Метод диффузионно-тензорной МРТ (ДТ МРТ), используемый при построении модели проводящих путей (МПП, «трактограммы»), первыми описали P. Basser и соавт. в 1994 г. [1]. Его широкое применение в нейрохирургии началось с работы C. Nimsky и соавт. [2], выполнивших совмещение трактографии с навигацией. В клинической практике метод применяют для планирования хирургических вмешательств, а также для интраоперационной оценки взаиморасположения объемных образований, внутримозговых гематом и сосудистых мальформаций с подкорковыми проводящими путями [3]. Ее совместное применение с функциональной МРТ (фМРТ) и транскраниальной магнитной стимуляцией (ТМС) является основой для развития функциональной нейронавигации. Методы активно дополняют друг друга. С одной стороны, знание о расположении корковых центров мозга облегчает построение субкортикальных трактов [4]. С другой стороны, проводящие пути белого вещества прогнозируют локализацию функционально значимых зон [5].

Помимо хирургической практики, трактографию применяют в анатомических исследованиях. С ее помощью были открыты новые ассоциативные и комиссуральные проводящие пути, что было невозможно обнаружить лишь при диссекции полушарий мозга [6].

Принцип метода ДТ МРТ

Для построения МПП используют ДТ МРТ. Этот метод основан на анизотропии диффузии молекул воды по аксонам нейронов. Диффузия воды вдоль аксонов превышает ее диффузию поперек. После наложения магнитного градиента во множественных направлениях формируется диффузионный тензор. Он представляет собой математическую матрицу, содержащую показатели максимальной диффузии для каждого вокселя, что соответствует направлению аксонов в этом участке [7].

Построение модели проводящих путей на основании ДТ МРТ

Для построения МПП необходимо определить следующие параметры: координаты, длину, изгиб проводящих путей и порог анизотропии. Для построения нужного проводящего пути обычно выбирают 2 точки, через которые он должен пройти. Использование лишь одной координаты возможно, но менее надежно. Данные точки называются зонами интереса (region of interest, ROI). Диаметр ROI устанавливают в 12 мм. Эти области чаще выбирают по анатомическим ориентирам. Неточное расположение ROI часто не приводит к ошибке построения. Главное, чтобы они были помещены по ходу проводящего пути [8]. Несмотря на понятный алгоритм построения подкорковых трактов, этот процесс занимает длительное время. Процесс сегментации пирамидного пути, опухоли и прецентральной извилины вручную длится 1,5—2 ч [9]. Для ускорения работы A. Golby и соавт. [10, 11] предложили компьютерную программу, позволяющую выполнять интерактивное отображение нужных подкорковых трактов с задержкой всего около 1 с. Программа получила название 3D Slicer.

Вместо анатомических ориентиров для определения зоны интереса можно использовать данные ТМС или фМРТ. M. Forster и соавт. [4] сравнили точность построения пирамидного пути при трактографии, построенного по данным ТМС и анатомическим ориентирам. Сравнивая полученные данные у 14 больных с результатами нейростимуляции, авторы пришли к выводу, что данные ТМС позволяют более точно построить кортикоспинальный путь как для руки, так и для ноги. Отображаемые при помощи ТМС подкорковые тракты являются более компактными, что свидетельствует о включении в их состав только волокон от функционально значимых зон. Трактография с применением ТМС обладает большей воспроизводимостью [12]. Применение трактографии на основании ТМС позволяет разграничить кортикоспинальный и кортиконуклеарный пути, что трудноосуществимо при их построении только лишь по анатомическим данным [13]. Опухоль, перифокальный отек и эффект пластичности вызывают смещение функционально значимых центров головного мозга [9, 14]. ТМС позволяет обнаружить такое смещение и более точно построить нужный проводящий путь [12, 14].

В то же время при больших опухолях ТМС может выявить не все зоны моторного центра и, следовательно, при трактографии будут отображены не все проводящие волокна пирамидного пути [12]. По данным T. Munnich и соавт. [15], трактография по анатомическим данным с указанием прецентральной извилины оказалась точнее, чем при использовании ТМС и фМРТ. Для увеличения точности метода исследователи советуют при выборе зоны интереса увеличивать размер точек ТМС на 1 мм и дополнять их расположение анатомическими данными. Причиной неточности трактографии на основании ТМС может стать низкая специфичность магнитной стимуляции [16].

Еще одним способом построения подкорковых проводящих путей является метод определения объема интереса (VOI, volume of interest). Для этого в головном мозге выделяют параллелепипед, в котором точно проходит нужный проводящий пучок. Сужая размеры выбранной зоны, достигают обрезания всех ненужных рядом проходящих подкорковых путей. В случае необходимости лишние тракты можно удалить посредством построения дополнительного параллелепипеда отсечения. Данным методом лучше пользоваться, если неизвестно точное расположение мест, через которые проходит нужный проводящий путь [17].

Результат трактографии зависит от порога анизотропии. В норме волокна проводящих путей расположены параллельно друг другу, в связи с чем этот показатель высокий. При нарушении параллельного хода вследствие любой причины происходит его снижение [18]. Порог анизотропии выставляют в диапазоне от 0,1 до 0,3. При более высоких показателях уменьшается чувствительность метода, но повышается специфичность, т.е. снижается шум. Установка порога анизотропии <0,1 позволяет лоцировать очень тонкие ассоциативные пучки, а значение >0,6 подходит лишь для толстых путей, таких как пирамидный. Обычно показатель фракционной анизотропии устанавливают в 0,3 [17]. При наличии опухоли рядом с предполагаемым проводящим путем его уменьшают до 0,15—0,2 [8, 19, 20].

Инфильтрация опухолью и наличие перифокального отека в зоне пучка аксонов повышают диффузию, снижают фракционную анизотропию, вызывают их истончение вплоть до полного исчезновения. Это можно обнаружить, сравнив с аналогичным трактом противоположной стороны. Примечательно, что после удаления опухоли часто происходит восстановление нормальных размеров проводящих путей, что позволяет прогнозировать хороший функциональный исход [8, 20—22].

При невозможности визуализации тракта рядом с опухолью выполняют его построение на противоположной стороне и используют в качестве ориентира [8].

У больных со смещенными и инфильтрированными проводящими путями чаще развивается неврологический дефицит до операции и происходит его нарастание после нее. Смещенные и инфильтрированные тракты чаще наблюдают при злокачественных глиомах и метастазах [23].

K. Abhinav и соавт. [24] изучили влияние порога анизотропии на исходы у больных с глубинными каверномами (ствол мозга и подкорковые ядра). По их данным, деструкция проводящего пути чаще приводит к снижению порога анизотропии и неврологическому дефициту, чем его смещение. При разрушении пирамидного тракта порог анизотропии в среднем уменьшается на 9%, а очаговые неврологические симптомы возникают в 83% случаев. При смещенном пути порог анизотропии падает на 5%, а двигательные расстройства формируются лишь в 13% случаев. При визуально нормальном тракте этот показатель снижается на 3%. При более высоких показателях порога анизотропии при построении кортикоспинального пути реже возникают двигательные нарушения до и после операции. Характерна зависимость: при повышении порога на 0,07 мышечная сила нарастает на 1 балл. Наиболее выражена эта зависимость для дистального отдела пирамидного пути, где плотность волокон выше. Интраоперационная декомпрессия проводящих путей приводит к увеличению порога анизотропии в среднем на 5% [24].

Схожие результаты получили H. Yoshioka и соавт. [18], установившие, что при более высоких показателях порога анизотропии при построении пирамидного пути наблюдаются лучшие функциональные исходы при геморрагическом инсульте.

Другим показателем необходимым для построения МПП является минимальная длина проводящего пути. Она выставляется примерно в зависимости от того, какой путь необходимо лоцировать. В среднем данный показатель устанавливают в 40—50 мм. Установка длины в 20 мм чревата шумами. При длине >40 мм можно пропустить более короткие подкорковые пучки, но большая длина позволяет быстрее построить длинные проекционные проводящие пути [8, 17]. Для обнаружения пирамидного пути ее устанавливают в диапазоне 80—100 мм. Но нужно помнить, что построение проводящих путей носит усредненный характер. Так, волокна пирамидного пути в области лучистого венца имеют веерообразную форму, а трактография показывает лишь их общее направление [21]. Максимальное значение изгиба проводящих путей устанавливают в 90° [8].

Трактография различных проводящих путей

Наиболее развернутые работы по описанию способов построения подкорковых трактов принадлежат L. Fekonja и соавт. и F. Vassal и соавт. [8, 20]. Приведем наиболее часто встречающиеся.

Для построения модели пирамидного пути в качестве ROI указывают прецентральную извилину и ножку мозга [25]. Указание ножки мозга в качестве зоны интереса вместо внутренней капсулы и пирамид продолговатого мозга позволяет четко разграничить кортикоспинальный путь от рядом проходящих чувствительных пучков. Однако в этом случае технически сложно разграничить между собой пирамидные волокна от руки, ноги и других участков тела [26].

ROI желательно располагать вне зоны опухоли, так как опухолевый отек снижает точность построения. При глиоме корковой локализации ROI устанавливают в ножку мозга и внутреннюю капсулу. При опухоли подкорковых ядер его следует расположить в ножке мозга и прецентральной извилине [27].

Предоперационная визуализация речевых зон мозга особенно актуальна при невозможности хирургии в сознании. В такой ситуации ТМС и трактография являются единственными способами обнаружения речевых корковых центров и подкорковых проводящих путей. Их применение позволяет снизить развитие послеоперационных вербальных нарушений с 44 до 6% [28].

Речевые проводящие пути сложнее лоцировать при трактографии из-за их узости и извитости некоторых путей. Сдавление опухолью дополнительно затрудняет этот процесс. Снижение порога анизотропии до 0,01 облегчает использование метода [29].

Трактография зрительной лучистости является оптимальным методом контроля при резекции опухолей затылочной доли, не прорастающих корковый зрительный центр. Безопасной является дистанция 5 мм от подкорковых трактов до места резекции. Но требуется постоянное обновление навигационных данных из-за смещения мозга, что оптимально выполнимо при интраоперационной МРТ. Также следует избегать сдавления проводящих путей при внутриопухолевой декомпрессии и диссекции ее краев. В случае необходимости допустимо оставить неудаленной часть новообразования. Такой способ приводит к улучшению зрения после операции в 11% и лишь в 8% — к ухудшению. При внемозговых опухолях можно добиться полного отсутствия нарастания неврологических дисфункций после хирургического вмешательства [30].

При построении модели зрительной лучистости нужно помнить о ее близком расположении с латерально идущим нижним лобно-затылочным и медиально расположенным височно-теменно-затылочно-мостовым пучками. Метод ДТ МРТ устанавливает лишь одно направление проводящих путей в определенном объеме ткани мозга, в результате чего переплетение волокон разных проводящих путей может вызвать ошибки при трактографии. Реальная зрительная лучистость может оказаться тоньше при ее правильном разграничении с рядом расположенными проводящими путями. Ключевым фактором, облегчающим дифференцировку, является то, что лишь зрительная лучистость проходит через латеральное коленчатое ядро.

Расположение петли Мейера может быть вариабельно. Зрительная лучистость иногда может иметь прямолинейный ход, вообще не образуя этой петли. Визуализация ее переднего края важна при операциях на задних отделах височной доли. Крючковидный пучок проходит непосредственно кпереди от петли Мейера, поэтому его обнаружение может стать ориентиром для косвенного определения этой части зрительного пути [31].

При трактографии можно визуализировать не только проводящие пути, но и черепные нервы. Это помогает планировать операцию при менингиомах и шванномах, растущих рядом с нервами, обычно при опухолях мостомозжечкового угла. Проходящие параллельно нервы не всегда бывает просто отличить друг от друга. Обычно удается обнаружить лицевой нерв. Для построения преддверно-улиткового нерва повышают порог анизотропии [32].

Преимущества трактографии

Главным преимуществом трактографии является возможность предоперационной оценки взаиморасположения объемного образования и проводящих путей. Расстояние между ними во многом определяет не только радикальность операции, но и тактику лечения больного. E. Meyer и соавт. [3] на основании 60 наблюдений (54 глиомы) выявили, что с уменьшением расстояния между опухолью и верхним продольным пучком возрастает частота новых речевых нарушений после операции. Похожую, но недостоверную зависимость авторы получили при исследовании пирамидного пути. Близость же поясного пучка не влияла на послеоперационный неврологический статус. Порогом между безопасной резекцией и хирургией с возможностью осложнений явился 1 см. Но он оказался применим только для верхнего продольного пучка. При расположении опухоли далее 1 см от верхнего продольного пучка после операции у 41% больных все же нарастали неврологические нарушения. Авторы связывают это с возможностью повреждения корковых речевых центров, которые не учитывали в работе. Нарастание неврологических нарушений не зависело от размеров опухоли и степени ее злокачественности [3].

Расчет безопасного расстояния резекции для всех основных проводящих путей перед операцией может улучшить ее функциональные исходы, а также определить показания для применения прямой подкорковой стимуляции и хирургии в сознании.

Трактография позволяет оценить состояние проводящих путей, что уточняет хирургическую тактику и прогноз восстановления после операции. При злокачественных опухолях интенсивная пролиферация клеточных мембран и зона некроза вызывают разрушение подкорковых трактов. Их плотность в глиобластомах ниже, чем в нормальном мозге, диффузных и анапластических астроцитомах. Часто внутри глиобластом проводящие пути отсутствуют. Зона перифокального отека оттесняет эти волокна. Доброкачественные глиомы смещают проводящие пути. Каверномы с разрывом вызывают их прерывание, мальформации без кровоизлияния — дислокацию [33, 34].

Визуальное пространственное представление о прохождении пирамидного пути при трактографии облегчает пространственную ориентацию, указывает направление для подкорковой стимуляции и позволяет уменьшить расстояние между зоной резекции и пирамидным пучком до 5 мм. Это повышает радикальность резекции с сохранением хороших функциональных исходов. Снижение стимулирующего тока уменьшает вероятность интраоперационных судорог. Небольшие размеры трепанационного дефекта и постоянное сопоставление данных навигации с поверхностными анатомическими ориентирами позволяют решить проблему смещения мозга и сохранить точность трактографии [13, 27, 28, 35].

K. Kamada и соавт. [26] в серии из 30 больных сравнили возможности разных методов диагностики в обнаружении первичного двигательного центра. Согласно их данным, только трактография позволила точно выявить первичную моторную кору у всех 30 больных, что было подтверждено на операции при фазово-реверсивных соматосенсорных вызванных потенциалах. Для сравнения, при магнитоэнцефалографии это удалось сделать в 96% случаев, а при фМРТ — лишь в 73%. Помимо высокой информативности, преимущество трактографии в том, что пациенту не нужно выполнять задания, т.е. метод может применяться у больных с парезами и деменцией.

J. Wu и соавт. [36] в рандомизированном исследовании сравнили результаты удаления глиом рядом с пирамидным трактом с применением трактографии и без нее. При резекции злокачественных опухолей применение трактографии позволило увеличить радикальность операции с 33 до 74% и снизить количество неврологических осложнений с 32 до 15%. Это привело к лучшему исходу (86 баллов по шкале Карновского против 74 баллов) и большей выживаемости (21 мес против 14 мес). При доброкачественных глиомах применение трактографии не имело достоверных преимуществ.

фМРТ и ТМС облегчают построение МПП. Но возможно и наоборот: определять значимые центры по результатам расположения проводящих путей. Это показали L. Stieglitz и соавт. [5], выполняя трактографию 13 больным с опухолями речевой зоны. Построив аркуатный пучок, по его краям определяли расположение центров Брока и Вернике. Для проверки точности полученных данных 5 больным выполняли фМРТ, у остальных оценивали хирургические исходы. Во всех наблюдениях данные трактографии совпали с фМРТ. У 11 (85%) человек речевые нарушения не наросли после операции, что косвенно свидетельствует о правильности метода.

Применение трактографии без нейростимуляции при удалении опухолей рядом с речевыми зонами приводит к хорошим функциональным исходам. По данным D. Kuhnt и соавт. [37], у 72% пациентов не происходит нарастания речевых нарушений, у 19% — наблюдают временные расстройства и лишь у 12% — стойкие. Поэтому данный метод может быть альтернативой при невозможности хирургии в сознании. Хотя тотальную резекцию в этой работе удалось достичь лишь в 41% наблюдений.

Причины неточности трактографии

ДТ МРТ выявляет лишь анатомическое расположение аксонов, но не их функциональную значимость. Трактография не позволяет визуализировать пересекающиеся проводящие пути, а также корковые и подкорковые терминальные участки проводящих путей [7]. Обе последние проблемы могут быть решены с применением новой методики — трактографии высокого разрешения (high definition), построенной на основании диффузионно-спектральной МРТ (diffusion spectrum imaging). Правильная оценка направления проводящих путей в месте их пересечения позволяет избежать ошибок при трактографии. А визуализация самых дистальных подкорковых отделов проводящих путей на границе с корой дает возможность определить корковые функционально значимые зоны без применения фМРТ или ТМС. Это особенно актуально у детей и при невозможности пациента выполнять задания. Однако на сегодняшний день этот метод пока не получил широкого клинического применения [33, 38]. Другим способом решить проблему пересекающихся проводящих путей и визуализации их терминальных отделов является применение метода ограниченной сферической раскрутки (constrained spherical deconvolution). Он использует данные HARDI (high angular resolution diffusion-weighted imaging) для оценки распределения проводящих путей в каждом вокселе, независимо от количества проходящих рядом нервных пучков [39].

Трактография на основании ДТ МРТ может оказаться неточной при построении изогнутых проводящих путей (например, аркуатного пучка), а в зоне значимого отека вокруг опухоли может не обнаружить подкорковые пути. Для решения этой проблемы был предложен алгоритм построения МПП под названием HARDI-CS (with compressed sensing). Указанный алгоритм позволяет хорошо визуализировать проводящие пути данных сложных локализаций, однако требует в 6 раз больше времени для реализации, в связи с чем не может быть применен для интраоперационной трактографии и пока не поддерживается большинством навигационных систем [40].

Одной из причин потери точности трактографии является смещение головного мозга. Интересно, что, если одновременно происходит одинаковое смещение и опухоли, и рядом расположенных проводящих путей, то расположение последних можно определить, отсчитав нужное расстояние от границы видимой опухоли. А это расстояние в свою очередь можно определить по данным предоперационной трактографии. Насколько правомочен такой подход, постарались ответить T. Shahar и соавт. [19]. В своей работе (45 наблюдений) авторы сравнили расстояние от опухоли до пирамидного пути по данным предоперационной и интраоперационной трактографии. Выявили, что при опухолях, накапливающих контраст (глиобластомы, анапластические астроцитомы, метастазы), это расстояние за время операции изменяется в среднем на 3,9 мм, а при опухолях, не накапливающих контраст (диффузные астроцитомы и часть анапластических астроцитом), — лишь на 0,2 мм. Такая дистанция зависела лишь от накопления опухолью контраста и не зависела от типа опухоли, ее размеров и расстояния до пирамидного тракта. При опухолях, не накапливающих контраст, это расстояние изменяется не более 0,5 мм с чувствительностью 100% и специфичностью 75%. Таким образом, при таких новообразованиях расположение пирамидного пути на операции можно определить на основании предоперационной трактографии, отсчитав смещение от границы опухоли. Для глиом, накапливающих контраст, необходимо применение интраоперационных методов верификации проводящих путей (интраоперационная ДТ МРТ, подкорковая стимуляция).

К неврологическим нарушениям может привести не только прямое повреждение проводящих путей, но и их ишемия вследствие коагуляции питающих артерий, что невозможно предвидеть при трактографии [36].

Сравнение результатов трактографии и подкорковой стимуляции

Чувствительность трактографии в выявлении пирамидного пути составляет 89—100%, специфичность — 56—93%, положительная прогностическая ценность — 67%, отрицательная прогностическая ценность — 83%, точность — 72% [27, 35, 41]. Ее чувствительность в обнаружении верхнего продольного пучка равна 97% при специфичности 91%. При визуализации нижнего лобно-затылочного пучка чувствительность метода достигает 100% при специфичности 82% [35].

При расположении опухоли на расстоянии >20 мм от кортикоспинального пути удалять опухоль безопасно без нейростимуляции. Но важно помнить, что не все опухоли имеют четкие границы. Вероятность повреждения пирамидного пути экспоненциально возрастает при уменьшении расстояния между ним и опухолью [41].

S. Ostry и соавт. [42] сравнили результаты интраоперационной трактографии с результатами стимуляции подкорковых проводящих путей. Интраоперационную МРТ выполняли на аппарате с индукцией магнитного поля 3,0 Тл, но у 36% больных интраоперационная трактография оказалась малоинформативной. У оставшихся больных расположение пирамидного пути, по данным интраоперационной трактографии, отличалось от данных подкорковой стимуляции от –4,5 до 56 мм (в среднем 15 мм). Сходные различия авторы получили и при сравнении интраоперационной стимуляции с предоперационными данными: различия от –5,5 до 52,9 мм (в среднем 13 мм). Такие значимые несовпадения могли быть обусловлены смещением мозга во время операции. Ведь даже при выполнении интраоперационной МРТ хирург получает данные о расположении проводящих путей лишь в конкретный момент времени, а сдвиг мозга происходит постоянно. Интраоперационная МРТ не подходит для мониторинга смещения мозга в режиме реального времени, а интраоперационная трактография не может заменить нейрофизиологический мониторинг.

Похожую работу по сравнению результатов интраоперационной трактографии с подкорковой стимуляцией в исследовании из 20 наблюдений провели S. Javadi и соавт. [21]. Средняя величина несоответствия расположения пирамидного пучка по данным интраоперационной трактографии и подкорковой электростимуляции составила 2,8 мм при средней силе стимулирующего тока в 9,3 мА. Данные трактографии совпали с результатами подкорковой стимуляции в 86% случаев. У ²/₃ больных с несовпадением результатов трактографии и нейромониторинга выявлено прорастание глиомой пирамидного пути. Чувствительность трактографии составила 100%, специфичность — 82%, положительная прогностическая ценность — 78%, отрицательная — 100%. Трактография облегчает нейромониторинг, указывая на примерное расположение проводящих путей. Это сокращает время, потраченное на подкорковую стимуляцию, и снижает вероятность судорог.

Совпадение данных трактографии с результатами подкорковой стимуляции в пределах 6 мм для речевых проводящих путей (дугообразный, нижний затылочно-лобный, премоторные) составляет 81% [29].

Вероятностный метод трактографии является более чувствительным и точным в построении пирамидного тракта, чем детерминированный. При сравнении с результатами подкорковой стимуляции среднее расстояние до кортикоспинального пути при вероятностном методе составляет 6,5 мм, а при детерминированном — 7,2 мм. Но оба метода имеют невысокую чувствительность в построении дистальных отделов кортикоспинального пути, хотя она и выше у вероятностного алгоритма (52% против 29%) [43].

Сравнение результатов трактографии и гистологического исследования

H. Leroy и соавт. [44] сравнили точность трактографии в обнаружении разрывов проводящих путей с результатами гистологического исследования. На основании 11 блок-резекций разных глиом авторы установили, что чувствительность трактографии составила 89%, специфичность — 90%, положительная прогностическая ценность — 80%, отрицательная — 95%. Трактография правильно показывала направление подкорковых трактов в 90% наблюдений. Деструкция проводящих путей возникала чаще при более злокачественных глиомах. При глиобластомах повреждение проводников выявили в 46% случаев, при доброкачественных астроцитомах — в 20%, при олигодендроглиомах — лишь в 10%. Данные о разрушении подкорковых трактов позволяют прогнозировать послеоперационный исход. При их сохранности существует высокий риск ятрогенного повреждения и стойких неврологических нарушений, тогда как при уже случившейся деструкции хирургические манипуляции в этой зоне обычно не приводят к дальнейшему ухудшению состояния.

Заключение

Трактография занимает весомое место в диагностическом арсенале нейрохирурга. Ее применение в функциональной навигации облегчает нейромониторинг. Единичные работы по использованию трактографии без нейрофизиологического контроля при удалении опухолей рядом с важными проводящими путями обнадеживают. Такой способ визуализации речевых структур мог бы стать альтернативой при невозможности хирургии в сознании. Но это осуществимо лишь при отсутствии грубого смещения мозга или возможности его интраоперационной коррекции. В противном случае нейростимуляция остается незаменимой. Четкое определение критериев применения трактографии и нейромониторинга с учетом расстояния до функционально значимых трактов и возможность прогнозировать сдвиг мозга могли бы уменьшить продолжительность операции с сохранением хороших функциональных исходов.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.