Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Управление контрастом в магнитно-резонансной томографии в полях 0,5 и 7 тесла

ВАК РФ 03.01.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Управление контрастом в магнитно-резонансной томографии в полях 0,5 и 7 тесла"

На правахдэукописи

Гуляев Михаил Владимирович УПРАВЛЕНИЕ КОНТРАСТОМ В МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ В ПОЛЯХ 0,5 и 7 ТЕСЛА

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

03.01.02-биофизика

г 4 яне 2013

Москва-2013

005048674

Работа выполнена на кафедре медицинской физики физического факультета и в лаборатории магнитной томографии и спектроскопии факультета фундаментальной медицины федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова".

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Пирогов Юрий Андреевич

Официальные оппоненты: Иванов Андрей Валентинович,

доктор физико-математических наук главный научный сотрудник ГНЦ лазерной медицины ФМБА, РОНЦ им. Н. Н. Блохина РАМН Тихонов Александр Николаевич, доктор физико-математических наук профессор кафедры биофизики физического факультета МГУ

Ведущая организация: Российский национальный исследовательский

медицинский университет имени Н.И.Пирогова

Защита состоится «21» февраля 2013 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.501.001.96 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Россия, Москва, Ленинские горы, д.1, стр.12, Биологический факультет МГУ, ауд. 389.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке МГУ имени М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан « » января 2013 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук

Страховская М.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

В настоящее время магнитно-резонансная томография (МРТ) является высоко востребованным методом медицинской диагностики благодаря безопасности и высокой информативности исследования. Обследование методом МРТ включает выполнение нескольких режимов сканирования, каждый из которых нацелен на выявление распределения одного из физических параметров - протонной плотности, времен релаксации - продольного Т1 или поперечного Т2. Для реализации этих режимов задаются параметры сканирующей импульсной последовательности (ИП) -в частности, интервалы между запусками радиочастотных (РЧ) импульсов - TR, интервал между запуском импульса и началом считывания сигнала - ТЕ.

Как показывает практика, этих режимов недостаточно для диагностики зоны поражения. Поэтому применяют дополнительные ИП, дающие более отчетливую ее визуализацию за счет подавления сигналов нормальной (непатологической) ткани. Но это приводит к увеличению общего времени обследования, что не всегда приемлемо, особенно при исследовании пациентов, находящихся в тяжелом состоянии.

В связи с этим актуальным является определение наиболее оптимального алгоритма проведения МРТ исследования и подбора параметров ИП с целью повышения информативности и минимизации общего времени обследования.

Одним из путей реализации данного алгоритма является применение контрастных агентов, способствующих лучшей визуализации зоны поражения. В качестве такого агента обычно применяется парамагнитное вещество, содержащее ионы гадолиния (Gd3+), которое вводится внутривенно. Парамагнетик через кровоток доставляется в зону поражения, что приводит к сокращению времени релаксации Т1 для тканей этой зоны. В результате происходит повышение сигнала зоны поражения на режимах с коротким TR - т.н. Т1-взвешенных изображениях (Т1ВИ). Проникновению контрастного агента в зону поражения способствует ослабление гематоэнцефалического барьера в данной области.

.В качестве контрастных агентов применяют и другие препараты, например, на основе ферромагнетиков, которые способны накапливаться в нормальных тканях. Это приводит к сокращению времени Т2, снижению сигнала от нормальных тканей и лучшей визуализации зоны поражения. Подобные препараты пока недостаточно

апробированы в практике МРТ. Поэтому представляется актуальным определить их реальные практические возможности на лабораторных животных. Кроме того, для управления тканевым контрастом в МРТ интересно применить комбинацию двух типов контрастных веществ - парамагнитных и ферромагнитных.

Именно эти актуальные направления исследований стали целью настоящей работы. Таким образом, в работе предпринимается попытка разработать методику управления тканевым контрастом, для того, чтобы на МРТ-изображениях можно было бы наилучшим образом выявить область интереса (определенную ткань, орган, патологическое образование), незатененную интенсивными сигналами нормальных тканей за оптимальное время МРТ обследования. Такие изображения предлагается получить различными способами: обычным МРТ сканированием, применяя ИП со специально подобранными параметрами, с помощью алгебраических операций с изображениями, используя контрастные агенты, а также комбинации этих способов.

Разработка методики проводилась по следующим направлениям:

а) апробацию ИП проводить при МРТ исследованиях человека, так как для этого не требуется анестезия, что совершенно необходимо при исследованиях животных;

б) апробацию новых контрастных агентов для МРТ, побочные эффекты которых не всегда можно сразу выявить, проводить на лабораторных животных.

Цель работы: разработка новых методов визуализации в МРТ. Это подразумевает расчет параметров ИП, оптимизацию аппаратурных конфигураций оборудования, подбор алгоритмов обработки данных и методов их визуализации. Развиваемые методы нацелены на оптимизацию процесса МРТ, сокращение времени исследования, повышение его информативности.

Решаемые задачи

Работа проводилась в рамках клинических исследований человека, а также при разработке ряда научно-исследовательских проектов, объектами которых были лабораторные животные. Решались следующие задачи:

1. Анализ возможностей сканирующих ИП для уточнения тканевого контраста в зоне интереса на слабопольном (0,5 Тл) и высокопольном (7Тл) томографах.

2. Использование методов селекции тканей по временам релаксации для лучшей визуализации зоны интереса за счет подавления мощных сигналов окружающих нормальных тканей.

3. Применение алгебраических операций с МРТ-изображениями для упрощения картины тканевого контраста и лучшей визуализации зоны поражения.

4. Апробация разработанных методик при МРТ исследованиях человека и лабораторных животных с различного рода патологиями: ишемия головного мозга, онкологические заболевания и др.

5. Применение в экспериментах на крысах контрастных агентов на основе гадолиния, оксида железа и марганца для оценки их диагностических возможностей.

Научная новизна работы

1. Проанализированы МРТ-изображения, полученные аппаратным способом, и с помощью их эмуляции - производные алгебраических операций с изображениями от различных режимов сканирования. Показано, что они имеют не только визуальное сходство, но и сходное расчетное распределение тканевого контраста.

2. Показано, что с помощью алгебраических операций с данными от стандартных режимов сканирования можно получить дополнительную информацию о тканевом составе исследуемого объекта. За счет применения алгебраических операций сокращается время МРТ исследования, устраняется субъективный фактор.

3. Продемонстрирована эффективность использования разработанных методик при МРТ исследованиях человека и животных, включая эксперименты по локальной ЯМР -спектроскопии. Даны практические рекомендации их применения при исследованиях ряда патологий: ишемия мозга, онкология и др.

4. В экспериментах на крысах показано, что комбинированное применение контрастных агентов на основе гадолиния и оксида железа позволяет наиболее отчетливо выявить как границу зоны поражения, так и ее внутреннюю структуру.

5. Обнаружен эффект уменьшения времени релаксации Т1 в зоне локализации глиомы Сб, привитой лабораторным животным, после введения сульфофталоцианина марганца (S03Na)2i5-PcMn0Ac, что улучшает визуализацию опухоли.

Теоретическая и практическая значимость

Теоретическая значимость работы состоит в том, что в ней дано обоснование применения алгебраических операций с МРТ-изображениями, с помощью, которых возможна эмуляция как известных режимов, так и режимов, не имеющих реализуемых аналогов, например, режимов с трех- и более компонентным подавлением сигналов от нормальных тканей. Их можно использовать как

дополнительный диагностический материал, позволяющий уточнить характеристики и состояние исследуемых структур.

В работе предложена стратегия МРТ сканирования, с помощью которой происходит упрощение картины тканевого контраста, благодаря чему упрощается выявление и диагностика зоны поражения. Предлагается два варианта реализации данной стратегии, основанной на селекции тканей по временам релаксации -сканирование с полным подавлением сигналов от нормальных тканей и сканирование, при котором контраст для нормальных тканей выравнивается.

Практическая ценность работы в том, что показана возможность подавления сигналов от нескольких нормальных тканей с различными временами релаксации Т1 при МРТ сканировании с использованием методики инверсия-восстановление.

Развита методика расчета параметров сканирующей ИП, нацеленной на выравнивание контраста, а также величин MP-сигналов, регистрируемых при реализации данной ИП. Даны практические рекомендации применения развиваемых методов для МРТ исследования как человека, так и лабораторных животных.

В ходе экспериментов на лабораторных животных апробированы новые контрастные вещества. Подана патентная заявка на изобретение контрастного агента для МРТ на основе сульфофталоцианина марганца - Per. № 2012133207 от 03.08.2012.

Есть веские основания полагать, что разработанные в работе методики будут полезными не только для Лаборатории магнитной томографии и спектроскопии факультета фундаментальной медицины МГУ, но и для других научных подразделений, обладающих аналогичным оборудованием - ТИБОХ ДВО РАН (Владивосток), МНТЦ РАН (Новосибирск), РНИМУ им. Н.И. Пирогова (Москва).

Основные положения, выносимые на защиту

1. Упрощение картины тканевого контраста за счет оптимизации параметров МРТ сканирования - эффективный путь выявления зон поражения.

2. Импульсные последовательности, действующие на основе метода инверсия-восстановление, обеспечивают селекцию тканей по временам релаксации.

3. Эффективным методом исследования является применение ИП, обеспечивающей одновременное подавление сигналов от нескольких нормальных тканей.

4. Алгебраические операции с МРТ-изображениями от различных режимов сканирования дают дополнительную диагностическую информацию.

5. В качестве контрастных агентов, позволяющих улучшить визуализацию зоны поражения, эффективно применение не только парамагнетиков на основе гадолиния, но и парамагнетиков на основе марганца, а также ферромагнитных веществ. Перспективно применение комбинации из разных типов контрастных агентов.

6. Локальная in-vivo ЯМР-спектроскопия дает полезную информацию о структурном составе зоны поражения и метаболизме.

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены:

на Ломоносовских чтениях: физфак МГУ: Москва, (2008, 2012); на международных конференциях: EUROMAR-2008, NMRCM-2009, на Всероссийской конференции «Опухоли головы и шеи»: Сочи (2009); на III Евразийском конгрессе по медицинской физике: Москва, (2010); на 8-ой международной конференции по научным и клиническим применениям магнитных носителей: Росток (ФРГ), (2010); на летней школе ЯМР: химфак МГУ: Москва, (2010, 2011); „а V Троицкой конференции «Медицинская физика и инновации в медицине»: Троицк, (2012). Публикации

По теме диссертации опубликованы 22 работы, из них 9 - в рецензируемых изданиях, входящих в перечень ВАК. Кроме того, опубликовано 13 тезисов докладов. Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и выводов. Она содержит 114 страниц, 56 рисунков и список литературы из 118 наименований. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Диссертационная работа проводилась по следующим направлениям:

а) отработка приемов, повышающих эффективность МРТ исследований, на слабовольном (0,5 Тл) томографе и их апробация при МРТ исследованиях человека;

б) внедрение и доработка указанных приемов при исследованиях лабораторных животных на сильнопольном (7 Тл) томографе.

В качестве оборудования были использованы томографы фирмы Bruker -Tomikon S50 и BioSpec 70/30. МРТ исследования человека выполнялись в рамках медицинской диагностики, проводимой в кооперации с НП НЦ «Современная диагностика». В качестве животных использовались половозрелые крысы-самцы Wistar массой 190-220 г. Животных содержали в стандартных условиях вивария при

естественном освещении и свободном доступе к воде и пище. Исследования проводили в соответствии с правилами, принятыми Европейской конвенцией по защите животных, используемых для экспериментальных целей (Страсбург, 1986).

Краткое изложение работы

Управление контрастом в МРТ необходимо для выявления патологических тканей и уточнения их локализации на фоне нормальных (неизмененных) тканей. Для этого в МРТ используются специальные ИП, с помощью которых осуществляется подавление сигналов нормальных тканей. В результате устраняется фон от мощных сигналов, определяющих шкалу яркости на обычных МРТ-изображениях, и улучшаются условия визуализации слабых вариаций контраста в зоне патологии.

Хорошие результаты для этого дает применение ИП, работающих по методике инверсия-восстановление. В данной ИП перед считывающим 90° РЧ импульсом подается инвертирующий 180° импульс. Импульсы разделены интервалом TI - время инверсии. В этом случае к моменту t=TI для продольной намагниченности М2, которая возвращается из инверсного состояния в равновесное, имеем:

Mz(t) = М0[1 - 2exp(—TI/Tl)J, где М0 - равновесная ядерная намагниченность.

Поскольку считывающий импульс переводит Mz в поперечную намагниченность, дающую сигнал ЯМР в приемной катушке, то можно подавить сигнал от ткани с определенным временем релаксации Т1, если задать TI равным:

TI = Т1 х Ы2 = 0,69 х Tl. (1)

Этот принцип используется в ИП FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery), STIR (Short Time Inversion Recovery), которые применяют для подавления сигналов от спинномозговой жидкости (СМЖ) и жировой ткани соответственно.

Однако практика МРТ исследований показала, что в ряде случаев, например, при исследовании орбит, подавление только одного тканевого компонента, не всегда позволяет преодолеть проблемы надежной визуализации измененной ткани. Например, при исследовании зрительного нерва нежелательный фон образуют сигналы от жидкости в глазных яблоках и жировой ткани в орбитах.

•В современных MP-томографах предусмотрена модификация импульсной последовательности, когда в нее вводится дополнительный РЧ импульс, обеспечивающий частотно-селективное насыщение жировой ткани - FatSat. Если в качестве такой ИП используется FLAIR, то при МРТ сканировании происходит

одновременное подавление сигналов жира (ткани с определенным химическим сдвигом) и жидкости (ткани с заданным Т1).

Предварительные МРТ эксперименты на 0,5 Тл томографе показали, что такой импульс не дает однородного по зоне сканирования возбуждения спинов из-за недостаточной однородности поля. В слабых полях к тому же длительность импульса из-за требований к его селективности оказывается неприемлемо большой.

Поэтому для одновременного подавления сигналов воды и жира применен метод двойной инверсии DIR (Double Inversion Recovery). Его схема следующая:

180° -TIW- I SO0 - Tip - 90° - считывание MP-сигнала, (2)

причем TIW > TIF. Подбором TIW, TIF - можно синхронизовать переход через ноль намагниченностей воды и жира и в результате подавить сигналы от них.

При TR> TIW » Tip для этого следует задать TIW, TIF аналогично (1 ):

TIWF = 0.69 х T1WF (3)

Помимо полного подавления сигналов от нормальных тканей полезный результат можно получить и при неполном их подавлении. Было замечено, что при специальном подборе Т1 ткани с определенным временем Т1 оказываются неразличимыми на МРТ-изображении из-за равенства сигналов от них. Такой способ управления тканевым контрастом можно назвать методом выравнивания контраста -с помощью сканирующей ИП получают одинаковый MP-сигнал разных нормальных тканей, и, следовательно, одинаковый контраст на МРТ-изображении. Применение данной методики также проводилось для ИП инверсия-восстановление.

Подавление сигналов нормальных тканей при исследованиях человека

Обычно методика инверсия-восстановление применяется для подавления сигналов от тканей, дающих избыточно яркий сигнал на МРТ-изображении. К ним относятся ткани не только с коротким временем Т1 - жировой ткани, но и ткани с большими временами релаксации: СМЖ, жидкость в орбитах и др.

В ходе работы на 0,5 Тл томографе получены МРТ-изображения головного мозга человека (рис.1) в режимах градиентного эха GE (Т1ВИ) и STIR. Для реализации STIR применялось TI = 0,08 с.

Выше рассматривался случай, когда времена релаксации у патологической ткани и нормальной были различны. В ряде случаев отличия во временах релаксации могут быть несущественными как, например, для ликворных кист, СМЖ. В этом

случае для точного определения границ интересующих структур, необходимо провести выравнивание контраста между этими структурами и соседними тканями.

Рис. 1. Выявление липомы с использованием STIR. Образование, отмеченное стрелкой, на Т1ВИ (GE) дает высокий сигнал, а на STIR низкий, что указывает на высокое содержание жира, характерное для липомы.

Пример визуализации ликворных кист, граничащих с желудочками мозга, показан на рис. 2. На Т2ВИ, FLAIR и DIR (TIt/TI2 = 1,3/0,08 с) желудочки мозга и ликворные кисты имеют одинаковый контраст - в первом случае дают высокий, а во втором - низкий сигнал. Они хорошо видны на фоне белого вещества, но надежно определить их границы довольно трудно. При выравнивании контраста между белым веществом и СМЖ границы кист и желудочков уже видны отчетливо. Выравнивание контраста достигнуто за счет использования ИП DIR (Т^/'Пг = 1,05/0,08 с).

Рис. 2. Визуализация ликворных кист, граничащих с желудочками мозга.

Импульсную последовательность DIR можно использовать для подавления сигналов не только от жира и свободной воды, но и других тканевых компонентов, например, частично связанной жидкости, содержащейся в слизистой носа, что полезно при исследовании воспалительных изменений в области пазух' и орбит (рис. 3). Время релаксации Т1 для слизистой составляет 0,7 с, поэтому для подавления сигнала от нее методом инверсия-восстановление время TIW задавалось равным 0,55 с.

подавлением сигналов жира и слизистой носа.

Управление тканевым контрастом в экспериментах на животных в поле 7 Тл

Чувствительность 0,5 Тл MP-томографа недостаточна для исследования малых объектов. Поэтому МРТ эксперименты на лабораторных животных проводились на высокопольном (7 Тл) томографе. Была поставлена задача адаптировать ИП, отлаженные на 0,5 Тл томографе, для их применения в поле 7 Тесла. В частности, учесть то, что времена релаксации увеличиваются с ростом поля.

Одна из проблем перехода к высоким полям состоит в том, что при увеличении поля возрастают химические сдвиги и связанные с ними артефакты. Их компенсация требует применения более мощных как радиочастотных, так и градиентных полей. Но при этом возрастает паразитный вклад полей рассеяния, увеличивается радиочастотная нагрузка на объект. Поэтому потребовалась отладка сканирующих импульсных последовательностей. Основное внимание было уделено реализации метода инверсия-восстановление, поскольку для этого метода фирма производитель не предоставила протоколов или хотя бы рекомендаций.

Однако выяснилось, что в поле 7 Тл РЧ поле B(t), формируемое объемным резонатором, весьма неоднородно. Поэтому не удалось получить равномерную по зоне сканирования инверсию от импульсов с обычной гладкой формой огибающей, например, эрмитовой, дающей хорошие результаты в поле 0,5 Тл.

Приемлемые результаты на 7 Тл были получены от импульса, известного под названием sech-импульс, поскольку при описании временной зависимости его амплитуды A(t) и фазы cp(t) фигурирует гиперболический секанс. Они зависят от времени следующим образом: A(t) = A0sech((3t), ip(t) = nln[sech(pt)] + ц1пА0. Или в символической записи B(t) =[A0sech(Pt)]l+itl.

Импульс с такими параметрами замечателен тем, что если им воздействовать на спиновую систему, то начиная с некоторого уровня РЧ мощности, угол отклонения вектора намагниченности (FA) оказывается близким к 180°. И дальнейшее увеличение мощности слабо влияет на величину FA. Этим объясняется эффективность sech-импульса при работе в неоднородном РЧ поле. На рис. 4 справа представлено МРТ-изображение головного мозга крысы, полученное с помощью ИП FLAIR, где в качестве инвертирующего использовался seeh-импульс. На Т2ВИ ишемический очаг дает высокий, а на FLAIR - низкий сигнал.

Рис. 4. Головной мозг крысы с инсультом в области правого полушария спустя месяц после образования ишемического очага. Область инсульта показана стрелкой.

Экспериментально была подобрана длительность sech-импульса - 14 мс с учетом того, что на резонатор подается мощность, не превышающая 1 кВт. При данной длительности можно не учитывать релаксационные процессы, протекающие во время формирования импульса. Судя по монитору, отслеживавшего дыхание и сердечный ритм животных, их состояние не менялось, что дает основания считать, что РЧ нагрузка не выходила за безопасные пределы.

Одновременное подавление сигналов воды и жира в поле 7 Тл

Упрощение картины тканевого контраста за счет подавления сигналов от нормальных тканей полезно и при исследованиях животных. Поэтому анализировалась возможность применения в этих исследованиях ИП, обеспечивающих одновременное подавление сигналов воды и жира.

Применение методики DIR, хорошо зарекомендовавшей себя при исследованиях' человека в поле 0,5 Тл, было признано нецелесообразным. Причина -увеличение времени сканирования из-за присущего методу DIR снижения сигнала на 33%. При работе с лабораторными животными, которые должны находиться под анестезией, временной фактор имеет существенное значение. Поскольку в DIR

подавляются ткани с коротким временем Т1, то интерпретация данных может быть неоднозначной, например, при использовании контрастных агентов - снижение сигнала возможно и от накопления контрастного агента в нормальной ткани.

От указанных недостатков свободен метод Ра18а1, основанный на частотно-селективном насыщении пика жира, положение которого смещено относительно пика воды на 3,5 м.д. Метод реализуется путем приложения 90°-ого импульса с гладкой формой огибающей. Применение этого метода в слабых полях (в частности, 0,5 Тл) затруднено, поскольку длительность импульса оказывается неприемлемо большой -соизмеримой с временами релаксации. Там для хим. сдвиговой селекции более приемлемым оказалось использование метода Диксона, основанного на фазовом разделении сигналов от прецессирующих спинов.

Метод Ра18а1 легко комбинируется с другими методами, в том числе и инверсия-восстановление, путем внедрения в ИП частотно-селективного импульса. В данной работе хорошие результаты были получены при использовании импульса гауссовой формы длительностью 2,2 мс - рис. 5.

Рис. 5. Визуализация орбит у крысы с инсультом. Стрелки указывают: сплошная -зона инсульта, пунктирная - жировая клетчатка.

Применение алгебраических операций с МРТ-изображеииями

Проблемой МРТ является сравнительно большое время сканирования, более детальные исследования требуют осуществления дополнительных режимов с соответствующим увеличением времени. Поэтому важно так подобрать режимы сканирования, чтобы за разумное количество времени получить максимум информации о тканевом составе исследуемого объекта.

При визуальном сопоставлении изображений, полученных при разных режимах сканирования (Т1ВИ, Т2ВИ), не всегда возможно выявить различия контраста в проблемной зоне. Поэтому представляет интерес разработка метода автоматической, т.е. свободной от субъективных факторов, обработки изображений, позволяющей подчеркнуть эти отличия. Наиболее простым методом такой обработки является

вычитание изображений, т.е. построение разностного изображения, у которого яркость пикселя пропорциональна разности яркостей пикселей одинаковой локализации от исходных (сравниваемых) изображений.

Смысл обращения к алгебраическим операциям состоит в том, чтобы напрямую провести дифференциацию тканей, а также эмулировать изображения от различных режимов сканирования, включая те, которые невозможно реализовать аппаратурными средствами. Сопоставление изображений, полученных с помощью алгебраических операций, с расчетными значениями MP-сигнала позволяет выявить особенности в распределении контраста и дать для этого возможное диагностическое обоснование.

Удобно использовать для алгебраических операций данные от режимов, которые отличаются лишь способом воздействия на продольную намагниченность Мг. Например, обычные Т2ВИ и их модификации, реализующие метод инверсия-восстановление - IR. Тогда для оценки сигнала достаточно рассчитать величины М2 перед этапом его считывания, т.е. перед воздействием РЧ импульса преобразующего продольную намагниченность в поперечную. Приведем результаты расчетов для режимов, наиболее востребованных при исследовании головного мозга: Т2ВИ 1 - exp(-TR/Tl); IR 1 - 2exp(-TI/Tl) + ехр(—TR/Tl).

Для алгебраических производных от изображений, полученных от данных режимов, которые далее обозначим через А и В, имеем следующие зависимости яркости пикселей от Т1:

А-В || 1 - exp(-TR/Tl)| -11 - 2ехр(-Т1/Т1) + exp(-TR/Tl)||;

(А-В)хВ ||1 - ехр(—TR/T1)| -11 - 2ехр(-Т1/Т1) + exp(-TR/Tl)| х |1 - 2ехр(—TI/T1) + ехр(—TR/Tl)||.

На рис. 6 приведены графики зависимости |MZ| от Т1 для режимов Т2ВИ (А) и IR с различными TI: 1,3 с (В), 0,08 с (С), а также режима DIR (Е) с TI, = 1,3 с, Т12 = 0,08 с и некоторых алгебраических производных: D = А-В; F = (А-В)хВ. Под режимами В и С подразумеваются FLAIR и STIR соответственно. Знак модуля означает, что рассматриваются лишь магнитудные изображения.

На графиках просматривается сходное поведение |MZ| для режима STIR (С) и разности |MZ| для Т2ВИ и FLAIR. Это дает основание полагать, что вычитание одинаково локализованных изображений Т2ВИ и FLAIR даст изображение с

характеристиками, аналогичными режиму STIR. Можно заметить, что эмуляцию режима DIR можно получить с помощью операции (Т2ВИ - FLAIR)xFLAIR.

|М2|(Т1)

0,75 в\ с / /D

0,25 Щ, L

I / ЧхХ1

1 2 Т1, с

Рис. 6. Зависимость |MZ| от времени релаксации Т1 для различных режимов сканирования и алгебраических операций с ними.

Алгебраические операции с МРТ-изображениями при исследованиях человека

Апробация предлагаемого способа проводилась на материалах исследований головного мозга. Для алгебраических операций применялось стандартное для томографа Tomikon S50 (Брукер) программное обеспечение.

На рис. 7 представлены МРТ-изображения головного мозга режимов Т2ВИ и FLAIR. На них выявляется некоторое образование в правой половине четверохолмной цистерны (указано стрелкой). Использование режима STIR наглядно демонстрирует резкое снижение интенсивности MP-сигнала от выявленной опухоли, что является типичным признаком липомы. Аналогичный результат получен и путем математической операции с данными T2BH-FLAIR.

Рис. 7. Выявление интракраниальной липомы с использованием режима STIR и вычитания изображений T2BH-FLAIR.

На рис. 8 представлен еще один пример диагностического применения использования режима инверсия-восстановление и алгебраических операций с изображениями. Анализируя изображения от режимов Т2ВИ и FLAIR, возникло подозрение на то, что зона поражения представляет собой очаг кровоизлияния.

Чтобы наиболее наглядно показать эту зону был запущен режим DIR для одновременного подавления сигналов воды и жира. Отсутствие сигнала от зоны поражения указывало на присутствие в этой зоне смеси свободной жидкости и жира. По совокупности признаков можно заключить, что зона поражения представляет собой дермоидную, скорее всего врожденную кисту с вкраплением жидкости. На это указывает высокий сигнал на изображении (А-В), эмулирующем режим STIR.

ш РИ

А-Т2ВИ ' \ BNFfcAIRX DIR

Рис. 8. Исследование дермоидной кисты с помощью стандартных режимов, метода DIR и алгебраических операций с изображениями.

Поскольку при подавлении сигнала только одного нормального тканевого компонента не происходит подавления всех сигналов даже от локальных участков зоны поражения, то гетерогенная комбинация жира и воды в зоне поражения существенно отличается от нормального распределения этих компонентов для внутричерепных структур. Именно эта особенность может быть предметом анализа.

На изображении, полученном с использованием алгебраической операции (T2BH-FLAIR)xFLAIR, зона поражения представлена гиперинтенсивным сигналом на фоне выровненного контраста. То есть, произведено селективное выделение (а не подавление, как в DIR) этих двух компонент (воды и жира) одновременно.

Алгебраические операции с МРТ-изображениями при исследованиях животных

Успешное применение алгебраических операций с изображениями при МРТ исследованиях человека дало основания считать, что этот метод окажется полезным при исследованиях лабораторных животных. Апробация метода проводилась при исследовании головного мозга крыс. Исследовалась зона поражения в области правого полушария, возникшая спустя месяц после ишемии - рис. 9.

Помимо стандартных Т2ВИ (А) были получены изображения с применением метода инверсия-восстановление с TI = 1,3 с (В) и 0,8 с (В*) для подавления сигналов зоны ишемии и белого вещества, соответственно. Наиболее интенсивным сигналом

зона интереса представлена на В*. Однако значительный интерес представляет и алгебраические производные от полученных изображений: А-В*, А-В, (А-В)хВ. На расчетных изображениях в зоне поражения можно выявить дополнительные вариации контраста (отмечены стрелками), отображающие неоднородный состав этой зоны.

Рис. 9. Головной мозг крысы с инсультом в правом полушарии. Представлены изображения от реальных режимов сканирования и их алгебраических производных.

Таким образом, изображения, получаемые от алгебраических операций, могут быть использованы как дополнительный диагностический материал. Представленный метод способствует получению дополнительной информации о тканевом составе исследуемого объекта, сокращению времени на МРТ исследование, устранению субъективного фактора при сопоставлении МРТ-изображений. Метод прост в реализации, имеет значительный потенциал для развития, может быть востребован для автоматизации распознавания патологически измененных структур.

Применение контрастных агентов при МРТ исследованиях животных

Контрастные агенты применялись в рамках динамического МРТ исследования модельной опухоли глиомы С6 на крысах Wistar с инокулированной интракраниально в головной мозг взвесью 400 тысяч клеток в 5 мкл среды RPMI в зависимости от введенного контрастного агента. МРТ эксперименты проводили через 7 дней после инокуляции опухоли. Для обездвиживания животных использовалась парогазовая смесь «Форан», подаваемая в зону расположения головы животного.

При МРТ исследовании глиомы С6 применялись Gd-содержащий контрастный агент (СА) - Магневист (пр-во «Шеринг») (М) и декстран-магнетит (DM). Последний

позиционируется как негативный СА, снижающий сигнал от нормальных тканей. ОМ представляет собой смесь наночастиц размерами 120-240 нм. Каждая из них содержит ядро - кристалл Ре304, окруженное молекулами декстрана - полисахаридами с молекулярной массой -70 кДа. ОМ был предоставлен сотрудниками РОНЦ им. Н.Н.Блохина. Особенностью применения ОМ как СА является значительное время внедрения в организм - более 24 часов и медленное выведение из организма.

_ ЦшМИ^ИИ^Д'Т

Рис. 10. МРТ-изображения головного мозга крысы с глиомой Сб.

На рис. 10 представлены изображения мозга крысы с глиомой Сб. До введения контрастных агентов опухоль на Т1ВИ (спиновое эхо SE) практически не визуализируется (сплошная стрелка). Однако после введения М появляется область отека и сама опухоль (SE + М). Если после выведения М ввести DM, начинает визуализироваться капсула (пунктирные стрелки), в которой заключена область распада опухоли (сплошная стрелка). Тем самым совместное введение DM и М позволяет четко визуализировать всю зону поражения, включая капсулу.

В ходе работы были проанализированы контрастные агенты на основе других парамагнетиков - соединений марганца. Эти вещества выводятся из организма с меньшей скоростью (2-4 часа), чем известные Gd-содержащие агенты (15-30 минут), это создает более благоприятные условия для детальных исследований.

В качестве контрастного агента для МРТ наилучшим образом проявил себя сульфофталоцианин марганца: (S03Na)2.s-PcMn0Ac. Вещество представляет собой стабильную смесь молекул со средней степенью сульфирования 2,5. Эта субстанция хорошо растворима в воде, и для внутривенного введения был приготовлен ее водный раствор с концентрацией 10 мг/мл. Водимая доза составляла 40 мг/кг веса крысы.

Получены Т1ВИ с использованием ИП MDEFT (Modified Driven Equilibrium Fourier Transform). Глиома C6 после введения контрастного агента (CA) имеет гиперинтенсивный сигнал и визуализируется как яркое образование (рис. 11 справа), в то время как до введения (рис. 11 слева), она имеет гипоинтенсивный сигнал и по яркости более темная на фоне прилегающих здоровых тканей мозга.

Хорошая визуализация глиомы после введения контраста обусловлена изменением ее времени Т1 с 2,5 до 1,5 с, что было определено с помощью стандартных; релаксационных МРТ измерений.

Рис. 11. Мозг крысы с глиомой С6 (показана стрелкой) в режиме MDEFT. Слева: до введения контрастного агента. Справа: спустя 2 часа после его введения.

Применение ЯМР-спектроскопии при исследовании глиомы С6

Развитые методы МРТ визуализации позволили уточнить локализацию зоны поражения при постановке экспериментов по локальной in vivo 'Н ЯМР-спектроскопии. Такого рода исследования необходимы для анализа метаболитов как маркеров, характеризующих структурные особенности этой зоны.

На рис. 12 представлены спектры 'Н головного мозга крысы в области нормальной (непатологической) ткани (до инокуляции опухоли) и в зоне самой глиомы Сб. Локализация зоны интереса размерами 2,6x2,6x2,6 мм осуществлялась за счет применения в ИП PRESS (Point Resolved Spectroscopy) градиентных полей.

До инокуляции глиомы NM Cr . 7 дней после Lac инокуляции J, . . ~ Lac 14 дней после инокуляции

ml Cho Jal lAvv. NAA I UP Cho \ Л ml Л Cr Д / \J\ J^'VAJVSA f V/«"-"^ NAA Lip К

4 3 ppm 2 1 4 3 ppm 2 1 4 3 ppm 2 1

Рис. 12. Динамика спектров 'Н от участка мозга крысы в зоне локализации глиомы.

При сопоставлении спектров здорового участка мозга и зоны поражения при глиоме С6 отмечалось существенное повышение пика лактата (Lac). Кроме того, отмечается снижение пиков N-ацетиласпартата (NAA), креатина (Cr), холина (Cho). Интерпретация данных о величине сигналов метаболитов спустя 14 дней после инокуляции опухоли затруднена из-за низкого отношения сигнал/шум, а также

появления дополнительных пиков, возможно, связанных с продуктами распада опухоли.

Регистрация фосфорных спектров производилась с помощью поверхностной катушки. В связи с этим реализовать методику PRESS невозможно - не удается получить от поверхностной катушки достаточно однородное РЧ поле. Поэтому локализация объема исследования при съемке ЯМР спектров 31Р проводилась путем позиционирования самой катушки относительно зоны интереса. На рис. 13 представлены спектры 31Р головного мозга крысы до и после инокуляции глиомы Сб.

0 дней РСг V PME 1 PDE JvJ ATP 7 дней дтр "I PME * " ^ 1 РОЕ 1 JavLTl 14 дней РСг ч PME 1 PDE JéJ ATP ilÀJl

10 о ppm -10 -20 'о о ppm -io -го 1 i—1—i— 0 0 ppm -20

Рис. 13. Динамика спектров 31Р от головного мозга крысы до инокуляции глиомы С6, через 7 и 14 дней после инокуляции.

В спектре фосфора 31Р (121 МГц) надежно регистрировались метаболиты: фосфомоноэфир (PME), неорганический фосфат (Pi), фосфодиэфир (PDE), фосфокреатан (РСг), аденозинтрифосфат (АТР-аДу). На спектрах мозга, пораженного глиомой С6, отмечалось подавление пика PDE и возрастание пика Pi по сравнению с пиком PME. Результаты хорошо коррелируют с известными данными, получаемыми при исследовании аналогичной опухоли - глиобластомы человека.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения настоящей работы сделано следующее:

1. Проанализированы и изучены импульсные, последовательности (ИП) МРТ, используемые для улучшения визуализации зоны поражения в случаях ишемии, онкопатологий. В качестве ИП использованы те, которые обеспечивают селекцию тканей по временам релаксации за счет подавления мощных сигналов нормальных тканей, препятствующих визуализации зоны поражения.

2. Для управления тканевым контрастом с целью улучшения визуализации зоны поражения применены алгебраические операции с данными от стандартных режимов сканирования. Показано, что в результате применения указанных операций возможна

эмуляция изображений от диагностически важных режимов сканирования, а также режимов, аппаратурная реализация которых невозможна.

3. Разработаны и оптимизированы протоколы импульсных последовательностей, обеспечивающие получение наиболее информативных изображений. Проведена апробация методик при МРТ исследованиях человека и животных на 0,5 и 7 Тл томографах с различными патологиями: ишемия мозга, онкозаболевания и др.

4. Проведены МРТ исследования животных с применением контрастных агентов на основе гадолиния, оксида железа и водных растворов марганца. Показано, что для лучшей визуализации зоны поражения при глиоме С6 эффективно комбинированное применение контрастных агентов на основе гадолиния и оксида железа.

5. Разработаны практические рекомендации по работе с лабораторными животными -дозировке контрастных агентов и анестезирующих средств.

6. Проведены исследования мозга животных методами локальной in vivo ЯМР-спектроскопии. Получены данные о динамике метаболизма в зоне глиомы Сб.

ВЫВОДЫ

1. Упростить картину тканевого контраста можно путем селекции тканей по временам релаксации за счет применения импульсных последовательностей (ИП), обеспечивающих либо выравнивание сигналов от нормальных тканей, либо их подавление. Эффективным методом исследования зон поражения является сканирование с применением метода инверсия-восстановление.

2. С помощью импульсных последовательностей, работающих по методике инверсия-восстановление, обеспечивается селекция тканей по временам релаксации, за счет чего возможно подавление сигналов двух и более нормальных тканей. В результате упрощается картина тканевого контраста, что способствует выявлению зон поражения.

3. Алгебраические операции с МРТ-изображениями от различных режимов сканирования, осуществленные для одной и той же зоны интереса, дают дополнительную диагностическую информацию. С помощью алгебраических операций возможна эмуляция не только известных режимов сканирования, но и режимов, не имеющих реализуемых аналогов, включая режимы с трех- и более компонентным подавлением нормальных тканей.

4. Комбинированное применение контрастных агентов на основе ферритов и гадолиний содержащих парамагнетиков улучшает визуализацию глиальных опухолей, включая глиому С6, привитую в головной мозг лабораторного животного, что позволяет точнее определить локализацию и структуру зоны поражения.

5. Используя в качестве контрастных агентов вещества, содержащие ионы марганца, можно улучшить МРТ визуализацию опухоли (например, глиомы С6). Перспективно использование водного раствора сульфофталоцианина марганца (S03Na)2-J-PcMn0Ac.

6. Развитые подходы для улучшения визуализации зоны поражения полезны для уточнения зоны исследования методами локальной in vivo ЯМР-спектроскопии, дающей полезную информацию о метаболитах.

Публикации по теме диссертации в журналах из перечня ВАК РФ

1. Анисимов Н.В., Гуляев М.В., Корецкая С.С., Верхоглазова Е.В., Герус М.А., Пирогов Ю.А. Магнитно-резонансная томография всего тела - техническая реализация и диагностические применения // Альманах клинической медицины, 2008, т. 17(1), с. 143-146.

2. Анисимов Н.В., Губский Л.В., Гуляев М.В., Пирогов Ю.А. Визуализация зон поражения головного мозга при использовании алгебраических операций с изображениями в МРТ // Онкохирургия, 2009, №2, с.87.

3. Анисимов Н.В., Буренчев Д.В., Корецкая С.С., Гуляев М.В., Верхоглазова Е.В., Абаншина И.В., Пирогов Ю.А. Математические операции с МРТ изображениями // Медицинская визуализация, 2010, №1, с.117-123.

4. Анисимов Н.В., Корецкая С.С., Гуляев М.В., Верхоглазова Е.В., Пирогов Ю.А. МРТ-диагностика с использованием алгебраических операций с изображениями // Технологии живых систем, 2010, №2, с.3-9.

5. Гуляев М.В., Какагельдыев С.К, Батова С.С., Анисимов Н.В., Пирогов Ю.А. Применение релаксационных карт для оптимизации режимов в магнитно-резонансной томографии всего тела // Медицинская физика, 2011, №1, с.54-58.

6. Гуляев М.В., Меерович Г.А., Меерович И.Г., Деркачева В.М., Борисова Л.М., ' Калия О.Л., Лукьянец Е.А., Анисимов Н.В., Ворожцов Г.Н., Пирогов Ю.А. Сульфофталоцианин Мп в качестве контрастного агента при МР-диагностике опухолей головного мозга крыс // Технологии живых систем, 2012, №7, с.35-39.

7. Гуляев М.В., Анисимов Н.В., Юсубалиева Г.М., Брусенцов H.A., Самойленко A.A., Пирогов Ю.А. Применение методов ЯМР в исследованиях глиальных опухолей у лабораторных животных // Технологии живых систем, 2012, т. 9 (10), в печати.

8. Юсубалиева Г.М., Баклаушев В.П., Турина О.И., Гуляев М.В., Пирогов Ю.А., Чехонин В.П. Противоопухолевые эффекты моноклональных антител к внеклеточному фрагменту коннексина-43 при индуцированной низкодифференцирован-ной глиоме // Клеточные технологии в биологии и медицине, 2012, №1, с. 51-57.

9. Чепурнов С.А., Сулейманова Е.М., Гуляев М.В., Аббасова K.P., Пирогов Ю.А., Чепурнова Н.Е. Нейропротекторы и эпилепсия // Успехи физиологических наук, 2012, №2, с. 55-70.

Другие публикации автора по теме диссертации

10. Брусенцов H.A., Брусенцова Т.Н., Пирогов Ю.А., Гуляев М.В., Полянский В.А., Голубева И.С., Никитин П.И., Никитин М.П., Ксеневич Т.Н., Юрьев М.В. Неинва-зивная оценка концентрации Fe, лимитирующей контрастирование изображений опухолей МРТ-негативными нанопрепаратами // Сб.науч.тр. «Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем», 2009, с. 262-267.

11. Anisimov N.V., Gulyaev M.V., Koretskaya S.S., Verkhoglazova E.V., Abanshina I.V., Pirogov Yu.A. Expansion of diagnostic opportunity by means of algebraic operations with MR-images // Proc. NMRCM, 2009, p. 11.

12. Pirogov Y.A., Anisimov N.V., Gubskiy L.V., Gulyaev M.V., Koretskaya S.S., Verkhoglazova E.V., Abanshina I.V. Additional diagnostic possibilities at use of algebraic operations with MR-images // Proc. ESMRMB, 2009, 508, pp. 375-376.

13. Гуляев M.B., Пирогов Ю.А., Брусенцова Т.Н., Брусенцов H.A. Синтез декстран-феррита и раннее МРТ обнаружение опухоли, капсулы и сосудов, питающих опухоль, в эксперименте in vivo // Мат. II конф. «Нанотехнологии в медицине. Онкология и кардиология», 2009, с. 9-11.

14. Даньшина М.И., Силачёв Д.Н., Гуляев М.В., Пирогов Ю.А., Зоров Д.Б., Исаев Н.К. Использование магнитно-резонансной томографии и функциональных тестов для оценки повреждения головного мозга после гипоксии/ишемии новорожденных // XXI-й съезд Физиол. общ-ва им. И.П.Павлова, 2010, с. 33.

15. Даньшина М.И., Силачёв Д.Н., Гуляев М.В., Пирогов Ю.А., Зоров Д.Б., Исаев Н.К. Оценка повреждения головного мозга крыс в долговременном периоде после гипоксии-ишемии с использованием сенсомоторных тестов и МРТ // Мат. конф. "Биология - наука 21 века", 2010, т. 1, с. 122.

16. Гуляев М.В., Таирова Р.Т., Губский Л.В., Пирогов Ю.А., Скворцова В.И. Разработка и применение протокола сканирования МРТ на экспериментальной модели фокальной ишемии головного мозга крыс // Мат. III Евраз. конгр. «Медицинская физика-2010», с. 72.

17. Suleymanova Е„ Gulyaev М., Chepurnova N. Early and late MRI changes in rat brain after prolonged seizures and spatial memory impairment // SiNAPSA Neuroscience Conference, Abstracts, 2011, p. 167.

18. Silachev D., Pevzner I., Zorova L„ Plotnikov E„ Gulyaev M., Pirogov Y., Isaev N„ Skulachev V., Zorov D. New generation of penetrating cations as potential agents to treat ischemic stroke // The FEBS Journal, 2012, 279, p. 364.

19. Chekhonin V.P., Baklaushev V.P., Yusubalieva G.M., Belorusova A.E., Gulyaev M.V., Tsitrin E.B., Grinenko N.F., Gurina O.I., Pirogov Yu.A. Targered delivery of liposomal nanocontainers to the peritumoral zone of glioma by means of monoclonal antibodies against GRAF and the extracellular loop of CX43 // Nanotechnology, Biology and Medicine, 2012, 8(1), p. 63-70.

20. Yusubalieva G.M., Baklaushev V.P., Gurina O.I., Gulyaev M.V., Pirogov Y.A., Chekhonin V.P. Antitumor effects of monoclonal antibodies to connexin 43 extracellular fragment in induced low-differentiated glioma // Bull Exp Biol Med. 2012, 153(1), p.163-169.

21. Suleymanova E., Gulyaev M., Barkova A., Chepurnova N. Early MRI changes in rat brain after status epilepticus and later morphological abnormalities and behavioral impairment // 8th FENS Forum of Neuroscience, 2012, Abstracts, p. 171.

22. Верхоглазова E.B., Гуляев M.B., Юсубалиева Г.М. Эволюция глиальных опухолей по данным магнитно-резонансной томографии // Межд. конф. Ломоносов, секция Физика, Сб. тезисов, 2012, с. 128-130.

Подписано в печать 16.01.2013 Формат 60x88 1/16. Объем 1.0 л.л. ' Тираж 65 экз. Заказ № 1288 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119991 г.Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к. А-102

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Гуляев, Михаил Владимирович

Список аббревиатур.;.

Введение.:.

Глава 1. Теоретические основы магнитно-резонансной томографии.

1.1.Определение магнитно-резонансной томографии.

1.2. Принцип сканирования и построения МРТ-изображений.

1.3. Времена релаксации в магнитно-резонансной томографии.

1.4. Контраст МРТ-изображений.

1.5. Подавление сигналов нормальной ткани в МРТ.

1.6. Применение алгебраических операций с МРТ-изображениями.

1.7. ЯМР-спектроскопия.

Глава 2. Условия проведения экспериментов.

2.1. Экспериментальная установка.

2.2. Материалы исследования.

2.3. Импульсные последовательности, используемые в диссертации.

2.4. Минимизация времени МРТ сканирования.

2.5. Контрастные агенты, применяемые в работе.

Глава 3. Результаты исследований на слабопольном (0,5 Тл) томографе.

3.1. Подавление сигналов от нормальных тканей при исследованиях головного мозга.

3.2. Подавление сигналов от нормальных тканей при исследовании структур отличных от головного мозга.

Глава 4. Результаты исследований на высокопольном (7 Тл) томографе.

4.1. Оптимизация импульсной последовательности RARE.

4.2. Измерение времени продольной релаксации.

4.3. Применение инвертирующего импульса в последовательности

RARE.

Глава 5. Алгебраические операции с МРТ-изображениями.

5.1. Применение алгебраических операций с МРТ-изображениями.

5.2. Алгебраические операции с МРТ-изображениями (0,5 Тл).

5.3. Алгебраические операции с МРТ-изображениями (7 Тл).

Глава 6. Применение контрастных агентов при МРТ исследованиях лабораторных животных.

6.1. Контрастные агенты на основе ионов гадолиния.

6.2. Контрастные агенты на основе оксидов железа.

6.3. Контрастные агенты на основе сульфофталоцианина марганца.

Глава 7. Применение спектроскопии ЯМР при исследовании опухоли глиомы С6 головного мозга животных.

7.1. Локальная протонная 'Н-спектроскопия.

7.2. Фосфорная 31Р-спектроскопия.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Управление контрастом в магнитно-резонансной томографии в полях 0,5 и 7 тесла"

В настоящее время магнитно-резонансная томография (МРТ) является высоко востребованным методом медицинской диагностики благодаря безопасности и высокой информативности исследования. Обследование методом МРТ включает выполнение нескольких режимов сканирования, каждый из которых нацелен на выявление распределения одного из физических параметров - протонной плотности, времен релаксации - продольного Т1 или поперечного Т2. Для реализации этих режимов специальным образом задаются параметры сканирующей импульсной последовательности (ИП) - в частности, интервалы между запусками радиочастотных (РЧ) импульсов - TR, интервал между запуском импульса и началом считывания сигнала - ТЕ.

Как показывает практика, этих режимов недостаточно при диагностики зоны поражения. Поэтому применяют дополнительные ИП, дающие более отчетливую ее визуализацию за счет подавления сигналов нормальной (непатологической) ткани. Однако это приводит к увеличению общего времени обследования, что не всегда приемлемо, особенно при исследовании пациентов, находящихся в тяжелом состоянии.

В связи с этим актуальным является определение наиболее оптимального алгоритма проведения МРТ исследования и подбора параметров ИП с целью повышения информативности и минимизации общего времени обследования.

Одним из путей способствующих реализации данного алгоритма является применение контрастных агентов, способствующих лучшей визуализации зоны поражения. В качестве такого агента обычно применяется парамагнитное вещество, содержащее ионы гадолиния (Gd3+), которое вводится внутривенно. Парамагнетик через кровоток доставляется в зону поражения, что приводит к сокращению времени релаксации Т1 для тканей этой зоны. В результате происходит повышение сигнала зоны поражения на режимах с коротким TR — т.н. Т1-взвешенных изображениях (Т1ВИ). Проникновению контрастного агента в зону поражения способствует соответствующее ослабление гематоэнцефалического барьера в данной области.

В качестве контрастных агентов применяют не только парамагнетики, но и другие препараты, например, на основе ферромагнетиков, которые способны накапливаться в нормальных тканях. Это приводит к сокращению времени Т2, снижению сигнала от нормальных тканей и лучшей визуализации зоны поражения. Подобные препараты пока недостаточно апробированы в практике МРТ. Поэтому представляется актуальным определить их реальные практические возможности на лабораторных животных. Кроме того, для управления тканевым контрастом в МРТ интересно применить комбинацию двух типов контрастных веществ - парамагнитных и ферромагнитных.

Другой способ уменьшения времени проведения МРТ сканирования -применение алгебраических операций с МРТ-изображениями (таких как, вычитание, умножение и др.). Данный метод позволяет напрямую провести дифференциацию тканей по двум изображениям, а также эмулировать МРТ-изображения от различных режимов сканирования, включая те, которые невозможно реализовать аппаратурными средствами. Это имеет существеннее значение, так как время МРТ исследования ограничено как административными причинами (эксплуатация томографа на сегодняшний день является дорогостоящей), так и состоянием пациента (длительное пребывание в неподвижном состоянии является для него дискомфортным).

Таким образом, в работе предпринимается попытка разработать методику управления тканевым контрастом, для того, чтобы на МРТ-изображениях можно было бы наиболее отчетливо выявить область интереса (определенную ткань, орган, патологическое образование), незатененную интенсивными сигналами нормальных тканей за оптимальное время МРТ обследования.

Такие изображения предлагается получить различными способами: обычным МРТ сканированием, применяя ИП со специально подобранными параметрами (TR,TE), с помощью алгебраических операций с МРТизображениями, используя контрастные агенты, а также комбинации этих способов.

Разработка методики проводилась по следующим направлениям: а) апробацию ИП проводить при МРТ исследованиях человека, так как для этого не требуется анестезия, что совершенно необходимо при исследованиях животных; б) апробацию новых контрастных агентов для МРТ, побочные эффекты которых не всегда можно сразу выявить, проводить на лабораторных животных.

Цель Работы: развитие методов визуализации в МРТ. Это подразумевает расчет параметров ИП, оптимизацию аппаратурных конфигураций оборудования, подбор алгоритмов обработки данных и методов их визуализации. Развиваемые методы нацелены на оптимизацию процесса МРТ, сокращение времени исследования, повышение его информативности.

Решаемые задачи

Работа проводилась в рамках клинических исследований человека, а также при разработке ряда научно-исследовательских проектов, объектами которых были лабораторные животные. Решались следующие задачи:

1. Анализ возможностей сканирующих ИП для уточнения тканевого контраста в зоне интереса на слабопольном (0,5 Тл) и высокопольном (7 Тл) МР-томографах.

2. Использование методов селекции тканей по временам релаксации для лучшей визуализации зоны интереса за счет подавления мощных сигналов окружающих нормальных тканей.

3. Применение алгебраических операций с данными от нескольких режимов сканирования для упрощения картины тканевого контраста и лучшей визуализации зоны поражения.

4. Апробация разработанных методик при МРТ исследованиях человека и лабораторных животных с различного рода патологиями: ишемия головного мозга, онкологические заболевания и др.

5. Применение в экспериментах на лабораторных животных контрастных агентов на основе гадолиния, оксида железа и марганца для оценки их диагностических возможностей.

6. Применение методов локальной ЯМР-спектроскопии для диагностики мозга животных при моделировании глиальной опухоли. Исследование предполагает динамическое наблюдение и применение контрастных агентов.

Научная новизна работы

1. Проанализированы МРТ-изображения, полученные аппаратным способом, и с помощью их эмуляции — производные алгебраических операций от изображений различных режимов сканирования. Показано, что эти изображения имеют не только визуальное сходство, но и сходное расчетное распределение тканевого контраста.

2. Показано, что с помощью алгебраических операций с данными от стандартных режимов сканирования можно получить дополнительную информацию о тканевом составе исследуемого объекта. За счет применения алгебраических операций сокращается время на МРТ исследование, устраняется субъективный фактор при оценке тканевого контраста.

3. Продемонстрирована эффективность применения разработанных методик при МРТ исследованиях человека и лабораторных животных. Даны практические рекомендации их применения при исследованиях ряда патологий: ишемия головного мозга, онкологические заболевания и др.

4. В экспериментах на малых животных показано, что комбинированное применение контрастных агентов на основе гадолиния и оксида железа позволяет наиболее отчетливо выявить как границу зоны поражения, так и ее внутреннюю структуру.

5. Обнаружен эффект уменьшения времени релаксации Т1 в зоне локализации глиомы С6, привитой лабораторным животным, после введения сульфофталоцианина марганца (S03Na)2,5-PcMn0Ac, что улучшает визуализацию опухоли.

Теоретическая и практическая значимость

Теоретическая значимость работы состоит в том, что в ней получены новые данные, указывающие на обоснованность применения алгебраических операций с изображениями и получения изображений с особым типом тканевого контраста. Их можно использовать как дополнительный диагностический материал, позволяющий уточнить характеристики и состояние исследуемых структур.

В работе предложена стратегия МРТ сканирования, с помощью которой, происходит упрощение картины тканевого контраста, благодаря чему упрощается выявление и диагностика зоны поражения. Предлагается два варианта реализации данной стратегии, основанной на селекции тканей по временам релаксации - сканирование с полным подавлением сигналов от нормальных тканей и сканирование, при котором контраст для нормальных тканей выравнивается.

В работе дано обоснование применения алгебраических операций с МРТ-изображениями, с помощью которых возможна эмуляция как известных режимов, так и режимов, не имеющих реализуемых аналогов, например, режимов с трех- и более компонентным подавлением сигналов от нормальных тканей.

Практическая ценность работы в том, что показана возможность подавления сигналов от нескольких нормальных тканей с различными временами релаксации Т1 при МРТ сканировании с использованием методики инверсия-восстановление.

Развита методика расчета как параметров сканирующей импульсной последовательности, нацеленной на выравнивание контраста, так и величин

MP-сигналов, регистрируемых при реализации этой последовательности. Даны практические рекомендации применения развиваемых методов для МРТ исследования как человека, так и лабораторных животных. Отмечена специфика применения сканирующих ИП в слабом - 0.5 Тл и сильном - 7 Тл полях. С учетом специфики разработаны протоколы для этих ИП.

В ходе экспериментов на лабораторных животных апробированы новые контрастные вещества - на основе оксида железа и соединений марганца. Получены томограммы и локальные ЯМР спектры, характеризующие активность оксида железа в зоне поражения при глиальной опухоли. Проведены детальные релаксационные измерения для ряда соединений марганца. Подана патентная заявка на изобретение контрастного агента для МРТ на основе сульфофталоцианина марганца.

Есть веские основания полагать, что разработанные в работе методики будут полезными не только для Лаборатории магнитной томографии и спектроскопии факультета фундаментальной медицины МГУ, но и для других научных подразделений, обладающих аналогичным оборудованием — ТИБОХ ДВО РАН (Владивосток), МНТЦ РАН (Новосибирск), РНИМУ им. Н.И. Пирогова (Москва).

Основные положения, выносимые на защиту

1. Упрощение картины тканевого контраста за счет оптимизации параметров МРТ сканирования - эффективный путь выявления зон поражения.

2. ИП, действующие на основе метода инверсия-восстановление, обеспечивают эффективную селекцию тканей по временам релаксации.

3. Эффективным методом исследования зон поражения является МРТ сканирование с применением ИП, обеспечивающей одновременное подавление сигналов от нескольких нормальных тканей.

4. Алгебраические операции с МРТ-изображениями от различных режимов сканирования, осуществленные для одной и той же зоны интереса, дают дополнительную диагностическую информацию.

5. В качестве контрастных агентов, позволяющих улучшить визуализацию зоны поражения, эффективно применение не только парамагнетиков на основе гадолиния, но и парамагнетиков на основе марганца, а также ферромагнитных веществ. Перспективно применение комбинации из разных типов контрастных агентов.

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены: на Ломоносовских чтениях: физфак МГУ: Москва, (2008, 2012); на международных конференциях: Е1ЖОМАК-2008, КМЯСМ-2009, на Всероссийской конференции «Опухоли головы и шеи»: Сочи (2009); на III Евразийском конгрессе по медицинской физике: Москва, (2010); на 8-ой международной конференции по научным и клиническим применениям магнитных носителей: Росток (ФРГ), (2010); на летней школе ЯМР: химфак МГУ: Москва, (2010, 2011); на V Троицкой конференции «Медицинская физика и инновации в медицине»: Троицк, (2012).

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и выводов. Она содержит 114 страниц, 56 рисунков и список литературы из 118 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Гуляев, Михаил Владимирович

выводы

1. Упростить картину тканевого контраста можно путем селекции тканей по временам релаксации за счет применения импульсных последовательностей (ИП), обеспечивающих либо выравнивание сигналов от нормальных тканей, либо их подавление. Эффективным методом исследования зон поражения является сканирование с применением метода инверсия-восстановление.

2. С помощью ИП, работающих по методике инверсия-восстановление, обеспечивается селекция тканей по временам релаксации, за счет чего возможно подавление сигналов двух и более нормальных тканей. В результате упрощается картина тканевого контраста, что способствует выявлению зон поражения.

3. Алгебраические операции с МРТ-изображениями от различных режимов сканирования, осуществленные для одной и той же зоны интереса, дают дополнительную диагностическую информацию. С помощью алгебраических операций возможна эмуляция не только известных режимов сканирования, но и режимов, не имеющих реализуемых аналогов, включая режимы с трех- и более компонентным подавлением нормальных тканей.

4. Комбинированное применение контрастных агентов на основе ферритов и гадолиний содержащих парамагнетиков улучшает визуализацию глиальных опухолей, включая глиому С6, привитую в головной мозг лабораторного животного, что позволяет точнее определить локализацию зоны поражения.

5. Используя в качестве контрастных агентов вещества, содержащие ионы марганца, можно улучшить МРТ визуализацию опухоли (например, глиомы Сб). Перспективно использование водного раствора сульфофталоцианина марганца (S03Na)2,5-PcMn0Ac.

6. Развитые подходы для улучшения визуализации зоны поражения полезны для уточнения зоны исследования методами локальной in vivo ЯМР-спектроскопии, дающей полезную информацию о метаболитах.

ПРИЗНАТЕЛЬНОСТИ

Автор желает выразить благодарность своему научному руководителю — профессору д.ф.-м.н. Ю.А.Пирогову за предложенную интересную работу, постоянное внимание и помощь в ее проведении. Автор признателен старшему научному сотруднику лаборатории магнитной томографии и спектроскопии факультета фундаментальной медицины МГУ д.ф.-м.н. Н.В.Анисимову за помощь в проведении экспериментов, за обсуждение результатов работы.

Хочется поблагодарить заведующего кафедрой медицинской физики академика РАН В.Я.Панченко за полезные советы в написании диссертации. Автор благодарен сотрудникам лаборатории магнитной томографии и спектроскопии факультета фундаментальной медицины МГУ Д.А.Тищенко, В.Б.Петухову, В.И.Польшакову, а также сотруднику физического факультета. В.В.Гладуну за поддержку и всяческие наставления.

Выражаю признательность сотрудникам МГУ им. М.В.Ломоносова.->.> И.И.Полетаевой, Н.Е.Чепурновой, К.Р.Аббасовой, Е.М.Сулеймановой, Д.Н.Силачеву; РОЦ им. Н.Н.Блохина - Г.А.Мееровичу, Н.Н.Брусенцову;, ГНЦССП им. В.П.Сербского - Г.М.Юсубалиевой, В.П.Баклаушеву; МНИОИ им. П.А.Герцена - Р.И.Якубовской, Н.В.Морозовой за проведенные совместные эксперименты

Хочется также отметить полезное взаимодействие с врачами-диагностами НП НЦ «Современная диагностика» - д.м.н. Л.В.Губским, к.м.н. Л.Ф.Пестеревой и Е.Э.Дубровиным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения настоящей работы сделано следующее:

1. Проанализированы и изучены импульсные последовательности (ИП) МРТ, используемые для улучшения визуализации зоны поражения в случаях ишемии, онкопатологий. В качестве ИП использованы те, которые обеспечивают селекцию тканей по временам релаксации за счет подавления мощных сигналов нормальных тканей, препятствующих визуализации зоны поражения.

2. Для управления тканевым контрастом с целью улучшения визуализации зоны поражения применены алгебраические операции с данными от стандартных режимов сканирования. Показано, что в результате применения указанных операций возможна эмуляция изображений от диагностически важных режимов сканирования, а также режимов, аппаратурная реализация которых невозможна.

3. Разработаны и оптимизированы протоколы импульсных последовательностей, обеспечивающие получение наиболее информативных изображений. Проведена апробация методик при МРТ исследованиях человека и животных на 0,5 и 7 Тл томографах с различными патологиями: ишемия мозга, онкозаболевания и др.

4. Проведены МРТ исследования животных с применением контрастных агентов на основе гадолиния, оксида железа и водных растворов марганца. Показано, что для лучшей визуализации зоны поражения при глиоме С6 эффективно комбинированное применение контрастных агентов на основе гадолиния и оксида железа.

5. Разработаны практические рекомендации по работе с лабораторными животными - дозировке контрастных агентов и анестезирующих средств.

6. Проведены исследования мозга животных методами локальной in vivo ЯМР-спектроскопии. Получены данные о динамике метаболизма в зоне глиомы С6 с помощью фосфорной спектроскопии.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата физико-математических наук, Гуляев, Михаил Владимирович, Москва

1. Дероум Э. Современные методы ЯМР для химических исследований / под ред. Устынюка Ю.А., 1992, с. 24-53.

2. Хауссер К.Х., Кальбитцер Х.Р. ЯМР в медицине и биологии: структура молекул, томография, спектроскопия in-vivo / под редакцией Рябченко С.М., 1993, 258 с.

3. Нифаптъев И.Э., Ивченко П.В. Практический курс спектроскопии ядерного магнитного резонанса / методическая разработка, 2006, с. 2-40.

4. Lauterbur P.C. Image formation by induced local interactions: examples of employing nuclear magnetic resonance // Nature, 1973, 242, pp. 190-191.

5. Kumar A., Welti D., Ernst R.R. NMR Fourier zeugmatography // J. Magn. Reson., 1975,18, pp. 69-83.

6. Mansfield P., Maudsley A.A. Medical imaging by NMR // Br. J. Radiol., 1977, 50, pp. 188-194.

7. Garroway A.N., Grannell P.K., Mansfield P. Image formation in NMR by a selective irradiative process //J. Phys. C7, 1974, L457-462.

8. Mansfield P., Maudsley A.A. Planar spin imaging by NMR // J. Phys. C: Solid State Phys., 1976, 9, pp. 409-411.

9. Mansfield P., Maudsley A.A. Line scan proton spin imaging in biological structures by NMR // Phys. Med. Biol., 1976, 21, pp. 847-852.

10. Bernstein M.A., King K.F., Zhou X.J. Handbook of MRI Pulse Sequences // Elsevier Academic Press, 2004, 1017 p.

11. Haacke E.M., Brown R. W., Thompson M.R., Venkatesan R. Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and Sequence Design // John Wiley & Sons, 1999, 914 p.

12. Hashemi R.H., William G. Bradley W.G., Lisanti C.J. MRI: The Basics // 2nd ed. Lippincott Williams & Wilkins, 2004,353 p.

13. McRobbie D.W., Moore E.A., Graves M.J., Prince M.R. MRI from Picture to Proton // 1st ed., 2003, pp. 219-252.

14. Umans H., Haramati N., Flusser G. The diagnostic role of gadolinium enhanced MRI in distinguishing between medullary bone infarct and osteomyelitis // Magn Reson Imaging, 2000, 18, pp. 255-262.

15. Spinosa D.J., Kaufmann J.A., Hartwell G.D. Gadolinium chelates in angiography and interventional radiology: a useful alternative to iodinated contrast media for angiography // Radiology, 2002, 223, pp. 319-325; discussion pp. 326-317.

16. Strijkers G.J., Mulder W.J., van Tilborg G.A., Nicolay K. MRI contrast agents: current status and future perspectives // Anticancer Agents Med Chem., 2007, 7(3), pp. 291-305.

17. Wright G.A., Brosnan T.J., Macovsi, Nishimura D.G. Computing Material-Selective Projection Images in MR // Magn. Reson. in Medicine, 1989, 11, pp. 135-151.

18. Rosen B.R., Wedee V.J., Brady T.J. Selective saturation NMR imaging // J. Comput. Assist. Tomogr., 1984, 8, pp. 813-818.

19. Geen H., Freeman R. Band selective radiofrequency pulses // J. Magn. Reson., 1991, 92, pp. 93-141.

20. WolfS.D., Balaban R.S. Magnetization transfer contrast (MTC) and tissue water relaxation in vivo//Magn.Reson. Med., 1989, 10, pp. 135-144.

21. Mukherjee D., Rajagopalan S. CT and MR Angiography of the Peripheral Circulation Practical Approach with Clinical Protocols // Informa UK Ltd, 2007, 338 p.

22. Van Hoe L., Vanbeckevoort D., Mermuys K., Van Steenbergen W. MR Cholangio-pancreatography. Atlas with Cross-Sectional Imaging Correlation // Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006, 414 p.

23. Smith F.W. Musculoskeletal magnetic resonance imaging using inversion recovery pulse sequences at 0.08 T // Clin Radiol., 1988, 39(4), 412-417.

24. Bydder G.M., Young I.R. MR Imaging: clinical use of the inversion recovery sequence //J. Comput. Assist. Tomogr., 1985, 9, pp. 659-675.

25. Zwanenburg J.J., Hendrikse J., Visser F., Takahara T., Luijten P.R. Fluid attenuated inversion recovery (FLAIR) MRI at 7.0 Tesla: comparison with 1.5 and 3.0 Tesla//Eur Radiol., 2010, 20(4), pp. 915-922.

26. Fleckenstein J.L. Archer B.T., Barker B.A., Vaughan J.T; Parkey R.W., Peshock R.M. Fast short-tau inversion-recovery MR imaging. // Radiology, 1991, 179, pp. 499-504.

27. Weigel M., Zaitsev M, Hennig J. Inversion recovery prepared turbo spin echo sequences with reduced SAR using smooth transitions between pseudo steady states // Magn Reson Med., 2007, 57(3), pp. 631-637.

28. Mills R.J., Young C.A., Smith E.T. 3D MRI in multiple sclerosis: a study of three sequences at 3 T // Br J Radiol., 2007, 80(953), pp. 307-320.

29. Dixon W.T., Sardashti M, Castillo M., Stomp G.P. Multiple inversion recovery reduces static tissue signal in angiograms // Magn. Reson. Med., 1991, Vol. 18 (2), pp. 257-268.

30. Redpath T., Smith F. Use of a double inversion recovery pulse sequence to image selectively gray or white matter // Br. J. Radiol., 1994, 67, pp. 1258— 1263.

31. Bedell B.J., Narayana P.A. Volumetric analysis of white matter, gray matter, and CSF using fractional volume analysis // Magn Reson Med., 1998, 39, pp. 961-969.

32. Анисгшов H.B. Селекция тканей по временам релаксации в магнитно-резонансной томографии / Дисс. док. ф-м. н., М., 2010, 297 с.

33. Mai V.M., Knight-Scott J., Betr S.S. Improved visualization of the human lung in 1H MRI using multiple inversion recovery for simultaneous suppression of signal contributions from fat and muscle // Magn. Reson. Med., 1999, 41, pp. 866-870.

34. Pirogov Yu.A., Anisimov N.V., Gubskii L.V. Simultaneous suppression of water and fat signals in magnetic resonance imaging // Proceedings of SPIE, 2002, 4681, pp. 612-616.

35. Mahmutyazicioglu K., Ozdemir H., Savranlar A., Sumer M., Atasoy Т., Unal A., Gundogdu S. Double inversion recovery sequence in temporal lobe epilepsy: preliminary results // Tani Girisim Radyol., 2004, 10(3), pp. 182-188.

36. Анисгшов H.B., Губский JI.B., Пирогов Ю.А. ЗО-визуализация патологических структур головного мозга при одновременном подавлении сигналов воды и жира // Научная, сессия МИФИ, Сб. научн. тр., 2003, 5, с. 20-21.

37. Pirogov Yu.A., Anisimov N. V., Gubskii L. V. 3D visualization of pathological forms from MRI data obtained with simultaneous water and fat signals suppression // Proceedings of SPIE, 2003, 5030, pp. 939-942.

38. Anisimov N. V., Gubskii L. V., Pirogov Yu.A. Application of Simultaneous Fat and Water Signal Suppression for 3D Visualization of Intracranial Pathological Forms // Proceedings of ESMRMB, 2003, Suppl. 1, 6, p. 234.

39. Анисгшов Н.В., Буренчев Д.В., Пирогов Ю.А. Выявление патологических изменений в оболочках мозга методом одновременного подавления сигналов воды и жира в МРТ // Медицинская визуализация, 2006, №3, с. 914. Тот же материал в №5, с. 23-28.

40. Anisimov N. К, Pirogov Ya.A., Gubskii L. V., Eichhoff U. New method of fat and water signals suppression in MRI diagnostics of brain pathologies // Proceedings of ISMRM, 2004, 11, p. 54.

41. Burenchev D.V., Anisimov N.V., Pirogov Y.A. Diagnostics of meningitis by double inversion recovery pulse sequence // ESMRMB 2006: Book of abstracts, MAGMA, 2006, Suppl. 1, 19, pp.251-252.

42. Anisimov N.V., Gubskii L.V., Pirogov Ya.A. The use of simultaneous suppression of water and fat signals (SSWF) for improvement of MRI visualization//European Radiology. Proceedings ofECR, 2004, Suppl.2, 14, pp. 299-300.

43. Pirogov Ya.A., Anisimov N. V., Gubskii L. V., Babich P. V. MRI visualization, of pathological forms by suppression of normal tissue signals // Proceedings of SPIE, 2005, 5744, p. 471-480.

44. McKinney A., Palmer C., Short J., Lacato L., Truwit C. Utility of fat suppressed FLAIR and subtraction imaging in detecting meningeal abnormalities // Neuroradiology, 2006, 48, pp. 881-885.

45. Boulby P.A., Symms M.R., Barker G.J. Optimized interleaved whole-brain 3D double inversion recovery (DIR) sequence for imaging the neocortex // Magn. Reson. Med., 2004, 51(6), pp. 1181-1186.

46. Geurts J.J., Pouwels P.J., Uitdehaag B.M., Polman C.H., Barkhof F., Castelijns J.A. Intracortical lesions in multiple sclerosis: improved detection with 3D double inversion-recovery MR imaging // Radiology, 2005, 236(1), pp. 254-260.

47. Does M.D. Relaxation-selective magnetization preparation based on T1 and T2 // J. Magn. Resonance, 2005, 172, pp. 306-311.

48. Yarnykh V.L., Yuan C. Simultaneous Outer Volume and Blood Suppression by Quadruple Inversion-Recovery // Magn. Reson. Med., 2006, 55, pp. 1083-1092.

49. Мёллер Т.Е., Райф Э. Укладки и режимы при магнитно-резонансной томографии / под ред. Шотемора Ш.Ш., М.: Медпресс-информ, 2008. 232 с.

50. Contrast Agents I: Magnetic Resonance Imaging (Topics in Current Chemistry) (Pt. 1) / Ed. Krause W., 2002, 249 p.

51. URL: http://www.ismrm.org/special/EMEA2.pdf

52. Volkov A. Contrast Agents in Magnetic Resonance Imaging / URL: http:// home.utah.edu /~av6a51/mri.htm.

53. Functional MRI / Eds. Moonen C.T.W., Bandettini P.A., 2000, 575 p.

54. Negendank W. Studies of human tumors by MRS: a review // NMR Biomed, 1992, 5, pp. 303-324.

55. Maintz D., Heindel W., Kugel H., Jaeger R. and Lackner K.J. Phosphorus-31 MR spectroscopy of normal adult human brain and brain tumours // NMR Biomedicine, 2002, 15, pp. 18-27.

56. TOMIKON-Avance, Avance Technology (DBX) S50 COMPONENTS Part 1 / Doc. No.: T2J-1121.

57. Acquisition and Processing of NMR Images and Spectra Paravision (Part 1 and 2) // User's Guide and Instruction Manual, Bruker Medizintechnik.

58. URL: http://rsbweb.nih.gov/ij/

59. Measurement Methods // User's Guide and Instruction Manual. Paravision 5.0. Bruker BioSpin, Karlsrue, Germany, 2009.

60. URL: http://www.bruker.com/products/mr/mri/software/overview.html

61. Hennig J., Naaerth A., Friedburg H. RARE imaging a fast imaging method for clinical MR // Magn Reson Med, 1986, 3, pp. 823-833.

62. Анисшюв H.B., Пирогов Ю.А., Губский JI.B., Гладун В.В. Управление контрастом и информационные технологии в магнитно-резонансной томографии // М.: Физфак МГУ, 2005, 144 с.

63. Giesel F.L., Mehndiratta A., Essig М. High-relaxivity contrast-enhanced magnetic resonance neuroimaging: a review // Eur Radiol, 2010, 20, pp. 24612474.

64. Colosimo C., Ruscalleda J., Korves M. Detection of intracranial metastases: a multicenter, intrapatient comparison of gadobenate dimeglumine-enhanced MRI with routinely used contrast agents at equal dosage // Invest Radiol, 2001, 36, pp.72-81.

65. Mehndiratta A., Giesel F.L. Brain Tumor Imaging // Diagnostic Techniques and Surgical Management of Brain Tumors, USA.: InTech, 2011, pp. 25-42.

66. Mehta R. V., Rucha D., Prashant В., Upadhuay R. Synthesis and characterization of certain nanomagnetic particles coated with cirate and dextran molecules // Indian Journal of pure&applied physics, 2006, 44, pp. 537-542.

67. Yarnykh V.L., Yuan С. TI-insensitive flow suppression using quadruple inversion-recovery // Magn Reson Med., 2002, 48, pp. 899-905.

68. Takanashi J., Sugita K., Matsubayashi J., Sato K., Niimi H. Availability of frequency-selective fat-saturation pulse (Fat-Sat) MRI in childhood optic neuritis//Pediatr Neurol, 1996, 14(1), pp. 64-65.

69. Guy J., Mao J.T., Bidgood W.D., Mancuso A., Quisling R.G. Enhancement and demyelination of the intraorbital optic nerve. Fat suppression magnetic resonance imaging // Ophthalmology, 1992, 99(5), pp. 713-719.

70. Анисгшов Н.В., Бабич П.В., Пирогов Ю.А. Эмуляция режимов МРТ-сканирования с помощью алгебраических операций с МРТ-изображениями // Научн. сессия МИФИ 2007. Сб. научн. тр. Т.5. Мед. физика, биофизика.- М.: МИФИ, 2007, с. 149-150.

71. Анисгшов Н.В., Буренчев Д.В., Корецкая С.С., Гуляев М.В., Верхоглазова Е.В., Абанишна КВ., Пирогов Ю.А. Математические операции с МРТ изображениями //Медицинская визуализация. 2010, №1, с. 117-123.

72. Губский Л.В., Анисгшов H.B., Гуляев M.B., Пирогов Ю.А. Визуализация зон поражения головного мозга при использовании алгебраических операций с изображениями в магнитно-резонансной томографии // Онкохирургия, 2009, №2, с.87.

73. Anisimov N. V., Gulyaev M. V., Koretskaya S.S., Verkhoglazova E. V., Abanshina I. V., Pirogov, Yu.A. Expansion of diagnostic opportunity by means of algebraic operations with MR-images // Proceedings of NMRCM, Book of Abstracts, 2009, p. 11.

74. Ринк П. А. Магнитный резонанс в медицине // М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003, 256 с.

75. Сорокина КН., Тулупов А.А., Толстикова Т.Г., Усов В.Ю. Современные подходы к созданию контрастных препаратов для магнитно-резонансной томографической диагностики // Бюллетень сибирской медицины, 2011, 6, с. 79-86.

76. Majewski P., Thierry В. Functionalized magnetite nanoparticles synthesis, properties, and bio-applications // Critical reviews in solid state and materials sciences, 2007, 32, pp. 203-215.

77. HongS., Chang Y., Rhee I. Chitosan-coated Ferrite (Fe304) Nanoparticles as a T2 Contrast Agent for Magnetic Resonance Imaging // Journal of the Korean Physical Society, 2010, 56(3), pp. 868-873.

78. ParkH. J., Ко S.M., Chang Y., Kim Y.S. The Comparative Imaging Study on Mn-phthalocyanine and Mangafodipir trisodium in Experimental VX2 Animal Model //J. Korean Soc. Magn. Reson. Med., 2004, 8(1), pp. 32-41.

79. Saini S.K., Jena A., Dey J., Sharma A.K., and Singh R. MnPcS4: a new MRI contrast enhancing agent for tumor localization in mice // Magnetic Resonance Imaging, 1995, 13(7), pp. 985-990.

80. Патент №2181736 (РФ). Способ получения сульфозамещенных фталоцианинов // Деркачева В.М., Важнина В.А., Кокорева В.И., Лукьянец Е.А.

81. Fty М.Е., Pittard S., Summers I.R, Vennart W., Frederick T. D. Goldie F.T. A programmable eddy-current compensation system for MRI and localized spectroscopy // Journ. of Magnetic Resonance Imaging, 1997, 7(2), pp. 455-458.

82. ZhongK, Ernst T. Localized in vivo human 1H MRS at very short echo times. // Magnetic Resonance in Medicine, 2004, 52, pp. 898-901.

83. Webb A.G., Collins C.M., Vers lids M.J., Кап H.E., Smith N.B. MRI and localized proton spectroscopy in human leg muscle at 7 Tesla using longitudinal traveling waves // Magn Reson Med., 2010, 63(2), pp. 297-302.

84. Wijnen J,P. Multi-nuclear Magnetic resonance spectroscopy of human brain tumors // GVO drukkers & vormgevers B.V., 2010, 193 p. URL: http://dare.ubn.kun.n1/bitstream/2066/82003/l/82003 .pdf

85. Podo F. Tumour phospholipid metabolism // NMR Biomed., 1999, 12, pp. 413439.

86. Hubesch В., Sappey-Marinier D., RothK., Meyerhoff D.J., Matson G.B., Weiner M.W. P-31 MR spectroscopy of normal human brain and brain tumors // Radiology, 1990, 174, pp. 401-409.

87. Segebarth C.M., Baleriaux D.F., Arnold D.L., Luyten P.R., den Hollander J.A. MR image-guided P-31 MR spectroscopy in the evaluation of brain tumor treatment//Radiology, 1987, 165, pp. 215-219.

88. Справочник химика. Том 1. / гл. ред.: Никольский Б.П., изд-во: Л.: Химия, 1966, 1079 с.

89. Ordidge R.J., Connely A., Lohman J.A.B. Image-selected in vivo spectroscopy (ISIS): a new technique for spatially selective NMR spectroscopy // J Magn Reson., 1986, 66, pp. 283-294.