Magnetic resonance imaging for pectus excavatum

Marina Vishnyakova; Вишнякова Марина; Gulishe Muzafarova; Музафарова Гулише Серверовна; Alexander S. Abramenko; Абраменко Александр Сергеевич; Alexander S. Abramenko; Vladimir Kuzmichev; Кузьмичев Владимир Александрович; Vladimir Gatsutsin; Гацуцын Владимир Витальевич

doi:10.17816/DD568087

Magnetic resonance imaging for pectus excavatum

Authors: Vishnyakova M.¹, Muzafarova G.², Abramenko A.S.³, Kuzmichev V.², Gatsutsin V.²
Affiliations:
1. ГБУЗ МО МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского
2. МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского
3. Moscow Regional Research and Clinical Institute
Section: Original Study Articles
Submitted: 07.08.2023
Accepted: 22.03.2024
Published: 19.06.2024
URL: https://jdigitaldiagnostics.com/DD/article/view/568087
DOI: https://doi.org/10.17816/DD568087
ID: 568087

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Relevance: Magnetic resonance imaging (MRI) is more often used to confirm the presence of pectus excavatum then to assess compression changes in the heart at this level.

Purpose: preoperative evaluation of PE according to magnetic resonance imaging.

Materials and methods: A retrospective evaluation of chest MRI was performed in 38 patients (30 males, 8 females). The average age is 19.9 years (+/- 9 years).Cardiac MRI was performed on 1.5T General Electric Optima MR450w GEM scanner with 2D-FIESTA-C pulse sequences with functional assessment of left and right ventricles. Parameters for surgical treatment of PE were obtained - the Haller index, the correction index, the sternum rotation angle.Statistical search for the relationship between Haller index, correction index, sternum rotation angle and ejection fraction of the right ventricle was held. A value less than 0.05 was considered statistically significant.Results: In 92% of cases moderate and severe PE were diagnosed. No statistically significant correlation was obtained (P=0.777) between the values of the Haller index and the fraction of the right ventricle. When distinguishing three PE degrees according to the Haller index, a gradual decrease in the average value of the right ventricular ejection fraction was noted - for patients with mild PE, the fraction was 48%, for moderate deformity - 47%, for severe deformity 43%. Correlation between the values of the Haller index and the correction index (p<0.05) was noted. The value of the angle of rotation of the sternum, which required modification of surgical intervention was detected in 44.7% of patients.

Conclusion: Magnetic resonance imaging is an informative diagnostic method for PE without radiation exposure with the possibility of detailed preoperative assessment. Correlation between the values of the Haller index and the correction index (p<0.05) was noted. MRI revealed a decrease in the ejection fraction of the right ventricle.

Keywords

pectus excavatum, magnetic resonance imaging, right ventricle ejection fraction, Haller index, correction index, sternal torsion angle

Full Text

Введение:

Воронкообразная деформация грудной клетки (ВДГК, pectus excavatum) – является распространенным дефектом развития грудной клетки (частота 1:300-1000 новорожденных), клинические проявления которого наиболее часто манифестируют в 10-12 лет и в период пубертатного возраста [1, 2].

При ВДГК происходит формирование различного по глубине и форме западения грудины и передних отделов ребер. Предполагается, что деформация грудной клетки является результатом аномального развития реберных хрящей с их чрезмерным ростом, приводящим к прогрессивному смещению грудины. Изменения максимально выражены на уровне прикрепления к грудине 4-7 ребер, при смещении грудин кпереди диагностируется вентральный тип изменений – килевидная деформация; при смещении грудины кзади – дорзальный тип или воронкообразная деформация [2].

При воронкообразной деформации грудной клетки кроме косметического дефекта происходит также смещение органов и структур средостения, компрессия легочной ткани, что может привести к функциональным изменениям со стороны сердца и легких и снижению физической активности [3-6].

Для оценки степени деформации и взаимоотношения измененной грудной стенки с органами средостения широко используется рентгеновская компьютерная томография (РКТ) благодаря своей широкой доступности и быстроте выполнения исследования [3].

Магнитно-резонансная томография (МРТ) также используется для подтверждения факта наличия деформации, а также для оценки возможной компрессии сердца [3]. МРТ не обладает лучевой нагрузкой и позволяет получить аналогичный КТ объем диагностических данных о состоянии грудины и ребер. Однако подробные данные об информативности МРТ в оценке параметров, необходимых для планирования оперативного вмешательства, представлены только в единичных источниках [4].

Учитывая важность определения показаний к хирургическому лечению ВДГК, для оценки степени тяжести ВДГК используют различные показатели: индекс Галлера, индекс коррекции, определения угла ротации грудины.

Для определения индекса Галлера проводятся измерения в аксиальной плоскости сканирования. Вычисляется отношение поперечного размера грудной клетки, которое измеряется, как максимальное расстояние между внутренней частью ребер) к передне-заднему размеру (расстояние между передней поверхностью позвоночника и задней пластинкой грудины) [7]. При воронкообразной деформации грудной клетки происходит уменьшение передне-заднего размера вследствие западения грудино-реберного комплекса, что как следствие проводит к увеличению индекса Галлера [8]. Выделяют следующие значения индекса Галлера [8]:

норма: <2.0
мягкая воронкообразная деформация грудной клетки: 2.0-3.2
умеренная воронкообразная деформация грудной клетки: 3.2-3.5
тяжелая воронкообразная деформация грудной клетки: >3.5

Показанием к проведению хирургической коррекции ВДГК является индекс Галлера более 3,25.

Индекс коррекции — это отношение ожидаемого увеличения деформации грудной клетки после размещения пластины (в формуле – разница между максимальным размером и имеющимся минимальным размером) к максимальному переднему и заднему размеру внутренней грудной клетки, умноженное на 100. Индекс коррекции относительно недавно стал использоваться в определении тактики лечения пациентов с воронкообразной деформацией грудной клетки [9].

Изучение угла ротации грудины принципиально для пациентов с воронкообразной деформацией грудной клетки, так как определение выраженности и направленности угла позволяет корректно далее спланировать ход оперативного вмешательства [10].

Цель исследования:

Прицельная оценка воронкообразной деформации грудной клетки по данным магнитно-резонансной томографии.

Материалы и методы:

Была проведена ретроспективная оценка МРТ органов грудной клетки у 38 пациента (30 мужского пола, 8 женского пола). Средний возраст – 19,9 лет (+/- 9 лет).

МРТ сердца выполнялась в рамках обследования при подготовке к хирургическому лечению, исследования проводились на аппарате General Electric Optima MR450w GEM 1,5 Тл с использованием импульсных последовательностей 2D-FIESTA-C. Протокол исследования с ЭКГ синхронизацией включал функциональную оценку состояния миокарда левого и правого желудочков. Функциональное исследование проводилось с применением стандартных последовательностей получения киноизображений сердца (balanced gradient echo) в стандартных кардиальных осях (длинная 2х и 4х камерные, короткая 2х камерная).

При выполнении исследования функции сердца также были получены параметры, необходимые для дальнейшего оперативного лечения пациентов по поводу воронкообразной деформации грудины - индекса Галлера, индекса коррекции, угла ротации грудины (УРГ).

Была проведена статистическая обработка полученных данных с вычислением средних значений и стандартных отклонений измеряемых параметров. Соответствие распределения количественных признаков нормальному оценивалось при помощи критерия Шапиро-Уилка. Связь количественных признаков оценивали при помощи критериев корреляции Пирсона и Спирмена. Приводили значение коэффициента корреляции, границы 95% доверительного интервала и достигнутое значение P value. Оценивался двусторонний уровень значимости. Значение менее 0,05 считали статистически значимыми. Анализ проведен в GraphPad Prism 9.

Результаты:

Индекс Галлера

Мы разделили пациентов по степени выраженности индекса Галлера по 3 подгруппы (Рис.1, Таблица 1).

Рис. 1: МРТ изображения органов грудной клетки на уровне максимальной деформации: А – индекс Галлера 3,1; Б – индекс Галлера 3,3; В – индекс Галлера 5,2.

Таблица 1. Распределение пациентов по значению индекса Галлера.

	Мягкая ВДГК	Умеренная ВДГК	Тяжелая ВДГК
Количество пациентов	3	6	29
Среднее значение индекса Галлера	2,8	3,3	5,1

Соответственно пациенты с мягкой воронкообразной деформацией грудной клетки далее не подвергались оперативному вмешательству. Пациентам с умеренной и тяжелой деформациями грудной клетки была выполнена коррекция деформации.

При поиске взаимосвязи между значениями индекса Галлера и фракцией правого желудочка не было получено статистически значимой корреляции Пирсона (Р=0,777). При этом при выделении трех степеней деформации по индексу Галлера соответствует постепенному понижению среднего значения фракции выброса правого желудочка – так для пациентов с мягкой ВДГК фракция составила 48%, для пациентов с умеренной деформацией – 47%, для пациентов с тяжелой деформацией 43% (Рис. 2).

Не было выявлено статистически значимой связи между индексом Галлера и углом ротации грудины (Р=0,9489)

Рис. 2. Диаграмма, отражающая значения фракции выброса правого желудочка в зависимости от степени выраженности деформации грудной клетки.

Индекс коррекции

Среднее значение индекса по данным нашего исследования составило 31,5% (±11) (Рис. 3). При статистическом анализе по мере увеличения индекса Галлера (увеличение степени деформации органов грудной клетки) было отмечено увеличение индекса коррекции, р<0,05 (Рис. 4). Так, средние значения индекса коррекции для пациентов с мягкой ВДГК составило 13, для пациентов с умеренной и тяжелой деформацией 24 и 35 соответственно.

Рис. 3: МРТ изображения органов грудной клетки на уровне максимальной деформации: А - иК = 7%; Б - иК = 32%.

Рис. 4. Отображение корреляции между значениями индекса Галлера и индекса коррекции (р<0,05).

Не было выявлено статистически значимой связи между углом ротации грудины и индексом коррекции Р=0,3452, между индексом коррекции и фракцией выброса правого желудочка (Р=0,1027).

Угол ротации грудины

Важным фактором для определения тактики лечения являлся угол ротации грудины (Рис.5).

Рис. 5: МРТ изображения органов грудной клетки на уровне максимальной деформации: А - УРГ = 14,3°; Б - УРГ = 31,1°.

Значимым для проведения оперативного вмешательства являлся угол ≥ 15⁰- 44,7% от общего количества пациентов (Таблица 2). Такое положение грудины требовало нестандартной косой установки корригирующей пластины. Положение осуществлялось «на встречу» острому углу грудины с целью последующего ее разворота. Таким образом, если острый угол был направлен вправо, корригирующая пластина проводилась из вышележащего межреберья справа, через пик деформации с подворотом грудины, в нижележащее межреберье слева (Рис. 6а). Частота встречаемости данной ротации составила 86% от всех случаев поворота грудины. В случае направления острого угла влево (14% от всех случаев) корригирующая пластина проводилась из нижележащего межреберья справа, через пик деформации, в вышележащее межреберье слева (Рис. 6б).

Рису 6. Рентгенологическое исследование органов грудной клетки в прямой проекции после коррекции воронкообразной деформации грудной клетки. Положение пластин при направлении угла: А – вправо; Б – влево.

Таблица 2. Распределение пациентов по значениями угла ротации грудины.

	УРГ <15°	УРГ >15°
Количество пациентов	21	17
Среднее значение УРГ	10°	26°

Обсуждение:

Традиционно для диагностики и анализа параметров при данной патологии используется метод компьютерной томографии, который повсеместно применяется в связи с его распространенностью и большей доступностью [11]. Очевидным недостатком при РКТ органов грудной клетки является наличие лучевой нагрузки, на уменьшение которой направлена модификация протоколов сканирования на протяжении последних лет [12].

Метод МРТ менее распространен в диагностике ВДГК и занимает больше времени, однако имеет преимущество в отсутствии лучевой нагрузки и возможности оценки компрессионных изменений сердца.

При прицельной оценке воронкообразной деформации органов грудной клетки в мировой литературе используется большое количество разнообразных индексов. Один из наиболее часто используемых индексов – это индекс Галлера, предложенный для выделения пациентов, которым необходима хирургическая коррекция деформации. Пороговым значением данного показателя для операции является значение 3,25. Однако на настоящий момент существуют работы, показывающие возможные проблемы, связанные с использованием только индекса Галлера при планировании оперативного вмешательства. Так индекс Галлера не коррелирует с возрастом, дальнейшими параметрами оперативного лечения и возможных осложнений после операции [13].

Кроме того исследование, посвященное оценке индекса Галлера среди контрольной группы пациентов и пациентов с воронкообразной деформацией грудной клетки, показало наличие одинаковых числовых значений в обоих группах (пересечение цифрового результата) в 48% случаев [9].

Подобные результаты говорят о необходимости стандартизации данных и внедрении дополнительных индексов для предоперационной и дальнейшей послеоперационной оценки [9, 13, 14]. Подобным индексом стал индекс коррекции, превышение данного значения более чем на 28% является показанием к операции при условии корреляции с индексом Галлера [15]. Индекс коррекции возможно использовать также для сопоставления с послеоперационными результатами.

Полученные в нашем исследовании значения индексов Галлера, коррекции и угла ротации грудины соответствуют клиническому состоянию пациентов, а также данным мировой литературы, посвященным предоперационной оценке по компьютерной и магнитно-резонансной томографии деформации грудной клетки [16, 17].

В нашем исследовании среднее значение фракции выброса правого желудочка даже у пациентов с мягкой ВДГК в среднем составляло 48%, с уменьшением значений при тяжелой деформации до 43%. Подобные результаты согласуются с данными литературы о том, что при деформациях отмечено снижение фракции выброса правого желудочка [18, 19]

Однако при статистическом анализе не было выявлено взаимосвязи между цифровыми значениями индекса Галлера и фракцией выброса, что может быть обусловлено неравномерным распределением пациентов по выраженности степени деформации и требует дальнейшего изучения.

Метод МРТ позволяет получить качественные диагностические изображения и подробные предоперационные измерения без лучевой нагрузки, что выгодно отличает его от компьютерной томографии, поскольку лечение ВДГК проводят преимущественно у детей старшего возраста и подростков.

Выводы:

Магнитно-резонансная томография является высокоинформативным методом диагностики при воронкообразной деформации грудной клетки без лучевой нагрузки с возможностью подробной предоперационной оценки патологических изменений.

Были получены данные о наличии корреляции между значениями индекса Галлера и индекса коррекции (р<0,05). Также для пациентов в исследовании было характерно уменьшение фракции выброса правого желудочка.