Диагностические особенности визуализации костных опухолей: традиционная рентгенография и МРТ

Обзор статьи: Gemescu IN, Thierfelder KM, Rehnitz C, Weber MA. Imaging Features of Bone Tumors: Conventional Radiographs and MR Imaging Correlation. Magn Reson Imaging Clin N Am. 2019;27(4):753-767. doi:10.1016/j.mric.2019.07.008

Вступление

Опухоли костей являются достаточно сложной для дифференциальной диагностики патологией, что обусловлено их относительной редкостью, особенно, если речь идёт о непрофильных учреждениях, в которых подобные пациенты находятся довольно часто. С приходом в нашу жизнь компьютерной томографии (КТ), магнитно-резонансной томографии (МРТ), которые могут для большей эффективности дополнительно применяться с введением контрастных веществ (КВ), диагностика костных опухолей получила «новую жизнь». Находятся всё новые признаки, по которым можно точнее поставить диагноз, или, по крайней мере, сузить диагностический поиск. Стало возможно увидеть те изменения, которые ранее были недоступны: состояние костного мозга и мягких тканей, окружающих массив опухоли. Вместе с тем, классическая рентгенография на данный момент остаётся важнейшим методом лучевой диагностики новообразований костей, особенно в лечебных учреждениях первичного звена. Наряду с простотой, дешевизной и скоростью получения результата при классическом рентгенологическом исследовании, есть возможность оценить агрессивность опухоли и структуру её матрикса. Таким образом, становится ясно, что для максимально эффективной работы врач-рентгенолог должен владеть в равной степени всеми диагностическими методами. Для проведения сегодняшнего обзора мы выбрали статью наших коллеги из Германии и Румынии, в которой авторы проводят сравнительный анализ слабых и сильных сторон каждого метода и рассматривают вопросы семиотики при различных видах новообразований костей. В своей работе коллеги акцентируют внимание на следующих аспектах: возраст пациента, локализация, количество очагов поражения и размеры новообразования, вовлечение кортикального слоя, периостальная реакция (ПР), основные семиотические признаки, которые характеризуют состояние матрикса и деструкции кости при той или иной патологии.

Возраст пациента, локализация опухоли, количество патологических участков и степень их выраженности. Коллеги из Германии выделили эти характеристики как одни из наиболее важных. Например, при проведении диагностики и дифференциальной диагностики возраст человека является одной из значимых характеристик. Это связано с тем, что по информации, представленной в статье, каждой опухоли, за редким исключением, присуще проявление в определённых возрастных периодах. В качестве примера коллектив авторов приводит изменения в костях при саркоме Юинга, которые очень похожи на метастатическое поражение и миелому. Однако две последние патологии встречаются у людей старше 40 лет, в то время как саркома Юинга характерна для пациентов в возрасте от 10 до 20 лет. Ещё одним интересным правилом является следующее: новообразования позвоночника у пациентов старше 30 лет скорее всего будут доброкачественными (исключение – остеосаркома и саркома Юинга). Локализация опухоли также имеет важное значение, поскольку большинство злокачественных новообразований обычно располагается в длинных костях, в то время как остеоид-остеома, лимфома, хондросаркома и миелома чаще локализуются в позвонках и костях таза. Вместе с тем авторы отмечают, что размер опухоли сам по себе не может свидетельствовать как в сторону худшего прогноза, так и в сторону более оптимистичного варианта развития болезни. Несмотря на это, новообразования размером более 6 см необходимо рассматривать с позиции высокой вероятности злокачественности. Также для дифференциальной диагностики остеоид-остеомы и остеобластомы размер опухоли приобретает важное значение: если опухоль меньше 15 мм, то речь, скорее всего, идёт об остеоид-остеоме. При анализе остеохондромы пристальное внимание необходимо уделить хрящевой «шапочке», размер которой более 15 мм должен насторожить врача в плане возможного озлокачествления (рис. 1). Количество патологических очагов в костях также имеет свою трактовку: обычно все опухоли солитарны. При множественном поражении необходимо исключить заболевания крови и метастазы, множественную миелому. Исключения – энхондроматоз и фиброзная дисплазия (ФД).

Далее нас знакомят с классификацией Лодвика-Мейдвелла (Lodwick-Madewell), авторы которой разработали основные рентгенологические типы деструкции костей при опухолях. Свою работу они обосновали корреляцией между биологической активностью опухоли и рентгенологическими признаками (рис. 2). В диагностическом поиске можно выделить следующие принципы:

1.Чем доброкачественнее опухоль, тем лучше выражен ободок склероза и наоборот.

2. Доброкачественные опухоли не дают ПР.

3. Доброкачественные опухоли не дают мягкотканный компонент.

Исключение из этих правил следующие: аневризмальная костная киста (АКК), эозинофильная гранулёма, агрессивная гемангиома. Далее подробнее остановимся на рентгенологических признаках костных опухолей согласно классификации Лодвика-Мейдвелла.

Тип IA – характеризуется наличием хорошо отграниченных от нормальной кости участков (очагов) деструкции со склеротичными контурами. Такая рентгенологическая картина типична для следующих новообразований: неоссифицирующая фиброма, солитарная костная киста, фиброзная дисплазия, липома, внутрикостная ганглиома (рисунок 3). Авторы статьи отмечают, что контур новообразования должен быть проанализирован с внутренней и внешней стороны. При наличии чёткого внутреннего контура и расплывчатого наружного, речь может идти об остеомиелите, эозинофильной гранулёме или асептическом некрозе.
Тип IB – очаги (участки) деструкции хорошо отграничены от окружающей ткани, но не имеют склеротичных контуров. Тип IB присущ следующим патологическим состояниям: гигантоклеточная опухоль, энхондрома, эозинофильная гранулёма, фиброзная дисплазия, множественная миелома, некоторые саркомы с низкой степенью злокачественности.
Тип IC – участки (очаги) деструкции в кости не имеют чётких контуров, что указывает на инфильтрацию окружающих тканей. Такая рентгенологическая картина отмечается при гигантоклеточной опухоли, энхондроме, метастазах, саркоме.
Тип II «побитая молью кость» – отражает высокий уровень агрессивности опухоли. Представляет собой множественные очаги деструкции овоидной формы, диаметром от 2 до 5мм, которые расположены вдоль длинной оси кости. Такой тип характерен для метастазов, остеосаркомы, миеломы, лимфомы, хондросаркомы.
Тип III «проникающий» - самый агрессивный. Представляет собой множественные мелкие очаги деструкции, которые не имеют чётких краёв и плохо визуализируются. Также отмечается разрушение кортикального слоя и наличие мягкотканного компонента. Такой тип встречается при злокачественных новообразованиях (метастазы, множественная миелома, остеосаркома, хондросаркома, саркома Юинга, лимфома).

Мы должны отметить, что в оригинале статьи вышеуказанная информация представлена подробнее. Рекомендуем для более полного понимания нюансов классификации Лодвика-Мейдвелла перейти по ссылке, размещённой в начале нашего обзора.

Форма краёв новообразования также может предоставить дополнительную информацию, которая в некоторых случаях упрощает диагностический поиск. Такое случается не всегда. Например, фестончатый контур может определяться как у злокачественных опухолей (хондросаркома, хордома, адамантинома), так и у доброкачественных новообразований (энхондрома, хондробластома, хондромиксоидная фиброма) (рисунки 4, 5). Что касается МРТ, то авторы статьи считают последовательность Т1-взвешенных изображений (Т1-ВИ) наиболее приемлемой для оценки состояния контуров патологического участка. Однако при подозрении на инфильтрацию опухолью прилегающих мышц и суставов, рекомендовано проводить МРТ с применением гадолиниевого контраста. Во время оперативного вмешательства желательно осуществить интраоперационную МРТ, позволяющую оценить правильность резекции опухоли и скорректировать необходимый объём хирургического вмешательства.

Опухолевый матрикс на рентгенограмме определяется в виде очага (участка) деструкции или склероза с наличием деструкции внутри него, который будет заметен врачу-рентгенологу только при размере не менее 30% от общего объёма опухоли. Поэтому для более точной диагностики рекомендуется дополнительное исследование с помощью МРТ, которое в некоторых случаях может помочь сразу поставить диагноз (например, при липоме или АКК). Не стоит забывать, что с помощью МРТ можно оценить состояние мягких тканей и костного мозга, которые не видны при проведении рентгенографии. КТ по сравнению с вышеуказанными методами даёт возможность лучше проанализировать нюансы минерализации новообразования и возможные кортикальные изменения. Авторы напоминают, что большинство мышечно-скелетных опухолей имеет на Т2-ВИ гиперинтенсивный вид, за исключением остеоид-остеомы, остеобластомы, лимфомы, остеосаркомы, остеобластических метастазов. При контрастировании зачастую видны картины «арок» и «колец», что связано с избирательным накоплением контрастного вещества по периферии новообразования. В хрящевых злокачественных и доброкачественных опухолях возможно возникновение участков кальцинации различных размеров и формы: в виде точек, неправильных овалов, колец, «глыбок» и т.д. Такие изменения хорошо видны как на классической рентгенограмме, так и при проведении МРТ и КТ (рисунок 4). Кроме хрящевых опухолей участки обызвествления могут быть обнаружены в центральной части липом и при локальном остеонекрозе. При диагностике опухолей наряду с оценкой кальцинатов может помочь анализ костных трабекул, возникающих при опухолевом процессе. Авторы приводят в пример следующие особенности трабекул в зависимости от типа новообразования. Толстые, грубые трабекулы характерны для хондромиксоидной фибромы, тонкие для гигантоклеточной опухоли, лобулярные для неоссифицирующей фибромы, радиальные – для менингиомы, горизонтальные для АКК. Иногда опухоль или киста содержит жидкость. В таком случае идеальным методом исследования является МРТ с применением Т1-ВИ (рисунок 6), на котором отчётливо виден уровень жидкость-жидкость. Такая картина характерна для АКК, но может встречаться и при других патологических состояниях. При наличии признаков кортикальной деструкции авторы статьи рекомендуют проведение пункции новообразования с последующим гистологическим исследованием содержимого. Также тревожным маркером является обнаружение свежего кровоизлияния в опухоль и «разжижение» некроза.

Прежде чем приступить к описанию типов ПР, коротко напомним основные особенности анатомии надкостницы. Она окутывает всю кость снаружи за исключением суставных поверхностей, которые покрыты хрящом и состоит из двух слоёв: наружного фиброзного и внутреннего клеточного. К кости периост крепится с помощью коллагеновых волокон, получивших название Шарпеевских. При механической стимуляции периост способен продуцировать новую костную ткань. Именно с этим связано наличие ПР при различных патологических процессах. Отметим, что ПР не является специфичной, поэтому она не отражает биологическую суть опухоли, её распространенность, сроки появления и т.д. Кроме того, периост становится видимым на рентгенограммах после его минерализации, что происходит между 10 и 21 днём после первичного повреждения. Авторы статьи выделяют две большие группы ПР: позитивные (с продуцированием кости) и негативные (с редуцированием кости). В рамках этой статьи будет рассмотрена только первая группа. Основной задачей врача, анализирующего рентгенограммы, КТ-изображения и МРТ-сканы является разграничение агрессивных и неагрессивных периостальных наслоений (ПН). Основным фактором в данном случае будет динамика развития ПР: при доброкачественном течении опухоли ПН будут развиваться медленно и наоборот. Однако, немецкие коллеги отмечают, что это признак не является абсолютным. Так, при остеомиелите может развиться агрессивная ПР, а при остеосаркоме – неагрессивная. Немаловажное значение придаётся и расположению участков ПР: билатеральность говорит о системных заболеваниях. Авторы акцентируют наше внимание на том, что ПР не является специфическим проявлением и может быть фактором оценки агрессивности процесса по одному общему принципу: чем выше активность патологического процесса и быстрее его прогрессирование, тем «злокачественнее» выглядят ПН при исследованиях с использованием лучевых методов диагностики. МРТ является более чувствительным методом, поскольку она позволяет гораздо раньше определять реактивные изменения надкостницы. Для оценки состояния периоста рекомендуется проводить МРТ Т2-ВИ, насыщением сигнала от жировой ткани и инверсией-восстановлением спинового эха. При этом, в отличие от классического рентгенологического метода, МРТ имеет в оценке ПР высокую специфичность, отрицательную прогностическую ценность и умеренную чувствительность. Авторы используют следующую классификацию ПР (риc. 7):

1. солидная;

2. однослойная;

3. многослойная;

4. спикулоподобные разрастания по типу «кончиков волос»;

5. спикулоподобные разрастания по типу «солнечной короны»;

6. треугольник Кодмена («прерывистая ПР»);

7. комплексная.

Условно эти типы можно разделить на неагрессивные и агрессивные. К первой группе относятся солидная и однослойная, а ко второй – все остальные. Особенную тревогу в плане агрессивности роста представляет комплексная ПР, которая включает в себя типы 3-6 в любой комбинации. Солидная реакция может быть толстой или тонкой, она стабильна во времени и отражает медленную оссификацию периоста при росте доброкачественных опухолей, консолидирующемся переломе, хроническом остеомиелите (рис. 8, 9). Однослойная ПР возникает в результате гиперемии, которая стимулирует превращение фибробластов в остеокласты и отделяет от кортекса единичный слой кости толщиной от 1 до 2мм. Гиперемия может быть результатом кровоизлияния, опухоли, локального скопления гноя. Такая реакция в большей мере характерна для доброкачественных опухолей или воспалительных заболеваний. Правда, в статье говорится, что при саркоме Юинга возможно развитие однослойной ПР. Многослойная («луковичная») ПР видна как множественные дугообразные, параллельные друг другу слои окостенения, которые разделены промежутками, содержащими сосуды и мягкие ткани. Механизм образования такой специфической картины до конца не известен. Многослойная ПР может сопровождать как доброкачественные патологические процессы (остеомиелит, стресс-переломы, хондробластому, аневризмальную кисту), так и злокачественные новообразования (саркому Юинга, остеосаркому), в связи с чем такое проявление патологического процесса авторы относят к средне-агрессивным признакам (рисунок 10). Напомним, что спикулоподобные периостальные разрастания разделяются на две группы: по типу «кончиков волос» и по типу «солнечной короны». Морфологически такая ПР возникает в результате разрастания периоста вокруг сосудистых каналов и Шарпеевских волокон, которые удлиняются вследствие опухолевой инфильтрации. Первая группа представляет собой длинные, тонкие разрастания, которые расположены параллельно друг другу и перпендикулярно кортикальному слою. Наибольшей длины такие спикулы достигают в центре опухоли, постепенно укорачиваясь к её периферии. Картина «кончиков волос» характерна для остеосаркомы, саркомы Юинга, лейкемии (рис. 11). ПР по типу «солнечной короны» считается отражением более агрессивных вариантов новообразований. Она состоит из радиальных лентообразных разрастаний в комбинации с опухолевым матриксом, и обычно наблюдается только при злокачественных опухолях, но не является для них патогномоничной. Это происходит из-за того, что спикулы отражают только направление роста опухоли, поэтому использовать их для дифференциальной диагностики между различными видами новообразований не представляется возможным.

Прерывистая ПР отражает развитие агрессивного патологического процесса. Субстратом такой реакции служит разрастание опухоли с последующим разрывом периоста. Рост опухолевых масс может сопровождаться кровоизлияниями, воспалением с формированием гнойных выделений, которое отслаивают периост так быстро, что он не успевает формировать новую костную ткань. В результате образовывается характерная рентгенологическая картина, называемая в западной медицинской литературе треугольником Кодмена. У нас такой семиотический признак получил название «козырька». Прерывистая ПР может быть единичной, многослойной, с наличием спикул или без них. Чаще всего вышеописанная картина характерна для остеосаркомы, саркомы Юинга, метастазов. Смешанная ПР сопровождает рост опухолей с высокой степенью злокачественности.

Вовлечение кортикального слоя в патологический процесс может проявляться при рентгенологическом исследовании несколькими признаками: утолщение, фестончатость контура, деструкция / разрыв. Фестончатость контура отражает эрозию кости в результате её повреждения, которая чаще всего поражает эндост. Такой признак развивается как при доброкачественных, так и при злокачественных опухолях (рис. 5). Степень выраженности этого признака поражения кортикального слоя может помочь при дифференциальной диагностике близких между собой доброкачественных и злокачественных опухолей. Авторы приводят в пример энхондрому и хондросаркому с низкой степенью злокачественности: если эрозивные изменения затрагивают больше 2/3 толщины кортекса, то на первое место необходимо ставить злокачественную опухоль.

Утолщение кортикального слоя наблюдается при различных типах остеосаркомы, саркоме Юинга, хондросаркоме, остеоид-остеоме. Обычно при злокачественных опухолях имеет место значительное утолщение кортикального слоя, но при этом авторы отмечают, что гемангиоэндотелиома и светлоклеточная хондросаркома приводят к истончению кортекса. Кортикальная деструкция/разрыв чаще всего сопровождает развитие злокачественной опухоли. Вместе с тем, такой признак может встречаться и при доброкачественных новообразованиях. Например, при фиброзной дисплазии, остеобластоме, АКК, неоссифицирующей фиброме (рисунок 12). Как мы видим, во избежание диагностических ошибок каждый из вышеперечисленных признаков должен быть оценён в совокупности с остальными семиотическими и клиническими особенностями обнаруженной опухоли.

Выводы

Несмотря на развитие методов лучевой диагностики, установление окончательного диагноза при различных типах костных опухолей до сих пор является достаточно сложной задачей. С появлением МРТ возникли не только новые возможности, но и новые трудности, связанные с большим количеством открытых лучевых признаков, создающих определенную картину, характерную для различных типов опухолей. Тем не менее, именно МРТ на данный момент является тем методом, который позволяет наиболее правильно провести диагностический поиск. Вместе с тем, традиционная рентгенография всё ещё не «сброшена со счетов» и является хорошим методом оценки состояния матрикса опухоли и степени её агрессивности.

Рисунок1. Рентгенограммы левого коленного сустава в боковой (А) и прямой (В) проекциях. МРТ того же пациента. (C) сагитальное T2-ВИ, (D) коронарное T1-ВИ, (E) аксиальное T2-ВИ с подавлением жира, (F) аксиальное Т1-ВИ с подавление жира после применения гадолиниевого контраста. Отмечается наличие остеохондромы проксимальной трети малоберцовой кости. Виден переход губчатой кости со здорового участка на опухоль и тонкий склеротический кортикальный слой, который окружает преимущественно хрящевой матрикс.

Данные статьи: Gemescu IN, Thierfelder KM, Rehnitz C, Weber MA. Imaging Features of Bone Tumors: Conventional Radiographs and MR Imaging Correlation. Magn Reson Imaging Clin N Am. 2019;27(4):753-767. doi:10.1016/j.mric.2019.07.008

Рисунок 2. Схематические изображения основных типов костной деструкции по классификации Лодвика-Мейдвелла. Тип IA (географический с ободком склероза), тип IB (географический без ободка склероза), тип IC (географический с плохо дифференцированными краями), тип II («побитый молью»), тип ІІІ (проницающий).

Рисунок 3. Мужчина 54 лет. Ганглиозная киста. (A) Рентгенограмма правого плечевого сустава в прямой проекции. Отмечается наличие в проксимальной трети плечевой кости участков деструкции с чёткими, склеротичными контурами. (B) коронарное T1-ВИ, (C) аксиальное МРТ-изображение с подавлением жира и взвешенное по протонной плотности, (D) коронарное МРТ-изображение с подавлением жира и взвешенное по протонной плотности. Отмечается наличие крупных гомогенных кист с ровными краями.

Рисунок 4. 23-летняя женщина. Энхондрома бедренной кости. (А) Сагитальное Т1-ВИ, (В) коронарное МРТ-изображение, взвешенное по протонной плотности, и (С) рентгенограмма дистальной трети бедра в боковой проекции. Матрикс опухоли состоит из двух типов ткани: кальцинированного и некальцинированного хряща. Первый тип виден на рентгенограмме в виде участков просветления, на МРТ Т1- ВИ как гиподенсный, а на сканах МРТ последовательности, взвешенной по протонной плотности как гиперденсный участок. Кальцинированная часть энхондромы определяется в виде участков повышенной плотности на классической рентгенограмме. При МРТ-исследовании кальцинаты видны как гиперденсные участки. Затемнения в виде «полосок зебры» связаны с наличием у больного в анамнезе несовершенного остеогенеза.

Рисунок 5. Женщина 38 лет с энхондромой проксимальной трети плечевой кости. (А) Рентгенограмма плечевого сустава в прямой проекции, (В) МРТ в коронарной проекции с использованием режима подавления жира и взвешивания по протонной плотности. (С) Т1-ВИ в коронарной проекции. На МРТ-сканах чётко виден фестончатый контур опухоли.

Рисунок 6. Изображения основной фаланги ІІІ пальца стопы 18-летнего пациента с наличием аневризмальной костной кисты. (А) предоперационная рентгенограмма, (В) постоперационная рентгенограмма, (С) коронарное МРТ-изображение, взвешенное по протонной плотности с насыщением сигнала от жировой ткани, (D) коронарное Т1-ВИ с насыщением сигнала от жировой ткани, (Е) коронарное изображение с восстановлением спинового эха.

Рисунок 7. Типы ПР: (A) солидный, (B) однослойный, (C) многослойный,

(D) по типу «кончиков волос», (E) по типу «солнечной короны», (F) треугольник Кодмена.

Рисунок 8. (А) Рентгенография колена в прямой и (В) боковой проекции. МРТ с использованием последовательности со взвешиванием по протонной плотности в коронарной проекции (С), насыщением сигнала от жировой ткани в аксиальной проекции (D), коронарным Т1-ВИ и (Е) Т1-изображением с насыщением сигнала от жировой ткани в коронарной проекции (F). Отмечается наличие солидной ПР по медиальному контуру бедренной кости. Остеомиелит.

Рисунок 9. Остеоид-остеома левой большеберцовой кости у 17 юноши. (А) Рентгенограмма голени в прямой проекции, (В) аксиальное КТ-изображение, (С) МРТ в аксиальной плоскости, взвешенное по протонной плотности с насыщением сигнала от жировой ткани. Отмечается наличие очага деструкции (белые стрелки), который окружен солидной ПР.

Рисунок 10. (А, В) Саркома Юинга. Рентгенограммы дистальной половины левого бедра 3-летнего мальчика в прямой и боковой проекции. (С) МРТ в коронарной проекции с применением Т1-ВИ с насыщением сигнала от жировой ткани и применением гадолиний-содержащего контраста. (D) МРТ в аксиальной проекции с применением Т1-ВИ с насыщением сигнала от жировой ткани и применением гадолиний-содержащего контраста. (E) МРТ в аксиальной проекции с применением Т2-ВИ с насыщением сигнала от жировой ткани. Отмечается наличие многослойной ПР (по типу «луковицы»). Белой стрелкой указан треугольник Кодмена («козырёк»), сформированный у верхней границы опухоли.

Рисунок 11. Острый лейкоз у 6-месячного мальчика. (А) Аксиальное КТ-изображение головы с применением контрастного вещества. (В) Аксиальное Т2-ВИ МР-изображение этого же пациента. Отмечается наличие тонких спикул в костях черепа.

Рисунок 12. (А) Сагитальное Т1-ВИ, (В) сагитальное изображение, взвешенное по протонной плотности с насыщением сигнала от жировой ткани, (С) рентгенограмма в прямой проекции коленного сустава 23-летней женщины. Неоссифицирующая фиброма. В проксимальном эпифизе большеберцовой кости отмечается неоднородный участок остеосклероза с наличием множественных просветлений. Контуры патологического образования четкие, неровные. На МРТ-сканах заметно частичное разрушение прилегающего к опухоли кортикального слоя.