МРТ с глубоким обучением для оценки оксигенации миокарда
Достижения в области технологий медицинской визуализации произвели революцию в сердечно-сосудистой диагностике, однако неинвазивные методы оценки оксигенации миокарда остаются проблемой. Традиционные методы, такие как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), эффективны, но имеют такие ограничения, как воздействие радиации, стоимость и доступность. Недавно появился инновационный подход, который объединяет глубокое обучение с сердечно-сосудистой магнитно-резонансной томографией (СМР) для количественной оценки фракции извлечения кислорода миокардом (mOEF) и объема крови миокарда (MBV) без использования контрастных веществ. Этот метод устраняет существующие ограничения и обещает улучшить диагностику и мониторинг здоровья миокарда, особенно при таких состояниях, как инфаркт миокарда.
Интеграция глубокого обучения с CMR
Внедрение глубокого обучения в область CMR имеет решающее значение для улучшения реконструкции изображений и точности данных. Описанный метод включает в себя полностью связанную нейронную сеть на основе UNet, называемую DeepOxy, разработанную для создания карт mOEF и MBV. Эта система использует асимметричную последовательность спин-эхо, подготовленную в стандартной системе 3T MRI. Уникальная возможность DeepOxy заключается в ее обучении на синтетических данных, полученных для имитации различных физиологических состояний, что позволяет модели изучать точные оценки извлечения кислорода миокардом.
DeepOxy решает постоянные проблемы традиционной визуализации CMR, такие как искажение сигнала и артефакты неоднородности. Используя теоретическую модель в качестве своей основы, нейронная сеть декодирует и реконструирует карты mOEF высокой точности из сигналов МРТ. Это приводит к повышению воспроизводимости и значительному сокращению артефактов, предоставляя надежный инструмент для оценки здоровья миокарда.
Методология и воспроизводимость
Воспроизводимость DeepOxy была тщательно оценена в ходе исследования с участием 20 здоровых участников в возрасте от 20 до 30 лет. Каждому человеку проводилось сканирование CMR в два отдельных дня, охватывающее три коротких осевых среза левого желудочка. Исследование оценивало коэффициент вариации (CV) для определения последовательности. Результаты показали CV 2,6% на уровне участников, что указывает на высокую воспроизводимость. Средний глобальный mOEF составил 0,58, что соответствует установленным данным ПЭТ для аналогичных возрастных групп, которые обычно сообщают значения mOEF от 0,60 до 0,68. Измерения MBV со средним значением 9,5% также совпали со значениями из сопоставимых исследований.
Эта воспроизводимость показывает, что DeepOxy может быть надежной альтернативой более инвазивным или сложным методам, таким как ПЭТ, обеспечивая более безопасную и быструю оценку. Исследование также показало, что, хотя региональные различия в mOEF были минимальными среди сегментов миокарда, у женщин-участниц наблюдалось немного более высокое сегментарное mOEF, чем у мужчин, что требует дальнейшего изучения динамики кислорода в миокарде в зависимости от пола.
Клинические последствия и будущие применения
Одним из наиболее убедительных аспектов DeepOxy-усиленного CMR является его потенциальное применение в клинических условиях, особенно для пациентов с хроническим инфарктом миокарда (CMI). В пилотном исследовании с участием десяти пациентов метод продемонстрировал свою эффективность в выявлении гипоксических областей в миокарде. Результаты выявили заметное снижение mOEF в инфарктных ядрах по сравнению с нормальными областями миокарда, что подчеркивает чувствительность метода в выявлении дефицита оксигенации. Такие возможности имеют решающее значение для врачей при оценке степени повреждения миокарда и планировании соответствующих вмешательств.
Помимо инфаркта, этот неинвазивный инструмент может быть преобразующим в лечении других сердечных заболеваний, таких как гипертрофическая и дилатационная кардиомиопатия, сердечная недостаточность и даже заболеваний с системными последствиями, таких как хроническая болезнь почек. Количественная оценка mOEF и MBV предлагает новое измерение для отслеживания прогресса терапии для улучшения оксигенации миокарда и распределения объема крови. Это может включать оценку новых методов лечения, таких как терапия стволовыми клетками, доставка ангиогенного фактора или другие микроциркуляторные вмешательства.
Разработка DeepOxy представляет собой значительный прогресс в неинвазивной визуализации сердца. Используя глубокое обучение, этот метод CMR обеспечивает надежную, воспроизводимую и подробную количественную оценку оксигенации миокарда без необходимости использования контрастных веществ или воздействия радиации. Многообещающие результаты первоначальных исследований прокладывают путь для более широкого клинического применения, обеспечивая более эффективную диагностику и мониторинг здоровья миокарда. Будущие исследования должны быть сосредоточены на расширении разнообразия участников, совершенствовании технологии многосрезовой визуализации и подтверждении результатов посредством обширных клинических испытаний. Такие достижения могут укрепить роль DeepOxy как краеугольного камня в неинвазивной кардиологической диагностике.
Источник: Radiology Advances
