CC BY
16Изучение ликворообращения у больных с открытой гидроцефалиеи методом фазоконтрастнои магнитно-резонансной томографии
Арутюнов Н.В., Кравчук А.Д., Фадеева Л.М.
НИИ нейрохирургии им. Н. Н. Бурденко РАМН, Москва
Phase-contrast magnetic resonance imaging study of cerebrospinal fluid circulation in patients with communicating hydrocephaly Arutyunov N.V., Kravchuk A.D., Fadeyeva L.M.
Acad. N.N. Burdenko Research Institute of Neurosurgery, Russian Academy of Medical Sciences, Moscow
Своевременное выявление нарушений в ликворной системе у больных, динамическое наблюдение за их регрессом в ходе хирургического или консервативного лечения - актуальная проблема современной нейрорадиологии. На данном этапе только функциональная магнитно-резонансная ликво-рография, представляющая собой фазоконтрастную магнитно-резонансную томографию с кардиосинхронизацией и построением графиков скорости потока за кардиоцикл, а также оценкой ликвородинамических параметров позволяет визуализировать движение спинномозговой жидкости и количественно оценить гидродинамические свойства ликворной системы. В этой работе представлены результаты исследований гидродинамических свойств ликворной системы в группах здоровых людей и больных с открытой гидроцефалией методом фазоконтрастной магнитно-резонансной ликворогра-фии. Установлены границы нормальных показателей ликво-ротока (ударный объем, размах амплитуды линейной скорости). Полученные результаты позволяют заключить, что между группами здоровых добровольцев и больных с открытой гидроцефалией по всем параметрам ликворотока существуют достоверные различия. У больных с открытой гидроцефалией наблюдаются индивидуальные отличия в ликвороди-намических параметрах, которые следует учитывать при назначении шунтирующих операций.
Нейрохирургические заболевания и повреждения часто приводят к изменению ликворной системы различной степени выраженности. При этом нарушается нормальное анатомическое строение арахноидальных пространств и желудочковой системы, изменяются физиологические константы ликворопродукции и резорбции ликвора, внутричерепного давления, скорости лик-воротока. Своевременное выяв-
Timely detection of impairments in the cerebrospinal fluid (CSF) system and their regression monitoring during surgical or medical treatment are an urgent problem of modern neuroradiology. As for now, only CSF functional magnetic resonance imaging (MRI) that is phase-contrast MRI (PC-MRI) with cardiosynchronization and the plotting of CSF flow velocity per cardiocycle and with the estimation of CSF dynamic parameters make it possible to visualize CFS movement and to measure the hydrodynamic properties of the CSF system. This paper presents the results of examining the hydrodyna-mic properties of the CSF system in healthy individuals and patients with communicating hydrocephaly, by applying CSF PC-MRI. The normal range of CSF flow (stroke volume, linear velocity amplitude) was ascertained. The findings lead to the conclusion that there are significant differences in all CSF flow parameters between the groups of healthy volunteers and patients with communicating hydrocephaly. The latter are observed to have individual differences in the CSF parameters that should be borne in mind while deciding to use bypass surgery.
Лечение гидроцефалии (ГЦ) с помощью шунтирующих систем является предметом многих
Ключевые слова: фазоконтрастная МРТ, функциональная магнитно-резонансная ликворография, открытая гидроцефалия Index terms:phase-contrast magnetic resonance imaging, functional magnetic resonance imaging, stroke volume, communicating hydrocephaly
ление нарушений в ликворной системе у больных, динамическое наблюдение за их регрессом в ходе хирургического или консервативного лечения - актуальная проблема современной нейрорадиологии. Успехи КТ и, особенно, МРТ позволяют изучать строение ликворной системы и движение спинномозговой жидкости (СМЖ) в различных отделах центральной нервной системы.
исследований. Прогноз результата шунтирующей операции до недавнего времени основывался на данных ликвородинамических тес- тов и инструментальных методов - цистернографии с введением радионуклидов [Di], КТ-цис-тернографии, оценки мозгового кровотока [1, 4, 7].
Опубликованные данные в отношении прогноза операции весьма противоречивы и надежных критериев, позволяющих отобрать пациентов для проведения операции нет. В работе R. Parkkola et al. [10] методом фазо-кон-трастной магнитно-резонансной томографии (ФКМРТ) были получены количественные оценки движения СМЖ в водопроводе мозга у 18 детей с нормальными и расширенными желудочками. Оказалось, что методом ФКМРТ можно выявить как снижение, так и увеличение скорости лик-воротока при стенозе водопровода мозга.
М. Henry-Feugeas et al. [8] провели анализ гидродинамических нарушений ликворотока при гидроцефалии (ГЦ) у взрослых. Методом ФКМРТ они исследовали желудочковую систему и верхние вентральные пространства шейного отдела у 16 пациентов с ГЦ и у 32 здоровых добровольцев. У больных с открытой и обструктивной формой ГЦ длительность пульсаций каудального движения ликвора была укорочена, а цер-викального движения СМЖ в диастолу близка к таковой в контрольной группе и у пациентов со стабильной ГЦ. При стабильной ГЦ оценивали ударный объем в водопроводе. Пациенты, которым клинически шунтирование помогло, имели укороченную систолу СМЖ и гиперпульсацию ликвора в желудочковой системе. Эффективность лечения проявлялась удлинением СМЖ систолы и прекращением пульсаций в желудочковой системе. Анализ данных ФКМРТ показал, что при обструктивной и открытой ГЦ имеются различия краниоспи-
Материал и методы
Исследования проводились на МР-томографе с индукцией магнитного поля 1,5 Т, «Signa» («General Electric») по единому протоколу. B исследовании принимали участие условно здоровые люди (n = 20; 10 женщин и 10 мужчин, в возрасте от 16 до 53 лет) и пациенты с открытой гидроцефалией различной этиологии (n = 26; 11 женщин и 15 мужчин, в возрасте от 2 до 69 лет). Единый протокол включал:
-стандартные обзорные Т1-и Т2-взвешенные МР-изображе-ния в аксиальной и сагиттальной проекциях, для их получения использовали последовательности Спиновое Эхо (SE) TR/TE = = 600/20 и FSE TR/TE = 4500/84;
- МР-миелоцистерновент-рикулографию (миелографиче-ский режим), основанную на Т2 МРТ с сильным взвешиванием по Т2 в последовательности Градиентное Эхо (SSFP/PSIF) с параметрами TR/TE/FA = = 18/28/80°, матрица изображения 256/192, 1,5 повтора, ПЗ = = 220 мм, толщина 3D объема -60 мм, длительность исследования 5,3 мин - миелографический режим необходим для визуальной оценки ликворных пространств;
- функциональную магнитно-резонансную ликворографию с привязкой к сердечному циклу, основанную на фазоконтрастной магнитно-резонансной ангиографии 2DVASC-PC с параметрами: TR/TE/FA = = 26/11/20°, матрица изображения 256/160, 2 повтора, толщина среза 3 мм, FOV = 200 мм - косая проекция и 240-мм сагиттальный срез. ФМРЛГ-исследование включало два набора фазовых изображений:
1) в сагиттальной плоскости - для демонстрации перемещения ликвора в течение сердечного цикла в водопроводе мозга и в III желудочке. Полученные данные носят качественный характер;
2) в косой проекции, перпендикулярной центральному отде-
нального движения СМЖ. Однако только при открытой ГЦ по ФКМРТ была выявлена положительная реакция на шунтирование.
В работе Б. Ма11аэ е! а1. [9] сообщается о лечении пациентов с нормотензивной гидроцефалией (ГЦНД) с помощью шунтирования желудочковой системы. В группе из 28 пациентов проведена сравнительная количественная оценка ликворотока в водопроводе мозга с помощью ФКМРТ до и после шунтирующей операции. В среднем до 50% случаев шунтирование приводит к улучшению состояния. При нарушении функционирования шунтирующей системы не редки закупорки шунтирующей системы, синдром гипердренирования и даже летальные исходы. Важной проблемой представляется выбор клапана для шунтирующей системы. Затруднен прогноз операций внутреннего шунтирования (эндоскопическая операция «перфорация дна III желудочка»). Трудно сказать, являются ли эти операции более благоприятными с точки зрения восстановления ликворотока, например, при операции по Тор-кильдсену. Для решения этих проблем необходимо знать гидродинамические свойства лик-ворной системы, как в норме, так и при различных патологических состояниях. На данном этапе только функциональная магнитно-резонансная ликворография (ФМРЛГ), представляющая собой ФКМРТ с кардиосинхрони-зацией и построением графиков скорости потока за кардиоцикл, а также оценкой ликвородинами-ческих параметров позволяет количественно оценить гидродинамические свойства ликворной системы.
Цель работы
Методом ФК МРЛГ исследовать гидродинамические свойства ликворной системы, сравнить ликвородинамические параметры в норме и у больных с открытой гидроцефалией.
H F ^
la i
1 I
Рис. 1. Фазоконтрастная МРТ, программа Flow Analysis, здоровый доброволец:
а - область интереса F1 (водопровод мозга), в которой измеряли скорости ликворотока; б - график зависимости линейной скорости от фракции кардиоцикла; в - измерение площади поперечного сечения водопровода мозга на изображении с высоким разрешением 512/512.
лу водопровода мозга - для построения графика изменения скорости ликворотока в зависимости от фазы кардиоцикла; регистрация сердечных сокращений проводилась с помощью периферического плетизмографа (PG); связь фазовых линий k-пространства и фазы сердечного цикла осуществлялась с помощью пакета RetroGating; за кар-диоцикл регистрировали 16 изображений, соответствующих 16-и фазам кардиоцикла; кодировку скорости спинов (VENC-Velocity ENCncoding) обычно задавали 10 см/с; в случае появления артефактов, VENC увеличивали до 15-20 см/с; временную серию срезов (рис. 1a) обрабатывали программным пакетом Flow Ana- lysis; область интереса выбирали в просвете водопровода и для нее получали количественные данные (графики линейной и объемной скорости ликво-ротока в водопроводе мозга -рис. 1б.
В этом срезе проводили Т1-ВИ МРТ с высоким разрешением (матрица 512/512 (размер воксела - 0,39 х 0,39 х 3 мм), и на изображении (рис. 1в) измеряли среднюю площадь поперечного сечения водопровода мозга.
По графикам линейной и объемной скорости ликворотока вычисляли ударный объем ликвора за кардиоцикл (УО) и размах
амплитуды линейной скорости (R) по формулам:
УО = Vo6 х Ткц
Vmiu х S х Т
кц >
R = V - V ■
у max у min -
где Vлин/об - средняя за кардиоцикл линейная (см/сек) или объемная (мл/мин) скорость ликво-
рот^ ^ах/мин - максимальное/минимальное значение амплитуды линейной скорости, 5 -площадь поперечного сечения водопровода мозга, Ткц - длительность кардиоцикла (мс).
При сравнении значений лик-вородинамических параметров в двух группах: здоровых добровольцев и больных с открытой гидроцефалией, - использовали двусторонний критерий Стью-дента.
Для выявления статистических связей между ликвородина-мическими параметрами использовали регрессионный анализ.
Для статистического анализа результатов исследования (форма графика линейной скорости ликворотока, размах амплитуды скорости и ударный объем) применяли один из методов многофакторного анализа - кластерный анализ [2]. Главная цель кластерного анализа - нахождение групп схожих объектов в полученной выборке данных. Эти группы называют кластерами.
Два объекта считаются идентичными, если описывающие их переменные принимают одинаковые значения. В этом случае расстояние между ними равно нулю. В качестве меры сходства объектов было выбрано эвклидово расстояние. В сравнительно однородных группах объекты располагались вокруг своего центра тяжести. Кластерный анализ проводили с помощью итерационного алгоритма в программном пакете БТАТКТЮА [3].
Результаты
Мы осуществляли визуализации движения ликвора через третий желудочек, водопровод мозга, четвертый желудочек, большую цистерну и спинномозговой канал (рис. 2).
Исследования скорости лик-воротока и расчет ликвородина-мических параметров проводили для двух групп:
1) условно здоровые добровольцы (п = 20);
2) пациенты с открытой гидроцефалией (п = 26).
В таблице 1 показаны средние значения параметров ликворото-ка в обеих группах, приведены значения ¿-критерия Стьюдента и значения доверительных вероятностей (р).
Полученные результаты позволяют заключить, что между группами здоровых добровольцев и больных с открытой гидро-
ш
v » ч
ИН" '4 : ..
уг
ШШШЛ
«
1
^ Ii r*v
1 * \ >
Рис. 2. Открытая внутренняя гидроцефалия:
а - МРТ в миелографическом режиме: боковые желудочки расширены, МР-сигнал в III желудочке, водопроводе мозга и в области отверстия Мажанди низкий за счет потока ликвора;
б - аксиальные ФК-изображения в фазе систолы (1) и диастолы (2) в норме. Срез локализован перпендикулярно водопроводу мозга и проходит через его центральную часть. Во время систолы (1) водопровод мозга имеет высокий сигнал (краниокаудальный ток ликвора); во время диастолы (2) водопровод имеет низкий сигнал (каудокраниальный ток ликвора);
в - сагиттальные ФК-изображения в фазе систолы (1) и диастолы (2) в норме. Узкая полоска высокого сигнала по передней поверхности ствола мозга и в проекции водопровода мозга соответствует движению СМЖ в краниокаудаль-ном направлении.
цефалией по всем параметрам ликворотока существуют достоверные различия.
Поскольку пульсовое движение крови и периодическое движение СМЖ синхронны, частота сердечных сокращений совпадает с частотой колебаний СМЖ, ликвородинамические параметры отвечают процессам ауторегу-ляции, происходящим при физической и физиологической нагрузке. По данным Bock A. et al. [5], ликвородинамические параметры изменяются в зависимости от сердечного выброса, частоты сердечных сокращений, упругости мозговой ткани, внутричерепного давления, физической и физиологической нагрузки, возраста. По нашим данным, методом регрессионного анализа статистически значимых связей между ударным объемом, размахом амплитуды скорости ликво-
ротока, частотой сердечных сокращений и возрастом больных выявлено не было. Однако была выявлена линейная зависимость между ударным объемом и площадью поперечного сечения водопровода в группах добровольцев и больных с открытой ГЦ. Полученная зависимость ударного объема от площади поперечного сечения водопровода мозга позволяет оценить ударный объем ликворотока без применения ФКМРЛГ. На рисунке 3 показаны линии регрессии (сплошная линия) и границы 95% доверительного интервала (пунктирные линии), полученные в каждой из двух групп. Коэффициент корреляции (г) между ударным объемом и площадью поперечного водопровода мозга в группе добровольцев составил 0,8877 (рис. За). В группе больных с открытой гидроцефалией зависи-
мость УО от площади поперечного сечения подтвердилась, коэффициент корреляции составил 0,6642, однако в этой группе отклонение результатов измерения от аппроксимирующей линии были сильнее (рис. Зб).
Для выяснения влияния индивидуальных отличий ликво-родинамических параметров здоровых людей и определения границ физиологической нормы был проведен многофакторный анализ (программа 8ТАТ18Т1-СА). Факторами для классификации являлись графики линейной скорости ликворотока (форма кривой), ударный объем и размах амплитуды средней линейной скорости. Итерационный алгоритм кластерного анализа выделил среди добровольцев три подгруппы, статистически значимо отличающиеся друг от друга по ликвородинамичес-
Таблица 1
Средние значения параметров ликворотока в группе условно здоровых добровольцев
и больных с открытой гидроцефалией
Параметры ликворотока
Норма
Открытая гидроцефалия
i-критерий
^-значение
УО, мл S, мм2
Амплитуда, см/с
Среднее \Улин\
Среднее \V0^\
0,063±0,014 3,6±0,42 7,23±0,7 2,04±0,21 5,01±1,07
0,285±0,047 11,19±1,13 12,04±1,25 3,52±0,39 25,71±4,17
4,05 5,52 2,99 3,11 4,26
0,000205
0,000002
0,0046
0,00328
0,000106
Зависимость УО от площади поперечного сечения водопровода мозга в норме
0,30
0,25
0,20
л м 0,15
О, У 0,10
0,05
0,00
-0,05
4 5 6 Б, мм2
УО (мл) = -0,0477 + 0,0306*Б | г = 0,8877 |
V
Зависимость УО от площади поперечного сечения водопровода мозга при открытой гидроцефалии УО (мл) = -0,0112 + 0,0264*Б | г = 0,6642
м
12 14 16 18 20 22 24 Б, мм2
26
2
3
Рис. 3. Зависимость УО от площади поперечного сечения водопровода мозга 8 в норме (а) и при открытой гидроцефалии (б).
Таблица 2
Значения физиологических и ликвородинамических параметров в подгруппах добровольцев (норма) и больных с открытой гидроцефалией
Параметры Норма Открытая гидроцефалия
I II III I II III
п 3 8 9
Возраст 20,3 33,5 29,3 41,6 22,6 27,5
ЧСС 82 75 90 79 89 111
5, мму2 6,3 3,8 2,6 10,3 13,7 10,2
УО, мл 0,176 0,065 0,023 0,266 0,554 0,101
Размах скорости, см/с 12,2 7,6 5,2 12,1 19,9 5,9
График линейной скорости в водопроводе мозга в норме График линейной скорости в водопроводе мозга у больных с открытой гидроцефалией
15 - 1 15 I
10 ^ II 10 ■ ■ II
г II у ""■■ ■ и
к е о ^ 5 0 к е о ■> 5 0 -5 > " Т--г"---И Р Р г— Т ■ 4- ' ' ' ' Ж 1 2 3 4 5 6 7 8 9 '10 11 12 13 14 15 16 V * г/
с -5 1 2 3 4 5 6 7 8 9'- 10".11 12 13 14 15 16 с 17 18
-10 Фазы кардиоцикла а -10 Фазы кардиоцикла
Рис. 4. Сравнение линейных скоростей ликворотока в норме (а) и при открытой гидроцефалии (б).
ким параметрам. Форма графиков скорости ликворотока для этих подгрупп показана на рис. 4а. Значения ликвородинамических параметров, а также средний возраст и ЧСС показаны в таблице 2. Интервал значений ударного объема, размаха амплитуды линейной скорости в
подгруппах добровольцев определяют интервал физиологической нормы.
Многофакторный анализ был проведен также в группе больных с открытой гидроцефалией. И в этой группе итерационный кластерный анализ выделил три подгруппы больных, по сходст-
ву формы графиков линейной скорости, ударному объему и размаху амплитуды линейной скорости. На рис. 4б показаны графики линейной скорости ликворотока в подгруппах больных с открытой гидроцефалией. В одной подгруппе (кластер II) линейная скорость ликворотока
Сравнение УО в норме и при открытой гидроцефалии
0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0
1 2 3 УО 4 мл 5 6
Рис. 5. Сравнение УО в ликворотока в различных кластерах в норме (1-3) и при открытой гидроцефалии (4-6)
за кардиоцикл и размах амплитуды скорости имели высокие значения в 3-8 раз превышающие нормативные показатели. В двух других подгруппах значения линейной скорости ликво-ротока не выходили за пределы нормативных показателей (таблица 2).
Многофакторный анализ показал, что в 35% случаев кривые линейных скоростей движения ликвора через водопровод мозга у больных гидроцефалией могут быть близкими к норме (кластеры норма I и больные I, норма III и больные III). Но ударный объем при открытой гидроцефалии в 3-8 раз превышает норму. Сравнение ударного объема в норме и при открытой ГЦ позволяет заключить, что верхней границе патологического изменения этого ликвородинамического параметра соответствует значение 0,18 мл (рис. 5).
Таким образом, у больных с открытой гидроцефалией наблюдаются индивидуальные отличия в ликвородинамических параме-
трах, которые следует учитывать при назначении шунтирующих операций.
Заключение
Метод ФКМРЛГ позволяет визуализировать медленное пульсовое движение спинномозговой жидкости в различных отделах центральной нервной системы и количественно оценить гидродинамические свойства ликворной системы.
Литература
1. Арутюнов, Н.В., Петряйкин А.В., Корниенко В.Н. Изучение ликворотока на основе маг-нитно-резонаннсной томографии // Вопр. нейрохир. -2000. - №. 3. - С. 29-33.
2. Ким Д. и др. Факторный, дис-криминантный и кластерный анализ/Пер.с англ. - М.: Финансы и Статистика, 1989. -С. 139-210.
3. Реброва Ю. Статистический анализ медицинских данных. -М.: Медиа Сфера, 2002. -207 с.
4. Wolpert S. M. Cerebrospinal fluid pulsation amplitude and its quantitative relationship to cerebral blood flow pulsations: a phase-contrast MR flow imaging study/ R.A.Bhadelia, A.R.Bogdan, R. F.Kaplan et al. // Neuroradiol. - 1997. -Vol. 39, № 4. - P. 258-64.
5. Bock A., Geske R., Schna-chenburg B. Die hohe des liquor-flusses uber dem aquaduct // Klin. Neuroradiol. - 2000. -V. 10, № 2. - P. 51-67.
6. Multiphasic MR imaging: a new method for direct imaging of pulsatile CSF flow / R. Edelman et al. // Radiology. - 1986. -Vol. 161, № 3. - P. 779-83.
7. Greitz DJ.H. A proposed model of cerebrospinal fluid circulation: observations with radionuclide cisternogrphy // Am. J. Neuroradiol.- 1996. - Vol.17. -P. 431-438.
8. Cerebrospinal fluid flow waveforms: MR analysis in chronic adult hydrocephalus / M. Henry-Feugeas, I. Idy-Pe-retti, O. Baledent et al. // Invest. Radiol. - 2001. - Vol. 36. -P. 146-154.
9. Magnetic resonance imaging of aqueductal flow in patients with normal hydrocefalus pressure / S. Matias, T. Ferreira, P. Vilela et al. // Acta Med. Port. - 2001. -Vol. 14, № 1. - P. 13-20.
10. Cerebrospinal fluid flow in children with normal and dilated ventricles studied by MR imaging / R. Parkkola, M. Komu, T.Aarimaa et al. // Acta Radiol. - 2001. - Vol. 42, № 1. -P. 33-38.
