CC BY
146
УДК Б1Б.831-00Б-073
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОТОННОЙ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ В ЦЕРЕБРАЛЬНОЙ НЕЙРООНКОЛОГИИ
И.А. Лобанов1, И.А. Медяник2, А.П. Фраерман2, Б.Е. Шахов3, Л.Я. Кравец2, Д.Н. Никитин2,
'ООО «Лечебно диагностический центр Международного института биологических систем», г. Н. Новгород,
2ФГБУ «Нижегородский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии»,
3ГБОУ ВПО «Нижегородская государственная медицинская академия»
Лобанов Игорь Анатольевич - e-mail: [email protected]
NK
МЕДИЦИНСКИЙ
АЛЬМАНАХ
Протонная магнитно-резонансная спектроскопия (ПМРС) - один из наиболее молодых и быстро развивающихся методов лучевого исследования головного мозга, позволяющих определять содержание основных метаболитов (холин, N-ацетиласпартат, креатин, глютамат/глутамин, лактат) в интересующих участках органа и их соотношение. Обобщён опыт применения протонной магнитно-резонансной спектроскопии на базе Нижегородского регионального нейрохирургического центра. Проанализированы результаты исследований у 30 пациентов: опухоли головного мозга - 12 (глиомы), немозговые интракраниальные опухоли (метастазы рака) - 3, последствия удаления глиом - Б, длительная кома - 1, эписиндром неопухолевого генеза - 1, контрольная группа (условно здоровые) - 7. Во всех случаях удалось правильно идентифицировать характер патологического процесса.
Ключевые слова: протонная магнитно-резонансная спектроскопия опухоли головного мозга глиального ряда.
Proton MR spectroscopy (1H MRS) is one of the youngest and fast developing methods for radiodiagnostics of human brain. It provides a measure of main metabolites (Choline, N-acetylaspartate, Creatine, Glutamate/Glutamine, Lactate) in definite brain areas and their correlations (metabolite ratios). We generalized the experience of 1H MRS application at Nizhny Novgorod Research Institute of Traumatology and Orthopaedics and analized 30 inspections: brain tumors - 13 (gliomas), extracerebral intracranial tumors (metastases of cancer) - 3, gliomaectomies consequences - Б, prolonged coma -1, control group (conditionally healthy) - 7. The type of pathological process was identified correctly at each case.
Key words: 1H MR spectroscopy, brain tumors.
Введение
Магнитно-резонансная диагностика различных заболеваний головного мозга нашла широкое применение как информативный неинвазивный метод. Вместе с тем, в связи с многообразием нозологических форм, при которых очень часто сигнальные характеристики и морфологические особенности весьма сходны и неспецифичны, трактовка данных нередко затруднена [1]. Стандартные протоколы магнито-резонансной томографии (МРТ) далеко не всегда дают возможность решать такие задачи, как дифференциальная диагностика опухолевых и неопухолевых заболеваний головного мозга, выбор места биопсии, определение границ распространения опухолевой инфильтрации при глиомах [2, 3]. Весьма сложна оценка послеоперационных изменений, в плане выявления рецидивов опухолей, особенно тех, которые не дают усиления интенсивности сигнала на фоне внутривенного контрастирования. Острые нарушения мозгового кровообращения на нативных МР изображениях по структуре и сигнальным характеристикам могут не отличаться от астроцитом низкой степени злокачественности, а в позднем подостром и в раннем восстановительном периодах ишемического инсульта даже диффузионновзвешенные изображения малоинформативны. Трудности возникают в дифференциальной диагостике опухолевых и воспалительных поражений головного мозга. Выше перечисленные проблемы могут быть решены с использованием методики протонной МР-спектроскопии (ПМРС). Это наиболее молодая и быстро развивающаяся функциональная методика, позволяющая изучить метаболизм в различных патологически измененных участках нервной ткани на осно-
ве оценки содержания в полученных спектрах основных метаболитов. Совместное использование стандартной МРТ и ПМРС значительно повышает точность диагностики при
опухолях головного мозга. В литературе имеются лишь единичные сообщения на эту тему [4, 5, 6].
Цели исследования: оценить возможности ПМРС в дифференциальной диагностике опухолевых и неопухолевых поражений головного мозга, в оценке степени злокачественности глиом, выборе места для биопсии.
Материалы и методы
Исследования проводились на магнитно-резонансном томографе производства «Siemens» (Германия), «Magnetom - Symphony» 1,5 Т с использованием программного пакета SpectroscopyEvaluationиголовнойкатушки.МР-обследование включало стандартные исследования головного мозга с получением Т2 взвешенных изображений в аксиальной и корональной проекциях, Т1 взвешенных изображений в аксиальной и сагиттальной проекциях и Т2 Tirm в аксиальной проекции, затем на основе полученных изображений выделялась зона интереса для спектроскопии. На прицельном изображении в аксиальной проекции устанавливалась квадратная рамка, после чего проводилась предварительная настройка томографа в виде шиммирования и подавления сигнала от протонов молекул воды. Шиммирование проводилось как в автоматическом режиме, так и в ручном варианте. Для получения графических спектров и карт распределения метаболитов, а также их соотношений применялась импульсная последовательность SE /спиновое эхо/ для чего запускался протокол csi_se 30, или csi_se 135 с дальнейшей постпроцессинговой обработкой. Из полученных
ivk
МЕДИЦИНСКИЙ
АЛЬМАНАХ
результатов фиксировались графические изображения спектров в каждом вокселе установленной рамки и карты распределения метаболитов: холин (Cho), N-ацетиласпартат (NAA), лактат (Lac). Фиксировались также карты соотношений метаболитов: холин/креатин, холин/^ацетиласпартат и лактат/креатин.
Результаты и их обсуждение
При проведении анализа полученных спектров рассматривались интегральные значения и соотношения пиков следующих метаболитов: NAA, Cho, креатин (Cr), Lac и липиды (Lip). В спектрах астроцитом отмечалось снижение высоты пика NAA, увеличение высоты пика Cho, а также подъём пика Lac (рис. 1). Причём степень злокачественности астроцитом нарастала с увеличением высоты пика Lac [7, 8, 9]. При этом соотношение таких метаболитов, как Lac/Cr, для глиом низкой степени злокачественности находилось в пределах от 0.9 до 1.3, для злокачественных астроцитом эти значения варьировали в пределах от 1.78 и выше (рис. 2). В определении степени злокачественности глиом важное значение имеют также соотношения метаболитов Cho/Cr и Cho/NAA. Чем ниже пик NAA и чем выше пик Cho, тем выше степень анаплазии астроцитом. В наших исследованиях индексы соотношений метаболитов Cho/Cr и Cho/NAA для астроцитом низкой степени злокачественности имели значения 1.1-2.22 и 0.93-1.32 соответственно, для злокачественных глиом они соответствовали 1.61-9.32 и 2.47-4.4 соответственно. Из всех выявленных астроцитом в четырёх случаях первоначальным диагнозом являлось острое нарушение мозгового кровообращения по ишемическому типу, двое больных были обследованы с помощью рентгеновской компьютерной томографии. В результате проведенной ПМРС диагноз был изменен в пользу опухоли глиального ряда (рис. 3), что было подтверждено гистологическим исследованием. Материал брался под контролем нейронавигации с учётом данных ПМРС. Для проведения биопсии выбирались участки с высокими значениями индексов Cho/Cr, Cho/NAA [7, 8, 9]. Для оценки распространения опухолевой инфильтрации при диффузных глиомах исследовалась перитумо-ральная зона без видимых на МРТ структурных изменений. Исследование метаболизма в этой зоне проводили с помощью индексов Cho/Cr, Cho/NAA, Lac/Cr, а также интегральных значений Cho и NAA в каждом отдельном вокселе. Гистологическое исследование показало, что во всех случаях диффузных глиом в материале, взятом из перитуморальной зоны, были обнаружены опухолевые клетки. По данным ПМРС, при астроцитомах низкой степени злокачественности в этих участках определялись минимальные метаболические изменения в виде незначительного повышения значений индексов Cho/Cr, Cho/NAA в пределах 0.5-0.9 и 0.450.75 соответственно, причём зона распространения опухолевой инфильтрации не превышала размеров одного воксела от зоны гиперинтенсивности по Т2 ВИ. Для астроцитом высокого грейда значения соотношений Cho/Cr, Cho/NAA находились в пределах 0.5-1.23 и 0.55-1.14 соответственно, а зона распространения опухолевой инфильтрации, как правило, превышала размеры оного воксела и в отдельных случаях достигала противоположного полушария.
При обследовании пациента с метастатическим поражением головного мозга в левом полушарии определялся солитарный опухолевый узел с зоной распада в центре и
выраженным перитуморальным отёком, превышающим размеры самого опухолевого узла. По данным ПМРС, в строме опухоли определялось повышение пика Cho, как и в случае других опухолевых поражений, однако пик NAA отсутствовал, отмечалось также повышение пика Lac, а в зоне распада опухолевого узла определялся высокий лактат-липидный комплекс, при значительной редукции пиков остальных метаболитов (рис. 4). В перитуморальной зоне
Г 1 0.47
Кой 0 72
049 0.48 0.33
0 24 0.35 0.24
030 040 024
І23 034 0.63
0.15 [Ї 020 11
f 24 0.33 010
РИС. 1.
Астроцитома низкой степени злокачественности в левой лобной доле. Зона повышенного по Т2 ВИ сигнала без чётких контуров в левой лобной доле. 2й мультивоксельная МР-спектроскопия. В спектре патологического участка определяется высокий пик холина, снижение пика И-ацетиласпартата и наличие пика лактата. На цветной карте отражается распределение соотношения СНо/ИАА. В патологической зоне отмечается повышение индекса СЬо/ИАА выше 1.0 (красный цвет).
РИС. 2.
Глиобластома. 2D мультивоксельная МР-спектроскопия.
А. Цветная карта распределения соотношения СЬо/ИАА. Отмечается повышение индекса СЬо/ИАА выше 1.80 в зоне опухоли (красный цвет). Метаболические изменения распространяются далеко за пределы патологической зоны. Б. Цветная карта распределения ИАА. Отмечается снижение содержания ИАА выше в зоне опухоли (синий цвет).
РИС. 3.
Астроцитома низкой степени злокачественности.
A. 2D мультивоксельная МР-спектроскопия, карта распределения соотношения Cho/Cr. Отмечается повышение индекса Cho/Cr в зоне опухоли выше 1.0. Б. Т2 взвешенные изображения. В левой теменной доле зона повышенного МР-сигнала без чётких контуров.
B. Отсутствие контрастного усиления на Tl ВИ. Г. ADC карта. Д. Диффузионно-взвешенные изображения.
МЕДИЦИНСКИЙ
АЛЬМАНАХ
вокруг метастазов метаболических изменений не определялось [10]. При проведении исследования пациентов с наличием очень мелких метастазов в зону исследования всегда попадает участок неизмененной ткани головного мозга, в результате чего в полученных спектрах определялся невысокий пик ЫАА. Весьма интересным оказалось построение карт
распределения метаболитов на фоне Т1 взвешенных изображений с контрастным усилением. Отмечается существенное совпадение зон повышенного содержания Cho с зонами контрастного усиления на Т1 ВИ.
У пациента, перенесшего длительную кому, на нативных стандартных МР-изображениях в белом веществе больших полушарий субкортикально определялись мелкие очаговые изменения дисциркуляторно-дистрофического характера. В области бледных шаров отмечались небольшие симметричные округлые участки повышенного по Т2 ВИ и FLAIR сигнала, что свидетельствует об изменениях метаболического характера. В МР-спектрах определялось диффузное снижение пика NAA при нормальном или незначительно сниженном пике Cho (рис. 5) и в отдельных участках выявлялся относительно высокий пик Lac [11]. Соотношение Cho/NAA в зоне белого вещества больших полушарий составляло в пределах 0.84-1.27. Повышение интегральных значений лактата в спектре определялось преимущественно в пери-вентрикулярных отделах. Эти данные свидетельствовали о диффузном снижении нейрональной активности и наличии участков вещества мозга с измененным метаболизмом по типу анаэробного гликолиза.
У одного пациента с эписиндромом на нативных МР-изображениях в медиальных отделах правой височной доли определялся участок умеренно повышенного по Т2 ВИ и FLAIR сигнала с довольно чёткими, несколько неровными контурами, без признаков объёмного воздействия на окружающие структуры, похожий на опухоль глиального ряда. В МР спектре данной патологической зоны был выявлен сниженный пик NAA, нормальные пики do и Lac (рис. 6). Важно отметить, что выявленные метаболические изменения определялись и в симметричных контрлатеральных участках. Значения индексов Gio/Cr, Cho/NAA в патологическом участке составляли 0.2-0.9 и 0.6-1.5 соответственно, а соотношение симметричных участков левого полушария do/Cr и Cho/NAA составляли 0.3-0.8 и 0.6-1.4 соответственно. Такие метаболические изменения не характерны для опухолевого поражения, а укладываются в картину фокальной кортикальной дисплазии [12].
Протонная МР-спектроскопия является важным методом исследования для оценки послеоперационных изменений в плане диагностики продолженного роста опухолей, особенно в случаях контрастнегативных образований. В случае рецидива опухоли определялся характерный для астроцитом спектр - высокий пик Cho, низкий пик NAA и повышенный пик Lac (рис. 8). При отсутствии продолженного роста выявлялись снижение пиков Cho и NAA (рис. 9), а также отсутствие пика Lac, характерные для глиозных изменений [13, 14]. Весьма сложной оказалась диффдиагностика незначительно выраженных посттравматических или постишеми-ческих глиозных изменений с астроцитомами очень низкого грейда, так как спектральные характеристики этих процессов весьма сходны. В обоих случаях пик Cho по высоте и интегральным значениям не превышал пик NAA, а значения индекса Cho/NAA находились в пределах 0.5-0.7 . В данной ситуации необходимо оценивать показатели холина в зоне поражения по сравнению с неизменённым веществом головного мозга. В случаях астроцитом в зоне поражения показатели холина будут выше, чем в неизмененных контралатеральных участках.
цвдв.»
аняб'.я
№ВВС£
- ~ Щ
шввяня
РИС 4.
Солитарный метастаз.
Объёмное образование с распадом в центре, солидный компонент интенсивно накапливает контрастное вещество. В спектре опухоли определяется повышение пика холина, отсутствие пика И-ацетиласпартата, невысокий пик лактата. На 2й мультивоксель-ной карте распределения холина отмечаются высокие интегральные показатели этого метаболита.
РИС. 5.
Состояние после перенесенной длительной комы.
Диффузное снижение И-ацетиласпартата с обеих сторон.
РИС. б.
Эписиндром неопухолевой этиологии. Фокальная кортикальная дисплазия. А, Б, В, Г. Протонная МР-спектроскопия. Карты распределения Cho/Cr, Cho, NAA, Lac. Отмечается снижение N-ацетиласпартата при нормальных показателях Cho/Cr, Cho, Lac.
Д, Е, Ж. Повышение МР-сигнала по Т2 ВИ от медиальных отделов правой височной кости. З, И. Метаболические изменения с обеих сторон.
МЕДИЦИНСКИЙ
АЛЬМАНАХ
В случаях глиоза значения холина в очаге структурных изменений, как правило, снижены либо равны показателям неизмененной паренхимы мозга.
Заключение
Наше исследование показало высокую информативность протонной МР-спектроскопии как важного дополнительного магнитно-резонансного метода диагностики в нейроонкологии. Эта методика является наиболее ценной и информативной в дифференциации опухолевых и неопухолевых поражений головного мозга, выборе участка для биопсии,
определении степени злокачественности новообразований, разграничении продолженного роста опухоли и лучевого некроза, адекватной оценки эффективности проводимой терапии. Следует отметить, что ПМРС является дополнительным методом исследования, и её результаты необходимо оценивать с учётом данных со стандартных Т1 и Т2 взвешенных изображений, постконтрастным исследованием, данными диффузионной МРТ и МР-перфузии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Окользин А.В. Возможности магнитно-резонансной спектроскопии по водороду в характеристике опухолей головного мозга. Дисс... канд.мед наук. Спб. 2007. 206 с.
2. Труфанов Г.Е., Тютин Л.А. Магнитно-резонансная спектроскопия: Руководство для врачей. СПб: «ЭЛБИ-СПб», 2008. 239 с.
3. Подопригора А.Е., Пронин И.Н., Фадеева Л.М. Протонная магнитнорезонансная спектроскопия в нейрорентгенологии. Мед. визуализация. 2000. № 4. С. 86-91.
4. Пронин И.Н., Голанов А.В. и др. Возможности компьютерной и магнитнорезонансной томографии в изучении перитуморального отёка и внутримозго-вых опухолей супратенториальной локализации. Вестник рентгенологии и
радиологии. 1996. № 1. С. 10-11.
5. Поздняков А.В. Роль протонной магнитно-резонансной спектроскопии в диагностике заболеваний головного мозга. Дисс...д-ра мед. наук. СПб. 2001. 246 с.
6. Тютин Л.А., Рохлин Г.Д., неронов Ю.И. Протонная магнитно-резонансная
спектроскопия головного мозга. «Магнитно-резонансная томография в клинической практике». СПб. 1996. С. 67-71.
7. Engelhorn T., Savaskan N.E., Schwarz M.A., Kreutzer J., Meyer E.P., Hahnen E., Ganslandt O., Dcrfier A., Nimsky C., Buchfelder M., Eyupoglu I.Y. Cellular characterization of the peritumoral edema zone in malignant brain tumor. Published. 21 September. 2009 . Cancer Sci. 100.(10). Р. 1856-62.
8. Pirzkall A., Nelson S.J., McKnight T.R., et al. Metabolic imaging of low-grade gliomas with three-dimensional magnetic resonance spectroscopy. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2002. V. 53. P. 1254-1264.
9. Pirzkall A., McKnight T.R., Graves E.E., et al. MR-spectroscopy guided target delineation for high-grade gliomas. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2001. V. 50. P. 915-928.
10. Law M., Cha S., Knopp E.A., et al. High-grade gliomas and solitary metastases: differentiation by using perfusion and proton spectroscopic MR imaging. Radiology. 2002. V. 222. P. 715-721.
11. Luaba Tshibanda, Audrey Vanhaudenhuyse, Mеlanie Boly, Andrea Soddu, Marie-Aurelie Bruno, Gustave Moonen, Steven Laureys, Quentin Noirhomme. Neuroimaging after coma. Received: 7 September. 2009. /Accepted: 7 October. 2009. Springer-Verlag. 2009.
12. Kuzniecky R. Clinical applications of MR spectroscopy in epilepsy. Neuroimaging Clin N Am. 2004. № 14 (3). Р. 507-516.
13. Barbara Bobek-Billewicz, Gabriela Stasik-Pres, Henryk Majchrzak, Lukasz Zarudzki, Maria Sklodowska-Curie, Gliwice Branch. Differentiation between brain tumor recurrence and radiation injury using perfusion, diffusion-weighted imaging and MR spectroscopy. Folia Neuropathologica. 2010. № 48 (2). Р. 81-92.
14. Zeng Q.S., Li C.F., Liu H., Zhen J.H., Feng D.C. Distinction between recurrent glioma and radiation injury using magnetic resonance spectroscopy in combination with diffusion-weighted imaging. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2007. № 68 (1). Р. 151-158.
РИС. 7.
Состояние после удаления астроцитомы. Признаки продолженного роста. А. Т2 взвешенные изображения. Б. Т2 FLAIR. В. Протонная МР-спектроскопия. Карта распределения NAA. Снижение содержания N-ацетиласпартата. Г. Карта распределения Cho/NAA. Повышение индекса Cho/NAA. Д. Карта распределения Cho/Cr. Повышение индекса Cho/Cr. Е. Протонная МР спектроскопия. Увеличение пика холина, снижение пика N-ацетиласпартата. Ж. Т2 ВИ корональная проекция. З. Tl ВИ сагиттальная проекция.
Состояние после удаления астроцитомы правой височной доли.
А. T2 взвешенные изменения. Кзади от послеоперационной кисты имеется подозрительный на рецидив участок. Б. Протонная МР-спектроскопия. Снижение пиков холина, креатина и N-ацетиласпартата. В, Г, Д, Е. Карты распределения метаболитов: Cho, NAA, Cho/Cr Lac соответственно. Снижение содержания Cho, NAA. Lac и индекс Cho/Cr в пределах нормы.
