Методы визуализации нервной системы, такие как КТ, МРТ или ПЭТ-КТ продолжают активно развиваться применительно к пациентам с опухолями головного мозга. В настоящее время методы, основанные выявлении на физиологических процессов, дополняют высокоразрешающую структурную визуализацию. Методы визуализации остаются значимым неинвазивным подходом, позволяющим положительно влиять на особенности ведения пациентов с опухолями головного мозга. В этой статье представлен обзор последних достижений методов клинической нейровизуализации. Будут обсуждены основные методики магнитно-резонансной томографии (МРТ) и их применение в диагностике, лечении, планировании операционного вмешательства, интраоперационной навигации и наблюдении пациентов с опухолями головного мозга. Будут рассмотрены преимущества, ограничения и недостатки структурной визуализации, диффузионно-взвешенных методов, МР-спектроскопии, перфузионных методов, позитронно-эмиссионной томографии/МРТ, а также функциональных методов. Таким образом, представленная в обзоре информация обеспечивает основу для понимания роли современных визуализационных методов в ведении пациентов с опухолями головного мозга.
Введение
Современные методы нейровизуализации крайне важны для клинического наблюдения и ведения пациентов с опухолями головного мозга. Неинвазивные техники нейровизуализации позволяют получать при обследовании таких пациентов комплексную информацию о функциональных нарушениях, гемодинамике, метаболизме, генетических, клеточных и гистологических особенностях опухолей головного мозга. Эти инструментальные методы успешно применяются для диагностики и оценки опухолей головного мозга на предоперационном этапе, для планирования хирургического вмешательства и интраоперационного контроля, для мониторирования и оценки ответа на лечение и прогноза пациента, а также для лучшего понимания воздействия того или иного способа лечения на головной мозг. Проводимые в настоящее время исследования ставят своей целью развитие, оценку и внедрение в клиническую практику усовершенствованных нейровизуализационных методов, которые могут помочь в установлении диагноза, определении факторов развития заболевания у данного пациента, выборе и осуществлении соответствующего лечения с учетом уникальных биологических особенностей каждой конкретной опухоли, а также в своевременном выявлении неудачи лечения и возможных ассоциированных осложнений.
В данной статье представлен обзор наиболее актуальной информации по использованию нейровизуализационных методов у пациентов с опухолями головного мозга. Будут обсуждены основные методики МРТ и их применение в диагностике опухолей головного мозга, планировании и проведении лечения, а также в динамическом наблюдении таких пациентов. Будут отмечены преимущества, ограничения и сложности диффузионно-взвешенных методов, МР-спектроскопии, перфузионных методов, позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и функциональных методов. Детальное обсуждение физических основ МРТ как метода выходит за рамки данного клинического обзора и будет лишь кратко упомянуто в соответствующих разделах. Мы намерены обсудить современное клиническое применение данных методов в ежедневной оценке и лечении пациентов с опухолями головного мозга.
Биологические и генетические аспекты опухолей головного мозга
Всемирная Ассоциация здравоохранения (ВОЗ) дает классификацию опухолям головного мозга, основываясь преимущественно на их злокачественности: под 1й степенью злокачественности понимаются относительно неагрессивные опухоли, а к 4й степени злокачественности относятся опухоли с наиболее агрессивным ростом. Исторически, начиная с первого издания классификации в 1979 году, степени злокачественности определялись ВОЗ на основе гистологических характеристик опухоли, таких как митотическая активность, некроз и инфильтрация. Пересмотр классификации в 1993 году включил иммуногистохимический анализ в определение опухоли, а в 2000 был добавлен и генетический профиль. Последняя классификация опухолей центральной нервной системы (ЦНС) по ВОЗ была опубликована в 2007 году, и в ней также использовались генетические характеристики для определения опухоли и ее гистологических вариантов. Генетический и молекулярный профили опухоли все еще представляют собой большое поле для исследований с целью их дальнейшего диагностического, прогностического, терапевтического и радиологического применения.
Cтруктурные и высокоразрешающие визуализационные методы
Компьютерная томография была первым методом, примененным в ведении пациентов с опухолями головного мозга, но сейчас основным методом для таких больных является МРТ. На сегодняшний день роль КТ свелась, в основном, к экстренному получению снимков в случае подозрения на кровоизлияние, образование мозговой грыжи или гидроцефалию, хотя в принципе КТ позволяет обнаружить также и производимый опухолями масс-эффект, а также хорошо выявляет кальцинаты в таких опухолях, как олигодендроглиомы или менингиомы.
Рис.1. 57-летний мужчина с эпизодом потери сознания и судорожным припадком в анамнезе: вначале была выполнена КТ без контрастного усиления (А), в ходе которой было выявлено частично кальцифицированное объемное образование в левой лобной доле. Предоперационные МРТ-изображения: аксиальные Т2-изображения в режиме FLAIR (В), аксиальные Т1-изображения после контрастного усиления (С), аксиальные изображения в последовательности SWI (взвешенные по магнитной восприимчивости) (D), корональные Т2-взвешенные изображения в режиме FLAIR (Е), аксиальные диффузионно-взвешенные изображения (F), аксиальные карты кажущегося коэффициента диффузии (G) и ДТВ-трактография левого кортикоспинального тракта, наложенная на аксиальное Т2-взвешенное изображение (Н). Визуализирующееся на Т2/FLAIR изображении (В,Е и Н) гиперинтенсивное неконтрастируемое объемное образование с внутренними кальцинатами, видимыми на КТ (А) и на изображении, взвешенном по магнитной восприимчивости (D) представляло собой олигоастроцитому II степени злокачественности (мутация TP53 – отрицательно, мутация IDH1 – положительно, коделеция 1p19q — положительно). Была выполнена обширная тотальная резекция; пациент выжил. КТ – компьютерная томография; ДТВ – диффузионно-тензорная визуализация, FLAIR – режим инверсия-восстановление с подавлением сигнала от воды; МРТ – магнитно-резонансная томография; SWI – изображения, взвешенные по магнитной восприимчивости.
Структурные МРТ-последовательности играют наиболее важную роль в оценке и планировании лечения опухолей головного мозга. Стандартные последовательности в режиме спин-эхо включают в себя применение технологий FLAIR и получение Т1-взвешенных изображений до и после введения гадолиния. Исследование с такими ИП проводится, в основном, в двумерном формате или же с использованием особой трехмерной (3D) последовательности, которая переводится затем в ортогональную проекцию (3D-T2 FLAIR). Высокоразрешающие изоволюметрические последовательности, такие как высокоразрешающие 3D-T2 последовательности и изображения в режиме SPGR с гадолиниевым контрастным усилением, осуществляются, в основном, на предоперационном этапе с предварительно нанесенными маркерами для использования совместно с интраоперационным программным обеспечением. Подобным образом, получение контрастированных гадолинием изображений в последовательности T1 SPGR осуществляется с использованием стереотаксической рамки еще до проведения стереотаксической хирургической операции. Кроме этого, в рутинном порядке используют высокоразрешающие 3D T2 ИП в режиме градиентного эха, такие как SWI (изображения, взвешенные по магнитной восприимчивости). Такие последовательности очень чувствительны к компонентам крови и к кальцинатам, и могут быть полезны для визуализации постлучевых микрогеморрагий.
Основная роль структурных методов МРТ в первоначальной оценке опухоли головного мозга заключается в определении общего расположения опухоли (например, интрааксиальное или экстрааксиальное расположение), установлении точной локализации опухоли в структуре головного мозга для планирования лечения и проведения биопсии, оценке объемного воздействия на головной мозг, систему желудочков и сосуды, и, наряду со стандартными МР-последовательностями, в постановке предварительного диагноза. Экстрааксиальные опухоли, такие как менингиомы, шванномы и опухоли основания черепа, в большинстве случаев (но не всегда) могут быть отличены от интрааксиальных опухолей. Дифференциальный диагноз интрааксиальных опухолей зависит от возраста пациента и от наличия иного первичного опухолевого очага.
Постановка диагноза с учетом специфического типа опухоли может оказаться непростой задачей, но зачастую правильный диагноз может быть определен при помощи сравнительно небольшого списка возможных вариантов. Контрастное усиление указывает на локальное нарушение гемато-энцефалического барьера и является ключевым признаком, наблюдаемым во многих опухолях головного мозга и других объемных образованиях. В случае глиом контрастное усиление обычно соответствует низкодифференцированной опухоли; впрочем, некоторые высокодифференцированные глиомы, как, например, пилоцитарные астроцитомы у детей, обычно накапливают контраст, в то время как некоторые низкодифференцированные глиомы, напротив, не контрастируются.
Перитуморозный отек на изображениях T2/FLAIR обычно характеризуется гиперинтенсивным сигналом в зоне, окружающей основную массу объемного образования. Иногда – например, в случае метастазирования – такая картина представляет собой преимущественно вазогенный отек вокруг опухоли; впрочем, при глиомах перитуморозный отек обычно соответствует инфильтративному отеку, обусловленному инвазией опухолевых клеток в областях измененного сигнала наT2/FLAIR-изображении без контрастного усиления. Количество очагов также является важным фактором, который следует учитывать, поскольку большое количество очагов может указывать на некоторые особые патологии, в частности, на метастатический процесс. Впрочем, метастазы могут быть единичными; единичными могут быть и имитирующие опухоль очаги, такие как участки демиелинизации или абсцессы головного мозга. Другими возможными отличительными характеристиками, на которые следует обращать внимание, являются кисты и узловые пристеночные компоненты (наблюдаемые при низкодифференцированных опухолях – гемангиобластоме, пилоцитарной астроцитоме, ганглиоглиоме и плеоморфной ксантоастроцитоме), кальцинаты (обычно при олигодендроглиомах), участки некроза и кровоизлияния (обычно в высокодифференцированных глиомах, а кровоизлияния также и при некоторых метастазах).
Рис.2. Пациентка 78 лет, поступила с головокружением, шаткостью при ходьбе и дизартрией, отмечавшимися на протяжении 6-8 недель. Полученные дооперационно МР-изображения: аксиальное Т1-взвешенное после введения контраста (А); корональное Т1-взвешенное после введения контраста (В); аксиальное Т2 в режиме FLAIR (С), аксиальное диффузионно-взвешенное (D), аксиальная карта распределения кажущегося коэффициента диффузии (Е), аксиальное DSC-изображение (dynamic susceptibility contrast) и соответствующая кривая перфузии (G). На Т1-взвешенных изображениях с контрастным усилением видна опухоль правой лобной доли с неравномерным характером контрастирования в виде ободка вокруг образования и центральным участком некроза. Зона усиленного сигнала вокруг опухоли на Т2-изображении в режиме FLAIR (С) наиболее вероятно соответствует инфильтративному клеточному отеку. Объемное образование характеризуется ограниченной диффузией и низкими значениями ИКД (D и Е), а также увеличенным кровотоком по сравнению с противоположной стороной (F и G) с возвратом кривой перфузии к первоначальному уровню, что соответствует первичной глиальной опухоли. ККД – кажущийся коэффициент диффузии; DSC — dynamic susceptibility contrast ; FLAIR – режим инверсия-восстановление с подавлением сигнала от воды; МРТ – магнитно-резонансная томография.
Рис. 3. Женщина 33 лет с глиобластомой левой островковой доли (делеция 19q, сохранность 1р, мутация IDH1, мутаций PTEN и EGFR нет), была доставлена с эпизодом синкопального состояния и судорожного приступа. Дооперационные МР-снимки: аксиальное Т1-взвешенное изображение с контрастным усилением (А), аксиальное Т2-изображение в режиме FLAIR (B), аксиальное ДВИ (С), ИКД-карта на аксиальных срезах (D), спектроскопия с распределением соотношения Cho/NAA, наложенная на аксиальное Т1-взвешенное изображение с контрастным усилением (Е); соответствующая спектроскопия и карта распределения соотношения Cho/NAA (F); соответствующая кривая перфузии (Н); ДТВ-трактография левого кортикоспинального тракта (I) и левого дугообразного пучка (J), наложенная на аксиальное Т2-взвешенное изображение. На Т1-взвешенном изображении с контрастным усилением (А) виден неравномерный очаговый характер контрастирования опухоли. На Т2-взвешенном изображении в режиме FLAIR (B) видна зона распространения неконтрастируемой гиперинтенсивной опухоли. Определяются участки ограниченной диффузии с низкими значениями ИКД (С и D), а также относительно повышенный кровоток по сравнению с противоположной стороной (G и Н) с возвратом кривой перфузии к изначальному уровню, что соответствует первичной глиальной опухоли. По данным спектроскопии (Е и F) определяется пик холина по отношению к NAA, что соответствует глиоме. ИКД – измеряемый коэффициент диффузии; DSC — dynamic susceptibility contrast ; ДТВ- диффузионно-тензорная визуализация; ДВИ – диффузионно-взвешенное изображение; EGFR – рецептор к эпидермальному фактору роста; FLAIR – режим инверсия-восстановление с подавлением сигнала от воды; IDH — изоцитрат-дегидрогеназа; NAA – N-ацетиласпартат; PTEN – гомолог фосфатазы и тензина.
Рис.4. 49-летняя женщина с анамнезом головных болей и обмороков на протяжении последних двух месяцев; в прошлом – правая лобэктомия по поводу доброкачественной опухоли легкого с МРТ-картиной единичного объемного образования в правой поясной извилине, после выполнения резекции оказавшимся метастазом аденокарциномы (метастаз немелкоклеточного рака легкого). Дооперационно выполненные МР-изображения: аксиальное Т1-взвешенное МРИ с контрастным усилением (А); аксиальное Т2-взвешенное изображение в режиме FLAIR (В); аксиальное DSC-перфузионное изображение (С); соответствующая кривая перфузии (D). На Т1-взвешенном МРТ с контрастным усилением (А) видно единичное накапливающее контраст образование. На Т2-взвешенном изображении в режиме FLAIR (В) определяется большое количество перитуморозного вазогенного отека. В режиме DSC (C и D) определяется повышенный объем кровотока по сравнению с противоположной стороной без возврата кривой перфузии к первоначальному уровню, что свидетельствует в пользу единичного метастаза, а не глиомы. DSC – режим dynamic susceptibility contrast , FLAIR – режим инверсия-восстановления с подавлением сигнала от воды; МРИ – МР-изображение.
Рис.5. 64-летний мужчина, поступил с моторной афазией, дизартрией и недавно диагностированной глиобластомой (без мутации в IDH1, с делецией PTEN, без амплификации EGFR), была выполнена субтотальная резекция. Дооперационные МР-изображения: аксиальное Т1-взвешенное МРИ с контрастным усилением (А), на котором визуализируется периферическое объемное образование, накапливающее контраст; карты task-фМРТ в режиме BOLD, наложенные на анатомические изображения (В-F) (изображения приведены с разрешения Pratik Mukherjee, MD, PhD). При выполнении парадигмы движения языка была выявлена билатеральная активация зон кверху от сильвиевой борозды и около роландовой борозды; как показано на аксиальном (В) и сагиттальном (С) изображениях, с левой стороны эта зона достигает спереди задних границы опухоли. При выполнении мысленной визуальной вербальной задачи была выявлена активность речевой моторной зоны слева (D и E) кпереди от опухоли с затрагиванием ее нижне-переднего края (не показано на снимке). При выполнении парадигмы пассивного слушания была выявлена функциональная активность сенсорной речевой зоны слева (F), отдельно от опухоли. EGFR – рецептор к эпидермальному фактору роста; фМРТ – функциональная магнитно-резонансная томография; IDH — изоцитрат-дегидрогеназа; МРИ – магнитно-резонансное изображение; PTEN – гомолог фосфатазы и тензина.
Рис. 6. ПЭТ/МР-исследование в одномодальном режиме c FMISO , выполненное у 65-летнего мужчины с рецидивирующей анапластической астроцитомой левой височной доли III степени злокачественности по ВОЗ. На одновременно выполненном аксиальном изображении ПЭТ c FMISO, Т1-взвешенном изображении с контрастным усилением (В), совмещенных Т1-взвешенном после контрастного усиления и ПЭТ/МР с FMISO изображениях визуализируется рецидив опухоли, характеризующийся очагом накопления контраста у заднего края пострезекционной полости в передней части левой височной доли. В этой зоне отмечается повышенный захват FMISO. FMISO – 18F-фторизоимидазол; ПЭТ – позитронно-эмиссионная томография; ВОЗ – всемирная организация здравоохранения.
Многие из подобных радиологических признаков важны для динамического наблюдения пациентов с уже выявленными опухолями головного мозга. Согласно пересмотренным результатам деятельности рабочей группы по оценке ответа на лечение в нейроонкологии, под полным ответом на лечение в случае высокодифференцированных глиом подразумевается полная регрессия накопления контраста образованием со стабильными или регрессировавшими изменениями сигнала в режиме Т2/FLAIR у пациента, не получающего терапии кортикостероидами; под частичным ответом понимается отсутствие новых очагов, уменьшение на ≥ 50% накопления контраста образованием и стабильные или регрессировавшие изменения сигнала в режиме Т2/FLAIR у пациента, получающего фиксированные или уменьшенные дозы кортикостероидов; стабильным течением болезни считается отсутствие новых очагов, уменьшение на <50%, или увеличение на <25% накопления контраста образованием и стабильные или регрессировавшие изменения сигнала в режиме Т2/FLAIR у пациента, получающего фиксированные или уменьшенные дозы кортикостероидов; течение болезни называется прогрессивным, если обнаруживается любой новый очаг, наблюдается прирост более 25% в накоплении контраста и значительные изменения сигнала в режиме Т2/FLAIR. Эти оценочные критерии составили основу для общей характеристики опухоли, но в них не учтены многие тонкости постоперационного периода.
Т.н. псевдоответ на лечение наблюдается в установленных опухолях в виде контрастного усиления в ответ на терапию бевацизумабом – антиангиогенным препаратом, используемым в лечении рецидивирующей глиобластомы. С другой стороны, псевдопрогрессирование может выглядеть в виде увеличения накопления контраста опухолью и изменения сигнала в режиме Т2/FLAIR. Псевдопрогрессирование часто ассоциировано с лучевой терапией и лечением темозоламидом – в этих случаях оно наблюдается примерно у 20% пациентов (приблизительно ½ пациентов с первоначальным «прогрессированием» на снимках); кроме этого, оно может наблюдаться чаще при опухолях с метилированным промотором MGMT. Исследования в рамках динамического наблюдения и стандартные МР-последовательности могут быть полезны для оценки псевдо-ответа и псевдо-прогрессирования. Основанные на Т2-взвешенном режиме последовательности, такие как SWI, могут визуализировать микрогеморрагии, которые развиваются со временем у ряда пациентов, получающих лучевую терапию. Такие микрогеморрагии предположительно указывают на отдаленный токсичный эффект лучевой терапии на микрососудистую сеть головного мозга.
Диффузионно-взвешенные изображения
Методика ДВИ позволяет оценить диффузию молекул воды в тканях и рассчитать ИКД. ДВИ является рутинно применяющейся последовательностью, которая стала обязательной при обследовании пациентов с инсультом, но также может быть полезной в оценке опухолей головного мозга. Было показано, что значения ИКД, рассчитываемые по ДВИ, обычно оказываются пониженными в высококлеточных опухолях, таких как лимфома ЦНС, медуллобластома, глиома высокой степени злокачественности, и очень сильно сниженными в вязких средах, например, в абсцессах головного мозга. Что касается глиом, низкие значения ИКД оказывались свойственны глиомам высокой степени злокачественности по сравнению с опухолями низкой степени злокачественности и указывали в целом на худший прогноз независимо от злокачественности опухоли. Подобным образом, при первичной лимфоме ЦНС низкие значения ИКД были связаны с худшим прогнозом. Также было показано, что значения ИКД оказывались выше в зоне измененного сигнала в режиме T2/FLAIR в вазогенном перитуморозном отеке вокруг метастазов по сравнению с более высококлеточным инфильтративным перитуморозным отеком в режиме T2/FLAIR, наблюдаемым при глиобластомах, хотя эти данные не нашли подтверждения в других исследованиях.
При получении снимка непосредственно после операции часто можно увидеть небольшие очаги сниженной диффузии в ложе операции, что указывает на нежизнеспособную ткань опухоли или ишемизированную ткань головного мозга, пострадавшую в ходе операции. Эти небольшие очаги послеперационных повреждения могут быть следствием множества факторов, включающих хирургическое повреждение, ретракцию тканей, повреждение сосудов и деваскуляризацию. Клиническое значение таких радиологических находок заключается в понимании того, что эти очаги в дальнейшем могут давать контрастное усиление и нормализацию уровня ИКД на последующих изображениях при вероятном развитии инсульта, и, таким образом, контрастное усиление не должно быть ошибочно принято за прогрессирование опухолевого заболевания.
ДВИ и количественные измерения ИКД могут также быть полезны в определении псевдоответа на лечение и псевдопрогрессирования. При псевдоответе на терапию бевацизумабом ДВИ помогает определить стабильное состояние опухоли или же ее рост, несмотря на недостаточное контрастирование вследствие антиангиогенного эффекта бевацизумаба. Анализ гистограммы ИКД-карт также использовался для демонстрации более низкой выживаемости пациентов с рецидивирующей глиобластомой после лечения бевацизумабом. В определении возможного псевдопрогрессирования опухоли ДВИ/ИКД также могут оказаться потенциально полезными. Было показано, что пониженные значения ИКД более соответствуют прогрессированию по сравнению с псевдопрогрессированием, предположительно вследствие большей клеточности истинной опухоли по сравнению с отеком, связанным с воспалительным ответом при псевдопрогрессировании.
Диффузионно-тензорные изображения (ДТИ) делают обследование более полным по сравнению со стандартным ДВИ благодаря дополнительным параметрам и возможностям. Методика ДТИ основана на анизотропной диффузии, характеризирующейся собственными векторами (направлением) и собственными значениями (амплитудой), которые могут использоваться для вычисления многих параметров. ДТИ и другие подобные преимущественно исследовательские методы, такие как диффузионная спектральная томография, диффузионно-куртозисная томография, метод tract density и многие другие позволяют еще лучше визуализировать микроструктуру и целостность белого вещества головного мозга. Фракционная анизотропия (ФА), средняя диффузионная способность, плотность пробега (track density) , нейрональная плотность и множество других величин, рассчитываемых по этим методикам предоставляют еще больше возможностей для изучения опухолей головного мозга и эффектов лечения. В настоящее время ДТИ является клинически более важным исследованием, чем ДТИ-трактография, которая может в объеме отображать проводящие тракты белого вещества с целью облегчения навигации. Трактография конртикоспинального тракта обычно накладывается на объемное Т2-взвешенное изображение в высоком разрешении, полученное в режиме SPGR после введения гадолиниевого контраста; это производится с целью лучшей интраоперационной навигации, чтобы избежать повреждения кортикоспинального тракта. ФА, рассчитанная по ДТИ, является величиной, отображающей направленность диффузии воды и используемой в качестве показателя целостности белого вещества при многих состояниях. Показано, что ФА снижается в кажущемся нормальным белом веществе после лучевой терапии и, таким образом, позволяет лучше оценить токсическое действие облучения на ткань мозга пациентов с опухолями головного мозга. Также было выяснено, что ФА повышается в зоне инфильтративного перитуморозного отека, окружающего низкодифференцированные глиомы по сравнению с вазогенным отеком вокруг метастазов, что, предположительно, может быть объяснено более упорядоченным характером отека при глиомах.
Перфузионная томография
Двумя основными методами перфузионной МРТ являются получение Т2*-взвешенных изображений в режиме DSC (динамической восприимчивости контраста) и Т1-взвешенных изображений в режиме динамической перфузии с контрастным усилением (DCE ). Метод DSC заключается в отслеживании объема крови после первого болюсного введения контраста, а DCE оценивает стабильную проницаемость. Оба метода могут быть использованы для получения различных перфузионных параметров, таких как церебральный объем крови (CBV) и коэффициент трансэндотелиального переноса (K trans ). Мечение артериального спина представляет собой еще одну перфузионную технику без использования контраста, которая может доказать свою пользу в будущем, но пока не была достаточно исследована и применена у пациентов с опухолями головного мозга. Сложность получаемых данных, состоящих из вычисляемых по пикселям гемодинамических параметров, а также большая разнородность опухолей мозга делают интерпретацию результатов весьма затруднительной.
Относительный церебральный объем крови (rCBV), представляющий собой вычисленное значение CBV в отношении к таковому с противоположной стороны, является наиболее часто используемым параметром, получаемым из DSC; он считается маркером ангиогенеза. rCBV также может быть полезен для различения низко- и высокодифференцированных глиом, поскольку было показано, что низкодифферецированным глиомам соответствует более высокое значение rCBV по сравнению с опухолями низкой степени злокачественности. Впрочем, применять это на практике следует с осторожностью, потому что олигодендроглиомам могут соответствовать высокие значения rCBV. При метастазах также могут отмечаться высокие значения rCBV, подобные таковым при низкодифференцированных глиомах, но, впрочем, для метастазов характерно наличие высокопроницаемых капилляров внутри опухоли, что может привести к утечке контраста в болюсную фазу и, в результате, кривая интенсивности сигнала может не вернуться к первоначальному уровню (рис.4).
Подобный паттерн, обусловленный наличием высокопроницаемых капилляров, наблюдается и при опухолях хороидного сплетения. Также было выяснено, что повышение rCBV более характерно для более высококлеточного перитуморозного инфильтрата вокруг низкодифференцированных глиом в режиме T2/FLAIR по сравнению с вазогенным перитуморозным отеком в этом же режиме вокруг метастазов. DSC также может использоваться в различении опухолеподобных очагов демиелинизации и низкодифференцированных глиом, поскольку опухолеподобным очагам демиелинизации обычно свойственны более низкие значения rCBV. Кроме этого, режим DSC может быть полезен в динамическом наблюдении пациентов с подтвержденными опухолями головного мозга, поскольку рецидив или остаточная опухоль характеризуются более высокими значениями rCBV по сравнению с псевдо-прогрессированием или постлучевым некрозом в случае глиом и метастазов.
Основным измеряемым показателем, получаемым по данным DCE-перфузионного МРТ, является K trans , характеризующий микрососудистую проницаемость. DSE-перфузионная томография используется реже, чем DSC, но обладает некоторыми теоретическими преимуществами, включающими лучшее пространственное разрешение и меньшее количество артефактов. DSE потенциально может быть использовано для отличения высокодифференцированных глиом от низкодифференцированных, которым свойственны более высокие значения K trans , видимо, вследствие более высокой капиллярной проницаемости, характерной для низкодифференцированных глиом.
Роль режима DCE в оценке ответа на лечение не была так тщательно изучена, как в случае DSC, но сообщалось, что при помощи этого режима можно отличить рецидив или прогрессирование опухоли от псевдопрогрессирования путем использования максимальной скорости нарастания контрастирования в начальной фазе контрастирования. DCE-перфузионные изображения обладают потенциальными преимуществами над DSC-перфузионными изображениями вследствие большей устойчивости к выявлению артефактов, более высоким пространственным разрешением и возможностью построения трехмерных изображений.
МР-спектроскопия
МРС позволяет оценить метаболический профиль исследуемой ткани. Самыми легко распознаваемыми метаболитами при проведении 1H-МР-спектроскопии и представляющими, таким образом, наибольший интерес при диагностике и наблюдении опухолей головного мозга, являются N-ацетиласпартат (NAA) с величиной химического сдвига около 2,0 ррm, креатин (Сr) с величиной химического сдвига около 3,0 ррm и холин (Cho) с величиной химического сдвига около 3,2 ррm. NAA считается преимущественно нейрональным маркером, Cr — маркером клеточного метаболизма, а Cho – маркером метаболизма клеточных мембран. Дополнительно используются пики липидных комплексов и лактата с величиной химического сдвига около 1,3 ppm, а также миоинозитол (около 3,5 ppm). Липиды и лактат считаются маркерами некроза и гипоксии, соответственно, а миоинозитол, предположительно, отражает целостность астроцитов и регуляцию внутримозгового осмотического давления.
МР-спектроскопический профиль глиом обычно характеризуется повышением Cho и снижением NAA. Cho не является опухолевым маркером, но отражает повышение метаболизма клеточных мембран, в то время как NAA представляет собой маркер нейронов. Абсолютные значения пиков при МР-спектроскопии обычно не используются; вместо этого анализ пиков различных метаболитов представляется в виде соотношения пиков друг к другу, Cho-NAA и Cho-Cr. МР-спектроскопия потенциально может быть использована для дифференциальной диагностики низко- и высокодифференцированных глиом, поскольку для глиом высокой степени злокачественности характерно более высокое значение соотношений Cho-NAA и Cho-Cr по сравнению с глиомами низкой степени злокачественности. Более того, увеличение отношения миоинозитола к креатину (миоинозитол лучше всего определять при коротком времени эхо – 35 мс) ассоциировано с высокодифференцированными глиомами. Повышение соотношений Cho-NAA и Cho-Cr в перитуморозной зоне в режиме T2/FLAIR вокруг накапливающей контраст опухоли также может использоваться для различения перитуморозного инфильтративного отека при низкодифференцированных глиомах, для которого характерно повышение данных соотношений как следствие клеточной природы изменения сигнала, и перитуморозного вазогенного отека вокруг метастазов. МР-спектроскопия также полезна при динамическом наблюдении пациентов с уже выявленными опухолями головного мозга. Некоторыми исследователями сообщалось, что повышение соотношений Cho-NAA и Cho-Cr может указывать на псевдопрогресирование или развитие постлучевого некроза; впрочем, на практике применение МР-спектроскопии для выявления этих состояний весьма затруднительно.
Пики липидов и лактата перекрываются на стандартной МР-спектроскопии и поэтому могут быть интерпретированы в качестве одного и того же метаболита; несмотря на то, что они по отдельности представляют различную и важную информацию, их пики могут быть неразличимы. МР-спектроскопия с выявлением пика лактата позволяет достоверно отделить двойной пик лактата от липидного пика. Этот режим представляет особый интерес, поскольку лактат является метаболитом, отражающим гипоксию и переход на анаэробный метаболизм, что отмечается в низко- и высокодифференцированных глиомах, в то время как липиды, являющиеся маркером некроза, характерны для низкодифференцированных глиом. Повышенные уровни лактата и липидов у пациентов с глиобластомой также ассоциированы с худшей выживаемостью.
Новым методом, пока применяющимся только в научных исследованиях, является гиперполяризованная МРТ с использованием 13 C. Гиперполяризованные вещества с содержанием 13 C характеризуются сильно повышенным сигналом, что дает возможность проследить за включением такого метаболического субстрата как пируват в биохимические реакции по ходу его превращения в аланин, лактат и бикарбонат. В исследованиях на головном мозге животных гиперполяризованный меченый 13 C лактат был выявлен внутри опухолей, а вследствие лечения темозоламидом отмечалось снижение лактата. На животных моделях также было показано, что с использованием гиперполяризованной МРТ с 13 C можно определить мутацию IDH1 путем анализа метаболитов гиперполяризованного 13 C -альфакетоглутарата.
В функциональной МРТ (фМРТ) для оценки активности различных зон головного мозга используется BOLD-метод, чувствительный к относительным изменениям в уровне кислорода крови. Различают два основных метода фМРТ: на основе заданий, когда исследование проводится в ходе выполнения особых заданий или во время воздействия особых раздражителей (т.н. task-фМРТ), а также фМРТ, выполненную в покое, или фМРТ покоя, RS-фМРТ. В RS-фМРТ используются спонтанные низкочастотные колебания (<0.1 Гц) BOLD-сигнала для определения зон корреляции и анти-корреляции, которые формируют основу для определения сетей работы мозга, наиболее исследованной из которых является сеть пассивного режима работы мозга. Сосудистые опухоли потенциально могут влиять на BOLD-сигнал, но, несмотря на это, оба метода фМРТ были успешно применены у пациентов с опухолями головного мозга.
фМРТ с использованием заданий (task-фМРТ) может быть использована для предоперационной локализации зон коры, ответственных за речь и соматомоторные функции, и точность исследования при этом почти не отличается от таковой более инвазивных методов (рис.5). Таким образом, task-фМРТ была применена при планировании операционного вмешательства с целью определения взаимосвязи между функциональными речевыми зонами коры и опухолью. Было показано, что отображаемое на task-фМРТ расстояние от опухоли до функциональной зоны коры менее 1 см отражает степень постоперационного неврологического дефицита и, таким образом, связано с худшим неврологическим исходом.
RS-фМРТ также использовалась для выявления функциональных зон, ответственных за речь, в рамках планирования операции у пациентов с опухолями головного мозга, хотя по применению этого метода имеется меньше данных. RS-фМРТ обладает некоторыми определенными преимуществами по сравнению с task-фМРТ, в частности, благодаря отсутствию необходимости в задаваемой парадигме, поскольку позволяет проводить исследование у пациентов, которые не в состоянии выполнять требуемые задания (дети, пациенты с измененным когнитивным статусом и т.д.); кроме этого, RS-фМРТ способна ретроспективно получать множество сетей на основе единственной последовательности. Несмотря на то, что метод не очень изучен, некоторые исследования также показали возможность определения локализации соматосенсорной коры относительно опухоли при помощи RS-фМРТ. RS-фМРТ дает возможность изучения функциональных взаимосвязей внутри мозга, и, таким образом, представляет собой потенциально мощный метод для изучения здорового и измененного мозга. Он может быть применен в будущем не только для изучения влияния опухоли на головной мозг, но также для оценки лечения. На сегодняшний день имеется несколько небольших исследований, в которых была показана пониженная функциональная взаимосвязь в нейронных сетях пациентов с опухолями головного мозга, но, в любом случае, данный метод представляет большой простор для исследований в будущем.
ПЭТ/МРТ
Взаимноинтегрированная система ПЭТ/МРТ дает возможность осуществить современного уровня структурную МРТ одновременно с основанным на физиологическом накоплении радиофармпрепарата ПЭТ-исследованием, представляя, таким образом, область активных научных разработок. В идеале радиофармпрепарат должен характеризоваться наибольшим захватом клетками новообразования и минимальным захватом со стороны здоровых тканей организма. Высокая метаболическая потребность мозга и глиом в глюкозе и, следовательно, недостаточное контрастирование опухоли ограничивают применение 18F-фтордезоксиглюкозы в ПЭТ.
Новые радиоактивные метки, используемые для ПЭТ, дают возможность получения дополнительной информации о физиологии опухоли головного мозга. Аминокислотные метки, 11С-метионин (МЕТ) и 18F-фторэтилтирозин (ФЭТ) показали повышенный захват глиомами по сравнению с нормальной тканью головного мозга, а также более высокий уровень захвата клетками низкодифференцированной глиомы по сравнению с высокодифференцированными глиомами. Более того, использование таких меток может помочь в определении прогноза, поскольку худший прогноз связан с повышением МЕТ у пациентов с высокодифференцированными глиомами. Такие аминокислотные ПЭТ-метки также могут использоваться для различения рецидивирующей/прогрессирующей опухоли от псевдопрогрессирования или эффекта от лечения, поскольку относительное повышение сразу МЕТ и ФЭТ указывает на опухоль. Впрочем, клиническое применение МЭТ несколько ограничено вследствие малого периода полураспада (20,3 минуты) и необходимостью наличия циклотрона в зоне доступа. 18F-фтор-L-дофа (FDOPA) является дополнительным маркером синтеза аминокислот. Было показано, что захват FDOPA соответствует зонам с высокой пролиферацией и наблюдается в высоко- и низкодифференцированных глиомах. FDOPA также повышен в рецидивирующих или прогрессирующих опухолях по сравнению с зонами лучевого некроза.
ПЭТ с применением 18F-фторимидазола (FMISO) является неинвазивным методом, позволяющим выявить тканевую гипоксию физиологическим путем.
В нескольких исследованиях изучался захват FMISO как надежное средство количественной оценки тканевой гипоксии и разрабатывалась методология ПЭТ с FMISO. Предварительное исследование, в котором участвовало 22 пациента с глиобластомами, показало связь долучевого объема опухоли и степенью гипоксии ткани опухоли, измеренной при помощи ПЭТ с FMISO, а также более короткие сроки прогрессирования опухоли и меньшую выживаемость. Следовательно, понимание степени опухолевой гипоксии и ее распространенности может помочь в определении прогноза и соответствующего лечения пациентов с глиобластомами. Визуализационные маркеры гипоксии также могут быть использованы в качестве биомаркеров очагов, резистентных к лучевой терапии, и для получения представления о прогнозе пациента до начала проведения антиангиогенной терапии.
Заключение
Визуализационные методы в клиническом ведении пациентов с опухолями головного мозга продолжают развиваться, и в настоящее время ведущая роль принадлежит физиологической визуализации в дополнение к структурной визуализации высокого разрешения. По мере улучшения нашего понимания биологии опухолей головного мозга и развития визуализационных методов, открываются новые возможности положительных изменений в ведении пациентов с такими опухолями. Проводимые исследования нацелены на способы возможного сочетания современных нейровизуализационных методов с прогрессом в изучении генетики опухоли, ее лечения и нейрофизиологии. Многие из уже применяемых и развивающихся методов, обсужденных в этом обзоре, помогут получить в будущем дополнительные сведения о генетике опухоли и прогнозе таких пациентов. Современный уровень развития нейровизуализации в значительной степени позволяет улучшить предоперационную постановку диагноза, планирование хирургического вмешательства и лучевой терапии, а также оценку ответа на лечение. Таким образом, визуализационные методы остаются мощным инструментом, позволяющим улучшить качество ведения пациентов с опухолями головного мозга.
Развитие визуализирующих технологий в нейрорентгенологии идёт по пути "от анатомии к функциям мозга". Анатомические срезы стандартных КТ и МРТ демонстрируют разные типы тканей: кровь, жировую ткань, белое и серое вещество мозга, мышцы и пр. Современные методы КТ и МРТ позволяют оценить скорость и ориентацию диффузионного движения молекул воды, "увидеть" ткани, отличающиеся по обменному взаимодействию протонов, транспорту ионов и молекул (К+, Na+), рН среды, активности фагоцитоза. По притоку обогащённой кислородом крови МРТ позволяет выявить области мозга с повышенной нейрональной и метаболической активностью, обнаружить участки нарушения гематоэнцефалического барьера, количественно оценить микроваскулярную проницаемость ткани, состояние рецепторов на поверхности клеток, гормональную активность, наличие в ткани определённого антигена, белковых структур и пр. Таким образом, с помощью КТ и МРТ стали осуществлять диагностику не только на клеточном, но и на молекулярном уровне. По этой причине диффузионную, перфузионную, функциональную МРТ и MP-спектроскопию относят к так называемым методам молекулярной визуализации.
Рис. 3-8. МР-ангиография с контрастным усилением. Магистральные сосуды головы от дуги аорты до большого круга основания мозга, вид спереди .
Диффузионно-взвешенная МРТ
Диффузия - основной физический процесс, про исходящий в ходе метаболических реакций клетки. Первое диффузионно-взвешенное МР-изображение было построено в 1985 г. . В клиническую практику диффузионная МРТ пришла вместе с МРТ - сканерами III поколения. Для получения диффузионновзвешенных томограмм используют эхопланарные импульсные последовательности "спиновое эхо" ЕРI с двумя диффузионными градиентами одинаковой амплитуды и длительности. Для количественной оценки диффузионных свойств воды в ткани строят параметрические диффузионные карты, на них цвет каждого пиксела соответствует измеряемому коэффициенту диффузии (рис. 3-10).
Рис. 3-10. Диффузионная МРТ. а - диффузионно-взвешенное изображение (комбинированное), полученное с фактором диффузии b = 1000 с/мм 2 ; б - диффузионная цветовая карта на этом уровне.
На диффузионной карте ткани с высокой скоростью диффузии воды окрашены в красно-белые тона, ткани с низкой скоростью диффузии - в сине-чёрные.
Зависимость диффузионной способности молекул от направления называют анизотропией диффузии. В белом веществе мозга молекулы воды легко диффундируют вдоль нервных волокон, но поперёк волокон их движение ограничено непроницаемой миелиновой оболочкой.
Для визуализации анизотропии диффузии воды в ткани применяют диффузионно- тензорную МРТ.
В диффузионно-тензорной МРТ по ориентации эллипсоидов диффузии в вокселах определяют ход нервных волокон, образующих нервные тракты, соединяя друг с другом собственные векторы диффузионного тензора. Алгоритмы соединения довольно сложны, поэтому применяют различные методы расчёта, позволяющие "нарисовать" ход множества нервных волокон, образующих нервный тракт.
Вследствие этого тензорную МРТ часто называют трактографией - методом визуализации хода нервных трактов. В простейшей форме частичная анизотропия диффузии кодируется цветом, а визуализация направлений диффузионного движения молекул воды в тканях осуществляется окрашиванием определённым цветом пикселов в зависимости от ориентации их собственного вектора (красным - по оси Х, зелёным - по оси У, синим - по оси Z) (рис. 3-11) .
Диффузионно-тензорная МРТ позволяет обнаружить структурные связи между отделами мозга, что особенно важно при объёмных процессах и заболеваниях, искажающих анатомическую структуру или разрушающих белое вещество (опухоли, ЧМТ, демиелинизирующие заболевания и др.).
Клиническое применение диффузионно-взвешенной и диффузионнотензорной МРТ . Снижение скорости измеряемого коэффициента диффузии в тканях мозга - чувствительный индикатор ишемических нарушений и степени тяжести ишемии . На сегодняшний день применение диффузионно-взвешенных изображений - один из наиболее быстрых и высокоспецифичных методов диагностики ишемического инфаркта мозга в ранних стадиях его развития (до 6 ч) , когда существует -"терапевтическое окно" для использования тромболизиса и частичного или полноrо восстановления кровотока в поражённых тканях мозга. В острой фазе мозгового инсульта на диффузионно-взвешенных изображениях зона поражения мозга имеет типично высокий МР-сигнал, тогда как нормальные ткани мозга выглядят тёмными. На картах измеряемого коэффициента диффузии - обратная картина (рис. 3-12) . Карты измеряемого коэффициента диффузии стали средством диагностики ишемии и динамического наблюдения за развитием острого нарушения мозгового кровообращения и последующей хронической дегенерации тканей, вызванной ишемией. Неинвазивность и быстрота применения диффузионно-взвешенных изображений предопределяют главенствующее значение метода в первичной диагностике ишемического поражения мозга.
Рис. 3-12 . Острейшая фаза (3 ч) мозгового инсульта в вертебробазилярной системе. На диффузионно-взвешенном изображении нормальные ткани мозга выглядят тёмными, зоны поражения в обеих гемисферах мозжечка (D>S ) имеют типично высокий МР-сигнал (а); на диффузионной цветовой карте - обратная картина (б); на мр-томограмме в режиме Т2 зона поражения ещё не видна (в).
Все диффузионные исследования проводят без введения контрастного вещества, что важно для тяжёлых больных и при специализированных исследованиях развития мозга у детей, начиная с внутриутробного периода. В последнем случае диффузионная МРТ позволяет получить дополнительные качественные (визуализационные) и количественные тканевые характеристики, открывает новые возможности исследования микроструктуры тканей мозга в процессе его развития [Коновалов А.Н. и др., 2001] .
Диффузионно-взвешенные изображения и диффузионные карты дают дополнительную диагностическую информацию для дифференцировки новообразований головного мозга со сходными проявлениями на Т1- и Т2-МРТ (глиомы, опухоли с кольцевидным накоплением контрастного вещества), перитуморального отёка (вазогенный или цитотоксический), предоставляют данные о наличии или отсутствии внутриопухолевых кист и пр. .
Неоценимую информацию за столь короткое время сканирования применение диффузионно-взвешенные изображения дают при диагностике воспалительных поражений головного мозга и позвоночника (например, абсцессы мозга, эмпиема) . Гнойное содержимое абсцесса характеризуется высоким МР-сигналом и легко визуализируется на любом этапе лечения, включая послеоперационный.
Особенности структурной организации некоторых новообразований головного мозга, в частности менингиом и неврином, дают возможность при применении диффузионно-взвешенных изображений с высокой достоверностью прогнозировать гистологический тип опухоли ещё перед операцией. На основе данных этого метода точно дифференцируют эпидермоидные и арахноидальные кисты. Трактография - новая и многообещающая методика, позволяющая неинвазивно "увидеть" проводящие пути головного мозга (рис. 3-13, 3-14).
Рис. 3-13 . М Р-трактография. а - МРТ в режиме Т2, аксиальная проекция: глиобластома левой височной доли; б - построение хода кортикоспинального тракта показывает его расположение по отношению к зоне опухолевой инфильтрации.
Рис. 3-14 . МР-трактография. а - МРТ в режиме Т2, аксиальная проекция: астроцитома правой затылочной дол и; 6 - трактографbz , дислокация пучков зрительной радиации опухолью латерально.
Несмотря на ещё существующие технические сложности, первые результаты в приложении к задачам нейрохирургии кажутся многообещающими . Стало возможным с помощью диффузионно-тензорной МРТ, зная расположение проводящих путей и учитывая их заинтересованность в патологическом процессе (смещение/деформация или инвазия и повреждение), планировать операционный доступ и объём оперативного удаления внутримозговых опухолей.
Перфузионные исследования
С помощью методов исследования перфузии рассматривают и количественно оценивают движение крови.
К современным количественным методам исследования мозговой гемодинамики относят МРТ, спиральную КТ с контрастным усилением, КТ с ксеноном, однофотонную эмиссионную КТ И позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ).
Преимущества малоинвазивных КТ - и МРТ -методов - минимальная инвазивность, высокая чувствительность в оценке тканевой микроциркуляции, высокая разрешающая способность, короткое время исследования в рамках стандартных протоколов и, наконец, воспроизводимость результатов с течением времени - очевидны. Наибольшее распространение в нейрорентгенологии получили перфузионные исследования на основе внутривенного введения болюса контрастного препарата (КТ и МРТ) . ДЛЯ количественной оценки используют основные гемодинамические тканевые характеристики: мозговой кровоток (CBF) , объём мозгового кровотока (CBV) , среднее время транзита крови (МТТ).
Перфузионная КТ. При перфузионной КТ анализируют повышение КТ-плотности при прохождении контрастного вещества по сосудистому руслу головного мозга. Болюс рентгеноконтрастного вещества (препарат йода с концентрацией 350-370 мг/мл, скорость введения 4 мл/с) вводят внутривенно.
Спиральные режимы сканирования позволяют получать серию срезов с интервалом 1 с в течение 50-60 с после внутривенной инъекции.
Этот метод обладает высоким разрешением, даёт количественные оценки тканевой перфузии и признан одним из самых перспективных в настоящее время.
Перфузионная МРТ. В МРТ существуют методы исследования гемодинамических перфузионных процессов с помощью экзогенных и эндогенных маркёров (с использованием контрастных веществ, получение изображений, зависящих от уровня оксигенации крови, и др.).
Перфузионной МРТ в настоящее время называют методы оценки перфузии при прохождении болюса контрастного вещества. Эти методы исследования мозговой перфузии наиболее широко сейчас применяют в МР-диагностике, особенно в сочетании с диффузионными исследованиями, МР-ангиографией и MP-спектроскопиеЙ. По мере прохождения болюса контрастного вещества по сосудистой системе многократно регистрируют изображение одного и того же среза (обычно это 10 разных уровней или срезов). Само сканирование занимает 1-2 мин. График снижения интенсивности МР-сигнала при прохождении болюса контрастного вещества даёт зависимость "интенсивность сигнала - время" в каждом пикселе среза. Форма этой кривой в артерии и вене определяет артериальную и венозную функции, с помощью которых рассчитывают гемодинамические тканевые параметры.
Клиническое применение перфузионных КТ и МРТ . В настоящее время перфузионные исследования проводятся, чтобы оценить гемодинамику опухолей головного мозга при дифференциальной диагностике поражений мозга, проводить мониторинг состояния опухоли после лучевой терапии и химиотерапии, диагностировать рецидив опухоли и/или лучевой некроз, ЧМТ, заболевания и повреждения ЦНС (ишемия/гипоксия, окклюзирующие заболевания магистральных артерий головы, заболевания крови, васкулиты, болезнь мойа-мойа идр.) .
К перспективным направлениям относят использование перфузионных методов при эпилепсии, мигрени, вазоспазме, различных психических заболеваниях. КТ- и МР-перфузионные карты позволяют количественно характеризовать зоны гипер- и гипоперфузии, что особенно важно для диагностики опухолевых и цереброваскулярных заболеваний.
На первом месте по частоте использования перфузионных методов стоят ишемические поражения мозга. В настоящее время перфузионно-взвешенные изображения - неотъемлемая часть диагностического протокола у больного с подозрением на церебральную ишемию. Впервые клинически метод применили у человека именно для диагностики инсульта. На современном этапе перфузионная КТ /МРТ - пожалуй, единственный метод ранней верификации ишемии мозга, способный уловить снижение кровотока в зоне поражения уже в первые минуты после появления неврологических симптомов (рис. 3-15).
Рис. 3-15 . Острая ишемия в бассейне средней мозговой артерии слева (как осложнение после клипирования мешотчатой аневризмы бифуркации правой средней мозговой артерии) . а - аксиальный срез из набора данных КТ-перфузии; б - карта мозгового кровотока. Продемонстрирован обширный участок отсутствия кровотока в конвекситальных отделах правой височно-теменной области.
В нейрохирургии перфузионно-взвешенные изображения в основном используют для того, чтобы провести первичную дифференциальную диагностику степени злокачественности внутримозговых новообразований головного мозга, в частности глиом. Следует помнить, что перфузионная МРТ и КТ не позволяют дифференцировать опухоли по их гистологической принадлежности, а тем более оценивать распространённость опухоли в мозговом веществе. Наличие очагов гиперперфузии в структуре астроцитомы предполагает повышение степени злокачественности поражения. Это основано на том, что при новообразованиях тканевая перфузия характеризует развитие аномальной сосудистой сети (ангионеогенез) в опухоли и её жизнеспособность. Наличие аномальной сосудистой сети в опухоли может свидетельствовать об агрессивности последней. И наоборот, снижение перфузии в опухолевой ткани под действием радио- или химиотерапии может указывать на то, что достигнут лечебный эффект. Использование перфузионно-взвешенных изображений для выбора цели при стереотаксической пункции оказало большую помощь, особенно в группе глиом, характеризующихся полным отсутствием контрастного усиления при стандартных КТ и МРТ.
При оценке гистологического типа новообразования и распространённости внемозговых объёмных поражений в полости черепа возможности перфузионновзвешенных изображений выше, чем при внутримозговых опухолях. С помощью перфузионно-взвешенных изображений успешно дифференцируют менингиомы и невриномы мостомозжечкового угла по характерно высоким показателям гемодинамики у первого типа. Существует чёткая корреляция между локальным кровотоком и данными прямой церебральной ангиографии в группе больных с менингиомами (рис. 3-16).
Рис. 3-16 . Перфузионная КТ. Карта кровотока у больного с большой менингиомой средней черепной ямки. а - объём мозгового кровотока; б - КТ с контрастным усилением; в - церебральная ангиография (боковая проекция). Определено выраженное повышение объёма мозгового кровотока в опухолевой ткани в соответствии с обильным кровоснабжением опухоли на ангиографии.
Опухоли, характеризующиеся наличием плотной рентгеноконтрастной тени в ранней капиллярной фазе ангиографии, имеют исключительно высокие показатели перфузии и отличаются высоким риском интраоперационного кровотечения в момент удаления. Весьма специфичны полученные при КТ перфузионно-взвешенные изображения в демонстрации кровоснабжения гемангиобластом задней черепной ямки - раннее и выраженное контрастирование в сочетании с высокой перфузией.
Функциональная магнитно-резонансная томография
Функциональная МРТ основана на усилении кровотока в мозге в ответ на увеличение нейрональной активности коры при действии соответствующего раздражителя.
Картирование активности мозга позволяет выявить области нейрональной активации, возникающие в ответ на стимуляцию (моторные, сенсорные и другие раздражители).
Использование импульсной эхопланарной последовательности на основе градиентного эха позволяет зарегистрировать МР-сигнал высокой интенсивности от активных участков коры мозга, причём время регистрации одного МР-изображения составляет около 100 мс. При функциональной МРТ сопоставляют интенсивность сигналов, зарегистрированных при физиологической нагрузке (активация) и в её отсутствие (контроль) . Участки статистически значимого повышения МР-сигнала, выявленные при последующей математической обработке изображений, соответствуют зонам нейрональной активности мозга. Их выделяют цветом, строят карты нейрональной активности и накладывают их на Т1-МРТ или н а трёхмерную модель поверхности мозга.
Клиническое применение функциональной МРТ . Картирование зон нейрональной активности мозга позволяет спланировать хирургический подход и исследовать патофизиологические процессы головного мозга. Метод применяют в нейропсихологии при изучении когнитивных функций головного мозга. Он перспективен для выявления очагов эпилепсии.
Использование функциональной МРТ стало в настоящее время неотъемлемой частью МРТ -протокола у больных с опухолями головного мозга, расположенными около функционально значимых зон коры головного мозга (рис. 3-17).
Рис. 3-17 . Функциональная МРТ: карта нейрональной активности при активации моторных центров коры мозга у больного с внутримозговой опухолью левой парацентральнойзоны.
В большинстве случаев полученные результаты адекватно отображают расположение сенсомоторной, речевой и слуховой зоны коры мозга. Перспективны в рамках одного МР-исследования у больных с опухолью мозга функциональная МРТ (пока её осуществляют только для соматосенсорной и зрительной коры), трактография с построением карт функционально значимой зоны коры, пирамидного или зрительного тракта и наложением их на трёхмерное изображение мозга. На основе совмещения полученных данных нейрохирурги планируют операционный подход и объём: резекции новообразования, а радиологи рассчитывают области распределения дозы облучения опухоли.
Магнитно-резонансная спектроскопия
Магнитно-резонансная спектроскопия (МР-спектроскопия) позволяет неинвазивно получить информацию о метаболизме мозга. Протонная l H - МР-спектроскопия основана на "химическом сдвиге" - изменении резонансной частоты протонов, входящих в состав различных химических соединений. Этот термин ввел N. Ramsey в 1951 г., чтобы обозначить различия между частотами отдельных спектральных пиков. Единица измерения "химического сдвига" - миллионная доля (ppm ). Приводим основные метаболиты и соответствующие им значения химического сдвига, пики которых определяются in vivo в протонном МР-спектре:
- NAA - N-ацетиласпартат (2,0 ppm );
- Cho - холин (3,2 ppm );
- Сr - креатин (3,03 и 3,94 ppm );
- mI - миоинозитол (3,56 ppm );
- Gl x - глутамат и глутамин (2,1 -2,5 ppm );
- Lac - лактат (1,32 ppm );
- Lip - липидный комплекс (0,8-1,2 ppm ).
В настоящее время в протонной МP-спектроскопии используют два основных метода - одновоксельную и мультивоксельную (Chemical shift imaging) МР-спектроскопию - единовременное определение спектров от нескольких участков головного мозга. В практику сейчас стала также входить мультиядерная МР- спектроскопия на основе MP-сигнала ядер фосфора, углерода и некоторых других соединений [Ринк П., 2003].
При одновоксельной 1 Н-МР-спектроскопии для анализа выбирают только один участок (воксел) мозга. Анализируя состав частот в регистрируемом от этого воксела сигнале, получают распределение пиков метаболитов по шкале химического сдвига (ррm ) (рис. 3-18). Соотношение между пиками метаболитов в спектре, уменьшение или увеличение высоты отдельных пиков спектра позволяют неинвазивно оценивать биохимические процессы, происходящие в тканях.
Рис. 3-18. Одновоксельная протонная МР- спектроскопия вещества мозга в норме. Пики основных метаболитов обозначены на рисунке .
При мультивоксельной MP-спектроскопии получают МР-спектры для нескольких вокселов сразу, и можно сравнить спектры отдельных участков в зоне исследования (рис. 3-19, а) . Обработка данных мультивоксельной МР-спектроскопии даёт возможность построить параметрическую карту среза, на которой концентрация определённого метаболита отмечена цветом, и визуализировать распределение метаболитов в срезе, т.е. получить изображение, взвешенное по химическому сдвигу (рис. 3-19, б).
Рис. 3-19 . Мулыивоксельная протонная МР-спектроскопия вещества мозга у больного с лимфангитом ЦНС. а - отображение спектров в каждом вакселе; б - цветное изображение. взвешенное по химическому сдвигу.
Клиническое применение MP-спектроскопии . МР-спектроскопию в настоящее время довольно широко используют для оценки различных объёмных образований головного мозга. Данные MP-спектроскопии не позволяют с уверенностью предсказать гистологический тип новообразования, тем не менее большинство исследователей сходятся во мнении, что опухолевые процессы в целом характеризуются низким соотношением NAA/Cr, увеличением соотношения Cho/Cr и, в некоторых случаях, появлением пика лактата. В большинстве МР-исследований протонную спектроскопию применяли в дифференциальной диагностике астроцитом, эпендимом и примитивных нейроэпителиальных опухолей, предположительно определяя тип опухолевой ткани. В клинической практике важно использовать МР-спектроскопию в послеоперационном периоде для диагностики продолженного роста новообразования, рецидива опухоли либо лучевого некроза. В сложных случаях 1 Н-МР-спектроскопия становится полезным дополнительным методом в дифференциальной диагностике наряду с получением перфузионно-взвешенных изображений. в спектре лучевого некроза характерный признак - наличие так называемого мёртвого пика, широкого лактат-липидного комплекса в диапазоне 0,5-1,8 ррm на фоне полной редукции пиков остальных метаболитов.
Следующий аспект использования МР-спектроскопии - разграничение впервые выявленных первичных и вторичных поражений, дифференцировка их с инфекционными и демиелинизующими процессами. Наиболее показательны результаты диагностики абсцессов головного мозга на основе применения диффузионновзвешенных изображений. в спектре абсцесса на фоне отсутствия пиков основных метаболитов отмечено появление пика липид-лактатного комплекса и пиков, специфичных для содержимого абсцесса, таких как ацетат и сукцинат (продукты анаэробного гликолиза бактерий) , аминокислоты валин и лейцин (результат протеолиза) . В литературе также очень широко исследуют информативность МР-спектроскопи и при эпилепсии, при оценке метаболических нарушений и дегенеративных поражений белого вещества головного мозга у детей, при ЧМТ, ишемии мозга и других заболеваниях.
> Магнитно-резонансная спектроскопия
Данная информация не может использоваться при самолечении!
Обязательно необходима консультация со специалистом!
Такой эффективный метод как магнитно-резонансная томография активно используется во всех областях медицины. МРТ отличается безопасностью и вместе с тем высокой информативностью, что позволяет использовать ее для постановки правильного диагноза на самых ранних стадиях возникновения болезни. Однако иногда даже этот метод не может дать точного ответа на диагностические вопросы, полученных сведений не хватает. В этом случае специалисты назначают проведение более узких исследований, основывающихся так же на явлении ядерно-магнитного резонанса. Одним из таких специальных методов является магнитно-резонансная спектроскопия (МРС, МР-спектроскопия).
В чем заключается суть метода?
МРС – новейший метод диагностики, который проводится в специализированных клиниках при помощи особого оборудования. Данная методика основывается на определении биохимических изменений в различных тканях тела человека, вызванных теми или иными заболеваниями.
Выделяют два вида МР-спектроскопии: МРС внутренних органов и МРС биологических жидкостей. Чаще всего этот метод диагностики применяют для получения биохимического анализа мышечной ткани, так как исследование ее состояния каким-либо другим образом иногда просто невозможно выполнить без проведения биопсии.
Что показывает МР-спектроскопия?
Проведение МРС дает возможность с помощью полученных магнитно-резонансных спектров расшифровать процессы метаболизма (обмена веществ) в тканях различных органов. Нарушения процессов обмена веществ происходит задолго до появления симптомов заболевания. Таким образом МРС позволяет поставить правильный диагноз на самых ранних стадиях развития патологии и является сегодня чуть ли не единственным способом провести неинвазивное исследование метаболизма в некоторых анатомических областях.
МР-спектроскопия, например, является уникальным методом диагностики энергетического метаболизма сердечной мышцы, который не требует введения радиоактивных препаратов. В данном случае МРС дает ответ на большое количество клинических вопросов кардиологии, позволяя в сочетании с магнитно-резонансной томографией получить точную информацию о размерах сердца, изменениях в структуре миокарда, увидеть нарушения кровообращения в нем, а также функциональные расстройства. Кроме того, МР-спектроскопия позволяет контролировать эффективность проводимой терапии при ишемической болезни сердца, сердечной недостаточности, гипертрофии различного происхождения.
Магнитно-резонансная спектроскопия часто применяется для диагностики различных неврологических патологий – например, помогает определить разницу между рассеянным склерозом и нейрооптикомиелитом. МР-спектроскопия позволяет увидеть биохимические процессы в различных клетках головного мозга, что, по мнению ученых, делает этот метод особенно полезным для ранней диагностики и лечения различных расстройств психики.
Показания для проведения магнитно-резонансной спектроскопии
Данное исследование, как и МРТ, основывается на физическом явлении ядерно-магнитного резонанса, но результатом спектроскопии являются не снимки. Она помогает увидеть, правильно ли распределены в тканях продукты метаболизма согласно их молекулярным свойствам.
Показаниями для проведение МР-спектсроскопии становятся следующие заболевания и состояния: различные воспалительные процессы, эпилепсия, нейродегенеративная патология (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона), травматические повреждения тканей, ишемия (местное малокровие), новообразования головного мозга.
Метаболизм здоровых тканей сильно отличается от метаболизма пораженных, поэтому проведение МРС так важно для ранней диагностики опухолевых процессов различной этиологии.
Рубрика: Диагностика в Германии
Это метод исследования, базирующийся на принципе классического магнитно-ядерного резонанса, но имеющий некоторые отличия. Если в магнитно-резонансных приборах используется свойство частиц поглощать и излучать электромагнитные волны, то целью спектроскопии является определение наличия и концентрации отдельных химических веществ . Метод магнитно-резонансной спектроскопии позволяет проводить измерения в живых тканях. Так, с помощью ядер водорода (Н 1) возможно определять количество N-ацетиласпартата в нейронах головного мозга или количество холина в клеточных мембранах. Молекулы фосфора Р 31 применяются, главным образом для изучения обмена веществ на клеточном уровне, а молекулы углерода С 13 - для отслеживания метаболизма глюкозы.
Первая установка для МР-спектроскопии сконструирована австрийским профессором Эвальдом Мозером с сотрудниками в 1990 году. В 1996 году выполнены первые исследования метаболизма глюкозы и жирных кислот в головном мозге, скелетных мышцах и печени здоровых испытуемых, а также пациентов с диабетом 1 и 2 типа. К настоящему времени также выполнены клинические исследования МР-спектроскопии сердца и предстательной железы .
В ПОМОЩЬ ОНКОЛОГУ
В последние годы метод получил широкое распространение в онкологии , так как позволяет определить накопление патологических веществ при различных онкологических заболеваниях.
Если ранее было осуществимо лишь исследование крупных органов и значительных изменений, то сейчас стало возможным исследование такого небольшого органа, как предстательная железа с разрешением до <0,5 см 3 . В здоровой ткани предстательной железы определяется в больших количествах цитрат, или лимонная кислота. При злокачественных новообразованиях количество цитрата уменьшается. Так как общее число клеток при онкологических заболеваниях увеличивается, то возрастает и количество холина, составной части клеточной оболочки. Концентрацию двух этих веществ как раз и позволяет измерить МР спектроскопия. Для получения трехмерного изображения и точной локализации опухоли весь орган делится на небольшие участки менее 0,5 см 3 , в каждом из которых определяется концентрация указанных веществ.
На рисунке показана разница в содержании различных метаболитов в нормальной ткани предстательной железы (А) и в ткани карциномы предстательной железы (Б). При этом Cholin - холин, Kreatin - креатин, а Citrat - cоли лимонной кислоты. В злокачественной ткани преобладает повышенная концентрация холина, но снижена концентрация цитрата. (Источник: Dr. Scheidler. Patienteninfo Prostata-Spektroskopie. Radiologische Zentrum München-Pasing, 2010 ).
Комбинация МРТ (определение морфологической структуры) с МР спектроскопией (выявление и определение концентрации химических соединений) позволяет охарактеризовать и спланировать лечение рака предстательной железы.
ПРИ РАКЕ ПРОСТАТЫ
Для такого исследования требуется МРТ-установка с высоким разрешением, а также две передающие капсулы: одна располагается поверхностно на передней брюшной стенке в области предстательной железы, а другая - ректально. Для обработки сигнала необходим также специальный прибор и программное обеспечение. Для получения достоверных результатов врачу требуется достаточный опыт работы с оборудованием. Только в 2010 году была завершена экспериментальная фаза применения МР- спектроскопии для диагностики рака предстательной железы. В Германии такое обследование можно пройти, например, в радиологическом центре Мюнхен-Пазинг. Врачами этого центра с 1993 года обследовано более 7000 пациентов. В сентябре 2003 года здесь был проведен первый в Германии курс для врачей по диагностике рака предстательной железы с помощью МР-спектроскопии.
В настоящее время «золотым стандартом» ранней диагностики рака предстательной железы является определение опухолевого маркера, простатспецифического антигена (ПСА). При повышении ПСА выполняется дальнейшая диагностика - поиск злокачественного новообразования или доброкачественных изменений (гиперплазии). Основным недостатком метода является низкая специфичность, то есть повышение ПСА и при других, например, воспалительных заболеваниях.
В случае повышения ПСА на помощь как раз может прийти такой метод как МР-спектроскопия. Особенно МР-спектроскопия показана пациентам с постоянно повышенным уровнем ПСА, но неподтвержденными с помощью гистологического исследования злокачественными изменениями предстательной железы.
ПРОЦЕДУРА
Как же выполняется исследование предстательной железы? Самым приятным фактом является отсутствие специальной подготовки пациента. Лишь незадолго до процедуры рекомендуется естественное опорожнение кишечника и мочевого пузыря. Контрастное средство в исследовании не применяется.
Противопоказанием к исследованию является наличие искусственного водителя ритма. При наличии искусственных клапанов сердца или протезов внутреннего уха необходимо обязательно информировать врача, имея при себе описание (аннотацию или паспорт) данных протезов. Исследование проводится в закрытом помещении, в специальной продолговатой кабине. Если имеет место боязнь закрытых пространств - клаустрофобия, то перед исследованием пациент получает успокаивающее средство. Исследование длится около часа, в положении лежа на спине.
Метод МР-спектроскопии является очень многообещающим. В комбинации с обычной магнитно-резонансной томографией правильный диагноз устанавливается в 80-85% случаев. Ошибки происходят в тех случаях, когда опухолевая ткань значительно не отличается от нормальной по степени зрелости, и количество холина в ней приближено к нормальной ткани. Редко наблюдаются случаи, когда клетки опухоли рассеяны по всей предстательной железе, а не сконцентрированы на определенном участке, тогда в диагностике поможет исследование ткани под микроскопом.
В СПЕКТРЕ НАУКИ
В Германии признанным международным центром МР-спектроскопии является Франкфурт-на-Майне, где располагаются Центр биомолекулярной МР-спектроскопии, Институт Макса Планка и исследовательские группы Университета Гете. С помощью МР-спектроскопии здесь изучаются внутриклеточные белки, их изменения под воздействием различных медикаментов и температурных колебаний. В берлинской клинике Шарите и Рейнском университете Фридриха Вильгельма в Бонне активно изучается применение МР- спектроскопии для диагностики рассеянного склероза. Показано, что в неповрежденных клетках головного мозга содержится значительное количество N-ацетил-аспартата, снижение которого может указывать на развитие заболевания.
Др. София Ротэрмель
| Остеоденситометрия: прочны ли ваши кости? | Точный диагноз благодаря точной локализации опухоли и ее метастазов: новая диагностика с помощью высокочувствительного онкомаркера при раке простаты. | Компьютерная томография в помощь ортопеду | |
|
Остеоденситометрия, или просто денситометрия - это несложный и безболезненный метод измерения плотности костной ткани. Конечно, необязательно это делать каждому, пусть и в целях профилактики... |
Людгер А., в профилактических целях регулярно обследовался по подозрению на рак простаты. Однако три биопсии не подтвердили наличие опухоли. Для окончательной ясности 75-летний пациент... |
все это и многое другое вы найдете на страницах журнала в разделе "Информация для врачей". |
Общественный транспорт Германии
|
Развитие нейрорентгенологии идёт по пути "от изучения анатомии к изучению функций головного мозга". Сегодня МРТ позволяет не только дифференцировать типы тканей (кровь, жировую, мышечную ткань, белое и серое вещество мозга и т.д.), но и оценивать скорость и направление движения молекул воды; различать ткани, отличающиеся по транспорту молекул и ионов (К+, Na+) ; по рН среды и активности фагоцитоза. По количеству кислорода в крови МРТ позволяет выявить области мозга с повышенной активностью, обнаружить участки нарушения гематоэнцефалического барьера, количественно оценить проницаемость тканей, состояние рецепторов, гормональную активность, наличие конкретного антигена или белковых структур в тканях.
Диффузионную МРТ, МР трактографию, перфузионную, функциональную МРТ и MP-спектроскопию относят к методам молекулярной визуализации.
MP-спектроскопия - это неинвазивная методика, основанная на свойстве ядер атомов водорода индуцировать МР сигналы в магнитных полях высокой напряженности, после воздействия радиочастотного импульса. Последующий анализ этих данных позволяет судить о наличии и концентрации в тканях различных метаболитов, а также об их изменениях при различных патологических состояниях.
На сегодняшний день этот метод является единственным способом неинвазивно провести исследование обмена веществ (метаболизма) внутренних органов, в частности головного мозга. Нарушения этих процессов происходят еще до клинических проявлений болезни, поэтому магнитно-резонансная спектроскопия позволяет диагностировать заболевания на самых ранних этапах развития.
MP-спектроскопию в настоящее время довольно широко используют для оценки различных объёмных образований головного мозга. Данные MP-спектроскопии не позволяют с уверенностью предсказать гистологический тип новообразования, тем не менее, опухолевые процессы в целом характеризуются низким соотношением NAA/Cr, увеличением соотношения Cho/Cr и, в некоторых случаях, появлением пика лактата. В большинстве исследований МР- спектроскопию применяли в дифференциальной диагностике астроцитом, эпендимом и примитивных нейроэпителиальных опухолей, предположительно определяя тип опухолевой ткани.
В медицинской практике важно использовать MP-спектроскопию в послеоперационном периоде для диагностики продолженного роста новообразования, рецидива опухоли либо лучевого некроза. В сложных случаях МР-спектроскопия становится полезным дополнительным методом в дифференциальной диагностике наряду с данными перфузионно-взвешенных изображений. Характерным признаком некроза служит наличие так называемого мёртвого пика, широкого лактат-липидного комплекса на фоне полной редукции пиков остальных метаболитов.
Очень широко используют информативность МР-спектроскопии в дифференциальной диагностике первичных опухолей мозга и метастазов в головной мозг, в дифдиагностике этих поражений с инфекционными и демиелинизирующими процессами. Также МР спектроскопия становится все более востребованной при эпилепсии, при оценке метаболических нарушений и дегенеративных поражений белого вещества головного мозга у детей, при черепно-мозговой травме, ишемии мозга и других заболеваниях.
