Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В результате проведенной в 2019 году работы был разработан и стандартизирован протокол комплексного исследования здоровых добровольцев и пациентов с ОНМК с созданием единой воспроизводимой процедуры (алгоритма) МРТ исследования головного мозга и когнитивного теста, а именно – единые правила и критерии привлечения пациента к обследованию, укладки пациента, утвержденная последовательность выполняемых МР-методик с оптимальными физическими характеристиками для каждой из используемых МР-методик, критерии правильно проведенного и успешно завершенного исследования, последовательность минимальной необходимой постобработки на консоли МР-томографа или рабочей станции, а также процедура выполнения когнитивного теста после МРТ исследования. Также, под конкретные задачи проекта были оптимизированы специализированные методики диффузионно-тензорной и диффузионно-куртозисной МРТ (DTI и DKI), функциональной МРТ покоя (rs-fMRI) и бесконтрастной оценки перфузии мозгового вещества (3D_pCASL) для томографа 3 Тесла с целью получения оптимального пространственно-временного разрешения изображений и количественных характеристик нейропластичности вещества головного мозга. Предложен набор МР-последовательностей и порядок их использования: 1) Т2-TSE взвешенное изображение в аксиальной проекции – позволяет визуализировать анатомические структуры и предположить наличие зоны отека, в случае отсутствия инсульта позволяет сформировать краткое описание выявленных изменений и анатомических особенностей. 2) диффузионно-взвешенное изображение (DWI) в аксиальной проекции – позволяет подтвердить или исключить предполагаемую зону ишемических изменений, по геометрическому расположению и конфигурации должна соответствовать T2-TSE. 3) 3D_Т1-TFE (MPRAGE) взвешенное изображение в аксиальной проекции – позволяет получить трехмерные изображения в высоком пространственном разрешении и изотропным вокселем с возможностью трехмерной реконструкции в сагиттальной и фронтальной плоскостях, используется в дальнейшем при постпроцессинге функциональной МРТ-покоя, а также в качестве анатомической «маски» для DKI и ASL. 4) EPI_ISO в аксиальной плоскости – МР-последовательность реализующая получение изображений функциональной МРТ покоя (rs-fMRI), для оценки функциональной активности головного мозга. 5) DTI c b факторами = 0, 1500, 2500 сек/мм2 – изображения для построения диффузионно-куртозисных карт и диффузионно-тензорных изображений с визуализацией мозговых трактов, их протяженности и плотности. Для DTI последовательности важным условием является получение изображений в строго аксиальной плоскости с нулевым значением параметра, определяющими угол наклона геометрической конфигурации поля задачи (Ang AP, RL, FH = 0 во вкладке offc/Ang). 6) 3D_pCASL – бесконтрастная методика оценки перфузии мозгового вещества для последующего сравнения данных о скоростных и временных характеристиках капиллярного кровотока с изменениями в группе пациентов. Кроме того, проведена отработка процедуры выполнения когнитивного теста с видеофиксацией с подсчетом частоты моргания испытуемого. Разработка данного алгоритма действий была необходима для минимизации операторозависимых ошибок, что является крайне важным, так как только при соблюдении и воспроизводимости всех условий, получаемые данные о когнитивной функции можно считать корректными для дальнейшей работы с ними. Пациенту было предложено выполнить несколько заданий, а также проводился тест на оценку когнитивного дефицита у испытуемого с помощью Монреальской шкалы оценки когнитивных функций (Montreal Cognitive Assessment – МоСА). Проведена работа по стандартизации процедуры постпроцессинга, включающего в себя построение и оценку перфузионных и диффузионных карт, анализ данных rs-fMRI, а именно – качественная оценка полученных изображений для исключения различных артефактов, выбор формы, площади и локализации области интереса (ROI), получение относительных и абсолютных значений характеристик перфузии, диффузионных куртозисных характеристик, паттернов спонтанной активности мозга и параметров функциональной коннективности областей мозга. В частности, для математического анализа возможных моделей ограниченной диффузии рассматривается применение программной платформы PyDiffusion. Для построения проводящих путей белого вещества (трактов) отработана процедура постобработки данных диффузионно-тензорной МРТ с получением ориентации волокон белого вещества. После получения МР-изображений проводилась постобработка данных на рабочей станции Philips в специализированной программе - DTI FiberTrak: выделялась область интереса, в которой проводилась реконструкция трактограмм в структуре мозолистого тела, крючковидного пучка, нижнего продольного пучка, свода мозга, поясной извилины, лобноталамического пути. В дальнейшем, список реконструируемых пусков может быть расширен или скорректирован в зависимости от конкретной клинической ситуации. Статистическая обработка и извлечение зон активации данных функциональной МРТ покоя была выполнена на программном комплексе Matlab (Mathworks, Inc.) + SPM12 (Wellcome Trust Centre for Neuroimaging) и FSL (Functional Magnetic Resonance Imaging Brain Software Library http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl) методом анализа независимых компонент (Independent Component Analysis, ICA). Результаты представлялись в виде томограмм с высоким изотропным разрешением с нанесенными зонами активации в цветовой кодировке. Анализ изображений перфузии мозгового вещества (3D_pCASL) проводился с использованием программ FSL и MATLAB. Анализ начинался с сортировки первоначальных «сырых» данных по сериям сьемки с последующим вычитанием из меченных изображений контрольных (немеченных изображений) и получением данных об изменении регистрируемых параметров. Полученные данные PLD в каждом наборе данных были выровнены друг с другом с помощью коррекции движения с использованием MCFLIRT. Для каждого набора данных PLD контрольные изображения и попарные различия между контрольными изображениями и меченными изображениями усреднялись по повторениям, давая временные ряды средних контрольных изображений (M ctrl (PLD)) и средних изображений разности намагниченности (ΔM diff(PLD)) как функция от PLD. С помощью FSL проводилась нормализация и наложение перфузионных карт и Т1-взвешенных изображений с получением совмещённых карт, используемых для сегментации структуры головного мозга на белое, серое вещество и базальные ядра. По разработанному протоколу было обследовано 25 относительных здоровых добровольцев, 16 из них признаны соответствующими установленным требованиям и включены в группу контроля. В результате получены абсолютные и относительные характеристики критериев нейропластичности. Набор группы контроля являлся крайне важным этапом, поскольку только при наличии отлаженного протокола обследования и постобработки возможно начинать исследования на пациентах, учитывая возможность их тяжелого состояния. В результате по итогам проведённого исследования в 2019 году был разработан новый комплексный подход (алгоритм) к оценке нейропластичности головного мозга с использованием современных МР-методик. Cсылка на информационные ресурсы в сети Интернет (url-адреса), посвященные проекту: http://rscf.ru/ru/node/metody-vosstanovleniya-mozga-posle-insulta?sphrase_id=33531

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В результате проведенных в 2020 году работ получен архив изображений трехкратного динамического наблюдения пациентов с ОНМК в раннем постинсультном периоде на 1-3 сутки, 7-10 сутки и через 3-4 месяца после клинической манифестации ОНМК согласно разработанному протоколу на МР-томографе 3Т с накоплением статистических данных о процессах нейропластичности. Получены протоколы постпроцессинга в виде указания основной последовательности действий для анализа и определения качественных и количественных характеристик результатов ASL, DKI, rs-fMRI, когнитивного теста с определением показателей перфузии, диффузионно-куртозисных коэффициентов и карт, с построением диффузионно-тензорных карт и визуализацией хода трактов в пораженной области и перифокальных отделах, с оценкой параметров функциональной коннективности областей мозга на фоне изменения функциональной активности дофаминэргической системы пациента с ОНМК. Изучены качественные и количественные характеристики нейропластичности, полученные с помощью методик ASL, DKI, rs-fMRI, когнитивного теста, а также динамика их изменений на разных этапах раннего восстановительного периода у пациентов с ОНМК в виде систематизированных и упорядоченных таблиц данных, графиков и диаграмм. Выбраны способы сравнения, корреляции результатов получаемых качественных и количественных данных ASL, DKI, rs-fMRI, а также способа комплексного анализа изменения-восстановления нейрональных связей и трактов на фоне перераспределения функциональных зон, изменения дофаминэргической системы и когнитивных функций с выделением ограниченного числа наиболее клинически значимых показателей и коэффициентов с вероятной прогностической значимостью и возможным использованием в клинической практике.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В результате проведенных в 2021 году работ получен архив изображений трехкратного и двухкратного динамического наблюдения суммарно 32 пациентов с ОНМК в раннем постинсультном периоде согласно разработанному протоколу на МР-томографе 3Т с накоплением статистических данных о процессах нейропластичности. Отработан постпроцессинг данных, полученных с помощью методик когнитивного теста, ASL, DKI, rs-fMRI, включающий в себя качественную оценку полученных изображений для исключения различных артефактов, выбор формы, площади и локализации области интереса ROI; построение и оценку перфузионных и диффузионно-куртозисных карт, получение относительных и абсолютных значений перфузионных и диффузионных куртозисных характеристик, визуализацию хода трактов в пораженной области и перифокальных отделах, оценку паттернов спонтанной активности мозга и параметров функциональной коннективности различных областей головного мозга пациентов с ОНМК на фоне оценки изменения функциональной активности дофаминэргической системы (на основании данных когнитивного теста) с выбором основных критериев оценки механизмов структурно-функциональной перестройки головного мозга. По результатам первичного постпроцессинга построены динамические карты перфузии, карты аксиального, радиального, среднего коэффициентов диффузии и эксцесса, фракционной и куртозистоной анизотропии, а также индивидуальные пространственные функциональные карты вовлеченности областей мозга в подсети DMNa и DMNp. Изучены качественные и количественные характеристики нейропластичности, полученные с помощью методик ASL, DKI, rs-fMRI, когнитивного теста, а также динамика их изменений на разных этапах раннего восстановительного периода у пациентов с ОНМК. Данные представлены в виде систематизированных и упорядоченных таблиц, графиков и диаграмм. В результате проведенного сравнительного анализа данных выявлено, что у пациентов, которые перенесли ишемический инсульт, в подавляющем большинстве случаев развиваются нарушения когнитивных функций. Причём, даже если они были незначительны, то в дальнейшем, по прошествии времени, могут возникать отсроченные последствия инсульта, в виде тех же самых нарушений когнитивных функций, но уже более значимых. Именно поэтому, оценка когнитивного дефицита в первую неделю после возникновения инсульта имеет прогностическое значение для состояния пациента в будущем. Считается, что пациенты, получившие за MoCА 20-24 баллов, относятся к группе с легкой степенью нарушений когнитивных функций, а MoСА менее 19 баллов относится к категории лиц с умеренными нарушениями. В исследовании (Jaywant A. et al. // Arch Phys Med Rehabil. – 2020) пациенты с оценками MoCA в диапазоне от 20 до 24 достигли наибольшего функционального прироста, по сравнению с группой умеренного нарушения. В нашем исследовании, пациенты относятся к группе с лёгкой степенью (средний получаемый балл 23,7) и так же демонстрируют прирост получаемых баллов до уровня нормальных когнитивных функций (26 и более баллов). По результатам проведённых нами тестов, у пациентов наблюдается увеличение количества получаемых баллов за тест MoCA и увеличение количества морганий. Тем самым, можно утверждать, что когнитивные функции улучшались по мере перехода инсульта от острой стадии в хроническую. Результаты полученные нами подтверждается литературными данными о восстановлении неврологических расстройств в ранний восстановительный период после возникновения инсульта (Захаров В.В. и др. // Неврология, нейропсихиатрия, психосоматика. - 2016.). Тест морганий (Blinc). Как известно, дофамин является тормозным медиатором центральной нервной системы. Частота морганий отражает активность дофамина в центральной нервной системе (McMonnies C. // Journal of Optometry – 2020). Дофаминергическая система оказывает влияние на когнитивную деятельность человека. Она состоит из нейронов среднего мозга, которые синтезируют дофамин и таким образом способствующие осуществлению широкого спектра модулирующих и нейроэндокринных функций в мозге. Исходя из патогенеза ишемического инсульта, истощение клеточной энергии приводит к повышению уровня дофамина. При возникновении инсульта происходит массивный выброс дофамина в полосатое тело. Мы предполагаем, что это связано с тем, что организм, пытаясь предотвратить процессы ишемии, повышает уровень дофамина для связывания с дофаминовами рецепторами, чтобы предотвратить эксайтотоксичность глутамата и остановить патобиохимические механизмы постишемического каскада. Это сочетается с литературными данными о терапии инсульта препаратами, стимулирующими выброс дофамина и увеличивающих чувствительность дофаминергических рецепторов к этому нейромедиатору. В нашем исследовании, в раннем постинсультном периоде наблюдается снижение частоты морганий и по мере восстановления после инсульта, количество морганий увеличивается. Мы связываем это с тем, что дофамин из-за повышения своего уровня, начинает оказывать тормозное влияние на когнитивную деятельность, в том числе и на моргания и по мере того, как идут процессы восстановления, уровень дофамина снижается. Это также сочетается с данными о том, что после скачка уровня дофамина во время инсульта, в дальнейшем идёт снижение его уровня. Соотношение когнитивных тестов, гипо- и гиперперфузии. Как уже было указано выше, результаты когнитивных тестов улучшаются по мере восстановления после инсульта, а по результатам перфузии ASL выявлено, что в контралатеральном полушарии от очага инсульта имеется тенденция такого же восстановления перфузии к моменту хронической стадии инсульта. Обратная тенденция имеется в отношении перфузии в очаге инсульта. Это объясняется тем, в результате патофизиологических процессов в очаге инсульта развивается кистозно-глиозная трансформация и кровоток не восстанавливается. По данным, полученным нами в хронической стадии инсульта, отмечено, что интенсивность сигнала (SI) стремится практически к одной области значений из-за того, что кровоток так и не восстановился в этой области. Таким образом, выявлено преобладание перфузионных характеристик в очаге инсульта в острую фазу. При хронизации процесса отмечается уменьшение значения и вариабельности нормализованного показателя перфузии, который стремится к определенному значению независимо от величины изменения перфузии в острой стадии, что обусловлено патоморфологическими изменениями очага ишемии. В динамике в раннем постинсультном периоде отмечается улучшение когнитивных функций и увеличение частоты морганий независимо от направления динамики перфузии в очаге ишемии. Были получены статистически значимые различия для среднего коэффициента диффузии и среднего эксцесса между группами при наличии взаимосвязи между возрастом и характеристиками диффузии, хотя характер этой взаимосвязи не был установлен. Отслеживание динамики диффузионных характеристик, полученных на трёх сканированиях, показало, что поведение диффузионных характеристик отличается у разных испытуемых. Однако стоит отметить наличие испытуемых, характеристики которых существенно изменились, что нельзя объяснить погрешностью измерения. Кроме того, средний коэффициент диффузии имеет тенденцию во втором измерении понижаться, а в третьем повышаться, при том, что фракционная анизотропия ведёт себя обратным образом, что требует дальнейших исследований, чтобы установить причину изменений. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что характеристики диффузии и эксцесса чувствительны к различиям в строении биологических тканей. Различия в характеристиках диффузии для разных тканей мозга согласуются со строением этих тканей. Погрешность измерений была оценена путём получения характеристик диффузии чистой воды. Согласно полученным данным, погрешность измерения среднего измеряемого коэффициента диффузии около 2%. Статистически значимые различия между группами здоровых испытуемых и с инсультом были найдены для среднего коэффициента диффузии и среднего эксцесса в белом веществе, из чего можно сделать вывод о том, что эти характеристики могут являться диагностически значимыми метриками. При этом влияние возраста на среднюю диффузию в белом веществе, согласно результатам ANCOVA, оказалось статистически значимо. Для белого вещества наблюдалось предсказуемое и совпадающее с другими исследованиями изменение характеристик диффузии от возраста – увеличение среднего коэффициента диффузии, уменьшение среднего эксцесса и фракционной анизотропии, что может быть показателем нейродегенеративного процесса потери аксонов. Что касается фактора пола, то согласно результатам ANCOVA, пол не оказывает статистически значимого влияния на характеристики диффузии. Также была исследована динамика поведения диффузионных характеристик. Диффузионные характеристики не показали возрастной зависимости и динамики, универсальной для всех испытуемых. Однако, средний коэффициент диффузии имеет тенденцию во втором измерении понижаться, а в третьем повышаться, что требует дальнейших исследований, чтобы установить причину изменений. Результаты для средних параметров диффузии и эксцесса у здоровых испытуемых в белом и сером веществе соответствуют полученным ранее (Тоноян А.С. // Радиология-Практика.– 2015) с учётом стандартного отклонения. Таким образом, были исследованы характеристики диффузии воды в биологических тканях головного мозга, а также найдены статистически значимые различия этих характеристик для здоровых людей и пациентов, перенесших инсульт. Была показана диагностическая ценность среднего коэффициента диффузии и эксцесса. Диффузионно-тензорная МРТ является неинвазивным методом диагностики целостности проводящих путей и нарушений структуры биологических тканей. Этот метод даёт возможность как количественного определения коэффициентов диффузии, характеризующих диффузионный процесс, так и построения трактографических карт. Однако диффузионно-тензорная МРТ ограничивается гауссовским распределением плотности вероятности смещения частиц, не являющимся верным в случае неизотропной среды, характерной для биологических тканей. Новый подход в диффузионной МРТ – диффузионно-куртозисная МРТ позволяет оценить отклонение распределения от гауссовской формы колокола путём измерения коэффициента эксцесса. Эксцесс можно рассматривать как меру структурированности ткани, наличия препятствий для свободной диффузии. Проведённое моделирование методом Монте-Карло показывает, что наличие препятствия в виде двух стенок, расстояние между которыми сравнимо с шагом частицы, приводит к появлению ненулевого эксцесса и отклонению сигнала от предсказанной в диффузионно-тензорной МРТ зависимости при больших b-факторах. Хотя инсульт обычно поражает одно полушарие, но причиной инсульта является общее заболевание сердечно-сосудистой системы, при этом контралатерального полушарие находится в прединсультном состоянии. Основная гипотеза заключается в том, что состояние тканей контралатерального полушария отражает априорный риск возникновения инсульта, а их диффузионные характеристики могут служить индикатором вероятности инсульта. Основным результатом является нахождение диагностически значимых маркеров - среднего коэффициент диффузии и среднего коэффициент эксцесса в белом веществе, которые могут служить индикатором вероятности инсульта. Ориентируясь на полученные данные с помощью режима диффузионно-куртозисной были получены статистические различия количественных показателей аксиального, радиального и среднего куртозиса при первом исследовании, для показателя аксиального куртозиса во втором исследовании, в очаге ишемии поражения по сравнению контралатеральной стороной, их преобладание в острую и снижение в хроническую фазу относительно контралатеральной стороны. Отсутствие статистических различий для показателей куртозисной анизотропии. Также было установлено статистически достоверное различие между первым-вторым, вторым-третьим и первым-третьим исследованиями для всех нормализованных показателей куртозиса, за исключением нормализованного показателя куртозисной анизотропии. Также было получено достоверное снижение количественных показателей куртозиса в очаге ишемии с течением времени от острой к хронической фазе, более выраженное для параметра аксиального куртозиса (kax), в особенности различия между 2-ым и 3-им исследованиями – 40,75%, что говорит о преобладании снижения диффузии вдоль волокна в острую фазу и частичной ее восстановлении к хронической, что свидетельствует о «пластичности» и возможности восстановления отдельных аксонов, а также для показателя среднего куртозиса (kmean), в особенности между 1-ым и 2-ым исследованиями – 25,02%, что говорит о степени потери клеточных структур, а снижение его может быть интерпретировано как снижение общей гетерогенности тканей и наблюдается при дегенеративных изменениях и при атрофии нейронов и аксонов, что находит подтверждение в случаях формирования кист, как патоморфологического исхода инсульта. В случаях поражения мозжечковых структур, где наблюдается процесс частичного восстановления, показатели аксиального и среднего куртозиса принимали значения близкие к значениям контралатерального полушария, что говорит о частичном восстановлении тканей мозжечка, что подтверждается рутинными исследованиями, по данным которых в местах очага ишемии с течением времени не наблюдается образования кистозных очагов, а сами пациенты отмечали значительное улучшение по сравнению с началом заболевания.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В течение 4 года выполнения проекта было проведено 101 обследование пациентов с острым нарушением мозгового кровообращения (ОНМК, инсульт), из них 66 первичных, 22 повторных обследований через 7-10 дней и 14 третьих динамических обследований через 3-4 месяца. По результатам рутинного протокола диагноз острого ишемического инсульта был подтвержден методом МРТ у 26 пациентов из 66 первично обследованных. Все обследования проводились согласно разработанному протоколу на МР-томографе 3Т с накоплением статистических данных о процессах нейропластичности. Был доработан постпроцессинг данных, полученных с помощью методик когнитивного теста, ASL, DKI, rs-fMRI данных в различных отделах головного мозга у пациентов с ОНМК с выбором основных критериев оценки механизмов структурно-функциональной перестройки головного мозга. Постпроцессинг включал в себя качественный анализ изображений последовательностей рутинного протокола, поиск локализации и площади области интереса, оценку церебрального кровотока с помощью импульсной последовательности «pCASL» в очаге инсульта и на таком же участке с контрлатеральной стороны, трактографию с помощью метода DTI в очаге поражения и в перифокальной области, построение и оценку перфузионных и диффузионно-куртозисных карт, оценку паттернов спонтанной активности мозга и параметров функциональной коннективности различных областей головного мозга пациентов с ОНМК на фоне оценки изменения функциональной активности дофаминэргической системы (на основании данных когнитивного теста) с выбором основных критериев оценки механизмов структурно-функциональной перестройки головного мозга. По результатам постпроцессинга были получены и проанализированы качественные и количественные характеристики нейропластичности. При оценке и анализе характеристик перфузии было отмечено нарастание показателей в очаге поражения ко второму наблюдению (7-10 день) и падение значений к третьему (3-4 мес), а также нарастание показателей в интактной области (противоположной очагу инсульта) контрлатерального полушария на протяжении всех этапов исследований с нарастанием перфузии от первого исследования к третьему для интактных областей противоположных полушарий после сосудистой катастрофы. Также в трехкратном динамическом исследовании были получены значения аксиальной, радиальной, средней диффузии и фракционной анизотропии, а также плотности регистрируемых трактов как для очага поражения, так и для перифокальной области. В динамике определено снижение плотности пучков в очаге поражения, перифокальной области, снижение показателей фракционной анизотропии и увеличение аксиальной, радиальной и средней диффузии, как в очаге поражения, так и в перифокальной области. В рамках анализа функциональной коннективности сетей покоя было выявлено, что после инсульта наблюдаются нарушения внутри сети DMN, а также в связи сетей DMN и VN, а также DMN и SMN. При этом нарушения в связи DMN и сенсомоторной сети являются временными, и уже во втором сеансе значения не отличаются от значений контрольной группы, аналогично в третьем сеансе; нарушения ФК между префронтальной частью DMN и задней поясной извилиной в составе DMN наиболее отчетливы в острую фазу, далее наблюдается постепенное восстановление; ФК внутри сети DMN, а также ФК между DMN и сетью обработки визуальной информации показывают достоверные отличия между группой инсульта и контрольной группой, при этом не демонстрируют динамику на протяжении исследования, что говорит о долгосрочном нарушении. В результате проведенного сравнительного анализа данных были выявлены изменения не только в очаге ишемического поражения, но и в перифокальной области, а также в контрлатерльном полушарии головного мозга. При оценке связи данных МРТ с когнитивными тестами была выявлена связь, которая может позволить клинически оценить состояние пациента и прогноз, в рамках лечения и реабилитации.