Кардио-МРТ: увидеть работу сердца

Основные факторы сердечно-сосудистых заболеваний (ССС) — изменения образа жизни и глобальное старение человечества. Избежать их сложно, а вот продиагностировать и вовремя предотвратить можно уже сегодня. Об одном из современных методов исследования сердца, который не так давно начали использовать в мировой практике, рассказал Федор Мушенок, научный сотрудник лаборатории Philips Research Lab Rus.

— Федор, чем кардио-МРТ отличается от прошлых технологий диагностики сердечно-сосудистой системы?

— Человечество столкнулось с сердечно-сосудистыми заболеваниями сотни лет назад. Одним из первых методов диагностики патологий сердца стала аускультация — выслушивание звуков сердцебиения. Стетоскоп — прибор, который используется для аускультации, стал неотъемлемым атрибутом всех врачей и одним из символов медицины. Развитие электротехники в XIX веке позволило регистрировать электрические потенциалы сердца и предоставило врачам еще один метод диагностики — электрокардиограмму (ЭКГ).

Новые знания в области биологии и химии обеспечили понимание процессов в нашем организме на клеточном уровне. Врачи получили возможность выявлять патологии сердечно сосудистой системы по анализу крови. В XX веке было обнаружено явление ядерного магнитного резонанса, которое легло в основу магнитно-резонансной томографии (МРТ).

В наши дни метод МРТ уже стал достаточно привычным как для врачей, так и для пациентов. Он успешно применяется для исследования и обнаружения многих заболеваний, травм и часто является золотым стандартом для уточнения диагноза и оценки эффективности лечения. Такая популярность МРТ связана с его преимуществами: неинвазивностью, малой дозой ионизирующего облучения, которому подвергается пациент, а также возможностью получать подробные изображения внутренних органов. В свою очередь, кардио-МРТ позволяет детально рассмотреть и проанализировать не только процесс сокращения сердца, но и состояние тканей органа.

— Как именно проводится такая диагностика?

— МРТ — сканирующий метод исследования, то есть аппарат получает изображение заданного органа не в один момент, а делает это последовательно, составляя изображение из отдельных трехмерных элементов — вокселей (VOlume piXEL). Поэтому сканируемый объект должен оставаться неподвижным, иначе изображения будут размытыми и неинформативными. В самых первых аппаратах МРТ пациенту приходилось оставаться неподвижным по несколько часов, а пройти такое обследование было под силу далеко не каждому. Развитие технологий позволило сократить время получения одного МР-изображения до десятков секунд. В случае МРТ конечностей, спины или головного мозга неподвижности человека достичь несложно — зачастую достаточно желания пациента. Но сердце — подвижный орган, и он требует немного иного подхода при МР-диагностике.

— Как же в этом случае провести такое МР-исследование?

— Безусловно, никто не может остановить сердцебиение по своему желанию даже на минуту. Чтобы решить эту задачу и провести точную диагностику, на тело пациента закрепляют датчики, которые регистрируют электрокардиограмму и дыхание пациента. Поступающие с них сигналы используются для запуска процесса сканирования в одной и той же фазе сердечного цикла. За один цикл сканируется один участок сердца, в следующий цикл — другой и так далее. В итоге изображение сердца складывается как пазл из нескольких частей, полученных в разные циклы сердечных сокращений. Следует учитывать, что сердце состоит из множества различных тканей, каждая из которых дает свой индивидуальный сигнал МРТ. Для того чтобы выделить на снимке только те ткани, которые нужны, и уменьшить сигнал от нежелательных (например, кровь или жир), врачи подбирают параметры МРТ сканера так, чтобы испускаемый ими сигнал был близок к нулю.

— Что позволяет увидеть МРТ сердца и какие заболевания можно выявить с помощью этого метода?

— Во-первых, с его помощью можно провести морфологические исследования. Метод дает возможность получить изображение отдельных частей сердца — камер, клапанов и сосудов. К примеру, злокачественные новообразования сердца очень сложно обнаруживаются, а на МРТ они отчетливо видны, что может повысить шансы на успешное лечение.

Во-вторых, с помощью кардио-МРТ врачи проводят анализ тканей сердца. Некоторые заболевания приводят к накоплению ионов железа в сердечной мышце. Наш организм не способен избавляться от избытка этого металла, который нарушает биохимический состав и препятствует нормальной работе органов. Повышение концентрации ионов железа ускоряет затухание сигнала МРТ. Это явление позволяет количественно оценить концентрацию железа и выбрать оптимальный метод лечения.

В-третьих, кардио-МРТ обеспечивает четкую визуализацию сердечной функции — создание тока крови через легкие и другие органы тела. Кардио-МРТ — один из лучших методов для оценки эффективности сердечной функции. Для выявления патологии врачи получают последовательность МР-изображений сердца, которые получены в разные фазы цикла сердечных сокращений. Из полученных снимков составляется анимация, на которой можно детально проанализировать все этапы цикла сердечного сокращения.

В-четвертых, МРТ сердца позволяет оценить перфузию — подведение и пропускание крови. Эффективность и стабильность кровоснабжения сердца определяет то, насколько оно способно адаптироваться к разным нагрузкам. Одним из примеров острого нарушения кровоснабжения сердечной мышцы (миокарда) является инфаркт, который каждый год уносит жизни десятков тысяч россиян. Кардио-МРТ позволяет качественно и количественно оценить эффективность кровоснабжения миокарда. Для этого пациенту внутривенно вводят препараты гадолиния, которые ускоряют затухание сигнала МРТ и помогают выявить патологию.

— Есть какие-либо противопоказания для проведения кардио-МРТ?

— Для пациентов МРТ — это комфортный и безболезненный способ диагностики, который позволяет в короткие сроки узнать о состоянии своей сердечно-сосудистой системы. Эта процедура практически ничем не отличается от МРТ других органов, за исключением того, что на теле пациента фиксируются датчики, отслеживающие сердечную активность и дыхание. В целом противопоказания для проведения МРТ сердца такие же, как и для МРТ других органов: наличие металлических имплантатов в теле пациента или невозможность сохранять неподвижность в течение длительного времени, индивидуальная непереносимость контрастного вещества, клаустрофобия и другое.

Долгое время серьезным затруднением для выполнения кардио-МРТ было наличие у пациента нарушения сердечного ритма. В этом случае практически невозможно предугадать, как будет сокращаться сердце пациента, и добиться синхронизации МРТ сканера. Но в последние несколько лет это ограничение успешно преодолевают: новые технологии позволяют настроить сканер так, чтобы исследование было проведено с максимальной точностью.

— Какие принципы положены в основу инноваций в области МРТ сердца?

— Все усилия по совершенствованию кардио-МРТ можно разделить на два направления: повышение качества снимков и помощь врачам в работе с огромным количеством получаемых изображений. Используя новые технологии, мы можем вывести качество визуализации на новый уровень. Для этого производители медицинского оборудования работают над модернизацией функционала аппаратов. Что касается анализа изображений, то за время одного такого исследования врачи могут получить сотни снимков. Просмотреть их все, провести исследование и быстро составить целостную картину зачастую уже не под силу человеку. Чтобы помочь врачу проанализировать большой массив полученных данных, ученые внедряют технологии искусственного интеллекта (ИИ) в работу МР-сканеров.

ИИ способен самостоятельно проинтерпретировать все полученные снимки, оценить жизненно важные параметры и сравнить результаты с предыдущими для выявления динамики заболевания. Например, для диагностики эффективности работы сердца необходимо оценить объемы камер сердца в сокращенном и расслабленном состояниях. Подобные вычисления с успехом могут быть поручены компьютерному алгоритму, который сам выделит на снимках анатомические структуры — сердечную мышцу, стенки, клапаны, сосуды и другое. По результатам такой сегментации будут рассчитаны объемы камер и оценено состояние органа. В итоге врач освобождается от выполнения рутинных действий, больше концентрируется на анализе полученных результатов и постановке диагноза.

— В данной области очень важна роль медицинской визуализации: что делают в лабораториях Philips Research, чтобы изображения для диагностики были более четкими и достоверными?

— Специалисты научно-исследовательских лабораторий Philips Research по всему миру разрабатывают инновационные подходы к медицинской визуализации и стремятся сделать работу врачей-кардиологов более эффективной, а диагностику пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями — комфортной и быстрой. Ученые прикладывают значительные усилия в разработке инновационных методов получения, анализа и визуализации кардио-МРТ. Такие технологии позволяют врачам применять новейшие достижения в области искусственного интеллекта в повседневной практике, ставить точные диагнозы и назначать лечение с учетом индивидуальных особенностей пациентов. При этом сегодня нам приходится сталкиваться с трудностями, общими для всех систем искусственного интеллекта.

— О каких трудностях идет речь?

— К примеру, мы можем обучить алгоритм сегментации: он будет искать сердце преимущественно в левой части грудной клетки. Но однажды алгоритм может столкнуться с редкой особенностью анатомического развития пациента — декстрокардией, при которой сердце находится справа. Как себя поведет этот алгоритм и насколько правильно он будет работать? Пока мы не можем этого предугадать. Сегодня сотрудники Philips Research работают над совершенствованием технологий ИИ, чтобы компьютерный алгоритм еще точнее выявлял изменения в организме.

Еще одна задача, которая стоит перед нами, — увеличить степень достоверности результатов, полученных с помощью ИИ. Врач, столкнувшийся с неизвестным для него диагнозом, обратится к медицинским справочникам или соберет консилиум. С компьютерными алгоритмами ситуация немного иная: большинство из них может выдавать только финальное решение — да или нет, норма или патология. К сожалению, пока практически ни один алгоритм не умеет сообщать «я такого никогда не видел и не знаю, что это». Поэтому сейчас важно научить компьютер не только давать ответ, но и оценивать степень достоверности полученных результатов.

— Какие возможности кардио-МРТ открывает для врачей? Применяется ли этот метод исследования в России?

— Кардио-МРТ позволяет получать точные данные о состоянии всех структур сердца и окружающих его тканей. Сегодня этот метод — один из наиболее востребованных способов диагностики в кардиологии и кардиохирургии. С его помощью врачи могут в короткие сроки провести наблюдение пациента в послеоперационный период, проанализировать наличие врожденных или приобретенных пороков сердца, а также выявить воспалительные процессы, заболевания аорты и коронарных сосудов. Благодаря МРТ можно сократить время, необходимое для выявления заболевания.

Кроме того, оно позволяет распознать патологии, которые могут быть не замечены во время других обследований. Сегодня кардио-МРТ проводят во многих российских кардиологических центрах и многопрофильных клиниках. Современное оборудование, установленное в лечебных учреждениях, позволяет пациентам пройти диагностику и своевременно провести необходимую терапию.