Методика 4D магнитно-резонансной томографии потока в изучении кровотока у пациентов с коарктацией аорты в отдаленные сроки после операции

Цель    Комплексная оценка кровотока в грудной аорте с применением программы 4D обработки магнитно-резонансных (МР)-изображений сердца и сосудов («4D Flow») у пациентов с коарктацией аорты в отдаленном послеоперационном периоде.

Материал и методы  МР-исследование сердца проведено 10 пациентам (7 мальчиков и 3 девочки) в возрасте от 8 до 13 лет, (медиана 9,5 [8,3; 10,8] года), перенесшим операцию резекции коарктации аорты с анастомозом «конец-в‑конец» в возрасте от 2 нед жизни до 10 мес. МР-исследование проводили на МР-томографе 1,5 Тесла, использовали многоканальную поверхностную катушку для сканирования, электрокардиографическую синхронизацию и специализированный пакет импульсных последовательностей для сканирования сердца. Для оценки кровотока применяли программу 4D обработки МР-изображений сердца и сосудов («4D Flow»). Из параметров кровотока анализировали объем кровотока в секунду, максимальную скорость кровотока, максимальную и минимальную площадь кровотока на уровнях: восходящая аорта, дуга, перешеек, нисходящая аорта и градиент давления на уровне максимального сужения аорты. По 3D-МР-изображениям оценивали геометрию аорты. Формирование, распределение и траектории кровотока анализировали по картам векторов, частиц потока («particle trace») и траекторий кровотока («stream line»). Статистическая обработка выполнена с помощью пакета Statistica 6.0 StatSoft Inc.

Результаты   У всех пациентов в систолу выявлено ускорение потока в области остаточного сужения аорты, у 4 наблюдался дополнительный вихревой поток ниже области сужения аорты, спиральный поток в нисходящей аорте. Градиент давления на перешейке был напрямую связан с индексом массы миокарда левого желудочка (r=0,65; р=0,04) и показателями кровотока в восходящей и нисходящей аорте (р=0,03; р=0,026). Не получено достоверной связи показателей кровотока с геометрией дуги (H / L). При оценке отсроченного МР-контрастирования фиброзные изменения миокарда не обнаружены только у одного пациента. Выраженность фиброза имела обратную корреляцию с фракцией выброса правого желудочка (r=0,65; р=0,04) и прямую – с градиентом давления на перешейке аорты (r=0,63; p=0,05).

Заключение     Программа 4D обработки МР-изображений сердца и сосудов позволяет в естественных условиях детально изучать кровоток, дает потенциальные преимущества в комплексном обследовании пациентов с коарктацией аорты при динамическом наблюдении. Для окончательного утверждения характера связи между измененным кровотоком в грудной аорте и маркерами патологии, оставшейся после коррекции, необходимы более крупные исследования и длительное наблюдение за пациентами с выявленными патологическими паттернами кровотока (изменения скорости и объема кровотока на протяжении всей грудной аорты в сочетании с нарушением нормальной геометрии потока в течение сердечного цикла).

1. Nozaki Y, Nakayama-Inaba K, Ishizu T, Iida N, Kato Y, Hiramatsu Y et al. Endothelial Dysfunction of Conduit Arteries in Patients with Repaired Coarctation of the Aorta. International Heart Journal. 2018;59(6):1340–5. DOI: 10.1536/ihj.17-564

2. Hope MD, Meadows AK, Hope TA, Ordovas KG, Saloner D, Reddy GP et al. Clinical evaluation of aortic coarctation with 4D flow MR imaging. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 2010;31(3):711–8. DOI: 10.1002/jmri.22083

3. Dijkema EJ, Leiner T, Grotenhuis HB. Diagnosis, imaging and clinical management of aortic coarctation. Heart. 2017;103(15):1148–55. DOI: 10.1136/heartjnl-2017-311173

4. Kim A.I., Rogova T.V., Vereshchagina A.M., Mashina T.V. Coarctation of the aorta: does the patient, operated at an early age, have to be observed later? Creative cardiology. 2015;1:46–55.

5. Voges I, Kees J, Jerosch-Herold M, Gottschalk H, Trentmann J, Hart C et al. Aortic stiffening and its impact on left atrial volumes and function in patients after successful coarctation repair: a multiparametric cardiovascular magnetic resonance study. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 2016;18(1):56. DOI: 10.1186/s12968-016-0278-6

6. Pineda J, Abad P, Mesa S, Rascovsky S, Delgado J. Clinical Applications of the 4D Flow Technique in the Hemodynamic Evaluation of Congenital Heart Diseases. Revista Colomb. Radioljgy. 2018;29(2):4901–7. [Av. at: https://www.webcir.org/revistavirtual//articulos/2018/3_agosto/col/aplicacion_eng.pdf]

7. Stankovic Z, Allen BD, Garcia J, Jarvis KB, Markl M. 4D flow imaging with MRI. Cardiovascular Diagnosis and Therapy. 2014;4(2):173–92. DOI: 10.3978/j.issn.2223-3652.2014.01.02

8. Ota H, Higuchi S, Sun W, Ueda T, Takase K, Tamura H. Four-Dimensional Flow Magnetic Resonance Imaging for Cardiovascular Imaging: from Basic Concept to Clinical Application. Cardiovascular Imaging Asia. 2018;2(2):85–96. DOI: 10.22468/cvia.2018.00045

9. Ralovich K, Itu L, Vitanovski D, Sharma P, Ionasec R, Mihalef V et al. Noninvasive hemodynamic assessment, treatment outcome prediction and follow-up of aortic coarctation from MR imaging: Noninvasive assessment of coarctation from MRI. Medical Physics. 2015;42(5):2143– 56. DOI: 10.1118/1.4914856

10. Rengier F, Delles M, Eichhorn J, Azad Y-J, von Tengg-Kobligk H, LeyZaporozhan J et al. Noninvasive pressure difference mapping derived from 4D flow MRI in patients with unrepaired and repaired aortic coarctation. Cardiovascular Diagnosis and Therapy. 2014;4(2):97–103. DOI: 10.3978/j.issn.2223-3652.2014.03.03

11. Ou P, Mousseaux E, Celermajer DS, Pedroni E, Vouhe P, Sidi D et al. Aortic arch shape deformation after coarctation surgery: Effect on blood pressure response. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 2006;132(5):1105–11. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2006.05.061

12. Markl M, Kilner PJ, Ebbers T. Comprehensive 4D velocity mapping of the heart and great vessels by cardiovascular magnetic resonance. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 2011;13(1):7. DOI: 10.1186/1532-429X-13-7

13. Frydrychowicz A, Berger A, Munoz del Rio A, Russe MF, Bock J, Harloff A et al. Interdependencies of aortic arch secondary flow patterns, geometry, and age analysed by 4-dimensional phase contrast magnetic resonance imaging at 3 Tesla. European Radiology. 2012;22(5):1122–30. DOI: 10.1007/s00330-011-2353-6

14. Ou P, Celermajer DS, Raisky O, Jolivet O, Buyens F, Herment A et al. Angular (Gothic) aortic arch leads to enhanced systolic wave reflection, central aortic stiffness, and increased left ventricular mass late after aortic coarctation repair: Evaluation with magnetic resonance flow mapping. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 2008;135(1):62–8. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2007.03.059

15. Sophocleous F, Biffi B, Milano EG, Bruse J, Caputo M, Rajakaruna C et al. Aortic morphological variability in patients with bicuspid aortic valve and aortic coarctation. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 2019;55(4):704–13. DOI: 10.1093/ejcts/ezy339

16. Quail MA, Segers P, Steeden JA, Muthurangu V. The aorta after coarctation repair – effects of calibre and curvature on arterial haemodynamics. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 2019;21(1):22. DOI: 10.1186/s12968-019-0534-7

17. Canniffe C, Ou P, Walsh K, Bonnet D, Celermajer D. Hypertension after repair of aortic coarctation – A systematic review. International Journal of Cardiology. 2013;167(6):2456–61. DOI: 10.1016/j.ijcard.2012.09.084

18. Bhatt AB, Defaria Yeh D. Long-term outcomes in coarctation of the aorta: an evolving story of success and new challenges. Heart. 2015;101(15):1173–5. DOI: 10.1136/heartjnl-2015-307641

19. Coogan JS, Humphrey JD, Figueroa CA. Computational simulations of hemodynamic changes within thoracic, coronary, and cerebral arteries following early wall remodeling in response to distal aortic coarctation. Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. 2013;12(1):79– 93. DOI: 10.1007/s10237-012-0383-x

20. Sinelnikov Yu.S., Gasanov E.N., Orehova E.N. Vascular dysfunction in patients with coarctation of the aorta: two-year results after early correction. Circulation Pathology and Cardiac Surgery. 2017;21(1):62– 8. DOI: 10.21688/1681-3472-2017-1-62-68

21. Sinelnikov Yu.S., Kshanovskaya M.S., Prokhorova D.S., Nartsissova G.P., Gorbatykh A.V., Ivantsov S.M. et al. Surgical correction of Aortic Coarctation: does it always satisfy expectations? Siberian Medical Journal (Tomsk). 2013;28(4):55–8.

22. Ntsinjana HN, Biglino G, Capelli C, Tann O, Giardini A, Derrick G et al. Aortic arch shape is not associated with hypertensive response to exercise in patients with repaired congenital heart diseases. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 2013;15(1):101. DOI: 10.1186/1532-429X-15-101

23. Prokhorova D.S., Nartsissova G.P., Gorbatykh Yu.N., Sinel’nikov Yu.S., Gorbatykh A.V. Dynamics of left ventricular adaptation processes in young patients with aortic coarctation before and after surgical correction. Circulation Pathology and Cardiac Surgery. 2012;16(1):11–5.

24. Sinelnikov Yu.S., Orekhova E.N., Matanovskaya T.V. Left ventricular mechanical function and aortic elastic properties in newborns with aortic coarctation. Prognostic significance of obtained data. Circulation Pathology and Cardiac Surgery. 2018;22(3):10–6. DOI: 10.21688/1681-3472-2018-3-10-16

25. Frank BS, Urban TT, Lewis K, Tong S, Cassidy C, Mitchell MB et al. Circulating biomarkers of left ventricular hypertrophy in pediatric coarctation of the aorta. Congenital Heart Disease. 2019;14(3):446–53. DOI: 10.1111/chd.12744

26. Klayman Ch, Sery I. Hemodynamics and cardiology. Problems and contradictions in neonatology. -M.: Logosfera;2015. –512 p. ISBN 978-5-98657-038-9

27. Hoffman D. Children’s cardiology. -M.: Praktika;2006. –543 p. ISBN 5-89816-071-X