CC BY
34
Раздел - лучевая диагностика
Т2* - перфузия в определении фрагментов остаточной ткани опухоли у пациентов с глиомами высокой степени злокачественности после хирургического лечения в подострый постоперационный период
Сергеев Н.И., Ребрикова В.А., Котляров П.М., Солодкий В.А.
ФГБУ "Российский научный центр Рентгенорадиологии" Минздрава России, Москва 117997, ул. Профсоюзная, 86 Информация об авторах
Сергеев Николай Иванович - д.м.н., ведущий научный сотрудник научно-исследовательского отдела новых технологий и семиотики лучевой диагностики заболеваний органов и систем ФГБУ «Российский научный центр Рентгенорадиологии» Минздрава России, Москва. E-mail: [email protected], SPIN-код: 2408-6502, AuthorlD: 720796, https://orcid.org/0000-0003-4147-1928
Ребрикова Вера Александровна - младший научный сотрудник научно-исследовательского отдела новых технологий и семиотики лучевой диагностики заболеваний органов и систем ФГБУ «Российский научный центр Рентгенорадиологии» Минздрава России, Москва. SPIN-код: 3848-9432, https://orcid.org/0000-0001-8348-5143
Котляров Петр Михайлович - д.м.н., профессор руководитель научно-исследовательского отдела новых технологий и семиотики лучевой диагностики заболеваний органов и систем ФГБУ «Российский научный центр Рентгенорадиологии» Минздрава России, Москва. E-mail: [email protected], SPIN-код: 1781-2199, AuthorlD: 194339
Солодкий Владимир Алексеевич - академик РАН, профессор, директор ФГБУ «Российский научный центр Рентгенорадиологии» Минздрава России, Москва. SPIN-код: 9556-6556, AuthorlD: 440543 Контактное лицо
Сергеев Николай Иванович, e-mail: [email protected]
Резюме
Целью исследования является оценка возможностей Т2*-перфузии в определении остаточных фрагментов глиальных опухолей в головном мозге пациентов после хирургического лечения. Проанализированы данные МРТ с перфузионной визуализацией 34 пациентов с глиомами высокой степени злокачественности (Grade III, Grade IV) в подострый постоперационный период. У 31 пациента на фоне постоперационных изменений были установлены признаки остаточной ткани опухоли. Ведущими показателями МР-перфузии являются CBV (cerebral blood volume - церебральный объём крови), CBF (cerebral blood flow - церебральный кровоток), а также оценка аппроксимирующей кривой интенсивности/время. Ключевые слова: МРТ, Т2*-перфузия, онкология, глиомы, хирургическое лечение
T2 * - perfusion in determining fragments of residual tumor tissue in patients with high-grade gliomas after surgical treatment in the subacute postoperative period
Sergeev N.I., Rebrikova V. A., Kotlayrov P.M., Solodkiy V.A.
Federal state budgetary institution "Russian Scientific Center of Roentgenoradiology" of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation (RSCRR), Moscow 117997, Profsoyuznaya, 86 Authors
Sergeev N.I. - MD, Leading Researcher of the Research Department of New Technologies and Semiotics of Radiation Diagnosis of Diseases of Organs and Systems of the Federal state budgetary institution "Russian Scientific Center of Roentgenoradiology" of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation (RSCRR), Moscow. E-mail: [email protected], SPIN-code: 24086502, AuthorID: 720796, https://orcid.org/0000-0003-4147-1928
Rebrikova V.A. - junior researcher of the Research Department of New Technologies and Semiotics of Radiation Diagnosis of Diseases of Organs and Systems of the Federal state budgetary institution "Russian Scientific Center of Roentgenoradiology" of the Ministry of Healthcare of the
Russian Federation (RSCRR), Moscow. SPIN-код: 3848-9432, https://orcid.org/0000-0001-8348-5143
Kotlyarov P.M. - MD, Professor, Head of the Research Department of New Technologies and Semiotics of Radiation Diagnosis of Diseases of Organs and Systems of the Federal state budgetary institution "Russian Scientific Center of Roentgenoradiology" of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation, Moscow. E-mail: [email protected], SPIN: 1781-2199, AuthorlD: 194339 Solodkiy V.A. - Academician of the Russian Academy of Sciences, Professor, Director of the Federal state budgetary institutionof "Russian Scientific Center of Roentgenoradiology" of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation Russian Research, Moscow. SPIN code: 95566556, AuthorID: 440543
Summary
The aim of the study was to evaluate the possibilities of T2*- perfusion in determining residual fragments of glial tumors in the brain of patients after surgical treatment. We analyzed MRI data with perfusion imaging of 34 patients with high malignancy gliomas (Grade III, Grade IV) in the subacute postoperative period. In 31 patients, postoperative signs of residual tumor tissue were found. The leading indicators of MR perfusion were CBV (cerebral blood volume), CBF (cerebral blood flow) as well as the evaluation of the approximating intensity/time curve. Key words: MRI, T2*-perfusion, oncology, gliomas, surgical treatment
Список сокращений
МРТ - магнитно-резонансная томография
Т1ВИ, Т2ВИ, FLAIR - основные импульсные последовательности, используемые при магнитно-резонансной томографии
SE, GR - методики получения изображений, основанные на различных физико-математических принципах магнитно-резонансной томографии
ДКУ - динамическое контрастное усиление ДВИ - диффузионно-взвешенные изображения
Т2*-перфузия - перфузионное магнитно-резонансное исследование, проводимое с контрастным усилением
CBV - cerebral blood volume, объем кровотока, единицы измерения, мл/100г rCBV - объем кровотока в зоне интереса относительно неизменённого участка CBF - cerebral blood flow, церебральный кровоток, единицы измерения, мл/100г/мин rCBF - скорость кровотока в зоне интереса относительно неизменённого участка MTT - mean transit time, значение времени транзита крови ПЭТ - позитронно-эмиссионная томография
КТ-перфузия - перфузионное компьютерно-томографическое исследование, проводимое с контрастным усилением
Введение
Злокачественные опухоли центральной нервной системы (ЦНС) являются актуальной и одной из самых сложных проблем в современной онкологии. Наиболее частым злокачественным новообразованием ЦНС являются глиомы высокой степени злокачественности (Grade III, Grade IV), характеризующиеся агрессивным ростом, высоким процентом рецидивов, крайне низкой выживаемостью [1]. К прогностически неблагоприятным факторам относят возраст старше 40 лет, наличие остаточной опухоли после операции, распространённость процесса (локализация опухли в двух и более областях мозга, пересечение средней линии), размеры более 6 см [2, 3]. Известно, что тотальное удаление глиального новообразования, подтвержденное послеоперационными диагностическими исследованиями, достоверно продлевает жизнь пациента по сравнению с её субтотальным удалением [4]. Однако, ввиду диффузно-инфильтративного характера роста глиом, радикально удалить опухоль удается крайне редко [5]. Актуальность проблемы
достоверной оценки остаточной ткани у пациентов с опухолями в головном мозге обусловлена ограниченными возможностями обычной контрастной МРТ в послеоперационный период. Большинство авторов сходятся во мнении, что наиболее объективная картина по данным МРТ доступна в первые 24 часа после операции [6]. Однако, ввиду тяжести пациента, соблюдение данного регламента при проведении хирургического и лучевого этапов лечения в различных ЛПУ удается далеко не всегда. На практике большинство МРТ исследований проводятся в сроки от 48 до 72 часов, а также в период первой постоперационной недели. Сложность диагностики на этом этапе обусловлена развитием ишемических, геморрагических и реактивных изменений [7, 8]. Для получения дополнительных количественных данных активно развивается использование перфузионных методов, способных к структурным изображениям добавлять различные гемодинамические характеристики, позволяющие оценивать метаболические изменения [9 -11]. Цель исследования: оценить возможности Т2*-перфузии в оценке радикальности удаления глиом высокой степени злокачественности в подострый постоперационный период. Материалы и методы
Исследование проведено 34 пациентам (20 мужчин в возрасте от 29 до 68 лет, 14 женщин от 35 до 64 лет). Диагноз первичной глиальной опухоли был верифицирован на основании данных морфологического исследования. Глиобластомы (Grade 4) определялись у 23 пациентов (67%), анапластические астроцитомы (Grade 3) - в 11 наблюдениях (33%). Исследования проводились на магнитно-резонансном томографе с напряженностью магнитного поля 1.5 Тесла. Протокол исследования включал Т1-, Т2-, FLAIR, взвешенные изображения, ДВИ, и аксиальную Т2*-перфузию, а также постконтрастную 3DT1 на завершающем этапе. Постпроцессинговая обработка результатов осуществлялась в специальной программе стороннего разработчика, включала в себя получение цветовых карт, расчет показателей CBV, CBF, MTT, построение аппроксимирующих кривых. Анализ включал определение пяти измеряемых участков. Зоне интереса ROI #1 соответствовал
наибольший контрастируемый фрагмент остаточной опухоли, ROI #2 - участок по контуру постоперационной кисты, без видимого солидного компонента, #3 - зона перифокального отека/глиоза. Референтными зонами (ROI #4, #5) выступали: симметрично отмеченный участок белого вещества и, соответственно, коры противоположного полушария. Дополнительно, для определения нижних и верхних границ исследования, были проанализированы ROI #6 - наиболее однородные участки полости постоперационной ликворной кисты, ROI #7 - наиболее яркие участки артериального сосудистого русла. У 12 больных имелись предоперационные данные МР-перфузии, что повысило достоверность последующего анализа. Исследования были проведены не позднее 9-ти дней после хирургического лечения. В дальнейшем все пациенты получали различные виды лучевой терапии и были прослежены в период до 12 месяцев. Результаты
Проведенный анализ показал признаки радикального хирургического удаления опухоли только у 3-х пациентов (9%) с краевым расположением новообразований, достаточно небольшими размерами, отсутствием поражения жизненно-важных зон и трактов. В режиме постконтрастной 3DT1 не определялось участков солидной гиперфиксации, характерной для остаточных фрагментов опухоли, отмечалось слабоинтенсивное, относительно равномерное накопление по контуру постоперационной кисты. При построении цветового картирования отмечалось отсутствие участков повышенной контрастности красно-желтого спектра в области постоперационных изменений. В связи с отсутствием видимых участков остаточной опухоли, ROI #1 был выставлен на контур постоперационной кисты, контрлатерально ROI #2. В режиме отображения кривой интенсивности сигнала степень отклонения сигнала от базовой линии ROI #1 и ROI #2 была минимальна и находилась в пределах 10%.
У 31 пациента (91%) были отмечены признаки субтотально удаления опухоли (21 пациент с опухолью Grade IV, 11 пациентов с опухолью Grade III). У 29 пациентов (85,3%)
отмечалось наличие выраженной постоперационной гематомы в структуре постоперационной ликворной кисты, что в значительной степени затрудняло оценку остаточных фрагментов опухоли на постконтрастных изображениях (Рис. 1).
Рисунок 1. Пациентка Б., 1959 г.р., состояние после хирургического удаления глиобластомы левого полушария. (А) Т1 градиентная последовательность - в левой теменно-затылочной области определяется постоперационная киста с выраженным геморрагическим пропитыванием по периферии. (Б) Т1 градиентная последовательность с контрастным усилением - на фоне гиперинтенсивного сигнала от элементов распада крови достоверно оценить степень накопления парамагнетика в зоне интереса не представляется возможным.
Для выявления участков нарушения кровообращения местных тканей в постоперационном периоде важную роль имеют диффузионно-взвешенные изображения. Они позволяют предположить степень ишемии на фоне перифокального отека, визуализируемого в режиме FLAIR. В нашем исследовании по данным ДВИ признаки ишемии различной степени выраженности в виде повышенного сигнала определялись у 19 больных (56%).
На этапе постпроцессинга были построены цветовые карты перфузии по основным показателям - СВУ, CBF, МТТ, а также, автоматически, по некоторым другим показателям, не вошедшим в данное исследование. Следует отметить, что отображение цветовой гаммы на подобных картах является относительно вариабельным. Основной смысл данных методик заключается в представлении разницы насыщения в различных сегментах. В связи с тем, что числовые значения, в ряде случаев, могут быть достаточно низкими, при анализе следует учитывать такой параметр как «маска» или «порог» цветовой карты, изменяя его в большую (светлую) сторону (Рис. 2).
Б
HËAD .GadoliniurrMSm
ИГ
m Уш
_ . Roi 7 ■ Roi 6 ; Я19Л13.3
i ^ fi
Rcf5
17*4.9
/
о , k
Roi 3
с 32.1 .
ч
Roi 1 222.3
Roi 4
140 6 Roi2
p 60.3
карта: СВ'Ргмл/-1 OOp/mhh^———S
Рисунок 2. Цветовые карты Т2*- Перфузии CBV (А), CBF (Б), работающие в режиме синхронизации. На картах выставлены зоны интереса: ROI #1 - гиперинтенсивный участок остаточной ткани опухоли, ROI #2 - противоположный «чистый» контур постоперационной кисты, ROI #3 - зона отека, ROI #4 - участок глии противоположного (неизменного) полушария , ROI #5 - участок коры противоположного полушария, ROI #6 -постоперационная ликворная киста, ROI #7 - сосудистое русло.
На основании структурных МР-томограмм, данных контрастного усиления, а также перфузионных цветовых карт были локализованы зоны предположительной остаточной ткани опухоли. В них определялись высокие показатели объёма мозгового кровотока (CBV) в резидуальной ткани (ROI #1) 12,4 - 41,7 и были выше, относительно показателей неизменной глии (rCBV), которые определялись в пределах 7,1 - 16,3 и ниже/сопоставимы с показателями перфузии коры головного мозга 16,8 - 39,6. Показатели CBV в зоне отека/глиоза имели низкий диапазон значений 2,8 - 5,6.
Показатели скорости мозгового кровотока (CBF) в остатке ROI #1 находились в диапазоне 157,3 - 376,0 единиц, ROI #2 - в диапазоне 36,2 - 101,9. Результаты ROI #3 в зонах перифокального отека были значительно ниже фрагмента опухоли и находились в пределах 24,6 - 53,8. Референтные значения неизмененного белого вещества (ROI #4) находились в пределах 86,2 - 179,2 и у 24 больных (70,5%) были ниже остатка опухоли, что служило дифференциальным критерием. Значения неизменного серого вещества (ROI #5) определялись в пределах 170,5 - 223,8 и были несколько выше значений белового вещества. Также следует отметить, что у 8-ми пациентов (25,8%) отмечались относительно низкие показатели скорости кровотока rCBF<1,5 при наличии высоких показателей объема кровотока rCBV>3, что, вероятно, связано с гистологическими вариантами строения опухолей.
Для обоих показателей были проанализированы зоны ликворной кисты и участки сосудистого русла. Значения участков полостей ликворной кисты с однородным содержимым ROI #6 находились на нижней границе окна, CBV от 0,6 до 2,7, CBF от 11,5 до 22,3. Участки сосудистого русла ROI #7 имели наибольшие значения на всех картах, находились в диапазонах CBV 24,9 - 91,2 и CBF 288,3 - 502,9. Исходя из полученных данных, можно говорить о том, что показатели в остатке опухоли наиболее приближены к верхней границе числовых значений, измеряемых в артериальном сосудистом русле и свидетельствуют о высоком уровне метаболизма злокачественных глиом, обусловленного высокой степенью
аплазии микроциркуляторного сосудистого русла. Анализ параметра МТТ в нашем исследовании позволил выявить некоторое увеличение значений в группе остаточных фрагментов опухоли и снижение в постоперационных ликворных кистах, хотя разница была не столь существенной (Рис. 3).
1 Roi 1 Roi 2 Roi 3 Roi 4 Roi 5 Roi S Roi 7 I
CBV, мп/ЮОг 20.2 5.2 2.8 12.0 15.3 10 27.3
CBF, mi 1/1 ОСИ/мим 221.2 60.1 31 7 141.6 175.1 12.9 320.1
МТТ, сек 110 10.4 10.6 10.2 10.5 9.1 10.2
ТТР, сек 26 26 26 26 26 26 26
Ттах, сек 2.0 4.0 2.0 2.0 2.0 4 0 4 0
ВАТ, сек 14 14 14 12 12 16 14
Рисунок 3. Та же пациентка. Числовое представление параметров CBV, CBF, MTT выделенных зон интереса (ROI #1 - ROI# 7).
Дополнительным инструментом анализа служит оценка кривой изменения интенсивности МР-сигнала и её производной зависимости концентрации от времени dR2*. У 23 пациентов (67,6%) отмечались высокие относительные значения CBV в остатке опухоли с 20 по 40 секунды от момента инъекции. В фазу «wash-out» отмечалось отклонение интенсивности от базовой линии в пределах 15 - 35%. Кривые dR2* в зонах отека и предположительно безопухолевой стенки имели небольшой, сопоставимый друг с другом подъем значений CBV, CBF с возвращением сигнала к начальному уровню в пределах 15% после 40-ой секунды (Рис. 4).
Рисунок 4. На цветовых картах CBV (А), CBF (Б) выделены зоны интереса, представленные графиком зависимости интенсивности сигнала от времени (В). Подъем пиковых значений кривой ROI #1 в опухолевом остатке, низкие значения гемодинамических показателей ROI#2 в зоне перифокального отека и ROI#3 противоположной стенки постоперационной кисты.
Обсуждение
Использование МРТ перфузионного исследования только в качестве контроля хирургического лечения глиом неоднозначно, ввиду наличия сопоставимых по диагностической информативности других методов, таких как КТ-перфузия или ПЭТ головного мозга с метионином [12, 13]. Однако комплексная МРТ является методом выбора в предлучевой подготовке пациента, так как позволяет в дальнейшем отслеживать и эффект лучевой терапии [14]. Для более точной локализации определяемого остаточного фрагмента опухоли необходимо сопоставление данных МР-перфузии, которые имеют относительно низкое пространственное разрешение, с постконтрастными сериями, которые рекомендуется оценивать на первом этапе, несмотря на то, что в протоколе исследования они выполняются позже по времени. При этом анализ показал, что визуализация постконтрастных изображений
T1 имеет некоторые отличия в режимах градиентного (GR) и спинового (SE) эха, поэтому целесообразно выполнять обе эти последовательности в аксиальной плоскости. За счет различных технических характеристик формирования МР-сигнала, более широких срезов, спиновое эхо, в ряде случаев, позволяет получить более понятное изображение, нивелировать артефакты. Выводы
Полученные комплексные данные с использованием протокола МР-перфузии, на основании особенностей неоангиогенеза, позволяют определить наличие остаточного фрагмента опухоли в подострый постоперационный период. Наибольшее значение имеют относительные перфузионные показатели объема кровотока, скорости кровотока и времени транзита крови, а также кривой интенсивности/время, совпадающей с участками гипернакопления парамагнетика на постконтрастных изображениях. Список литературы
1. Piil K., Christensen I.J., Grunnet K., Poulsen H.S. Health-related quality of life and caregiver perspectives in glioblastoma survivors: a mixed-methods study. BMJ Support Palliat Care. 2019. pii: bmjspcare-2019-001777. doi: 10.1136/bmjspcare-2019-001777.
2. Sanai N., Berger M.S. Extent of resection influences outcomes for patients with gliomas. Rev Neurol (Paris). 2011. V. 167. No. 10. P. 648-654.
3. Трофимова Т.Н. Нейрорадиология: оценка эффективности хирургии и комбинированной терапии глиом. Практическая онкология. 2016. Т. 17. № 1. С. 32-40.
4. Blumenthal D.T., Kanner A.A., Aizenstein O., et al. Surgery for Recurrent High-Grade Glioma After Treatment with Bevacizumab. World Neurosurg. 2018. V. 110. P. e727-e737. doi: 10.1016/j.wneu.2017.11.105.
5. Sallabanda K., Yanez L., Sallabanda M., et al. Stereotactic Radiosurgery for the Treatment of Recurrent High-grade Gliomas: Long-term Follow-up. Cureus. 2019. V. 11. No. 12. e6527. doi: 10.7759/cureus.6527.
6. Fong C., Parpia S., Yemen B., et al. Using Magnetic Resonance Perfusion to Stratify Overall Survival in Treated High-Grade Gliomas. Can J Neurol Sci. 2019. V. 46. No. 5. P. 533-539. doi: 10.1017/cjn.2019.225.
7. Patel P., Baradaran H., Delgado D., et al. MR perfusion-weighted imaging in the evaluation of high-grade gliomas after treatment: a systematic review and meta-analysis. Neuro Oncol. 2017. V. 19. No. 1. P. 118-127. doi: 10.1093/neuonc/now148.
8. Трофимова Т.Н., Олюшин В.Е., Порсаев А.И., Ростовцев Д.М., Лавровский П.В. Комплексная оценка радикальности удаления супратенториальных глиом. Лучевая диагностика и терапия. 2015. № 2. С. 54-62.
9. Kim T.H., Yun T.J., Park CK., et al. Combined use of susceptibility weighted magnetic resonance imaging sequences and dynamic susceptibility contrast perfusion weighted imaging to improve the accuracy of the differential diagnosis of recurrence and radionecrosis in high-grade glioma patients. Oncotarget. 2017. V. 8. No. 12. P. 20340-20353. doi: 10.18632/oncotarget.13050.
10. Ma H., Wang Z., Xu K., et al. Three-dimensional arterial spin labeling imaging and dynamic susceptibility contrast perfusion-weighted imaging value in diagnosing glioma grade prior to surgery. Exp Ther Med. 2017. V. 13. No. 6. P. 2691-2698. doi: 10.3892/etm.2017.4370.
11. Станжевский А.А., Тютин Л.А. Роль перфузионных технологий в оценке гемодинамики опухолей головного мозга. Трансляционная медицина. 2015. №4. С.41-47.
12. Савинцева Ж.И., Трофимова Т.Н., Скворцова Т.Ю., Бродская З.Л. Сопоставление информативности МР-перфузии и ПЭТ с (11С) метионином и дифференциации продолженного роста церебральных опухолей и лучевых повреждений головного мозга после комбинированного лечения. Медицинская визуализация. 2014. № 5. С. 10-13.
13. Корниенко В.Н., Пронин И.Н., Пьяных И.С., Фадеева Л.М. Исследование тканевой перфузии головного мозга методом компьютерной томографии. Медицинская визуализация. 2007. № 2. С. 70-81.
14. Ребрикова В.А., Сергеев Н.И., Падалко B.В., Котляров П.М., Солодкий В.А. Возможности МР-перфузии в оценке эффективности лечения злокачественных опухолей головного мозга. Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2019. Т. 83. № 4. С. 113-120.
