Оцінка структурних змін міокарда лівого передсердя у хворих миготливою аритмією методом МРТ з відстроченим контрастуванням

  20.03.2015

15Зміна структури міокарда передсердь — одна з основних причин порушення його механічних і електричних властивостей, що є основою для розвитку і прогресування миготливої аритмії (МА). Висока поширеність цього виду аритмії і низька ефективність існуючих методів лікування вимагають пошуку нових та оптимізації наявних алгоритмів усунення МА.

Один із шляхів пошуку — вивчення структурного ремоделювання міокарда передсердь і пов’язаних з ним клінічних закономірностей, що стало можливим завдяки застосуванню магнітно-резонансної томографії (МРТ) з відстроченим контрастуванням. Даний метод заснований на накопиченні контрастного препарату, що містить гадоліній, у позаклітинному просторі міокарда в зонах запалення, некрозу і фіброзу і на більш пізньому вимиванні контрастної речовини з цих зон у порівнянні зі здоровим міокардом. Неінвазивність і добра переносимість процедури дослідження дозволяють застосовувати метод МРТ у широкого кола пацієнтів з МА. Застосування нових МР-імпульсних послідовностей дозволяє вивчати структуру міокарда, подолавши обмеження, пов’язані з низкою анатомічних і функціональних особливостей передсердь, що відкриває нові можливості для діагностики структурного ремоделювання передсердь.

Особливості отримання та обробки магнітно-резонанасних зображень передсердь.

МРТ серця з високою роздільною здатністю (1,25х1,25х2,5 мм, 1,4х1,4х1,4 мм, 1,3х1,3х4 мм) забезпечує візуалізацію тонких стінок міокарда передсердь (1,5-3 мм) і виявлення в них зон структурних змін як ділянок накопичення контрастного препарату. Завдяки використанню синхронізації з ЕКГ і диханням проводиться корекція артефактів руху серця і течії крові в легеневих венах.

Проте складнощі в обробку серії МР-зображень передсердь вносить така особливість предсердного міокарда, як більший обсяг сполучнотканинних волокон у здоровому міокарді передсердь у порівнянні з міокардом шлуночків. Це призводить до малої різниці між інтенсивністю сигналу (яскравістю) нормального предсердного міокарда та дрібновогнищевих, дифузних зон фіброзу, що значно ускладнює достовірне і відтворюється визначення патологічно зміненого міокарда передсердь. Враховуючи ці особливості, візуальна детекция накопичив контраст міокарда передсердь завжди несе в собі ймовірність помилки. Крім того, кількість робіт, які аналізують відповідність даних МРТ і гістологічних змін міокарда для передсердь, вкрай обмежена. В єдиною роботі C. McGann було встановлено відповідність вогнищ накопичення контрастного препарату в міокарді лівого передсердя (ЛП) ділянкам фіброзу при гістологічному дослідженні міокарда з цих зон. Ці дані були отримані при обстеженні 9 пацієнтів з МА, які перенесли відкриті операції на серці. Визначення критеріїв візуальної детекції зон фіброзу за допомогою МРТ вимагає отримання даних про гістологічному будові зон, які накопичили контрастний препарат, у більшої кількості пацієнтів.

Одночасно, у ряді робіт було показано, що стандартне програмне забезпечення робочих станцій МРТ не володіє достатньою точністю для автоматичного пошуку зон фіброзу на МР-зображеннях міокарда передсердь.

Таким чином, в даний час не визначено найбільш оптимальний алгоритм обробки МР-зображень передсердь для детекції фіброзу в предсердном міокарді. В якості вирішення даної проблеми в літературі представлені різні математичні алгоритми для автоматичного визначення фіброзу передсердь на МР-зображеннях. Лише мала частина з них пройшла перевірку в клінічних дослідженнях.

У незалежних роботах R.S. Oakes, L.C. Malcolme-Lawes, I.M. Khurram, що використовують різні математичні алгоритми, було виявлено, що локалізація зон фіброзу (накопичення контрастного препарату) ЛП по МРТ топографічно пов’язана з зонами зниження амплітуди ендокардіального потенціалу ЛП при його внутрішньосерцевому картировании. Ці дані підтвердили можливість детекції фіброзу ЛП за допомогою МРТ і лягли в основу вивчення пов’язаних з ним клінічних закономірностей перебігу МА.

Роль МРТ з відстроченим контрастуванням у вивченні міокарда передсердь при миготливої аритмії.

В одній з перших робіт R.S. Oakes за допомогою МРТ оцінювався міокард ЛП 81 хворого з пароксизмальною і персистуючою формами МА, яким планувалося інтервенційне лікування аритмії. Обсяг виявлених зон фіброзу ЛП склав від 3,8% до 65,5% обсягу міокарда передсердь. У групі ж контролю у пацієнтів без аритмій в анамнезі (6 осіб) обсяг подібних зон не перевищував 2% обсягу міокарда передсердь.

Для оцінки тяжкості фіброзу ЛП C. Mankopf і співавт. розробили шкалу, що отримала назву Utah. В її основу покладено результати МРТ з відстроченим контрастуванням передсердь у 333 хворих, що страждають МА. В даній шкалі використаний показник об’ємної частки фіброзу в міокарді ЛП, вираженої в процентах. Шкала Utah включає 4 ступені: І — менше 5%, II — 5-20%, III — 20-35%, IV — більше 35%. Всім пацієнтам, включеним в це дослідження, була проведена радіочастотна антральная ізоляція усть легеневих вен. Було продемонстровано, що більш високий ступінь фіброзу ЛП за шкалою Utah супроводжувалася більш високим ризиком рецидивування МА після абляції. Так, при ступені Utah I ефективність втручання склала 100%, при Utah II — 81.82%, при Utah III — 62.5%, а у всіх пацієнтів з Utah IV радіочастотна абляція (Мірча) була неефективна і МА рецидивировала. Різниці в ефективності аблации і в вираженості фіброзу ЛП у хворих ідіопатичною МА і МА на тлі ССЗ в даному дослідженні виявлено не було. На підставі цих даних було запропоновано враховувати ступінь фіброзу ЛП при прийнятті рішення про проведення Мірча у хворих МА.

Для перевірки гіпотези про вплив вираженості фіброзу ЛП (за даними МРТ) на результати інтервенційного лікування МА було організовано багатоцентрове дослідження DECAAF (Delayed Enhancement MRI and Atrial Fibrillation Catheter Ablation). Усім включеним у дослідження 272 пацієнтам проводили абляцію з приводу МА. Техніка інтервенційного втручання і тактика подальшого ведення пацієнтів в клінічних центрах, які брали участь у цьому дослідженнях центрах, були різні. До втручання всім хворим проводилося МРТ з відстроченим контрастуванням за затвердженому стандартному протоколу. Аналіз МР-зображень проводився в єдиному центрі анонімно, лікуючі лікарі пацієнта не знали про ступінь вираженості фіброзу ЛП. При підсумковому аналізі ефективності втручання автори встановили, що, незалежно від техніки проведення абляції, тяжкість структурного ремоделювання ЛП за шкалою Utah є фактором ризику рецидивування МА протягом 15 місяців після абляції. Аналіз отриманих даних зажадав внесення змін до шкали Utah: I ступінь <10%, II ступінь <20%, III ступінь <30% і IV ступінь> 30%.

Разом з тим, проведені дослідження, що аналізують за допомогою МРТ з відстроченим контрастуванням постаблаціонние пошкодження ЛП та їх зв’язок з результатом інтервенційного лікування МА. Клінічні дослідження в цій галузі стали можливі завдяки експериментальній роботі T. Dickfield і співавт., В якій автори описали МР-зображення правого шлуночка з зонами затримки контрастного препарату в місцях радіочастотних катетерних впливів. Розмір і локалізація ушкоджень по МРТ збігалися з даними патоморфологічного дослідження, що підтверджувало можливість точного візуального визначення локалізації та розміру радіочастотних пошкоджень на МР-зображеннях з відстроченим контрастуванням.

Групою вчених під керівництвом DS Peters були вперше описані МР зображення міокарда ЛП з постаблаціоннимі ушкодженнями 23 пацієнтів з МА, які перенесли радіочастотну катетерну ізоляцію усть легеневих вен. У всіх хворих було знайдено накопичення контрастного препарату в області нанесення радіочастотних впливів, однак наявність циркулярних зон контрастування навколо гирл легеневих вен було зареєстровано лише у 62% пацієнтів. Відсутність циркулярних зон контрастування було розцінено авторами, як неповна ізоляція легеневих вен, що пов’язане з ризиком рецидиву МА. Ці результати стали підставою до пропозиції використання МРТ з відстроченим контрастуванням в якості принципово нового методу оцінки ізоляції легеневих вен після процедури абляції. Ушкодження міокарда передсердь після абляції, відображені на МРТ зонами накопичення контрастного препарату, представлені набряком, запаленням і вогнищами некрозу. Частина з цих зон, мабуть, за рахунок набряку і запалення регресує, а частина трансформується в рубцеву тканину, яку можна виявляти за допомогою МРТ, і в більш пізні терміни обсяг і локалізація якої асоційовані з ефективністю втручання.

N. Akoum проаналізував МР-зображення передсердь з відстроченим контрастуванням до і після абляції у 144 пацієнтів з МА на предмет формування постаблаціонного рубця. Критерієм повній ізоляції легеневої вени вважалося наявність навколо неї циркулярної зони затримки контрастного препарату при МРТ через 3 місяці після абляції. За даними проведеного дослідження, яке узгоджувалося c результатами більш ранньої роботи DC Peters і співавт., Виконаної на меншій кількості пацієнтів (35 осіб), лише у 7% пацієнтів вдалося досягти повної ізоляції всіх чотирьох легеневих вен при першому втручанні, що мало переконливий клінічний результат у вигляді відсутності рецидивів аритмії. У цьому дослідженні в 32,6% випадків при першому втручанні вдавалося ізолювати лише одну легеневу вену, що пояснює розвиток рецидивів МА у 12% хворих. Коли не вдавалося досягти повної ізоляції жодної з легеневих вен (36,8% випадків), рецидиви МА реєстрували у 24% хворих. Автори роботи запропонували використовувати даний метод для виявлення вен, неізольованих при першій аблации, для планування обсягу повторних втручань з метою підвищення їх ефективності.

Однак думки дослідників щодо точності, достатньої для планування прицільних аблаціонних впливів при повторних втручаннях, суперечливі. Ця позиція обгрунтовується рядом пунктів:

  • відмінностями між дозволом МРТ і різних методів ендокардіального картування, що використовуються в різних клінічних центрах;
  • складнощами точного просторового співвіднесення даних ендокардіального картування ЛП з даними МРТ;
  • відсутністю стандартизованого методу для детекції постаблаціонних пошкоджень на МР-зображеннях.

Таким чином, в даний час отримані перші позитивні результати про можливість візуалізації постаблаціонних ушкоджень ЛП за допомогою МРТ з відстроченим контрастуванням, проте необхідно вдосконалення точності даної технології.

Таким чином, вдосконалені МР-імпульсні послідовності і методи обробки даних дозволили охарактеризувати особливості фіброзу передсердь при МА. До теперішнього часу накопичена інформація про можливий зв’язок фіброзу ЛП з різними клінічними показниками (функція передсердь, форма перебігу МА, наявність основного ССЗ) суперечлива і вимагає продовження роботи в цьому напрямку.

Результати представлених вище досліджень дозволили отримати першу інформацію про вплив вираженості фіброзу ЛП на результати інтервенційного лікування хворих МА. Є підстави вважати, що подальше вдосконалення технології оцінки фіброзу ЛП дозволить надалі використовувати цей метод в якості нового інструменту для вибору найбільш ефективної індивідуальної тактики ведення пацієнта з МА.

Необхідно відзначити, що в наведених роботах дані про структурне ремоделированя передсердь отримані в одноцентрових дослідженнях на підставі аналізу МР-зображень передсердь при допомоги не стандартизованих алгоритмів. Організація багатоцентрових рандомізованих клінічних досліджень, які проводять зіставлення існуючих методів отримання та обробки зображень, з метою визначення місця використання даної технології в клінічній практиці знаходиться на початковому етапі.

У відділі томографії ВКК РКНПК виконано дослідження оцінки фіброзу міокарда лівого передсердя у хворих з МА.

Мета дослідження.

  • розробити методику оцінки структурних змін міокарда ЛП за допомогою магнітно-резонансної томографії (МРТ) з відстроченим контрастуванням;
  • порівняти структурні зміни міокарда ЛП, виявлені за допомогою МРТ з відстроченим контрастуванням, у хворих з ФП і здорових добровольців.

Матеріали та методи.

У дослідження було включено 20 пацієнтів (13 чоловіків та 7 жінок, середній вік 52 [38; 58] роки) з документованої на ЕКГ МА в анамнезі. Групу контролю склали 5 здорових добровольців (3 чоловіків і 2 жінки, середній вік 27 [23; 39] років).

Всім особам, включеним у дослідження, була проведена МРТ серця в умовах синусового ритму не раніше, ніж через 1 місяць після останнього пароксизму МА (в тому числі після електричної кардіоверсії у пацієнтів з персистуючим перебігом МА). Дослідження виконували на сверхпроводящем МР-томографі з напруженістю поля 1,5 Тл (Magnetom Avanto, Siemens, Німеччина) з використанням радіочастотної котушки для грудної клітки і синхронізацією з ЕКГ.

Після реєстрації топограмм виконували серію досліджень в режимі кіно-МРТ (TrueFISP) з наступними характеристиками імпульсної послідовності (Табл. №1.): TimeRepetition / TimeEcho (TE / TR) 34 мс / 1,5 мс, поле зображення 35 см, товщина зрізу — 6 мм, кількість кадрів в кінопетлі становило від 20 до 25 в залежності від частоти серцевих скорочень (Табл. №1).

2-tabl_1

Кіно-МР-зображення орієнтували по довгій осі ЛШ у двох і чотирикамерній проекції. Крім того, виконували серію досліджень по короткій осі ЛШ і ЛП в двокамерні проекції через весь шлуночок від заснування до верхівки і все ЛП від рівня атрио-вентрикулярних клапанів до задньої стінки. Дослідження проводилося з метою подальшого розрахунку кінцево-діастолічного (КДО) і кінцево-систолічного об’ємів (КСВ) ЛШ і ЛП, а також їх фракції викиду (ФВ).

МРТ з відстроченим контрастуванням проводили через 15-20 хвилин після внутрішньовенного болюсного введення контрастного препарату на основі гадолінію (гадоверсетамід) в дозі 0,15 ммоль/кг. Для дослідження була використана градиентная IR-підготовлена послідовність (Табл. №1) з придушенням сигналу від жиру, ізотропним вокселів розміром 1,25х1,25х2,5 мм, реконструйованим в 0,625х0,625х2,5 мм, і кутом відхилення вектора намагніченості 22 градуси . Час повторення (TR) залежно від довжини середнього серцевого циклу склало від 610 мс до 1100 мс, час відлуння (ТІ) — 244 мс. Для скорочення часу дослідження застосовувалося паралельне сканування з фактором прискорення 2. Час інверсії підбиралося за допомогою спеціальної МР-послідовності TI-Scout з досягненням придушення сигналу від міокарда ЛШ і становило від 290 мс до 390 мс. Збір даних здійснювався в фазу діастоли передсердь під час видиху, яке визначалося по положенню правого купола діафрагми з вікном збору даних ± 3 мм, ефективність збору даних склала більше 30%. Час сканування склало від 5 до 16 хвилин. Всі пацієнти задовільно переносили дослідження.

В результаті отримували серію зображень серця, що складається з 44-46 шарів. Міокард ЛП, залежно від індивідуальної анатомії, займав від 14 до 25 шарів.

На підставі даних кіно-МРТ по короткій осі суммаціонним методом були розраховані ФВ ЛШ, обсяг ЛП, індексований обсяг ЛП (обсяг ЛП, віднесений до площі поверхні тіла), ФВ ЛП за допомогою робочої станції для персонального комп’ютера Circle / cvi42 (2013 Circle Cardiovascular Imaging Inc., Канада).

На серії зображень з відстроченим контрастуванням за допомогою програми для роботи із зображеннями ImageJ1.46r (NIH, США) в напівавтоматичному режимі були обведені епікардіальний і ендокардіальний контури міокарда ЛП і проксимальних ділянок легеневих вен (до 0,5 см). Ендокардіальний контур обводився вручну, а епікардіальний автоматично реконструювався паралельно ендокардіальному на задану товщину міокарда ЛП (1,5-3 мм). Обведення контурів здійснювали 2 незалежних експерта. У разі незгоди щодо меж міокарда ЛП кордону визначалися спільно.

Для подальшої обробки зображень міокарда ЛП за допомогою програми Matlab, Matworks Inc. було розроблено оригінальне програмне забезпечення, що дозволяє працювати з файлами у форматі DICOM — LGE Heart Analyzer.

З використанням розробленого програмного забезпечення для всіх верств ЛП сумарно розраховувалася гістограма інтенсивності пікселів, яка і у пацієнтів з МА, і у здорових добровольців мала вигляд, близький до нормального розподілу (Рис. 1).

2-ris_1-2-3

На даній гістограмі визначалися середня і максимальна інтенсивності сигналу (ІС) міокарда ЛП у кожного пацієнта. Значення максимальної ІС міокарда визначали, відступаючи на 3 стандартних відхилення від середньої ІС міокарда. Крім того, розраховувалася середня ІС крові в порожнині ЛП.

Для характеристики накопичення контрастного препарату в міокарді передсердь були розроблені нові параметри: індекс дифузного контрастування (ІДК) — відношення середньої ІС міокарда ЛП до середньої ІС крові, а також індекс максимального контрастування (ІМК) — відношення максимальної ІС міокарда ЛП до середньої ІС крові.

З метою виявлення вогнищ фіброзу в міокарді ЛП був створений оригінальний алгоритм. Відповідно до цього алгоритмом всі пікселі кожного шару ЛП, які мають близьке взаємне розташування і подібні значення ІС, об’єднувалися в групи (кластери). Кількість і розмір кластерів варіювали в кожному шарі ЛП у кожнії обстеженої особи. Для кластера розраховувалася середня ІС як середня ІС всіх назв пікселів. Після чого визначався індекс контрастування (ІК) кластера як відношення середньої ІС кластера до середньої ІС крові (Рис. 2).

Кластери, що мають значення ІК, що перевищують пороговий критерій, вважалися патологічно накопичивши контрастний препарат і розцінювалися як вогнища фіброзу (Рис. 3).

За пороговий критерій було прийнято середнє значення ІМК міокарда ЛП здорових добровольців.

Кількісна оцінка фіброзу ЛП здійснювалася за допомогою обчислення його частки як кількість пікселів, які накопичили контрастний препарат, до загальної кількості пікселів міокарда ЛП, виражена у відсотках.

Для просторової оцінки зон фіброзу проводилося їх виділення на тривимірних моделях ЛП. Моделі були реконструйовані методом нашарування зрізів, який включав пошарове позиціонування пікселів шарів міокарда ЛП в тривимірній системі координат (x, y, z).

Статистична обробка отриманих даних проводилася за допомогою системи Sigmaplot (Systat Software Inc.) і включала в себе стандартні методи описової статистики для параметричних і непараметричних даних (обчислення середнього, стандартного відхилення, медіани, 25-го і 75-го перцентилей); порівняння вибірок із застосуванням критеріїв Стьюдента, критерію Манна-Уїтні; проведення кореляційного аналізу методами Спірмена і Пірсона; проведення регресійного аналізу.

Результати.

Для характеристики структурних змін предсердного міокарда оцінювалося накопичення в ньому контрастного препарату за допомогою нових параметрів: ІДК і ІМК (див. матеріал і методи дослідження). У пацієнтів з МА значення цих показників були достовірно вище, ніж у групі контролю (1,1 [1,06; 1,26] і 0,934 [0,914; 0,950], р <0,001, 2,06 [1,71; 2, 30] і 1,37 [1,34; 1,41], р <0,001, відповідно) (Рис. 4 (а, б)).

2-ris_4

Ці дані дозволили підтвердити більш виражене накопичення контрастного препарату в міокарді хворих МА і лягли в основу алгоритму детекції вогнищ фіброзу ЛП методом порівняння ІК предсердного міокарда з пороговим значенням. З цією метою в якості порогового критерію було використано середнє значення ІМК здорових добровольців (1,37).

Частка фіброзу міокарда ЛП, визначеного таким чином, була достовірно більше у пацієнтів з МА в порівнянні з групою контролю (30,50% [0,15%; 46,90%] і 0,002% [0%; 0,06%], p = 0,043) (Рис. 5).

2-ris_5

З 20 пацієнтів з МА у 5 не було виявлено зон фіброзу, тим не менш, значення їх ІДК (0,966-1,077) і ІМК (1,581-1722) були вищі, а ФВ ЛП нижче (32-49%), ніж у здорових добровольців.

Таким чином, застосування нового алгоритму обробки МР-зображень передсердь показало, що пацієнти з МА відрізнялися від здорових добровольців більш вираженим дифузним і вогнищевим накопиченням контрастного препарату.

Вивчення локалізації ділянок фіброзу на тривимірних моделях ЛП дозволило виявити, що у всіх 15 хворих МА дані зони розташовувалися по задній стінці ЛП. Крім того, зазначалося залучення області гирл лівих чи правих легеневих вен. У двох пацієнтів вогнища фіброзу були зареєстровані у всіх стінках ЛП (Рис. 6).

2-ris_6

Висновок.

Автоматичне визначення областей фіброзу ЛП, що полягає в порівнянні ІК міокарда ЛП з пороговим значенням, є оригінальним підходом, а об’єднання пікселів в кластери має перевагу над застосованим раніше довільним розподілом міокарда ЛП на сегменти, так як більш точно відображає індивідуальні особливості кожного шару предсердного міокарда. Використання нового програмного забезпечення дозволяє не лише виявляти фіброз ЛП, але і проводити його кількісну і просторову оцінку.

Запропонована методика виявлення зон фіброзу ЛП і нове оригінальне програмне забезпечення можуть бути використані для подальших досліджень по вивченню структурного ремоделювання міокарда передсердь при МА.