КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 19-75-20142

НазваниеКоличественная пре-и постнатальная магнитно-резонансная томография в диагностике врожденных нарушений миелинизации головного мозга

РуководительЯрных Василий Леонидович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет", Томская обл

Года выполнения при поддержке РНФ2019 - 2022

КонкурсКонкурс 2019 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Объект инфраструктуры Центр коллективного пользования «Масс-спектрометрические исследования» Сибирского отделения Российской академии наук

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-212 - Педиатрия и неонатология

Ключевые словаМагнитнорезонансная томография, миелин, радиология, нейровизуализация, плод, ребенок, мозг, педиатрия, перинатология, задержка развития, вентрикуломегалия, макромолекулярная протонная фракция, перенос намагниченности.

Код ГРНТИ76.29.62


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект направлен на поиск и клиническое применение неинвазивных количественных биомаркеров созревания и повреждения мозгового вещества в процессе пре- и пост-натального развития центральной нервной системы для диагностики, профилактики, и контроля лечения социально значимых неврологических заболеваний детского возраста. Идея проекта обусловлена положением о том, что недостаточная миелинизация является признаком отклонений от нормы в развитии мозга, даже если интересующее нас заболевание не является первично-демиелинизирующим. В настоящее время отсутствуют клинически применимые методы визуализации, которые позволили бы количественно оценивать развитие миелина в течение пренатального периода и в раннем детстве. Однако они могли бы открыть путь для выявления невропатологических причин задержки развития и дальнейшего прогноза интеллектуальных способностей и будущей социальной продуктивности ребенка. Разработка технологии выявления нарушений миелинизации в раннем возрасте предоставляет ряд новых возможностей для выявления групп риска умственной отсталости, аутизма и более серьезных психических заболеваний, что может быть использовано для назначения ранней поведенческой терапии и развития навыков социальной адаптации. Основной задачей настоящего проекта является разработка, оценка эффективности и клиническая апробация технологии неинвазивного количественного картирования миелинизации головного мозга ребенка и плода для диагностики социально-значимых педиатрических неврологических заболеваний на основе магнитно-резонансной томографии (МРТ). Предлагаемая технология, основана на методе быстрого картирования макромолекулярной протонной фракции (МПФ), который в последние годы активно развивается и всесторонне верифицируется. Этот метод обеспечивает наиболее точный и эффективный по времени подход к изучению нормального и аномального развития миелина в мозге человека и на сегодняшний день готов к клиническому применению. В ходе выполнения данного проекта будут решены следующие основные задачи: 1. Разработать и оптимизировать технологию для количественного картирования миелинизации мозга плода и ребенка в клинических условиях на основе метода измерения МПФ с использованием магниторезонансных томографов с напряженностью магнитного поля 1.5 Тл и 3 Тл. 2. Создать нормативный, количественный, цифровой атлас миелинизации мозга плода и ребенка. 3. Установить диагностическое и прогностическое значение картирования МПФ для клинической оценки задержек пре- и постнатального развития. Предлагаемый проект является инновационным во всех его аспектах, включая разработку технологии и ее клиническое применение. Проект предлагает использовать ранее недоступную возможность измерения клинических параметров, для оценки миелинизации, которая является одной из наиболее клинически и физиологически важных характеристик ткани головного мозга. Кроме того, технология неинвазивного количественного картирования миелина станет широко доступной для клинического сообщества. Использование картирования МПФ неизбежно приведет к получению новых фундаментальных знаний о центральной нервной системе и применению этих знаний для диагностики неврологических заболеваний, в частности, путем введения новых биомаркеров, которые могли бы способствовать разработке новых методов лечения и диагностических критериев. Этот метод обеспечит единую шкалу для измерения миелинизации на протяжении всей продолжительности жизни и станет объективным количественным инструментом для оценки нормального или аномального развития мозга до и после рождения.

Ожидаемые результаты
Наиболее масштабными и практически важными результатами проекта будут: 1. Принципиально новая унифицированная технология для клинической оценки миелинизации мозга ребенка и плода, обеспечивающая высокую точность и воспроизводимость измерений с использованием широко распространенных томографов Philips. 2. Электронный атлас миелинизации головного мозга ребенка и плода, содержащий усредненных нормальные карты МПФ для специфических возрастных категорий, который станет уникальным инструментом для фундаментальной и клинической нейронауки. 3. Фундаментальное знание о количественных траекториях миелинизации анатомических структур головного мозга человека в процессе пре- и пост-натального развития. 4. Фундаментальное знание о взаимосвязи нарушений миелинизации головного мозга и задержек развития ребенка и плода. 5. Практические рекомендации по применению картирования МПФ в качестве диагностического и прогностического метода для оценки миелинизации в педиатрической и пренатальной лучевой диагностике, основанные на масштабном клиническом исследовании. Методы и подходы, разработанные в проекте обеспечат распространение аналогичных инженерных решений для других томографических систем. Результаты проекта обеспечат дальнейшее внедрение в клиническую практику нашего фундаментально нового объективного количественного метода диагностики социально-значимых неврологических заболеваний детского возраста.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Работа в течение отчетного периода была направлена на разработку методологических подходов для клинического применения картирования миелина в головном мозге плода и ребенка, основанного на макромолекулярной протонной фракции (МПФ), с использованием стандартного клинического оборудования для магнитно-резонансной томографии (МРТ). Был разработан набор быстрых протоколов картирования МПФ в головном мозге плода и ребенка для магнитнорезонансных томографов производства компании Philips с напряженностями магнитного поля 1.5 Тл и 3 Тл. Протоколы обеспечивают накопление исходных трехмерных данных для мозга плода в течение 1-2 минут и для мозга ребенка в течение 8-10 минут. Также был разработан фантом для контроля качества измерений МПФ на основе гелей желатина, моделирующих кросс-релаксационные характеристики белого и серого вещества мозга. Фантом является недорогим в производстве и включает перекрестно-сшитые гели желатина с приблизительной концентрацией 30% и 15%, которые показали высокую воспроизводимость и долговременную стабильность. В проекте также был разработан новый алгоритм для улучшения точности реконструкции карт МПФ. Алгоритм является комбинацией одноточечного метода с синтетическим референтным изображением и процедуры для коррекции возможных ошибок, вызванных неидеальным поведением радиочастотных импульсов. Процедура коррекции ошибок включает анализ сигнала спинномозговой жидкости (СМЖ), который используется в качестве внутреннего стандарта для оценки отклонений от теоретической модели сигнала. Точность и воспроизводимость измерений МПФ в белом и сером веществе мозга на основе как оптимизированных, так и клинических импульсных последовательностей была оценена в двух сериях экспериментов с привлечением здоровых добровольцев. В первой серии, включающей 8 участников, были изучены воспроизводимость при повторных сканированиях и возможные ошибки, связанные с неоднородностью полей В0 и В1 для оптимизированного протокола картирования МПФ. Во второй серии с 12 участниками было проведено сравнение воспроизводимости и точности оптимизированных и стандартных клинических протоколов для напряженностей поля 1.5 Тл и 3 Тл. Полученные данные показали, что как оптимизированные, так и стандартные клинические протоколы картирования МПФ обеспечивают высокую воспроизводимость с коэффициентами вариации в пределах от 1% до 2.4%. Также было продемонстрировано, что коррекция неоднородности поля В0 не является необходимой и может быть исключена для сокращения времени исследования, в то время как коррекция неоднородности поля В1 нужна для получения точных измерений в поле 3 Тл. Комбинация нового алгоритма коррекции ошибок со стандартными клиническими протоколами картирования МПФ позволяет измерять МПФ без значимых систематических ошибок, несмотря на неидеальное поведение немодифицированных импульсных последовательностей производителя оборудования. В общем, полученные результаты свидетельствуют, что картирование МПФ может проводиться на базе клинического МРТ оборудования с напряженностями магнитного поля 1.5 Тл и 3 Тл с приемлемым временем сканирования, высокой точностью и очень хорошей воспроизводимостью.

 

Публикации

1. - «Благодаря РНФ наше направление науки развилось в России просто с нуля» Пресс-служба РНФ, Дайджест новостей РНФ / Том 3, Стр. 36-44. Опубликовано 22 октября 2019 г. (год публикации - ).

2. Ярных В.Л. ТЕСТ-ОБЪЕКТ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА И КАЛИБРОВКИ ИЗМЕРЕНИЙ МАКРОМОЛЕКУЛЯРНОЙ ПРОТОННОЙ ФРАКЦИИ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ МИЕЛИНИЗАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МРТ -, RU194078U1 (год публикации - ).

3. Ярных В.Л., Кисель А.А., Ходанович М.Ю. Scan–Rescan Repeatability and Impact of B0 and B1 Field Nonuniformity Corrections in Single-Point Whole-Brain Macromolecular Proton Fraction Mapping Journal of Magnetic Resonance Imaging, - (год публикации - 2019).