Разработка тестового объекта для внутриутробной Т2*-релаксометрии головного мозга плода

Цель исследования. Количественная магнитно-резонансная Т2*-релаксометрия является перспективным методом для оценки изменений в головном мозге плода, связанных с гипоксическими состояниями, которые остаются невидимыми при структурной МРТ и УЗИ. Для получения воспроизводимых количественных данных, а также для настройки параметров сканирования и отработки методов Т2*-картирования требуется создание тестового объекта с референсными характеристиками, близкими к значениям головного мозга плода. Целью исследования является создание тестового объекта (фантома) для осуществления модельных экспериментов при адаптации метода Т2*-релаксометрии к внутриутробным нейроисследованиям.

Материалы и методы. Проведено сравнительное тестирование материалов, потенциально пригодных для имитации Т2*-времени релаксации (ВР) мозга плода. С помощью технологии 3D-печати fused deposition modeling создан корпус фантома. Проведено сканирование полученного фантома на томографе 3 Тл, а также трехкратное сканирования в течение месяца на томографе 1,5 Тл для определения стабильности характеристик объекта и воспроизводимости результатов. Протокол исследования включал последовательности multi-echo GRE с получением 16 исходных изображений (n (TE) = 16) и single-shot multi-echo GRE EPI с получением 5 исходных изображений (n (TE) = 5) одного среза с расчетом Т2* с учетом и без учета макроскопических неоднородностей магнитного поля соответственно.

Результаты. В ходе анализа Т2*-ВР тестовых материалов выявлено, что агарозные гели в концентрациях 0,4 и 0,7 % демонстрируют Т2*, наиболее близкие к значениям головного мозга плода: при n (TE) = 16 с учетом макроскопических неоднородностей магнитного поля рассчитанные Т2*-ВР на 1,5/3 Тл составили: 266 (4,4) / 246 (4,7) мс для 0,4 %-образца и 161 (3,5) / 163 (5) мс для  0,7%-образца. Серия повторных экспериментов показала высокую стабильность значений Т2*-ВР фантома в течение месяца после его изготовления (коэффициенты вариации для соответствующих образцов 2,85 и 0,36 %).

Заключение. Создан оригинальный фантом для фетальной Т2*-релаксометрии, применимый в научно-клинической практике количественной МРТ. 

1. Параскун К. А., Савелов А. А., Коростышевская А. М. Возможности метода Т2*-релаксометрии в диагностике гипоксии головного мозга плода // Трансляционная медицина. 2025. Т. 12, №. 2. С. 171–181.

2. Baadsgaard K., Hansen D. N., Peters D. A., Frøkjær J. B., Sinding M., Sørensen A. T2* weighted fetal MRI and the correlation with placental dysfunction. Placenta. 2023 Jan;131:90-97. DOI

3. Blazejewska A. I., Seshamani S., McKown S. K., Caucutt J. S., Dighe M., Gatenby C., Studholme C. 3D in utero quantification of T2* relaxation times in human fetal brain tissues for age optimized structural and functional MRI. Magn. Reson. Med. 2017 Sep;78(3):909-916. DOI

4. Crasto N., Kirubarajan A., Sussman D. An­ thropomorphic brain phantoms for use in MRI systems: a systematic review. MAGMA. 2022 Apr;35(2):277-289. DOI

5. Cromb D., Steinweg J., Aviles Verdera J., van Poppel M. P. M., Bonthrone A. F., Lloyd D. F. A., Pushparajah K., Simpson J., Razavi R., Rutherford M., Counsell S. J., Hutter J. T2*- Relaxometry MRI to Assess Third Trimester Placental and Fetal Brain Oxygenation and Placental Characteristics in Healthy Fetuses and Fetuses With Congenital Heart Disease. J. Magn. Reson. Imaging. 2025 Mar;61(3): 1246-1255. DOI

6. Hernando D., Vigen K. K., Shimakawa A., Reeder S. B. R*(2) mapping in the pre­ sence of macroscopic B₀ field variations. Magn. Reson. Med. 2012 Sep;68(3):830-40. DOI

7. Keenan K. E., Ainslie M., Barker A. J., Boss M. A., Cecil K. M., Charles C., Chenevert T. L., Clarke L., Evelhoch J. L., Finn P., Gemb­ ris D., Gunter J. L., Hill D. L. G., Jack C. R. Jr., Jackson E. F., Liu G., Russek S. E., Sharma S. D., Steckner M., Stupic K. F., Trzasko J. D., Yuan C., Zheng J. Quantitative magnetic resonance imaging phantoms: A review and the need for a system phantom. Magn. Reson Med. 2018 Jan;79(1):48-61. DOI

8. Lauridsen M. H., Uldbjerg N., Henriksen T. B., Petersen O. B., Stausbøl-Grøn B., Matthiesen N. B., Peters D. A., Ringgaard S., Hjortdal V. E. Cerebral Oxygenation Measurements by Magnetic Resonance Ima­ ging in Fetuses With and Without Heart Defects. Circ. Cardiovasc. Imaging. 2017 Nov;10(11): e006459. DOI

9. Manganaro L., Bernardo S., Antonelli A., Vinci V., Saldari M., Catalano C. Fetal MRI of the central nervous system: State-of-theart. Eur. J. Radiol. 2017 Aug;93:273-283. DOI

10. Peyvandi S., Xu D., Wang Y., Hogan W., Moon-Grady A., Barkovich A. J., Glenn O., McQuillen P., Liu J. Fetal Cerebral Oxygenation Is Impaired in Congenital Heart Disease and Shows Variable Response to Maternal Hyperoxia. J. Am. Heart. Assoc. 2021 Jan 5;10(1):e018777. DOI

11. Saleem S. N. Fetal MRI: An approach to prac­ tice: A review. J. Adv. Res. 2014 Sep;5(5): 507-23. DOI

12. Vasylechko S., Malamateniou C., Nunes R. G., Fox M., Allsop J., Rutherford M., Rueckert D., Hajnal J. V. T2* relaxometry of fetal brain at 1.5 Tesla using a motion tolerant method. Magn. Reson. Med. 2015 May;73(5):1795-802. DOI

13. Yusuff H., Zorn P. E., Giraudeau C., Wach B., Choquet P., Chatelin S., Dillenseger J. P. Development of a cost-effective 3D-printed MRI phantom for enhanced teaching of sys­ tem performance and image quality concepts. MAGMA. 2025 Jul;38(3):561-574. DOI