Wadghiri Y.Z., Minhas A.S., Poptani H., Ge Y., Kim S.G. Measurement of blood-brain barrier permeability using dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging with reduced scan time. Magn. Reson. Med. 2018; 80 (4): 1686-1696. https://doi.org/10.1002/mrm.27145.
21.Ye Q., Wu J., Lu Y., Naganawa M., Gallezot J.D., Ma T., Liu Y., Tanoue L., Detterbeck F., Blasberg J., Chen M.K., Casey M., Carson R.E., Liu C. Improved discrimination between benign and malignant LDCT screening-detected lung nodules with dynamic over static 18F-FDG PET as a function of injected dose. Phys. Med. Biol. 2018; 63 (17): 175015. https://doi.org/10.1088/1361-6560/aad97f
22.Кармазановский Г.Г. Опухоли поджелудочной железы солидной структуры: протоколы лучевых исследований, дифференциальная диагностика (лекция, часть 1). Медицинская визуализация. 2016; 4: 54-63.
23.Кармазановский Г.Г. Опухоли поджелудочной железы солидной структуры: стадирование и резектабельность, критерии оценки прогрессирования опухолевого процесса после хирургического лечения (лекция, часть 2). Медицинская визуализация. 2016; 5: 43-49.
24.Pack N.A., DiBella E.V. Comparison of myocardial perfusion estimates from dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging with four quantitative analysis methods. Magn. Reson. Med. 2010; 64 (1): 125-137. https://doi.org/10.1002/mrm.22282.
25.Ishida M., Ichihara T., Nagata M., Ishida N., Takase S., Kurita T., Ito M., Takeda K., Sakuma H. Quantification of myocardial blood flow using model based analysis of first-pass perfusion MRI: extraction fraction of Gd-DTPA varies with myocardial blood flow in human myocardium. Magn. Reson. Med. 2011; 66 (5): 1391-1399. https://doi.org/10.1002/mrm.22936.
26.Heye A.K., Thrippleton M.J, Armitage P.A., Valdes Hernandez M.D.C., Makin S.D., Glatz A., Sakka E, Wardlaw JM. Tracer kinetic modelling for DCE-MRI quantification of subtle blood-brain barrier permeability. Neuroimage. 2016; 125: 446-455. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2015.10.018.
27.Усов В.Ю., Питерс А.М., Барышева Е.В., Бородин О.Ю., Майерс М.Д., Тюкалов Ю.И. Количественная оценка кровотока злокачественных опухолей костей и мягких тканей по данным динамической сцинтиграфии с 99mTc-МИБИ. Медицинская визуализация. 2003; 4: 114-123.
28.Арабидзе Г.Г. Иммунология атеросклероза: современные достижения и перспективы. Терапевт. 2018; 12: 4-25.
29.Шиляева Н.В., Щукин Ю.В., Лимарева Л.В., Данильченко О.П. Биомаркеры миокардиального стресса и фиброза в определении клинических исходов у пациентов с сердечной недостаточностью, перенесших инфаркт миокарда. Российский кардиологический журнал. 2018; 23 (1): 32-36.
30.Hackstein N., Heckrodt J., Rau W.S. Measurement of single-kidney glomerular filtration rate using a contrastenhanced dynamic gradient-echo sequence and the Rutland-Patlak plot technique. J. Magn. Reson. Imaging. 2003; 18 (6): 714-725.

Quantification of haematomyocardial barrier permeability for polyacetate complexes of Gd in ishaemic and inflammatory myocardial damage

Purpose. We developed and applied for quantification of microvascular permeability in damaged myocardium a model - based approach employing the dynamic acquisition of magnetic resonance imaging of paramagnetic diffusion to damaged myocardium and kinetic Gjedde-Rutlend-Patlak (GRP) analysis of blood clearance of the contrast concomitantly with it’s rise in the damaged tissue, in ischemic or inflamed tissue. Material and methods. The model is based on the passive gradient-driven diffusion, unidirectional for first minutes after injection of the contrast, used as Gjedd- Rutland-Patlak technique. If the Cmyoc - depicts the concentration of the paramagnetic in the blood, and the Cblood - means the blood level of the contrast agent, whereas the kblood-myocardium - is the index of diffusion of the contrast from blood to myocardium, then assuming the diffusion unidirectional for first minutes post injection we can plot the ratio {(Cblood(t)dt)/ Cblood} - as abscissa X, and {Cmyoc/ Cblood} - as ordinata Y, kblood-myocardium can be obtained then from such linear plot as it’s slope. We substituted the concentrations themselves with the values of intensities of the echo-planar ECG-synchronized scans of the heart and validated this approach with comparison of MRI intensity data over LV cavity to Gd content in blood samples. MRI of the heart with contrast enhancement was carried out using dynamic scannig, after bolus injection of 2 ml of 0.5 M of paramagnetic contrast (Gadoversetamide - TMOptimark) per 10 Kg of BW. TR = 3.4 ms, TE = 1.7 ms, inversion time 176.0 ms, deviation angle = 40 deg, scanning field 38 х 38 cm, slice thickness = 8-10 мм, acqusition matrix 256 х 256, or 192 х 192, echo train length = 1. The groups of patients comprised twenty one persons with acute myocardial infarction treated clically successfully with intravenous thrombolysis and coronary stenting and also nine persons with firstly revealed inflammatory myocarditis. Uptake kinetics to the myocardium was imaged using protocols with fat supression for up to 12 minutes after bolus injection and then processed using RadiAnt software (Medixant, Poznan, Polska), and also original software for dynamic data analysis written using MATLAB 6.1 (SCILAB also), with output of plots of MRI signal intensities over time for various myocardial regions and also of GRP plots and calculation of kblood-myocardium. Results. The physiological sence of thekblood-myocardium diffusion koefficient means this value depicts the clearance of paramagnetic to myocardium, i.e. the amount of blood cleared from the paramagnetic due to paramagnetic’ diffusion to damaged myocardium, per minute, per unit of myocardial volume. The value of the kblood-myocardium diffusion koefficient was, respectively, as high as 3.09 ± 1.32 (2.36-11.9) ml/min/100 g of tissue, in myocardial infarction although treated successfully with thrombolysis and stenting (n = 21) and 1.78 ± 0.67 (0.50-2.42) ml/min/100 g of tissue - in inflammatory myocarditis damage of myocardium (n = 9); In normal controls kblood-myocardium was close to zero values and namely as low as 0.09 ± 0.06 (0.2) (ml/min/100 g of tissue). Use of this dynamic protocol provided highly significant separation of ishemic and iflammatory conditions. Conclusion. Dynamic MRI echo-planar ECG-synchronised contrast-enhanced echo-planar study of the heart can be successfully carried out using both high- and middle-field MRI scanner. The model-based indexes of diffusion of paramagnetic to the infarction or inflammation are significantly different and deliver additional object-based characteristics of the vascular permeability of the damaged haematomyocardial barrier.

Keywords:
динамическая МРТ сердца, парамагнитное контрастное усиление, диффузия, метод Гьедде-Рутланда-Патлака, гематомиокардиальный барьер, инфаркт миокарда, воспалительные повреждения миокарда, dynamic MRI of the heart, paramagnetic contrast enhancement, diffusion, Gjedde-Rutlend-Patlak technique, haematomyocardial barrier, myocardial infarction, myocardial inflammation