Спосіб візуалізації стану головного мозку хворих на інсульт

УКРАЇНА (19) UA (11) 24527 (13) U (51) МПК (2006) A61B 6/00 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ Д ЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛ ЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС в идається під в ідпов ідальність в ласника патенту ДО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ (54) СПОСІБ ВІЗУАЛІЗАЦІЇ СТАНУ ГОЛОВНОГО МОЗКУ ХВОРИХ НА ІНСУЛЬТ 1 2 (13) 24527 (11) 2,35м.д. спостерігаються мало інтенсивні сигнали глутамату і глутаміну. Відомі дослідження стану головного мозку хворих на інсульт в різні періоди після перенесеного ішемічного інсульту з використанням карти розподілу церебральних метаболітів в ушкодженій і неушкодженій ділянках головного мозку: 1. Rutgers D.R., van Osch M.J.P., Kapelle L.J., et al. Cerebral hemodynamics and metabolism in patients with symptomatic occlusion of the internal carotid artery // Stroke. - 2003. - 34. - P.648-654. - Церебральна гемодинаміка і метаболізм у пацієнтів з симптоматичною оклюзією внутрішньої сонної артерії; 2. van der Grond J., Balm R., Kapelle L.J., et al. Cerebral metabolism of patients with stenosis or occlusion of the internal carotid artery: A 1H-MR Spectroscopic Imaging Study // Stroke. - 1995. - 26. P.822-828. - Церебральний метаболізм у пацієнтів з стенозом або оклюзією внутрішньої сонної артерії: дослідження з використанням 1Н МРС. Ці методи ґрунтуються на введенні різних калібрувальних коефіцієнтів до вимірюваних величин амплітуд і інтегральних інтенсивностей сигналів церебральних метаболітів. Недоліком таких способів є великий розкид у значеннях вмісту церебральних метаболітів не тільки для різних досліджень, а й отриманих в одному дослідженні. Це зв'язано з відсутністю регулярного способу введення калібрувальних коефіцієнтів, а головне з тім, що введення кожного такого коефіцієнта обу UA Корисна модель стосується медицини, а саме неврології, і може бути застосована у медицині з метою визначення важкості стану хворих на інсульт, визначення ефективності етапного патогенетичного лікування пацієнтів в різні періоди після перенесено інсульту. Принцип дослідження стану головного мозку пацієнтів, що перенесли ішемічний інсульт, базується на методах магніторезонансної томографії (МРТ) і in vivo 1H магніторезонансної спектроскопії (МРС), які є найпоширенішими і найефективнішими інструментами для досліджень в різних галузях медичної науки і клінічної діагностики. В спектрах головного мозку пацієнтів після перенесеного інсульту, спостерігаються сигнали таких метаболітів: мало інтенсивні сигнали ліпідів (Lip, 1-1,5м.д.), ацетату (Ас, 1,85м.д.), NAA (2,2 і 2,6м.д.), g-амінобутирату (GABA), глутаміну (Gin 2,45м.д.), аспартату (Asp - 2,8м.д.), креатину і фосфокреатину (Сr і РСr, 3.2 і 3.9 м.д.), холинвміщувачих сполук (Cho - 3,2м.д.) і інозитолу (Ins 3,56м.д.), а також сигнал лактату (Lac - 1,3м.д.). При інсульті спостерігаються таки характерні зміни співвідношення інтенсивностей сигналів церебральних метаболітів: якщо у нормі співвідношення Cho/Cr=0,6, то при інсульті Cho/Cr=1,0 і вище. Крім того, в зоні набряку в суміжних з вогнищем ішемічного ураження тканинах, сигнали Ас і Asp відсутні, а в інтервалі хімічних зсувів від 2,1 до U характеристик сигналів протонів основних церебральних метаболітів: N-ацетиласпартату, креатину, холіну, що спостерігають в спектрах ядерного магнітного резонансу в ушкодженій та інтактній тканині головного мозку, який відрізняється тим, що відокремлюють 6 типів співвідношень основних церебральних метаболітів (спектральних конфігурацій) і визначають такі, що характерні для гострої - 5* і 6*, підгострої - 3* і 4* і хронічної - 1* і 2* стадій захворювання. (19) (21) u200612193 (22) 20.11.2006 (24) 10.07.2007 (46) 10.07.2007, Бюл. № 10, 2007 р. (72) Рожкова Зінаїда Залманівна, Рогожин Володимир Олексійович (73) НАУКОВО-ПРАКТИЧНИЙ ЦЕНТР ПРОМЕНЕВОЇ ДІАГНОСТИКИ АМН УКРАЇНИ (57) Спосіб візуалізації стану головного мозку хворих на інсульт шля хом in vi vo 1Н магніторезонансної спектроскопії дослідження магніторезонансних 3 24527 мовлює додатковий розкид у значеннях величин, що оцінюються. В результаті, у перелічених кількісних дослідженнях цінність мають тільки дані про відносні зміни вмісту метаболітів у рамках одного дослідження. Що стосується величини цих змін, то вона залишається фактично довільною. Іншими словами, відмінність, наприклад, концентрацій метаболітів в різних дослідженнях у 2-3 рази (при збереженні певних пропорцій між концентраціями) не призводить до якихось кількісних висновків, і дані просто усереднюються по групі суб'єктів. До того ж, карта розподілу метаболітів, яку побудовано згідно наведених аналогів не дозволяє порівнювати зміст метаболітів в ушкодженій і неушкодженій тканинах головного мозку, прогнозувати стан пацієнта на кожному етапі захворювання і оцінювати ефективність терапії. Найбільш близьким прототипом до пропонуємої нами корисної моделі є спосіб: Патент США №5072732 (ЯМР для визначення складу біологічних тканин). У даному способі аналізу in vivo спектрів тканини головного мозку людини і біологічних рідин концентрація метаболітів визначається з використанням спектрів in vitro в модельних розчинах цих метаболітів. Для здійснення способу отримують in vitro спектри на ЯМР спектрометрах з полем 9,4Т і шляхом співставленім цих даних in vi vo і in vitro спектрів здійснюються висновки про кількісний склад тканини головного мозку. Недоліком даного способу є відсутність можливості визначати точний вміст метаболітів в тканині головного мозку. Знайдені величини лише відображають тенденції змін метаболічного складу тканини мозку відносно норми, тому це обмежує призначення відповідної терапії. Завданням корисної моделі є створення принципово нового, більш інформативного способу візуалізації функціонального стану головного мозку пацієнтів після перенесеного ішемічного інсульту, за рахунок дослідження спектрів ЯМР тканини головного мозку що ґрунтується тільки на магніторезонансних характеристиках основних церебральних метаболітів: N-ацетиласпартату (NAA), креатину (Сr), холіну (Cho) і лактату (Lac), що спостерігаються в спектрах ЯМР тканини головного мозку. Поставлене завдання було вирішене завдяки тому, що у запропонованому способі візуалізації встановлюються емпіричні зв'язки між станом головного мозку людини і значеннями кількісних індикаторів, що базуються на спектральних даних 1H МРС-амплітудах, пло щах, ширинах ліній і часах релаксації сигналів протонів церебральних метаболітів. Побудову карти розподілу спектральних конфігурацій відтворюють наступним чином: МР зображення головного мозку і in vivo 1H спектри отримують на ЯМР томографі 1,5Τ, Magnetom Vision Plus (SIEMENS). Спектри записують з використанням методу стимульоване спінове єхо (STEAM) з таки 4 ми параметрами збору даних: час повторення імпульсної послідовності TR=1500мс; проміжок часу між другим і третім 90°-ними імпульсами ТM=13мс; час формування сигналу еха TE=20 і 135мс; об'єм області інтересу (OI) VROI=1-8см 3, а також методу 2D CSI: TR=1500мс; ТM=13мс; TE=135мс; VROI=8×8×2см 3. Для вимірювання часів релаксації спектри записують при TE=135, 155, 175, 200 і 235мс. Для кількісного опису локального стану головного мозку пацієнтів після перенесено інсульту беруть значення інтегральної інтенсивності МР сигналів метаболітів і вводять дві вимірюваних величини: вміст метаболіту Аi - величину інтегральної інтенсивності (площа) сигналу, і концентрацію метаболіту С i - відношення інтегральної інтенсивності сигналу Аi до сумі інтегральних інтенсивностей усіх сигналів S=Σi Αi. Верхній індекс означає метаболіт, а величина S є сумарним вмістом метаболітів. В даному винаході розглядають три основних метаболіти: і=Cho, Cr і NAA, і досліджують залежності вмісту і концентрації метаболітів від S для різних областей локалізації в головному мозку пацієнтів. Аналіз цих залежностей виявляє тонку структуру середньої концентрації, що пов'язана з конфігурацією спектра, тобто таким чином встановлюють залежність середньої концентрації від співвідношення інтегральних інтенсивностей сигналів метаболітів. Зв'язок між локальним метаболічним станом мозку і конфігурацією спектру дозволяє визначити нові кількісні індикатори стану головного мозку - спектральні конфігурації (СК) в області інтересу. Для трьох метаболітів в кожній ділянці інтересу введено тріаду Т*={ΑCho, ΑCr, ΑNAA}, де ΑCho, ΑCr і АNAA - інтегральні інтенсивності сигналів Cho, Cr і NAA. Кожному значенню Аi для сигналів Cho, Cr і NAA дають одне з трьох значень: 1, 2 або 3, щоб символічно визначити 6 можливих спектральних конфігурацій: Т={1*, 2*,...,6*}, де 1*={1,2,3}, 2*={2,1,3}, 3*={1,3,2}, 4*={3,2,1}, 5*={3,1,2} і 6*={2,3,1}. Тріаду Т* можна наочно уявити як спектр, котрий складається з трьох сигналів і характеризує метаболічний стан головного мозку в області інтересу. У подібний спосіб аналізують дані, отримані методом, в якому будують спектральну матрицю в OI і карту розподілу метаболітів в відокремленій ділянці головного мозку (метод CSI). Опис локальних метаболічних станів головного мозку пацієнтів із ішемічним інсультом на основі нових кількісних індикаторів Т* здійснюють запропонованим способом. При МРС дослідженні головного мозку пацієнтів після перенесеного ішемічного інсульту завдяки запропонованому способу доведено, що у гострому періоді спостерігають конфігурації 5* і 6*, у під гострому - 3* і 4*, у хронічному - 1* і 2*. Для порівняння точності визначення ступеня ушкодження тканини головного мозку за допомогою запропонованого способу і прототипу в таблиці отримано такі дані. 5 24527 6 Таблиця NAA Сr Cho Lac 1-й день, з викорис- 7-й день, з використан- 1-й день, з використанням способу, що пропотанням прототипу ням прототипу нується 10,6+-3,4 6,1+-4,1 10,32+-0,02 10,5+-2,6 4,4+-2,8 10,15+-0,01 1,8+-0,6 1,7+-0,7 1,74+-0,01 16,9+-9,3 11,4+-7.2 16,2+-0,02 Як можна побачити з таблиці, запропонований підхід дозволяє значно достовірніше визначати зміст метаболітів, оцінювати ступень ушкодження тканини мозку, і прогнозувати подальший перебіг патологічного процесу. Цій спосіб дозволяє визначити, як змінюється метаболізм тканини головного мозку в ураженій і інтактній півкулях в залежності від віку пацієнта, етапу захворювання, розмірів і області локалізації ішемічного вогнища. Спектральні конфігурації в Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 7-й день, з використанням способу, що пропонується 5,94+-0,02 4,1+-0,02 1,63+-0,01 10,92+-0,02 області ішемічної полутіні характеризує ступень порушення метаболізму у функцій тканини головного мозку в вогнище і в неушкодженій тканині, визначає реальні розміри вогнища і ступень незворотних змін в суміжних з ним тканинах. Це відкриває шлях клінічного застосування методу МРС - прогнозування подальшого перебігу процесу відновлення нормальних функцій тканини головного мозку і для вибору тактики лікування в гострому і реабілітаційному періодах. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601