Достижения в неконтрастных методах мри для визуализации почек и печени

Введение: неудовлетворенная потребность в бесконтрастной абдоминальной визуализации

Магнитно-резонансная томография (МРТ) стала незаменимым инструментом для оценки почек и печени, предлагая беспрецедентные контрастные и многоплановые возможности мягких тканей. В нынешней практике контрастные агенты на основе гадолиния (GBCA) обычно вводятся для выявления и характеристики очаговых поражений, оценки анатомии сосудов и количественной оценки функции органов. Однако растущее осознание рисков, связанных с контрастными средами, включая нефрогенный системный фиброз (NSF) у пациентов с тяжелыми нарушениями почек, острыми аллергическими реакциями и отложением гадолиния в мозге, стимулировало значительный сдвиг в этой области. Неконтрастные методы МРТ больше не являются нишевым вариантом, но все чаще признаются надежными подходами первой линии для гепаторенальной визуализации. Эта статья обеспечивает подробный обзор последних достижений в методах неконтрастной МРТ для почек и печени, подчеркивая их основные принципы, клинические применения, диагностические характеристики и практические соображения для радиологических отделений.

Мы сосредоточимся на четырех основных методах, которые показали наиболее значительные клинические и технические усовершенствования: диффузионно-взвешенная визуализация (DWI), визуализация уровня кислорода в крови (BOLD), маркировка артериального спина (ASL) и передовые методы релаксометрии. Каждый из них будет обсуждаться отдельно, с вниманием к тому, как последние аппаратные и программные инновации улучшают качество изображения, воспроизводимость и количественную точность.

Диффузионно-взвешенная визуализация (DWI): за пределами качественной оценки

Физика и текущий клинический рабочий процесс

Диффузионно-взвешенная визуализация количественно определяет случайное броуновское движение водных протонов в ткани. В почках и печени микроструктура ткани — такая как плотность клеток, трубчатая целостность и фиброзная инфильтрация — непосредственно ограничивает диффузионность воды. Кажущийся коэффициент диффузии (ADC) служит основным биомаркером; снижение значений ADC связано с гиперцеллюлярностью опухоли, в то время как фиброз и воспаление также снижают диффузионность. Современный клинический DWI обычно выполняется с однократной эхо-планарной визуализацией (EPI) с использованием по меньшей мере двух b-значений (например, 50 и 800 с / мм2). Недавние достижения включают использование параллельной визуализации, одновременное ускорение нескольких срезов (SMS) и устойчивые к движению последовательности, которые уменьшают респираторные артефакты, позволяя высококачественный DWI у свободно дышащих пациентов.

Почечные приложения DWI

DWI появился как надежный инструмент для отличия доброкачественных от злокачественных почечных масс. Мета-анализы последовательно сообщают о чувствительности и специфичности выше 85% для дифференцировки прозрачной клеточной почечной карциномы (ccRCC) от бедных жиром ангиомиолипом, на основе порогов ADC. Метод также помогает в характеристике папиллярных опухолей и прогнозировании степени опухоли. Помимо характеристики поражения, DWI позволяет оценивать диффузную почечную болезнь. При хронической болезни почек (CKD) коррелирует кортикальный ADC обратно с гистологическим фиброзом и снижением СКФ. Недавняя работа с использованием модели DWI с несколькими значениями b, которая отделяет чистую диффузию от микроперфузии, добавила чувствительность сосудов, что позволяет измерять трубчатый поток и фракцию перфузии в почечной медиулле. IVIM особенно привлекательна, поскольку она не требует контраста и может повторяться последовательно для мониторинга ответа на терапию при пиелонефрите или острой травме почек.

Печеночная DWI и фиброзная стадия

В печени DWI всё чаще используется для выявления поражений и постановки фиброза. Для очаговых поражений печени DWI помогает в различении гемангиом, кист и метастазов от первичной гепатоцеллюлярной карциномы (HCC). Более высокое b-значение DWI (≥800 с/мм2) улучшает видимость поражения путем подавления фонового сигнала печени. Для диффузного заболевания ADC был проверен против гистопатологии как биомаркера фиброза печени как при хроническом гепатите С, так и при неалкогольной жировой болезни печени (NAFLD). ADC прогрессивно снижается при более высокой стадии фиброза, коррелируя с осаждением коллагена и архитектурным искажением. Однако только DWI имеет ограниченную точность для раннего фиброза (F0-F2). Для преодоления этого исследователи объединили DWI с другими неконтрастными последовательностями, такими как картирование T1 или MR эластография. Развитие DWI высокого разрешения при 3 Т наряду с передовыми методами разделения жировой воды дополнительно улучшает воспроизводимость и уменьшает

Уровень кислорода в крови - зависимая (BOLD) МРТ: функциональное изображение кислородного излучения

Принципы и технические достижения

BOLD визуализация использует парамагнитный эффект дезоксигемоглобина. В регионах высокого потребления кислорода или плохой перфузии повышенная концентрация дезоксигемоглобина сокращает T2*, вызывая потерю сигнала на T2*-взвешенных градиент-эхо последовательностях. Эффект BOLD, таким образом, обеспечивает суррогат для оксигенации тканей. В почках кортикомедуллярный кислородный градиент имеет решающее значение для поддержания способности к концентрации и трубчатой функции. Почечная МРТ BOLD традиционно сообщает о параметре R2* (1/T2*), который увеличивается при гипоксии. Недавние технические уточнения включают: (1) многоэхо-градиент-эхо последовательностей, которые отображают R2* по почкам и печени в одном дыхании, (2) 3D-приобретения BOLD, которые покрывают весь орган, и (3) респираторные методы, которые устраняют загрязнение движения. Протоколы вызова гипероксии - где пациенты дышат 100% кислородом - были использованы вместе с BOLD для оценки способности почки увеличивать оксигенацию,

Почечная коробка на практике

BOLD MRI особенно ценен при оценке ишемии почек и оценке ответа на ингибиторы ангиотензинопревращающих ферментов или диуретиков. У пациентов со стенозом почечной артерии BOLD может обнаруживать медуллярную гипоксию до снижения СКФ. Исследования показали, что значения R2* в медулле коррелируют с почечным кровотоком и предсказывают ухудшение функции почек. BOLD также имеет потенциал в острых состояниях: при остром отторжении после трансплантации повышенный медуллярный R2* коррелирует с воспалением, при остром трубчатом некрозе градиент между корой и медуллой утрачивается. Несмотря на эти многообещающие данные, рутинное клиническое принятие BOLD ограничено отсутствием стандартизации. Предпринимаются усилия по созданию консенсусных протоколов от ISMRM и ESMRMB, которые должны улучшить межсайтовую сопоставимость.

Печеночный пузырь: воспаление, фиброз и стеатоз

В печени BOLD использовался для оценки печеночного фиброза и воспаления. Хронический гепатит приводит к увеличению потребления кислорода путем инфильтрации иммунных клеток и активированных звездчатых клеток, обнаруживаемых повышенным R2*. Метаанализ печеночного BOLD для постановки фиброза сообщал о объединенной чувствительности 80% и специфичности 75% для F≥2 фиброза, хотя производительность ниже, чем МР-эластография. Однако BOLD можно добавить к стандартному протоколу печени без дополнительной платы и может быть выполнен в течение нескольких минут. Более недавнее применение заключается в оценке печеночного стеатоза: само осаждение жира не напрямую изменяет R2*, но в сочетании с картированием T2*, BOLD может отделять эффекты железа и жира. У пациентов с NAFLD R2*, полученный из BOLD, коррелирует с содержанием железа в печени, которое часто повышается при метаболическом синдроме. Этот комбинированный подход помогает дифференцировать чистый стеатоз от стеатогепатита с перегрузкой железа — ценный для раннего стратификации риска

Маркировка артериального спина (ASL): количественная перфузия без контраста

Как работает ASL и последние инновации

Маркировка артериального спина является полностью неинвазивным методом измерения перфузии тканей с использованием магнитно помеченных водных протонов в артериальной крови в качестве эндогенного индикатора. В почках и печени ASL обычно использует один инверсионный импульс для маркировки притока крови в основных питающих артериях (например, почечная артерия или целебная ось), за которым следует задержка (пост-лейбловая задержка), чтобы позволить меченной крови достичь паренхимы. Полученные изображения с взвешенной перфузией вычитаются из контрольных изображений и устанавливаются на кинетическую модель для оценки потока почечной крови (RBF) или печеночной перфузии в миллилитрах на 100 г в минуту. Недавние инновации включают: (1) схемы подавления фона, которые уменьшают сигнал статической ткани, улучшая SNR, (2) 3D быстрое считывание спин-эхо (например, 3D GRASE), которые позволяют полностью охватить орган, и (3) многофазный ASL, который может отдельно измерять кортикальную и медуллярную пер

Почечная асл: мониторинг СКФ и сосудистой болезни

Почечная АСЛ является одним из наиболее зрелых методов неконтрастной перфузии. Она обеспечивает абсолютную количественную оценку RBF, которая тесно связана с GFR. У пациентов с гипертонической болезнью корковая перфузия предшествует структурному повреждению, и ASL может идентифицировать асимметричную перфузию в стенозе почечной артерии. Метод также используется для мониторинга перфузии трансплантата — падение RBF на ASL может указывать на отказ или задержку функции трансплантата до биопсии. При диабетической нефропатии ASL обнаруживает раннее снижение перфузии даже тогда, когда GFR все еще нормальный. Ключевым преимуществом является способность выполнять повторные меры без контраста: это позволяет проводить стресс-тестирование (например, после каптоприла) и продольное наблюдение. В документе консенсуса 2022 года Исследовательская группа ASL одобрила стандартизированный протокол почечной АСЛ для многоцентровых испытаний, и несколько поставщиков теперь предоставляют пакеты ASL с FDA для использования в брюшной полости.

Печеночная АСЛ: вызовы и прогресс

Печеночная АСЛ является более сложной, чем почечная АСЛ, из-за дыхательного движения, двойного кровоснабжения (печеночная артерия и портальная вена) и необходимости более длительных задержек после мечения, чтобы позволить доставку трассера через портальную циркуляцию. Тем не менее, недавние технические разработки - особенно использование перфузионной визуализации с помощью многократного считывания 3D - сделали возможным перфузионное изображение печени. Количественная перфузия печени, полученная из АСЛ, хорошо коррелирует с контрастно-усиленной перфузионной КТ и 15 О-водяной ПЭТ. Приложения включают оценку диффузного заболевания печени: при циррозе общая перфузия печени уменьшается, а артериальная фракция увеличивается. В ГЦК опухоли показывают высокую и гетерогенную перфузионную активность, которую можно отличить от соседней паренхимы печени. Исследование 2021 в радиологии

Новые неконтрастные методы: T1 Mapping, T2 Mapping и MRE

T1 и T2 релаксометрия

Нативное картирование T1 (без контраста) и картирование T2 являются количественными методами МРТ, которые исследуют состав тканей. В печени нативные значения T1 сильно коррелируют с фиброзом и воспалением — время T1 увеличивается по мере расширения внеклеточного матрикса. В сочетании с картированием T2* для коррекции на железо, свободный от модели параметр «cT1» (исправленный T1) был проверен для постановки NAFLD и фиброза в крупных многоцентровых испытаниях. Для почек нативное картирование T1 может обнаруживать фиброз и отек; высокое корковое отображение T1 у пациентов с ХБП коррелирует с интерстициальным расширением. Картирование T2 менее установлено для почек, но показывает перспективность в обнаружении острого пиелонефрита. Добавление этих последовательностей к неконтрастному протоколу добавляет только 2-3 минуты времени сканирования и может обеспечить количественные отсечки для стратификации заболевания.

MR Elastography (MRE)

МР-эластография является наиболее точным неконтрастным методом оценки фиброза печени, с чувствительностью более 90% при прогрессирующем фиброзе. МРЭ работает путем распространения механических волн сдвига через печень и измерения их скорости, которая увеличивается с жесткостью тканей (фиброз). Современные последовательности МРЭ используют вибрации 60-80 Гц, считывания ЭПИ 2D-градиента или спин-эха и автоматизированные алгоритмы инверсии волн. В то время как традиционно требуется конкретное оборудование (активный драйвер), последние разработки позволяют МРЭ выполнять с пассивными драйверами, помещенными под пациента, что облегчает его реализацию. Для почек МРЭ все еще экспериментально, но показало, что жесткость почек увеличивается при фиброзе и уменьшается при обструктивной нефропатии. Проблема заключается в том, что МРЭ почек зависит от кровяного давления и потока мочи, поэтому протоколы должны быть тщательно стандартизированы.

Клиническая реализация: стратегии и подводные камни

Перемещение неконтрастной МРТ в рутинную гепаторенальную визуализацию требует оптимизации протокола, обучения радиологов и понимания ограничений каждой техники. Для многих учреждений рационализированный неконтрастный протокол печени может включать: осевой T2-взвешенный HASTE, DWI (b50, b800), T1-взвешенный в/вне фазы, родное картирование T1 и 2D MRE. Для почечной визуализации: осевая T2, DWI, ASL, BOLD и T1 картирование. При применении у пациентов с противопоказаниями к гадолинию (eGFR <30 mL/min/1.73m², prior allergic reaction, or patient preference), these protocols can replace 80–90% of contrast-enhanced studies, with some diagnostic loss only for detecting small (<1 cm) hypervascular metastases or for evaluating complex vascular anatomy like active bleeding. Many radiology departments are now adopting ACR руководство , которое одобряет неконтрастные альтернативы в качестве первой линии в группах риска.

Ограничения, которые нужно иметь в виду

Будущие направления и исследования

Следующая волна инноваций, вероятно, будет сосредоточена на (а) реконструкции глубокого обучения для ускорения приобретения и сокращения артефактов, (б) одновременном многопараметрическом приобретении — например, комбинированном DWI и BOLD в одной последовательности для экономии времени, (в) удалении артефактов движения с использованием самонавигатора и (г) специализированной синтетической контрастной визуализации, где нативные последовательности используются для создания виртуальных изображений с усилением контраста (например, с использованием диффузии для прогнозирования сокращения T1). По мере созревания этих методов цель состоит в том, чтобы достичь всеобъемлющего неконтрастного МРТ-исследования, которое может заменить исследования с усилением гадолиния для большинства клинических показаний. Международные реестры собирают данные о многоцентровой воспроизводимости неконтрастных биомаркеров, и радиологи должны контролировать NIDDK's Kidney MRI Atlas и аналогичные инициативы для развивающихся стандартов.

Заключение

Неконтрастная МРТ почек и печени продвинулась от элементарной альтернативы сложному инструменту, способному предоставлять как структурную, так и функциональную информацию. DWI, BOLD, ASL, T1/T2 картирование и MRE каждый предлагают уникальные и взаимодополняющие идеи - от клеточности и оксигенации до перфузии и жесткости. С постоянными техническими улучшениями, проверенными протоколами и растущими клиническими доказательствами эти методы готовы к более широкому внедрению. Для пациентов с противопоказаниями к контрастным агентам или тем, которые требуют повторного получения изображений, неконтрастная МРТ предлагает безопасный, эффективный и все более точный вариант. Радиологи и врачи-референты должны знать о возможностях и ограничениях каждой техники, чтобы выбрать наиболее подходящий подход для своих пациентов.