Внутриполушарная симметрия перфузии головного мозга. Часть 1. Методика расчета

Автор(и)

  • Микола Олександрович Ніколов Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; Государственный университет телекоммуникаций, Україна https://orcid.org/0000-0001-8716-6254
  • Сергій Сергійович Макеєв Институт нейрохирургии им. А. П. Ромоданова Национальной академии медицинских наук Украины, Україна https://orcid.org/0000-0001-9068-508X
  • Тетяна Григорівна Новікова Институт нейрохирургии им. А. П. Ромоданова Национальной академии медицинских наук Украины, Україна https://orcid.org/0000-0001-8916-3233
  • Владислав Олексійович Цікало Национальний технический университет Украины "Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского", Україна https://orcid.org/0000-0002-0434-3217
  • Єлизавета Сергіївна Крюкова Национальний технический университет Украины "Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского", Україна https://orcid.org/0000-0002-7408-9584

DOI:

https://doi.org/10.20535/S002134702108001X

Ключові слова:

ОФЭКТ, головной мозг, поворотная симметрия, внутриполушарная симметрия, перфузия, 99mTc-ГМПАО

Анотація

При анализе симметричности распределения радиофармпрепарата (РФП) между полушариями головного мозга (ГМ) по данным однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) отмечено, что существуют квазисимметричные области перфузии внутри полушарий. В данной работе изучено это наблюдение, что в перспективе позволит разработать новые количественные критерии функционального состояния мозга с точки зрения эффективной перфузии, а также даст новые знания о структурно-функциональных закономерностях ГМ. Авторами разработана методика для оценки внутриполушарной симметрии (ВПС) перфузии ГМ по данным ОФЭКТ. Для этого проанализированы 32 ОФЭКТ изображения пациентов с различным уровнем перфузии головного мозга. Сцинтиграфические исследования ГМ проведены с 99mTc-ГМПАО на гамма-камере E.Cam (Siemens) с коллиматором LEHR. ОФЭКТ проводилась через 15–20 мин после введения РФП. Томографическое исследование включало сбор 128 проекций для матрицы 128×128, активность РФП для введения составляла 740 МБк. Разработанная методика автоматизированной стандартизации пространственной ориентации ОФЭКТ изображения ГМ реализована в программном обеспечении «ScintyBrain» в среде Matlab 2018. Основными критериями поиска квазисимметричных линий профиля перфузии ГМ предлагается использовать коэффициент взаимной корреляции r и среднеквадратическое отклонение между ними. Количество выделенных пар линий профиля зависит от заданного порога rmin. Анализ экспериментальных данных показал, что для количественной оценки ВПС ГМ рекомендуется использовать значение rmin = 0,94. В работе представлена гипотеза существования внутриполушарной квазисимметрии перфузии ГМ. Разработанная методика анализа ВПС дает новую диагностическую информацию о пространственном распределении РФП и является принципиально новым инструментом для оценки взаимосвязи нарушения кровообращения тканей ГМ в его различных сегментах.

Посилання

D. C. Costa, “Single photon emission tomography (SPET) with 99Tc m-hexamethylpropyleneamineoxime (HMPAO) in research and clinical practice - a useful tool,” Vasc. Med. Rev., vol. vmr-1, no. 2, pp. 179–201, 1990, doi: https://doi.org/10.1177/1358836X9000100207.

J. W. Choi, M. H. Kim, S.-A. Park, D. S. Sin, M.-S. Kim, “Neural correlates of motor recovery measured by SPECT at six months after basal ganglia stroke,” Ann. Rehabil. Med., vol. 41, no. 6, p. 905, 2017, doi: https://doi.org/10.5535/arm.2017.41.6.905.

D. S. Liebeskind, “Imaging the future of stroke: I. Ischemia,” Ann. Neurol., vol. 66, no. 5, pp. 574–590, 2009, doi: https://doi.org/10.1002/ana.21787.

B. H. Brinkmann et al., “Statistical parametric mapping demonstrates asymmetric uptake with Tc-99m ECD and Tc-99m HMPAO SPECT in normal brain,” J. Cereb. Blood Flow Metab., vol. 32, no. 1, pp. 190–198, 2012, doi: https://doi.org/10.1038/jcbfm.2011.123.

K. M. Kang et al., “Correlation of asymmetry indices measured by arterial spin-labeling MR imaging and SPECT in patients with crossed cerebellar diaschisis,” Am. J. Neuroradiol., vol. 36, no. 9, pp. 1662–1668, 2015, doi: https://doi.org/10.3174/ajnr.A4366.

А. К. Кондаков, “Радионуклидные методы изучения перфузии головного мозга в диагностике и контроле качества лечения дегенеративных и функциональных поражений нервной системы,” Москва, 2018. uri: https://docplayer.ru/85071986-Kondakov-anton-kirillovich-luchevaya-diagnostika-luchevaya-terapiya.html.

A. W. Toga, P. M. Thompson, “Mapping brain asymmetry,” Nat. Rev. Neurosci., vol. 4, no. 1, pp. 37–48, 2003, doi: https://doi.org/10.1038/nrn1009.

M. LeMay, “Morphological cerebral asymmetries of modern man, fossil man, and nonhuman primate,” Ann. New York Acad. Sci., vol. 280, no. 1 Origins and E, pp. 349–366, 1976, doi: https://doi.org/ 10.1111/j.1749-6632.1976.tb25499.x.

J. M. Mountz, E. C. San Pedro, “Basis and clinical application of brain imaging,” in The Pathophysiologic Basis of Nuclear Medicine, Berlin: Springer Berlin Heidelberg, 2006, pp. 448–485.

T. Makazlieva et al., “Our preliminary experience with SPECT 99m Tc-HMPAO brain perfusion scans in diagnosis of dementia,” Acta Morphol., vol. 12, no. 1, pp. 22–28, 2015, uri: http://hdl.handle.net/20.500.12188/8102.

M. A. Viergever et al., “Registration, segmentation, and visualization of multimodal brain images,” Comput. Med. Imaging Graph., vol. 25, no. 2, pp. 147–151, 2001, doi: https://doi.org/10.1016/S0895-6111(00)00065-3.

C. Grova et al., “A methodology for generating normal and pathological brain perfusion SPECT images for evaluation of MRI/SPECT fusion methods: application in epilepsy,” Phys. Med. Biol., vol. 48, no. 24, pp. 4023–4043, 2003, doi: https://doi.org/10.1088/0031-9155/48/24/003.

L. Lazli, M. Boukadoum, O. A. Mohamed, “A survey on computer-aided diagnosis of brain disorders through MRI based on machine learning and data mining methodologies with an emphasis on Alzheimer disease diagnosis and the contribution of the multimodal fusion,” Appl. Sci., vol. 10, no. 5, p. 1894, 2020, doi: https://doi.org/10.3390/app10051894.

N. Nikolov, S. Makeev, T. Novikova, V. Tsikalo, “Spatial standardization of spect brain images with perfusion radiopharmaceuticals,” Innov. Biosyst. Bioeng., vol. 4, no. 2, pp. 67–74, 2020, doi: https://doi.org/10.20535/ibb.2020.4.2.195546.

Н. А. Николов et al., “Определение абсолютного мозгового кровотока по данным сцинтиграфии с липофильным радиофармпрепаратом,” Медицинская физика, no. 3, pp. 36–45, 2018, uri: https://elibrary.ru/item.asp?id=35664229.

T. Carmen, “Do children with aggressive behavior have temporal lobe changes?,” Alasbimn J., vol. 5, no. 19, pp. AJ19-3, 2003, uri: http://web.uchile.cl/vignette/alasbimn2/alasbimn/CDA/sec_b/0,1206,SCID%253D2837,00.html.

M. Schmidt et al., “DSC brain perfusion using advanced deconvolution models in the diagnostic work-up of dementia and mild cognitive impairment: a semiquantitative comparison with HMPAO-SPECT-brain perfusion,” J. Clin. Med., vol. 9, no. 6, p. 1800, 2020, doi: https://doi.org/10.3390/jcm9061800.

A. Baldassarre, L. E. Ramsey, J. S. Siegel, G. L. Shulman, M. Corbetta, “Brain connectivity and neurological disorders after stroke,” Curr. Opin. Neurol., vol. 29, no. 6, pp. 706–713, 2016, doi: https://doi.org/10.1097/WCO.0000000000000396.

X. Guo et al., “Altered inter‐ and intrahemispheric functional connectivity dynamics in autistic children,” Hum. Brain Mapp., vol. 41, no. 2, pp. 419–428, 2020, doi: https://doi.org/10.1002/hbm.24812.

P. A. Robinson, “The balanced and introspective brain,” J. R. Soc. Interface, vol. 14, no. 130, p. 20160994, 2017, doi: https://doi.org/10.1098/rsif.2016.0994.

D. Kliemann et al., “Intrinsic functional connectivity of the brain in adults with a single cerebral hemisphere,” Cell Reports, vol. 29, no. 8, pp. 2398-2407.e4, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.10.067.

M. Filippi et al., “Brain network connectivity differs in early-onset neurodegenerative dementia,” Neurology, vol. 89, no. 17, pp. 1764–1772, 2017, doi: https://doi.org/10.1212/WNL.0000000000004577.

X. Ma et al., “Brain connectivity variation topography associated with working memory,” PLOS ONE, vol. 11, no. 12, p. e0165168, 2016, doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0165168.

X. Zheng, W. Wei, Q. Huang, S. Song, J. Wan, G. Huang, “A computer-aided analysis method of SPECT brain images for quantitative treatment monitoring: performance evaluations and clinical applications,” BioMed Res. Int., vol. 2017, pp. 1–11, 2017, doi: https://doi.org/10.1155/2017/1962181.

S. Cascianelli et al., “Role of artificial intelligence techniques (automatic classifiers) in molecular imaging modalities in neurodegenerative diseases,” Curr. Alzheimer Res., vol. 14, no. 2, pp. 198–207, 2017, doi: https://doi.org/10.2174/1567205013666160620122926.

Y. Höller et al., “Combining SPECT and quantitative EEG analysis for the automated differential diagnosis of disorders with amnestic symptoms,” Front. Aging Neurosci., vol. 9, 2017, doi: https://doi.org/10.3389/fnagi.2017.00290.

F. J. Martinez-Murcia et al., “Functional brain imaging synthesis based on image decomposition and kernel modeling: application to neurodegenerative diseases,” Front. Neuroinformatics, vol. 11, 2017, doi: https://doi.org/10.3389/fninf.2017.00065.

М. О. Ніколов, Т. Г. Новікова, С. С. Макеєв, “Оцінка клінічної інформативності методики розрахунку ефективного мозкового кровотоку за даними поліфазної сцинтиграфії з 99mTc-ГМПАО,” Український радіологічний та онкологічний журнал, vol. 29, no. 2, pp. 62–75, 2021, doi: https://doi.org/10.46879/ukroj.2.2021.62-75.

Типичное расположение центра масс ОФЭКТ изображения головного мозга

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-10-15

Як цитувати

Ніколов, М. О., Макеєв, С. С., Новікова, Т. Г., Цікало, В. О., & Крюкова, Є. С. (2021). Внутриполушарная симметрия перфузии головного мозга. Часть 1. Методика расчета. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(8), 463–475. https://doi.org/10.20535/S002134702108001X

Номер

Том 64 № 8 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.