Участники
Участники были набраны в отделении неврологии муниципальной больницы города Нинде и в Ниндеском педагогическом университете в период с ноября 2022 по ноябрь 2023 года. В соответствии с критериями включения и исключения, в исследование были включены 35 пациентов (16 с болезнью Альцгеймера (AD), 19 с умеренными когнитивными нарушениями (MCI)) и 25 здоровых пожилых добровольцев (контрольная группа, NC). От всех участников и от семей лиц с когнитивными нарушениями было получено информированное согласие. Данное исследование было проведено в соответствии с принципами Хельсинкской декларации. Одобрение было получено от комитета по этике муниципальной больницы города Нинде (номер одобрения: 20200901).
Критериями включения были возраст от 50 до 85 лет, готовность пройти МРТ и предоставить информированное согласие, а также возможность завершить процедуру визуализации с помощью членов семьи или в течение нескольких сессий при необходимости. Критерии исключения включали наличие опухолей головного мозга; тяжелые сердечно-сосудистые заболевания; психиатрические заболевания в анамнезе; перенесенные черепно-мозговые травмы; основные неврологические расстройства, такие как инфекции центральной нервной системы, болезнь Паркинсона, болезнь Гентингтона, эпилепсия или рассеянный склероз; тяжелые системные заболевания; несъемные металлические имплантаты; тяжелые нарушения сенсорного восприятия, препятствующие когнитивной оценке; артефакты на изображениях; а также леворукость.
Диагнозы болезни Альцгеймера (БА), умеренных когнитивных нарушений (УКН) и нормального когнитивного функционирования (НКФ) были установлены двумя неврологами в соответствии с критериями Национального института старения и Ассоциации по борьбе с болезнью Альцгеймера (NIA-AA). Вероятная БА требовала прогрессирующего когнитивного и функционального снижения; УКН требовала объективных когнитивных нарушений при сохранности повседневного функционирования; НКФ предполагало отсутствие когнитивных или неврологических отклонений. По всем участникам был достигнут консенсусный диагноз. Подтверждение биомаркерами было доступно не во всех случаях, что является ограничением данного исследования. Все инструменты и материалы, использованные в этом исследовании, перечислены в Таблице материалов.
Клинические данные
Были собраны демографические и клинические данные, включая возраст, пол, образование, анамнез (гипертензия, сахарный диабет, гиперлипидемия) и результаты физикального обследования. Когнитивная функция оценивалась с помощью краткой шкалы оценки психического статуса (MMSE) и Монреальской шкалы оценки когнитивных функций (MoCA).
Сбор изображений
Визуализация проводилась на МРТ-сканере 3.0T с использованием специализированной катушки для головы и шеи. Протокол визуализации включал T2-взвешенные изображения с подавлением сигнала от свободной жидкости (T2-FLAIR), диффузионно-взвешенную МРТ (DWI), сагиттальные T1-взвешенные изображения и фазово-контрастную МРТ (включая 2D cine фазово-контрастные и 4D flow последовательности). Все участники располагались лежа на спине головой вперед; голова фиксировалась с помощью пенопластовых прокладок, а для снижения двигательных артефактов использовались средства защиты органов слуха.
Двумерная кино-фазово-контрастная МРТ
Двумерная кино-фазово-контрастная последовательность (Fast PC Cine Slice) была получена перпендикулярно среднему сегменту водопровода мозга, определенному по сагиттальным T1-взвешенным локализационным изображениям. Параметры сканирования были следующими: поле обзора — 24 × 24 cm; толщина среза — 5.0 mm; время повторения/время эха — 20.2/6.1 ms; матрица — 288 × 256; размер пикселя — 0.83 × 0.94 mm; полоса пропускания — 31.25 kHz; число усреднений — 1.0; угол отклонения — 20°; кодирующая скорость — 12 cm/s; периферическая синхронизация; и 20–30 фаз на сердечный цикл. Кодирующая скорость была выбрана таким образом, чтобы адекватно зафиксировать ток ликвора в водопроводе без возникновения артефактов алиазинга. Продолжительность сбора данных составляла от 1 до 3 min в зависимости от частоты сердечных сокращений участника.
Четырехмерная МРТ-флоуметрия (4D flow MRI)
Для охвата области сонных артерий на уровне шеи была выполнена последовательность 4D flow (Sag 4D Flow). Параметры визуализации были следующими: поле обзора — 24 × 24 cm; толщина среза — 1.0 mm; интервал между срезами — 2.0 mm; количество срезов — 40–50; время повторения/время эха — 6.6/2.8 ms; матрица — 180 × 180; размер пикселя — 1.33 × 1.33 mm; полоса пропускания — 62.50 kHz; число усреднений — 1.0; угол отклонения — 15°; кодируемая скорость — 50 cm/s; и 20–30 фаз за один сердечный цикл. Кодируемая скорость 50 cm/s была выбрана для адекватной регистрации потока в сонных артериях при минимизации эффекта наложения (алиасинга). Продолжительность сбора данных составляла от 1 до 3 минут в зависимости от частоты сердечных сокращений. Все изображения анализировались с помощью специализированного программного обеспечения для постобработки (Таблица материалов).
Обработка и анализ изображений
Анализ параметров спинномозговой жидкости
Двумерные cine PC изображения модуля и фазы анализировали с помощью специализированного программного обеспечения для постобработки (Рисунок 1A–D). Два рентгенолога (каждый с трехлетним опытом нейровизуализации) независимо выделяли области интереса (ROI) вдоль внешнего края водопровода головного мозга в месте его максимального поперечного сечения, определенного по сагиттальному локализатору T1-взвешенных изображений и подтвержденного на изображении модуля. Каждый рентгенолог обводил ROI дважды с интервалом не менее двух недель между сеансами. Коррекция фоновой фазы выполнялась с помощью встроенного алгоритма коррекции статических тканей в программном обеспечении, который вычитает среднюю фазу статической области ткани (расположенной в паренхиме среднего мозга рядом с водопроводом) из фазовых изображений с кодированием скорости для минимизации эффектов вихревых токов и членов Максвелла. Для каждого участника были рассчитаны следующие параметры: максимальная систолическая скорость (пиковая систолическая скорость, PSV), максимальная диастолическая скорость (пиковая диастолическая скорость, PDV), чистый ударный объем и кривые потока. Также была зафиксирована площадь поперечного сечения водопровода (Рисунок 2). Межэкспертная и внутриэкспертная надежность оценивались с помощью двухсторонних коэффициентов внутриклассовой корреляции (ICC) со случайными эффектами для абсолютного согласия; для всех параметров значения превысили 0,90.

Рисунок 1: Получение и обработка изображений потока спинномозговой жидкости. (A) Сагиттальное Т1-взвешенное локализационное изображение, демонстрирующее позиционирование 2D cine-среза с фазовым контрастированием, установленного перпендикулярно середине водопровода головного мозга (пунктирная линия). (B) Амплитудное изображение 2D cine-последовательности, показывающее анатомическое строение водопровода головного мозга. (C) Фазовое изображение 2D cine-последовательности, демонстрирующее интенсивность сигнала потока СМЖ. Сокращения: CA = водопровод головного мозга; CSF = спинномозговая жидкость (СМЖ). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: Репрезентативная кривая скорости потока спинномозговой жидкости. Кривая зависимости скорости потока от времени, демонстрирующая двухфазный квазисинусоидальный характер тока CSF в течение одного сердечного цикла. Кривая иллюстрирует изменения скорости во время систолы и диастолы. Сокращения: CSF = спинномозговая жидкость. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Анализ параметров кровотока в внутренней сонной артерии
Данные четырехмерного потока (4D flow) были реконструированы и проанализированы с помощью модуля 4D Flow в специализированном программном обеспечении для постобработки. Коррекция фазового сдвига была выполнена с использованием полиномиальной аппроксимации первого порядка по статичным областям тканей. Левая внутренняя сонная артерия (ЛВСА) была выделена с помощью инструмента полуавтоматической сегментации на основе пороговых значений с последующим ручным уточнением, что позволило создать 3D-ангиографический объем. Была автоматически вычислена центральная линия сосуда, и три поперечных сечения, перпендикулярных этой линии, были расположены на уровне сегмента C1 (примерно на 2–3 cm выше бифуркации сонной артерии) с интервалом 5 mm между соседними плоскостями. Для анализа была выбрана левая внутренняя сонная артерия в связи с ее стабильным анатомическим ходом и характеристиками потока; правая внутренняя сонная артерия не оценивалась для минимизации времени сканирования и нагрузки на участников. Несмотря на то, что в данном эксплораторном исследовании в целях обеспечения осуществимости был применен односторонний подход, в будущих исследованиях обоснована билатеральная оценка. Для каждой плоскости контур просвета сосуда определялся с помощью полуавтоматического алгоритма детектирования краев с ручной корректировкой для каждого кадра сердечного цикла (примерно 20 кадров за цикл) (Рисунок 3A–D).
На основе контуров просвета, полученных с временным разрешением, были вычислены следующие параметры: максимальная скорость потока, объем потока за один сердечный цикл и среднее напряжение сдвига на стенке (WSS). WSS было рассчитано по формуле:
WSS = μ × (∂v/∂r)|_wall (1)
где µ = 0.004 Pa·s — принятая вязкость крови, а ∂v/∂r — градиент скорости, перпендикулярный стенке сосуда, полученный путем аппроксимации данных о скорости в пристеночной области параболическим профилем в каждой позиции по окружности и последующего усреднения по окружности просвета. Были построены карты скорости потока, векторов и WSS, а также графики зависимости потока и WSS от времени. Значения в трех плоскостях усреднялись для получения единого репрезентативного значения для каждого участника. Вся обработка изображений проводилась двумя одними и теми же рентгенологами независимо, и для статистического анализа использовалось среднее значение их измерений (Рисунок 4).

Рисунок 3: Трехмерная реконструкция и гемодинамический анализ левой внутренней сонной артерии. (A) Трехмерная объемная реконструкция левой сонной артерии после сегментации сосуда. (B) Расположение трех плоскостей поперечного анализа (Flow 1–3) вдоль сегмента C1. (C) Карты скорости кровотока. (D) Векторные диаграммы, показывающие направление потока. (E) Карты напряжения сдвига на стенке. Сокращения: LICA = левая внутренняя сонная артерия; WSS = напряжение сдвига на стенке. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: Кривые постобработки для левой внутренней сонной артерии. Кривые зависимости потока от времени (левая панель) и кривые зависимости напряжения сдвига на стенке от времени (правая панель) за один сердечный цикл. Разные цвета соответствуют трем плоскостям выборки (красный, желтый, зеленый). Сокращения: LICA = левая внутренняя сонная артерия; WSS = напряжение сдвига на стенке. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Статистический анализ
Анализ данных проводили с использованием стандартного статистического программного обеспечения (Таблица материалов). Переменные с нормальным распределением, определенным с помощью теста Шапиро-Уилка, выражали как среднее значение ± SD и сравнивали с помощью однофакторного ANOVA. Переменные с ненормальным распределением выражали как медиану (IQR) и сравнивали с помощью теста Крускала-Уоллиса. Категориальные переменные сравнивали с помощью теста хи-квадрат. Для межгрупповых сравнений использовали ANCOVA с учетом возраста и образования в качестве ковариат, применяя поправку Бонферрони для множественных сравнений. Корреляцию Спирмена и множественную линейную регрессию использовали для оценки взаимосвязи между данными визуализации и когнитивными показателями с поправкой на факторы сосудистого риска (гипертонию, диабет, гиперлипидемию). Для оценки диагностической эффективности каждого параметра визуализации проводили ROC-анализ (анализ рабочих характеристик приемника). Рассчитывали площадь под кривой (AUC), чувствительность и специфичность. ROC-анализ выполняли без корректировки по ковариатам для оценки собственной дискриминационной способности каждого параметра. Однако, учитывая наблюдаемые групповые различия по возрасту и образованию, дополнительные анализы с поправкой на эти ковариаты дали согласованные результаты. Статистически значимыми считали результаты при двустороннем p < 0,05. Полный список материалов и оборудования, использованных в данном исследовании, представлен в Таблице материалов.