Способ определения структурных характеристик атеросклеротической бляшки сонных артерий
Владельцы патента RU 2693169:
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научный центр неврологии" (ФГБНУ НЦН) (RU)
Изобретение относится к области медицины, а именно к неврологии, кардиологии и лучевой диагностике, и может быть использовано для определения структуры атеросклеротической бляшки (АСБ) сонных артерий. Проводят ультразвуковое исследование атеросклеротической бляшки на глубине 5,0-10,0 мм в области наибольшего сужения просвета сонной артерии в продольной и поперечной проекциях в В-режиме с использованием линейного датчика с частотой излучения 11 МГц, со средней частотой кадров и максимальным динамическим диапазоном 60 дБ. На полученных неподвижных кадрах выделяют участки атеросклеротических бляшек размером до 10 мм. Посредством программного обеспечения ультразвуковой системы вычисляют медиану интенсивности ультразвукового сигнала в децибелах (дБ), отраженного от исследуемых участков атеросклеротической бляшки. И при значении интенсивности ультразвукового сигнала 1,1-8,0 дБ определяют в атеросклеротической бляшке очаги атероматоза, при 9,0-22,0 – очаги атероматоза с многочисленными кристаллами холестерина, при 23,0-31,0 – очаги фиброза с диффузно расположенными липофагами и/или сосудами, при 32,0-39,0 – очаги фиброза с кальцификатами, при 40,0-45,0 – очаги кальциноза. Способ обеспечивает повышение точности определения структурных характеристик атеросклеротической бляшки сонных артерий путем стандартизации протокола измерений, позволяющего минимизировать их погрешность, с вычислением медианы интенсивности ультразвукового сигнала в дБ. 5 ил., 2 табл., 5 пр.
Изобретение относится к области медицины, в частности к неврологии и может быть использовано для определения структуры и морфологических особенностей атеросклеротической бляшки (АСБ).
В развитии нарушений мозгового кровообращения (НМК) в каротидной системе мозга важна не только степень стеноза каротидного синуса (КС), но и структура АСБ: наличие прогрессирующего атероматоза на фоне воспалительного процесса, истончение и разрушение покрышки бляшки, инфильтрация бляшки макрофагами и другими клетками, деструктивные изменения вновь образованных сосудов с развитием кровоизлияний в бляшку.
Эти процессы в АСБ повышают риск увеличения стеноза КС и его тромбоза, а также эмболии дистальных отделов внутренней сонной артерии (ВСА) и ее ветвей, что в конечном счете приводит к тяжелому НМК с развитием инфаркта мозга. Одним из наиболее эффективных методов предотвращения НМК в системе ВСА является каротидная эндартерэктомия (КЭЭ) - операция удаления АСБ из КС. Для оценки риска возникновения НМК и решения вопроса о показаниях к КЭЭ широко используется ультразвуковое исследование сонных артерий, позволяющее определить степень стеноза КС, а также эхоструктуру АСБ, отражающую их морфологический состав. В последние годы обсуждается необходимость (независимо от степени стеноза КС) проведения КЭЭ при наличии ультразвуковых признаков «нестабильной» структуры бляшки как у больных с перенесенным НМК, так и у пациентов с асимптомным стенозом (Madieke I.L., Fiona K., Bonati L.H., et al. Investigations of Carotid Stenosis to Identify Vulnerable Atherosclerotic Plaque and Determine Individual Stroke Risk. Circulation. 2017; 81: 1246-53).
С внедрением технологии количественного анализа компьютерных изображений появились новые возможности и для изучения структуры АСБ [Tegos T.J., Sohail М., Sabetai М.М., et al. Echomorphologic and histopathologic characteristics of unstable carotid plaques. Am. J. Neuroradiol. 2000; 21: 1937-44]. Разработана и методика сопоставления структуры и морфологических особенностей АСБ. Такие исследования, несмотря на их важность, все еще немногочисленны.
Известен количественный метод определения однородности структуры атеросклеротической бляшки с помощью медианы серой шкалы или GSM (grey scale median). Изображения атеросклеротических бляшек, полученных с помощью стандартного УЗ-исследования в серой шкале, подвергались последующей компьютерной обработке. Осуществлялось количественное определение интенсивности (или эхогенности) атеросклеротической бляшки. При этом на изображении выбирались референсные зоны, такие как просвет сосуда (которому соответствует значение GSM 0-5) и его адвентициальный слой (GSM 185-195). Затем проводилось нормирование изображения и оценивалась эхогенность бляшки. По соотношению участков с низкой (GSM<50) или высокой (GSM>50) эхогенностью определяли однородность АСБ (М.М. Sabetai, T.J. Tegos, A.N. Nicolaides, S. Dhanjil, G.J. Pare and J.M. StevensReproducibility of Computer-Quantified Carotid Plaque Echogenicity: Can We Overcome the Subjectivity? Stroke. 2000; 31:2189-2196). Недостатками способа является его использование только для выяснения однородности АСБ.
Известен способ определения структурных характеристик атеросклеротической бляшки сонных артерий посредством ультразвукового исследования в В-режиме, режиме тканевой гармоники и режиме недопплеровской визуализации кровотока и сравнения этих данных с данными гистологического исследования (Тимина И.Е., Бурцева Е.А., Скуба Н.Д. и др. Сопоставление структуры атеросклеротической бляшки в сонной артерии по данным комплексного ультразвукового и гистологического исследований. Ультразвуковая и функциональная диагностика, 2004, №3, с. 81-87). Однако способ не обладает достаточной точностью в отношении структурных характеристик атеросклеротической бляшки сонных артерий из-за отсутствия стандартизации протокола измерений. Данный источник информации рассмотрен в качестве ближайшего аналога.
Технический результат заключается в повышении точности определения структурных характеристик атеросклеротической бляшки сонных артерий, за счет стандартизации протокола измерений позволяющего минимизировать их погрешность.
Технический результат достигается тем, что определение структурных характеристик атеросклеротической бляшки сонных артерий проводят путем ее ультразвукового исследования, при этом ультразвуковое исследование атеросклеротической бляшки проводят на глубине 5,0-10,0 мм в области наибольшего сужения просвета сонной артерии в продольной и поперечной проекциях в В-режиме с использованием линейного датчика с частотой излучения 11 МГц, со средней частотой кадров и максимальным динамическим диапазоном 60 дБ, затем на полученных неподвижных кадрах выделяют участки атеросклеротических бляшек размером до 1 см, и посредством программного обеспечения ультразвуковой системы, вычисляют медиану интенсивности ультразвукового сигнала в децибелах (дБ), отраженного от исследуемых участков атеросклеротической бляшки и при значении интенсивности ультразвукового сигнала 1,1-8,0 дБ определяют в атеросклеротической бляшке очаги атероматоза, 9,0-22,0 - очаги атероматоза с многочисленными кристаллами холестерина, 23,0-31,0 - очаги фиброза с диффузно расположенными липофагами и/или сосудами, 32,0-39,0 - очаги фиброза с кальцификатами, 40,0-45,0 - очаги кальциноза.
Способ осуществляется следующим образом.
Ультразвуковое исследование атеросклеротической бляшки выполняют на приборе Phillips iE33 на глубине 5,0-10,0 мм в продольной и поперечной проекциях. Исследование выполняют в серошкальном режиме (В-режим) с использованием линейного датчика с частотой излучения 11 МГц, со средней частотой кадров и максимальным динамическим диапазоном (60 дБ). Перед проведением каждого исследования устанавливают стандартные настройки ультразвуковой системы (настройки дисплея, цветовые эффекты, мощность, частота излучения). На неподвижных кадрах выделяют (обрисовывают) наиболее информативные, с точки зрения эхогенных характеристик, участки бляшек, размером до 1 см, расположенные в области наибольшего сужения просвета артерии. Далее с помощью программного обеспечения ультразвуковой системы вычисляют медиану интенсивности (в децибелах, дБ) ультразвукового сигнала, отраженного от исследуемых участков АСБ. Все изображения участков АСБ в В-режиме преобразовывают в формат JPG. При значении интенсивности ультразвукового сигнала 1,1-8,0 дБ определяют в атеросклеротической бляшке очаги атероматоза, 9,0-22,0 - очаги атероматоза с многочисленными кристаллами холестерина, 23,0-31,0 - очаги фиброза с диффузно расположенными липофагами и/или сосудами, 32,0-39,0 - очаги фиброза с кальцификатами, 40,0-45,0 - очаги кальциноза.
В данное проспективное поисковое исследование были включены 90 пациентов (71 мужчина и 19 женщин, медиана возраста 62 (47-79) года), наблюдавшихся в отделении общей ангионеврологии Научного центра неврологии (Москва) за период с апреля 2015 г. по март 2016 г. У всех больных с помощью ультразвукового исследования сонных артерий был установлен атеросклеротический стеноз КС, измеренный по алгоритму исследования ECST [European Carotid Surgery Trialist's Collaborative Group. Randomised trial of endarterectomy for recently symptomatic carotid stenosis: final results of the MRC European Carotid Surgery Trial (ECST). Lancet. 1998; 351: 1379-87], и выполнена КЭЭ. Ультразвуковое исследование АСБ выполнялось на приборе Phillips iE33 на глубине 5,0-10,0 мм в области наибольшего сужения просвета сонной артерии в продольной и поперечной проекциях в В-режиме с использованием линейного датчика с частотой излучения 11 МГц, со средней частотой кадров и максимальным динамическим диапазоном 60 дБ,.
Стандартизация протокола измерений позволяет минимизировать возможную погрешность измерений. Результаты ультразвукового исследования структуры АСБ сопоставлялись с результатами морфологического исследования АСБ, удаленных при КЭЭ. Для оценки морфологической структуры АСБ в целом и отдельных ее участков, тех, для которых интенсивность сигнала была установлена до оперативного вмешательства, каждая бляшка разрезалась на блоки толщиной 0,3-0,5 см в плоскости, перпендикулярной продольной оси артерии. С каждого блока, залитого в парафин, получали серийные срезы толщиной 5-6 мкм, которые окрашивали гематоксилином и эозином по методу ван Гизона. Для выявления эластических волокон, соединений железа, извести и фибрина в бляшках срезы дополнительно окрашивались по методам Вейгерта, Перльса, Коссы и Шуенинова соответственно. При микроскопическом исследовании структуры каждой АСБ оценивалась по 24 компонентам и процессам: очагам атероматоза, фиброза, кальциноза, отека и некроза волокнистых структур, наличию липофагов, вновь образованных сосудов, очагов кровоизлияний, истончению и изъязвлению покрышки бляшки, тромбам на ее поверхности и др. Определялись соотношение в срезах АСБ площади очагов атероматоза, фиброза и кальциноза, а также количество (степень выраженности) других компонентов (малое, умеренное, большое). Статистическая оценка однородности сравниваемых групп проводилась с применением критерия Краскела-Уоллиса (с последующим post-hoc-анализом). Для расчетов использовался статистический пакет SAS 9.4.
Атеросклеротический стеноз КС у одной группы исследованных пациентов протекал симптомно (симптомные пациенты), у другой - асимптомно (асимптомные пациенты). К асимптомным пациентам мы относили тех пациентов, у которых не было анамнестических данных за наличие нарушений мозгового кровообращения в системе стенозированной ВСА в течение последних 6 месяцев, а также на ипсилатеральной (по отношению к стенозу) стороне головного мозга отсутствовали клинические симптомы церебральной или ретинальной ишемии. Пациенты, перенесшие за последние полгода те или иные формы ишемического НМК (в рассматриваемом сосудистом бассейне), расценивались как симптомные. Пациентов с асимптомным течением (среди исследованных 90 человек) было более чем в 2 раза больше, в сравнении с пациентами с симптомным течением: 62 (69%) к 28 (21%). Это соотношение среди исследованных пациентов в известной степени оценивает соответствующее соотношение и в популяции людей с атеросклеротическим стенозом КС в целом.
Распределение пациентов (n=90) в зависимости от структуры АСБ, степени стеноза КС и клинических проявлений цереброваскулярной недостаточности представлено в таблице 1.
С целью определения количественных ультразвуковых значений интенсивности от определенных компонентов АСБ в 37 из них микроскопически исследовано от 1 до 4 участков (всего 67 участков размером до 10 мм).
Анализ микроскопического исследования 67 участков размером до 10 мм АСБ, выбранных для количественной ультразвуковой оценки, позволил установить, что в 29 из них были выявлены очаги атероматоза, в том числе в 17 - очаги с частичным кальцинозом жиро-белкового детрита, в 12 - очаги с многочисленными кристаллами холестерина среди атероматозных масс. В 34 участках были выявлены очаги фиброзной ткани, при этом в 6 участках содержались очаги с диффузно расположенными липофагами и в 5 участках с диффузно расположенными сосудами, в 13 - большие их скопления, а в 10 участках очаги фиброза наряду с отдельными липофагами и/или сосудами определялись небольшие кальцификаты. Остальные 4 участка представляли собой крупные очаги кальциноза. Результаты сопоставления количественной ультразвуковой оценки участков АСБ с их морфологической структурой представлены в таблице 3.
В результате сопоставления были определены статистически значимо различающиеся диапазоны значений интенсивности ультразвукового сигнала для очагов атероматоза, очагов атероматоза с многочисленными кристаллами холестерина, очагов фиброза с диффузно расположенными липофагами и/или вновь образованными сосудами, очагов фиброза с кальцификатами и очагов кальциноза: 1,1-8,0 дБ, 9,0-22,0 дБ, 23,0-31,0 дБ, 32,0-39,0 дБ и 40,0-45,0 дБ соответственно (приведены значения от 15-й до 85-й процентили).
Все варианты АСБ по интенсивности отраженного ультразвукового сигнала различаются статистически значимо.
В качестве примеров представлены ультразвуковые и морфологические исследования образцов атеросклеротических бляшек пациентов с ишемическим НМК.
Примеры выполнения способа.
Образец 1. Ультразвуковая и морфологическая характеристика основных компонентов АСБ показана на рис. 1а, б:
а - выделенный участок с интенсивностью ультразвукового сигнала до 2 дБ;
б - очаг атероматоза (указан стрелкой), соответствующий участку на ультразвуковом изображении (гистологический срез АСБ, окраска гематоксилином и эозином, увеличение ×40).
Образец 2. Ультразвуковая и морфологическая характеристика основных компонентов АСБ показана на рис. 2а, б:
а - выделенный участок с интенсивностью ультразвукового сигнала 10 дБ;
б - очаг атероматоза с многочисленными кристаллами холестерина (указан стрелкой), соответствующий участку на ультразвуковом изображении (гистологический срез АСБ, окраска гематоксилином и эозином, увеличение ×40).
Образец 3. Ультразвуковая и морфологическая характеристика основных компонентов АСБ показана на рис. 3а, б:
а - выделенный участок с интенсивностью ультразвукового сигнала 23 дБ;
б - очаг фиброза с диффузно расположенными липофагами (указан стрелкой), соответствующий участку на ультразвуковом изображении (гистологический срез АСБ, окраска гематоксилином и эозином, увеличение ×40).
Образец 4. Ультразвуковая и морфологическая характеристика основных компонентов АСБ показана на рис. 4а, б:
а - выделенный участок с интенсивностью ультразвукового сигнала 32 дБ;
б - очаг фиброза с кальцификатами (указан стрелкой), соответствующий участку на ультразвуковом изображении (гистологический срез АСБ, окраска гематоксилином и эозином, увеличение ×40).
Образец 5. Ультразвуковая и морфологическая характеристика основных компонентов АСБ показана на рис. 5а, б:
а - выделенный участок с интенсивностью ультразвукового сигнала 40 дБ;
б - очаг кальциноза (указан стрелкой), соответствующий участку на ультразвуковом изображении (гистологический срез АСБ, окраска гематоксилином и эозином, увеличение ×40).
Способ определения структуры атеросклеротической бляшки сонных артерий, включающий проведение ультразвукового исследования атеросклеротической бляшки в продольной и поперечной проекциях в В-режиме с использованием линейного датчика со средней частотой кадров и максимальным динамическим диапазоном 60 дБ, на полученных неподвижных кадрах выделяют участки атеросклеротических бляшек и посредством программного обеспечения ультразвуковой системы вычисляют медиану интенсивности ультразвукового сигнала в децибелах (дБ), отраженного от исследуемых участков атеросклеротической бляшки, отличающийся тем, что ультразвуковое исследование атеросклеротической бляшки проводят на глубине 5,0-10,0 мм в области наибольшего сужения просвета сонной артерии с использованием датчика с частотой излучения 11 МГц, выделяют участки атеросклеротических бляшек размером до 10 мм и при значении интенсивности ультразвукового сигнала 1,1-8,0 дБ определяют в атеросклеротической бляшке очаги атероматоза, при 9,0-22,0 - очаги атероматоза с многочисленными кристаллами холестерина, при 23,0-31,0 - очаги фиброза с диффузно расположенными липофагами и/или сосудами, при 32,0-39,0 - очаги фиброза с кальцификатами, при 40,0-45,0 - очаги кальциноза.
