ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Наиболее распространенным злокачественным новообразованием считается рак легких. Ежегодно в мире регистрируется более 1 миллиона случаев данного заболевания (в России – 60000), при этом прирост данного заболевания составляет 5-8%. Стоит отметить, что рак легких – один из наиболее агрессивных видов рака, смертность в первый год после диагностирования составляет 50%, и лишь 10% проживают дольше 5 лет. И главная проблема – позднее диагностирование. В настоящее время существуют методы диагностики патологий органов дыхательной системы таких, как флюорография, рентгенография, компьютерная томография и др. Однако эти методы способны лишь приблизительно регистрировать заболевания легких на поздних стадиях, используя к тому же вредное для здоровья рентгеновское излучение. В свою очередь метод магнитно-резонансной томографии (МРТ) уже зарекомендовал себя как один из наиболее эффективных и безопасных неинвазивных методов медицинской диагностики. В клинических исследованиях он используется для диагностики водородсодержащих тканей. Легкие же содержат лишь незначительное количество воды, в основном воздух, что затрудняет их визуализацию средствами МРТ. Тем не менее существует способ визуализации легких методом МРТ с помощью гиперполяризованных благородных газов. Этот метод является безопасным и обладает высокой точностью в диагностике различных патологий дыхательной системы. Однако процедура формирования гиперполяризованного состояния инертных газов является исключительно дорогостоящим и трудозатратным мероприятием, что делает невозможным введение такого метода в общую клиническую практику для прохождения пациентами ежегодного обследования дыхательной системы по программам диспансеризации. В качестве альтернативного подхода мы предлагаем использовать в МРТ визуализации легких безопасные для человека фторированные газы. Ядро фтора-19 является одним из наиболее перспективных ядер для МРТ. В силу того, что фтор-19 имеет характеристики (гиромагнитное отношение, ларморову частоту, естественное содержание), близкие к водороду (1Н), то 19F-ЯМР сигнал на МРТ изображениях оказывается близким по интенсивности к протонному сигналу. К тому же атомы фтора-19, если и имеются в живых организмах, то лишь в пренебрежимо малых количествах, что обеспечивает отсутствие фоновых сигналов на 19F-МРТ изображениях. Таким образом, заполняя легкие фторированным газом, их можно визуализировать с помощью МРТ на ядрах фтора-19. И главной задачей данного проекта является разработка эффективного и безопасного метода визуализации морфологических структур органов дыхательной системы методами 19F-МРТ.
The most widespread malignant tumor is the lung cancer. Every year, more 1 million cases of this pathology are registered in world (60000 - in Russia). The lung cancer is the most aggressive cancer type with 50% mortality in the first year after diagnostics and only 10% live longer 5 years. And the main problem is late diagnostics. Now, there are some different pathology diagnostics methods - fluorography, X-ray diagnostics, computer tomography, etc. However these techniques are able to register only approximatly lungs pathologies on the latest stages using moreover harmful for health X-ray radiation. In turn, MRI method is the most effective and harmless non-invasive medical diagnostics one. Usually in clinic, MRI is used for hydrogen-containing tissues. But the lungs contain very small quantity of water, mainly air, that does difficult their visualization by MRI. However there is a lung visualization technique with using hyper-polarized inert gases. It is harmless and provides enough exact measurements in lung pathology diagnostics. Together with this, the preparation of hyper-polarized state is extremely expensive business, that makes this method as a clinic one impossible for every-year medical examination. As an alternative approach, we offer to use harmless fluoridated gases for MRI lung visualization. The fluorine-19 nucleus is the most perspective nuclei for MRI. Its characteristics (giro-magnetic ratio, Larmor frequency,natural content) are close to hydrogen (1H). Therefore 19F-NMR signal on MRI images is close to proton signal intensity. Additionally, the fluorine nuclei are contained in the living tissues in very small amounts, that provides background signal absence on the MRI pictures. So, filled by fluoridated gas lung can be visualized with help 19F MRI. The main problem of our project is developing morphological structures of lungs by 19F-MRI.
По завершении работ по Проекту будет разработан новый эффективный метод 19F-МРТ визуализации органов дыхательной системы с помощью фторуглеродных газовых смесей и аэрозолей. Будут получены образцы наиболее эффективных и нетоксичных фторуглеродных дыхательных смесей и аэрозолей, состав которых будет оптимизирован с помощью разработанной системы дозирования газов (кислорода, перфторированного газа, аэрозоля и др.). Будут определены ЯМР характеристики данных образцов и установлена их пригодность для визуализации легких в in vivo экспериментах на лабораторных животных. Будет определена возможность визуализации других органов дыхательной системы (альвеолы, бронхи, трахея), а также выявлена динамика данных фторуглеродных дыхательных смесей и аэрозолей в живом организме после ингаляции. Также будут проведены in vitro и in vivo исследования по визуализации и диагностированию патологий дыхательной системы (эмфиземы, опухолей и др.). На основе собранных данных будут подведены итоги об эффективности использования метода 19F-МРТ для визуализации легких с помощью фторсодержащих газовых смесей и аэрозолей в сопоставлении с известными в медицинской диагностике методами.
Коллектив, представляющий этот проект, входит в число ведущих научных коллективов страны, проводящих исследования в области магнитной томографии и ЯМР высокого разрешения. Разработаны общие методики 19F-МРТ измерений на томографах с полем 0.5 и 7 Тл, настроенных на ларморову частоту ядер фтора-19. Проведены многочисленные измерения локализации в организме фторсодержащих эмульсий типа кровезаменителя Перфторан. На сегодняшний день нами разработаны две новых 19F-МРТ модели получения изображений спинового (SE) и градиентного (GE) эхо на основе эффективного селективного возбуждения спектров ЯМР исследуемых фторуглеродных соединений. С помощью разработанных моделей проводились исследования по изучению динамики фторуглеродных эмульсий (Перфторан®, Перфтортрибутиламин) в живом организме. Кроме того, проводились исследования по визуализации зон воспалений в областях поражений вследствие опухолей или гнойных воспалений с помощью разработанных бимодальных контрастных агентов на основе фторуглеродных соединений, модифицированных препаратами, содержащими гадолиний. Данные агенты являются уникальными в том плане, что являются контрастирующим препаратом не только для 19F-МРТ изображений, но и для 1Н-МРТ изображений. Также в качестве предварительных исследований нами были проведены in vitro эксперименты по визуализации фторсодержащего газа перфторциклобутана C4F8. Его структурная формула такова, что все атомы фтора магнитноэквивалентны. Это способствует тому, чтобы в 19F-ЯМР-спектре присутствовала лишь одна мощная линия, которая содержит вклад всех 8 ядер фтора, входящих в молекулу. Линия может быть слегка расщеплена из-за спин-спинового (F-F) взаимодействия. Эксперименты по регистрации спектра 19F-ЯМР этого вещества подтвердили эту гипотезу.
Целью данного проекта была разработка методов МРТ визуализации органов дыхания с помощью фторсодержащих газовых смесей. Методика впервые была продемонстрирована на вырезанных легких кролика в начале 1980-х годов, а начиная с 2008 г., когда были получены первые изображения легких человека, стала активно развиваться в качестве перспективного направления медицинской диагностики. На сегодняшний день с помощью такого метода исследования можно получить информацию о вентилируемости, диффузии и парциальном давлении кислорода в легких. При этом наиболее часто в качестве фторсодержащих газов применяются гексафторид серы (SF6) и перфторпропан (C3F8). В основном это связано с тем, что эти газы уже используются в клинической практике в качестве контрастных агентов в ультразвуковой диагностике, в склеротерапии и т.д. Однако, несмотря на популярность и общедоступность, они обладают рядом недостатков их применения в 19F МРТ – сложный спектр ЯМР C3F8, а также сверхкороткие времена релаксации SF6 (~1.6 мс) затрудняют их визуализацию, снижая чувствительность метода. Кроме того, эти газы являются липофобными, что не позволяет использовать их для определения еще одного важного параметра – скорости газообмена в легких. Таким образом, основные задачи данного проекта состояли в следующем: 1. Поиск новых фторсодержащих соединений, которые, с одной стороны, способны давать диагностическую информацию, а с другой стороны, обладают большей липофильностью, чем газы SF6 и C3F8. 2. Анализ перспективности использования этих соединений. 3. Разработка новых методик, позволяющих повысить качество 19F МРТ исследований легких. Работа на всем протяжении проекта проводилась на МР томографе Bruker BioSpec 70/30 USR с постоянным магнитным полем 7 Тл на лабораторных животных – крысах, а на последнем этапе и на медицинском МР томографе Bruker Tomikon S50 с постоянным магнитным полем 0.5 Тл. Основные результаты, которые были получены за весь срок реализации проекта: проведена техническая модификация инфраструктуры имеющихся МР томографов с настройкой их на ларморову частоту ядер фтора-19; разработана система дозирования фторсодержащих газовых смесей в легкие животного с использованием для этих целей аппарата искусственной вентиляции легких; среди исследуемых фторсодержащих веществ отобран наиболее перспективный фторсодержащий газ – отечественный хладон R318C перфторциклобутан (C4F8, ПФЦБ); показано, что ПФЦБ значительно повышает чувствительность 19F МРТ исследований – при использовании импульсной последовательности с ультракоротким временем эхо (UTE) значение сигнал/шум на 19F МРТ изображениях легких выросло более чем в 8 раз по сравнению с использованием газа SF6; разработана методика получения 19F МРТ изображений легких на основе спинового эхо - RARE (быстрое получение изображений с увеличением релаксации), которая в отличие от стандартных методик, основанных на градиентном эхо, менее чувствительна к артефактам неоднородности поля; на основе данной методики разработан новый способ получения карт концентраций кислорода в легких; показано, что ПФЦБ действительно проникает через альвеолярно-капиллярную мембрану в легких, демонстрируя возможность оценки скорости газообмена с помощью данного газа; впервые на медицинском МР томографе получены 19F МРТ изображения легких человека при использовании контрастного газа ПФЦБ. Достигнутые результаты являются оригинальными и востребованными не только в России, но и во всем мире, а разработанные методики способны значительно повысить информативность метода 19F МРТ для визуализации легких.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 27 марта 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Разработка методов МРТ визуализации органов дыхания с помощью фторсодержащих газовых смесей |
Результаты этапа: | ||
2 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Разработка методов МРТ визуализации органов дыхания с помощью фторсодержащих газовых смесей |
Результаты этапа: | ||
3 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Разработка методов МРТ визуализации органов дыхания с помощью фторсодержащих газовых смесей |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".