Цивилизация
Исследователи Центра диагностики и телемедицины создали физическую модель, которая поможет эффективно контролировать качество одной из наиболее часто используемых импульсных последовательностей магнитно-резонансных томографов (МРТ) – диффузионно-взвешенных изображений (ДВИ). Эта последовательность высоко чувствительна к различным типам опухолей, и разработка ученых поможет точно настроить ее на разных МР-сканерах. О подробностях работы можно узнать в статье, опубликованной в журнале Insights into Imaging.
Раннее выявление онкологических заболеваний представляет собой одну из важнейших задач здравоохранения, поскольку в этом случае гораздо чаще удается обеспечить качественное лечение и сохранить жизнь пациентов. Для диагностики злокачественности опухолевого процесса в различных тканях и органах может использоваться диффузионно-взвешенная МРТ. Ее преимущество в том, что она при отсутствии лучевой нагрузки на пациента позволяет получить дополнительную информацию о диффузии молекул воды в тканях.
Характер движений молекул H2O различается в зависимости от того, где они находятся – внутри или снаружи клеток. Внутри клетки движение воды несколько ограничено из-за клеточных органелл, с которыми они могут сталкиваться (затрудненная диффузия) и мембраны, обладающей избирательной проницаемостью (ограниченная диффузия). Между клетками пространства больше, и движение молекул воды сдерживается лишь внешними границами клеточных мембран.
Для оценки этого движения используется расчетный показатель – измеряемый коэффициент диффузии (ИКД), карты которого строятся в ходе математической обработки данных ДВИ. Если патология в тканях отсутствует, то коэффициент диффузии внутри клетки ниже, чем в межклеточном пространстве. Однако, когда клеточная плотность или вязкость среды повышается (при развитии патологических процессов, в том числе опухолей с большим количеством мелких клеток), коэффициент диффузии межклеточного пространства снижается.
Поскольку рассчитываемый ИКД – величина не абсолютная, на него могут влиять разные факторы: параметры сканирования и реконструкции, качество изображения, характеристики оборудования. Для эффективной дифференциальной диагностики опухолевого процесса необходимо обеспечить высокую точность и воспроизводимость оценки ИКД. С этой целью используются инструменты (можно также назвать их тест-объектами) – фантомы, позволяющие оценивать качество работы томографов и моделирующие различные виды диффузии (неограниченную, затрудненную, ограниченную с полупроницаемыми и непроницаемыми мембранами). Такой фантом разработали исследователи из отдела инновационных технологий Центра диагностики и медицины.
Область применения существующих фантомов, разработанных Национальным институтом стандартов и технологий США, Альянсом количественных параметров визуализации и Институтом исследования рака Великобритании, не так широка из-за использования полимерных растворов. Авторы же этой работы предложили совместно с растворами полимера поливинилпирролидона (ПВП) использовать водно-масляные эмульсии на основе силоксанов, позволяющие моделировать как затрудненную, так и ограниченную диффузию при относительно высокой интенсивности сигнала.
Кроме того, разработанный фантом можно применять и для оценки качества работы функции жироподавления, что тоже важно для обнаружения опухолевых процессов.
Для моделирования затрудненной диффузии использовались водные растворы поливинилпирролидона с концентрациями от 0 до 70%. Водно-масляные эмульсии имитировали ограниченную диффузию во внутриклеточном пространстве. Чтобы получить высокий сигнал на ДВИ (максимально светлые области) для сравнения, авторы использовали силиконовое масло: циклометикон и каприлилметикон. Этот фантом сканировался на магнитно-резонансном томографе с напряженностью магнитного поля 1,5 Тл с различными методами подавления жира.
После серии контрольных экспериментов авторы пришли к выводу, что подобный фантом с контрольными веществами позволяет моделировать значения коэффициента диффузии в широком диапазоне от нормальной ткани до доброкачественных и злокачественных изменений: от 2,29 до 0,28 мм2/с. Соответственно, его можно использовать для оценки точности измерений ИКД, а также эффективности подавления жира и настраивать с его помощью МР-сканеры различных производителей.
Это исследование – часть большой научно-исследовательской работы, которая была запущена в Центре диагностики и телемедицины в 2017 году и касается стандартизации и оптимизации работы МР-томографов. Также в ходе нее создаются средства контроля параметров этого вида оборудования, которые позволяют обеспечить требуемое качество изображений, и, как следствие, повысить диагностическую ценность исследований.
