NONINVASIVE QUANTIFICATION OF MICROVASCULAR DENSITY IN CAROTID ATHEROSCLEROTIC PLAQUES USING MRI WITH PARAMAGNETIC CONTRAST ENHANCEMENT

Aim. We have carried out the direct comparison between MR images of atherosclerotic plaques of carotid arteries and morphologic density of microvasculature of the plaques, as seen from surgical specimen removed at carotid endarterectomy.

Materials and Methods. Twenty two patients with internal carotid artery stenosis over 70% were included and all underwent contrast enhanced MRI and MR angiography of carotid arteries before carotid endarterectomy. In order to quantify the changes in T1 weighted images due to contrast uptake to the plaque, the index of enhancement (IE) was calculated in all patients as ratio of post and pre contrast intensities per voxel over the plaque. The index of vascularity was scored from the microscopy of the resected specimen based on the number of capillaries in plaque per field of view (f.o.v) (mag.x200). In particular: 0 – no capillaries detected; 1 degree – 1–3 /f.o.v; 2 – 4–6 /f.o.v; 3 – 7–9 /f.o.v; 4 – 10 or more.

Results. Vascularity degree 0–1 was observed when IE was in ranges of 1.01–1.15; degree 2 corresponded to IE of 1.16–1.34; degree 3 corresponded to IE of 1.35–1.46; vascularity degree 4 corresponded to IE >1.46. In all cases, the inter group significance of differences was p<0.05 or better. Correlation between morphologic degree of vascularity and MRI index of enhancement was revealed as: {Degree of vascularity} = –4.98+5.54 *{Index of enhancement}, r=0.92, p<0.05. The cerebral ishaemic micro and macro regions of damage were observed only in cases when degrees of plaque vascularity were 2 or more, respectively with IE >1.22.

Conclusions. Enhanced uptake of paramagnetic contrast agent to the atherosclerotic plaque occurs when the capillary vascularity of the plaque is enhanced and when revealed (i.e. if index of enhancement is over 1.22) should be accepted as additional indication to carotid endarterectomy or to stenting of the stenosis. The quantitative processing of the contract enhanced MRI of the carotid plaques and arterial walls of the carotid arteries should be employed for noninvasive evaluation of the vascularity of atherosclerotic lesions.

1. Дудко В.А., Карпов Р.С. Атеросклероз сосудов сердца и головного мозга. – Томск : STT, 2002. – 416 с.

2. Самородская И.В. Смертность от сердечно-сосудистых заболеваний // Бюллетень НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН. Сердечно-сосудистые заболевания. – 2004. – Т. 5, № 11. – С. 359–362.

3. Фрейнд Г.Г., Данилова М.А., Байдина Т.В. Клинико-морфологическая характеристика атеросклероза сонных артерий // Проблемы экспертизы в медицине. – 2012. – Т. 12, № 3–4 (47–48). – С. 26–29.

4. Бобрикова Е.Э., Щербань Н.В., Ханеев В.Б. и др. Высокоразрешающая контрастированная МРТ в оценке состояния атеросклеротических бляшек брахиоцефальных артерий: взаимосвязь с ишемическими повреждениями мозга // Бюллетень сибирской медицины. – 2012. – Т. 11, № S1. – С. 18–20.

5. Mofidi R., Powell T.I., Crotty T. et al. Angiogenesis in carotid atherosclerotic lesions is associated with timing of neurological events and presence of computed tomographic cerebral infarction in the ipsilateral cerebral hemisphere // Ann. Vasc. Surg. – 2008. – Vol. 22, No. 2. – P. 266–272.

6. Mofidi R., Crotty T.B., McCarthy P. et al. Association between plaque instability, angigenesis and symptomatic carotid occlusive disease // Br. J. Surg. – 2001. – Vol. 88, No. 7. – P. 945–950.

7. Савелло А.В., Свистов Д.В., Кандыба Д.В. Выбор метода реваскуляризации сонных артерий в свете результатов последних клинических исследований // Неврология и ревматология. – 2012. – № 1. – С. 5–9.

8. Пальцев М.А., Аничков Н.М., Рыбакова М.Г. Руководство к практическим занятиям по патологической анатомии. – М. : Медицина, 2002. – 896 c.

9. Бобрикова Е.Э., Максимова А.С., Лукьяненок П.И. и др. Возможности магнитно-резонансной томографии с парамагнитным усилением в проспективной оценке атеросклеротического процесса в динамике терапии аторвастатином на примере сонных артерий // Сибирский медицинский журнал (Томск). – 2015. – Т. 30, № 2. – С. 96–101.

10. De Rotte A.A., Truijman M.T., van Dijk A.C. et al. Plaque components in symptomatic moderately stenosed carotid arteries related to cerebral infarcts: the plaque at RISK study // Stroke. – 2015. – Vol. 46, No. 2. – P. 568–571.

11. Naylor A.R., Schroeder T.V., Sillesen H. Clinical and imaging features associated with an increased risk of late stroke in patients with asymptomatic carotid disease // Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. – 2014. – Vol. 48, No. 6. – P. 633–640.

12. Ryu C.W., Jahng G.H., Shin H.S. Gadolinium enhancement of atherosclerotic plaque in the middle cerebral artery: relation to symptoms and degree of stenosis // Am. J. Neuroradiol. – 2014. – Vol. 35, No. 12. – P. 2306–2310.

13. Brinjikji W., Huston J., Rabinstein A.A. et al. Contemporary carotid imaging: from degree of stenosis to plaque vulnerability // J. Neurosurg. – 2016. – Vol. 24(1). – P. 27–42.

14. Wilens S.L. The comparative vascularity of cutaneous xanthomas and atheromatous plaques of arteries // Am. J. Med. Sci. – 1957. – Vol. 233, No. 1. – P. 4–9.

15. Глотов В.А. Искривление микрососудов и пластичность конфигурации микрососудистых сетей // Математическая морфология. – 1999. – Т. 3, № 2. – С. 94–104.

16. Тимина И.Е., Калинин Д.В., Чехоева О.А. и др. Ультразвуковое исследование атеросклеротической бляшки в сонных артериях с использованием контрастного препарата // Медицинская визуализация. – 2015. – № 1. – С. 126–132.

17. Усов В.Ю., Лукъяненок П.И., Архангельский В.А. и др. Парамагнитное контрастирование атеросклеротических поражений коронарных артерий при ЭКГ-синхронизированном исследовании сердца на открытых МРТ-сканерах // Сибирский медицинский журнал (Томск). – 2014. – Т. 29, № 2. – С. 52–56.

18. Усов В.Ю., Величко О.Б., Бородин О.Ю. и др. Оценка эндотелиальной проницаемости опухолей мозга методом динамической магнитно-резонансной томографии с контрастированием магневистом на низкопольном МР-томографе // Вестник рентгенологии и радиологии. – 2001. – № 3. – С. 22–29.