Способ исследования функции почек при мультиспиральной компьютерной томографии

Изобретение относится к медицине, конкретно, к урологии, лучевой диагностике и нефрологии и может быть использовано в диагностике нарушений функции почек.

Известен способ исследования функции почек, касающийся скорости клубочковой фильтрации (СКФ) и канальцевой реабсорбции. Между понятием СКФ и функцией почек существует прямая зависимость, а ее снижение свидетельствует об уменьшении перфузии почек (повреждении нефронов). С помощью пробы Реберга-Тареева оценивают выделительную способность почек, определяя СКФ (мл/мин) и канальцевую реабсорбцию в процентах к величине СКФ (по клиренсу эндогенного креатинина в крови и моче). [Руководство по урологии: В 3 т. Т. 1 / Под ред. Акад. Р 84 РАМН Н.А. Лопаткина. - М.: Медицина, 1998. - 99-100.]

Недостатком известного способа является отсутствие информации о функции каждой почки в отдельности (оценивают суммарный показатель) и низкая чувствительность, так как показатель изменяется при снижении количества общей функционирующей паренхимы почки более, чем на 40-50%.

Известен способ исследования функции почек при динамической нефросцинтиграфии путем математических расчетов захвата радиофармпрепарата (РФП) каждой почкой (зона интереса) в режиме 2Э-моделирования с учетом активности РФП в окружающих тканях (фон).

При этом динамическая нефросцинтиграфия позволяет оценивать раздельную функцию почек на основании применения РФП и гамма-камер с компьютерной обработкой данных. Принцип метода основан на исследовании функционального состояния почек путем регистрации активного накопления почечной паренхимой меченых нефротропных соединений (⁹⁹mТс-ДТПА-диэтилтриаминопетацетат) и выведения их по верхним мочевым путям. Дифференцированные уравнения определяют скорость выделения изотопа.

[Лопаткин Н.А., Глейзер Ю.Я., Мазо Е.Б. Радиоизотопная диагностика в уронефрологии, М, 1977. - 1 т. - с. 232-266.]

Недостатком известного способа является то, что получаемые результаты имеют погрешность 10-15% в зависимости от активности РФП, массы тела больного, массы органа, его анатомических особенностей расположения в организме.

Известен способ исследования функции почек на двухмерном низкопольном магнитно-резонансном томографе с использованием контрастных препаратов и стандартного протокола магнитно-резонансного исследования. Дополнительно к стандартному протоколу задают другие параметры получения изображения. Число повторений данного протокола исследования равно 30, что соответствует промежутку времени полного прохождения контрастного вещества через почки.

[Патент RU 2219833 С1. От 28.05.2002. Опубл. 27.12.2003. Бюл. №36.]

Недостатком этого способа является его недостаточная точность вследствие двухмерности получаемого изображения и неполноценность функциональной оценки за счет отсутствия параметров клубочковой фильтрации, плазмотока, раздельной и посегментарной оценки функциональной способности почек.

Известен способ исследования функции почек с помощью трехмерной мультиспиральной компьютерной томографии (МСКТ).

Вводят в организм рентгеноконтрастное вещество и проводят мультисприральное компьютерное томографическое исследование почек.

При этом в исследовании выделяют следующие фазы транспорта контрастного вещества в почках: нативная (фон), артериальная, венозная, экскреторная фазы. Выбирают в почках заинтересованные объемы, измеряют в них величины плотности контрастного вещества в единицах Хаунсфилда (HU) и осуществляют объемное построение почечных структур с выделением патологических очагов.

[Фиев Д.Н. Виртуальное моделирование для выбора метода лечения и планирования операций при хирургических заболеваниях почек. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук, 2015., с. 38.]

Недостаток известного способа в том, что он дает преимущественно морфологическую, но не функциональную оценку состояния почек.

Технической проблемой, решаемой в предлагаемом способе, является повышение точности исследования раздельной и посегментарной функции почек, сокращение дополнительных рентген-радиологических исследований, уменьшение лучевой нагрузки на пациента.

Технический результат предлагаемого способа:

1. получение более точных основных показателей функции почек (плазмотока, скорости клубочковой фильтрации, перфузии, суммарной и удельной выделительной способности почек);

2. получение информации о функциональном состоянии как почки в целом, так и удельных ее показателей в см³ паренхимы любого участка почки;

3. получение относительных интегральных показателей, свидетельствующих о процессах образования первичной и вторичной мочи.

Решение указанной проблемы достигается тем, что в способе исследования функции почек с помощью трехмерной МСКТ с контрастированием, включающем выделение нативной, артериальной, венозной, экскреторной фаз, выбор в почках заинтересованных объемов и измерение в них величин плотности контрастного вещества HU. Отличительной особенностью является то, что выделяют объемы коркового и мозгового вещества каждой почки и избранных ее участков в каждую из фаз, определяют в них плотность содержания контрастного вещества в единицах HU, из величины плотности содержания контрастного вещества объемов раздельно коркового и мозгового вещества в артериальную фазу вычитают показатели в нативную фазу, вычисляют их интегралы и получают величины плазмотока раздельно в процентном отношении для каждой почки, далее, из интеграла содержания контрастного вещества в венозную фазу вычитают таковой в артериальную фазу, делят полученный показатель на интеграл объема контрастного вещества в корковом веществе в артериальную фазу и на промежуток времени, прошедший между артериальной и венозной фазами, и определяют относительную скорость клубочковой фильтрации; далее, определяют полную массу контрастного вещества, выделившегося в экскреторную фазу с обеих сторон по отдельности и после деления каждого из показателей на их сумму получают значения перфузии контрастного вещества через почки в процентном отношении; затем делят количество выделившегося контрастного вещества в экскреторную фазу на 7-й мин к количеству введенного в организм контрастного вещества и определяют суммарный и удельный (на единицу объема коркового вещества паренхимы) процентные показатели функции почек.

В организм вводят рентгеноконтрастное вещество и проводят мультиспиральное компьютерное томографическое исследование почек. Выделяют следующие фазы транспорта контрастного вещества в почках: нативную (фон), артериальную, венозную, экскреторную.

Проводят численный анализ данных 3D-моделирования: выделяют объемы коркового и мозгового слоев каждой из почек, рассчитывают показатели плазмотока, скорости клубочковой фильтрации (СКФ), перфузии и выделительной способности почек, не только раздельно в обеих почках, но и в любом сегменте органа следующим образом.

Из трехмерного изображения данных МСКТ в разные фазы контрастирования выделяют по отдельности правую и левую почки. Выравнивают изображения правой и левой почки в разные фазы МСКТ для исключения перемещения почек при переходе от одной фазы к другой. Полученные изображения почек в разные фазы обрабатывают фильтром с целью подавления шумов, присущих МСКТ. По отдельности для каждой почки в артериальной фазе проводят сегментацию, а именно:

1. Выделяют корковый слой паренхимы, который сильнее всего заполняется контрастным веществом.

2. Выделяют менее контрастированные области мозгового вещества почки.

3. С помощью изображения экскреторной фазы убирают области, относящиеся к чашечно-лоханочной системе (чтобы избежать «засорения пирамид»).

Из величины распределения плотности в артериальную фазу вычитают величину распределения плотности в нативную фазу (по отдельности справа и слева). Полученные величины плотности отражают распределение контрастного вещества внутри почек.

Вычисляют интеграл по объему, который включает в себя корковое вещество, пирамиды и мозговое вещество, от полученной величины плотности содержания контрастного вещества определяют величину плотности содержания контрастного вещества внутри паренхимы почки в единицах Хаунсфилда для правой и левой почек по отдельности. Считают полученные величины плотности содержания контрастного вещества справа и слева пропорциональными величинам плазмотока. Принимая плазмоток через обе почки за 100% вычисляют его раздельно в процентном отношении для каждой почки.

Сравнение венозной и артериальной фаз позволяет оценить клубочковую фильтрацию. Для того чтобы вычислить клубочковую фильтрацию:

1. Из величины плотности содержания контрастного вещества объемов коркового и мозгового вещества в артериальную фазу вычитают показатели в нативную фазу.

2. Вычисляют их интегралы и получают величины плазмотока раздельно в процентном отношении для каждой почки,

3. Из интеграла плотности содержания контрастного вещества в венозную фазу вычитают таковой в артериальную фазу, делят полученный показатель на интеграл плотности содержания контрастного вещества в корковом веществе в артериальную фазу и на промежуток времени, прошедший между артериальной и венозной фазами и определяют относительную скорость клубочковой фильтрации.

При этом все вычисления производят отдельно для правой и левой почек.

Для характеристики распределения кровотока через почки делят вычисленную величину массы контрастного вещества в паренхиме правой и левой почек (по отдельности) на полную массу введенного контрастного вещества в единицах Хаунсфилда.

Значения перфузии контрастного вещества через почки в процентах получают следующим образом. Разделяют правую и левую стороны поясничной области (если контрастное вещество не заполняет мочевой пузырь). Выделяют области высокой концентрации (120-150 HU), находят объемы, занятые контрастным веществом, справа и слева по отдельности. Вычисляют интеграл плотности объемов данных высококонтрастных областей, определяют полную массу контрастного вещества, выделившегося в экскреторную фазу. Делят получаемую массу контрастного вещества справа и слева по отдельности на их сумму и получают значения перфузии контрастного вещества в процентах.

Вычисляют суммарный процентный показатель функции почек путем деления количества выделившегося контрастного вещества (по рентгенологической плотности) в экскреторную фазу (7-я минута) к количеству введенного в организм контрастного вещества.

Количество контрастного вещества в канальцах приблизительно пропорционально проходящим по ним потокам, поэтому выделяют области канальцев в правой и левой почке по-отдельности, находят количество контрастного вещества в них и по этому количеству судят о распределении потоков (= перфузии) вторичной мочи.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1.

Пациент П., 61 года, и/б 539112, поступил в клинику 20.08.2016 года. Диагноз: опухоль левой почки T3aN0M0. СД II. Из анамнеза известно, что при обследовании в мае 2016 года выявлено новообразование левой почки, вдающееся в ее синус.

Данные лабораторных исследований, функциональное состояние почек.

В анализах крови: Hb 116 г/л, эритроциты 4,25 млн., лейкоциты 6,4 тыс., тромбоциты 234 млн., СОЭ - 17 мм/час, азот мочевины 10,9 ммоль/л, креатинин 1,97 мг/дл, общий белок 67 г/л, глюкоза 12,1 ммоль/л., СКФ (CKD-EPI): 35.6 mL/min/1.73 m2

В анализах мочи: Ph 9.0, уд. вес - 1016, лейкоциты 2-4-6 в поле зрения, эритроциты - 0-1 в поле зрения, немного слизи.

При динамической нефросцинтиграфии: ренограммы симметричны, обе растянуты и уплощены за счет выделительного сегмента. Накопление препарата в паренхиме почек достаточное, распределение диффузно-неравномерное.

Соотношение гломерулярной функции: левая/правая почка (%) = 50/50. Выделение индикатора почками равномерное замедленное, за 20 минут исследования не наступает. Перфузия: слева - 51%, справа - 49%. Почечный плазмоток (в пересчете на относительные величины): слева - 50%, справа - 50%.

При МСКТ почек с контрастированием: опухоль левой почки. Кистозное образование хвоста поджелудочной железы. Киста печени.

При численном анализе (Таблица 1) были получены следующие данные: перфузия слева - 53%, справа - 47% (по данным нефросцинтиграфии - 51% и 49% соответственно); почечный плазмоток - слева - 50%, справа - 50%.

Расшифровка показателей:

Nr3 full - экскреторная фаза исследования без выравнивания по артериальной фазе;

Nr3 - экскреторная фаза исследования с «выравниванием» по артериальной фазе;

Nr1 - артериальная фаза без «выравнивания»;

Nr2 - венозная фаза с «выравниванием» по соответствующим сторонам;

R - правая почка- показатели

L - левая почка - показатели

Т - total - обе почки - показатели.

Material - общее название области исследования:

urine- контрастное вещество во вторичной моче (область канальцев, верхних мочевых путей и мочевого пузыря),

- ch - контрастное вещество во вторичной моче в области канальцев,

-crust - корковое вещество почки,

-pr - паренхима почки.

Volume - объем соответствующей области в мм кубических.

Mean - среднее значение рентгенологической плотности в Ни (единицах Хаунсфилда) в этих областях.

М - «масса» контрастного вещества (по рентгенологической плотности) в избранном объеме сегмента почки- Hu × см³.

Р - перфузия контрастного вещества через почки:

Cruststream - сколько процентов контрастного вещества (KB) попадает в корковый слой почки (распределение KB в корковом слое почек). Все контрастное вещество, выделенное в обе почки, принимают за 100%, при этом выделяют соотношения в процентах правой и левой сторон

Plasmastream - поток (количество) контрастного вещества во всей паренхиме (при этом учитываются и юкстамедуллярные нефроны).

М3% - количество контрастного вещества (KB) выделившегося в верхние и нижние мочевые пути к 7-ой минуте (норма 8 -9% в среднем).

М2% - количество контрастного вещества, которое осталось в нефронах паренхимы, от всего количества контрастного вещества (принимают за 100%) в венозную фазу исследования (норма 3-4%) (В норме весь пул контрастного вещества должен оказаться в верхних Мочевых путях).

К₂₃ - отношение М2/М3: из всего потока контрастного вещества часть его попадает в мочевые пути (верхние, затем нижние), а часть обратно уходит в вены. К₂₃ характеризует КПД функции почек (в норме показатель равен 0,7).

%/Vcrust - показатель выделительной способности 1 см³ коркового слоя паренхимы (% контрастного вещества, выделенного 1 см³ коркового слоя паренхимы к 7-ой минуте).

19.08.2016 выполнена лапароскопическая энуклеорезекция левой почки по поводу опухоли. При гистологическом исследовании удаленной опухоли светлоклеточный почечно-клеточный рак. В окружающей опухоль почечной ткани при световой микроскопии кар*ина фокального гломерулярного склероза (вторичный «опухолевый» гломерулонефрит) с признаками диссеминированного внутрисосудистого свертывания (Фиг.1, 2).

На фигуре 1 представлена световая микроскопия (×400), почечный клубочек. Окраска: гематоксилин и эозин

На фигуре 2 представлена световая микроскопия (×400), канальцы, строма: перигломерулярный склероз (увеличение количества коллагеновых волокон). Окраска: по Масону.

У больного при численном анализе данных МСКТ регистрировали ранний сброс KB в венозное русло и «реабсорбцию» КВ. Использованный рентгеноконтрастный препарат гломерулотропный, и не реабсорбируется. Возможно, это объяснимо пассивным вытеканием KB из просвета канальцев там, где клетки повреждены воспалением, слущены и некротизированы. Косвенно об этом может говорить и показатель М3 (показывает, сколько к 7-й мин должно выделиться KB в собирательную систему почки) - в данном наблюдении он равен 3,5%. При этом расчетный показатель М3 calc = 8,6%, что более чем в 2 раза больше. Иными словами, при том количестве KB, которое «входит» в почку, в норме должно выделяться около 9% KB, а у данного пациента, как было отмечено выше, - 3,5% КВ.

У данного пациента детали анализа МСКТ почек с контрастированием стали понятны именно при сопоставлении с данными микроскопии.

Пример 2.

Пациентка X., 50 л., и/б №53115 поступила в клинику 09.11.2015.

Диагноз: стеноз лоханочно-мочеточникового сегмента левой половины подковообразной почки, катетер-стент слева, хронический пиелонефрит.

При динамической нефросцинтиграфии: справа кривая функционального типа, временные параметры изменены за счет выведения, которое умеренно замедленно. Слева - кривая со сниженной амплитудой, монотонная, без тенденции к выведению за все время исследования. Перфузия: слева - 43,6%, справа - 56,4%. Почечный плазмоток: слева - 68,6 мл/мин, справа - 190,3 мл/мин; в пересчете на относительные величины: слева - 26%, справа - 74% (Фиг. 3).

На фиг. 3 представлены данные нефросцинтиграфии о функциональном состоянии (а) и перфузии (б) обеих половин подковообразной почки до оперативного лечения.

При МСКТ с контрастированием: подковообразная почка. Состояние после стентирования верхних мочевых путей слева. Нарушение выделительной функции левой половины почки.

При оценке функционального состояния обеих половин подковообразной почки с помощью численного анализа данных МСКТ с контрастированием по сравнению с ДН были получены менее оптимистичные данные, а именно: перфузия слева - 16%, справа - 84% (по данным нефросцинтиграфии - 43,6% и 56,4% соответственно); почечный плазмоток - слева - 16%, справа - 84% (Табл. 2).

Условные обозначения (см. пример №1):

Urine 1 stream - поток кв переносимый с первичной мочой каждой почкой;

dM|dt|Mcrast - основная характеристика клубочковой фильтрации, равная процентам (%) KB, переносимого с первичной мочой за 1 секунду.

С учетом относительной сохранности левой половины подковообразной почки принято решение о выполнении пластической операции на верхних мочевых путях слева.

Выполнена лапароскопическая пластика лоханочно-мочеточникового сегмента слева по Андерсену-Хайнсу-Кучере. Дренирование ВМП слева выполнено катетером-стентом. Биопсия из визуально наиболее сохранного участка паренхимы левой половины подковообразной почки (Фиг. 4).

На фигуре 4 представлена световая микроскопия (х200). Почечные клубочки (сплошной линией показан сморщенный клубочек). Окраска: по Масону.

Заключение: (световая микроскопия): картина нефросклероза.

Патоморфологические данные свидетельствовали о значительно сниженной функциональной способности ткани почки. Именно это в большей степени соответствовало результатам численного анализа данных МСКТ почек с контрастированием, нежели ДН.

Для оценки анатомо-функционального состояния подковообразной почки после пластической операции, через 8 месяцев были проведены контрольные исследования.

При МСКТ почек с контрастированием. Заключение КТ: признаки гидронефроза левой половины подковообразной почки.

При динамической нефросцинтиграфии: ренограммы ассиметричны по амплитуде. Справа кривая функционального типа, выделение умеренно замедлено, равномерно. Слева - низкоамплитудная кривая аккумулятивного типа. Перфузия: слева - 36%, справа - 64%. Почечный плазмоток (в пересчете на относительные величины): слева - 21%, справа - 79% (Фиг. 5).

На фигуре 5 представлены данные динамической нефросцинтиграфии о функциональном состоянии (а) и перфузии (к б) обеих половин подковообразной почки после оперативного лечения.

При сравнительной оценке функции обеих половин подковообразной почки с помощью численного анализа данных МСКТ с контрастированием в динамике были получены следующие данные: перфузия слева - 18%, справа - 82, почечный плазмоток - слева - 15%, справа - 85% (Табл. 3).

Таким образом, функциональных резервов у левой половины подковообразной почки данной пациентки оказалось гораздо меньше, чем при описании, данном при ДН, поскольку каких-либо изменений в работе почки после улучшения оттока мочи не произошло.