Усов Владимир Юрьевич - доктор медицинских наук, профессор, заведующий отделением рентгеновских и томографических методов диагностики НИИ кардиологии Томского НИМЦ РАН.
634012 Томск, ул. Киевская, 111, Тел.: 8-903-951-26-76
Wladimir Yu. Ussov - doct. of med. sci., Professor, Head of the department of roentgen and tomographic methods of diagnostics, Institute of Cardiology of the TNMRC RAS.
Бахметьева Марина Игоревна - студентка механико-математического факультета
Marina I. Bakhmetyeva - student of the Mechanics and Mathematic faculty
Савелло Наталья Викторовна - заведующая отделом компании Р-Фарм.
Санкт-Петербург
Natalia V. Savello - Head of department of the R-Pharm Co.
Коваленко Анастасия Юрьевна - студентка медико-биологического факультета
Лишманов Юрий Борисович - член-корреспондент РАН, доктор медицинских наук, профессор, руководитель научного направления НИИ кардиологии Томского НИМЦ РАН
Беличенко Олег Игоревич - академик РАЕН, доктор медицинских наук, профессор, заместитель директора НИИ спортивной медицины, профессор кафедры.
Москва
Цель исследования: разработать и апробировать в клинике методику количественного расчета сосудистой проницаемости гистогематического барьера миокарда для контраста-парамагнетика на основе математической модели Гьедде-Рутланда-Патлака (ГРП) с оценкой роста содержания контраста в миокарде и его клиренса из крови по данным динамической МРТ.
Материал и методы. В основе модели накопления парамагнетика в поврежденном миокарде - принцип Гьедде-Рутланд-Патлака (1977). Если Смиок - содержание контраста в миокарде, Скровь - содержание в крови, а ккрть_мтрд - показатель скорости диффузии “кровь-миокард”, считая транспорт парамагнетика однонаправленным в течение первых минут после инъекции, то откладывая {(∫Cкровь(t)dt) / Cкровь} по оси X, а {Cмиок /Cкровь} -по оси Y, kкровь–миокард получается тогда как линейный наклон такого графика.
Были обследованы пациенты с острым инфарктом миокарда с успешным тромболизисом (n = 21) и впервые выявленной воспалительной патологией (n = 9). МРТ с парамагнитным контрастным усилением проводилась с помощью динамического протокола FFE1.7.ssfp330k МР-томографа Toshiba Titan Vantage. Динамика поглощения парамагнетика миокардом в ишемических региогнах фиксировалась при введении 2 мл 0,5 M раствора гадоверсетамида на 10 кг массы тела с помощью быстрого протокола в матрицу 256 х 256 элементов изображения, с показателями: время повторения TR = 3,4 мс, время эхо TE = 1,7 мс, время инверсии 176,0 мс, угол отклонения 40°, область сканирования 38 х 38 см, толщина среза 8-10 мм, матрица записи 192 х 192 или 256 х 256, при однократном усреднении, показателе длины эхо (echo train length) равном 1, собственно длительность записи группы из 4 срезов в средней трети левого желудочка 210-300 мс. Запись данных велась на протяжении до 12 мин с частотой 1 кадр в 30 с и затем обрабатывалась с помощью программы RadiAnt (Medixant, Познань, Польша), а также оригинальной программы динамического анализа на MATLAB и SCILAB с построением зависимостей содержания контраста в крови и миокарде от времени, графика ГРП и расчетом показателя kкровь-миокард
Результаты. Физиологический смысл показателя ккровь-миокард в том, что эта величина представляет собой клиренс крови по Gd-ДТПА в миокард, т.е. количество крови, очищаемое от парамагнетика за минуту единицей объема ткани миокарда. Показатель ккровь -миокард составил в зависимости от характера патологии: у пациентов с острым инфарктом миокарда с успешным тромболизистом и ЧКВ (n = 21) 3,09 ± 1,32 (2,3611,9) мл/мин/100 г ткани, тогда как у пациентов с воспалительными поражениями - хроническим миокардитом в стадии обострения или впервые выявленным острым миокардитом (n = 9) 1,78 ± 0,67 (0,50-2,42) мл/мин/100 г ткани. В норме ккровь-миокард слабо отличался от нулевых величин и составлял 0,09 ± 0,06 (<0,2) (мл/мин/100 г ткани). Использование динамического протокола позволило высокодостоверно дифференцировать ишемическое и воспалительное поражение.
Заключение. Динамическое МРТ-исследование сердца с парамагнитным контрастным усилением может быть успешно выполнено с помощью как высокопольного, так и среднепольного МР-томографа. Получаемые при математическом моделировании показатели диффузии парамагнетика в ткань ишемического повреждения и воспалительного некоронарогенного очага значительно различаются в зависимости от характера процесса и позволяют получить дополнительную объективную характеристику сосудистой проницаемости пораженного гематомиокардиального барьера.
Purpose. We developed and applied for quantification of microvascular permeability in damaged myocardium a model - based approach employing the dynamic acquisition of magnetic resonance imaging of paramagnetic diffusion to damaged myocardium and kinetic Gjedde-Rutlend-Patlak (GRP) analysis of blood clearance of the contrast concomitantly with it’s rise in the damaged tissue, in ischemic or inflamed tissue.
Material and methods. The model is based on the passive gradient-driven diffusion, unidirectional for first minutes after injection of the contrast, used as Gjedd-Rutland-Patlak technique. If the Cmyoc - depicts the concentration of the paramagnetic in the blood, and the Cblood -means the blood level of the contrast agent, whereas the kblood–myocardium – is the index of diffusion of the contrast from blood to myocardium, then assuming the diffusion unidirectional for first minutes post injection we can plot the ratio {(∫Cblood(t)dt) / Cblood} – as abscissa X, and {Cmyoc /Cblood} – as ordinata Y, kblood-myocardium can be obtained then from such linear plot as it’s slope. We substituted the concentrations themselves with the values of intensities of the echo-planar ECG-synchronized scans of the heart and validated this approach with comparison of MRI intensity data over LV cavity to Gd content in blood samples.
MRI of the heart with contrast enhancement was carried out using dynamic scannig, after bolus injection of 2 ml of 0.5 M of paramagnetic contrast (Gadoversetamide -TMOptimark) per 10 Kg of BW. TR = 3.4 ms, TE = 1.7 ms, inversion time 176.0 ms, deviation angle = 40 deg, scanning field 38 х 38 cm, slice thickness = 8-10 мм, acqu-sition matrix 256 х 256, or 192 х 192, echo train length = 1. The groups of patients comprised twenty one persons with acute myocardial infarction treated clically successfully with intravenous thrombolysis and coronary stenting and also nine persons with firstly revealed inflammatory myocarditis. Uptake kinetics to the myocardium was imaged using protocols with fat supression for up to 12 minutes after bolus injection and then processed using RadiAnt software (Medixant, Poznan, Polska), and also original software for dynamic data analysis written using MATLAB 6.1 (SCILAB also), with output of plots of MRI signal intensities over time for various myocardial regions and also of GRP plots and calculation of kblood-myocardium values.
Results. The physiological sence of the kblood–myocardiumdiffusion koefficient means this value depicts the clearance of paramagnetic to myocardium, i.e. the amount of blood cleared from the paramagnetic due to paramagnetic’ diffusion to damaged myocardium, per minute, per unit of myocardial volume. The value of the kblood–myocardiumdiffusion koefficient was, respectively, as high as 3.09 ± 1.32 (2.36-11.9) ml/min/100 g of tissue, in myocardial infarction although treated successfully with thrombolysis and stenting (n = 21) and 1.78 ± 0.67 (0.50-2.42) ml/min/100 g of tissue -in inflammatory myocarditis damage of myocardium (n = 9); In normal controls kblood–myocardium was close to zero values and namely as low as 0.09 ± 0.06 (<0.2) (ml/min/100 g of tissue). Use of this dynamic protocol provided highly significant separation of ishemic and iflammatory conditions.
Conclusion. Dynamic MRI echo-planar ECG-synchro-nised contrast-enhanced echo-planar study of the heart can be successfully carried out using both high- and middle-field MRI scanner. The model-based indexes of diffusion of paramagnetic to the infarction or inflammation are significantly different and deliver additional object-based characteristics of the vascular permeability of the damaged haematomyocardial barrier.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.