CC BY
79
Текущий раздел: Лучевая диагностика
Мультипараметрическая МРТ в диагностике метастатического поражения костных структур.
Сергеев Н. И.
ФГБУ «Российский научный центр рентгенорадиологии» Минздрава РФ, г. Москва. Адрес: 117997, г. Москва, ГСП-7, ул. Профсоюзная, д. 86, ФГБУ «РНЦРР»
Адрес документа для ссылки: http://vestnik-mcrr.ru/vestnik/v15/papers/sergeev_ni_v15.htm Статья опубликована 7 декабря 2015 года.
Информация об авторах:
Сергеев Николай Иванович - к.м.н., ведущий научный сотрудник научно-исследовательского отдела новых технологий и семиотики лучевой диагностики заболеваний органов и систем ФГБУ «Российский научный центр Рентгенорадиологии» МЗ РФ
Контактное лицо:
Сергеев Николай Иванович- к.м.н., ведущий научный сотрудник. E-mail: [email protected]
Резюме: проанализированы данные МРТ 30 больных с метастатическим поражением костной системы при различных первичных опухолях, а также данные МРТ у 20 пациентов с изменениям в костях неонкологической природы. Всем пациентам была выполнена мультипараметрическая МРТ, включающая в себя стандартные последовательности Т1ВИ, Т2ВИ, STIR, динамическое контрастное усиление с использованием оригинального протокола «РНЦРР», а также диффузионно-взвешенные изображения. На основании полученных данных установлены характерные признаки метастатического поражения костей.
Ключевые слова: МРТ, онкология, костные метастазы.
Multiparametric MRI in the diagnosis of metastatic lesion of bone structures.
Sergeev N. I.
Federal State Budget Establishment Russian Scientific Center of Roentgenoradiology (RSCRR) of Ministry of Health of Russian Federation (FSBE "RSCRR of Russian Ministry of Health") " " Adress: 117997, GPS-7, Moscow, Profsoyuznaya, 86 , .
Summary: : MRI data were analyzed in 30 patients with bone metastases from different primary tumors, and 20 patients with bone changes of non-oncological nature. All patients underwent multiparametric MRI, which included a standard T1W, T2W, STIR sequences, dynamic contrast enhancement using the original protocol developed in "RNCRR", as well as the diffusion-weighted images. Based on the findings we established the characteristics of bone metastases.
Keywords: MRI, cancer, bone metastases.
Введение.
Известно, что большинство часто встречаемых первичных злокачественных новообразований имеют высокую тропность метастазирования к костной ткани (Niederhuber et al., 2013). Так, при раке молочной и предстательной железы, раке легких, частота поражения костей осевого скелета находится в пределах 25-65% (Coleman 2001). В ряде случаев метастатическое поражение костей, а точнее их клинические проявления диагностируется раньше, чем первичная опухоль. Однако наличие очагов вторичного поражения в костях у онкологического больного не подразумевает обязательное быстрое наступление летального исхода, медиана выживаемости, по разным данным, составляет от 24 до 36 месяцев, в то время как при метастазах во внутренние органы - 6-10 месяцев (Padalkar, Tow 2011; Wiegand et al., 2015). На практике же имеется большое количество клинических наблюдений пациентов с метастатическом поражением костей, чья продолжительность жизни составляет более 5 лет (Klaff et al., 2015). В связи с этим, улучшение качества жизни таких больных является приоритетной задачей и зависит напрямую от уровня проводимой диагностики. Постановка точного диагноза в максимально ранние сроки позволяет применять все имеющиеся специализированные методы противоопухолевого лечения наиболее эффективно (Онкология. Ред. Чиссов, Давыдов 2008; Wu et al., 2006; Ejima et al., 2015). Одним из современных и перспективных инструментов диагностики является высокопольная магнитно-резонансная томография. И хотя МРТ в диагностике очагового поражения костей имеет ряд ограничений, ее современные модальности позволяют получать, помимо анатомических изображений, данные о функциональных изменениях и метаболической активности наблюдаемых объектов, что существенно повышает качество диагностики (Сергеев, Нуднов, 2012; Papathanassiou, Liehn, 2008). При этом отсутствует единый протокол и методологические стандарты выполнения исследования, полученные данные разными авторами оцениваются достаточно вариабельно, а также нет единого мнения о месте магнитно-резонансной томографии в диагностическом алгоритме (Kayhan et al., 2011; Linton et al., 2012; Bombardieri et al., 2015). Цель исследования:
Оценить возможности и разработать протокол мультипараметрической МРТ в диагностике метастатического поражения костей. Материалы и методы исследования.
Проведен анализ данных МРТ позвоночника и костей таза 30 пациентов с метастатическим поражением костной системы при различных онкологических заболеваниях: 11 больных с аденокарциномой молочной железы, 9 больных с аденокарциномой предстательной железы, 4 - с мелкоклеточным раком легких, 3 - с аденокарциномой яичников и 3 - с неходжкинской лимфомой. Помимо этого, проанализированы данные МРТ 20 пациентов с изменениями позвоночника неонкологической природы, из которых у 9 больных определялись гемангиомы, у 7 больных наблюдались дегенеративно-дистрофическиие заболевания, у 4 пациентов отмечались посттравматические изменения. Данные были подтверждены результатами мультиспиральной компьютерной томографией, а также дальнейшим наблюдением.
Исследования выполнялись на высокопольном магнитно-резонансном томографе «Toshiba Atlas 1.5T». Всем пациентам было выполнено внутривенное контрастное усиление препаратами гадолиниева ряда в дозировке 20 мл, а также 20 мл физ. раствора с использованием автоматического двухколбового инжектора «Optistar». Динамическое контрастное усиление выполнялось по оригинальному 5-фазному протоколу «РНЦРР» в режиме быстрых последовательностей Т1ВИ - FatSat. Первая фаза - «нативная», выполнялась до введения контрастного препарата. После осуществлялась внутривенная инъекция парамагнетика со скоростью 1,5-2,0 мл в секунду в течение 25 секунд, однако этот временной интервал может быть увеличен на 5-10 секунд, в зависимости от состояния сердечно-сосудистой системы пациента. Вторая фаза - «артериальная», третья фаза -«венозная», сканирование которой происходит после 25 секундной задержки от окончания предыдущей. Четвертая фаза - «ранняя отсроченная», выполняется по истечении 50-секундной задержки. Последняя фаза - «поздняя отсроченная», пауза перед выполнением составляла 150 секунд. При поражении позвоночника сканирование рекомендуется выполнять в сагиттальной плоскости (14 секунд), при исследовании костей таза рекомендуется аксиальная (16 секунд) или корональная (14 секунд) плоскости, что зависит от объема поражения. Всем пациентам были выполнены диффузионно-взвешенные изображения аналогичной разметки, с высокими значениями b-фактора 0, +500, +800. Результаты исследования.
Анализ данных стандартных методик МРТ (Т1ВИ, Т2ВИ, STIR) показал, что для остеолитического метастатического поражения костей характерен гиперинтенсивный сигнал от костного мозга в Т2ВИ, FS, гипоинтенсивный в Т1ВИ. Склеротические метастазы характеризовались гипоинтенсивным сигналом в Т1ВИ, Т2ВИ и гиперинтенсивным или смешанной интенсивности в режиме STIR. Также в 73,5% метастазы имели очаговый характер роста, в 26,5% - диффузный, метастазы распространялись на дужки и поперечные отростки. По результатам стандартных методик было дано 3 ложноотрицательных заключения, чувствительность методики составила 27/30 - 90%; также было сделано 2 ложноположительных заключения, специфичность методики составила также 90%, 18/20. На основании данных динамического контрастного усиления костных метастазов нами разработана классификация «РНЦРР», отражающая основные типы кровотока, характерных для наличия злокачественной ткани в костных структурах. Первый вариант -«быстрое накопление - быстрое вымывание», при котором скорость накопления парамагнетика в артериальную фазу приблизительно равна скорости выведения в отсроченные фазы, а максимальный уровень накопления контрастного препарата в 2 и более раз выше в сравнении с неизмененной аналогичной костной структурой. Данный вариант микроциркуляции характерен для очагов низко- и среднедифференцированной аденокарциномы молочной и предстательной железы, аденокарциномы легкого; Также наблюдается при метастазах с выраженным мягкотканым компонентом и полостью распада, однако при этом отмечается сниженный уровень максимального накопления (Рис. 1).
Рис. 1. Магнитно-резонансная томография, сагиттальная проекция, множественное метастатическое поражение позвоночника: а) очаг поражения L3 позвонка, соответствует первому варианту микроциркуляции «быстрое накопление- быстрое вымывание»; (б), (в)-метастатическое поражение правой подвздошной кости с наличием выраженного мягкотканого компонента; (г) характер микроциркуляции парамагнетика в зоне распада мягкотканого компонента - «быстрое накопление - быстрое вымывание», однако общий уровень кровотока в артериальную фазу незначительно превышает физиологический.
Второй вариант «быстрое накопление - медленное выведение» или «промежуточный», характеризуется быстрым накоплением, но медленным выведением парамагнетика в отсроченные фазы. Отметим, что данный тип микроциркуляции в нашем исследовании присутствовал наиболее часто и имел большую вариабельность скорости выведения: от умеренной до выраженно замедленной, с тенденцией к формированию плато в отсроченные фазы. Данный вариант встречался при метастазах различных первичных опухолей (в очагах остеобластического, остеолитического или смешанного характера поражения) (Рис. 2).
а
-эр--53-га-газ-як—?5г>—-
Т:ш>-з
-г
б
Рис. 2. Магнитно-резонансная томография грудного отдела позвоночника, сагиттальная проекция, Т1FS. Зоной интереса отмечен очаг в теле 5-го грудного позвонка, характер распределения контрастного препарата в нем соответствует 2-ому варианту контрастирования- «быстрое накопление - формирование плато».
Анализ распределения парамагнетика при втором варианте микроциркуляции позволил выявить одну, на наш взгляд, уникальную особенность. Было отмечено, что характер фазовой циркуляции парамагнетика в очаге поражения напоминал, в ряде случаев, вариант контрастирования в неизмененной костной ткани, но с повышенным уровнем максимального накопления. Феномен схожести кривых распределения пораженных и неизменных структур можно объяснить патоморфологическими изменениями высокой степени дифференцировки, происходящими в костях. Это значит, что патологическая метастатическая ткань имеет повышенный уровень метаболизма, однако структурно она является в определённой степени тождественной нормальным тканям организма. Степень клеточно-тканевой и отчасти функциональной организации (пролиферация остеобластов, неоангиогенез) достаточно близка к неизменным участкам. Данный факт имеет определенное прогностическое значение, при визуализации подобной картины отмечается наличие более благоприятного прогноза течения заболевания, более выраженного ответа на проводимое химио-лучевое лечение (Рис.3).
Рис. 3. Магнитно-резонансная томография грудного отдела позвоночника, сагиттальная проекция. Множественное вторичное поражение Th8-Th12. (а). В теле Th4 ROI характеризирующее нормальное распределение КП в теле позвонка. (б) В телах Th10, Th11 выделены участки пораженного позвонка с отображением их типа циркуляции соответствующими графиками. (в) Уровень накопления парамагнетика в пораженных позвонках в 4 раза превышает таковой в нормальной ткани, однако фазовый характер прохождения контрастного вещества имеет определенное сходство, эффект «повторения».
a
Третий вариант микроциркуляции характеризуется интенсивным накоплением контрастного вещества в артериальную фазу с последующим постепенным его накоплением в отсроченные фазы. Также как и «промежуточный» тип встречался нами при лимфоме, метастазах в костях таза, остеобластических метастазах (Рис. 4).
140СС-----
L30CC-----
1С0СС-----
811W-----
5ХЮ
tlJOJ-
-ЙГ
t
Г
7"
Т"
si
"ЕГ"
153
Гже
■hi
ио
Рис 4. Неходжкинская лимфома, поражение S1, S2 позвонков: а) МРТ, сагиттальная проекция, Т1ВИ ДКУ - диффузное повышенное накопление парамагнетика на уровне крестцовых позвонков S1-S2; б) график распределения парамагнетика в телах позвонков -повышенное накопление в артериальную фазу, постепенное накопление парамагнетика в отсроченные фазы, соответствует 3 варианту микроциркуляции.
б
a
Отличительной особенностью данного варианта является постепенное повышение уровня контрастного препарата в венозную и отсроченные фазы. Подобный характер контрастирования наблюдался при лимфоме, при метастазах рака яичников, предстательной железы. В целом, 3-ий тип представлял наименее многочисленную группу, с относительно благоприятным прогнозом лечения. При использовании методики МРТ-ДКУ было сделано 1 ложноотрицательное и 1 ложноположительное заключение, таким образом, чувствительность методики составила 96,6%, специфичность - 95%, что выше показателей стандартных методик. Однако важно отметить, что использование протокола динамического контрастного усиления не отменяет необходимость выполнения стандартных МР-методик, т.к. в ряде случаев полученные данные могут трактоваться неоднозначно. Хотя в большинстве случаев воспалительные изменения имеют не превышающий в два раза максимальный уровень накопления парамагнетика и отсутствие артериального пика, в ряде случаев встречаются исключения. Так, в нашем исследовании имеется клиническое наблюдение больного, получающего лучевую терапию по поводу аденокарциномы предстательной железы, по окончании которой развился хронический, усиливающийся в течение 3 месяцев болевой синдром в области лобковых костей. При этом данные ДКУ продемонстрировали высочайший уровень накопления парамагнетика в артериальную фазу (более чем в 6 раз превосходящий уровень микроциркуляции в неизменной ткани) и наличие артериального пика накопления. Однако данные стандартных МР-методик на основании общей картины изменений, симметричности поражений позволили установить диагноз острого симфизита, что было подтверждено дальнейшей положительной динамикой при проведении противовоспалительной терапии.
Использование современных диффузионно-взвешенных последовательностей (ДВИ) позволяет, помимо качественной оценки изображений, получать и числовые параметры исследуемой области. Это достигается с помощью измеряемого коэффициента диффузии на специальных ЛВС-картах, входящих в структуру ДВИ-протокола. Проанализированы данные 30 больных, с оценкой очаговых изменений метастатической природы с минимальным размером от 10 мм и более, а также данные ДВИ 20 пациентов контрольной группы с изменениями в костях неонкологического характера. Анализ показал, что все очаги ограниченной диффузии в костных структурах имеют достаточно хорошую визуализацию за счет различной степени яркости МР-сигнала на фоне гипоинтенсивных окружающих тканей. Результаты измерения ИКД в группе больных с метастатическим поражением составили: минимальное значение 0,99 х 10-3, со стандартным отклонением 0,70 х 10-3, максимальное 2,07 х 10-3, со стандартным отклонением 0,41 х 10-3 . В контрольной группе значение ИКД у пациентов без онкологического анамнеза составило минимально 0,58 х 10-3 , максимально 1,13 х 10-3 , со стандартным отклонением 0,32 х 103 (Рис. 5).
Рис 5. МРТ, сагиттальная проекция: (а) на диффузионно-взвешенных изображениях: (б) на ADC-карте четко определяется гиперинтенсивный очаг в передних отделах Th7, а также от сниженного по высоте Th12; (в) на Т1ВИ подтверждается наличие очага, характерного для метастатического поражения в теле Th7, патологический перелом Th12. ТПолученные данные позволяют сделать вывод о наличии более высокой степени ограничения диффузии в очагах метастатического поражения, в сравнении с неспецифическими изменениями. Однако по результатам обследования выявлена, так называемая, «серая зона» в диапазоне от 0,99 х 10-3 до 1,13 х 10-3 ,которой в 17,5% наблюдений соответствовали и метастатические изменения с минимальным ограничением
диффузии и неспецифические (посттравматические и дегенеративные изменения) с наибольшей степенью ограничения диффузии. Это позволяет определить место ДВИ, и в частности, ИКД в алгоритме диагностического процесса в качестве вспомогательной методики, позволяющей, в ряде случаев, получить еще один дифференциальный признак. Результаты диффузионно-взвешенных последовательностей должны оцениваться совместно с результатами стандартных МР-режимов, в том числе с данными ДКУ (Рис. 6).
Рис. 6. Мультипараметрическая МРТ, патологический перелом L1 позвонка: (а)- Т2ВИ, патологический перелом тела L1 с компрессией дурального мешка мягкотканым компонентом, (б) - STIR, то же, (в) Диффузионно-взвешенные изображения -гиперинтенсивный сигнал в позвоночном канале на уровне L1, соответствующий месту наибольшего ограничения диффузии, (г) - ADC-карты, выделена зона интереса, измеряемый коэффициент диффузии равен 1,34 х 10-3 , (д) - ДКУ T1FS зоной интереса выделен мягкотканый компонент на уровне L1 позвонка, накапливающий парамагнетик, (е) - уровень кровотока соответствует второму типу (быстрое накопление - медленное вымывание) при высоких максимальных цифрах в артериальную фазу.
Таким образом, протокол мультипараметрической МРТ при подозрении на метастатическое поражение скелета должен включать стандартные МР-последовательности Т1ВИ, Т2ВИ, STIR в различных плоскостях, после чего он должен быть дополнен данными динамического контрастного усиления, которое является важнейшим элементом диагностического алгоритма. Диффузионно-взвешенные изображения, на наш взгляд, являются вспомогательной методикой и не должны использоваться в отрыве от стандартных последовательностей, что также находит подтверждение в других исследованиях (Low, Gurney, 2007; Costa et al., 2011). При этом некоторые авторы придают большее значение ДВИ с различными значениями B-фактора, в частности в дифференциальной диагностике «доброкачественных» и «злокачественных» переломов позвонков (Tang et al., 2007).
Выводы.
Проведенное исследование показало достаточно высокую информативность стандартных методик МРТ в диагностике метастатического поражения позвоночника, костей таза. Применение динамического контрастного усиления по оригинальному протоколу «РНЦРР» позволяет повысить информативность методики (чувствительность до 96,5%, специфичность до 95%). Оценка измеряемого коэффициента диффузии имеет вспомогательное значение, может служить дополнительным дифференциально-диагностическим критерием, а данные ДВИ должны оцениваться в комплексе всех полученных МР-данных.
Список литературы.
1. Онкология. Национальное руководство. Под ред. В.И. Чиссова, М.И. Давыдова. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. 863 с.
2. Сергеев Н. И., Нуднов Н. В. Дифференциальная диагностика доброкачественных и злокачественных поражений позвоночника по данным магнитно-резонансной томографии с использованием болюсного контрастного усиления. Вестник РНЦРР № 2 (3) 2012. http://vestnik.mcrr.ru/vestnik/v12/papers/sergeev_v12.htm
3. Bombardieri E., Setti L., Kirienko M., et al Which metabolic imaging, besides bone scan with 99mTc-phosphonates, for detecting and evaluating bone metastases in prostatic cancer patients? An open discussion. Q J Nucl Med Mol Imaging. 2015. V. 59. P. 381-399.
4. Coleman R.E Metastatic bone disease: clinical features, pathophysiology and treatment strategies. Cancer Treat Rev. 2001. V. 27. P. 165-176.
5. CostaF.M., FerreiraE.C., ViannaE.M. Diffusion-weighted magnetic resonance imaging for the evaluation of musculoskeletal tumors. Magn Reson Imaging Clin N Am. 2011. V. 19. P. 159-180.
6. Ejima Y., Matsuo Y., Sasaki R. The current status and future of radiotherapy for spinal bone metastases. J Orthop Sci. 2015. V. 20. P. 585-592.
7. Kayhan A., Yang C., Soylu F.N., et alDynamic contrast-enhanced MR imaging findings of bone metastasis in patients with prostate cancer. World J Radiol. 2011. V. 3. P. 241-245.
8. Klaff R., Berglund A., Varenhorst E., et al Clinical characteristics and quality-of-life in patients surviving a decade of prostate cancer with bone metastases. BJU Int. 2015 Jun 1. doi: 10.1111/bju.13190. [Epub ahead of print]
9. Linton K.D., Catto J.W. Whole-body magnetic resonance imaging and prostate cancer metastases: a new gold standard of detection, but does it help us and at what cost? Eur Urol. 2012. V. 62. P. 76-77.
10. Low R.N., Gurney J. Diffusion-weighted MRI (DWI) in the oncology patient: value of breathhold DWI compared to unenhanced and gadolinium-enhanced MRI. J Magn Reson Imaging. 2007. V. 25. P. 848-858.
11. Niederhuber J.E., Armitage J.O., Doroshow J.H., Kastan M.B. Clinical Oncology, Fifth Edition 51, Elsevier, 2013. P. 739-763.
12. PadalkarP., TowB. Predictors of survival in surgically treated patients of spinal metastasis. Indian J Orthop. 2011. V. 45. P. 307-313.
13. Papathanassiou D., Liehn J.C. The growing development of multimodality imaging in oncology. Critical Reviews in Oncology and Hematology, 2008. V. 68. P. 60-65.
14. Tang G., Liu Y., Li W., et al. Optimization of b value in diffusion-weighted MRI for the differential diagnosis of benign and malignant vertebral fractures. Skeletal Radiol. 2007 V. 36. P. 1035-1041.
15. WiegandS., Zimmermann A., Wilhelm T., Werner J.A. Survival After Distant Metastasis in Head and Neck Cancer. Anticancer Res. 2015. V. 35. P. 5499-5502.
16. Wu J.S., Monk G., Clark T., et al. Palliative radiotherapy improves pain and reduces functional interference in patients with painful bone metastases: a quality assurance study. Clin Oncol (R Coll Radiol). 2006. V. 18. P. 539-544.
