Диссертация (1144279), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Наиболее распространёнными методами визуализации крупных сосудов головного мозга являются 3D-РКА и МРА методы, поскольку обеспечивают возможность 3D реконструкции сосудистогодрева (Рисунок 1.12).Рисунок 1.12 — Артериальный кровоток, основанный на трехмерныхизображениях CTA для анализа кровотока в Круге Уиллиса. (a) Снимок 3DCTA-клинического изображение пациента с ишемическим инсультом (б)Трёхмерная сосудистая реконструкция с морфологическим удалениемучастков изображения костей (c) Цифровая реконструкция сосудов (d)Результаты моделирования кровотока. [88]Рентгеноконтрастная ангиография широко применяется для оценкисосудистых патологических состояний таких, как церебральные аневризмы, сосудистые пороки развития, окклюзионное заболевание и опухоли головного мозга [89].
Хотя cтандартный РКА обеспечивает трехмерную анатомическую информацию о сосудистой структуре мозга, которая полезнадля диагностики и хирургической стратегии планирования, он не позволяетдостоверно визуализировать гемодинамическое состояние внутричерепныхсосудов. На сегодняшний день проблема оценки функционального состояния сосудов РКА методом может решаться двумя способами: 1) визуализация сосудов методом с последующим моделированием сосудистой динамики на основе зарегистрированной геометрии сосудистой сети [90]; 2)применение методики поэтапной подачи контрастирующего агента с последующей оценкой изменений его локальной концентрации [91] по контраступолученных изображений рентгенограмм (Рисунок 1.13); За счёт применения контрастирующих агентов границы сосудистой сети на Z-сканах биоткани могут быть определены с высокой точностью при помощи функциипорогового преобразования яркости. В результате чего достигается возможность автоматизированной трёхмерной реконструкции и/или морфологиче-35ской сегментации разветвлённого сосудистого древа с высоким пространственным разрешением, от васкулатурного древа сосудов малого лёгочногокровообращения, до крупнейших артерий, таких как аорта [92].Рисунок 1.13 — КТ параметрическая карта (а).
Кровоток головного мозга(б). Объёмный кровоток мозга (с). Временная карта транзитаконтрастирующего агента (д). Цветовые карты кодируются впсевдоцветовом представлении от минимального значения (синий) домаксимального (красный). [91]Информация о динамике пульсаций крови разветвлённой сети церебральных сосудов может иметь критическое значение для оценки эффективности применения фибринолитических агентов на поражённые окклюдированные сосуды головного мозга. Однако существенными недостаткамиданной методики является не только лучевая нагрузка на организм, но ивысокая токсичность контрастирующего йодосодержащего агента. Частота осложнений в процессе проведения исследования варьирует от 0,02 до369% [93]. К тому же использование контрастирующего агента делает анализ функционального состояния стенок сосудов не достоверным. Магнитнорезонансная ангиография по времени пролёта является методом неинвазивной визуализации сосудистой сети [94].
Метод ЯМР, основанный на магнитных свойствах эритроцитов, позволяет визуализировать кровоток, втекающий в анализируемый объём биологической ткани. ЯМР метод позволяетвизуализировать трёхмерное пространственное распределение сосудистыхсетей и относительную перфузию анализируемой области биологическойткани без ограничений по глубине сканирования. ЯМР методика имеет низкое пространственное разрешение и не позволяет визуализировать сосудыменее 3 мм без использования контрастирующих агентов [95]. ПрименениеЯМР метода не позволяет измерять абсолютные значения скорости кровии локальное направление кровотока, но позволяет оценить относительныеизменения кровонаполненности ткани. Для неинвазивного локального измерения абсолютных значений скорости широко применяется методы ЛДА,основывающегося на фурье-анализа допплеровского сдвига частот (ДСЧ)лазерного рассеянного света на движущихся частицах.
Начиная 1972 годаC.Riva показал применения данной методики для измерения абсолютнойскорости крови [82]. Основным недостатком данного метода является тотфакт, что скорость крови измеряется только в зоне фокусировки пары когерентных лазерных пучков. Однако при увеличения числа фотодетектороввозможно перейти от точечных измерений скорости к измерениям по некоторой объёму биоткани [96]. Однако пространственное разрешение методаЛДА по прежнему невелико и позволяет адекватно анализировать динамику лишь единичного сосудистого сегмента. Метод спекл-визуализациимироциркуляций крови является полнопольным методом визуализации кровотока, который был предложен в середине 90-х годов прошлого века.
Оноснован на анализе пространственно-временных флуктуаций интенсивности эргодических и статистически однородных спекл-полей, оцениваемыхпутем усреднения во времени и в пространстве [97]. Как правило, в качестве источника когерентного освещения применяется расходящийся лазерный пучок красной или ближней инфракрасной спектральной области.Это объясняется тем, что биологическая ткань, в данном спектральном диа-37пазоне, обладает минимумом поглощения (625-975 нм) [98], что позволяетанализировать скорость движения эритроцитов на глубине вплоть до 1 мм.Поэтому основным достоинством метода ЛАСКА является возможность визуализации нативной разветвлённой сети сосудов сквозь кожу [99].
Однаков этом случае при расчёте двумерного поля скоростей учитываются движения всех рассеивателей анализируемого объёма, что вносит существеннуюпогрешность в измерения скоростей крови.Рисунок 1.14 — Репрезентативное изображение перфузии головного мозгамыши полученное методом спекл-контраста (а). Гистограмма перфузиимикрососудов мозга крысы (б). Перфузионная карта полученнаяредуцирпованным методом спекл-контраста (с). Гистограммакровонаполненных микрососудов (д). [100]Редуцированный алгоритм ЛАСКА (RT-LASCA) анализирует дисперсию контраста лазерных спеклов в некотором временном интервале дляопределения участков карты скоростей со случайной вариацией контрасталазрных спеклов, которые соответствуют прилегающей биоткани (Рис.3).38Последующая бинаризация и пороговая фильтрация карт распределенияконтраста лазерных спеклов позволяет определить морфологию разветвлённой сети сосудов, однако пространственного разрешения данной методикине достаточно для визуализации сосудов менее 150 мкм [101].Рисунок 1.15 — ОКТ визуализация сосудов головного мозга мыши.Проекция максимальной интенсивности ОКТ ангиографии (слева), картаскоростей крови (центральная часть), коэффициент диффузии (справа).Глубина сканирования 0-350 мкм.
Шкала соответствует 100 мкм (а).Суперпозиция карт скоростей и диффузии (б). Аксиальный профильскорости и диффузии для сосуда 31 мкм (слева) и 51 мкм (справа) (с). [104]Анализируемая площадь биоткани для метода спекл-анализа зависитв основном только от поля зрения системы регистрации изображений биоткани и может достигать десятков сантиметров. Поэтому данная методикашироко применяется для визуализации относительной перфузии коры головного мозга [101] и динамики кровотока в сосудах глазного дна. Так как,процесс флуктуации лазерных спеклов является случайным, то абсолютныезначения скорости крови и положения стенок сосудов не могут быть однозначно определены.
Метод допплеровской ОКТ основывается на отражениии обратном рассеянии излучения низкокогерентного источника, с последующей трёхмерной реконструкцией внутренней структуры биоткани. На се-39годняшний день ОКТ системы применяются для рутинных исследованийструктуры сетчатки глаза. По величине доплеровского сдвига интерференционного сигнала ДОКТ позволяет реконструировать карты скоростей крови [102] на глубине порядка 1 мм (Рисунок 1.15).
Данный метод успешноприменяется для моделирования процессов транспорта кислорода в мозгемыши, на основе трёхмерной иерархии сосудистой сети и её скоростныххарактеристик [103].К недостаткам ДОКТ можно отнести: 1) проблематичность оценкискорости крови в капиллярных сетях; 2) возможность измерения только модуля скорости крови без определения направления движения эритроцитов;3) невозможность анализа вихревых микропотоков.
ДОКТ методика является крайне чувствительной к непроизвольным движениям биологическойткани, из-за процессов сердцебиения и дыхания, которые не могут бытьскомпенсированы механическими способами. Поэтому применение данногометода для продолжительных биологических наблюдений является затруднительным.40Глава 2. PIV анализ сосудистых микропотоков крови2.1ВведениеОптическая микроскопия в биомедицине является наиболее распространённым методом визуализации и анализа структуры биологическихобъектов, которая основывается на визуализации двухмерных оптическихсрезов биологических тканей. С появлением цифровых датчиков изображений появилась возможность визуализации и анализа таких быстротекущихдинамических процессов как пульсация крови. Задача измерения значенийскорости крови ассоциирована с проблемой анализа объёмного расхода крови, которая характеризует функциональное состояние биоткани и можетприменяться для раннего выявления патологических состояний кровеносных сетей.Метод анемометрии по изображению частиц (PIV) относится к неинвазивным методам анализа, который позволяет вычислять поля скоростейдинамики микропотоков крови, как для отдельных сосудистых сегментов,так и для кровеносных сетей по оптическим изображениям движущихсяэритроцитов.
В отличие от распространенных методов флуоресцентной ангиографии, для PIV метода не требуется применение дополнительных контрастирующих агентов, так как форменные элементы крови сами по себевыступают в качестве частиц-трассеров. В 2012 году Poelma C. [103] показал, что точность вычисления скорости крови по изображениям движущихся эритроцитов, методом PIV анализа, сопоставима с точностью измеренияскорости крови по движению флуоресцентных частиц-трассеров.
Комбинируя методы флуоресцентной визуализации с цифровыми методами PIV анализа, достигается возможность визуализировать движения частиц-трассеровв сети кровеносных сосудов, одновременно отслеживая локальное состояние кровеносной системы (переключение сосудистых ответвлений, образование тромбов и т.д.)41Метод PIV заключается в измерении мгновенной скорости потока путем анализа двух и более последовательно зарегистрированных изображений перемещающихся в потоке частиц-трассеров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
