Integrative Approach to PET/CT Diagnosis of Acute and Chronic Pyelonephritis Using Different Radiopharmaceuticals (¹⁸F-FDG and ¹¹C-Choline)

Full Text

Введение. Воспалительные заболевания почек продолжают оставаться одними из наиболее распространённых и клинически значимых проблем в нефроурологии [1-3]. Несмотря на наличие разнообразных диагностических методов — лабораторных исследований, ультразвуковой диагностики, компьютерной и магнитно-резонансной томографии — точная количественная и качественная оценка морфологических и функциональных изменений на молекулярном и ультраструктурном уровнях остаётся сложной задачей для врача. Ограниченная разрешающая способность традиционных визуализирующих технологий, а также отсутствие комплексного подхода к анализу данных затрудняют раннее выявление воспалительных изменений и мониторинг их динамики. В последние десятилетия применение высокотехнологичных методов, одним из которых является  совмещенная позитронно-эмиссионная/компьютерная томография, открывает новые перспективы в оценке метаболической активности воспалительных процессов в почках [4-8]. Однако в клинической практике функциональные данные ПЭТ/КТ преимущественно используются для онкологической диагностики, в то время как интерпретация признаков воспаления в данных исследованиях остаётся недостаточно разработанной [9].
Современная урология стремительно развивается в направлении интеграции инновационных технологий визуализации и цифровой обработки медицинских данных, что открывает новые возможности для диагностики воспалительных заболеваний мочеполовой системы [10-12]. Одним из наиболее перспективных направлений клинической урологии является применение методов комбинированной многокомпонентной визуализации в диагностике патологий почек. Многокомпонентная клиническая визуализация с внедрением технологий искусственного интеллекта и 3D-реконструктивных методик на основе данных совмещенной позитронно-эмиссионной/компьютерной томографии с 18-фтордезоксиглюкозой и 11С-холином, трансмиссионной электронной микроскопии (ТЭМ) с увеличением в 10000 раз могут значительно повысить эффективность и усовершенствовать диагностику почечных патологий различного генеза [13-16]. Комбинированная многокомпонентная оценка состояния почечной паренхимы по данным ПЭТ/КТ и ТЭМ с элементами 3D-реконструктивных технологий отвечает всем современным стандартам, однако практикующему врачу урологу без знаний в области ядерной медицины, электронной микроскопии и 3D-моделирования анализировать результаты данных исследований не представляется возможным [17-19]. 
Таким образом, интегративный подход к ПЭТ/КТ-диагностике острого и хронического пиелонефрита c применением различных радиофармпрепаратов может стать важным шагом для разработки новых клинических алгоритмов и улучшения качества медицинской помощи пациентам с воспалительными заболеваниями почек.
Материалы и методы. Комплексное обследование 4 пациентов с различными формами пиелонефрита (острый и хронический) выполнено на базе урологической клиники Тюменского ГМУ Минздрава России. Позитронная-эмиссионная/компьютерная томография (ПЭТ/КТ) и расчет стандартизированного уровня захвата радиофармпрепарата (SUVmax) выполнялась по стандартной методике на аппарате Siemens Biograph с использованием различных радиофармпрепаратов: 18F-ФДГ и 11С-холин. Трансмиссионная электронная микроскопия почечной паренхимы с увеличением в 10000 раз выполнялась на аппарате JEM-2200FS CS (Япония). По результатам ПЭТ/КТ цифрового расчета стандартизированного уровня захвата (SUVmax) в почечной паренхиме у пациентов с различными проявлениями пиелонефрита проводилась реконструкция вероятного 3D-анатомического состояния почечной паренхимы и 3D-ультраструктурного состояния основных элементов нефрона в едином блоке с увеличением в 10000 раз. Оценивалась связь визуального и цифрового метаболизма 18F-ФДГ и 11С-Холина в почечной паренхиме с ультраструктурными проявлениями воспаления в почечной паренхиме.
Результаты исследования. В первом клиническом наблюдении пациентка И. 41 год переведена из инфекционной больницы после исключения инфекционных заболеваний с подозрением на уросепсис. Урологический анамнез не отягощен. Несмотря на проводимое комплексное противовоспалительное лечение сохранялась стойкая гипертермия до 40 градусов без проявлений болевого синдрома и изменений в анализах мочи. Для исключения возможных онкологических причин стойкой гипертермии ей была выполнена ПЭТ/КТ всего тела с 18F-ФДГ. По результатам ПЭТ/КТ сканирования в проекции паренхимы правой  почки выявлено повышение показателя SUVmax до 33,68 у.е. По результатам  программного моделирования цифрового показателя тропности правой почки к энергоемким молекулам меченой глюкозы создана машинная реконструкция вероятной 3D-секционной анатомии почки и 3D-ультраструктуры основных элементов нефрона в едином блоке не исключающая изменений в почечной паренхиме характерных для гнойно-деструктивной формы острого пиелонефрита (Рисунок 1). 

Рисунок 1. Визуальны и цифровые ПЭТ/КТ-проявления гиперметаболизма 18F-ФДГ при остром деструктивном пиелонефрите с навигацией 3D-анатомического и 3D-ультраструктурного состояния почечной паренхимы (х10000). Figure 1. Visual and digital PET/CT manifestations of ¹⁸F-FDG hypermetabolism in acute destructive pyelonephritis with navigation of the 3D anatomical and 3D ultrastructural state of the renal parenchyma (×10,000). 
Учитывая  результаты стандартных методов обследования и  моделирования возможного  патологического процесса   программным обеспечением  у этой пациентки не исключались  гнойно-деструктивных проявлений острого пиелонефрита в правой почке как причины лихорадящего состояния угрожающего жизни пациента. По решению консилиума врачей и с согласия пациента по общим обезболивание  выполнена  диагностическая люмботомия справа. При ревизии правой почки обнаружены множественные мелкие подкапсульные  апостемы  сливающие в  карбункул занимающий весь нижний полюс органа. Учитывая тяжесть гнойно-деструктивного поражения паренхимы и сохранность функционального состояния контрлатеральной почки, принято решение о выполнении правосторонней нефрэктомии. 3D-реконструкция всех элементов нефрона в едином блоке по результатам просвечивающей электронной микроскопии почечной паренхимы удаленной почки позволила визуализировать  лейкоцитарно-бактериальные агрегации только в просвете мочевого пространства клубочка, а так же увеличение размеров  подоцитов за счет плотного наполнения мультивезикулярными тельцами, что комплексно могло инициировать   гиперметаболизм энергоемких молекул 18F-ФДГ в паренхиме правой почки. Послеоперационный период пациентка И. 41 года сопровождался купированием гипертермии, стабилизацией функционального состояния  органов и систем, заживлением раны первичным натяжением и выпиской  на амбулаторное лечение на 21 сутки после операции.
Во втором клиническом случае пациентка П. 42 года поступила в плановом порядке для оперативного удаления нефункционирующей левой почки, как следствия длительных проявлений хронического необструктивного пиелонефрита. На основании результатов стандартного обследования и программного моделирования  у пациентки П. 42 лет установлено, что причиной сморщивания почки является хроническое пиелонефрит с исходом во вторичное сморщивание почки. В плановом порядке выполнена нефрэктомия. Выписана на 10 сутки в удовлетворительном состоянии, под амбулаторное наблюдение уролога. Ранее пациентка проходила добровольное ПЭТ/КТ с 18F-ФДГ в связи с канцерофобией, по результатам которой исключена онкопатология, но врачом радиологом отмечены  проявления гипометаболизма почечной паренхимы со снижением показателя SUVmax до 4,85 у.е. Вероятная 3D-анатомическая реконструкция почечной паренхимы и 3D-ультраструктурная реконструкция основных элементов нефрона в едином блоке подтвердила наличие вторично-сморщенной почки на фоне рецидивирующих  проявлений  хронического пиелонефрита (Рисунок 2). 

Рисунок 2. Визуальны и цифровые ПЭТ/КТ-проявления гипометаболизма 18F-ФДГ при хроническом пиелонефрите с исходом во вторичное сморщивание почки с навигацией 3D-анатомического и 3D-ультраструктурного состояния почечной паренхимы (х10000). Figure 2. Visual and digital PET/КТ manifestations of ¹⁸F-FDG hypometabolism in chronic pyelonephritis progressing to secondary renal atrophy (contracted kidney) with navigation of the 3D anatomical and 3D ultrastructural state of the renal parenchyma (×10,000). 
3D-реконструкция всех элементов нефрона в едином блоке подтвердила наличие выраженных ультраструктурных изменений за счет необратимой дезорганизации базальных мембран с их очаговым разрушением и фокальным некрозом.
В третьем клиническом наблюдении пациентка Н. 52 лет поступил в экстренном порядке с клиникой острого пиелонефрита. Болен в течении 4 дней. Отмечалась высокая температура тела до 39 градусов, ноющие боли в проекции правой почки. Самостоятельно принимал антибактериальные препарата и жаропонижающие препараты. По результатам клинико-лабораторного и инструментального обследования установлена гнойно-деструктивная форма пиелонефрита справа (карбункул нижнего полюса). В связи с выраженностью клинических проявлений воспаления больному выполнена экстренная нефрэктомия. Послеоперационный период протекал без осложнений, пациент выписан. Из анамнеза установлено, что пациент за 7 дней до поступления проходил плановое ПЭТ/КТ сканирование всего тела с 11С-холином после радикальной простатэктомии. Ретроспективный анализ ПЭТ/КТ уже на доклинической показал  проявления гиперметаболизма 11С-холина почечной паренхимы справа SUVmax до 17,76 у.е. (Рисунок 3).

Рисунок 3. Визуальны и цифровые ПЭТ/КТ-проявления гиперметаболизма 11С-холина при остром пиелонефрите с навигацией 3D-анатомического и 3D-ультраструктурного состояния почечной паренхимы (х10000). Figure 3. Visual and digital PET/CT manifestations of ¹¹C-choline hypermetabolism in acute pyelonephritis with navigation of the 3D anatomical and 3D ultrastructural state of the renal parenchyma (×10,000). 
В четвертом клиническом случае пациентка Б. 46 лет поступила в плановом порядке для оперативного лечения злокачественной нефрогенной гипертонии на фоне хронического пиелонефрита. Пациентка наблюдается у онколога по поводу рака шейки матки 2 стадии в состоянии клинической ремиссии и проходила ПЭТ/КТ всего тела с 11С-холином. Показатель SUVmax составил 8,5 у.е. и при цифровом программном моделировании вероятная 3D-анатомическая реконструкция почечной паренхимы и 3D-ультраструктурная реконструкция основных элементов нефрона в едином блоке указывали на признаки хронического пиелонефрита (Рисунок 4).

Рисунок 4. Визуальны и цифровые ПЭТ/КТ-проявления гипометаболизма 11С-холина при хроническом пиелонефрите с навигацией 3D-анатомического и 3D-ультраструктурного состояния почечной паренхимы (х10000). Figure 4. Visual and digital PET/CT manifestations of ¹¹C-choline hypometabolism in chronic pyelonephritis with navigation of the 3D anatomical and 3D ultrastructural state of the renal parenchyma (×10,000). 
В плановом порядке для купирования злокачественной нефрогенной гипертонии выполнена нефрэктомия с положительным результатом. 3D-реконструкция всех элементов нефрона в едином блоке позволила детально подтвердить проявления хронического пиелонефрита на ультраструктурном уровне. Выписана на 21 сутки с достигнутой медикаментозной стабилизацией артериального давления в удовлетворительном состоянии, под амбулаторное наблюдение нефролога.
Таким образом, у пациентов с острым и хроническим пиелонефритом по цифровому ПЭТ/КТ показателю стандартизированного уровня захвата 18F-ФДГ и 11С-холина возможно предвидеть вероятное 3D-анатомическое состояние почечной паренхимы и 3D-ультраструктурное состояние основных элементов нефрона в едином блоке. Данный интегративный подход может быть использован как дополнительный инструмент в диагностике воспалительных заболеваний почек.
Обсуждение. В данном пилотном исследовании представлена инновационная методика диагностики острого и хронического пиелонефрита на основании интеграции данных ПЭТ/КТ с использованием различных радиофармпрепаратов (18F-ФДГ и 11С-холина) и данных трансмиссионной электронной микроскопии. Полученные данные демонстрируют перспективность использования такого подхода для визуализации воспалительных изменений на молекулярно-клеточном и ультраструктурном уровнях, что расширяет возможности современной диагностики нефроурологических заболеваний.Выявленные в рамках пилотного исследования отличия в показателях стандартизированного уровня захвата радиофармпрепаратов в почечной паренхиме у пациентов с острым и хроническим пиелонефритом показали, что метаболические маркеры 18F-ФДГ и 11С-холин могут быть информативными индикаторами воспаления. Интеграция функциональных данных ПЭТ/КТ с ультраструктурой почек позволяет получить объективную картину патологического процесса. Данное направление имеет важное значение для развития неинвазивных методов диагностики. Внедрение элементов искусственного интеллекта и автоматизированных моделей обработки данных способствует более объективной оценке состояния почек.
Однако, необходимо подчеркнуть, что данное исследование носит пилотный характер, включающий ограниченное число наблюдений и требует дальнейшего уточнения полученных данных на более масштабных когортных группах. Эти ограничения подчеркивают необходимость проведения более масштабных и многоцентровых исследований для подтверждения эффективности и дальнейшего внедрения данного метода в клиническую практику. 
Заключение. Цифровая ПЭТ/КТ навигация вероятного 3D-анатомического состояния почечной паренхимы и 3D-ультраструктуры основных элементов нефрона в едином блоке с увеличением в 10000 раз по показателю стандартизированного уровня захвата различных радиофармпрепаратов (SUVmax) может быть использовано в качестве дополнительного интегративного инструмента неинвазивной диагностики клинических проявлений пиелонефрита. 

About the authors

Grigory Vasilievich Zubik

FGBOU VO "Tyumen State Medical University" of the Ministry of Health of Russia.

Author for correspondence.
Email: grisha.zubik@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-1333-2922
SPIN-code: 9388-0941

Russian Federation

Boris Arkadyevich Berdichevsky

ФГБОУ ВО Тюменский ГМУ Минздрава России

Email: doktor_bba@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9414-8510

Tatiana Nikolaevna Vasilkova

ФГБОУ ВО Тюменский ГМУ Минздрава России

Email: vasilkova@tyumsmu.ru
ORCID iD: 0000-0003-4753-6630

Artem Romanovich Gonyaev

ФГБОУ ВО Тюменский ГМУ Минздрава России

Email: a.gonyaev25@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1619-4714

Daniil Anatolyevich Uchaev

Научно-образовательный центр "Нанотехнологии" ФГАОУ ВО "ЮурГУ Национальный исследовательский университет"

Email: uchaevda@susu.ru
ORCID iD: 0000-0002-8623-4769

Mikhail Alekseevich Korabelnikov

Радиологический центр ГАУЗ ТО МКМЦ «Медицинский город»

Email: kma_doc@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6020-2489

Aidar Fidratovich Arslanov

ФГБОУ ВО Тюменский ГМУ Минздрава России

Email: aidar_arslanov@mail.ru
ORCID iD: 0009-0004-3050-2324

References

Supplementary files