Введение к работе
Актуальность проблемы
Развитие методов ісешівазивной диагностики является одной из основных задач современной медицины. Среди них метод магнитно-резонансной томографии (МРТ), ставший рутинным диагностическим методом современной нейрорентгенолопш. Являясь развитием методов МРТ, чувствительных к потоку, мапштно-резонансная ангиография (МР-ангиографпя, МРА) позволяет визуализировать и изучать сосуды головного мозга и шеи в норме и патологии.
До недавнего времени основным методом диагностики патологии сосудов головного мозга была церебральная рентгеновская ангиография [P.Huber 1970, А.II.Арутюнов, В.Н.Корниенко 1971]. Этот метод является сложным инвазивным исследованием, требующим пункции артерии или вены с введением контрастного вещества в сосудистое русло. Церебральная ангиография небезопасна для пациента и может сопровождаться осложнениями.
Успешно применяемые в настоящее время методы неинвазивной диагностики - ультразвуковая транскраниальная допплерография [А.Р.Шахнович 1996], дуплексное сканирование [A.W.Litt 1994, Л.К.Брагина 1995] направлены на изучение скорости мозгового кровотока без визуализации ангиоархитектоники.
Одно из основных преимуществ MP-ангиографии над всеми неинвазивными методиками состоит в возможности в рамках одного обследования получить высокоинформативные МР-ангиограммы головного мозга и выявить сопутствующие изменения в тканевых структурах в режимах ТІ- и Т2-взвешепных изображений. Минимальные временные затраты (в среднем 15 минут) и отсутствие специфичных противопоказаний к проведению исследования являются определяющими с точки зрения использования данного метода в повседневной клинической практике.
Исторически сложилось так, что метод MP-ангиографии начал применяться для визуализации сосудов раньше, чем были изучены механизмы влияния потока крови на MP-сигнал. Отсутствие экспериментальных данных по моделированию основных патологических состояний сосудов (сужение -стеноз, и расширение - аневризма) привело к неадекватным оценкам при анализе МР-ангнограмм и трудностям в интерпретации результатов исследования. Имеющиеся в зарубежной литературе статьи освещают в основном фундаментатьные принципы визуализации движения жидкости в MP-томографии [Axel L. et а!. 1984; Haase A. et al.1986; Stalberg F. 1988; Osliinski J.N.et al., 1993]. С другой стороны имеются несколько работ, посвященных моделированию и прямым наблюдениям динамики потоков в
патологически измененных сосудах (изучение "прозрачной" моде;
аневризмы, каротидной бифуркации), однако эти модели не изучали*
методом MP-ангиографии [Botnar R. Et al. 1995; Kerber C.W. et al. 1996 и др
В отечественной литературе вообще отсутствуют данные о выполнен»
модельных экспериментов по визуализации потоков и их изучению на осної
MP-ангиографии. Зависимость интенсивности MP-сигнала, как от внутреннн
связанных с кровотоком (скорость, ускорение, наличие турбулентнь
возмущений и т.д.), так и от внешних факторов - аппаратурное обеспечен!
MP-томографа, дизайн импульсной последовательности и ее параметры,
усугубляют задачу адекватной интерпретации МР-ангнограмм, а в итоге
правильную постановку диагноза. Поэтому необходимое
экспериментального моделирования патологических состояний сосудов изучением кровотока на основе импульсных последовательное^ градиентного эха, используемых в MP-ангиографии, позволит помочь nf решении многих диагностических проблем, например, связанных феноменом потерн MP-сигнала в случае аневризм, оценкой стенозної поражения артериальных стволов и т.д.
Данный круг проблем позволил сформулировать цели и задач предлагаемой работы.
Цель исследовании
На основе математического моделирования и экспериментально! изучения влияния эффектов потока на интенсивность MP- сигнала определит возможности применения магнитно-резонансной ангиографии д; визуализации сосудов головного мозга и шеп с разработкой оптимальны режимов сканирования и алгоритмов обследования.
Задачи исследования Экспериментальные:
Разработка экспериментального стенда для изучения эффектов потока
МР-ангнографпи; « Изучение ламинарных и турбулентных потоков и их влияния \\
интенсивность MP-сигнала при моделировании:
сосудов с искривленной осью
сосудистой бифуркации
стспозированкого сосуда (30%,70%)
тромбированиого сосуда
апеврнзматического расширения
оптимизация параметров импульсных последовательностей методами
математического и экспериментального моделирования.
Прикладные:
На основе результатов экспериментального и теоретического моделирования разработать оптимальные алгоритмы визуализации стенозов, тромбозов, аневризм, артерно-венозных мальформацин головного мозга и шеи.
Адаптация МР-аигиографических последовательностей, использующих эффект переноса намагниченности для визуализации артериального и венозного кровотока;
Разработка единого биофизического подхода к интерпретации МР-апгиограмм, полученных с использованием различных технологий (время-пролетных, фазо-контрастных, переноса намагниченности);
Изучение возможностей применения парамагнитных контрастных веществ с целью улучшения визуализации сосудов головного мозга.
Научная новизна
Изучено влияние турбулентности потока на MP-сигнал в моделях сосудов с гладкими внутренними стенками и при патологических состояниях - стенозе и аневризматическом расширении на основе импульсных последовательностей МР-ангиографни.
Выработан единый биофизический подход в интерпретации МР-ангиограмм на основе время-пролетной, переноса намагниченности и фазовых импульсных последовательностей МР-ангиографни.
Изучено влияние внерезонанспого РЧ-импульса на стационарную ткань и движущуюся кровь при использовании модифицированной на основе эффекта намагниченности время-пролетной МР-ангиографии.
Предложены критерии оптимизации параметров метода двухмерной время-пролетной МР-ангиографии для визуализации медленного кровотока.
Впервые получено высококачественное МР-кзображепие кавернозных синусов, внутренних и базальпых вен па основе использования модифицированной время-пролетной МР-ангиографии с внутривенным усилением парамагнитным веществом.
Практическая значимость
Предложенные алгоритмы, позволяют быстро визуализировать и изучать артериальное и венозное русло в нормальном и патологически измененном состояниях. Существенно сокращенное время сканирования на
основе время-пролетпон методики MP-ангиографии (в среднем 5 минут) может иметь большое значение при обследовании тяжелых больных с противопоказаниями к проведению церебральной рентгеновской ангиографии.
Разработаны методические рекомендации по выбору алгоритма визуализации стенозов, мешотчатых аневризм, артерио-венозных мальформаций сосудов головного мозга и шеи.
Предложенный единый биофизический подход к интерпретации МР-ангнограмм головного мозга и шеи может быть использован врачами-клнницистами для адекватного прочтения полученных данных и правильной постановке диагноза.
Разработана новая методика МР-вснографи», на основе модифицированной с использованием эффекта переноса намагниченности время-пролетной MP-ангиографии, которая позволяет визуализировать и изучать венозные структуры головного мозга, включая мелкие вены (до 1мм).
Внедрение в практику
По разработанным алгоритмам обследования проводится МР-ангнографическое исследование (МР-артсрно- и венографня) у больных, находящихся на лечении в МНИ нейрохирургии им. акад. Н.Н.Бурденко РАМН.
Основные положения диссертации представлены в
1 монографии
14 публикациях, из них:
3 - в отечественной периодической печати;
П-в виде тезисов на отечественных и зарубежных съездах и симпозиумах.
Апробация работы
Основные положения диссертации изложены на:
4-ой сессии общего собрания Российской Академии Медицинских Наук (Москва) 1995;
1-ом съезде нейрохирургов России (Свердловск) 1995;
1-ой научно-практической конференция стран СНГ по МРТ в медицинской практике (Москва) 1996;
научно-практической конференции по МРТ в медицине (Санкт-Петербург) 1996;
научно-практической конференции по новым информационным технологиям в радиологии (Москва) 1997;
международной конференции по компьютерной и магнитно-резонансной томографии в клинике (Москва) 1997.
Апробации диссертационной работы состоялись 30 января 1998г на расширенном заседании проблемном комиссии по теме "Сосудистая патология головного мозга" НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н.Бурденко РАМН и б февраля на объединенной научно-практической конференции сотрудников кафедры биофизики медико-биологического факультета РГМУ и отделения нейрорентгенологин НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н.Бурденко РАМН.
Объем и структура работы
Диссертация изложена на 185страницах машинописи, содержит II таблиц, иллюстрирована 24 рисунками и 62 томограммами. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и выводов. Приложение содержит библиографический указатель из 210 названий, из них 17 отечественных.