Горлачев Г.Е.

ФГБУ "НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко" РАМН, Москва

Голанов А.В.

ФГБУ "НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко" РАМН, Москва

Маряшев С.А.

ФГБУ "НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко" РАМН, Москва

Трунин Ю.Ю.

ФГБНУ «НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко» РАН, Москва

Антипина Н.А.

ФГБУ "НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко" РАМН, Москва

Яковлев С.Б.

ФГАУ «Научный медицинский исследовательский центр им. академика Н.Н. Бурденко» Минздрава России, Москва, Россия

Элиава Ш.Ш.

НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко РАМН, Москва

Первый опыт применения радиохирургического аппарата КиберНож для лечения артериовенозных мальформаций

Журнал: Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2012;76(1): 46-53

Просмотров : 104

Загрузок :

Как цитировать

Горлачев Г. Е., Голанов А. В., Маряшев С. А., Трунин Ю. Ю., Антипина Н. А., Яковлев С. Б., Элиава Ш. Ш. Первый опыт применения радиохирургического аппарата КиберНож для лечения артериовенозных мальформаций. Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2012;76(1):46-53.
Gorlachev G E, Golanov A V, Mariashev S A, Trunin Yu Yu, Antipina N A, Yakovlev S B, Éliava Sh Sh. First experience of radiosurgical treatment of arteriovenous malformations using CyberKnife. Zhurnal Voprosy Neirokhirurgii Imeni N.N. Burdenko. 2012;76(1):46-53.

Авторы:

Горлачев Г.Е.

ФГБУ "НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко" РАМН, Москва

Все авторы (7)

Артериовенозные мальформации (АВМ) — врожденные аномалии сосудов головного мозга. Они представляют собой различной формы и величины клубки, образованные вследствие беспорядочного переплетения патологических сосудов, в которых шунтируется кровь непосредственно из системы артериального кровообращения в венозную систему в обход капиллярной сети. Высокое давление и скорость потока в сосудах при АВМ в сочетании со слабосформированной стенкой шунтирующего сосуда повышают их склонность к разрыву и внутричерепному кровоизлиянию. Если АВМ у пациентов оставить без лечения, то возникает опасность повторного кровоизлияния. Частота повторных кровоизлияний составляет 15—20% в течение 1-го года после первого кровоизлияния. Существует несколько способов лечения АВМ в зависимости от размера, строения, локализации, клинических проявлений, а также от состояния и желания пациента.

Одним из таких методов лечения пациентов с АВМ является радиохирургия — относительно новое и стремительно развивающееся направление современной нейрохирургии. Сущность радиохирургического метода заключается в использовании стереотаксической техники для высокоточного облучения небольших интракраниальных мишеней узкими пучками ионизирующего излучения, создаваемыми внешними источниками.

Цель радиохирургии при лечении АВМ — облучить клубок мальформации так, чтобы достичь полной облитерации ее сосудов.

В апреле 2009 г. в Институте нейрохирургии начато стереотаксическое лучевое лечение на установке КиберНож. К этому времени в институте уже имелся пятилетний опыт лечения АВМ на установке Novalis. Несмотря на клиническую схожесть методов лечения на двух установках, имеет место существенное различие в технической реализации. При лечении на установке Novalis для определения мишени облучения используются изображения 2D ангиографии в специальном локалайзере. При лечении на установке КиберНож данные 2D ангиографии по техническим причинам использоваться не могут. Допускается только использование 3D ангиографии в виде заведомо низкого качества серии поперечных сечений. Оба подхода имеют серьезные недостатки [12]. Для решения этих проблем нами было разработано специальное программное обеспечение, позволяющее использовать диагностические 2D ангиографические данные в планировании облучения АВМ.

Материал и методы

Клинический опыт

Стереотаксический ускоритель КиберНож был инсталлирован в отделении радиологии и радиохирургии в мае 2009 г. С этого времени 121 пациенту (56 мужчин и 65 женщин в возрасте 13—70 лет (в среднем 36 лет) проведено облучение по поводу церебральных АВМ. Из них с декабря 2010 г. у 78 пациентов использовалась 2D ангиография в рамках разработанной системы. Исходная клиническая картина включала симптомы перенесенного кровоизлияния — у 81 (67%), эписиндром — у 43 (66%). Неврологическая симптоматика, обусловленная объемным воздействием АВМ, отмечалась у 39 (32%) пациентов.

До лечения 44 (36%) пациентам была выполнена частичная эмболизация стромы АВМ, что привело к уменьшению объема АВМ и частичной редукции кровотока.

С целью удаления гематомы после кровоизлияния и резекции самой АВМ 12 (10%) пациентам проведена частичная микрохирургическая резекция АВМ. Продолжительность динамического наблюдения составляла от 1 до 30 мес (в среднем 12 мес). У 12 пациентов отмечалось появление общемозговой симптоматики. У 2 пациентов имели место более значимые осложнения, в виде преходящих затруднений речи, арифметических расчетов и появления пирамидной симптоматики у пациента с АВМ левой лобно-височной области и в области зрительного бугра объемами 5,7 и 6,5 см3. При магнитно-резонансной томографии (МРТ) выявлены признаки индуцированного излучением отека вокруг мишеней.

Улучшение клинической картины у этих пациентов произошло сразу же после короткого (20 дней) курса введения кортикостероидов. На более поздних сроках динамического наблюдения результаты неврологического обследования у них были вполне удовлетворительными. До последнего момента динамического наблюдения не отмечалось развития геморрагических осложнений у леченых пациентов.

Что касается результатов тромбирования, то пока о них говорить преждевременно. Учитывая недавние сроки начала использования линейного ускорителя КиберНож, исследований эффективности облитерации АВМ с помощью церебральной ангиографии еще не проводилось.

Только планируется проведение контрольной ангиографии у наших пациентов. Пока проводятся динамические контрольные МРТ-исследования (рис. 1).

Рисунок 1. АВМ левой лобной области и мозолистого тела до и после облучения. а, б — церебральные ангиограммы до облучения; в, г — МРТ-ангиограммы через 10 мес после облучения. Сосудистая мальформация не визуализируется.

Технические аспекты

Классическая технология планирования облучения сосудистых патологий предполагает наличие прямой ангиографии в «локализационной коробке». Наличие последней необходимо для геометрической привязки рентгеновских изображений к системе координат компьютерно-томографического (КТ) исследования, по которому происходит дозиметрическое планирование лучевой терапии. Оконтуривание области патологии происходит сначала на двух ортогональных рентгеновских изображениях. Затем системой планирования на КТ-серии помечается объем находящихся в поле зрения контуров обеих рентгенограмм. С основной КТ-серией могут совмещаться изображения других модальностей, чаще всего МРТ. По совокупности томографических исследований окончательно уточняется объем мишени. Существенным недостатком организации планирования на установке Novalis является необходимость повторения сложного и опасного ангиографического исследования в фиксирующей раме, причем именно в день проведения радиохирургического лечения, и невозможность использования рентгеновской навигации во время облучения.

2D ангиография является «золотым» стандартом определения области сосудистой патологии. На установке КиберНож данная техника планирования тем не менее не поддерживается. Вместо нее предполагается использование 3D ангиографии. Фатальным недостатком такого подхода является низкая разрешающая способность и отсутствие детальной информации о движении контраста, т.е. распределение во времени. Всех этих недостатков лишена разработанная нами технология. Ее основой является специальное программное обеспечение с кодовым названием XNav, осуществляющее автоматическое совмещение рентгеновских изображений с КТ-серией подобно тому как это делается в системах рентгеновской навигации на установках для стереотаксической лучевой терапии. Созданное программное обеспечение поддерживает оконтуривание областей интереса как на ангиографических, так и на КТ-изображениях, т.е. заменяет функциональность оконтуривания систем дозиметрического планирования. Данная система имеет развитый интерфейс перекрестных изображений областей во всех сечениях по мере введения контуров в одном, что имеет важное значение для идентификации области патологии. По окончании оконтуривания КТ-серия и контуры областей интереса передаются в систему планирования в стандарте DICOM. С этого момента дозиметрическое планирование осуществляется без сосудистой специфики и возможна работа с любой системой, поддерживающей стандарт DICOM на уровне структур.

Автоматическое совмещение рентгеновских и КТ-изображений происходит следующим образом. Программа по серии томограмм рассчитывает цифровые рентгенограммы (DRR) в геометрии, в которой, как она предполагает было получено рентгеновское изображение. Затем она вычисляет меру совпадения двух изображений, меняет предполагаемую геометрию съемки и снова определяет меру совпадения. Так повторяется до получения максимального совпадения DRR и реального снимка. При изменении геометрии по определенному алгоритму варьируются 7 параметров геометрии съемки: 3 координаты положения пациента, 3 поворота и расстояние от рентгеновского источника до детектора, определяющего масштаб. Алгоритм варьирования параметров в математике называется методом оптимизации. В данном конкретном случае использовался стандартный симплекс метод.

Существенным вопросом является измерение степени совпадения изображений. В литературе популярны четыре меры совпадения, наиболее понятно описанные в статье [14]. После испытания всех четырех мер выбор пал на метод Pattern intensity, описываемый приведенной ниже формулой с указанными в ней параметрами. Выбор меры совпадения имеет принципиальное значение. Важно, чтобы мера была гладкой в окрестности правильного решения. В противном случае найти оптимум будет сложно или невозможно.

где σ =10 пикселям, а r=3 пикселям; Ifl — флюороскопическое изображение; IDRR — цифровая рентгенограмма; s — нормализационный параметр.

Учитывая опасность ошибочного лечения из-за погрешностей определения мишени, были проведены всесторонние испытания системы. Для этого и для обеспечения интерфейса к системам, не поддерживающим DICOM RTSTRUCT стандарт, дополнительно была реализована поддержка локалайзеров для установок Novalis и Гамма-нож. В результате появилась возможность наносить локализационные метки с КТ-серии на рентгеновские снимки и сравнивать их положение с истинными метками, присутствующими на ретроспективных изображениях мишеней у больных, получавших облучение по технологии локализационных коробок. Именно эти тесты являются основным доказательством точности работы всей системы. Пример сцены поддержки процесса локализации показан на рис. 2.

Рисунок 2. Иллюстрация процесса автоматической локализации, заключающегося в совмещении предопределенной геометрией локализационной коробки с ее изображением на КТ-серии.

В разработанной технологии процесс от подготовки до облучения выглядит следующим образом. По результатам прямой диагностической ангиографии и другим данным консилиум специалистов принимает решение о лучевом лечении. В отделении радиологии и радиохирургии больному в плановом порядке изготавливается фиксирующая маска для головы и проводится разметочная рентгеновская томография. Используется шаг сканирования 1,5 мм. КТ-изображения и рентгеновские изображения импортируются в программу XNav. Пользователь с помощью инструментальной панели управляет геометрией съемки и грубо совмещает изображения (рис. 3).

Рисунок 3. Процесс полуавтоматического совмещения ангиографических изображений с компьютерными томограммами. Сначала осуществляется грубая ручная подгонка с помощью инструментальной панели справа. Затем запускается процесс автоматического совмещения. На рисунке показан один из инструментов визуального анализа точности совпадения изображения, называемый шпионской лупой (Spy Glass).
Затем производится автоматическая подгонка. Важный этап — анализ ее результатов. В распоряжении пользователя имеются такие инструменты обзора совпадения, как управление прозрачностью, выбор цветовых схем и шпионская лупа (Spy Glass). После удовлетворительного совмещения управление переходит в сцену оконтуривания (рис. 4).
Рисунок 4. Процесс оконтуривания АВМ. Оконтуривание на одной рентгенограмме автоматически обновляет выделение области возможного нахождения объекта на комплементарной рентгенограмме и КТ-изображении. И наоборот, объекты, оконтуренные на КТ, проектируются на рентгеновские изображения. Помимо обеспечения локализации объекта данная техника является полезным инструментом нахождения области патологии.
В этой сцене имеется богатый набор инструментов изображения сабтракции, увеличения областей интереса, отображения вводимых объемов во всех возможных проекциях. По окончании оконтуривания исходная КТ-серия вместе со структурами передается на систему планирования. В системе планирования к КТ-серии добавляются МРТ-изображения и происходит окончательное редактирование объема мишени и критических структур. При этом сохраняется возможность использования всей диагностической информации. В частности, в системе планирования установки Novalis поддерживается трактография, позволяющая выделять и защищать функционально значимые зоны. Затем происходит моделирование облучения, его согласование со всеми специалистами и в день, когда вся подготовка завершена, происходит лечение.

Назначение дозы облучения и динамическое наблюдение

Облученный объем АВМ составлял от 5,1 до 42 см3. Максимальная доза облучения — от 22,5 до 30 Гр. Границы объемной мишени охватывались изодозными поверхностями 80% по отношению к максимальной дозе. Нормирование дозы осуществлялось по средней дозе в мишени. У 26 больных с церебральными АВМ с целевыми объемами < 8 см3 дозу облучения назначали за один сеанс. У 16 пациентов с объемами мишени > 8 и < 14 см3 лечение проводилось за два сеанса. У 8 пациентов с диффузным очагом, включавшим зрительные пути и ствол мозга, объемом >14 см3 дозу облучения назначали на весь очаг за три равные фракции каждый день или через день.

Наш протокол динамического наблюдения предусматривал клиническое и МРТ-исследование с 6-месячным интервалом в течение до 2 лет. Через 24 мес было рекомендовано проведение церебральной ангиографии. В случае неполной облитерации АВМ ангиографию рекомендовано было повторять через 36 мес. Если остаточная АВМ будет значительно уменьшаться, планируется выполнение повторной ангиографии с интервалом 1 год до полной облитерации АВМ. Если остаточная АВМ будет сохраняться, что позволит предполагать завершение облитерации, соответственно будет предлагаться проведение повторного радиохирургического вмешательства или альтернативные методы лечения.

Результаты

На рис. 5

Рисунок 5. Графики функции меры совпадения изображений в окрестности оптимального решения по координатам положения и поворотам пациента.
представлены графики зависимости меры изображений от каждого отдельно взятого параметра геометрии съемки в окрестности глобального экстремума. На них видно, что по крайней мере вблизи правильного решения мера сравнения является гладкой функцией, не доставляющей проблем автоматическому совмещению. Возможность локальных экстремумов вдали от глобального не исключается, так как неправильное локальное решение хорошо видно визуально по несовпадению изображений. В этом случае у пользователя имеются средства ручного совмещения рентгеновских изображений с КТ. После ручной подгонки автосовмещение срабатывает надежно. Нами не было отмечено ни одного случая невозможности автоматического совмещения. Оно срабатывало и при плохом качестве рентгеновских изображений, и в случаях, когда на рентгеновских изображениях помещалась только часть черепа.

Порядок точности переноса ангиографических снимков на КТ-изображение можно оценить по ретроспективным изображениям локализационных меток, представленным на рис. 6.

Рисунок 6. Ретроспективные ангиографические изображения в локализационных коробках LGK и BrainLAB с нанесенными на них синтетическими изображениями локализационных меток, согласно системам преображения координат, полученным после автоматического совмещения рентгеновских изображений с компьютерными томограммами. Анализ точности совпадения меток указывает на суммарную точность идентификации внутричерепных структур в пределах 1 мм.
Основные погрешности определения положения структур внутри головного мозга по рентгеновским изображениям определятся неточностью воспроизведения поворотов пациента относительно рентгеновской системы. Учитывая, что расстояние между плоскостями локализационных меток в 2 раза и более превышает диаметр области интереса внутри головного мозга, погрешности идентификации структур будут вдвое меньше, чем локализационных меток. Анализ точности совпадения меток на серии ретроспективных изображений с локализационными коробками указывает на суммарную точность идентификации внутричерепных структур описываемой системой в пределах 1 мм.

Обсуждение

Ангиография — метод выбора при диагностике церебральной АВМ, и до внедрения методов КТ и МРТ была единственным методом, обеспечивавшим набор данных для планирования радиохирургического лечения АВМ [3, 13].

2D ангиографическая/КТ-стереотаксическая методика регистрации изображений, которую мы описали и внедрили в рутинную практику, является итерационной и ручной, однако позволяет улучшить по сравнению с 3D стереотаксической ангиографией пространственное представление цели [2, 4]. Внедрение и использование 2D ангиографии позволило намного упростить процедуру организации и планирования лечения. Сравнение точности оконтуривания мишеней с использованием 2D и 3D изображений показало их идентичность.

Систему КиберНож широко использовали в радиохирургической практике с 1993 г. во многих нейрохирургических и радиологических центрах. В литературе самая репрезентативная серия облучения пациентов с АВМ на аппарате КиберНож представлена F. Colombo и соавт. в 2009 г. [5]. По их данным, результаты в отношении полной облитерации оказались выше полученных с помощью процедуры на основе LINAC, которой пользовались до 2003 г. Для адекватного сравнения двух этих методов авторы ограничились оценкой объемов АВМ, для которых радиохирургическое лечение уже много лет считают показанным (<8—10 см3), за исключением тех случаев (крупных АВМ), когда лечение сочли возможным проводить с помощью исключительно роботизированной процедуры. Результаты для системы КиберНож при объемах АВМ <8 см3 сравнивали с обеспечиваемыми применением аппарата Novalis для АВМ примерно эквивалентного объема (<25 мм в диаметре). При этом выявили значительно более высокую частоту полной облитерации через 24 мес (91% против 75—80% соответственно) [3, 5, 6, 8]. Среди факторов, связанных с эффективностью лечения, авторы выявили статистически значимую отрицательную корреляцию со степенью по шкале Spetzler—Martin; по мнению авторов [11], этот факт можно объяснить зависимостью системы классификации Spetzler—Martin от определения объема АВМ в сочетании с более широким диапазоном изменчивости (от II до V) и более стабильным числом значений более высокого класса в серии клинических наблюдений. У авторов нет объяснения наблюдаемой слабой, но значимой связи успешного результата лечения с полом пациентов (лучшие результаты были получены у мужчин), которая не получила объяснения при многофакторном анализе с включением других связанных переменных (возраста, объема АВМ, дозы облучения).

В отличие от предыдущего опыта [1, 7, 9, 10] среди факторов, которые не имели значительного влияния на эффективность облитерации, отмечена минимальная доза облучения, поглощенная мишенью. Для выявления значимых прогностических факторов исхода были проанализированы анамнестические данные, полученные до радиохирургического вмешательства. Наличие радиохирургического лечения в анамнезе оказалось связано с менее эффективным результатом лечения. Кровотечение в анамнезе не влияло на результаты лечения. По мнению авторов, эмболизация в анамнезе в некоторых случаях ухудшает эффективность радиохирургического лечения. Наиболее впечатляющий факт проводимого лечения — высокий уровень безопасности самой процедуры и в то же время обеспечение высокой частоты облитерации. Наши первые результаты проведения стереотаксического облучения на установке КиберНож показали свою эффективность и безопасность. Дальнейшее изучение результатов лечения позволит оценить эффективность использования данного аппарата в лечении пациентов с АВМ головного мозга.

Заключение

Методика планирования стереотаксического облучения на основе автоматического совмещения ангиографических изображений с КТ-изображениями зарекомендовала себя удовлетворительно. Основанное на совмещении использование прямой ангиографии в планировании облучения сосудистых патологий поддерживается системой планирования на аппарате КиберНож. Это дает возможность избежать лишнего ангиографического исследования и помогает разделить процесс подготовки и лечения во времени, позволяя выполнять отдельные его этапы в разные дни. Анализ ранних осложнений показывает, что их частота и встречаемость минимальны.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail