CC BY
10
Сабиров
Ибрагим Самижонович
Sabirov Ibragim S. sabirov_is@mail.ru
Бебезов Б. Х. - кафедра хирургии, зав. кафедрой, докт. мед. наук, профессор
Богданов А. В. - кафедра хирургии, канд.мед. наук, профессор
Сабиров И. С. - кафедра терапии, зав. кафедрой, докт. мед. наук, профессор
Bebezov B. H. - Department of surgery, Head of the department, professor, Doctor of Medical sciences
Bogdanov A. V. - Department of surgery, candidate of Medical sciences
Sabirov I. S. - Department of internal diseases, Head of the department, professor, Doctor of Medical sciences
Резюме
Цель исследования - оценить эффективность диагностического использования протонной спектроскопии при очаговых поражениях паренхимы печени.
Материал и методы исследования: Проведено 160 исследований брюшной полости больных с очаговыми поражениями печени (36 пациентов - рак печени (включая случаи холангиокарцином и цирроз-рак); 28 пациентов -с единичными и множественными метастазами в паренхиме печени; 45 наблюдений единичных и множественных гемангиом печени; 31 случай инфильтративной и кистозно-инфильтративной форм альвеококкового поражения; 20 пациентов с неизменной паренхимой печени составили контрольную группу). В протокол сканирования которых была включена МР протонная спектроскопия. Исследования проводились на аппарате Philips Infinion 1,5T. На протонных спектрограммах и таблицах спектров оценивались: высота пиков; площадь пиков; соотношение площади пика креатинина к другим метаболитам; соотношение площади пика креатинина к другим метаболитам; процентная доля метаболитов в спектре, представленная в виде относительной величины.
Заключение: Одновоксельная протонная спектороскопия имеет потенциал к использованию в качестве дифференциально диагностического критерия очаговых поражений печени.
Ключевые слова: одновоксельная протонная спектороскопия, очаговые поражения печени Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология 2017; 140 (4): 52-57
Purpose of the study - to assess the effectiveness of the diagnostic use of proton spectroscopy in focal lesions of the liver parenchyma.
Material and methods: A 160 of the abdominal cavity of patients with focal lesions of the liver (36 patients - liver cancer (including cases of cholangiocarcinoma and cirrhosis, cancer); 28 patients - with single and multiple metastases in the liver parenchyma; 45 observation of single and multiple hemangiomas of the liver, 31 cases of infiltrative and cystic forms alve-okokkovogo infiltrative lesion, 20 patients with liver parenchyma unchanged in the control group). The scanning protocol that included MR proton spectroscopy. The studies were conducted on the unit Philips Infinion 1,5T. In the spectrograms of proton spectra and tables were evaluated: height of the peaks; peak area; creatinine ratio of peak area to other metabolites; creatinine ratio of peak area to other metabolites; percentage of metabolites in the spectrum, represented as a relative
Conclusion: The single-voxel proton spektoroskopiya has the potential to be used as differential diagnostic criteria of focal hepatic lesions.
Keywords: single-voxel proton spektoroskopiya, focal lesions of the liver Eksperimental'naya i Klinicheskaya Gastroenterologiya 2017; 140 (4): 52-57
Summary
value.
Магнитно резонансная спектроскопия (МРТ спектроскопия) - это метод исследования химических объектов, основанный на эффекте магнитного резонанса протонов в ядрах атомов с «полуцелым спином» OH; 19F;31P; 13C; 23Na; 39K) [1]. В зависимости от местного электронного окружения разные протоны в молекуле резонируют на слегка отличающихся частотах. Амплитуда в спектре (высота пиков) зависит в свою очередь от количества этих функциональных групп в каждой из молекул и от концентрации (площадь пика) данного метаболита в исследуемом объекте [2].
Результаты протонной спектроскопии представлены в виде спектральной кривой и таблицы концентраций основных метаболитов [3]. Последняя отображает величину химического сдвига (измеряется в частях на миллион - ppm), высоту пика (Height), площадь пика (Area), соотношение площади пика к креатинину и воде (Area/Cr и Area/H2O) и соотношение сигнал/шум (SNR - безразмерная величина, равная отношению мощности полезного сигнала к мощности электронного шума). Основными метаболитами выявляемыми на протонных спектрограммах являются:
N-ацетиласпартат (NAA, N-ацетиловая группа), -представлен пиком 2,01 ppm, включает в себя разные комбинации макромолекул: N-ацетил-Ь-аспараги-новая кислота (собственно NAA), N-ацетил-аспар-тил-глутамат (NAAG), гликопротеины, аминокислотные остатки белков. Считается, что амплитуда пика NAA может характеризовать степень поражения ткани, эффективность проводимой терапии и активность процессов восстановления функциональной активности паренхимы. Принято считать, что чем выше степень истощения энергетического потенциала ткани, тем ниже пик N-ацетиласпартата [4].
Материалы и методы
Нами проведено 160 МРТ исследований брюшной полости в протокол сканирования которых была включена МР протонная спектроскопия. Исследования проводились на аппарате Philips Infinion 1,5T. Для нивелирования эффекта дыхательной экскурсии органов брюшной полости во время исследования пациентам надевался утягивающий корсет. По окончанию стандартных протоколов сканирования проводилась одновоксельная протонная МРТ спектроскопия на измененном участке паренхимы печени, с величиной вокселя 8-12 см3.
Структура патологических состояний паренхимы печени была следующей: 36 пациентов - рак печени (включая случаи холангиокарцином и цирроз-рак); 28 пациентов - с единичными и множественными метастазами в паренхиме печени; 45 наблюдений единичных и множественных геман-гиом печени; 31 случай инфильтративной и ки-стозно-инфильтративной форм альвеококкового поражения; 20 пациентов с неизменной паренхимой печени составили контрольную группу (КГ).
Холин (Cho) - пик холина на 3,22 ppm содержит совокупный вклад протонов триметиламмония (N(CH3)3+) в холине, бетаине и карнитине, плюс протоны Н5мио-инозитола и таурина. Связанные в мембране соединения холина имеют низкую концентрацию в неизмененной ткани. При разрушении клеточных мембран связанный холин высвобождается и накапливается в межклеточном пространстве. Повышение концентрации холина рассматривают как маркер скорости размножения клеток, в том числе опухолевых [5].
Пик креатина (Cr) на 3,03 ppm обусловлен протонами метильной (СН3) группы креатина и фос-фокреатина, лизина и глютатиона. Обычно предполагают, что общий уровень креатина стабилен при разных ситуациях, поэтому пик креатина часто используют в качестве референсного при сопоставлении с пиками других метаболитов [6].
Лактат (Lac) на протонном МР спектре вокруг 1,32 ppm, определяется в следовых количествах и в норме практически не наблюдается. Его появление связано с нарушением процессов окисления и активацией реакций транспорта и утилизации молекул глюкозы. В совокупности с другими признаками может указывает на патологический процесс с преобладанием процессов аутолиза (распад опухоли, инсульт, воспалительный инфильтрат, абсцесс) [7]. Небольшой пик в районе 2,4 ppm, соответствует протонам в глутамине и глутамате (Glx). При критических состояниях свободный глутамин истощается очень быстро. Особенно резкое истощение его концентрации наблюдается в быстропролиферирующих клетках, в том числе опухолевой природы, что выражается в инверсии его пика до отрицательных значений на протонных спектрограммах.
Выбор указанных патологических состояний был обусловлен: 1) высокой распространенностью; 2) сложностью дифференциальной диагностики первичной солидной неоплазмы печени от соли-тарного метастатического очага; 3) схожестью МР картины кистозно-солидной формы первичной неоплазмы печени от кистозно-инфильтративной формы альвеококка; 4) в ряде случаев схожестью проявлений милиарного гемангиоматоза печени и множественных мелких метастатических очагов.
На протонных спектрограммах и таблицах спектров оценивались: высота пиков; площадь пиков; соотношение площади пика креатинина к другим метаболитам; соотношение площади пика креатинина к другим метаболитам; процентная доля метаболитов в спектре, представленная в виде относительной величины а также соотношения площади и высоты пика креатинина к пикам других метаболитов относительно этого параметра. Эти значения условно были обозначены как Агеа/Сгй(1 и Не1дЫ:/Сг81(Г
Таблица 1 Height Area Area/Cr Height/Cr Area/Crstd Height/Cr^ Доля
Таблица спектров основных NAA 56,35±14,2 29,02±19,8 1,207±0,4 1,377±0,43 -0,329±0,61 0,21±0,34 7,65±2,71
метаболитов при первичных (Р=0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р=0,05) (Р=0,01) (Р=0,01) (Р=0,001)
опухолях печени Cr 566,6±78,1 38,5±7,9 1 1 1 1 14,8±1,1
Примечание: Р - дается в сравнении (Р=0,05) (Р>0,05) (Р=0,01)
Cho 822,5±159,6 188,7±49,8 2,254±0,01 0,959±0,32 4,26±1,27 2,23±0,4 26,38±3,02
с контрольной группой (Р=0,01) (Р=0,001) (Р=0,001) (Р>0,05) (Р=0,01) (Р=0,001) (Р=0,01)
Glx -83,1±28,5 6,6±11,2 -0,624±0,53 -0,157±0,2 -2,44±0,97 -0,07±0,34 0,804±4,69
(Р=0,05) (Р=0,001) (Р=0,05) (Р=0,001) (Р=0,01) (Р=0,05) (Р=0,001)
Lac 213,4±146,5 27,5±77,1 0,604±0,956 0,58±0,52 8,35±2,3 1,86±0,58 27,1±5,5
(Р=0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р=0,001) (Р=0,01) (Р=0,05)
Рисунок 1
Таблица спектра и спектральная кривая первичной неоплазмы VIII сегмента правой доли печени (помимо неоплазмы видны расширенные внутрипече-ночные желчные протоки левой доли печени за счет сдавления опухолевой массой общего печеночного протока).
Peak pan
S%ftSE. (1
ТЕ: 104.0 ^^
BW: 83.3 ^
Tft?C|7000 1 32
FOV: 43.0
PS: 0-B44 „ „
Х^^пЛ »Area/C^ift^^to SNR
V
■HP& Г -0.420 -0.480 ^13
1.000 1.120 BMZ R
94.8 Э.980 4.458
AkP01
К
Я SS-TSE. (11 ^i.8S ТЕ: 104.0 BW: 83.3 TR: 17000
0.73
IPS: 0.844
„ 2 ffEIP: aa.OO
Рисунок 2
Таблица спектра и спектральная кривая обширной первичной неоплазмы левой доли печени.
Peak ppm .^-¿Height Area
NAA M
>fea/H20 SNR
559
2.52 -225,
1.25 321
26 0.23J)-1 0.029 , 0.09
524 11.9 1.000 0.123 < 1.83
559 21.4 10.fcl 1.96
-22^/ ^378 0^7 -0.79
321 68.3 5.737 0.707 1.12
Таблица 2 Height Area Area/Cr Height/Cr Area/Crstd Height/Crstd Доля
Таблица спектров основных NAA 367,0±38,7 21,2±3,36 1,326±0,276 1,15±0,19 0,499±0,08 0,89±0,101 16,33±3,72
метаболитов при метастазах (Р>0,05) (Р=0,05) (Р>0,05) (Р=0,05) (Р=0,05) (Р>0,05) (Р>0,05)
в паренхиме печени Cr 469,4±28,2 38,5±17,1 1 1 1 1 25,1±2,21
Примечание: Р - дается в сравнении (Р=0,05) (Р>0,05) (Р=0,05)
Cho 352,8±46,2 20,6±5,6 1,001±0,4 1,104±0,275 0,504±0,12 1,184±0,189 11,16±1,42
с контрольной группой (Р=0,05) (Р=0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р=0,05) (Р=0,05) (Р=0,01)
Glx 183,3±85,5 -9,1±18,02 -2,83±2,73 0,251±0,352 0,43±0,402 0,57±0,349 10,46±4,72
(Р>0,05) (Р=0,05) (Р=0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р>0,05)
Lac 34,78±78,9 6,2±13,7 -1,019±0,61 0,284±0,267 0,489±0,208 -0,07±0,385 2,83±12,7
(Р>0,05) (Р>0,05) (Р=0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р>0,05)
Рисунок 3
Таблица спектра и спектральная кривая при множественных метастазах правой доли печени.
Результаты исследования
Не смотря на то, что в группу первичных опухолей печени входили различные по гистологическому строению новобразования, изменения на спектральной кривой носили достаточно типичный для опухолевого роста характер (табл. 1, рис. 1;2). В начале стоит отметить, что уровень креатинина по высоте пика и доле метаболита в спектре был достоверно (Р=0,05) выше контрольных значений, тогда как площадь пика Сг не имела достоверных отличий от КГ. Аналогичным образом отмечалось резкое достоверное (Р=0,001) снижения уровня NAA - снижение высоты пика и удельной доли метаболита, без достоверного изменения площади пика последнего. Отмечено повышение показателя соотношения высоты пиков №а/Сг и отсутствие достоверной разницы этого соотношения по площади пиков. Однако, при пересчете к стандартизированному показателю креатинина получена достоверная (Р=0,05) разница в показателях, как относительно высоты, так и относительно площади пиков этих метаболитов. Уже на данному этапе расчетов мы пришли к убедительному выводу, что применение одновоксельной протонной стектромерии лишь от массы образования не целесообразно и должно дублироваться контрольным вокселем на неизмененной паренхиме печени того же пациента.
Таким образом, изменения спектральной кривой при первичных новообразованиях печени в целом аналогичны сдвигам кривой метаболитов при опухолях иных локализаций. А именно, определяется достоверное снижение уровня концентрации ^а-цетиловой группы; резкое повышение уровня концентрации холина; резко истощение концентрации Glx, в виде инверсии его пика; в наибольшем проценте случаев отмечается повышение уровня
концентрации лактата (Lac), что связано с распадом опухолевой массы.
В отличие от первичных опухолей, метастатические очаги в паренхиме печени на протонных спектрограммах проявляют себя достаточно нетипично для опухолевой ткани, что, возможно, связано с их высокой «тканевой автономностью» и редкими случаями тканевого распада. В наших наблюдениях метастатические очаги проявлялись умеренным достоверным (Р=0,05) снижением площади пика NAA без достоверных различий относительно высоты его пика (табл. 2, рис. 3; 4). Отмечено достоверное (Р=0,05) снижение показателя соотношения площади NAA к креатинину при стандартизации показателя последнего. Удельная доля N-ацетиловой группы относительно других метаболитов была умеренно снижена, но достоверного статистического отличия от показателей КГ не выявлено. Показатель креатинина по высоте пика и его удельной доле был умеренно достоверно (Р=0,05) повышен в сравнении с контрольными значениями. Большинство расчетных показателей холина (Cho) от массы метастатической ткани были достоверно умеренно снижены (Р=0,05). Показатели лактата (Lac) не отличались от КГ.
Таким образом, метастазы на протонной спектрограмме характеризуются умеренным, фактически недостоверным снижением пика NAA; умеренным достоверным повышением пика креатинина (Cr); умеренным достоверным снижением пика холина (Cho), отсутствием достоверных различий пика лактата (Lac) в сравнении с контрольными значениями. Указанные изменения можно расценивать как значимые критерии отличия первичных опухолей печени и метастатических очагов, особенно в случае их солитарного поражения.
Рисунок 4
Таблица спектра и спектральная кривая при единичных метастазах правой доли печени.
На спектальных кривых при исследовании ге-мангиом печени отмечено достоверное (Р=0,05) снижение показателей площади пиков ^ацети-ловой группы, креатинина и холина; умеренное достоверное (Р=0,05) снижение показателя высоты пика креатинина; достоверное (Р=0,05) снижение соотношения высоты и площади пика NAA к кра-тинину при пересчете к стандартизированному показателю по креатинину (табл. 3). Достоверных различий с КГ, в отношении долевого соотношения всех исследованных метаболитов в спектральной кривой, получено не было. Изменения показателей
метаболитов на спектральной кривой от геман-гиом печени являются не характерными и имеют мало различий от спектра метаболитов вокселя КГ (рис 5).
Спектральные характеристики концентрации основных метаболитов в зоне альвеококкового поражения имели значительную вариабельность, даже несмотря на полученные нами определенные достоверные различия в сравнении с контрольными значениями. В целом, можно отметить снижение концентрации NAA, Cr и Lac, с повышением показателей Cho и Glx (табл. 4).
Таблица 3 Height Area Area/Cr Height/Cr Area/Crstd Height/Crstd Доля
Таблица спектров основных NAA 379,8±94,8 10,04±3,1 0,401±0,19 0,697±0,285 0,235±0,065 0,616±0,069 19,9±1,73
метаболитов при гемангио- (Р>0,05) (Р=0,001) (Р=0,01) (Р>0,05) (Р=0,05) (Р=0,05) (Р>0,05)
мах печени Cr 346,8±35,1 12,8±2,41 1 1 1 1 17,01±2,18
Примечание: Р - дается в сравнении (Р=0,05) (Р=0,01) (Р<1)
Cho 419,5±36,4 17,8±2,01 1,036±0,256 0,912±0,256 0,357±0,035 0,761±0,158 21,35±2,25
с контрольной группой (Р>0,05) (Р=0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р>0,05)
Glx 149,1±61,5 10,7±22,7 0,303±0,328 0,063±0,211 -0,234±0,299 0,357±0,135 7,76±7,91
(Р>0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р=0,001) (Р=0,01) (Р>0,05) (Р>0,05)
Lac 17,7±31,4 2,9±2,6 0,017±0,242 0,116±0,133 0,127±0,062 0,054±0,047 4,49±3,36
(Р>0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р=0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р>0,05)
Рисунок 5
Таблица спектра и спектральная кривая солитарной гемангиомы правой доли печени.
Таблица 4 Height Area Area/Cr Height/Cr Area/Crstd Height/Crstd Доля
Таблица спектров основных NAA 359,8±156,1 26,7±25,6 0,76±0,44 -0,952±1,01 0,63±0,58 0,956±0,234 11,3±2,37
метаболитов при альвеокок- (Р>0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р=0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р=0,01)
ковом поражении печени Cr 332,9±102,1 1,04±19,8 1 1 1 1 10,78±2,86
Примечание: Р - дается в сравнении с контрольной группой (Р=0,05) (Р=0,001) (Р=0,01)
Cho 496,8±129,2 104,5±38,7 -0,309±0,58 0,972±0,67 2,42±0,64 1,071±0,159 13,54±6,16
(Р>0,05) (Р=0,001) (Р=0,001) (Р>0,05) (Р1=0,01) (Р>0,05) (Р>0,05)
Glx 11,17±25,4 142,6±17,1 2,194±0,84 0,387±0,828 3,48±3,96 0,72±0,07 13,23±9,48
(Р=0,05) (Р=0,001) (Р=0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р=0,05) (Р>0,05)
Lac -118,3±52,4 -36,5±12,3 -10,134±6,01 0,29±0,679 -0,85±2,6 -0,33±0,14 -3,54±10,14
(Р=0,05) (Р=0,05) (Р=0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р>0,05) (Р>0,05)
Рисунок 6
Таблица спектра и спектральная кривая альвеокок-кового поражения правой доли печени.
Рисунок 7
Варианты спектральных кривых при альвеококковом поражении печени.
Спектральные кривые от паразитарной массы имели не типичную, зачастую хаотичную структуру, а показатели таблицы спектров во многих случаях носили «запредельные» показатели (рис. 6; 7).
Таким образом, применение одновоксельной протонной спектороскопии с оценкой массы образования и контрольным векселем на неизменной паренхиме печени пациента имеет большой потенциал в качестве дифференциально диагностического критерия очаговых поражений печени.
Литература
1. Труфанов Г. Е., Тютин Л. А. Магнитно-резонансная спектроскопия. Санкт-Петербург: «Элби-Спб», 2008, 337 с.
2. Лундин А.Г, Федин Э. И. ЯМР спектроскопия. М: Наука. 1986; 223 с.
3. Подопригора А. Е., Пронин И. Н., Фадеева Л. М. Протонная магнитно резонансная спектроскопия в диагностике опухолевых и неопухолевых поражений головного мозга // Мед. виз. 2000. № 4. С. 86-92.
4. Simmons M. L., Frodonza C. G. and Coyle J. T. Immu-nocytochemical localization of N-acetyl-aspartate with monoclonal antibodies. Neuroscience. 1991; 45: 37745.
5. Семенова Н. А. Метод ЯМР спектроскопии в прижизненных исследованиях обменных процессов. Особенности энергетического метаболизма головного мозга по данным ЯМР in vivo. Успехи современной биологии РАН. 2005; 125: 419-430.
6. Bulakbasia N., Kocaoglua M., Цпа F. et al. Combination of Single Voxel Proton MR Spectroscopy and Apparent Diffusion Coefficient Calculation in the Evaluation of Common Brain Tumors // Am.J. Neuroradiol. 2003. V.24. P. 225-233.
7. Семенова Н. А., Ахадов Т. Ф., Ситников С. Л., Варфоломеев С. Д. Перспективы магнитно-резонансной спектроскопии как метода диагностики в невропатологии // Медицинская визуализация, № 2, 2009, с 73-81.
8. Ложкин С. Н., Тиканадзе А. Д. Тюрюмина М. И. Глу-тамин и его роль в интенсивной терапии. Вестник интенсивной терапии, - 2003 № 4. Клиническое питание.
