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
На днях FDA одобрило первый 7-тесловый магнитно-резонансный томограф, в котором более чем удваивается статическая напряженность магнитного поля, доступная для клинического использования на сегодняшний день. Magnetom…
В Медицинском центре Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) провели уникальную операцию по реконструкции черепной коробки. При ее подготовке использовалась технология 3D-моделирования и печати имплантов из современных…
Нейронные сети продолжают свое победное шествие в медицину вообще и в неврологию в частности. Система Accipio Ix от компании MaxQ AI способна детектировать внуричерепное и внутримозговое…
Исследователи Нью-Йоркского университета (NYU) воспользовались диффузионно-тензорной магнитно-резонансной томографией (трактографией), чтобы установить то, насколько выражены повреждения нервных связей при ЧМТ в мозолистом теле – части белого…
Используя мощный магнитно-резонансный томограф, коллектив ученых из Национального института неврологических расстройств и инсульта NIH установил, что по одному из режимов можно выяснить, будет ли прогрессировать…
На этом коллаже вы видите шесть ПЭТ-томограмм. В новой статье, опубликованной в Journal of Alzheimer’s Disease, делается неожиданный вывод о том, что амилоидные отложения в…
Исследователи из Университетов Калифорнии в Беркли, Дьюка и Северной Каролины продемонстрировали с помощью магнитно-резонансной томографии, что даже один футбольный сезон (речь, разумеется об американском футболе,…
Нейробиологи, кажется, сумели найти способ диагностировать расстройства аутистического спектра (РАС) при помощи функциональной магнитнорезонансной томографии (подробнее об этом методе можно прочитать в нашей отдельной статье)….
Проблема диагностики и прогноза хронических нарушений сознания (минимального состояния сознания и вегетативного состояния, которое сейчас принято более корректно называть синдромом ареактивного бодрствования) стоит очень остро. Очень…