radiologyРадиология — практикаRadiology - Practice2713-0118Центральный научно-исследовательский институт лучевой диагностики10.52560/2713-0118-2024-1-51-65radiology-516Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL RESEARCHДиагностика диффузного аксонального повреждения с помощью диффузионно-куртозисной МРТ и методов радиомикиDiffusion Kurtosis Imaging and Radiomics in Diffuse Axonal Injuryhttps://orcid.org/0000-0001-6384-7960АфандиевР. М.AfandievR. M.

Афандиев Рамин Малик оглы, врач отделения рентгеновских и радиоизотопных методов диагностики

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, д. 16

+7 (919) 999-88-21

Afandiev Ramin Malik ogly, Doctor of Department of X-ray and Radioisotope Diagnostic methods

16, ul. 4-ya Tverskaya-Yamskaya, Moscow, 125047

+7 (919) 999-88-21

Rafandiev@nsi.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0516-3613ЗахароваН. Е.ZakharovaN. E.

Захарова Наталья Евгеньевна, доктор медицинских наук, профессор РАН, ведущий научный сотрудник, отделения рентгеновских и радиоизотопных методов диагностики ФГАУ «НМИЦ нейрохирургии им. ак. Н. Н. Бурденко» Минздрава России

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, д. 16

+7 (499) 972-85-55

Zakharova Natal’ya Evgen’evna, M. D. Med., Professor of the Russian Academy of Sciences, Leading Research Fellow, Department of X-ray and Radioisotope Diagnostic Methods, N. N. Burdenko National Medical Research Center of Neurosurgery of the Ministry of Health of the Russian Federation

16, ul. 4-ya Tverskaya-Yamskaya, Moscow, 125047

+7 (499) 972-85-55

https://orcid.org/0000-0003-1442-5993ДаниловГ. В.DanilovG. V.

Данилов Глеб Валерьевич, кандидат медицинских наук, ученый секретарь

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, д. 16

+7 (499) 972-85-55

Danilov Gleb Valer’evich, Ph. D. Med., Scientific Secretary

16, ul. 4-ya Tverskaya-Yamskaya, Moscow, 125047

+7 (499) 972-85-55

https://orcid.org/0000-0002-4803-6948ПогосбекянЭ. Л.PogosbekyanE. L.

Погосбекян Эдуард Леонидович, медицинский физик отделения рентгеновских и радиоизотопных методов диагностики

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, д. 16

+7 (985) 246-43-68

Pogosbekyan Eduard Leonidovich, Medical Physicis of Department of X-ray and Radioisotope Diagnostic methods

16, ul. 4-ya Tverskaya-Yamskaya, Moscow, 125047

+7 (985) 246-43-68

https://orcid.org/0000-0002-6480-3270ГоряйновС. А.GoryaynovS. A.

Горяйнов Сергей Алексеевич, доктор медицинских наук, нейрохирург, заведующий лабораторией нейрохирургической анатомии и криоконсервации биологических материалов

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, д. 16

+7 (499) 972-85-55

Goryaynov Sergey Alekseevich, M. D. Med., Neurosurgeon, Head of the Laboratory of Neurosurgical Anatomy and Cryopreservation of Biological Materials

16, ul. 4-ya Tverskaya-Yamskaya, Moscow, 125047

+7 (499) 972-85-55

https://orcid.org/0000-0002-7125-5962ЛатышевЯ. А.LatyshevYa. A.

Латышев Ярослав Александрович, кандидат медицинских наук, нейрохирург

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, д. 16

+7 (499) 972-85-55

Latyshev Yaroslav Aleksandrovich, Ph. D. Med., Neurosurgeon

16, ul. 4-ya Tverskaya-Yamskaya, Moscow, 125047

+7 (499) 972-85-55

https://orcid.org/0000-0002-3019-5203КосырьковаА. В.Kosyr’kovaA. V.

Косырькова Александра Вячеславовна, кандидат медицинских наук, нейрохирург

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, д. 16

+7 (499) 972-85-55

Kosyrkova Aleksandra Vyacheslavovna, Ph. D. Med., Neurosergion

16, ul. 4-ya Tverskaya-Yamskaya, Moscow, 125047

+7 (499) 972-85-55

https://orcid.org/0000-0002-3112-8256КравчукА. Д.KravchukA. D.

Кравчук Александр Дмитриевич, доктор медицинских наук, профессор, заведующий 9-м нейрохирургическим отделением (черепно-мозговая травма)

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, д. 16

+7 (499) 972-85-55

Kravchuk Aleksandr Dmitrievich, M. D. Med., Professor, Head of the 9th neurosurgical department (traumatic brain injury)

16, ul. 4-ya Tverskaya-Yamskaya, Moscow, 125047

+7 (499) 972-85-55

https://orcid.org/0000-0002-9811-9442УсачевД. Ю.UsachevD. Yu.

Усачев Дмитрий Юрьевич, доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, директор ФГАУ «НМИЦ нейрохирургии им. ак. Н. Н. Бурденко» Минздрава России

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, д. 16

+7 (499) 972-85-55

Usachev Dmitriy Yur’evich, M. D. Med., Professor, Academician of the Russian Academy of Sciences, Director of the N. N. Burdenko National Medical Research Center of Neurosurgery of the Ministry of Health of the Russian Federation

16, ul. 4-ya Tverskaya-Yamskaya, Moscow, 125047

+7 (499) 972-85-55

https://orcid.org/0000-0002-4480-0275ПронинИ. Н.ProninI. N.

Пронин Игорь Николаевич, доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, заведующий отделением рентгеновских и радиоизотопных методов диагностики ФГАУ «НМИЦ нейрохирургии им. ак. Н. Н. Бурденко» Минздрава России

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, д. 16

+7 (499) 972-85-55

Pronin Igor’ Nikolaevich, M. D. Med., Professor, Academician of the Russian Academy of Sciences, Head of Department of X-ray and Radioisotope Diagnostic Methods, N. N. Burdenko National Medical Research Center of Neurosurgery of the Ministry of Health of the Russian Federation

16, ul. 4-ya Tverskaya-Yamskaya, Moscow, 125047

+7 (499) 972-85-55

ФГАУ «НМИЦ нейрохирургии им. ак. Н. Н. Бурденко» Минздрава РоссииРоссияN. N. Burdenko National Medical Research Center of Neurosurgery of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian Federation202411012024015165Copyright © Афандиев Р.М., Захарова Н.Е., Данилов Г.В., Погосбекян Э.Л., Горяйнов С.А., Латышев Я.А., Косырькова А.В., Кравчук А.Д., Усачев Д.Ю., Пронин И.Н., 20242024Афандиев Р.М., Захарова Н.Е., Данилов Г.В., Погосбекян Э.Л., Горяйнов С.А., Латышев Я.А., Косырькова А.В., Кравчук А.Д., Усачев Д.Ю., Пронин И.Н.Afandiev R.M., Zakharova N.E., Danilov G.V., Pogosbekyan E.L., Goryaynov S.A., Latyshev Y.A., Kosyr’kova A.V., Kravchuk A.D., Usachev D.Y., Pronin I.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.radp.ru/jour/article/view/516

Цель исследования — оценить информативность параметров радиомики по данным диффузионно-куртозисной МРТ (ДК МРТ) для выявления микроструктурных повреждений головного мозга при диффузном аксональном повреждении (ДАП) и прогнозирования его исходов. Предполагалось, что характеристики радиомики, рассчитанные по параметрическим картам ДК МРТ, могут различаться у здоровых людей и при травме, а также быть связанными с исходом ДАП. Обследован 31 пациент с ДАП и 12 здоровых добровольцев. Всего было рассчитано 342 300 параметров радиомики (по 2282 признака на каждую комбинацию 10 параметрических карт ДК МРТ с 15 областями интереса). Результаты показали, что совокупность параметров радиомики является информативной для дифференцирования здоровых и поврежденных тканей головного мозга, а также прогнозирования исхода при ДАП. Расширенный спектр параметров радиомики по данным ДК МРТ демонстрирует высокий диагностический и прогностический потенциал при ДАП, а также преимущества перед традиционно используемыми средними значениями по областям интереса на параметрических картах ДК МРТ.

This study aimed to assess the feasibility of radiomic features derived from diffusion kurtosis imaging (DK MRI) in identifying microstructural brain damage in diffuse axonal injury (DAI) and predicting its outcome. We hypothesized that radiomic features, computed from parametric DK MRI maps, may differ between healthy individuals and those with trauma, and may be related to DAI outcomes. The study included 31 DAI patients and 12 healthy volunteers. A total of 342,300 radiomic features were calculated (2282 features for each combination of 10 parametric DK maps with 15 regions of interest). Our findings suggest that the set of radiomic features effectively distinguishes between healthy and damaged brain tissues, and can predict DAI outcome. A broad spectrum of radiomic parameters based on DK MRI data showed high diagnostic and prognostic potential in DAI, presenting advantages beyond the traditionally used average values for the regions of interest on parametric DK MRI maps.

диффузиoннo-куртoзиcнaя мaгнитнo-рeзoнaнcнaя томографиядиффузнoe аксональное повреждениерадиомикамашинное обучениеDiffusion-Kurtosis Magnetic Resonance ImagingDiffuse Axonal InjuryRadio-micsMachine LearningReferencesЗахарова Н. Е., Данилов Г. В., Потапов А. А., Пронин И. Н., Александрова Е. В., Кравчук А. Д., Ошоров А. В., Сычев А. А., Полупан А. А., Савин И. А. Прогностическое значение МРТ-классификации уровней и локализации травматического повреждения мозга в зависимости от сроков обследования пациентов // «Вопросы нейрохирургии» имени Н. Н. Бурденко. 2019. T. 83, № 4. С. 45–55.Zakharova N. E., Danilov G. V., Potapov A. A. et al. The prognostic value of mriclassification of traumatic brain lesions level and localization depending on neuroimaging timing. Zhurnal Voprosy Neirokhirurgii Imeni N. N. Burdenko. 2019;83(4):46-55. (In Russ.).Захарова Н. Е., Потапов А. А., Пронин И. Н., Данилов Г. В., Александрова Е. В., Фадеева Л. М., Погосбекян Э. Л., Баталов А. И., Горяйнов С. А. Изменения параметров диффузионно-куртозисной МРТ у пациентов с диффузным аксональным повреждением // «Вопросы нейрохирургии» имени Н. Н. Бурденко. 2019. T. 83, № 3. С. 5–16.Zakharova N. E., Potapov A. A., Pronin I. N. et al. Diffusion kurtosis imaging in diffuse axonal injury. Zhurnal Voprosy Neirokhirurgii Imeni N. N. Burdenko. 2019;83(3):5-16 (In Russ.).Потапов А. А., Данилов Г. В., Сычев А. А., Захарова Н. Е., Пронин И. Н., Савин И. А., Ошоров А. В., Полупан А. А., Александрова Е. В., Струнина Ю. В., Лихтерман Л. Б., Охлопков В. А., Латышев Я. А., Чёлушкин Д. М., Баранич А. И., Кравчук А. Д. Клинические и магнитно-резонансные томографические предикторы длительности комы, объема интенсивной терапии и исходов при черепно-мозговой травме // «Вопросы нейрохирургии» имени Н. Н. Бурденко. 2020. T. 84, № 4. С. 5–16.Potapov A. A., Danilov G. V., Sychev A. A. et al. Clinical and MRI predictors of coma duration, critical care intensity and outcomes in traumatic brain injury. Zhurnal Voprosy Neirokhirurgii Imeni N. N. Burdenko. 2020;84(4):5-16 (In Russ.).Benson R. R., Meda S. A., Vasudevan S. et al. Global white matter analysis of diffusion tensor images is predictive of injury severity in traumatic brain injury. J. Neurotrauma. 2007. V. 24, no. 3. P. 446– 459.Benson R. R., Meda S. A., Vasudevan S. et al. Global white matter analysis of diffusion tensor images is predictive of injury severity in traumatic brain injury. J. Neurotrauma. 2007;24(3):446-459.Grossman E. J., Ge Y., Jensen J. H. et al. Thalamus and Cognitive Impairment in Mild Traumatic Brain Injury: A Diffusional Kurtosis Imaging Study. J. Neurotrauma. 2012. V. 29, no. 13. P. 2318.Grossman E. J., Ge Y., Jensen J. H. et al. Thalamus and Cognitive Impairment in Mild Traumatic Brain Injury: A Diffusional Kurtosis Imaging Study. J. Neurotrauma. 2012;29(13):2318.Henriques R. N., Correia M. M., Marrale M. et al. Diffusional Kurtosis Imaging in the Diffusion Imaging in Python Project. Front Hum Neurosci. 2021. V. 15.Henriques R. N., Correia M. M., Marrale M. et al. Diffusional Kurtosis Imaging in the Diffusion Imaging in Python Project. Front. Hum. Neurosci. 2021;15.Kolossváry M., Karády J., Szilveszter B. et al. Radiomic Features Are Superior to Conventional Quantitative Computed Tomographic Metrics to Identify Coronary Plaques With Napkin-Ring Sign – SUPPLEMENTAL MATERIAL. Circ. Cardiovasc. Imaging. 2017. V. 10, no. 12.Kolossváry M., Karády J., Szilveszter B. et al. Radiomic Features Are Superior to Conventional Quantitative Computed Tomographic Metrics to Identify Coronary Plaques With Napkin-Ring Sign - SUPPLEMENTAL MATERIAL. Circ. Cardiovasc. Imaging. 2017;10(12).Li Y., Zhang G., Shan Y. et al. Non-Invasive Assessment of Intracranial Hypertension in Patients with Traumatic Brain Injury Using Computed Tomography Radiomic Features: A Pilot Study. J. Neurotrauma. 2023. V. 40, no. 3–4. P. 250–259.Li Y., Zhang G., Shan Y. et al. Non-Invasive Assessment of Intracranial Hypertension in Patients with Traumatic Brain Injury Using Computed Tomography Radiomic Features: A Pilot Study. J. Neurotrauma. 2023;40(3–4):250-259.Liu J., Shan Y., Gao G. The application value of CT radiomics features in predicting pressure amplitude correlation index in patients with severe traumatic brain injury. Front. Neurol. 2022. V. 13.Liu J., Shan Y., Gao G. The application value of CT radiomics features in predicting pressure amplitude correlation index in patients with severe traumatic brain injury. Front. Neurol. 2022;13.Luo X., Lin D., Xia S. et al. Machine Learning Classification of Mild Traumatic Brain Injury Using Whole-Brain Functional Activity: A Radiomics Analysis. Dis Markers. 2021.Luo X., Lin D., Xia S. et al. Machine Learning Classification of Mild Traumatic Brain Injury Using Whole-Brain Functional Activity: A Radiomics Analysis. Dis Markers. 2021.Mayerhoefer M. E., Materka A., Langs G. et al. Introduction to Radiomics. J. Nucl. Med. 2020. V. 61, no. 4. P. 488–495.Mayerhoefer M. E., Materka A., Langs G. et al. Introduction to Radiomics. J. Nucl. Med. 2020;61(4):488-495.RIA package manual [Internet]. Available from: https://cran.r-project.org/web/packages/RIA/vignettes/RIA.html.RIA package manual [Internet]. Available from: https://cran.r-project.org/web/packages/RIA/vignettes/RIA.html.Shih Y. J., Liu Y. L., Chen J. H. et al. Prediction of Intraparenchymal Hemorrhage Progression and Neurologic Outcome in Traumatic Brain Injury Patients Using Radiomics Score and Clinical Parameters. Diagnostics (Basel). 2022. V. 12, no. 7. P. 1677.Shih Y. J., Liu Y. L., Chen J. H. et al. Prediction of Intraparenchymal Hemorrhage Progression and Neurologic Outcome in Traumatic Brain Injury Patients Using Radiomics Score and Clinical Parameters. Diagnostics (Basel). 2022;12(7):1677.Tamez-Peña J., Rosella P., Totterman S. et al. Post-concussive mTBI in Student Athletes: MRI Features and Machine Learning. Front Neurol. 2022. V. 12.Tamez-Peña J., Rosella P., Totterman S. et al. Post-concussive mTBI in Student Athletes: MRI Features and Machine Learning. Front. Neurol. 2022;12.Zhang L., Zhuang Q., Wu G. et al. Combined Radiomics Model for Prediction of Hematoma Progression and Clinical Outcome of Cerebral Contusions in Traumatic Brain Injury. Neurocrit. Care. 2022. V. 36, no. 2. P. 441–451.Zhang L., Zhuang Q., Wu G. et al. Combined Radiomics Model for Prediction of Hematoma Progression and Clinical Outcome of Cerebral Contusions in Traumatic Brain Injury. Neurocrit. Care. 2022;36(2):441-451.Zheng R. Z., Zhao Z. J., Yang X. T. et al. Initial CT-based radiomics nomogram for predicting in-hospital mortality in patients with traumatic brain injury: a multicenter development and validation study. Neurol. Sci. 2022. V. 43, no. 7. P. 4363–4372.Zheng R. Z., Zhao Z. J., Yang X. T. et al. Initial CT-based radiomics nomogram for predicting in-hospital mortality in patients with traumatic brain injury: a multicenter development and validation study. Neurol. Sci. 2022;43(7):4363–4372

The authors declare that there are no conflicts of interest present.