Возможности магнитно-резонансной томографии в диагностике поражений легких при COVID-19

Полный текст

АКТУАЛЬНОСТЬ

Коллективный опыт диагностики поражения легких при COVID-19 свидетельствует о решающей роли компьютерной томографии высокого разрешения (КТВР) как для выявления пневмонии, так и детальной оценки распространенности поражения и мониторинга эффективности терапии [1–3]. КТ-семиотика пневмонии COVID-19 к настоящему моменту достаточно детально изучена: наиболее часто обнаруживаются множественные фокусы повышения плотности легочной паренхимы по типу «матового стекла» субплевральной или перибронховаскулярной локализации, в части случаев сопровождаемые ретикулярными изменениями в виде утолщения междольковых перегородок и внутридолькового интерстиция вплоть до формирования феномена «булыжной мостовой» [4–6]. При легком течении заболевания могут регистрироваться солитарные фокусы «матового стекла» либо немногочисленные очажки перибронхиальной локализации. При прогрессировании процесса зоны «матового стекла» трансформируются в участки консолидации, которые при неблагоприятном течении заболевания вовлекают большие объемы легочной ткани, особенно в базальных сегментах нижних долей, вплоть до субтотального и тотального поражения легких. В целом радиологический симптомокомплекс пневмоний, вызванных COVID-19, не является уникальным и близок другим вирусным поражениям легких, например, вирусом гриппа или цитомегаловирусом [7]. У большинства пациентов все изменения подвергаются обратному развитию, лишь в случаях обширного поражения на месте зон консолидации может ожидаться формирование интерстициального фиброза, что аналогично течению пневмоний при гриппе H1N1 [8].

Несмотря на высокую диагностическую ценность КТВР в выявлении паренхиматозных и интерстициальных изменений в легких, общеизвестно, что данный метод основан на использовании ионизирующего излучения, связан с достаточно высокой лучевой нагрузкой, особенно при частых повторных исследованиях, как в случае с COVID-19-пневмониями, поэтому стремление к снижению дозовых нагрузок через применение методов диагностики, не использующих ионизирующего излучения, не теряет актуальности. В этом смысле определенные надежды могут быть возложены на магнитно-резонансную томографию (МРТ) как метод, обладающий высокой тканевой чувствительностью и широкими возможностями выявления различных патологических изменений в тканях.

Цель исследования — оценить возможности МРТ легких в диагностике пневмоний, вызванных новой коронавирусной инфекцией, описать симптомы, характерные для поражения паренхимы легких с использованием различных импульсных последовательностей, сопоставить полученные результаты с данными КТВР.

МЕТОДЫ

Дизайн исследования

Данное исследование является пилотным. Выполнялась МРТ легких пациентам с подтвержденной ПЦР-тестами коронавирусной инфекцией COVID-19, имевшим признаки воспалительных изменений в паренхиме легких при КТВР.

Критерии соответствия

Включались взрослые пациенты обоих полов, любых возрастов. Исключались пациенты с тяжелой дыхательной недостаточностью, требовавшей кислородной поддержки.

Условия проведения

Обследованы пациенты, поступившие в ФГБУ ФНКЦ ФМБА России, перепрофилированный в центр лечения COVID-19 на 400 коек, в период с 15.04.2020 по 10.06.2020.

Описание медицинского вмешательства

Обследование проводилось с использованием методов КТВР и МРТ. Во всех случаях диагноз был подтвержден с помощью анализа назофарингеальных мазков методом полимеразной цепной реакции (ПЦР).

Компьютерная томография выполнялась на КТ-сканерах Toshiba Aquilion 64 (Япония), Philips Ingenuity 128 (Нидерланды) и Siemens Somatom Defitition Edge (Германия). МРТ-исследование проводилось на аппарате GE Discovery MR750w 3.0T (США). Кабинеты КТ и МРТ находились в зоне инфекционного заражения — «красной зоне», оценка результатов исследования осуществлялась вне ее — в «зеленой зоне». Набор МРТ-импульсных последовательностей включал следующие программы: для получения Т2-взвешенных изображений (Т2-ВИ) применяли T2 SS-FSE, T2 FS PROPELLER, для Т1-взвешенных изображений (Т1-ВИ) — T1 LAVA (IN PHASE, OUT PHASE, WATER, FAT), для диффузионно-взвешенных изображений (ДВИ) — DWI (в 4 случаях). Сбор данных проводился в фазу выдоха (без респираторной синхронизации) или с использованием навигатора и датчика дыхания (последнее применялось у пациентов с одышкой и трудностями сдерживания кашлевого рефлекса). КТ во всех случаях выполнялась в день госпитализации, МРТ — в первый или второй день пребывания в стационаре. Во всех случаях клиническое состояние пациентов коррелировало с рентгенологическими данными (у 10 больных было констатировано состояние средней тяжести, в одном случае клиническое состояние пациента было расценено как тяжелое). КТ-стадирование выявляемых изменений было произведено по следующей классификации. Стадия КТ1 соответствовала зонам уплотнения по типу «матового стекла» (вовлечение паренхимы легкого ≤ 25%), стадия КТ2 выставлялась при наличии зон уплотнения по типу «матового стекла» (вовлечение паренхимы легкого 25–50%) с единичными участками консолидации, стадия КТ3 — при наличии зон уплотнения по типу «матового стекла», зон консолидации (вовлечение паренхимы легкого 50–75%), КТ — соответствовала диффузному уплотнению легочной ткани по типу «матового стекла» и консолидации в сочетании с ретикулярными изменениями (вовлечение паренхимы легкого ≥ 75%), а также присоединению двустороннего гидроторакса [9].

Исходы исследования

Основной исход исследования

Определение чувствительности метода МРТ по отношению к выявлению воспалительных изменений в легочной паренхиме при COVID-19 пневмониях.

Этическая экспертиза

Исследование не носило интервенционного характера, КТВР проводилась в рамках обследования пациентов с COVID-19 по клиническим показаниям, МРТ является методом, не несущим рисков для пациента, поэтому проведение этической экспертизы не требовалось.

Статистический анализ

Проведена качественная оценка радиологических феноменов; количественной оценки и статистической обработки не проводилось.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Объекты (участники) исследования

Обследовано 15 пациентов, из них 8 мужчин и 7 женщин, в возрасте от 45 до 83 лет, средний возраст 61 год. Во всех случаях поражение легких, вызванное коронавирусной инфекцией COVID-19, было подтверждено при помощи ПЦР-анализа назофарингеальных мазков.

Респираторная синхронизация потребовалась в 5 случаях из 15; 7 пациентов не смогли во всех случаях уверенно выполнять команды по задержке дыхания, несмотря на отсутствие одышки в покое, в силу чего на МР-томограммах констатировано присутствие артефактов, связанных с динамической нерезкостью разной степени выраженности, наличие которых в большинстве случаев все же позволило интерпретировать полученные изображения. Длительность исследования зависела от состояния больного и составляла от 25 до 50 мин, что обусловливало использование полного или редуцированного пакета программ сканирования. Сопоставление результатов КТВР и МРТ осуществлялось путем синхронного просмотра изображений, сопоставленных по полю обзора и анатомическим ориентирам или локализации отдельных патологических изменений.

Основные результаты исследования

Сопоставление данных КТВР и Т2-ВИ

Синхронное сравнение данных КТВР и МРТ изображений выявило в 100% случаев (у всех 15 пациентов) полное соответствие размеров, количества и положения зон снижения воздушности легочной ткани по типу «матового стекла» и зон консолидации (рис. 1, А, Б). При этом уровень сигнала от участков консолидации был несколько бóльшим, чем от зон «матового стекла» (рис. 2, А, Б). Линейные и ретикулярные изменения уверенно выявлялись у 7 пациентов (в 63% случаев): визуализировались изменения междолькового, внутридолькового интерстиция, а также интерстициальной ткани по ходу сосудов (рис. 3). Свободная жидкость в плевральных полостях в умеренном и минимальном количестве по данным Т2-ВИ МРТ выявлялась у 12 (80%) пациентов, изменения всегда регистрировались с двух сторон, объем жидкости, как правило, коррелировал со степенью поражения легочной паренхимы. Использование Т2-ВИ продемонстрировало заметное преимущество в выявлении малых гидротораксов в сравнении с данными КТВР (рис. 4). Уверенно визуализировались медиастинальные и внутрилегочные лимфатические узлы. Во всех случаях их размеры не превышали 1,5 см.

 

Рис. 1. Пациент, 53 года, выявляются множественные участки «матового стекла», расположенные во всех долях, преимущественно перибронховаскулярно, с нечеткими контурами — стадия КТ2 (А); аналогичные по размерам, количеству и локализации гиперинтенсивные участки визуализируются на Т٢-сканах, полученных с помощью импульсной последовательности PROPELLER FS (Б); на Т1-ВИ описанные выше изменения практически не видны (В)

 

Рис. 2. Пациент, 28 лет, по данным КТВР в левом легком выявляются обширные зоны консолидации сливного характера, на фоне которых видны воздушные полоски бронхов (положительная бронхограмма). Меньшие по размерам зоны уплотнения легочной ткани визуализируются в кортикальном слое правого легкого (А); на Т2-ВИ, выполненных с применением импульсного режима PROPELLER FS, зонам консолидации соответствуют гиперинтенсивные участки, полностью совпадающие по размерам и локализации с данными, полученными при КТВР (Б); на Т1-ВИ зоны поражения отображаются участками средней интенсивности сигнала, несколько меньшего размера по сравнению с КТВР и Т2-ВИ

 

Рис. 3. Пациентка, 51 год, по данным КТВР в S6 правого легкого визуализируется обширная зона «матового стекла», переходящая в консолидацию, на фоне которой регистрируются ретикулярные изменения, представленные утолщенным внутридольковым интерстицием, что хорошо видно как на КТВР-срезах, так и на Т2-ВИ (А, Б, стрелки). Кроме того, Т2-ВИ позволяют уверенно выявлять утолщения интерстиция по ходу сосудов, отдельных междольковых перегородок — короткие стрелки). Т٢-последовательности дают возможность четко дифференцировать увеличенные лимфатические узлы (Б, треугольная стрелка). Т1-ВИ не позволяет визуализировать в полной мере как изменения в паренхиме, так и интерстициальные проявления поражения легких (В)

 

Рис. 4. Т2-ВИ МРТ имеет заметные преимущества в сравнении с КТВР в выявлении небольших объемов жидкости в плевральных полостях. Малый двусторонний гидроторакс у пациентки Б., 69 лет (стадия КТ1), уверенно выявляется на Т2 МРТ (стрелки, А) и практически не отображается на КТВР-срезах (Б)

 

Сопоставление данных КТВР и Т1-ВИ

На Т1-ВИ-сканах зоны «матового стекла» либо не визуализировались, либо были представлены меньшими по площади в сравнении с данными КТВР в сопоставимых зонах и определялись как участки незначительного повышения уровня сигнала, хуже отображались также ретикулярные изменения (см. рис. 1). В 11 случаях (73,3%) участки консолидации полностью соответствовали или приближались по характеристикам (размеры, локализация) к изменениям на КТВР, при этом стоит отметить, что выполнение T1-ВИ out phase приводило к более четкому отображению зон консолидации по сравнению с Т1-ВИ in phase (см. рис. 2). Вместе с тем использование Т1-ВИ не позволяет достоверно выявлять изменения интерстиция легочной ткани, в части случаев удается уловить лишь отдельные элементы утолщенных междольковых перегородок или перибронховаскулярного интерстиция, тогда как утолщенные внутридольковые ретикулярные элементы не отображаются вовсе. У 3 пациентов на фоне участков консолидации были зарегистрированы очаги повышенного сигнала на Т1-ВИ с жироподавлением, размерами от 0,4 см до 1,7 см, местами сливного характера, что в сопоставлении с данными Т2-ВИ позволило предположить наличие паренхиматозных кровоизлияний (рис. 5).

 

Рис. 5. Пациент, 56 лет, тяжелое течение COVID 19. При КТВР констатировано наличие множественных среднего размера зон консолидации в различных сегментах легких, преимущественно перибронховаскулярной и субплевральной локализации (А). При МРТ в нижней доле правого легкого наряду с гиперинтенсивными зонами по Т2 (В, стрелка) выявлялись разнокалиберные очаги повышенного сигнала на Т1-ВИ (Б, стрелки). Обнаруженные изменения расценены как альвеолярные геморрагии

 

Сопоставление данных КТВР и ДВИ

При использовании ДВИ обнаруживались ограниченные участки повышения сигнала, соответствующие на КТВР локализации крупных зон консолидации, с гиперинтенсивным сигналом на ДВИ с высоким b-фактором (800 мм/с), что соответствовало высокому ответному сигналу на картах измеряемого коэффициента диффузии: полученный результат отображал так называемый эффект просвечивания (shine out), характерный для воспалительных изменений в паренхиматозных тканях.

Кратко возможности использованных импульсных последовательностей при выявлении изменений в легких у пациентов с вирусными пневмониями COVID-19 представлены в табл. 1.

 

Таблица 1

Возможности отдельных импульсных последовательностей в оценке проявлений вирусных пневмоний

Признак	МРТ-импульсные последовательности
«Матовое стекло»	T2 FS PROPELLER — данные сопоставимы с полученной информацией при КТВР Т1 LAVA «матовое стекло» выявляется лишь в части случаев DWI-информативность снижена, «матовое стекло» не визуализируется
Ретикулярный паттерн	T2 FS PROPELLER — данные сопоставимы с результатами КТВР в 75% случаев Т1 LAVA — иногда отображаются утолщенные междольковые перегородки, измененный внутридольковый интерстиций не виден DWI-информативность снижена, ретикулярные изменения не визуализируются в полном объеме
Консолидация	T2 FS PROPELLER — данные аналогичны полученной информации при КТВР Т1 LAVA — данные аналогичны КТВР в 73,3% случаев DWI — степень выраженности процесса зависит от давности воспалительных изменений
Выпот в плевральной полости	T2 FS PROPELLER более чувствительна к выявлению «малых» гидротораксов по сравнению с КТВР
Лимфаденопатия	T2 FS PROPELLER более чувствительна к выявлению нормальных и измененных лимфатических узлов средостения и корней легких
Альвеолярные геморрагии	Т1 LAVA в сопоставлении с данными Т2-ВИ позволяет визуализировать продукты биодеградации гемоглобина в отличие от КТВР

Примечание. МРТ — магнитно-резонансная томография, КТВР — компьютерная томография высокого разрешения; T2 FS PROPELLER, Т1 LAVA, DWI — программы для получения МРТ-взвешенных изображений.

 

ОБСУЖДЕНИЕ

Несмотря на широкие возможности в отображении тканевых характеристик, коллективный опыт применения МРТ при диффузных паренхиматозных поражениях легких пока невелик [10]: в диагностике пневмоний, вызванных SARS-CoV-2, имеется лишь на основе единичных клинических примеров.

Резюме основного результата исследования

Полученные результаты свидетельствуют о высокой чувствительности Т2-ВИ в выявлении зон консолидации и «матового стекла», сопоставимой в целом с данными КТВР, что объясняется высокой интенсивностью сигнала в тканях с повышенным содержанием жидкости (отек, воспаление), причем как в альвеолярных, так и интерстициальных пространствах. В данном исследовании для получения Т2-ВИ использовались две импульсные последовательности, основанные на различных принципах сбора данных. Технология получения изображений с половинным преобразованием Фурье, основанная на принципе симметрии k-пространства (в нашем случае ее название T2 SS-FSE), позволяла обследовать довольно большой объем ткани за короткий временной интервал (до 20 сек), что было полезным при исследовании пациентов в тяжелом состоянии [11]. Вместе с тем данная методика имеет значимый недостаток: результирующее изображение представляется несколько расплывчатым, что связано с несовершенной симметрией k-пространства, в результате чего выявление основных симптомов пневмонии — «матового стекла», консолидации и ретикулярных изменений — уступало данным, полученным при КТВР. Другой примененный вариант построения Т2-ВИ — это метод сбора данных вращающимся способом вокруг центра k-пространства (T2 FS PROPELLER): его использование, с одной стороны, приводит к удлинению времени сбора данных, а с другой — значительно увеличивает детализацию изображения [12]. В ходе сравнительного анализа Т2 PROPELLER и КТВР отмечались практически полное сопоставление размеров, количества и положения зон снижения воздушности легочной ткани по типу «матового стекла» и консолидации, удовлетворительная визуализация ретикулярных изменений — утолщенного перивазального интерстиция, междольковых перегородок и междольковых перегородок в пределах зон «матового стекла». К преимуществам Т2-ВИ следует отнести лучшую визуализацию свободной жидкости в плевральных полостях в умеренном и минимальном количестве: при описании КТВР «малый» гидроторакс отмечен только в 5 случаях из 12, диагностированных на МРТ. Также стоит отметить высокую степень дифференцировки лимфатических узлов по сравнению с данными КТВР-исследований.

Для получения Т1-ВИ использовалась импульсная последовательность Т1 LAVA Flex — технология трехмерной визуализации, основанная на явлении химического сдвига, при которой в одной импульсной последовательности и за одну задержку дыхания представляется возможным получить несколько последовательностей — WATER (с подавлением сигнала от жировой ткани), FAT (отображение только жировой ткани), IN PHASE, OUT PHASE [13]. К преимуществам данной последовательности мы относим время получения изображения — около 30 сек. Сравнительный анализ КТВР и Т1-ВИ показал, что данная МРТ-последовательность обладает низкой чувствительностью к визуализации ретикулярных изменений, инфильтративных изменений по типу «матового стекла» и лимфатических узлов, вместе с тем участки консолидации в большинстве случаев находят отображение.

Перспективной в преодолении недостаточной чувствительности МРТ в отношении важных симптомов ковидного поражения легких выглядит технология, предложенная китайскими авторами [14]. Они использовали сканирование на ультракоротком эхосигнале (ultrashort echo time MRI, UTE–MRI) и получили высокую конкордантность КТВР и МРТ изображений, в том числе в отношении феномена «матового стекла».

Выявление легочных геморрагий у пациентов с вирусными пневмониями имеет большое значение как с точки зрения влияния на лечебную тактику, так и с прогностических позиций. МРТ обладает уникальной возможностью ранней диагностики легочных геморрагий, основываясь на специфических характеристиках сигнала — повышенного на Т1-ВИ с подавлением сигнала от жировой ткани и пониженного на Т2-ВИ, что может соответствовать наличию внутриклеточного метгемоглобина в значимых количествах, или повышенного сигнала на Т2-ВИ, что свидетельствует о разрыве клеточных мембран и выходе метгемоглобина во внеклеточное пространство. Подобные изменения мы наблюдали у 3 пациентов.

Метод визуализации движения свободных молекул воды в тканях DWI использовался у 4 (26,7%) пациентов. Метод уступает КТВР, Т2-ВИ и Т1-ВИ в выявлении основных симптомов пневмонии, однако может быть полезен для разграничения воспалительных и фиброзных изменений, оценки степени постпневмонического фиброза [15]. У одного пациента методика ДВИ позволила уверенно дифференцировать воспалительные изменения прикорневой области от неопластического процесса.

Полученные результаты позволяют рекомендовать метод МРТ для использования в качестве основного, если невозможно выполнить КТВР, или дополнительного метода оценки поражения легочной паренхимы при вирусных, а возможно, и при бактериальных пневмониях. В условиях эпидемии COVID-19 или при иных вирусных заболеваниях метод МРТ может применяться также для скрининга пациентов с положительной ПЦР на вирус или при легком течении заболевания — в этом случае можно ограничиться лишь выполнением Т2-ВИ, информативность которых максимально приближена к данным КТВР. Скрининговое МРТ-исследование, проведенное с использованием необходимых импульсных последовательностей, в настоящее время вполне сопоставимо по стоимости с выполнением КТ и при любых условиях намного информативнее стандартного рентгенологического исследования. Трудно переоценить возможности метода в диагностике легочных геморрагий, своевременное выявление которых способно существенно повлиять на тактику лечения пациента. Несмотря на то что в последней версии Временных методических рекомендаций Минздрава России по диагностике и лечению новой коронавирусной инфекции от 03.06.2020 МРТ не рекомендуется в качестве метода диагностики ковидного поражения легких, мы считаем, что метод с учетом одного из основных его преимуществ — отсутствия лучевой нагрузки — можно рекомендовать при подозрении на легочное поражение у детей и беременных, а также с целью мониторинга состояния легочной ткани после перенесенной вирусной пневмонии, если пациент уже подвергался неоднократной лучевой нагрузке.

Ограничения исследования

Кроме хорошо известных стандартных противопоказаний к МРТ (наличие металла в теле пациента; имплантаты, не совместимые с магнитным полем, и др.), к ограничениям метода следует отнести невозможность исследования больных с тяжелой дыхательной недостаточностью и пациентов на ИВЛ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В условиях пандемии коронавируса COVID-19 метод КТВР занял ведущее место в диагностике и оценке степени поражения легочной ткани, а также при мониторинге эффективности проводимого лечения. В последние годы по мере оснащения лечебно-профилактических учреждений России сложным диагностическим оборудованием метод МРТ стал доступным не только в крупных медицинских центрах, но и в клиниках средней мощности, в том числе в негосударственном секторе. Применение метода МРТ легких у больных COVID-19-обусловленной пневмонией было направлено на улучшение диагностики поражения легочной паренхимы, а полученные результаты позволяют надеяться на расширение применения МРТ в пульмонологической практике, в том числе с целью дифференциальной диагностики.

ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ

Работа выполнена в ФНКЦ ФМБА России на диагностическом оборудовании Центра.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы данной статьи подтвердили отсутствие конфликта интересов, о котором необходимо сообщить.

УЧАСТИЕ АВТОРОВ

В.Н. Лесняк — концепция исследования, обработка материала, написание статьи; В.А. Журавлёва — выполнение МРТ-исследований, сбор и обработка материала; А.В. Аверьянов — экспертиза статьи с клинических позиций. Все авторы внесли существенный вклад в проведение поисково-аналитической работы и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию до публикации.

Об авторах

Виктор Николаевич Лесняк

Федеральный научно-клинический центр специализированных видов медицинской помощи и медицинских технологий Федерального медико-биологического агентства России

Автор, ответственный за переписку.
Email: lesnyak_kb83@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2739-0649
SPIN-код: 5483-3113

к.м.н.

Россия, Москва

Вероника Андреевна Журавлева

Федеральный научно-клинический центр специализированных видов медицинской помощи и медицинских технологий Федерального медико-биологического агентства России

Email: z-vera@bk.ru
ORCID iD: 0000-0003-0558-1142
Россия, Москва

Александр Вячеславович Аверьянов

Научно-исследовательский институт пульмонологии Федерального медико-биологического агентства России

Email: averyanovav@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1031-6933
SPIN-код: 2229-7100

д.м.н.

Россия, Москва

Список литературы

Дополнительные файлы