СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ МЕТОДОВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ (МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНАЯ ТОМОГРАФИЯ И ЭЙ-УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ) ПРИ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКЕ ОБЪЕМА АТЕРОСКЛЕРОТИЧЕСКОЙ БЛЯШКИ Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

Cравнительная характеристика возможностей методов визуализации (магнитно-резонансная томография и 3D-ультразвуковое исследование) при количественной оценке объема атеросклеротической бляшки Кошурникова М.В., Страздень Е.Ю., Устюжанин Д.В., Трипотень М.И., Шария М.А., Балахонова Т.В., Карпов Ю.А. Институт клинической кардиологии им. А.Л. Мясникова ФГБУ «Российский кардиологический научно-производственный комплекс» Министерства здравоохранения РФ, г. Москва

Comparative characteristics of the possibilities of imaging techniques (magnetic resonance imaging and 3D ultrasound study) in the qualitative estimation

of atherosclerotic plaque volume Koshurnikova M.V., Strazden E.Yu., Ustyuzhanin D.V., Tripoten M.I., Sharia M.A., Balakhonova T.V., Karpov Yu.A.

A.L. Myasnikov Institute of Clinical Cardiology, Russian Cardiology Research-and-Production Complex, Ministry of Health of the Russian Federation, Moscow

Цель. Оценка возможностей применения метода ультразвукового исследования в режиме трехмерного сканирования (ЭО-УЗИ) в диагностике размеров и структуры атеросклеро-тических бляшек (АСБ).

Материал и методы. Выполнено сравнение данных, полученных при исследовании 20 гетерогенных атеросклеротичес-ких бляшек стенки сонных артерий с помощью методов ЭО-УЗИ и магнитно-резонансной томографии (МРТ). Внутри-и межоператорскую воспроизводимость оценивали по методу Bland-Altman, измеряли объем каждой бляшки двумя методами («контура» и «эллипса»). Методом «контуров» измеряли все бляшки, метод «эллипса» применен к 13 бляшкам из 20, это обусловлено тем, что АСБ редко имеют эллипсовидную форму.

Результаты. Внутриоператорская воспроизводимость при выполнении оценки объема АСБ с помощью ЭО-УЗИ составила: при использовании алгоритмов «контура» -коэффициент вариации 7,72 %, «эллипса» - коэффициент вариации 3,77 %, межоператорская воспроизводимость - соответственно 8,18 и 6,21 %; полученные значения не превышали допустимых для медицинских исследований 10 %. Значения коэффициентов вариации для МРТ при оценке размеров АСБ были существенно выше - 68,82 и 43,4 % соответственно для меж- и внутриоператорской воспроизводимости.

Заключение. Результаты проведенного исследования согласуются с данными литературы и подтверждают, что ЭО-УЗИ является эффективным методом диагностики в оценке выраженности атеросклеротического процесса.

Objective. To estimate the possibilities of using three-dimensional ultrasound study (3D USS) in the diagnosis of the sizes and structure of an atherosclerotic plaque (ASP).

Material and methods. The data obtained by examination of 20 heterogeneous ASPs in the carotid artery wall, by applying 3D USS and magnetic resonance imaging (MRI), were compared. Intra- and interoperator reproducibilities were assessed by the Bland-Altman method; the volume of each plague was measured by two (contour and ellipse) methods. The contour method was used to estimate all plagues; the ellipse method was applied to 13 of the 20 plagues, which was due to the shape of ASPs that rarely had an ellipsoid shape.

Results. Intra- and interoperator reproducibilities in ASP volume estimation by 3D USS was as follows: with the use of contour and ellipse algorithms, the coefficient of variation was 7.72 and 3.77%, respectively; with these algorithms, the interoperator reproducibility was 8.18 and 6.21%, respectively; the derived values were not greater than those allowed for medical studies (10%). The coefficients of variations for MRI in the estimation of ASP sizes were significantly higher for inter- and intrarepro-ducibilities (68.82 and 43.4%, respectively).

Conclusions. The results of this investigation agree with the data available in the literature and support that 3D USS is an effective diagnostic method in evaluating the magnitude of an atherosclerotic process.

Ключевые слова: 3D-ультразвуковое исследование, магнитно-резонансная томография, атеросклеротическая бляшка, комплекс интима-медиа, воспроизводимость Index terms: 3D ultrasound study, magnetic resonance imaging, atherosclerotic plaque, intima-media complex, reproducibility^^^^^^^^M

Введение

В настоящее время в клинической практике все более востребованными становятся методы определения толщины комплекса интима-медиа (ТИМ) общих сонных артерий и выявления ате-росклеротических бляшек (АСБ) с оценкой их объема и структуры [1-3]. Для этих целей используют неинвазивные методы исследования атеросклеротических изменений артерий: ультразвуковое исследование (УЗИ), компьютерную томографию (КТ) и магнитно-резонансную томографию (МРТ), которые благодаря высокому разрешению и неинва-зивности постепенно вытесняют инвазивные методы диагностики [3, 4].

Одним из наиболее эффективных и высокоинформативных неинвазивных методов диагностики поражения различных артериальных бассейнов является дуплексное сканирование [5, 6]. Этот метод превосходит по своим возможностям ангиографию в диагностике малых поражений сосудов, позволяет определять структурные особенности АСБ и с высокой точностью оценивать состояние кровотока в исследуемых сосудах. Поэтому особое значение приобретает поиск и внедрение новых ультразвуковых технологий, которые позволят повысить информативность УЗИ в оценке АСБ. Благодаря высокой производительности современных компьютерных систем, составляющих основу современных ультразвуковых приборов, появилась возможность интерактивной трехмерной реконструкции крупных сосудов (3Э-изображе-ния), что облегчает пространственное восприятие и способствует более точной диагностике признаков заболеваний [7]. По мнению некоторых авторов, трехмерное ультразвуковое исследование по сравнению с КТ и МРТ дает возможность оценки патологических изменений в органах и тканях на качественно новом уровне, поскольку позволяет детально визуализировать структу-

и неврологической патологии. Больные получали плановую терапию в соответствии с нозологией.

Пациентам, включенным в исследование, были выполнены исследования сосудов с помощью методов ЗЭ-УЗИ и МРТ.

У всех больных при плановом дуплексном сканировании сонных артерий были выявлены АСБ. Оценивали результаты исследования 20 гетерогенных АСБ, все бляшки были по структуре гетерогенными, с ровной поверхностью, без изъязвлений, без кровоизлияний. Уровень стеноза исследованных артерий варьировал от 25 до 70 %.

УЗИ проводили на ультразвуковой системе «Philips IU22» с использованием линейных датчиков L9-3 и VL13-5, со скоростью реконструкции в режиме 3D и 4D до 64 Мвоксел/с. Обработку данных трехмерной визуализации осуществляли после проведения дуплексного сканирования, выполненного по общепринятой методике [3, 4].

Проведение 3Э-УЗИ включало следующие этапы:

- настройка «активного» трехмерного изображения - оптимизация изображения для сбора данных и настройка системы (выбор скорости сканирования, установка глубины сканирования);

- сбор данных в режиме трехмерной визуализации;

- получение изображений во время сбора данных;

- получение объемного изображения;

- подбор плоскости вращения для получения изображения, оптимального для анализа и интерпретации изображения исследуемых структур.

Объектом исследования была область сосуда с АСБ с определением ее локализации и расчетом объема.

МРТ выполняли на аппарате Achieva (Philips, Голландия) с величиной магнитного поля 3 Т, с использованием 16-канальной нейроваскулярной и специаль-

ру изменений и предоставляет возможность выполнения точных объемных вычислений [7-9].

Важным направлением применения метода УЗИ с трехмерной визуализацией при ате-росклеротическом поражении сосудов является оценка количественных характеристик АСБ. К достоинствам УЗИ следует отнести неинвазивность, безопасность для пациента, воспроизводимость, умеренную стоимость. Однако при использовании данного метода в клинической практике эффективность диагностики во многом зависит от опыта и навыка специалиста, выполняющего исследование. В частности, необходимость выполнения специалистом мысленной трансформации нескольких полученных изображений и представления их в трехмерном пространстве может привести к различиям в интерпретации результатов и, соответственно, неправильной оценке морфологии бляшки, протяженности и ее величины [9]. В связи с этим оценка межи внутриоператорской воспроизводимости 3Э-УЗИ при оценке характеристик АСБ представляется высокоактуальной задачей.

Целью работы явилась оценка возможностей применения метода ультразвукового исследования в режиме трехмерного сканирования в диагностике размеров и структуры атеросклероти-ческих бляшек в сопоставлении с МРТ.

Материал и методы

Исследование проведено на базе Института клинической кардиологии им. А.Л. Мясникова (ФГБУ РКНПК МЗ РФ). Обследовали 20 пациентов с ише-мической болезнью сердца (из них у 10 больных была выявлена артериальная гипертензия, у 6 -сахарный диабет), находившихся на стационарном лечении в РКНПК. Средний возраст больных составил 54,2±8,3 года. Пациенты были в стабильном состоянии, отсутствовали признаки острой сердечно-сосудистой

ной поверхностной 8-канальной катушки для исследования каро-тидных артерий. Протокол МРТ-исследования включал: Т1-, Т2-и протон-взвешенные (PD) последовательности с черной кровью (black blood) в аксиальной плоскости с толщиной среза 2 мм, трехмерную времяпролетную ангиографию с толщиной среза 1 мм (3D TOF-3D Time-of-Flight).

МРТ и УЗИ были выполнены в режиме реального времени. Продолжительность проведения записи исследования для оценки объема АСБ с помощью МРТ и 3D-УЗИ составила в среднем до 30 и 15 мин соответственно.

Объем АСБ при УЗИ и МРТ оценивали с учетом состояния всех слоёв сосудистой стенки (интимы, медии и адвентиции).

Визуализацию и расчет объема АСБ при МРТ осуществляли с помощью программы AlgoM. Объем АСБ оценивали только по поперечному сечению.

При 3D-УЗИ объем АСБ оценивали в продольном или попе-

речном сечениях. На каждом срезе, на котором визуализируется атеросклеротическая бляшка, осуществляли ручное оконтури-вание ее внешней и внутренней поверхностей с дальнейшим определением объема АСБ. При этом для оценки объема АСБ использовали метод «контуров» и «эллипса» (см. рисунок). Методом «контуров» измеряли все АСБ, метод «эллипса» применен к 13 бляшкам из 20, что обусловлено тем, что АСБ реже имели эллипсовидную форму.

Статистическую обработку результатов выполняли с помощью программы Statistica 7.0 (StatSoft, США). Тест внутри-операторской и межоператорской воспроизводимости для измеряемых и расчетных величин проводили по методу Бленда-Альтмана. Результаты внутри-операторской и межоператорской воспроизводимости параметров представлены как среднее арифметическое значение внутри-операторской разности (М, %), стандартное отклонение разно-

сти (STD, %), коэффициент вариации (CV, %).

Результаты

Характеристики воспроизводимости методов оценки размеров АСБ представлены в таблице. Установлена высокая воспроизводимость при выполнении оценки объема АСБ с помощью BD-УЗИ при использовании алгоритмов «контура» и «эллипса». Так, значение коэффициента вариации для внутриоператор-ской воспроизводимости при измерении методом «контура» составило 7,72 %, при использовании метода «эллипса» - 3,77 %. Высокими были и значения этого коэффициента для межоператорской воспроизводимости - соответственно 8,18 и 6,21 %. Таким образом, полученные значения не превышали допустимых для медицинских исследований 10 %.

В то же время значения коэффициентов вариации, полученные при использовании метода МРТ для оценки размеров АСБ, были существенно выше - 68,52

Измерение объема АСБ методом «контуров» (а) и методом «эллипса» (б) (конечный результат).

Результаты оценки воспроизводимости методов 3D-УЗИ и МРТ при изучении количественных характеристик атеросклеротической бляшки

Воспроизводимость, методы исследования Количество наблюдений М, % STD, % CV, %

Внутриоператорская, 3D-УЗИ, метод «контура» 20 -4,5 7,04 7,72

Внутриоператорская, 3D-УЗИ, метод «эллипса» 13 2,12 5,84 3,77

Межоператорская, 3D-УЗИ, метод «эллипса» 13 1,69 3,47 6,21

Межоператорская, 3D-УЗИ, метод «контура» 20 4,15 6,22 8,18

Внутриоператорская, МРТ 20 4,82 44,6 43,3

Межоператорская, МРТ 20 11,95 69,84 68,52

и 43,3 % соответственно для межи внутриоператорской воспроизводимости.

Обсуждение

Большинство авторов отмечают, что результаты УЗИ позволяют судить об истинной структуре, составе АСБ и стадии морфогенеза при оценке выраженности атеросклеротического процесса [9-11]. Следует отметить, что помимо выявления степени и распространенности поражения практически важны количественная оценка выраженности атеросклеротического процесса, а также изучение структурных особенностей атеросклеротичес-кой бляшки. В качестве одного из ограничений применения УЗИ для оценки структуры ате-росклеротической бляшки рассматривается воспроизводимость метода. Тем не менее в ряде сообщений было показано, что применение 3Э-УЗИ перспективно в отношении выполнения визуализации и количественного исследования атеросклеротичес-кой бляшки, а также для осуществления контроля изменений объема АСБ с целью оценки эффективности проводимой терапии, в частности изменений характеристик бляшки как ответа на проводимую терапию [4, 6]. При этом определение объема АСБ является более совершенным способом в отношении чувствительности и точности метода по сравнению с измерением поверхности АСБ, толщины комплекса интима-медиа и определения степени стеноза [12].

Возможности ЗЭ-УЗИ в отношении измерения объема АСБ интенсивно изучались в течение последних двух десятилетий, результаты исследований показали значительную вариабельность измерений объема и геометрии АСБ [11-13]. Вариабельность оценки размера АСБ, по данным А. DeIcker и H.C. Diener (1994 г.), составила 2,8 и 3,8 % при оценке одним либо разными исследователями, что свидетельствовало о том, что 3Э-УЗ-визуализация

Оптимизации количественных методов оценки поверхности АСБ с использованием 3D-УЗИ посвящено исследование А. Fenster и соавт. (2006 г.). Авторы выполняли измерения контура поверхности бляшки, используя планиметрию либо автоматизированный подход. Контур АСБ преобразовывался в треугольную петлю, которая сглаживает изменения поверхности АСБ вследствие ультразвуковых вкраплений (дефектов). Изображение петли авторы оценивали с помощью расчета локального Гауссовско-го искривления в каждой точке петли [6].

Необходимо отметить, что существует ограниченное количество работ, посвященных сравнительной оценке определения объема АСБ с помощью МРТ и 3D-y3M [11, 15]. Так, А. Kra-sinski и соавт. (2009 г.) сообщают, что измерение толщины сосудистой стенки по данным МРТ было более точным, чем при выполнении 3D-y3M. Анализ Бленда-Альтмана, выполненный в рамках данной работы, показал, что различия между результатами МРТ и 3D-y3M значительно увеличивались при возрастании значения объема (толщины) сосудистой стенки. Такого рода явление, по мнению авторов, могло быть связано с отсутствием точной оценки толщины сосудистой стенки в тех зонах, где сосудистая стенка и АСБ плохо визуализировались из-за шума по данным УЗИ или неоднородного утолщения адвентиции, выявленного при МРТ [11].

В то же время МРТ-исследо-вание толщины сосудистой стенки включает только оценку АСБ и толщины всей сосудистой стенки (интимы, медии и адвенти-ции), в то время как данные 3D-УЗИ включают оценку АСБ, интимы и медии без оценки адвен-тиции. M. Egger и соавт. (2008 г.) показали, что объем артериальной стенки на исследуемом уровне был значительно больше по результатам 3 Т МРТ (1050±90 мм3) по сравнению с объемом сосудис-

может быть использована для оценки измерения объемов АСБ сонной артерии [13].

Несмотря на то что в значительном количестве работ продемонстрирована высокая информативность 3Э-УЗИ, лишь в отдельных сообщениях приведены результаты количественной оценки измерений сонных артерий путем расчета общего объема каждой АСБ. Кроме того, при анализе прогрессирования атеро-склеротического поражения необходимо оценить как объем АСБ, так и его изменения, поскольку динамика этого показателя на различных стадиях роста АСБ может интерпретироваться по-разному [9, 13].

В исследовании G.C. Makris и соавт. (2011 г.), как и в вышеупомянутых работах, воспроизводимость трехмерной ультразвуковой визуализации при оценке объема АСБ составила от 2,8-6,0 до 4,2-7,6 % по данным одного и разных исследователей соответственно [8].

A. Fenster и соавт. (2006 г.) выполнили сравнение результатов полуавтоматических измерений АСБ с ручными, которые использовали в качестве «золотого стандарта». Было установлено, что точность измерений колебалась от 1,5 до 4,2 % для объемов от 68,5 до 286 мм3. При этом коэффициент вариации уменьшался с увеличением размера АСБ при оценке одним и разными наблюдателями (90,8 - 3,9 % и 70,2 - 3,1 % соответственно) [6].

Следует отметить, что возможности традиционного дуплексного сканирования в оценке структурных особенностей внут-рипросветного содержимого сосуда и состояния поверхности АСБ (выявление неровностей и изъязвлений) ограничены [14]. В то же время трехмерная ультразвуковая визуализация позволяет выявить факторы, предрасполагающие к развитию церебральной микроэмболии: структурные особенности АСБ и состояние поверхности бляшки [3, 8].

той стенки по данным ЭЭ-УЗИ (780±50 ммЭ) или ЭЭ-УЗ-визуа-лизации общего объема АСБ (140±40 ммЭ). При этом измерение общего объема АСБ включает только оценку АСБ без оценки компонентов сосудистой стенки [15].

В ряде исследований была выполнена оценка состава бляшек, однако только в двух из них оценена воспроизводимость метода, кроме того, в эти исследования были включены лишь 19 и 5 пациентов соответственно [10, 16, 17].

Имеются сообщения, в которых приведены данные об объеме бляшки [4], ряд исследований посвящен изучению ее состава и сравнительной оценке возможностей методов 2Э- и ЭЭ-ультра-звукового исследования в оценке АСБ [13, 17]. Во всех работах сделано заключение о большей чувствительности ЭЭ-УЗИ при измерении объема бляшки, чем оценки толщины комплекса интима-медиа в качестве характеристик прогрессии каротидных бляшек при проведении лечения.

Заключение

В целом полученные данные свидетельствуют о перспективности использования метода ЭЭ-УЗИ в оценке количественных характеристик АСБ. Результаты работы подтвердили, что межоператорская воспроизводимость определения объема АСБ при УЗИ в режиме трехмерного сканирования и сопоставимость измерений, выполненных с помощью методов «контуров» и «эллипса», являются удовлетворительными для данного метода диагностики, что свидетельствует о возможности их использования в клинической практике.

Таким образом, с внедрением в клиническую практику трехмерной ультразвуковой визуализации у специалистов появилась возможность не только качественного описания атеросклеро-тической бляшки, но и точной количественной оценки, что значительно повышает информативность метода. Результаты

plaque in the descending thoracic aorta of Japanese patients assessed by transesophageal echocardiography / N. Haruki, M. Ta-keuchi, K. Kaku et al. // Circ. J.-2010.- Vol.74, № 12. -P. 2627-2632.

10. A three-dimensional ultrasonographic quantitative analysis of non-ulcerated carotid plaque morphology in symptomatic and asymptomatic carotid stenosis / J. Helio-poulos, K. Vadikolias, P. Mitsias et al. // Atherosclerosis. - 2008. -Vol. 198, № 1. - P. 129-135.

11. Magnetic resonance imaging and three-dimensional ultrasound of carotid atherosclerosis: mapping regional differences/ A. Kra-sinski, B. Chiu, A. Fenster, G. Par-raga // J. Magn. Reson. Imaging. - 2009. - Vol. 29, № 4. -P. 901-908.

12. Volumetric assessment of plaque progression with 3-dimensional ultrasonography under statin therapy / U. Schminke, L. Hilker, L. Motsch et al. // J. Neuroima-ging.-2002. - Vol.12.-P. 245-251.

13.Delcker A., Diener H.C. Quantification of atherosclerotic plaques in carotid arteries by three-dimensional ultrasound // Br. J.Radiol. - 1994. - Vol. 67. -P. 672-678.

14. A 3D freehand ultrasound system for multi-view reconstructions from sparse 2D scanning planes / H. Yu, M.S. Pattichis, C. Agurto etal. // Biomed. Engl. Online. -2011. - Vol. 20, № 10.

15. Comparison of B-mode ultrasound, 3-dimensional ultrasound, and magnetic resonance imaging measurements of carotid atherosclerosis / M. Egger, A. Krasinski, B.K. Rutt et al. // J. Ultrasound Med. - 2008. - Vol. 27, № 9. -P. 1321-1334.

16. 3D cross sectional view to investigate the morphology of internal carotid artery plaques. Is 3D ultrasound superior to 2D ultrasound? / C. Denzel, K. Balzer, D.Merhof, W. Lang // Ultraschall. Med. - 2009. - Vol. 30. -P. 291-296.

17. Effects of Atorvastatin on Carotid Atherosclerotic Plaques: A Randomized Trial for Quantitative Tissue Characterization of Carotid Atherosclerotic Plaques with Integrated Backscatter Ultrasound / K. Yamada, S. Yoshimura, M. Kawasaki et al. // Cerebrovasc. Dis. -2009. - Vol. 28. - P. 417-424.

Поступила 09.04.2013

проведенного исследования согласуются с данными литературы и подтверждают, что 3D-УЗИ является эффективным методом диагностики, в частности оценки выраженности атеросклеротичес-кого процесса, однако необходимо дальнейшее изучение возможностей применения метода в оценке состояния сосудистой стенки.

Литература

1. Балахонова Т.В. Атеросклероти-ческие изменения сонных артерий у больных ишемической болезнью сердца // Визуализ. в клин. - 2002. - № 12. - С. 8-12.

2. Каротидный атеросклероз и уровень дегидроэпиандростеро-на сульфата у мужчин молодого и среднего возраста с ишемичес-кой болезнью сердца/ Т.В. Балахонова, С.Г. Козлов, Х.А. Махмудова и др. // Ультразвук. функц. диагн. - 2009. -№ 1.- С. 52-58.

3. Врублевский А.В., Бощенко А.А., Карпов Р.С. Комплексная ультразвуковая оценка атеросклероза грудного отдела аорты и коронарных артерий. - Томск, 2007. - 147 с.

4. 3D ultrasound measurement of change in carotid plaque volume: a tool for rapid evaluation of new therapies / C.D. Ainsworth, C.C. Blake, A. Tamayo et al. // Stroke. - 2005. -Vol.36. - P. 1904-1909.

5. Analysis of carotid lumen surface morphology using three-dimensional ultrasound imaging / B. Chiu, V. Beletsky, J.D. Spence et al. // Phys. Med. Biol. - 2009. - Vol. 54, № 5. - P. 1149-1167.

6. 3D ultrasound analysis of carotid plaque volume and surface morphology / A. Fenster, C. Blake, I. Gyacskov et al. // Ultrasonics. -2006. - Vol. 44. - P. 153-157.

7. Comparison of real-time three -dimensional echocardiography with cardiovascular magnetic resonance for left ventricular volumetric assessment in unselected patients / CA. Miller, K. Pearce, P.Jordan et al. // Eur. Heart J. Cardio-vasc. Imaging. - 2012. - Vol. 13, №2. - P. 187-195.

8. Three-dimensional ultrasound imaging for the evaluation of carotid atherosclerosis / G.C. Makris, A. Lavida, M. Griffin et al. // Atherosclerosis. - 2011. - Vol. 219. -P. 207-211.

9. Prevalence and clinical implication of complex atherosclerotic