Авторы: Katharina Goeral, Azadeh Hojreh, Gregor Kasprian, Katrin Klebermass-Schrehof, Michael Weber, Christian Mitter, Angelika Berger, Daniela Prayer, Peter C. Brugger, Klara Vergesslich-Rothschild, and Janina M.
Цели
Оценить выполнимость SMI головного мозга новорожденного и описать нормальные особенности визуализации.
Методы
Мы провели транскраниальное ультразвуковое исследование с SMI у 19 здоровых новорожденных. SMI проводилась в соответствии со структурированным протоколом обследования с использованием двух линейных датчиков 18 МГц и 14 МГц. Поверхностные и глубокие снимки были получены в корональной и сагиттальной плоскостях, используя левую и правую верхнюю лобную извилину в качестве анатомических ориентиров.
Введение
Внутрипаренхиматозная сосудистая сеть мозга состоит из иерархической сети мелких артерий, вен и капилляров. Главные артериальные стволы снабжают головной мозг, разветвляясь на перфорантные артерии проксимально и пиальные кортикальные артерии – периферически. Пиальные артерии расходятся на внутрикортикальные, подкорковые и медуллярные артерии, которые снабжают кору, в то время как белое вещество головного мозга снабжается исключительно медуллярными артериями.
Помимо инвазивных процедур, визуализация сосудов головного мозга новорожденных возможна in vivo с использованием КТ и МРТ. КТ ограничивается использованием радиации и необходимостью для внутривенного введения контрастного вещества и МРТ из-за сложной логистики и применения седативных препаратов при визуализации новорожденных. При диаметрах 100–200 мкм внутрипаренхимальные сосуды головного мозга обычно остаются ниже пространственного разрешения методов клинической визуализации, включая КТ и МРТ (напряженность поля до 3 Тесла).
У новорожденных с открытыми родничками транскраниальное УЗИ (ТУЗИ) используется в качестве метода визуализации первой линии благодаря широкой доступности с возможностью использования у кровати, низкой стоимостью, безопасным для пациента профилем безопасности и высоким разрешением изображения.
Недавно УЗИ сосудистой системы получило новый поворот благодаря созданию инновационного метода, который называется SMI. SMI развился как новый инструмент для неинвазивной визуализации микроциркуляторного русла без использования внутривенного контрастного материала. Этот метод использует расширенное подавление помех и обрабатывает доплеровские сигналы с низким расходом, которые в противном случае фильтруются и удаляются как «шумы». Преимуществами являются высокое разрешение и частота кадров, а также визуализация низкоскоростного потока. Доступны два режима: монохромный SMI (mSMI) и цветной SMI (cSMI). cSMI отображает компоненты с низким расходом в цвете, наложенном на серое изображение с высоким временным и пространственным разрешением одновременно. mSMI показывает микроциркуляторное русло с еще более высокой чувствительностью, вычитая анатомический фон.
Ишикава и соавторы использовали SMI для визуализации опухолевых сосудов и краев опухоли во время операции на открытом мозге у взрослых. Что касается применения в педиатрии, SMI оказался полезным в оценке пузырно-уретрального рефлюкса, а также в неопущенных яичках.
В настоящее время мало известно о морфологии микрососудистой структуры человеческого мозга in vivo после рождения. Наше исследование направлено на визуализацию микрососудов головного мозга новорожденных с помощью ультразвукового исследования SMI. Во-первых, выполнимость и воспроизводимость SMI оценивается в когорте новорожденных. Во-вторых, описаны нормальные особенности SMI в здоровом мозге новорожденных.
Методы
Мы провели проспективное одноцентровое исследование изображений новорожденных, родившихся в срок: для основного исследования в отделение годичной педиатрии и подростковой медицины Медицинского университета Вены, Австрия, было включено 19 новорожденных в течение 1 года. Критерии включения были определены следующим образом: доношенные новорожденные с хорошей постнатальной адаптацией без неврологических нарушений или подозрений на церебральные патологии. История болезни во время беременности должна была быть ничем не примечательной, пренатальное УЗИ центральной нервной системы должно было быть нормальным. Поэтому новорожденные с хромосомными аномалиями, постнатальным неврологическим дефицитом или любым поражением головного мозга, диагностированным пренатальным или постнатальным УЗИ, были исключены из участия в исследовании. Информированное согласие было получено у всех пациентов. Исследование было одобрено Комитетом по этике Медицинского университета Вены.
Стандартное ТУЗИ
Все участники прошли стандартное транскраниальное ультразвуковое исследование с использованием сканера Toshiba Aplio 400 в течение первых недель жизни в бодрствующем состоянии. Микроконвексный датчик (11 МГц) был помещен на открытый передний родничок для получения коронального и сагиттального стандартных изображений. Кроме того, было получено допплеровское изображение и резистивные показатели из внутренней сонной артерии и передней мозговой артерии.
SMI – получение и интерпретация изображений
SMI было выполнено и задокументировано с использованием предварительно определенного протокола обследования двумя сертифицированными специалистами педиатрическими рентгенологами, с более чем 5-летним опытом в ультразвуковом исследовании новорожденных и анатомическими знаниями ангиоархитектуры паренхимы головного мозга. Протокол обследования включал поверхностное и глубокое сканирование. Поверхностные сканы были получены с использованием линейного 18 МГц датчика и захватили корональные и сагиттальные плоскости левой и правой верхней лобной извилины( F1) (рис. 1 и 2). F1 был выбран из-за близости к передней части родничка и, таким образом, оптимальной сонографической доступности. Максимальная глубина увеличения при поверхностном сканировании составляла 2,5 см. Глубина поверхностного сканирования составила 1,7 см. Настройки SMI составляли 7,2 МГц (доплеровская частота), 21 кГц (импульсно-волновая частота) и усиление цвета 45–50. Глубокие сканы были получены только в корональной плоскости с использованием линейного датчика 14 МГц (рис. 3). SMI глубина глубокого сканирования составляла 5–6 см. Настройки SMI составляли 7 МГц (доплеровская частота), 9 кГц (импульсно-волновая частота) и усиление цвета 45–50. Для типичного ультразвукового исследования параметры безопасности были следующими: механический индекс 0,8–1,5, тепловой индекс кости 0,6–0,8 и тепловой индекс мягких тканей 0,6–0,8.
Рисунок 1: Поверхностное сканирование: корональный вид правой верхней лобной извилины в режиме B (a), монохромный SMI (b) и схематическое изображение (c). b и c демонстрируют кортикальные (короткая стрелка) и медуллярные (стрелка) сосуды
Рисунок 2: Поверхностное сканирование: сагиттальный вид правой верхней лобной извилины в режиме B (a), монохромный SMI (b) и схематическое изображение (c). b и c демонстрируют кортикальные (короткая стрелка) и медуллярные (стрелка) сосуды
Рисунок 3: Глубокое сканирование: корональное изображение в B-режиме (a), монохромный SMI (b) и схематическое изображение (c). b и c демонстрируют экстрастриатарные (корковые [короткая стрелка], медуллярные [стрелка]) и стриатарные (тонкая стрелка) сосуды.
Все предварительно определенные виды были отображены с помощью монохромного и цветного SMI с использованием настроек, предоставленных производителем. Видеопоследовательности в оттенках серого были получены и задокументированы дважды подряд, в то время как цветовые последовательности были запечатлены и задокументированы один раз для каждой анатомической области. Минимальная продолжительность каждой видеопоследовательности составляла 5 с. Видеопоследовательности SMI были сохранены и просмотрены с использованием AGFA PACS. На основании наблюдений радиологических признаков, сделанных во время получения изображений, была разработана и использована структурированная полуколичественная схема считывания: по этой схеме сосуды классифицировались как видимые или невидимые. В частности, мы различали две основные сосудистые территории: экстрастриарные сосуды (снабжающие кору и белое вещество) и стриарные сосуды (снабжающие хвостатое и лентиформное ядро). Эти сосуды были оценены как видимые, если они выглядели как яркие эхогенные криволинейные структуры на видеопоследовательностях mSMI или как красные криволинейные структуры на последовательностях cSMI.
Рисунок 4: Сравнение УЗИ и SMI: глубокий корональный обзор в режиме B (a), цветное ультразвуковое допплеровское исследование (b, c) и сSMI (d)
Корковые микрососуды выглядят как короткие гиперэхогенные, параллельные полосы, перпендикулярные поверхности мозга на корональных и сагиттальных изображениях. Медуллярные микрососуды проявляются как криволинейные гиперэхогенности в белом веществе, демонстрирующие характерную «фонтаноподобную» морфологию на корональных изображениях. На сагиттальных сканах они показывали прямое направление. Глубокий коронарный SMI показал полосатые микрососуды, выглядящие как криволинейные гиперэхогенные полосы в форме цветка лотоса, проходящие через таламус и базальные ганглии (рис. 5).
Рисунок 5: сSMI: корональные (а), сагиттальные (б) и глубокие корональные (с) изображения, демонстрирующие экстрастриатарные и стриатарные сосуды, наложенные на B-режим
С клинической точки зрения следует подчеркнуть, что существует большой потенциал для использования SMI для исследования головного мозга новорожденных: гипоксическая ишемическая энцефалопатия, церебральные пороки развития, инфекции и преждевременные роды являются состояниями, связанными с микрососудистыми нарушениями. После ишемии SMI может позволить выявить и контролировать постгипоксическую гиперперфузию (рис. 6). У недоношенных новорожденных с внутрижелудочковым кровоизлиянием SMI может позволить раннее выявление венозного скопления и перивентрикулярного инфаркта после внутрижелудочкового кровоизлияния.
Рисунок 6: Патологический пример: пациент 3-месячного возраста с митохондриальной болезнью (болезнь Ли). В то время как МРТ показала метаболические инфаркты и сигнальные изменения базальных ганглиев и коры (a; белая стрелка), в коронарной mSMI наблюдалась постгипоксическая кортикальная гиперперфузия (c и d; желтая стрелка). Кроме того, SMI показал удлиненные и извилистые медуллярные микрососуды (f и g; желтая стрелка), которые были подтверждены гистологией (не показано)
