а) Топографическая анатомия. Сердце расположено в грудной полости косо по отношению к трем главным осям тела. Угол между продольной осью сердца и продольной осью тела равен 35-40°. Основание сердца смотрит назад и вправо и соединено с медиастинальными сосудистыми стволами, которые подходят к сердцу, особенно - с нижней и верхней полыми венами и легочными венами. Верхушка сердца направлена вперед и влево.
Сердце покрыто перикардом в переднем средостении и делится перегородкой на левую и правую половины, из которых каждая состоит из предсердия и желудочка. Камеры правого сердца и камеры левого сердца соединены друг с другом морфологически и функционально сердечными клапанами.
При взгляде на сердце извне положение межжелудочковой перегородки соответствует спереди передней межжелудочковой борозде, а сзади - задней межжелудочковой борозде. Венечная борозда является границей между предсердиями и желудочками. «Крест сердца» - это место, где две атриовентрикулярные борозды пересекаются с нижней межжелудочковой бороздой.
Придатки (ушки) предсердий представляют собой слепые карманы, которые прикреплены к правому и левому предсердию и перекрывают спереди верхнюю полую вену и восходящую аорту. Верхняя и нижняя полые вены проходят примерно в вертикальном направлении при вертикальном положении тела. В левое предсердие с обеих сторон открываются две правые и две левые легочные вены.
Выпуклая грудино-реберная поверхность сердца направлена прямо к передней грудной стенке. Она образована правым желудочком, левым желудочком (который образует также верхушку сердца), правым предсердием, ушками правого и левого предсердий и восходящей грудной аортой.
Задняя поверхность сердца образована левым предсердием с терминальными отделами легочных вен, правым предсердием и левым желудочком. Диафрагмальная поверхность сердца лежит на диафрагме и образована левым и правым желудочками, правым предсердием (с нижней полой веной) и задней межжелудочковой бороздой (с задними межжелудочковыми артерией и веной).
Полезное правило гласит, что передняя поверхность образована преимущественно правым желудочком, задняя поверхность -левым желудочком, а диафрагмальная поверхность - обоими желудочками.
б) Анатомия сердечных камер:
1. Камеры правого сердца. В соответствии с физиологическим направлением кровотока правое сердце получает кровь из обеих полых вен и сердечных вен. В их терминальных отделах локализуются остатки эмбрионального сердца (клапаны нижней полой вены и венечный синус). Терминальный гребень распространяется от задней части правого предсердия в переднюю часть.
Межпредсердная перегородка имеет овальное отверстие, в норме закрытое. Остатком овального отверстия является овальная ямка - узкое мышечное кольцо в межпредсердной части перегородки. Правое предсердие сообщается с правым желудочком через трикуспидальный клапан, который состоит из 3 створок и сухожильных полосок - хорд. Сухожильные хорды прикреплены к передней, септальной и задней папиллярным мышцам правого желудочка.
Перегородочно-краевые трабекулы, которые называют также модераторными полосками, распространяются от межжелудочковой перегородки до прикрепления передней сосочковой мышцы. Миокард правого желудочка имеет значительно более тонкую стенку, чем миокард левого желудочка.
Направляясь к верхушке правого желудочка, кровь попадает в выносящий тракт правого желудочка. Этот тракт отделен от легочного ствола легочным клапаном, который состоит из трех полулунных заслонок. Через отверстие клапана легочной артерии кровь выталкивается в легочные артерии и попадает в легочный круг кровообращения.
2. Камеры левого сердца. Парные бесклапанные легочные вены открываются в левое предсердие, которое находится спереди от пищевода на задней поверхности сердца (левые легочные вены часто впадают в предсердие через общее устье). Левое предсердие отделено от левого желудочка двумя листками митрального клапана.
Сухожильные хорды митрального клапана прикрепляются к переднелатеральной и заднемедиальной сосочковым мышцам левого желудочка. Базальную часть межжелудочковой перегородки называют мембранозной септой вследствие ее относительно небольшой толщины и фиброзного строения.
Поток крови завихряется в верхушечной части левого желудочка и входит в выносящий тракт левого желудочка. Передняя и нижняя сосочковые мышцы прикрепляются к двум створкам митрального клапана сухожильными хордами и выпячиваются в полость желудочка. Распределение мышечных трабекул левого желудочка более плотное и более однородное, чем в правом желудочке.
Некомпактность левого желудочка представляет собой наследственный синдром, который характеризуется повышенной трабекулярностью левого желудочка, обусловленной нарушениями эмбрионального развития сердца. Аортальный клапан отделяет левый желудочек от восходящей аорты и состоит из трех полулунных заслонок (левой, правой и задней).
Аортальные синусы (синусы Вальсальвы)- выпячивания, имеющиеся между стенками аорты и клапаном, а также дистальнее плоскости аортального клапана. Они выглядят снаружи как три аортальные луковицы. две из них соответствуют местам отхождения левой и правой венечных артерий, третья луковица называется некоронарной.
3. Перикард. Сердце покрыто перикардом гладким мешком, который состоит из серозного висцерального слоя и фиброзного париетального слоя. Висцеральный слой образован мезотелиальными клетками, которые продуцируют перикардиальную жидкость (примерно 10-50 мл).
Висцеральный слой перикарда заворачивается, продолжаясь в париетальный слой у основания крупных сосудов таким образом, что восходящая аорта, главный ствол легочной артерии, легочные вены и частично полые вены располагаются интраперикардиально, в то время как обе легочные артерии и артериальный проток находятся вне полости перикарда.
4. Структура сердечной стенки. Сердечная стенка состоит макроскопически из трех слоев: эндокарда, миокарда и эпикардиальной жировой ткани. Эндокард выстилает изнутри камеры сердца, а также образует сердечные клапаны. Миокард состоит из двух или трех закрученных чередующихся слоев мышечных волокон, которые «сгущаются», образуя хорды. Определяемые при МРТ значения морфологических и функциональных параметров сердца перечислены в таблицах 1 и 2.
в) Анатомия венечных артерий. Правая и левая венечные артерии представляют собой артерии, питающие мышцы сердца, и поставляют миокарду примерно 5-10% ударного объема сердца. Венечные артерии отходят от левого и правого аортальных синусов восходящей аорты, непосредственно дистальнее плоскости аортального клапана и нисходят в атриовентрикулярные борозды по обеим сторонам диафрагмальной поверхности сердца.
1. Левая венечная артерия. Главный ствол левой венечной артерии (ЛВА) проходит короткое расстояние и делится на левую переднюю нисходящую ветвь (ЛПНВ, левая передняя межжелудочковая ветвь), которая проходит в передней межжелудочковой борозде, и левую огибающую артерию (ЛОА, огибающая ветвь), которая имеет криволинейный ход по направлению к левой диафрагмальной поверхности сердца в венечной борозде.
Примерно в 20-30% случаев из бифуркации ЛВА может возникать промежуточная ветвь как вариант нормы. От ЛОА отходит от одной до трех диагональных ветвей и более мелких межжелудочковых ветвей. Главные ветви ЛОА - левая краевая ветвь и атриовентрикулярные ветви.
2. Правая венечная артерия. Правая венечная артерия (ПВА) нисходит в задней межжелудочковой борозде к верхушке сердца, отдавая обычно по своему ходу коническую ветвь, артерию синусового узла, правую краевую ветвь, правую заднелатеральную ветвь, заднюю нисходящую артерию (ЗНА, или заднюю нисходящую ветвь) и более мелкие ветви к правому предсердию и межжелудочковой перегородке.
3. Вены. Венозный отток происходит по большой сердечной вене, средней сердечной вене и задним венам левого желудочка, дренирующимся в венечный синус, который принимает еще и малые сердечные вены, прежде чем открыться в правое предсердие. В правое предсердие открываются также более мелкие вены. Лимфатический отток от сердца происходит в бифуркационные лимфатические узлы средостения.
4. Распределение венечных артерий. Аномальные отхождения венечных артерий встречаются редко (менее 1%), но аномальный ход между главным стволом легочной артерии и аортой может вести к ишемии миокарда, обусловленной компрессией венечных артерий (см. рис. ниже).
а, b Аномальное отхождение правой венечной артерии. Трехмерная коронарная МРА с использованием навигаторной техники (без задержки дыхания). Правая венечная артерия (стрелка) отходит от левого венечного синуса и проходит между аортой и стволом легочной артерии в правой предсердно-желудочковой борозде
Кровоснабжение нижнелатеральной части миокарда левого желудочка определяет деление коронарного кровообращения на следующие типы: нейтральный (примерно 80%), леводоминирующий (ЛВА) или праводоминирующий (передняя нисходящая артерия происходит из ПВА); примерно по 10% каждый. При описании и оценке венечных артерий широко используется цифровая сегментарная классификация American Heart Association - AHA (Austen et al., 1975; Scanlon et al., 1999) (табл. 3, рис. 1).
Рисунок 1. Схематическое представление анатомии венечных артерий, основанное на сегментарной классификации American College of Cardiology и AHA
г) Методика исследования. В отличие от традиционных методов МРТ сердца обеспечивает неинвазивный сочетанный анализ анатомии сердца (например, внутренних камер, толщины миокарда, венечных сосудов) и его функций (например, движений стенки, функции клапанов, перфузии миокарда, параметров коронарного кровотока). Преимуществами МРТ при визуализации сердца являются хороший тканевой контраст и возможность получения изображений в любой плоскости.
Однако для успешного проведения МРТ сердца требуются адекватное пространственное и временное разрешение. Помимо улучшения аппаратного обеспечения (например, гомогенности магнитного поля, более быстрого переключения градиентов, более чувствительных приемных катушек), МРТ сердца сильно продвинулась в последние 20 лет благодаря применению запуска сканирования с ЭКГ-сигнала и развитию быстрых ИП с задержкой дыхания. Некоторые показания к МРТ сердца уже твердо установлены, в то время как другие в настоящее время находятся на пути от стадии изучения к клиническому применению.
1. Технические стандарты. Ведущие радиологические и кардиологические общества опубликовали критерии пригодности оборудования и методик исследования, используемых при МРТ сердца (Hcndel et al., 2006) (табл. 4).
Хотя морфологическое исследование сердца может быть, в принципе, выполнено уже при индукции магнитного поля 1,0 Тл, рекомендуемая величина В0=1,5 Тл, что стало стандартом при рутинном клиническом исследовании; относительная индукция градиента должна быть 20 мТл/м и более, а длительность градиентного импульса не более 600 мкс.
В частности при сборе данных посредством быстрых ИП, включающих частотно-селективное подавление сигнала от жировой ткани, требуется возможно более высокое соотношение С/Ш и высокогомогенное магнитное поле.
Различные производители предлагают специализированные MP-томографы для визуализации сердца, которые имеют величину градиента 60 мТл/м и более, возможность максимальной скорости нарастания градиента (<115 мТл*м-1*мс-1) и максимальное пространственное разрешение. В некоторых специализированных центрах исследования сердца выполняются в настоящее время на томографах для всего тела с индукцией поля 3,0 Тл.
Для высококачественной МРТ сердца должны быть в наличии следующие специальные технические и вычислительные средства.
- Оптимизированные ИП для визуализации сердца со специальными программами постобработки для количественного функционального анализа.
- MP-совместимое оборудование для мониторирования, включающего регистрацию ЭКГ, автоматическое измерение кровяного давления и пульсоксимстрию.
- MP-совместимый инъектор для введения контрастных средств (со скоростью 3 мл/с).
- Устройство для внутривенного капельного введения лекарственных средств при исследованиях под нагрузкой.
- Средства экстренной помощи, в том числе необходимое оборудование.
2. Положение пациента. МРТ сердца может быть выполнена в положениях на спине и на животе. Положение на животе менее удобно для пациента, но уменьшает дыхательные артефакты во время сбора данных. Однако положение на спине стало стандартным для повседневного клинического использования.
3. Катушки. Катушка для всего тела недостаточно чувствительна, чтобы обеспечить пространственное разрешение для МРТ сердца. Поверхностные катушки определяют небольшой размер поля обзора с высоким соотношением С/Ш, что позволяет изображать область сердца, которая расположена близко к грудной стенке. Однако передней поверхностной катушки недостаточно для визуализации предсердий, нисходящей аорты и крупных сосудов у взрослых. Катушки с распределенной фазой объединяют высокое соотношение С/Ш поверхностных катушек с большим полем обзора.
Интенсивность сигнала от тканей, расположенных ближе к катушке, более высокая, чем интенсивность сигнала от отстоящих тканей. Эту разницу можно частично компенсировать посредством гомогенизирующего фильтра. В самых последних моделях МР-томографов используются системы поверхностных приемных катушек, которые приспособлены для визуализации прицельных объемов. Эти системы оптимизированы для визуализации сердца и состоят из множественных элементов-катушек, которые распределены на передней и задней поверхностях грудной клетки.
4. ЭКГ-синхронизация. При МРТ сердца сбор данных синхронизируется с циклическими движениями сердца. Это достигается проспективным включением сканирования с сигнала ЭКГ или ретроспективной синхронизацией изображений с ЭКГ.
4.1 Размещение электродов. МР-совместимые ЭКГ-электроды, изготовленные из карбона или графита и заключенные в гибкие пластиковые футляры, помещают на передней и задней поверхностях грудной клетки пациента (после удаления волос и очищения области контакта). Клеящие поверхности электродов, имеющие форму маленьких равнобедренных треугольников, помещают на парастернальную область слева на уровне IV межреберья по среднеключичной и передней подмышечным линиям. Они должны отстоять друг от друга примерно на 7-8 см.
Если приемлемой ЭКГ не получено, мы рекомендуем помещать электроды по задней грудной стенке, например по левой лопаточной и паравертебральной линиям. Чем тщательнее помещаются электроды, тем лучше регистрация ЭКГ и выше качество получаемых МР-изображений.
4.2 Вектор-кардиография. Часто бывает трудно получить удовлетворительную ЭКГ. Альтернативным методом является вектор-кардиография (ВКГ), при которой происходит одновременная запись ЭКГ с множественных каналов электродов.
Изменения величины и направления вектора ЭДС в различные фазы сердечного цикла регистрируются в двух отдельных ортогональных ЭКГ-проекциях. При выведении на экран этот вектор обеспечивает пространственное представление электрической активности сердца. Такая пространственная информация позволяет отличить комплекс QRS от артефактов ЭКГ, обеспечивая более надежное выявление зубца R на ЭКГ. ВКГ не зависит от направления электрической оси сердца и ЧСС пациента и менее чувствительна к искажениям, обусловленным фоновыми шумами МР-томографа.
Принципы включения сканирования с ЭКГ-сигнала:
- Запуск сканирования с ЭКГ-сигнала основан на том, что сбор данных начинается после заданного интервала времени, отсчитываемого от зубца R ЭКГ.
- При включении сканирования с ЭКГ-сигнала (проспективной синхронизации с ЭКГ) сбор данных коррелируется с запускающим (триггерным) импульсом ЭКГ, обычно с зубцом R.
- Посредством выбора задержки времени от триггерного импульса до начала сбора данных оператор может получить изображения любой фазы сердечного цикла.
Например, у пациента со средней ЧСС 70 уд./мин триггерная задержка 0 мс позволяет создать изображения в конце диастолы, в то время как задержка 250-350 мс обеспечивает получение систолических изображений. Одна из проблем проспективного запуска сканирования с ЭКГ-сигнала состоит в том, что на него оказывают отрицательное влияние изменения интервала R-R во время сбора данных (например, обусловленные сердечной аритмией или изменением ЧСС).
К ошибкам визуализации могут также привести ошибки запуска сканирования, вызванные снижением комплекса QRS (например, при перикардиальном выпоте) или усилением зубцов Р или Т вследствие увеличения предсердий при гипокалиемии.
Принципы ретроспективной синхронизации с ЭКГ:
- При ретроспективной синхронизации с ЭКГ сбор данных и запись сигнала происходят непрерывно на протяжении всего сердечного цикла.
- Для реконструкции изображений используется только MP-сигнал, полученный в более стационарные фазы сердечного цикла.
- Шаги фазового кодирования должны осуществляться во время повторных сердечных циклов, чтобы обеспечить заполнение формата пространственных частот данными визуализации приемлемого качества. В результате время сбора данных для одного и того же качества изображений удлиняется по сравнению с проспективной синхронизацией.
5. Дыхательная синхронизация. Один из путей компенсации дыхательных движений - произвести множественные сборы данных и усреднить данные, однако для достижения хорошей компенсации при этом требуется слишком большое время сбора данных. Комбинация одновременной дыхательной синхронизации и синхронизации с ЭКГ не нашла широкого применения вследствие значительного удлинения времени исследования.
5.1 Сбор данных с задержкой дыхания. Благодаря сбору данных с задержкой дыхания можно уменьшить дыхательные артефакты без значительного удлинения времени исследования. Сбор данных с задержкой дыхания в конце выдоха более воспроизводим, чем сканирование в конце вдоха.
5.2 Навигаторная техника. Используя метод навигаторных эхо, можно компенсировать дыхательные движения, не прибегая к активным контактам с пациентом. Этот метод предполагает синхронизацию сбора данных: данные собираются только в течение заданного временного окна (в противоположность триггерной синхронизации, при которой сбор данных начинается с внешнего сигнала). Окно для сбора данных при этом методе определяется положением диафрагмы.
Навигаторный импульс в виде узкого пучка применяется непосредственно перед (опережающий навигатор) или непосредственно после (замыкающий навигатор) каждого заполнения сегмента k-пространства, возбуждая узкую полоску тканей, расположенную поперек правого купола диафрагмы. MP-сигнал реконструируется таким образом, чтобы вывести на экран положение диафрагмы вдоль оси пучка, т.е. в направлении ее движений.
Такие навигаторные сигналы, непрерывно собираемые во время сканирования, отображают движения диафрагмы в процессе сканирования и обеспечивают принятие или отбрасывание непрерывно собираемых данных: приемлемое окно движений диафрагмы задается перед сбором данных. Данные, собранные в тот период времени, когда экскурсии диафрагмы выходят за пределы этого окна, отбрасываются при реконструкции изображений.
В таком случае данные для отбрасываемых сегментов k-пространства собираются повторно до тех пор, пока они оказываются в пределах выбранного окна приемлемых положений диафрагмы и тем самым допустимых положений сердца. Типичные значения окна синхронизации составляют 3-7 мм. Использование одной только техники синхронизации приводит к улучшению качества изображений и увеличению времени исследования, поскольку отброшенные данные должны быть собраны заново.
5.3 Динамическое наблюдение среза в режиме реального времени. При этом методе для интерактивного управления градиентами в режиме реального времени дополнительно используется положение диафрагмы, определяемое опережающим навигатором непосредственно перед каждым сбором данных, тем самым положение каждого среза адаптируется к мгновенному положению сердца. Такая адаптация оптимизируется путем определения специальных коэффициентов корреляции между положением диафрагмы и изменениями положения сердца.
Компенсация изменений положения создает возможность выбора большего окна синхронизации, чем при использовании одной только синхронизации (типичное значение окна - 5 мм). Комбинация проспективного навигаторного метода с динамическим наблюдением слоев в режиме реального времени (метод MotionTrak) уменьшает количество отбрасываемых данных и ускоряет сканирование.
Одновременный запуск с ЭКГ-сигнала позволяет синхронизировать время сбора данных с оставшейся фазой сердечного цикла (обычно диастолой). Технология MotionTrak используется с ИП TFE и EPI.
6. Стандартные проекции МРТ сердца. В клинической МРТ сердца для оценки анатомии и функции сердца повседневно используются следующие стандартные проекции (см. рис. 2, табл. 5).
- горизонтальная или вертикальная проекция двух камер:
- проекция четырех камер;
- проекция по короткой оси сердца;
- проекция выходящего тракта левого желудочка;
- проекция выходящего тракта правого желудочка.
Рисунок 2. а, b Анатомия и топографические отношения сердца в средостении. Серийные МР-срезы, полученные при помощи ИП TSE с «темной кровью».
а Срезы по короткой оси сердца. Схематическое представление двойных косых срезов от верхушки (сверху слева) до основания (внизу справа) сердца.
b Аксиальные срезы. Схематическое представление аксиальных срезов от основания (сверху слева) до верхушки (внизу справа) сердца.
В таблице 6 приведен обзор методов визуализации, которые наиболее пригодны при различных клинических задачах.
6.1 Планирование. Стандартное МР-исследование начинается со сбора несинхронизированных изображений в аксиальной, фронтальной и сагиттальной проекциях, которые обеспечивают быструю анатомическую ориентацию в грудной полости и используются для планирования визуализации в перечисленных выше стандартных плоскостях. Стандартной краниальной границей для позиционирующих изображений служит главный ствол легочной артерии (заворот перикарда).
Ориентирами для каудальной границы служат диафрагма и печеночная часть нижней полой вены с печеночными венами. В последних моделях MP-томографов обеспечен свободный интерактивный выбор оператором плоскости визуализации с навигацией в режиме реального времени в процессе сбора данных.
7. Морфологическое исследование сердца. В этом разделе обсуждаются ИП, которые используются для исследования камер сердца и миокарда.
По морфологическим изображениям сердца обычно оценивают размеры сердца, обнаруживают аномалии его развития, распознают болезни миокарда, опухоли, а также инфильтративные и воспалительные процессы. Для характеристики тканей используют как Т1в-, так и Т2в-ИП, которые при необходимости могут быть дополнены изображениями с контрастированием. Для первичной оценки морфологии сердца рекомендуется TSE вследствие присущей этой ИП высокой контрастности. Однако при этой ИП ограничено количество изображений, которые можно получить во время одного сердечного цикла.
8. Однослойный и многослойный сбор данных посредством ИП TSE:
8.1 Однослойный сбор данных. TSE с запуском с сигнала ЭКГ дает возможность получить изображение одного слоя за 11-18 сердечных циклов. Перед возбуждающим протоны импульсом 90° применяются 2 подготовительных импульса 180°, чтобы занулить сигнал от кровотока во время сбора данных. Интервал между инверсионным импульсом и возбуждающим импульсом (время инверсии, TI) выбирается так, чтобы намагниченность протонов крови достигала нулевого значения в процессе восстановления от отрицательных значений к положительным.
В этот момент подают импульс, возбуждающий протоны. Кровь на таких изображениях выглядит темной, и этот метод называют визуализацией с «темной кровью». Второй импульс 180° восстанавливает намагниченность неподвижных тканей в выбранном слое (метод двойной инверсии). Это увеличивает контрастность между высокой интенсивностью сигнала от миокарда и «темной» кровью. Высокая интенсивность сигнала от подкожной жировой клетчатки может быть устранена посредством помещения полосы насыщения на переднюю грудную стенку.
Т1 зависит от ЧСС, выбранного TR и времени релаксации крови. Типичное значение при силе поля 1,5 Тл составляет 500 мс. После внутривенного введения парамагнитного контрастного средства время инверсии должно быть адаптировано к укороченному времени релаксации Т1, чтобы подавить сигнал от крови.
8.2 Многослойный сбор данных. Используя Т1в- и Т2в-ИП, можно получить за выбранное время TR изображения нескольких слоев с разным положением. При этом методе линии k-пространства, последовательно заполняемые во время одного сердечного цикла, приписываются разным слоям. Это дает возможность создать изображения в разных плоскостях интереса в разные фазы сердечного цикла.
8.3 Т1- и Т2-взвешенность. Время повторения (TR) для Т1в-ИП выбирается так, чтобы один возбуждающий импульс приходился на одно сокращение сердца. В зависимости от используемого типа томографа TR можно задать прямо в единицах пульсаций сердца («ударах») или примерно на 10% короче, чем длина сердечной фазы, чтобы обеспечить включение сканирования с каждого удара. Таким образом, невозможно выбрать произвольно степень Т1-взвешенности, и установки зависят от ЧСС пациента.
Т2в-ИП должны запускаться каждым 2-м или 3-м сокращением сердца, чтобы TR было достаточно длинным для полного восстановления сигнала.
Т1в-изображения можно создать, используя ИП SE или TSE, но для Т2в-визуализации должно использоваться только TSE, учитывая временные соотношения. Еще больше укорачивается время исследования при использовании метода half-Fourier*, так как при этом в процессе сбора данных заполняется только половина пространственных частот, тогда как остальные экстраполируются. При высоком турбофакторе полное изображение можно получить после единственного возбуждения (метод с «одним выстрелом») - ИП HASTE (half-Fourier acquisition single-shot Airbo-spin echo).
Этот метод обеспечивает последовательный сбор данных для Т2в-визуализации с высоким разрешением. ИП HASTE может использоваться как многослойная, запускаемая с ЭКГ-сигнала, без дыхательной синхронизации (примерно 20 слоев за 25 с) или как сегментированная с задержкой дыхания (7 срезов менее чем за 10 с).
P.S. * Метод заключается в математической обработке путем преобразования Фурье части (в данном конкретном случае - половины) собранных данных k-матрицы.
9. Функциональные исследования сердца:
9.1 Многофазные ИП GRE (изображения с «яркой кровью»). Метод GRE подразумевает использование сегментированной многофазной ИП импульсов для достижения временного разрешения 30-40 мс, что дает возможность функциональных исследований сердца («кинорежим»). Кровь, втекающая в возбужденный слой, выглядит при ИП GRE яркой, что отражено в термине изображения с «яркой кровью».
Однако вследствие малых углов отклонения и короткого времени повторения динамические мультифазные изображения имеют более низкое контрастное разрешение, чем при SE. Кроме того, изображения, полученные в режиме GRE, более склонны к возникновению артефактов от проволоки, используемой для серкляжа грудины, протезов сердечных клапанов и сосудистых клипс. Артефакты при применении ИП GRE уменьшаются благодаря использованию запуска сканирования с ЭКГ и задержке дыхания.
9.2 Ультрабыстрые ИП GRE. Технический прогресс в области ИП привел к появлению уль-трабыстрых ИП GRE с Т2в-взвешенностью, которые позволяют сократить время исследования и обеспечивают улучшенное рефокусирование сигнала от кровотока благодаря использованию симметричных градиентов во всех направлениях пространства. Результатом этого стала более высокая контрастность между просветами желудочков и миокардом. Значительно улучшилось и соотношение С/Ш по сравнению с обычными ИП GRE.
Разные производители по-разному называют такие ИП:
- быстрое полевое эхо (fast field echo, FFE) с усилением контрастности Т1в-изображений или без него;
- быстрые снимки под малыми углами (fast low-angle shot, FLASH);
- быстрая визуализация в состоянии динамического равновесия (fast imaging with steady precession, F1SP);
- быстрые ИП для сердца (Fast-Card).
Эти ИП вытеснили стандартные ИП GRE, традиционно использовавшиеся для функционального анализа сердца. Они немного отличаются друг от друга. При ИП FFE с сильной Т1-взвешенностью и FLASH остаточная поперечная намагниченность разрушается посредством очищающего градиента перед каждым шагом фазового кодирования. Это уменьшает намагниченность в плоскости XY, приводя к снижению соотношения С/Ш.
Однако благодаря короткому TR могут быть выполнены множественные быстрые повторения, чтобы намагниченность достигла состояния динамического равновесия. С другой стороны, при нативной FFE и FISP остаточная намагниченность рефокусируется и используется при сборе сигнала, накладываясь на намагниченность, которая возбуждается при следующем шаге фазового кодирования.
Короткое время повторения этих ИП позволяет повторно возбуждать выбранный слой тканей в различные фазы одного и того же сердечного цикла (мультифазовый метод для одного слоя).
Благодаря сегментированию k-пространства и интерполяции данных реконструируется больше фаз, чем было собрано. Это укорачивает время сбора данных. Сбор данных для одного слоя обеспечивает более высокое временное разрешение, чем мультифазный многослойный метод.
Быстрые ИП без запуска с сигнала ЭКГ, иногда в комбинации с параллельной визуализацией, позволяющие собрать данные для 7 срезов во время 1 задержки дыхания, уже используют в клинической практике. Очень короткое время повторения новых ИП позволяет достигнуть мультифазной визуализации в режиме реального времени, хотя они требуют изощренной технологии градиентов.
MP-оценка функции левого желудочка под физиологической и фармакологической нагрузкой обсуждается в отдельной статье на сайте - просим Вас пользоваться формой поиска по сайту выше.
9.3 MP-маркировка миокарда. Маркировка (MR-tagging) миокарда - это метод, при котором используются мультифазовые ИП GRE с «яркой кровью» для неинвазивного обнаружения и двухмерной или трехмерной количественной оценки патологических изменений движений стенок сердца. Триггерный ЭКГ-сигнал, поданный в конце диастолы, запускает селективные насыщающие импульсы, чтобы создать паттерн линий насыщения над миокардом (радиальный или в виде решетки), используя технику пространственной модуляции намагниченности (SPAMM) или дополнительной пространственной модуляции намагниченности (CSPAMM).
Этот паттерн представляет собой маленькие участки миокарда с нулевой намагниченностью - помеченную ткань с относительно «пустым» сигналом через определенные промежутки времени после насыщающих импульсов. MP-маркировка наиболее часто выполняется на срезах по короткой оси или по длинной оси сердца (Maceira et al., 2006).
Когда сердце сокращается во время систолы, паттерн маркировочных линий деформируется в соответствии с движениями мышечной стенки. Для анализа радиальных и торсионных движений миокарда (как качественно, так и количественно) могут использоваться мультифазные ИП с высоким временным разрешением. Постобработка собранных данных пока еще занимает очень много времени, поэтому MP-маркировка еще не используется в повседневной практике клинической МРТ.
9.4 Волюметрия и глобальная функция миокарда. Функциональный анализ сердца основан на оценке глобальной функции миокарда с расчетами параметров и объема правого и левого желудочков, а также на анализе регионарной функции миокарда посредством оценки толщины стенки и ее движений. Обычно в практике используют сбор данных в кинорежиме в проекциях по короткой оси сердца, а также в вертикальной и горизонтальной проекциях по длинной оси сердца (рис. 3; см. рис. 2).
Рисунок 3. а-f Нормальная MP-картина сердца. МРТ сердца выполнена при помощи ИП GRE-SSFP.
а ИП 2D-FLASH (кинорежим) в 4-камерной проекции.
b Сбалансированная ИП FFE (кинорежим) в проекции по короткой оси сердца.
c-f Кадры из сбалансированной ИП FFE (кинорежим) в конце диастолы (c, d) и в конце систолы (e, f), в проекциях ВТЛЖ и вертикальной длинной оси сердца.
Временное разрешение для количественного анализа функции миокарда должно быть не более 50 мс, чтобы провести детальный анализ движений стенки и определить функциональные параметры с приемлемой точностью. Для стандартной интерпретации функциональных изображений необходимы компьютерные программы анализа.
9.5 Объемы. Объемы желудочков могут быть определены в одной или двух проекциях посредством метода «площадь-длина». Ошибочные результаты получаются, если не учитываются условия эллипсоидной геометрии желудочков, например у пациентов с измененной морфологией левого желудочка, обусловленной постинфарктными рубцами. Предпочтительны непрерывные срезы по короткой оси, так как они обеспечивают трехмерное представление геометрии левого и правого желудочков.
В противоположность катетеризационной ангиокардиографии и эхокардиографии геометрическая модель не требуется. Благодаря этому преимуществу МРТ признана «золотым стандартом» оценки функции миокарда и массы миокарда (Pattynama et al., 1993; Alfakih et al., 2003).
При интерпретации кино-МР-изображений первая фаза сердечного цикла, собранная после запускающего импульса, определяется как фаза конца диастолы. Фаза сердечного цикла, в которой видимый просвет желудочков становится минимальным в плоскости сосочковых мышц, определяется как фаза конца систолы. Посредством анализа изображений в плоскости клапанов исследующий может подтвердить фазу конца диастолы (последнее изображение перед раскрытием аортальных клапанов) и фазу конца систолы (последнее изображение перед раскрытием митрального клапана).
При использовании компьютерных программ анализа мануально или полуавтоматически определяются эндокардиальный и перикардиальный контуры левого и правого желудочков, так что может быть рассчитана площадь одного среза. Далее площадь отдельных срезов умножается на толщину слоя (<10 мм), чтобы рассчитать конечный диастолический объем (КДО) и конечный систолический объем (КСО) по методу Симпсона.
Когда известны КДО и КСО, можно определить следующие функциональные параметры для правого и левого желудочков:
- Ударный объем (УО) = КДВ - КСВ (мл).
- Фракция выброса (ФВ) = УО/КДО*100 (%). Следующие определения полезны для создания воспроизводимой функциональной оценки:
- При волюметрии желудочков папиллярные мышцы рассматриваются как часть просвета желудочков в фазах диастолы и систолы.
- При волюметрии правого желудочка последний рассматривается как распространяющийся до легочного клапана.
- При определении массы миокарда межжелудочковая перегородка рассматривается как часть левого желудочка.
9.6 Масса миокарда. Масса миокарда ММ рассчитывается из средних значений эпикардиального объема VEPI и эндокардиального объема VENDO и умножением полученной величины на константу массы миокарда 1,05 г/мл:
- ММ = [(VEPI+ VENDO)/2] x 1,05 г/мл (г)
В таблице 1 перечислены референтные значения волюметрии и глобальной функции левого и правого желудочков, определенные при помощи обычной ИП GRE, и ИП SSFP.
9.7 Регионарные движения сердечной стенки. Оценка регионарных движений мышечных стенок правого и левого желудочков может быть проведена визуально на мониторе по изображениям в проекциях по короткой и длинной осям без динамической кино-МРТ. Количественный анализ регионарных функциональных параметров - толщины стенки в конце диастолы, толщины стенки в конце систолы и процента систолического утолщения стенки (см. табл. 2) - требует соответствующих компьютерных программ постобработки.
9.8 Мультисегментные модели. Для целей анализа полезно классифицировать регионарные движения мышечной стенки сердца на 4 степени: нормокинезия, гипокинезия, акинезия и дискинезия (рис. 4). Рекомендуется использовать мультисегментную модель для воспроизводимого анализа и объективной регистрации находок. К существующим моделям относятся 17-сегментная модель, описанная АНA (Cerqueira et al., 2002), 14-сегмент-ная модель для индексации кино-МРТ, МРТ с контрастированием и МР-коронарографии (рис. 5 a) (Wu et al., 2001) и 16-сегментная модель, описанная Американским обществом эхокардиографии (рис. 5 б).
Рисунок 4. а-d Схематическое представление нарушений регионарного сокращения миокарда, основанное на 4 степенях клинической тяжести.
Рисунок 5. а, b Регионарная функция миокарда.
а Модель для сегментарной оценки регионарных сокращений миокарда (плоскость короткой оси) с использованием МРТ с контрастированием, кино-MPT и коронарной ангиографии.
b Распределение венечных артерий по сегментам миокарда в основании сердца, на уровне середины сосочковых мышц и в верхушке (по Erdmann).
aIVS - передняя септа; ALW - переднелатеральная стенка; AW - передняя стенка; IVS - межжелудочковая перегородка; LAD - левая передняя нисходящая артерия; LCX - огибающая артерия; PLW - заднелатеральная стенка; PW - задняя стенка; RCA - правая венечная артерия.
10. МРТ сердца с контрастированием:
10.1 Визуализация перфузии миокарда при первом пассаже контрастного средства. В настоящее время анализ перфузии миокарда обычно основан на исследовании первого пассажа контрастного средства через миокард. Исследование может проводиться в состоянии пациента в покое или во время физической или фармакологической нагрузки сердца. Метод используется главным образом в диагностике гемодинамически значимой ишемической болезни сердца на основе уменьшения перфузии миокарда под действием нагрузок.
При анализе перфузии миокарда в покос может быть диагностирована реперфузия или микроваскулярная обструкция после инфаркта миокарда. Другие варианты исследований - например, дифференциальный анализ оксигенации крови (blood oxygen level-dependent - BOLD), метод меченых спинов - находятся еще в стадии разработки.
- Методика. Для количественной оценки перфузии миокарда при первом пассаже (рис. 6) используют сверхбыстрые ИП GRE с одним «выстрелом» и Т1-взвешенностью, например FLASH, TFE, TFE-EPI и FGRET (fast gradient-recalled echo train - цепь быстрых GRE), со сбором данных при задержке дыхания, после внутривенного введения контрастных средств.
Рисунок 6. а, b Исследование перфузии миокарда при первом пассаже контрастного средства.
а Схематизированный анализ перфузии миокарда при первом пассаже, основанный на зависимости интенсивности сигнала (SI) от времени.
b Последовательные изображения перфузии миокарда при первом пассаже контрастного средства у пациента с нормальным сердцем (TFE-EPI:TR=10 мс, ТЕ=3,3 мс, угол отклонения 20°; толщина слоя (ST) 10 мм; FOV 350 мм).
Временное разрешение должно обеспечивать возможность 1 сбора данных на каждые 2 сердечных сокращения; потребуется 40 или более сборов данных (толщина слоя <10 мм, 3 или более срезов на сердечное сокращение). FOV обычно составляет 380 мм или менее (матрица 128х76 пикселей), тем самым минимальная величина пикселя меньше 3,0х5,0 мм. После введения Т1-позитивного контрастного средства (например, >0,025 ммоль Gd-DTPA/кг массы тела, скорость инъекции >3 мл/с) выполняется исследование первого пассажа контрастного средства в проекциях по короткой и длинной оси сердца.
Строится график изменения интенсивности сигнала с течением времени в процессе притока контрастированной крови, чтобы определить параметры перфузии: пиковую интенсивность сигнала, промежуток времени до начала усиления сигнала, промежуток времени до пика усиления и крутизну графика притока (см. рис. 6).
- Интерпретация. Изображения, полученные посредством такой методики, имеют низкие соотношения С/Ш и К/Ш вследствие короткого времени повторения. Это приводит к плохому пространственному разрешению и ограничивает анализ кинетики контрастного средства в субэндокардиальной и субперикардиальной зонах миокарда.
MP-контрастные средства диффундируют в интерстиций во время пассажа, что вызывает необходимость использования факторов коррекции для выполнения количественного анализа. Несмотря на доступность программ автоматического или полуавтоматического анализа, еще не установлен однотипный стандарт для динамической интерпретации перфузионных исследований. В результате в специализированных центрах устоявшейся практикой является визуальный, качественный анализ во время максимального усиления сигнала от миокарда.
- Усовершенствования. Создание усовершенствованных ИП с улучшенной контрастностью благодаря использованию длинного интервала TR дало возможность применять многослойные методы для оценки всего сердца с временным разрешением до 7 срезов на сердечное сокращение. Обычно при этом достигается пространственное разрешение 1,5x1,5 мм в плоскости изображения с толщиной слоя 5-8 мм.
10.2 Исследования с контрастированием:
- Изображения в состоянии динамического равновесия. Миокардит может быть обнаружен посредством изображения миокарда с Т1в-ИП в состоянии равновесия после внутривенного введения контрастного средства (0,1 ммоль/кг массы тела), т.е. после того как достигается однородное распределение контрастного средства между миокардом и кровью.
- Отсроченные изображения. Феномен задержки вымывания контрастного средства из миокарда называют также отсроченным контрастным усилением. При ИП T1b-GRE с подготовкой намагниченности, например двухмерных IR-turbo-FLASH, IR-TFE или быстрых кинорежимах с толщиной слоя <8 мм некротический миокард, соединительная ткань и рубцовая ткань обнаруживают высокую интенсивность сигнала через 10-20 мин после внутривенного введения контрастного средства в дозе 0,1-0,2 ммоль/кг массы тела. К этому времени контрастное средство уже вымывается из жизнеспособного миокарда.
Обычно это исследование требует минимальных размеров пикселя: 1,5х1,9 мм или меньше (FOV≤380 мм, матрица ≥256x204). Основная цель - подавить нормальный сигнал от миокарда с индивидуально определяемым временем инверсии, которое варьирует в зависимости от таймирования введения контрастного средства. Определение площади и объема поражения, основанное на пороговых значениях, в настоящее время тестируется в исследованиях с постобработкой. Главное клиническое применение - диагностика инфаркта миокарда и оценка жизнеспособности миокарда.
11. Визуализация метаболизма: метаболизм миокарда и состояние тканей:
11.1 MP-спектроскопия с 31Р. MP-спектроскопия с 31Р дает возможность анализировать обмен энергии в миокарде без введения радионуклидов. В качестве маркеров клеточного обмена энергии могут быть подвергнуты количественной оценке энергетические молекулы аденозинтрифосфат (АТФ) и креатинфосфат (КФ). МР-чувствительность ядер 31Р примерно в 6 раз меньше, чем ядер водорода.
В настоящее время низкая интенсивность сигнала вызывает необходимость использования длинного времени сбора данных и больших визуализируемых объемов (20 см3 или более), что приводит к уменьшению временного и пространственного разрешения. Изучаются возможности применения этого метода при сердечной недостаточности, ИБС и клапанных пороках сердца.
Отношение КФ/АТФ уменьшается у пациентов с развитой ишемической и неишемической сердечной недостаточностью в результате нарушения метаболизма энергии. Это отношение может увеличиваться в ответ на фармакотерапию, что предположительно указывает на повышение уровня сердечного КФ. Локальное уменьшение интенсивности сигнала от богатых энергией фосфорных соединений АТФ и КФ расценивается как признак образования рубца миокарда (см. табл. 6).
11.2 Изображение с 23Na. Изотоп натрия 23Na при МРТ сердца может использоваться таким же образом, как и протоны. Особый научный интерес вызывает инфаркт миокарда, так как в области острого инфаркта обнаружено повышенное содержание натрия. В то время как в нормальном миокарде внеклеточный уровень натрия примерно в 10 раз выше, чем его внутриклеточный уровень, последний повышается после инфаркта и соответствует внеклеточному уровню вследствие нарушения функции Na/K-АТФазы.
В то же время внеклеточное пространство увеличивается из-за развития интерстициального отека. Через некоторое время начальное образование рубца также вносит вклад в увеличение этого пространства.
Начальные исследования миокарда при подостром инфаркте подтвердили увеличение интенсивности MP-сигнала от 23Na. Для таких исследований обычно используют ИП GRE с запуском с ЭКГ-сигнала и настройкой передающей и приемной катушек на резонансную частоту 23Na. Хотя дифференцирование между внутриклеточным и внеклеточным натрием представляет клинический интерес, еще не разработан метод, пригодный для таких исследований в клинических условиях (см. табл. 6).
