Способ оценки изменений клеточной перфузии головного мозга
Владельцы патента RU 2704201:
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний" (НИИ КПССЗ) (RU)
Изобретение относится к области медицины, в частности к лучевой диагностике, и может быть использовано для оценки изменений клеточной перфузии головного мозга. Способ оценки изменений клеточной перфузии головного мозга включает проведение однофотонной эмиссионной компьютерной томографии головного мозга, построение графиков накопления радиофармпрепарата по срезам головного мозга и анализ перфузии мозговой ткани. Оценку уровня клеточной перфузии осуществляют одномоментно на площади всего среза головного мозга, для чего выбранный для анализа срез помещают в программу обработки изображений и при помощи инструмента типа «лассо» выделяют изображение головного мозга по периметру. Затем автоматически выстраивают тоновую кривую, которую преобразовывают путем разделения изображения на правую и левую половины диаграммы с наложением зеркальных проекций друг на друга, получая таким образом два отдельных изображения, каждое их которых содержит прямую и зеркальную проекции диаграммы. Затем при помощи программного обеспечения полученные изображения совмещают так, чтобы точка пересечения линий диагоналей находилась в центре изображения, одновременно уменьшая прозрачность накладываемого изображения на 50%. Сохраняют окончательное изображение, имеющее нижний слой условный треугольник, для анализа. Изменение клеточной перфузии головного мозга в дооперационном и послеоперационном периодах оценивают путем сравнения результатов диаграмм уровня перфузий в выбранном срезе головного мозга с шаблоном нормы клеточной перфузии для соответствующего среза головного мозга, при этом в дооперационном периоде, если область плотной окраски выше границы нормы по шаблону нормы перфузии и при смещении области слабой окраски за пределы условного треугольника, то определяют количественное уменьшение перфузии, если область плотной и слабой окраски в пределах нормы по шаблону перфузии, то определяют перфузию в пределах нормативных значений. В послеоперационном периоде, если область плотной окраски увеличилась относительно нормы по шаблону нормы перфузии и область слабой окраски увеличилась и сместилась за пределы условного треугольника, то определяют количественное уменьшение перфузии, а если область плотной окраски в пределах нормы или приближена к норме по шаблону перфузии, если происходит смещение слабой области слабой окраски в область условного треугольника, и область слабой окраски в пределах нормы или приближена к норме по шаблону нормы перфузии, то определяют восстановление перфузии. Изобретение обеспечивает за счет графической оценки изменений регионарного мозгового кровотока возможность оценки изменений клеточной перфузии головного мозга на площади всего среза головного мозга, возможность оценки качества перфузии независимо от метода ее визуализации. 15 ил., 3 пр.
Изобретение относится к области медицины, в частности к лучевой диагностике, и может быть использовано для оценки изменений клеточной перфузии головного мозга.
Оценить регионарный мозговой кровоток и его изменения после хирургических вмешательств или медикаментозной коррекции крайне сложно. Для этой цели в лучевой диагностике применяется ряд методик, таких как рентгеновская перфузионная компьютерная томография, позитронно-эмиссионная томография и однофотонно-эмиссионная компьютерная томография, однако, зачастую они доступны только хорошо оснащенным центрам. Полученные данные требуют обработки с помощью специализированного программного обеспечения и последующего анализа специалистом.
Известен способ оценки тканевой перфузии головного мозга методом перфузионной компьютерной томографии (Сергеев Д.В. Перфузионная компьютерная томография в диагностике острого ишемического инсульта. РМЖ.2008.16(26): 1758-1762). Сущность метода заключается в количественном измерении мозгового кровотока путем оценки изменений рентгеновской плотности ткани во время прохождения внутривенно введенного контрастного вещества (КВ) в заданной области в ограниченной группе томографических срезов. На основании данных об изменении рентгеновской плотности элементов изображения по мере прохождения KB строятся графики зависимости плотности от времени, на основании которых в дальнейшем рассчитывают параметры перфузии (церебральный объем крови (CBV), церебральный кровоток (CBF), среднее время прохождения крови по сосудистому руслу (МТТ), выбранного участка мозговой ткани). При нарушениях кровоснабжения головного мозга соотношение параметров перфузии определенным образом меняется. Эта методика применима для оценки церебральной гемодинамики на капиллярном уровне без возможности оценки функции клеток головного мозга.
Недостатками способа является как необходимость введения дорогостоящего контрастного вещества, так и высокая лучевая нагрузка на пациента. Кроме того, возможна оценка вещества головного мозга только в ограниченной области, достоверность полученных данных находится в выраженной зависимости от двигательных артефактов, а интерпретация результатов обследования требует использования специального программного обеспечения.
Наиболее близким к заявляемому, является способ оценки перфузии головного мозга при помощи однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОЭКТ) головного мозга (Национальное руководство по радионуклиндной диагностике. Томск, 2010; Протокол Brain Spect для XelerisTM Functional Imaging P&R Systems. Руководство оператора. GE Healthcare, 2007). Метод представляет собой неинвазивную методику, основанную на введении в организм радиофармпрепаратов (РФП), тропных к веществу головного мозга, и оценке их распределения в соответствии с кровотоком, путем регистрации излучения радиоактивных меток. ОЭКТ головного мозга выполняют через 15 минут после инъекции РФП. Полученные изображения обрабатывают на рабочей станции, где имеется возможность оценки клеточной перфузии на любом уровне головного мозга. Анализ перфузии в интересующем томографическом срезе проводят с применением 8-16-ти сегментарной модели, оценивая показатели накопления индикатора в относительных величинах в сравнении с референсной зоной.
Недостатками способа является как относительная оценка уровня перфузии в сравнении с референсной зоной - мозжечком, так и возможность такой оценки только частями в выделенных секторах полученного среза. Получить общее представление об уровне изменений перфузии по всей поверхности среза достоверно невозможно, а для получения среднего результата требуются совокупные цифровые расчеты по всем 8-16-и секторам.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка доступного, эффективного и малозатратного способа оценки изменений клеточной перфузии головного мозга.
Поставленная задача достигается за счет графической оценки изменений регионарного мозгового кровотока.
Способ осуществляют следующим образом: в любой программе по работе с изображениями (фотошоп, лайтрум, ACDsee и т.п.) открывают изображение интересующего томографического среза в черно-белой цветовой шкале. После чего с использованием функции «тоновая кривая» автоматически выстраивают диаграмму распределения тонов на картинке. Диаграмму сохраняют в виде отдельной картинки, которая затем в указанных программах отражается зеркально и сохраняется в виде второй картинки. Обе картинки накладывают друг на друга в программе Фотошоп с 50% прозрачностью верхнего слоя и сохраняют в виде окончательного изображения. Диаграмма разлинована на квадраты горизонтальными и вертикальными линиями, а также двумя диагоналями на окончательной картинке. С помощью указанных линий легко оценить количество заполненных квадратов тоновыми кривыми, форму площади заполнения и выход кривой за границы условного нижнего треугольника, сформированного двумя диагоналями.
Новизна изобретения.
1. Возможность оценки изменений клеточной перфузии головного мозга на площади всего среза головного мозга;
2. Получение визуально количественных критериев оценки клеточной перфузии по занимаемой площади условного треугольника;
3. Возможность оценки качества перфузии независимо от метода ее визуализации, за счет анализа распределения средней интенсивности затемнения любого информационного среза.
Сущность изобретения поясняют чертежи, где на фиг. 1 представлен общий вид результатов однофотонной эмиссионной компьютерной томографии головного мозга с 4-я срезами. На фиг. 2 срез головного мозга с делением на оценочные сектора. На фиг. 3 срез головного мозга с выстроенной тоновой кривой. На фиг. 4 диаграмма тоновой кривой в прямой и зеркальной проекции. На фиг. 5 - окончательное изображение для анализа. На фиг. 6 представлены шаблоны нормы клеточной перфузии головного мозга в зависимости от глубины среза головного мозга. На фиг. 7-15 представлены результаты однофотонной эмиссионной компьютерной томографии головного мозга, описанные ниже в примерах реализации предлагаемого способа.
Способ осуществляют следующим образом. После выполнения однофотонной эмиссионной компьютерной томографии головного мозга получают обработанный программой результат, на котором представлены срезы головного мозга, под каждым из которых видны сведения о процентной оценке перфузии в соответствии с количеством выбранных секторов (Фиг. 1).
Далее из общего изображения выделяют один фрагмент (срез головного мозга) для анализа (фиг. 2). Выделенный фрагмент изображения помещают в программу обработки изображений для построения тоновой кривой (фиг. 3). С помощью инструмента типа «лассо» выделяют по периметру изображение головного мозга, для которого функцией «тоновая кривая» автоматически выстраивается диаграмма (слева на фиг. 3).
Изображение диаграммы сохраняют в виде отдельных картинок, в прямой и зеркальной проекциях (фиг. 4). Рисунки совмещают в программе Фотошоп так, чтобы точка пересечения линий диагоналей находилась в центре изображения (фиг. 5, А). Для этого прозрачность накладываемой картинки уменьшают на 50%. Затем сохраняют полученный рисунок для анализа. Для удобства оценки вырезают нижнюю половину рисунка (фиг. 5, Б) с нижним условным треугольником.
Оценку динамики изменений перфузии головного мозга осуществляют путем сравнения результатов дооперационного и послеоперационного исследования в выбранном срезе головного мозга. При этом, смещение полупрозрачного слоя за пределы условного треугольника и его исчезновение в области условного треугольника указывает на количественное уменьшение перфузии. Возвращение теней в область условного треугольника в сравнении с дооперационными показателями указывает на восстановление перфузии. Одновременно оценивают качество послеоперационной перфузии, сопоставляя послеоперационную диаграмму, анализируемого среза головного мозга с шаблоном нормы уровня клеточной перфузии для соответствующего среза (фиг. 6).
Таким образом, способ визуально-количественной оценки изменений клеточной перфузии головного мозга прост в использовании, эффективен, сокращает временные затраты на диагностику и оценку изменений.
Способ апробирован при анализе результатов однофотонной эмиссионной компьютерной томографии головного мозга у 5 пациентов.
Ниже представлены примеры реализации предложенного способа.
Пример 1. Пациент Г., поступил в отделение с диагнозом: МФА. ИБС. Стенокардия ФК II. Постинфарктный (19.09.2016) кардиосклероз. ХСН IIА, ФК II. Гипертоническая болезнь III ст риск 4. ХИГМ III ст. Стенозы ВСА с обеих сторон, ОСА слева.
Операция: Симультанная операция в условиях искусственного кровообращения: МКШ ПМЖВ, АКШ аутовеной ЗМЖА и 1 ВТК. Классическая каротидная эндартерэктомия справа.
В раннем послеоперационном периоде явления церебральной недостаточности, осмотрен неврологом, данных за острое нарушение мозгового кровообращения нет.
Пациенту выполнена ОЭКТ головного мозга с оценкой показателей перфузии до оперативного вмешательства (фиг. 7), а так же после операции (фиг. 8). В верхнем ряду изображений слева показан мозжечок, выбранный в качестве референсной зоны.
В среднем ряду четыре изображения разной глубиной среза. Под каждым колонки цифр, с автоматически рассчитываемыми относительными показателями перфузии.
В выбранном томографическом срезе ОМ2 до операции видно, что показатели перфузии во всех сегментах обоих полушарий большого мозга диффузно незначительно снижены.
Как видно, после операции сохраняется незначительное диффузное снижение перфузии во всех сегментах обоих полушарий большого мозга. На этом фоне в правом полушарии в 1 сегменте отмечается увеличение показателя на 2%, а во 2, 3 и 4 сегментах снижение на 1-4%. В сегментах - 1, 5 и 6 показатели остались на прежнем уровне. В левом полушарии в 7 и 9 сегментах отмечается снижение на 1-3%, а в 8, 10, 11 и 12 сегментах увеличение на 1-6%.
Далее в соответствии с предлагаемым способом была проведена оценка эффективности операции и изменений перфузии заявляемым методом среза ОМ2 (фиг. 9).
Как видно на диаграмме, представленной на фиг. 9, а, до операции область плотной окраски выше границы нормы - выше первой горизонтальной линии, что указывает на уменьшение перфузии. Область слабого прокрашивания располагается в пределах нормы, но распределение ее неравномерно и даже смещено за границы треугольника, что указывает на низкий и уровень перфузии с критичными участками кровообращения.
На диаграмме, представленной на фиг. 9, б - после операции область плотной окраски увеличилась в пределах треугольника в 1,5-2 раза в сравнении с нормой (фиг. 9, в). Область слабой окраски резко увеличилась и смесилась за пределы треугольника, что указывает на ухудшение кровоснабжения (перфузии).
Таким образом, графическая оценка перфузии всего среза головного мозга уровня ОМ2 явно указывает на ухудшение перфузии.
Пример 2. Пациент Ш. с диагнозом: Мультифокальный атероскероз. ИБС. Стенокардия ФК II. Постинфарктный (12.02.17) кардиосклероз. ЧКВ со стентированием ПКА (12.02.17). Умеренная ишемическая недостаточность митрального клапана. ХСН I ФК II. ГБ III, риск 4. Дислипидемия. Церебральный атеросклероз. Стенозы ВСА с обеих сторон. ХИГМ.
Операция: Сочетанная операция: Каротидная эндартерэктомия слева. МКШ с ПНА, АКШ ПКА и I ВТК аутовеной.
Пациенту выполнена ОЭКТ головного мозга с оценкой показателей перфузии до оперативного вмешательства (фиг. 10), а так же после операции (фиг. 11).
В выбранном томографическом срезе ОМ2 до операции видно, что показатели перфузии во всех сегментах обоих полушарий большого мозга диффузно незначительно снижены.
После операции показатели перфузии практически всех сегментах обоих полушарий нормализовались (фиг. 11), сохраняется небольшое снижение перфузии в правом полушарии в 4 сегменте (несмотря на увеличение показателя на 9%) и в левом полушарии в 9 и 10 сегментах (несмотря на увеличение показателей на 2% и 7% соответственно).
Проведена оценка эффективности оперативного вмешательства и изменений перфузии заявляемым методом среза ОМ2 (фиг. 12 а, б, в). Согласно полученной диаграмме, до операции область плотной окраски превышает уровень первой горизонтальной линии, а область слабой окраски более половины расположена за пределами треугольника, что указывает на ухудшение перфузии.
После операции область плотной окраски почти не отличается от нормы, а область слабой окраски сместилась внутрь треугольника и почти полностью соответствует норме. Это указывает на явное улучшение показателей перфузии и приближение их к норме.
Пример 3. Пациент Щ. с диагнозом: Мультифокальный атеросклероз. ИБС. Стенокардия. ФК II. Постинфарктный (неуточненной давности), посттравматический кардиосклероз. ХСН I, ФК II. ХИГМ, компенсация. Стенозы ВСА справа, субтотальный стеноз ОСА с переходом на устье ВСА слева. ГБ III, риск 4.
Операция: АКШ ПНА и ЗМЖВ аутовеной. Каротидная эндартерэктомия слева.
Пациенту выполнена ОЭКТ головного мозга с оценкой показателей перфузии до оперативного вмешательства (фиг. 13), а так же после операции (фиг. 14).
По данным ОЭКТ до оперативного вмешательства относительные показатели перфузии на 12-ти сегментарной модели были в пределах 83-98%. После операции отмечается снижение относительных показателей в различных сегментах от -4 до -16%.
В выбранном томографическом срезе ОМ2 до операции видно, что показатели перфузии во всех сегментах обоих полушарий большого мозга в пределах нормативных значений.
После операции отмечается снижение показателей перфузии во всех сегментах обоих полушарий (фиг. 14). При этом несколько ниже нормативных значений стали показатели в правом полушарии в 4 и 5 сегментах (снижение показателей на 6 и 16% соответственно) и в левом полушарии в 9 и 10 сегментах (снижение на 4 и 6% соответственно). В остальных сегментах показатели остались в пределах нормативных значений.
Проведена оценка эффективности оперативного вмешательства и изменений перфузии заявляемым методом среза ОМ2 (фиг. 15).
На диаграмме до операции область плотной окраски существенно выше нормы (фиг. 15, а) - выше первой горизонтальной линии - почти в 2 раза, а область слабой окраски состоит из двух отдельных пиков, которые наполовину находятся за пределами треугольника. Это указывает на низкий уровень перфузии.
После оперативного вмешательства (фиг. 15, б) область плотной окраски почти приблизилась к нормальным границам, а области слабого окрашивания сместились внутрь треугольника и также приблизились к границам нормы (фиг. 15, в). Это указывает на положительный эффект от операции и улучшение перфузии.
Таким образом, графическая оценка перфузии головного мозга является более чувствительным и более объективным тестом для оценки эффективности оперативных вмешательств или консервативной терапии.
Способ оценки изменений клеточной перфузии головного мозга, включающий проведение однофотонной эмиссионной компьютерной томографии головного мозга, построение графиков накопления радиофармпрепарата по срезам головного мозга и анализ перфузии мозговой ткани, отличается тем, что оценку уровня клеточной перфузии осуществляют одномоментно на площади всего среза головного мозга, для чего выбранный для анализа срез помещают в программу обработки изображений и при помощи инструмента типа «лассо» выделяют изображение головного мозга по периметру, после чего автоматически выстраивают тоновую кривую, которую преобразовывают путем разделения изображения на правую и левую половины диаграммы с наложением зеркальных проекций друг на друга, получая таким образом два отдельных изображения, каждое их которых содержит прямую и зеркальную проекции диаграммы, далее при помощи программного обеспечения полученные изображения совмещают так, чтобы точка пересечения линий диагоналей находилась в центре изображения, одновременно уменьшая прозрачность накладываемого изображения на 50%; сохраняют окончательное изображение, имеющее нижний слой условный треугольник, для анализа; изменение клеточной перфузии головного мозга в дооперационном и послеоперационном периодах оценивают путем сравнения результатов диаграмм уровня перфузий в выбранном срезе головного мозга с шаблоном нормы клеточной перфузии для соответствующего среза головного мозга; при этом в дооперационном периоде, если область плотной окраски выше границы нормы по шаблону нормы перфузии и при смещении области слабой окраски за пределы условного треугольника, то определяют количественное уменьшение перфузии, если область плотной и слабой окраски в пределах нормы по шаблону перфузии, то определяют перфузию в пределах нормативных значений; в послеоперационном периоде, если область плотной окраски увеличилась относительно нормы по шаблону нормы перфузии и область слабой окраски увеличилась и сместилась за пределы условного треугольника, то определяют количественное уменьшение перфузии, а если область плотной окраски в пределах нормы или приближена к норме по шаблону перфузии, если происходит смещение слабой области слабой окраски в область условного треугольника, и область слабой окраски в пределах нормы или приближена к норме по шаблону нормы перфузии, то определяют восстановление перфузии.
