способ магнитно-резонансной томографической диагностики ишемических нарушений коронарного кровообращения

Формула изобретения

Способ магнитно-резонансной томографической диагностики ишемических нарушений коронарного кровообращения, заключающийся в том, что выполняют магнитно-резонансную томографию сердца в Т1-взвешенном режиме до и через 5-30 мин после внутривенного введения парамагнетика, 0,25М раствора MnCl₂, в количестве 1 мл/10 кг веса тела и рассчитывают для всех областей сердечной мышцы индекс усиления изображения по формуле

где ИУ - индекс усиления изображения;

- интенсивность T1-взвешенного изображения миокарда на МР-томограммах, записанных после введения раствора MnCl ₂;

- интенсивность T1-взвешенного изображения миокарда на исходных неконтрастированных МР-томограммах,

и диагностируют коронарную ишемию в той области сердца, где индекс усиления изображения составляет менее 1,10.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а именно к области лучевой диагностики и кардиологии, и может быть использовано в магнитно-резонансной томографии при проведении магнитно-резонансных томографических исследований кровоснабжения миокарда.

Известен способ магнитно-резонансной визуализации ишемических нарушений кровоснабжения миокарда, детально представленный S.Plein и соавт [1] и заключающийся в внутривенном введении обследуемому соединений Gd-диэтилентриаминпентаацетата (ДТПА) (выпускаемых под названием Магневист фирмой Шеринг, Австрия, а также фирмой Никомед-Амершам - под названием Омнискан) с последующей записью мультифазной быстрой градиент-эхо последовательности магнитно-резонансных томографических изображений с использованием высокопольного сверхпроводящего МР-томографа с напряженностью поля 1,5 Т и последующей трехмерной реконструкцией временных характеристик распределения Gd-ДТПА в миокарде, с расчетом и визуальным представлением показателей миокардиального кровотока.

Данный способ является наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату и выбран в качестве прототипа.

Недостатком способа является высокая стоимость контрастного препарата Gd-ДТПА, превышающая на одно исследование 75 долл. США [2], а также необходимость проведения исследования на высокопольном МР-томографе с сверхпроводящим магнитом и с использованием сложных специализированных алгоритмов реконструкции изображений распределения кровоснабжения в сердце. За счет этих экономических факторов снижается доступность способа магнитно-резонансной томографической диагностики кровообращения сердечной мышцы для практического здравоохранения, повышается время, необходимое для проведения исследования. На наиболее широко распространенных магнитно-резонансных томографах со средней и низкой напряженностью магнитного поля указанный способ-прототип реализован быть не может.

Целью изобретения является возможность осуществления способа диагностики ишемических нарушений кровоснабжения миокарда на низкопольных магнитно-резонансных томографах и снижение его себестоимости.

Поставленную цель достигают техническим решением, представляющим собой способ магнитно-резонансной томографической диагностики ишемических нарушений коронарного кровообращения, заключающийся в выполнении магнитно-резонансной томографии сердца в Т1-взвешенном режиме до и через 5-30 мин после внутривенного введения парамагнетика, 0,25 М раствора MnCl₂, в количестве 1 мл/10 кг веса тела и рассчитывают для всех областей сердечной мышцы индекс усиления изображения по формуле

- ИУ - индекс усиления изображения

- - интенсивность T1-взвешенного изображения миокарда на МР-томограммах, записанных после введения раствора MnCl ₂.

- - интенсивность T1-взвешенного изображения миокарда на исходных неконтрастированных МР-томиограммах, и диагностируют коронарную ишемию в той области сердца, где индекс усиления изображения составляет менее 1,10.

Новым в предлагаемом способе является использование в качестве контрастного вещества для визуализации миокарда в МР-томографии раствора соединения MnCl ₂, а также формула для расчета индекса усиления интенсивности Т1-взвешенного изображения

,

и диагностика коронарной ишемии при значениях ИУ менее 1,10.

Mn(II) является биологическим микроэлементом, присутствующим в плазме крови и в норме [3], тогда как Gd в организме человека не присутствует. Принципиальным преимуществом MnCl ₂ является также то, что, в отличие от остальных контрастных препаратов-парамагнетиков, он является не вне, а внутриклеточным контрастным препаратом и при внутривенном введении накапливается в миокарде пропорционально кровотоку [4]. В то же время для диагностики ишемических нарушений кровоснабжения миокарда методом МРТ соединение MnCl₂ не использовалось, и количественных критериев диагностики нарушений коронарного кровообращения с его помощью не представлено.

Как видно из фиг.1, имеет место высокая степень усиления интенсивности Т1-взвешенного изображения соединением MnCl₂ в качестве парамагнитного контрастного препарата для МР-томографии в Т1-взвешенном режиме начиная уже с малых концентраций. На фиг.1 представлен вид срезов Т1-взвешенной МР-томограммы фантомов емкостью по 100 мл с различным содержанием парамагнитного контрастного препарата - MnCl ₂ - в физиологическом растворе. Параметры Т1-взвешенного МРТ-исследования: Время повторения (Time Repetition) = 400-800 мс, Время эхо (Time Echo) = 15 мс, Угол отклонения (Flip Angle) = 90°, Число срезов = 5, Толщина срезов = 7 мм. Матрица записи изображения = 192*256, Размер поля зрения = 350 мм. Число повторений = 5. Собственная интенсивность изображения стенки фантомов, выполненной из пластика, составила менее 40 единиц интенсивности.

Количественные результаты экспериментальных исследований усиления интенсивности Т1-взвешенного изображения МРТ на фантомах с применением MnCl₂ представлены на фиг.2, 3. В частности, можно видеть, что при концентрациях соединения MnCl₂ в фантомах от 0 до 1 мМ, соответствующих концентрациям, которые достигаются в миокарде или в патологических новообразованиях при введении обычных дозировок соединений парамагнитных контрастных веществ для МР-томографии, усиление интенсивности Т1-взвешенного изображения МРТ, вызванное MnCl₂, превосходит усиление интенсивности, индуцированное комплексом Gd-ДТПА (фиг.2). При больших концентрациях MnCl₂, превосходящих 2 мМ, интенсивность Т1-взвешенного изображения в фантомных исследованиях MnCl ₂ несколько уступает интенсивности Т1-взвешенного изображения, получаемого при использовании Gd-ДТПА. Как видно из данных фиг.3, выраженное усиление интенсивности Т1-взвешенного изображения МРТ достигается уже при физиологических нетоксических концентрациях MnCl₂ неизменным образом в широком диапазоне показателей времени повторения (TR), обычно используемых для получения Т1-взвешенных изображений. Это позволяет использовать метод при различных протоколах магнитно-резонансной томографии в Т1-взвешенном режиме.

При экспериментальном исследовании у кроликов (фиг.4, 5) в результате введения MnCl ₂ достигается видимое на глаз значительное усиление интенсивности Т1-взвешенного сигнала перфузируемого миокарда левого желудочка по сравнению с исходной интенсивностью, практически близкой к фоновой, а также по сравнению с указанной стрелкой областью экспериментального ишемического повреждения. При расчете индекса усиления Т1-взвешенного изображения

во всех случаях ишемического повреждения величина его оказывалась менее 1,10, а в неповрежденных регионах - более 1,10 (фиг.6).

Экономически использование соединений Gd-ДТПА затратно, поскольку стоимость одной инъекции препарата составляет не менее 75 долл. США [3], тогда как стоимость 100 г сухого MnCl ₂, достаточного для получения более 1000 доз раствора MnCl ₂ для визуализации кровообращения миокарда заявляемым методом, составляет до 12 долл. США [5].

Отличительные существенные признаки, характеризующие изобретение, проявили в заявляемой совокупности новые свойства, явным образом не вытекающие из уровня техники в данной области и не являющиеся очевидными для специалиста.

Идентичной совокупности признаков не обнаружено при изучении патентной и научно-медицинской литературы.

Данное изобретение может быть использовано на практике для диагностики коронарной ишемии. Исходя из вышеизложенного следует считать предлагаемое изобретение соответствующим критериям «Новизна», «Изобретательский уровень», «Промышленная применимость».

Изобретение будет понятно из следующего описания и приложенных к нему чертежей.

Фиг.1. Визуальные изменения интенсивности Т1-взвешенного изображения фантомов, содержащих MnCl₂ в концентрациях 0-2 мМ/л.

Фиг.2. Зависимость интенсивности Т1-взвешенного изображения фантомов, содержащих MnCl₂, Mn-ЭДТА и Gd-ДТПА (TR=420 мс, ТЕ=15 мс), от концентрации вещества в растворе фантома.

Фиг.3. Зависимость интенсивности Т1-взвешенного МРТ-изображения фантомов от содержания в них MnCl ₂, при изменении времени повторения (TR) от 400 до 700 мс.

Фиг.4. T1-взвешенное изображение (TR=420 мс, ТЕ=15 мс) грудной клетки и сердца кролика с экспериментальным ишемическим повреждением миокарда (область повреждения указана стрелкой) до введения MnCl₂.

Фиг.5. T1-взвешенное изображение (TR=420 мс, ТЕ=15 мс) грудной клетки кролика после введения и сердца кролика с экспериментальным ишемическим повреждением миокарда (область повреждения указана стрелкой) MnCl ₂.

Фиг.6. Величины индекса усиления Т1-взвешенного изображения

областях ишемии и неповрежденного миокарда.

Способ осуществляется следующим образом.

Обследуемого размещают на диагностическом столе МР-томографа удобным образом в соответствии с конструктивными требованиями конкретной МР-томографической установки. Затем выполняют магнитно-резонансную томографию в Т1-взвешенном режиме с соблюдением параметров времени повторения (TR) в пределах TR=400-1000 мс, в аксиальных, сагиттальных или фронтальных плоскостях, либо в плоскостях, ориентированных по длинной и короткой осям сердца, с полным охватом области грудной клетки, с расположением сердца в центре области визуализации. Исследование может быть проведено как с синхронизацией записи изображений МРТ по ЭКГ-триггеру, так и без нее.

Затем внутривенно осуществляют введение 0,25 М раствора MnCl₂ из расчета 1 мл/10 кг веса тела. Введение осуществляют внутривенно медленно со скоростью 1 мл/5 с или менее. Затем спустя 5 мин или более после введения MnCl₂ повторно выполняют магнитно-резонансную томографию, с соблюдением тех же параметров исследования, и при том же расположении томографических срезов, что и до введения этого парамагнитного контрастного вещества. Для обеспечения лучшего качества диагностических изображений введение парамагнитного контрастного вещества производят без смещения пациента относительного магнитно-резонансного томографа.

Затем производят сравнение интенсивности изображений магнитно-резонансной томографии в Т1-взвешенном режиме до и после введения соединения MnCl₂. Усиление МРТ-изображения миокарда в результате введения MnCl₂ происходит пропорционально накоплению этого препарата, которое в свою очередь отражает уровень кровотока в ткани миокарда. Для всех диагностически значимых регионов миокарда рассчитывают величину индекса усиления Т1-взвешенного изображения

.

Во всех областях ишемии миокарда величина его менее 1,10, а в неповрежденных областях миокарда - более 1,10 (фиг.6).

Предлагаемый способ использован на 7 кроликах с экспериментальным инфарктом миокарда и на 8 здоровых кроликах. Эксперименты были проведены на кроликах с экспериментально полученным инфарктом миокарда, созданным с помощью перевязки и электротермокоагуляции ствола передней нисходящей коронарной артерии, с ишемией (инфарцированием) области перегородки и передней стенки левого желудочка.

Пример. Изменения картины Т1-взвешенного МР-томографического изображения при введении соединения MnCl₂ экспериментальному животному (кролику) с эксперименальным инфарктом миокарда левого желудочка в области перегородки.

Первоначально экспериментальному животному (кролики породы «серебристая шиншилла» весом 4500±50 г) выполняют МР-томографическое исследование без введения контраста в Т1-взвешенном режиме, с параметрами времени повторения TR=400 мс и времени возбуждения ТЕ=15 мс. Изображение Т1-взвешенной МР-томограммы кролика до введения контрастного вещества представлено на фиг.4. Поперечные МР-томограммы тела кролика на уровне середины левого желудочка в Т1-взвешенном режиме (TR=420 мс, ТЕ=15 мс, толщина томографического среза 5 мм). МРТ проводилась сначала до внутривенного введения 0,9 мл 0,25 М раствора MnCl₂. Очевидна крайне слабая визуализация миокарда как левого, так и правого желудочка без введения парамагнитного контрастного препарата.

Затем внутривенно в краевую вену уха вводят раствор MnCl₂, в дозировке 0,5 М/кг веса тела. Повторное МР-томографическое исследование выполняют при неизменном положении тела кролика и в том же Т1-взвешенном режиме (TR = 400 мс, ТЕ = 15 мс). Анализ изображения МР-томографии, контрастированной MnCl₂, показывает (фиг.5) выраженное усиление интенсивности Т1-взвешенного изображения в области неповрежденного миокарда, что соответствует нормальному кровоснабжению и высокой аккумуляции препарата MnCl ₂ в сердечной мышце. Таким образом, MnCl ₂ равномерно аккумулируется в сердечной мышце и вызывает выраженное усиление изображения в них, при минимальном усилении интенсивности Т1-взвешенного изображения диффузного характера в мышечной ткани, соответственно существенно меньшему кровотоку в ней по сравнению с миокардом.

Введение препарата не вызывает никаких патологических или физиологических реакций и не сопровождалось никакими достоверными изменениями картины крови или физикального состояния животного.

Исходя из большей доступности и дешевизны используемого препарата, высокой эффективности способа в эксперименте на животных можно заключить, что предлагаемый способ позволяет получить возможность визуально диагностировать ишемические нарушения кровоснабжения миокарда с помощью любых магнитно-резонансных томографов, на которых возможно получение Т1-взвешенных томограмм, а также позволяет снизить себестоимость исследования по сравнению с традиционно используемыми методами визуализации нарушений миокардиального кровоснабжения с помощью высокопольных сверхпроводящих магнитно-резонансных томографов.

Литература:

1. Plein S., Ridgway J.P., Jones Т.К., Bloomer T.N., Sivananthan M.U. Coronary Artery Disease: Assessment with a Comprehensive MR Imaging Protocol-Initial Results. // Radiology 2002; 225:300-307.

2. http://www.pharmindex.ru/dist_offers.asp?pid=2064&rgn=77.

3. Takagi Y., Okada A., Sando K., Wasa M., Yoshida H., Hirabuki N. Evaluation of indexes of in vivo manganese status and the optimal intravenous dose for adult patients undergoing home parenteral nutrition // Am J Clin Nutr 2002; 75:112-8.

4. Chauncey D.M. Jr, Schelbert H.R., Halpern S.E. et al. Tissue distribution studies with radioactive manganese. // J. Nucl. Med.- 1977. - V.18. - №9. - P.933-936.

5. ICN biochemicals and reagents catalog 2002-2003, p.450.