Аналіз перфузії мозку
Параметричні карти CBF · CBV · MTT · Tmax через деконволюцію усіченим SVD
Дослідницький інструмент — не зареєстрований медичний виріб. Їхні результати не є діагнозом і можуть бути хибними. Кожен результат має переглянути кваліфікований лікар, який і відповідає за клінічне рішення.
Що робить
Будує карти перфузії (CBF, CBV, MTT, Tmax) за 4D-серією КТ або МРТ; у режимі інсульту оцінює невідповідність ядра/пенумбри ішемії, у режимі пухлини виділяє гіперперфузовані ділянки.
Що таке перфузія і навіщо її роблять
Перфузійне дослідження вимірює фізіологію, а не анатомію: не те, як тканина виглядає, а скільки крові через неї проходить. Вводять болюс контрасту і десятки разів поспіль сканують ті самі зрізи, поки він проходить. Аналізується не окреме зображення, а крива «інтенсивність — час» у кожному вокселі: як швидко контраст надходить, наскільки високий пік, як швидко вимивається.
При інсульті це відповідає на те, на що нативна КТ у перші години відповісти не може, поки інфаркт ще не візуалізується: скільки мозку вже загинуло, а скільки живе, але голодує. Загибла частина — ядро — не відновиться. Голодуюча — пенумбра — тримається на колатеральному кровотоці й може відновитися, якщо кровотік поновити. Співвідношення одного до другого і показує, чи є що рятувати реперфузією, і саме тому перфузію роблять ургентно.
При пухлині питання інше — наскільки багато нових судин вона собі побудувала. Ступінь злоякісності корелює з неоангіогенезом: пухлина, що активно росте, перфузується сильніше за навколишню тканину. Це видно у відносному об’ємі крові там, де звичайне контрастне підсилення не розділяє активну пухлину і післялікувальні зміни.
Дослідження. Перфузійна серія — ті самі зрізи, зняті багато разів, поки проходить болюс. Працює і КТ, і МРТ; модальність зчитується з DICOM-тега, а на МРТ сигнал переводиться у ΔR2* за часом ехо. Мінімум — п’ять часових фаз; з меншою кількістю аналіз не запускається. 4D-об’єм відновлюється за тегами зрізу й часу, тож серія без них може повернутися з переплутаним порядком.
Необов’язково. Об’єм контрасту, вага пацієнта і концентрація йоду. Потрібні лише для перевірки йоду на кілограм і на самі карти не впливають.
Як це рахується і як читати результат
Від сигналу до концентрації. На КТ приріст щільності пропорційний концентрації йоду, тож крива в одиницях Гаунсфілда і є кривою концентрації. На МРТ сигнал навпаки падає, і його переводять у ΔR2* = −ln(S/S₀)/TE.
Артеріальний вхід. Щоб знати, що саме надійшло в тканину, потрібна крива концентрації у великій артерії. Вона знаходиться автоматично: воксель-кандидати з неправильною формою кривої — пізній пік, надто широка, дрейф базової лінії — відсіюються, решта кластеризується за формою, і медіана найкращого кластера стає вхідною функцією. Її показують разом з оцінкою впевненості й вокселем, з якого її взято.
Деконволюція. Тканинна крива — це артеріальний вхід, «розмазаний» проходженням крізь капілярне русло. Зворотна операція дає залишкову функцію: її максимум — це CBF, а момент максимуму — Tmax. Тут використано блочно-циркулянтну SVD. Звичайна SVD чутлива до запізнілого болюса: вона завищує Tmax і занижує CBF саме там, де кров приходить пізно — при стенозі й колатеральному кровотоці, тобто там, де вимірювання найважливіше. Блочно-циркулянтна форма робить результат нечутливим до цієї затримки.
Об’єм і час транзиту. CBV — це площа під тканинною кривою, поділена на площу під вхідною; MTT випливає з центральної теореми об’єму як CBV/CBF.
Калібрування. Вхідна крива, взята з дрібної артерії, занижується через усереднення за частковим об’ємом, а це завищує CBF і CBV. Тому додатково знаходиться венозна крива з великого синуса, де ця похибка незначна, і карти масштабуються за відношенням двох площ. Відносний CBV додатково нормується на нормальну білу речовину, бо абсолютні значення залежать від техніки.
Як читати
Норми і про що говорить відхилення:
| Показник | Норма | Про що говорить відхилення |
|---|---|---|
| CBF | 20–80 мл/100 г/хв | Знижений — гіпоперфузія. Наскільки знижений — це і відрізняє ядро від пенумбри. |
| CBV | 2–5 мл/100 г | Збережений або підвищений у пенумбрі — компенсує авторегуляція. Знижений у ядрі. |
| MTT | 4–6 с | Подовжений — сповільнений або колатеральний потік. |
| Tmax | < 6 с | Понад 6 с — гіпоперфузована тканина під загрозою. |
| rCBV | ≈ 1 | Понад 1,75 — усталений патерн високого ступеня. |
У режимі інсульту рахуються CBF, CBV, MTT і Tmax; у режимі пухлини — CBF, CBV, rCBV і PS.
Інсульт. Знижений CBF при збереженому CBV — це пенумбра: авторегуляція розширила судини і тримає тканину. Знижений CBF при зниженому CBV — це ядро, де авторегуляція вичерпана. Тканина за порогом Tmax 6 с — це гіпоперфузований об’єм, і саме невідповідність між ним і ядром показує, чи є що рятувати реперфузією.
Пухлина. rCBV понад 1,75 — усталений поріг високого ступеня. PS відображає порушення гематоенцефалічного бар’єра і зростає як при злоякісності, так і при активному запаленні, тому його читають разом з rCBV, а не окремо.
Перш ніж довіряти абсолютному числу, подивіться на вхідну криву. Кожне абсолютне значення масштабується цією однією кривою. Якщо впевненість у ній низька або на контрольному графіку немає різкого раннього піка — читайте карти за асиметрією з протилежною півкулею, а не за числами.
Що бере на себе модуль
Він знаходить артеріальний вхід, повідомляє впевненість у цьому визначенні й показує попередження, коли вона низька. Знаходить венозну криву і застосовує калібрування на частковий об’єм. Будує контрольний графік, щоб вхідну криву можна було звірити очима з тканинними. Рахує частку мозку за кожним порогом — Tmax понад 6 с, rCBV понад 1,75 — і формулює отриманий патерн одним рядком. Карти, криві і PDF-звіт повертаються до дослідження в PACS.
Wu O, Østergaard L, Weisskoff RM, Benner T, Rosen BR, Sorensen AG. “Tracer arrival timing-insensitive technique for estimating flow in MR perfusion-weighted imaging using singular value decomposition with a block-circulant deconvolution matrix.” Magn Reson Med. 2003;50(1):164–174. Корекція часткового об’єму за Calamante F. (2007), Sourbron S. (2013).