Новости RSNA 2019: водно-масляные эмульсии помогут наладить работу МР-томографов

Сотрудники отдела разработки средств контроля и технического мониторинга Центра диагностики и телемедицинских технологий для оценки и стандартизации количественных данных при диффузионно-взвешенной (ДВ) магнитно-резонансной томографии (МРТ) создали обратные эмульсии на основе силоксанов, позволяющие повысить точность оценки измеряемого коэффициента  диффузии (ИКД) на разных МР-сканерах и при этом анализировать эффективность жироподавлениея. О разработке рассказала руководитель отдела Кристина Сергунова на юбилейном 105 конгрессе Северо-Американского радиологического общества, который проходил с 1 по 6 декабря в Чикаго.

Одна из основных задач современного здравоохранения – это раннее выявление онкологических заболеваний для более эффективного лечения и сохранения качества жизни пациентов. Важную роль в диагностике злокачественности объемных образованийразличных органов и тканей играет диффузионно-взвешенная МРТ, позволяющая получить дополнительную информацию о диффузии молекул воды в тканях. Молекулы H₂O содержатся как во внутриклеточном, так и в межклеточном пространстве, но характер их движения при этом различается. Внутри клетки при перемещении молекулы воды сталкиваются с макромолекулами, органеллами (затрудненная диффузия) и клеточной мембраной (ограниченная диффузия). Тогда как в межклеточном пространстве происходят столкновения молекул воды лишь с внешними границами клеточных мембран.

При отсутствии патологии в тканях коэффициент диффузии внутри клетки ниже, чем в межклеточном пространстве. Однако, когда клеточная плотность или вязкость среды повышается (при развитии патологических процессов), коэффициент диффузии межклеточного пространства снижается.

Для того чтобы измерить то, как вода «ведет себя» в тканях, используются расчетные показатели, получаемые в ходе математической обработки данных ДВИ – карты измеряемого коэффициента диффузии (ИКД, apparent diffusion coefficient — ADC map). Вычисляемый ИКД – величина не абсолютная, так как зависит от ряда факторов: параметров сканирования и реконструкции, качества изображения и характеристик оборудования.

Чтобы различные томографы создавали сходные по качеству изображения, параметры протоколов сканирования необходимо настраиватьи оптимизировать, что делается при помощи фантомов, моделирующих различные виды диффузии (неограниченную, затрудненную, ограниченную с полупроницаемыми и непроницаемыми мембранами). На сегодняшний день для этого существует несколько технических решений: фантомы NIST (National Institute of Standards and Technology) и QIBA (Quantitative Imaging Biomarkers Alliance), а также фантомы Института исследования рака Великобритании. Однако они позволяют моделировать только затрудненную диффузию, и область их применения не так широка из-за использования полимерных растворов.

Коллектив Центра предложил совместно с растворами полимера поливинилпирролидона (ПВП) использовать водно-масляные эмульсии, позволяющие моделировать как затрудненную, так и ограниченную диффузию при относительно высокой интенсивности  сигнала, а также применять разработанный фантом для оценки качества работы функции жироподавления. Причем, эти эмульсии должны обладать низкими коэффициентами диффузии вплоть до 0.05*10^-3мм²/с.

Для контроля ДВИ использовались эмульсии с различными заданными соотношениями воды и циклометикона (силиконовое масло с низким молекулярным весом). Для оценки точности ИКД на различных МР-сканерах исследователи использовали изображения фантома, полученные при различных значениях b-фактора в диапазоне от 0 до 1000. Так как коэффициент диффузии молекул пропорционален температуре вещества, научный коллектив также измерял его при нагреве и остужении растворов и эмульсий, что позволило получить температурные зависимости ИКД для выполнения последующих расчетов.

Оказалось, что результаты оценки ИКД на разных МР-сканерах, в среднем, отклонялись на 5,1%, тогда как относительная погрешность оказалась равной 9,3% При этоммаксимальная относительная погрешность ИКД составила 28%. Расхождения выявились не только между МРТ различных фирм- производителей, но также между аппаратами одной модели. Однако,введение поправочного коэффициента, рассчитанного методом наименьших квадратов, позволило снизить погрешность вплоть до 2,5%.

Кроме того, использованный в эмульсиях циклометикон позволил оценить эффективность работы функции жироподавления. Отношение сигнала от воды к сигналу от жира при использовании этой функции оказалось на 60% больше, чем без него.

«Разработанный фантом позволяет расширить диапазон возможностей его использования по сравнению с существующими аналогами, оптимизировать последовательности, в том числе для оценки размера клеток, измерять степень подавления сигнала от жира и химический сдвиг», — отметила Кристина Сергунова.

Также с его помощью получается сигнал высокой интенсивности в широком диапазоне значений b-фактора вплоть до 10 000 с/мм².

Это исследование – часть большой научно-исследовательской работы, которая была запущена в Центре диагностики и телемедицины в 2017 году и касается стандартизации и оптимизации работы МР-томографов, а также создания средств контроля параметров этого вида оборудования, которые позволяют обеспечить требуемое качество изображений, и, как следствие, повысить диагностическую ценность исследований.

Текст: Анна Хоружая