МРТ в диагностике опухолей головного мозга

Обзор статьи: Villanueva-Meyer JE, Mabray MC, Cha S. Current Clinical Brain Tumor Imaging. Neurosurgery. 2017;81(3):397-415. doi:10.1093/neuros/nyx103

Вступление

8 ноября 1895 года В.К. Рентген сделал открытие, за которое в 1901 году получил Нобелевскую премию, став первым физиком, удостоившимся вручения этой престижной награды. Со временем рентгеновское излучение плотно вошло в нашу жизнь в целом, и в медицину в частности. Постепенно развиваясь, классическая рентгенография пополнилась компьютерной томографией (КТ) и более новым диагностическим методом – магнитно-резонансной томографией (МРТ). Если на раннем этапе лучевые методы диагностики имели достаточно ограниченные возможности в диагностике опухолей головы (особенно внутричерепных новообразований), то с появлением КТ, МРТ и методик усиления изображения с помощью контрастирования, роль лучевых методов диагностики значительно возросла. На данном этапе развития медицинской науки сложно представить себе проведение нейрохирургических вмешательств без предварительной диагностики с помощью одного или нескольких лучевых методов. В своей обзорной статье американские доктора из Сан-Франциско, Калифорния, представили нам свой взгляд на современные методики лучевой диагностики, применяющиеся для обнаружения опухолей мозга и варианты исследований, необходимых для оценки эффективности проведенного лечения.

МРТ

Авторами статьи представлены следующие стандартные протоколы исследования головного мозга (ГМ) в нейроонкологической практике с помощью МРТ: 3-D Т1-взвешенное изображение (ВИ), изображение с подавлением сигнала от воды – axial fluid-attenuated inversion recovery (FLAIR), диффузно-взвешенное изображение (ДВИ), Т1 и Т2-взвешенные аксиальные изображения с применением гадолиниевого контраста, которые производятся на аппарате со значением индукции магнитного поля в 1,5 Тл или более.

МРТ для исследования структуры новообразования представляет собой первичный комплекс диагностических методик, целью которых является уточнение расположения опухоли, взаимоотношения новообразования с окружающими тканями и его васкулрязиция. Для более точной диагностики необходимо учитывать клинические проявления болезни, длительность симптоматики, возраст пациента и т.д. Кроме вышеуказанной информации, МРТ может дополняться введением контрастного вещества, которое облегчает задачу визуализации границы пораженных мягких тканей или же опухолевой инфильтрации. Необходимо отметить, что гадолиниевый контраст способен проникать через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Изначально было высказано предположение, что это явление связано с повреждением ГЭБ неопластическим процессом, однако, в дальнейшем было установлено, что проникновение возможно и при отсутствии опухоли. Нужно помнить, что применение контрастирования является одним из вспомогательных методов и его анализ не всегда однозначен. В качестве примера авторами статьи приводится диффузная глиома, которая обычно накапливает контраст тем интенсивнее, чем выше её степень злокачественности. Однако встречаются и атипичные опухоли, показывающие при высокой степени злокачественности накопление контраста, свойственное менее агрессивным вариантам глиом (рис. 1). При использовании Т2-взвешенного изображения или режима FLAIR возможно появление кольца вокруг участка опухоли. Такая картина обусловлена возникновением отека, который может иметь как вазогенную, так и воспалительную природу. При этом авторы статьи обращают наше внимание на то, что такое кольцо далеко не всегда видно. Наоборот: чаще всего при глиомах инфильтративно-воспалительное кольцо в режимах Т2 и FLAIR не визуализируется. Необходимо обращать внимание и на число патологических очагов. Обычно множественные поражения свидетельствуют о метастазах или о неопухолевой природе изменений (инфекционные и демиелинизирующие процессы). Структура патологических тканей также важна и может помочь в определении типа опухоли. В этом разделе авторами представлено подробное перечисление типов новообразований, критериев их злокачественности согласно рекомендациям ВОЗ и их особенностей, которые видны при проведении МРТ-исследования. Кроме этого, показаны различные типы и режимы сканирования, которые сведены для удобства в таблицу. Для их подробного изучения рекомендуем перейти к оригиналу статьи по ссылке, приведённой в начале обзора.

Диффузно-взвешенные изображения

Такой режим получения изображения применяется для более чёткого определения увеличенного числа молекул воды в исследуемых тканях. Обычно его используют во время диагностики инсульта, так как с первых минут после наступления этого патологического состояния в области поражения нарастает количество воды (так называемый цитотоксический отёк). При этом на Т1-ВИ вода видна как участок потемнения, а в Т2- ВИ как яркий участок. Наряду с Т1- и Т2- ВИ применяется так называемый измеряемый коэффициент диффузии – ИКД (в англоязычной литературе аpparent diffusion coefficient (ADC)). Его суть состоит в измерении коэффициента диффузии воды в разных тканях, сосудах, клетках и его изменения в зависимости от типа патологического процесса. Вышеуказанные режимы могут применяться и в диагностике опухолей головного мозга, позволяя отличить неопластический процесс от неопухолевого. В случае обнаружения опухоли ДВИ позволяют уточнить степень ее злокачественности (рис. 2).

Изображения, взвешенные по неоднородности магнитного поля

К такому варианту относят так называемый SWI-режим (Susceptibility-Weighted Imaging), который получается в результате 3D радиочастотного градиентного эхо-сканирования высокого разрешения. После проведения такой МРТ-последовательности можно получить изображения с повышенной контрастностью, на которых хорошо определяются даже небольшие кровоизлияния (например, в ткань опухоли). Такой эффект достигается в связи с тем, что намагничиваемые составляющие крови (железо) очень четко отграничиваются от не намагничиваемых её составляющих (кальций). На МРТ-сканах в SWI-режиме железосодержащие участки имеют темный цвет, а кальцийсодержащие – светлый (рис. 3).

Техники, применяемые перед оперативным вмешательством

Хирургическое вмешательство на головном мозге является крайне ответственной процедурой для нейрохирурга. Как нельзя лучше к такому типу лечения подходит пословица «семь раз отмерь – один раз отрежь». В случае избыточного иссечения тканей головного мозга могут произойти необратимые изменения в нём, что крайне негативно скажется на последующем состоянии пациента. Возможно отрицательное влияние не только на физическое и психическое состояние больного, но и на его дальнейшую адаптацию в обществе. В таких обстоятельствах критически важно правильно понимать не только размеры патологического очага, его соотношение с прилежащими структурами, но и верно спланировать хирургический доступ. В современной западной медицине, согласно данным статьи, используются следующие методики лучевой диагностики, которые помогают наиболее точно спланировать объем хирургического вмешательства при лечении опухолей головного мозга: МРТ с перфузионно-взвешенными изображениями (ПВИ-МРТ), магнитно-резонансная спектроскопия (МРС), диффузионно-тензорная МРТ (ДТМРТ), функциональная МРТ (ФМРТ).

МРТ с перфузионно-взвешенными изображениями

На данный момент МРТ с перфузионно-взвешенными изображениями состоит из трёх последовательностей: динамически чувствительного контрастирования – dynamic susceptibility contrast (DSC), МРТ с динамическим контрастным усилением – dynamic contrastenhanced (DCE), МРТ-последовательности с мечением артериальных спинов – arterial spin labeling (ASL). Первая методика основывается на изучении серии изображений в Т2-режиме, которые получаются при прохождении болюса контрастного вещества через ткань головного мозга (ГМ). Чем большее количество сосудов имеется в исследуемой области ГМ, тем быстрее будет достигаться пик концентрации контраста. Например, злокачественные опухоли, которые хорошо снабжаются кровью, будут иметь соответственно более высокие значения пиков концентрации, чем нормальная ткань. Демиелинизирущие же поражения ГМ дают низкий пик концентрации в связи с обедненным кровообращением.

Вторая методика позволяет оценить в Т1-ВИ ассимиляцию гадолиниевого контраста в межклеточном веществе. Согласно данным статьи, эта методика на сегодняшний день не является широко распространенной в связи со сложностью сбора и анализа полученных данных. Наконец, третий метод позволяет количественно оценить кровоток в тканях ГМ, не применяя при этом контрастирование. Кроме этого, последовательность с использованием меченых артериальных спинов является относительно быстрой и позволяет оценить состояние всего мозга (рис. 1).

Магнитно-резонансная спектроскопия (МРС)

Такой метод является следующим уровнем диагностики заболеваний ГМ. Суть его состоит в определении количества в исследуемых тканях определенных медиаторов, которые выявляются с помощью специальных режимов при проведении исследования на современных МР-томографах. При этом можно выявлять концентрацию следующих веществ: N-ацетилхолин, холин, креатин, миоинозитол и т.д. Сравнивая полученные данные об уровнях вышеуказанных медиаторов в норме и на МРС-сканах, возможно отличить нормальные ткани от патологически изменённых. Кроме абсолютных цифр используются и соотношение значений различных медиаторов. Из наиболее важных можно отметить соотношение уровней холин-N-ацетилхолин и холин-креатин. С помощью анализа полученных взаимоотношений таких индексов возможно оценить степень злокачественности найденной опухоли (рис. 4).

Диффузионно-тензорная визуализация (ДТВ)

Диффузионно-тензорная визуализация (Diffusion Tensor Imaging DTI), или МР-трактография — специальная методика оценки состояния проводящих путей головного мозга. Как мы знаем, в организме вообще, а в головном мозге в частости, постоянно происходит диффузия молекул воды. При отсутствии препятствий они свободно перемещаются в любом направлении – так называемая свободная диффузия. Если же передвижение молекул ограничить в каком-либо направлении, то вода будет двигаться туда, где есть возможность (природа пустоты не любит). В головном мозге миелиновые мембраны нервных волокон являются гидрофобными, поэтому молекулы воды двигаются вдоль них. Вычисляя количество молекул воды и вектор (тензор) их перемещения в трёхмерном пространстве можно точно «увидеть», проводящие пути ГМ. Компьютерная программа закрашивает нужные тракты в определенные цвета и оператор на экране может чётко видеть их расположение и зависимость от влияния опухоли: деформацию, прерывание и т.д. (рис 5). Становится ясно, что такой метод очень ценен в точном определении влияния опухоли на головной мозг. Кроме того, МР-трактография позволяет лучше спланировать объем оперативного вмешательства и возможные осложнения, связанные с повреждением путей нервных волокон. Вместе с тем, авторы статьи отмечают, что есть одна особенность, которая не даёт на данный момент широко использовать эту методику. Речь идет о так называемой проблеме пересекающихся волокон (crossing fiber problem). Суть её состоит в том, что один тензор дает возможность оценить только одно волокно, расположенное в вокселе. Однако, по данным статьи, около 90% всех вокселей белого вещества ГМ имеют несколько волокон. Мало того, эти волокна далеко не всегда идут в одном направлении. Они могут пересекаться друг с другом под разными углами, образовывать петли и более сложные фигуры. Таким образом, провести точную оценку проводящих путей не представляется возможным. На данный момент проблема пересекающихся волокон находится в стадии решения, поэтому МР трактография выступает в качестве вспомогательного метода при диагностике опухолей и планирования их оперативного лечения.

Функциональная МРТ (ФМРТ)

Этот метод основан на физиологических особенностях нервной ткани. Как известно, основным источником энергии для нейронов является глюкоза, которая должна подаваться к клеткам мозга постоянно, а при активации деятельности нейронов, количество потребляемой глюкозы резко возрастает, что приводит к необходимости усилить кровоток в той области, нуждающейся в дополнительной энергии. Кроме этого, для окисления молекул глюкозы необходимо достаточное количество кислорода, переносимого гемоглобином. Во время окислительного процесса гемоглобин отдает атом кислорода, меняя таким образом свои магнитные свойства, что и может быть зафиксировано при проведении ФМРТ. Таким образом можно «увидеть» повышенный кровоток в определенной области головного мозга, измеряя соотношение окси- и дезоксигемоглобина с помощью специального типа сигнала, зависящего от уровня кислорода в крови- blood oxygen level dependent (BOLD). Были созданы карты коры головного мозга, которые показывают её функциональную активность при отсутствии каких-либо действий со стороны объекта исследования (рис. 6). В дальнейшем, сравнивая карты коры в состоянии покоя и при определенных движениях (так называемые «задачные» ФМРТ) можно понять, какие зоны ГМ ответственны за слух, зрение, обоняние, движение и т.д. Используя этот метод можно предугадать и уменьшить возможные отрицательные функциональные последствия, которые могут возникнуть после проведения оперативного вмешательства. Эта методика исследования не является на данный момент рутинной, но имеет огромную перспективу в будущем.

МРТ при оценке эффективности лечения

Данный раздел статьи достаточно объёмный и включает в себя не только информацию по диагностике, но и основные принципы лечения различных видов опухолей. Мы рекомендуем для более полного ознакомления с вышеуказанными данными перейти по ссылке, расположенной в начале обзора, к оригиналу статьи. Ниже мы предоставим, по нашему мнению, основные интересные моменты, касающиеся оценки ответа опухоли на лечение, а также признаки псевдопрогрессирования и псевдоответа. Авторы отмечают, что правильная оценка эффективности терапии достаточно сложна и должна проводиться комплексно с обязательным использованием контрастных методик и анализом архивных сканов. Такой подход связан с тем, что спектр возможных изменений широк и может затрагивать временные рамки от нескольких недель до нескольких лет после окончания терапии. Кроме этого, сама терапия опухоли может как маскировать её прогрессирование, так и имитировать ухудшение ситуации. Основные признаки, представленные в статье, которые должны вызвать настороженность в плане ухудшения состояния, следующие:

Контрастирование участков ГМ в отдалении от удалённого первичного очага. При этом обращает на себя внимание тот факт, что рядом с удаленной опухолью возможно наличие небольших очагов пониженной диффузии, которые характеризуют отмершие части опухоли или ишемически измененной ткани ГМ. Такая картина не свидетельствует о прогрессировании заболевания.
Вовлечение коры при расположении первичной опухоли в серединных структурах.
Сочетание аномального сигнала в режиме T2/FLAIR с понижением диффузии.
Сочетание аномального сигнала в режиме T2/FLAIR с повышение перфузии.
Увеличение степени накопления контраста и увеличение аномального сигнала при исследовании без контраста.

Псевдопрогрессирование

Иллюзорное ухудшение МРТ-картины, связанное с отёком вещества ГМ, который возникает после проведения химиотерапии и (или) лучевой терапии называется псевдопрогрессированием. Основными признаками являются нарастание степени накопления контрастного вещества и отёка тканей ГМ. По данным авторов, такая ситуация встречается в 30% случаев глиом с высоким уровнем злокачественности. Для дифференциальной диагностики необходимо провести отсроченное МРТ-исследование. Согласно критериям оценки ответа в нейроонкологии (Response Assessment in Neuro-Oncology (RANO) об истинной прогрессии идет речь, если в течение 12 недель после окончания лучевой терапии появляются новые участки патологического сигнала вне зоны облучения или же есть гистопатологическое подтверждение роста опухоли. Поскольку неверная трактовка псевдопрогрессирования может приводить к дополнительным оперативным вмешательствам или неоправданному применению лучевой терапии, авторы статьи рекомендуют в обязательном порядке проводить исследование с контрастированием как перед лечением опухоли, так и после него.

Псевдоответ

Псевдоответ – ложное снижение контрастирования опухоли при лечении химиопрепаратами. Чаще всего встречается при рецидиве глиобластомы. Согласно критериям RANO, при использовании T2 и FLAIR режимов псевдоответом считается снижение степени контрастирования более чем на 50% без уменьшения размеров неконтрастированной части опухоли. Если речь идёт об истинном ответе на терапию, то снижение контрастирования новообразования должно отмечаться при исследовании, проведенном позже, чем через 4 недели после окончания лечения.

Отдаленные осложнения лечения

Авторы выделяют несколько основных осложнений после лучевой и (или) химиотерапии: демиелинизация, глиоз, поражения сосудов, лейкоэнцефалопатия, развитие приступов головной боли, которые сочетаются с неврологическим дефицитом, возникновение вторичных опухолей, которые ассоциированы с лучевой терапией и сопровождаются кровоизлияниями.

Выводы

Как мы видим, метод МРТ совершил большой скачок со времени своего первого применения. Постоянно появляются новые методики в исследовании ГМ, которые открывают всё новые возможности как для первично диагностики опухолей, так и для оценки постоперационного состояния пациентов. Для полного ознакомления с обзорной статьёй рекомендуем пройти по ссылке, расположенной в начале нашего обзора. В оригинале имеется значительное количество иллюстративного материала, который позволит получить гораздо больше информации при ознакомлении с материалом.

Рисунок 1. Диффузная астроцитома. Предоперационные МРТ-сканы трёх пациентов, включая аксиальные Т1-взвешенные постконтрастные изображения (A, E, I), аксиальные сканы FLAIR (B, F, J), аксиальные ДВИ (C, G, K) и аксиальные изображения с применением ASL-последовательности (D, H, L). 52-летний мужчина с жалобами на головную боль и дислексические проявления. На МРТ определяется наличие участка с пониженным сигналом в левой височной области (А), который становится гиперденсным при использовании FLAIR (В), не имеет уменьшения диффузии (С) и усиленного церебрального кровотока (D) – диффузная астроцитома. МРТ 27-летнего мужчины. В правой части лобной доли участок снижения сигнала с незначительным усилением внутри него (E), гиперденсен при использовании FLAIR (F), патологический участок без признаков снижения диффузии (G), и повышенным церебральным кровотоком (H)-анапластическая астроцитома. МРТ 76-летнего мужчины с клиникой апоплексического удара. Отмечается на МРТ без контрастного усиления в левой височной области наличие участка гетерогенного сигнала (I), который при применении FLAIR окружен гиперденсным ободком (J), имеет очаги снижения диффузии (K) и повышение церебрального кровотока (L)-глиобластома.