способ оценки мозгового кровообращения с расчетом коэффициента пластичности мозгового кровотока при компьютерно-томографической перфузии у пациентов с ишемическим инсультом в острейшем и остром периодах

Формула изобретения

Способ оценки мозгового кровотока в острейшем и остром периодах ишемического инсульта путем компьютерно-томографической перфузии, включающей болюсное введение контрастного вещества в периферическую вену в количестве 40 мл со скоростью введения 4 мл/с, спиральное сканирование глубинных структур мозга, измерение параметров среднего времени прохождения крови (mean transit time - МТТ), церебрального кровотока (blood flow - CBF) и церебрального объема крови (blood volume - CBV), отличающийся тем, что сканирование проводят сразу же после введения контрастного вещества, проводят измерение в трех симметричных зонах, а именно в лобных, височных, затылочных отделах, где выбирают четыре точки интереса, соединяют их условно перекрестно, образуя пятую точку, в проекции каждой из пяти точек измеряют параметры CBF, CBV, МТТ, определяют средние арифметические величины каждого параметра, вычисляют коэффициент пластичности перфузии церебрального кровотока Cpl CBF, коэффициент пластичности церебрального объема крови Cpl CBV, коэффициент пластичности среднего времени прохождения крови Cpl МТТ как соотношение средних арифметических величин соответствующих параметров здоровой стороны со средними арифметическими величинами параметров пораженной стороны и при изменении хотя бы двух из коэффициентов пластичности при норме Cpl CBF и Cpl CBV не более 0,01, а Cpl МТТ не менее 0,01 диагностируют зону гипоперфузии в исследуемом регионе мозга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии и лучевой диагностике, и может быть использовано для диагностики острого ишемического инсульта и коррекции в лечении больных церебральным инсультом.

Сосудистая патология головного мозга остается одной из наиболее важных медико-социальных проблем в современной неврологии. Цереброваскулярная патология, в частности ишемический инсульт, является одной из основных причин экстренной госпитализации, смертности (до 35% в остром периоде) и занимает первое место по инвалидизации взрослого населения. В России ежегодно случается более 400 тысяч инсультов. Это заболевание широко распространено и тяжело протекает, больные нуждаются в постороннем уходе и примерно у 1/3 больных инсульт развивается повторно и при этом протекает значительно тяжелее первичного случая заболевания. Создание адекватной системы лечебной и диагностической помощи больным с инсультом, по экспертным оценкам ВОЗ, позволит снизить летальность в течение первого месяца заболевания до уровня 20%, повысить выживаемость и обеспечить независимость в повседневной жизни через 3 месяца после его начала не менее чем у 70% выживших пациентов [Гусев Е.И., Скворцова В.И. Ишемия головного мозга. - 2003, №3, С.1-4]. Установлена стадийность гемодинамических и метаболических изменений, происходящих в ткани мозга на различных этапах его недостаточности, установлены закономерности развития ишемического повреждения во времени. Так, формирование большей части инфаркта происходит уже в течение 3-х часов от появления первых симптомов инсульта, а последующее прогрессирование зоны повреждения продолжается в течение 6-72 часов и более, во многом зависит от сроков восстановления системной геодинамики, степени сопутствующего отека и других факторов [Труфанов Г.Е. Рентгеновская компьютерная томография и магнитно-резонансная томография в диагностике ишемического инсульта - СПб.: «ЭЛБИ-СПб», 2005. - 192 с.]. Поэтому наиболее эффективны активные диагностические мероприятия, проводимые в первые 3 часа инсульта, так называемого «терапевтического окна», направленные на диагностику эффективности восстановления адекватной перфузии с целью сохранения морфофункциональных характеристик мозгового вещества в зоне повреждения. Следовательно, исходя из патогенеза ишемического повреждения головного мозга актуальным является поиск новых диагностических программ и алгоритмов исследования, способных оценить истинную микроциркуляцию и эффект от проводимой медикаментозной терапии, направленной на ее улучшение.

Общеизвестно, что ишемия головного мозга сопровождается снижением церебральной перфузии. Для оценки церебральной перфузии во время острого инсульта используется 4 метода исследования [Latchaw R.E. Cerebral perfusion imaging in acute stroke // Journal of vascular and interventional radiology. - 2004. - №15. - Р.29-46]. Эти методы можно условно разделить на две группы в зависимости от применения диффундирующих и недиффундирующих индикаторов. В первую группу входят компьютерная томография (КТ) с ксеноновым усилением и однофотонная эмиссионная КТ (single photon emission computed tomography - СРЕСТ). Ко второй группе относятся КТ перфузия и магнитно-резонансная (МР) перфузия, последняя методика выполняется в сочетании с диффузионно-взвешенным изображением. Поскольку диффундирующие индикаторы, являясь липофильными молекулами, легко проникают через гематоэнцефалический барьер, их концентрация в ткани головного мозга отражает количество индикатора, поступившего с током крови. Для количественной оценки кровотока определяют концентрацию индикатора в питающей артерии и в исследуемой ткани. К недиффундирующим индикаторам относятся крупномолекулярные внутрисосудистые контрастные вещества, которые проникают в экстраваскулярное пространство только при повреждении гематоэнцефалического барьера. Накопление контрастного вещества (KB) в ткани в результате повреждения гематоэнцефалического барьера может стать причиной серьезных ошибок при вычислении перфузионных показателей. Именно поэтому необходимо более тщательное и достоверное исследование перфузионных показателей при проведении лучевых методов исследования. Острый ишемический инсульт происходит в результате снижения церебрального кровотока (cerebral blood flow - CBF) ниже порогового уровня, необходимого для поддержания клеточной активности и гомеостаза. Патологический процесс с нарушением функции калий-натриевого насоса способствует проникновению внеклеточной воды внутрь клетки, затем запускается целый комплекс химических и ферментативных процессов. Некоторые из них приводят к повышению концентрации кальция в клетке, что вызывает ее гибель или в течение короткого промежутка времени, или отсрочено после восстановления перфузии. Некоторые ферментные системы запускаются через несколько дней после начала инсульта, приводя к программируемой гибели клеток (апоптозу). Если в течение определенного промежутка времени церебральный кровоток сохраняется ниже порогового уровня, развивается инфаркт мозга и изменения становятся необратимыми. Пороговая величина, ниже которой начинаются вышеуказанные метаболические процессы, у людей составляет около 18-20 мл CBF на 100 г ткани в минуту [Warach S. Tissue viabiliti thresholds in acute stroke the 4-factor model // Stroke. - 2001. - №32. P.2460-2461]. Восстановление CBF в течение нескольких минут по коллатералям или путем реканализации окклюзирующих артерий (спонтанной или медикаментозной) может подвергнуть патологический процесс обратному развитию. Большинство тканей выдерживают снижение CBF до 15-18 мл на 100 грамм в минуту в течение нескольких часов. При снижении CBF ниже 10 мл на 100 грамм в минуту происходит быстрое развитие инфаркта. Для практических целей пользуются величиной 8 мл на 100 грамм в минуту, поскольку при этой скорости церебрального кровотока наблюдается быстрая смерть нейрона. При острой окклюзии артерии, питающей определенный участок ткани мозга, происходит увеличение среднего времени прохождения крови (mean transit time - МТТ). Следовательно, этот показатель может использоваться для оценки перфузии ткани мозга в совокупности с другими величинами. Количество крови, содержащейся на единицу ткани в артериолах, капиллярах, венулах, в крупных артериях и венах, называется церебральным объемом крови (cerebral blood volume - CBV). Взаимоотношение CBF, CBV и МТТ выражается следующей формулой CBF=CBV÷МТТ [Aksoy F.G., Lev M.H. Dynamic contrast-enhanced brain perfusion imaging technigue and clinical applications // Neurol. Imag. Clin. North Am. - 2001. - №11. - P.485-500]. Снижение перфузионного давления в ткани приводит к компенсаторному расширению мелких сосудов и замедлению кровотока. В итоге усиливается экстракция кислорода из единицы объема крови за единицу времени. Оба механизма: вазодилятация и повышение коэффициента экстракции кислорода, являются частью ауторегуляторного процесса, приводящего к увеличению CBV. При продолжающемся падении перфузионного давления начинается уменьшение церебрального объема крови. Поскольку в условиях падения CBV и перфузионного давления ткань мозга может сохранять жизнеспособность только в течение короткого промежутка времени, определение перфузионных параметров в ткани, предрасположенной к инфаркту, может дать информацию о возможной обратимости или необратимости изменений. Эти данные могут помочь в выборе тактики лечения и в оценке степени риска планируемых терапевтических мероприятий.

Прототипом является способ исследования перфузионных показателей при компьютерно-томографической перфузии, который заключается в следующем. Исследование проводится на компьютерном томографе со спиральным сканированием с использованием автоматического контроля поступления контрастного вещества (болюса) инъекционной системой. Пациенту в периферический венозный сосуд вводится контрастное вещество болюсным способом. Плоскость сканирования для режима перфузии выбирается на уровне базальных ганглиев и подкорковых ядер. При одновременном введении контрастного препарата с использованием автоматического болюсного инъектора получаются аксиальные изображения мозга. По специальной таблице рассчитывается время наибольшей концентрации контраста в интересующей зоне и проводится спиральное КТ-исследование с последующей реконструкцией изображения. Методика позволяет количественно определить регионарный церебральный объем крови (cerebral blood volum = rCBV), среднее время транзита крови через капилляры мозга (mean transit time = МТТ) и регионарный церебральный кровоток (cerebral blood flou = rCBF) путем последовательного сканирования стационарных слоев мозга во время внутривенного введения болюса иодированного контрастного вещества (KB). Данные КТ-перфузии позволяют получить карту регионарного кровотока, где отображаются количественные результаты исследования [Aksoy F.G., Lev М.Н. Dynamic contrast-enhanced brain perfusion imaging technigue and clinical applications // Neurol. Imag. Clin. North Am. - 2001. - №11. - Р.485-500].

Недостатком данной методики является отсутствие единого алгоритма исследования и систематизации данных, ограничение группировки результатов в большом регионе кровоснабжения, т.к. имеется возможность определять полученное значение параметра только в точке одного пикселя; сложность оперативной обработки, большой разброс данных результатов исследования.

Техническим результатом является получение совокупной количественной оценки степени снижения кровотока в зоне инфаркта.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе компьютерно-томографической перфузии, включающем болюсное введение контрастного вещества в периферическую вену в количестве 40 мл со скоростью введения 4 мл/сек, спиральное сканирование глубинных структур мозга, измерение параметров среднего времени прохождения крови (mean transit time - МТТ), церебрального кровотока (blood flow - CBF) и церебрального объема крови (blood volume - CBV), сканирование проводят сразу же после введения контрастного вещества, проводят измерение в трех симметричных зонах, а именно в лобных, височных, затылочных отделах, где выбирают четыре точки интереса, соединяют их условно перекрестно, образуя пятую точку, в проекции каждой из пяти точек измеряют параметры CBF, CBV, МТТ, определяют средние арифметические величины каждого параметра, вычисляют коэффициент пластичности перфузии церебрального кровотока Cpl CBF, коэффициент пластичности церебрального объема крови Cpl CBV, коэффициент пластичности среднего времени прохождения крови Cpl МТТ как соотношение средних арифметических величин соответствующих параметров здоровой стороны со средними арифметическими величинами параметров пораженной стороны и при изменении хотя бы двух из коэффициентов пластичности при норме Cpl CBF и Cpl CBV не более 0,01, а Cpl МТТ не менее 0,01 диагностируют зону гипоперфузии в исследуемом регионе мозга.

Авторами в научно-медицинской и патентной литературе не обнаружено сведений об использовании данных отличительных признаков для оценки перфузии мозга при проведении спиральной компьютерной томографии. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна».

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Исследование проводят на компьютерном томографе со спиральным сканированием фирмы "GE Medical Systems" (USA) модели HISPEED NX-I с использованием автоматического контроля поступления контрастного вещества (болюса) инъекционной системой фирмы "Medrad", модель VISTRON СТ в первые три часа заболевания пациенту с острым ишемическим инсультом. Положение больного лежа на спине. Рука с установленным внутривенным катетером располагается сбоку от пациента. Спиральную компьютерную томографию выполняют по специальной программе - HEAD Perfuzion в аксиальной проекции. Предварительно проводят неконтрастное (нативное) исследование с целью назначения уровня отслеживания контрастного препарата в режиме SmartPrep. Протокол исследования КТ-перфузии и его технические параметры определены следующие: тип сканирования кинематографический (аксиальный); время оборота 1,0 с; толщина проспективной реконструкции 10 мм; поле зрения при сканировании 25 см; напряжение 80 кВ, анодный ток 200 мАс. Тип реконструкции: общее время сканирования 50 с; зона охвата 20 мм, общее количество изображений 2×50. Параметры контрастирования: скорость введения 4 мл/с; общий объем контрастного вещества 40 мл; тип контрастного вещества омнипак 300 мг. Сканирование начинают через 2 секунды после внутривенного введения контрастного вещества. Срезы обычно проводят на уровне глубинных структур мозга с захватом участков, кровоснабжаемых передней, средней и задней мозговыми артериями. Далее с помощью компьютерной программы СТ Perfusion 2, рабочей станции HP workstation 8000 строят цветные карты в режимах mean transit time, blood flow & blood volume. Исследование вышеуказанных параметров проводят в трех симметричных зонах интереса (лобные, височные, затылочные отделы). В каждой зоне выбирают четыре точки интереса, соединяемые условно перекрестно, образуя пятую точку. В проекции каждой из пяти точек измеряют параметры CBF, CBV, МТТ. Среднюю арифметическую каждой величины определяют значением (m) medium - CBFm, CBVm, MTTm. Соотношение параметров здоровой стороны (sound) с пораженной стороной (affect) обозначают коэффициентом пластичности перфузии и определяют значением Cpl (coefficient plastic).

1. Коэффициент пластичности церебрального кровотока

За норму принимается значение не более 0,01

2. Коэффициент пластичности церебрального объема крови

За норму принимается значение не более 0,01.

3. Коэффициент пластичности среднего времени прохождения крови

За норму принимается значение не менее 0,01.

Методика не только визуализирует продвижение контрастного вещества в мозговой паренхиме, но и позволяет оценить перфузию разных участков мозга (лобные, височные, затылочные), идентифицировать область слабой перфузии и дает возможность совокупной количественной оценки степени снижения кровотока в зоне инфаркта. Нашими исследованиями установлено, что изменение двух из трех или трех их трех коэффициентов пластичности в первые часы заболевания острым ишемическим инсультом свидетельствует о наличии зоны гипоперфузии в исследуемом регионе мозга. Преимущество этого метода состоит в том, что больные ишемическим инсультом в первые ЧАСЫ заболевания начинают получать эффективную адекватную медикаментозную терапию, направленную на улучшение микроциркуляции и восстановлении перфузии мозга.

Отличительные признаки способа позволяют получить новый и неочевидный для среднего специалиста результат - получение критериев оценки мозгового кровообращения в острейшем и остром периодах ишемического инсульта. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Предлагаемый способ иллюстрируется следующим примером.

Больной П. 62 года, пенсионер. Поступил в экстренном порядке в стационар в 9.00 с жалобами на отсутствие движений в левых конечностях, общую слабость. Доставлен в приемный покой родственниками. Анамнез заболевания: заболел остро, утром в 8.00, когда внезапно закружилась голова, упал, «отказали» левые конечности. История жизни: рождение и развитие в детстве без особенностей. Наследственность не отягощена. Страдает артериальной гипертензией в течение 22 лет. Отмечает максимальное повышение АД до 190/100 мм рт. ст., гипотензивные препараты постоянно не принимал. Объективно: сознание - оглушение II, контакту доступен. Кожные покровы чистые, бледные, лимфатические узлы не увеличены. В легких дыхание везикулярное, хрипов нет. Границы сердца расширены влево (по левой срединно-ключичной линии). Тоны сердца ясные, ритмичные. АД=170/100 мм рт. ст.; ЧСС = 72 удара в мин; Пульс = 72 уд. в мин, удовлетворительных свойств. Язык чистый, влажный. Живот увеличен в объеме за счет подкожно-жировой клетчатки. Печень, селезенка не увеличены. Неврологический статус: парез конвергенции с обеих сторон. Центральный парез VII, XII пар ЧМН слева. Левосторонняя гемиплегия. Тонус в левых конечностях повышен по спастическому типу. Сухожильные рефлексы оживлены больше слева. Патологический рефлекс Бабинского слева. Левосторонняя гемигипестезия. Менингеальных знаков нет.Лабораторные данные: OAK: эр. 4.4·10 ¹²/л; нв. - 146 г/л; цп - 0.9; тр. - 270·10 ⁹/л; л - 7.5·10⁹/л; эоз. - 1%; п - 1%; с - 7%; лимф. - 24%; мон. - 3%; СОЭ - 13 мм/ч. Биохимический анализ крови: глюк. - 5 ммоль/л; крет. - 98 мкмоль/л; кфк - 615 ед; общ. белок - 9,0 мкмоль/л. Липидограмма: общ. хст. - 8.0 мкмоль/л; общ. триглицериды - 1.7 ммоль/л; ЛПВП - 0.9 млмоль/л; ЛПНП - 6.3 ммоль/л; ЛПОНП - 0.8 ммоль/л; индекс атерогенности - 8. Коагулограмма: ПТИ - 94%; фибриноген - 4.4%; АЧТВ - 36 с; РФМИ - 5.5%. ОАМ: уд. вес - 1008; белок - отр.; лейк. - 2-3 в п/зр. ЭКГ: Синусовый ритм, электрическая ось отклонена влево, не исключается рубцовые изменения по переднеперегородочной области. Дистрофические изменения в миокарде. Проведено КТ исследование головного мозга в срочном порядке (10.00) - очагов патологической плотности на момент исследования в паренхиме мозга выявлено не было (рентген-негативный период заболевания). Проведено КТ перфузионное исследование с определением количественных показателей mean transit time, blood flow, blood volume в пяти разных точках в лобной, височной, затылочной областях и в проекции подкорковых ядер. В процессе расчетов определено изменение коэффициентов пластичности МТТ, CBF и CBV в проекции базальных ганглиев справа; выявлен регион гипоперфузии в проекции подкорковых ядер справа (табл.1). Больному сразу назначена комплексная медикаментозная терапия, направленная на улучшение микроциркуляции мозга. В последующем пациент консультирован терапевтом. Диагноз: Атеросклероз сосудов головного мозга, сердца. Артериальная гипертензия 3 степени, риск 3. Проведена эхокардиография: диффузное снижение сократительной способности миокарда. На глазном дне обнаружена гипертоническая ангиопатия сосудов сетчатки. Далее проведена УЗДГ: атеросклероз сосудов шеи; утолщение КИМ до 0.19 см; стеноз внутренней сонной артерии слева до 67%. На основании проведенных исследований был поставлен диагноз: Цереброваскулярное заболевание. Атеросклероз сосудов головного мозга (стеноз правой внутренней сонной артерии) в сочетании с артериальной гипертензией 3 степени. ОНМК по ишемическому типу в правом каротидном бассейне с левосторонней гемиплегией, острейший период. Лечение: берлитион 600 ME, в/в кап.,10 дней; плавикс 75 мг 1 раз в сутки; аспирин 0.5 1/4 таб. утром; аккупро 1/2 таб. утром; поляризующая смесь №10, в/в кап., глицин по 2 таб. 3 раза, 4 недели. На фоне лечения состояние пациента значительно улучшилось, стал более активным, стабилизировалось артериальное давление, появилась положительная динамика в неврологическом статусе: появились движения в левой ноге, увеличилась сила в ней до двух баллов. Пациент выписался домой с рекомендациями продолжить прием медикаментозной терапии.

Через 1-2-3 месяца были проведены контрольные осмотры. Объективно: пациент в сознании, адекватен. АД=140/80 мм рт ст; ЧСС = пульс 75 ударов в минуту. Соматически - патологии не выявлено. Неврологически: легкая асимметрия лица. Тонус в левых конечностях повышен по спастическому типу. Сила в левой ноге - 3 б.; левой руке - 2 б. Сухожильные рефлексы выше слева; положительный симптом Бабинского. Менингеальных знаков нет. Чувствительных расстройств не выявлено. Пациент самостоятельно начал садиться и вставать с кровати, делает несколько шагов, опираясь на стул. Больному рекомендовано продолжить прием с гипотензивной и с антиагрегантной целью - комбинацию препаратов. В дальнейшем пациент был проконсультирован сосудистым хирургом. В плановом порядке назначено хирургическое лечение правой сонной артерии.

Таким образом, проведенное исследование с расчетом коэффициентов пластичности перфузии, позволило установить у больного правильный диагноз и своевременно назначить адекватное лечение.

Предлагаемым способом было обследовано 8 больных. Во всех случаях информативность обследования была высокая, выставлен правильный диагноз, осложнений при данной методике исследования не выявлено.

Перфузионная КТ - это несложный метод, не требующий никакого дополнительного оборудования сверх того, которое входит в состав современной комплектации КТ, его можно выполнять в ургентных условиях на начальной стадии заболевания пациентов с ишемическим инсультом. Анализ данных перфузионной КТ является следующим шагом в развитии количественных методов оценки состояния пациента. Сбор данных занимает менее минуты, благодаря чему методика хорошо переносится пациентами. Дальнейшая разработка метода с использованием коэффициентов пластичности перфузии позволит создать шкалу оценки обратимых и необратимых изменений в паренхиме мозга для прогнозирования исхода и контроля эффективности лечения пациентов с ишемическим инсультом в острейшем и остром периодах заболевания.

Предлагаемый способ легко воспроизводим в условиях стационара, при использовании достигается указанный технический результат. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».

Способ оценки мозгового кровообращения с расчетом коэффициента пластичности мозгового кровотока при компьютерно-томографической перфузии у пациентов с ишемическим инсультом в острейшем и остром периодах

mean transit time - MTT (среднее время прохождения крови)		cerebrale blood flow - CBF (церебральный кровоток)		cerebral blood volume - CBV (кол-во крови в единицу ткани в мелких и крупных сосудах)
гемисфера		гемисфера		гемисфера
пораженная affect	здоровая sound	пораженная affect	здоровая sound	пораженная affect	здоровая sound
6,79	2,06	21,11	43,15	1,73	2,41
5,32	3,13	27,85	67,18	1,66	3,25
6,27	3,42	24,94	55,19	1,42	2,89
5,99	3,01	36,55	62,33	1,61	3,01
6,64	2,99	30,11	60,41	1,59	2,99
6,202 m	2,922 m	28,112 m	57,652 m	1,602 m	2,91 m
Cpl MTT (N=0,01)>0,005		Cpl CBF (N=0,01)<0,02		Cpl CBV (N=0,01)<0,018