Захарова Н.Е.

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

Пронин И.Н.

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

Баталов А.И.

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

Шульц Е.И.

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

Тюрина А.Н.

ФГАУ «НМИЦ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко» Минздрава России, Москва, Россия

Баев А.А.

ФГАУ «НМИЦ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко» Минздрава России, Москва, Россия

Фадеева Л.М.

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

Современные стандарты МРТ-диагностики опухолевых поражений головного мозга

Журнал: Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2020;84(3): 102-112

Просмотров : 595

Загрузок : 27

Как цитировать

Захарова Н. Е., Пронин И. Н., Баталов А. И., Шульц Е. И., Тюрина А. Н., Баев А. А., Фадеева Л. М. Современные стандарты МРТ-диагностики опухолевых поражений головного мозга. Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2020;84(3):102-112.
Zakharova N E, Pronin I N, Batalov A I, Shul'ts E I, Tyurina A N, Baev A A, Fadeeva L M. Modern standards for magnetic resonance imaging of the brain tumors. Zhurnal Voprosy Neirokhirurgii Imeni N.N. Burdenko. 2020;84(3):102-112.
https://doi.org/10.17116/neiro202084031102

Авторы:

Захарова Н.Е.

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

Все авторы (7)

Список сокращений

ГЭБ — гематоэнцефалический барьер

ДВИ — диффузионно-взвешенное изображение

ИКД — измеряемый коэффициент диффузии

МРТ — магнитно-резонансная томография

фМРТ — функциональная МРТ

Нейровизуализация играет важнейшую роль в исследованиях пациентов с опухолями головного мозга. Ее фундаментальными задачами являются: высокодостоверное неинвазивное установление диагноза, планирование лечения, оценка результата лечения. Среди методов современной нейровизуализации следует выделить компьютерную, магнитно-резонансную (МРТ) и позитронно-эмиссионную томографию, которые позволяют оценивать структурные изменения мозгового вещества, исследовать сосудистые, метаболические, функциональные особенности опухолей мозга [1—5]. Различные модели МР-томографов, напряженность магнитного поля, параметры получения изображений могут сказываться на качестве исследований. Различия МР-протоколов, используемых в медицинских центрах, зачастую затрудняют интерпретацию данных, особенно при исследованиях в динамике. В связи с этим необходима стандартизация параметров получения изображений, унификация протоколов и методов [6, 7].

В своей работе мы используем собственный опыт, данные мировой литературы, международных рекомендаций по обследованию пациентов с разной патологией центральной нервной системы, основанные на принципах доказательной медицины [1, 2, 6—8].

Целью нашего обзора является исследование современных принципов МР-визуализации опухолей мозга у взрослых пациентов в нейрохирургической практике. Рутинная структурная МРТ остается стандартом исследований в нейроонкологической практике. В таблице представлен стандартный протокол по исследованию опухолей мозга: последовательности, представленные в этой таблице, имеются практически на всех МРТ-сканерах, установленных в современных диагностических центрах. Этот протокол применим как для 1,5Тл, так и для 3Тл МРТ.

Таблица. Стандартный протокол исследований опухолей мозга (магнитно-резонансный томограф 1,5Тл)


Современные рекомендации по стандартизации МРТ-протокола для исследования опухолей мозга включают: аксиальные Т1-взвешенные изображения, 3D Т1 (изотропные), аксиальные Т2-взвешенные изображения, Т2-FLAIR, диффузионно-взвешенные изображения (ДВИ), а также постконтрастный 3D Т1-режим, который мы рекомендуем дополнять постконтрастными Т1-взвешенными изображениями в режиме спиновое эхо с толщиной среза равной и менее 5мм. Если не могут быть выполнены 3D Т1-изображения, их можно заменить на Т1 FSE/TSE в трех взаимно перпендикулярных проекциях. Современным стандартом исследования в нейроонкологии считается исследование, выполненное на томографе минимум 1,5Тл [7].

В дополнение к рутинным структурным МР-последовательностям для уточнения диагноза и степени малигнизации опухоли используют последовательность 3D-градиентное эхо, перфузионные режимы и некоторые другие современные МРТ-режимы, доступные для определенных типов МРТ. Современные модальности магнитно-резонансной томографии для дополнительного исследования:

— 3D-градиентное эхо (SWAN, SWI и др.);

— Т1-взвешенные изображения с fat-sat технологией (подавлением жира) до и после введения контрастного вещества;

— перфузионные режимы: ASL (arterial spin labelling, маркирование артериальных спинов), DSC T2*(dynamic susceptibility contrast, динамическая МРТ по контрастной восприимчивости), DCE (dynamic contrast enhanced, перфузия с динамическим контрастированием);

— диффузионно-тензорная МРТ и трактография;

— MР-спектроскопия: 1H—МР-спектроскопия (2D-, 3D-методы);

— BOLD функциональная МРТ (моторные, речевые зоны коры, другие функционально значимые зоны);

— дополнительные последовательности в соответствии с локализацией опухоли, предположительной морфологией, патофизиологией (HiRes-ангиография и т.д.).

Эти последовательности дают дополнительную количественную и качественную информацию, которая помогает при планировании лечения [2, 8, 9].

Исследование необходимо начинать с выбора правильного наклона плоскости аксиальных изображений, которую следует локализовать по нижним контурам колена и валика мозолистого тела (рис. 1).

Рис. 1. Выбор наклона плоскости аксиальных изображений.


Основными задачами МРТ-исследований являются выявление опухоли и характеристика опухоли в соответствии с ее локализацией, распространенностью, строением, определение масс-эффекта на мозг, желудочковую и сосудистую системы [10]. Эти задачи в основном решают структурные изображения МРТ, к которым относятся Т2, T2-FLAIR, до и постконтрастные Т1. Часто на основании только этих последовательностей можно установить достаточно точный диагноз.

Режимы Т2 и Т2-FLAIR МРТ дают возможность диагностики и мониторинга опухолей, не накапливающих контрастное вещество, например, глиом низкой степени злокачественности (рис. 2). Они показывают не только наличие патологических опухолевых структур, но и зону перифокального отека или отека-инфильтрации, а также другие сопутствующие изменения белого вещества.

Рис. 2. Диффузная астроцитома в левой лобно-височно-островковой области, WHO Grade II.
а — МРТ в режиме T2; б — изображение в режиме T2-FLAIR.


Область перифокального по отношению к основной инфильтративной массе опухоли гиперинтенсивного сигнала на T2- и T2-FLAIR изображениях определяется как отек, который может быть как вазогенным, так и смешанным отеком и опухолевой инфильтрацией. Вазогенный отек представляет собой увеличение объема внеклеточной воды в результате распространения плазмы из патологических капилляров опухоли в экстраваскулярное пространство. Такой отек бывает при метастазах или неинфильтративно растущих внемозговых опухолях. Гиперинтенсивный на Т2 МР-сигнал вокруг глиом представляет собой, как правило, сочетание вазогенного отека и инфильтрации тканей мозга клетками опухоли [11, 12] (рис. 3). Истинные границы глиальной опухоли и отека-инфильтрации определить по данным Т2/Т2-FLAIR МРТ, по мнению большинства исследователей, невозможно [13]. Первичная локализация опухоли может помочь в дифференциальном диагнозе. Например, такие внемозговые опухоли, как менингиомы, шванномы, опухоли основания черепа отличаются от внутримозговых опухолей по признакам наличия ликворной щели, а также сосудов или твердой мозговой оболочки между опухолью и тканью мозга (рис. 4) [14].

Рис. 3. Перифокальный отек при метастазе и внутримозговой диффузной опухоли. Метастаз меланомы с перифокальным вазогенным отеком (стрелки).
а — изображение в режиме T2; б — изображение в режиме T2-FLAIR; анапластическая астроцитома, WHO Grade III: вазогенный отек в сочетании с инфильтрацией (стрелки); в — изображение в режиме T2; г — изображение в режиме T2-FLAIR.


Рис. 4. Менингиома в правой лобной области.
а — МРТ в режиме Т2; б — МРТ в режиме Т1 после введения контрастного вещества; в — ДВИ. Определяется внемозговое объемное образование, имеющее ликворную щель по контурам в режиме Т2 (стрелка), а также повышенный МР-сигнал в режиме диффузионно-взвешенного изображения (что часто наблюдается в менингиомах).


Структурные Т1-взвешенные изображения определяют наличие крови, жира, меланина по повышению МР-сигнала на доконтрастных срезах. При обнаружении повышения МР-сигнала на Т1 может потребоваться дополнительная последовательность — Т1-изображения с подавлением жира (рис. 5).

Рис. 5. Дермоидная киста с разрывом капсулы в правой лобной области.
а — Т2-взвешенное изображение; б, в — Т1-взвешенные изображения (образование имеет гетерогенный повышенный уровень МР-сигнала, фрагменты дермоидной кисты определяются в виде участков повышенной интенсивности МР-сигнала в Т1 режиме по ходу субарахноидальных пространств (стрелки)); г — ДВИ; д, е — изображение в режиме Т1 с подавлением жира (МР-сигнал от жира в этом режиме становится гипоинтенсивным).


Использование до- и постконтрастных Т1-изображений является стандартом исследований при опухолях мозга, особенно злокачественных.

Внутривенное контрастирование укорачивает время Т1-релаксации, выделяя участки нарушения гематоэнцефалического барьера (ГЭБ). Накопление контрастного вещества, то есть нарушение ГЭБ, может наблюдаться как при опухолевых, так и при неопухолевых поражениях. Наиболее агрессивные опухоли характеризуются неоангиогенезом. Патологически измененные сосуды опухоли позволяют контрастному веществу распространяться экстравазально во внеклеточное пространство и повышать интенсивность сигнала в Т1-режиме (рис. 6).

Рис. 6. Метастаз беспигментной меланомы правой лобной области.
а — МРТ в режиме Т2; б — в режиме T2-FLAIR; в — в режиме Т1; г — в режиме Т1 после введения контрастного вещества; д — ДВИ; е — изображение в режиме SWAN; ж — изображение в режиме ASL-перфузии. Показано гетерогенное объемное образование с некрозом в центре и перифокальным отеком, интенсивно накапливающее контрастное вещество, имеющее признаки микрогеморрагий, а также участки повышения кровотока в солидной части опухоли, по данным ASL-перфузии (стрелки).


При диффузных глиомах накопление контрастного вещества имеет определенную зависимость от степени малигнизации опухоли. В то же время глиомы высокой степени злокачественности могут демонстрировать отсутствие или минимальное накопление контрастного вещества, и наоборот, некоторые глиомы Grade I интенсивно накапливают контраст (например, пилоидная астроцитома). Тем не менее наличие и даже отсутствие контрастирования остается важным фактором первичной градации глиом (рис. 7) [1, 2].

Рис. 7. Диффузная астроцитома в левой лобной доле, WHO Grade II.
а — МРТ в режиме Т2; б — изображение в режиме T2-FLAIR; в — изображение в режиме Т1; г — изображение в режиме Т1 после введения контрастного препарата, патологическое накопление которого отсутствует.


На рис. 8 участок интенсивного накопления контрастного препарата опухолью определяет более высокую степень злокачественности глиомы.

Рис. 8. Анапластическая астроцитома в левой лобно-височно-островковой области, WHO Grade III.
а — МРТ в режиме Т2; б — изображение в режиме T2-FLAIR; в — изображение в режиме Т1; г — изображение в режиме Т1 после введения контрастного препарата. Определяется участок выраженного контрастного усиления, характеризующий область повреждения гематоэнцефалического барьера.


Получение 3D Т1-изотропных изображений (толщиной 1 мм, матрица 256×256, FOV — 25 см) до и после введения контрастного вещества позволяет улучшить визуализацию небольших образований, что особенно необходимо в случаях метастатического поражения, для волюметрических исследований и при подготовке к радиохирургическому лечению [15, 16]. При использовании нестандартного подхода к МРТ-исследованию небольшое различие в наклоне срезов, выполненных с толщиной 3—5 мм, затрудняет сравнение размеров опухоли при исследовании в динамике. 3D-изображения нивелируют эту проблему, позволяя реконструировать срезы в разных плоскостях [7, 17]. При этом, по нашему мнению, 3D Т1-изображения следует дублировать использованием Т1-режима спинового эха как более чувствительного к очагам со слабым накоплением контрастного препарата (рис. 9).

Рис. 9. Метастазы рака молочной железы в головном мозге.
а — сравнение постконтрастных изображений 3D T1 SPGR толщиной 1 мм и б — Т1 FSE толщиной 5 мм.


В стандартный протокол МРТ-исследований обязательно входят ДВИ. Первично их использовали для диагностики острых нарушений мозгового кровообращения. Сейчас эта последовательность успешно применяется при исследовании опухолей мозга. ДВИ отражают броуновское движение молекул воды в тканях, которое можно оценить количественно с помощью измеряемого коэффициента диффузии (ИКД). Высокая интенсивность сигнала на ДВИ и низкий ИКД могут отражать участок с высокой плотноклеточностью опухоли (рис. 10), наличие зон цитотоксического отека, а также косвенно выделять участки опухоли с гипоксией, показывать постоперационные ишемические повреждения по контурам области операции. В режиме диффузии также четко дифференцируются объемные образования с вязкой структурой, например, эпидермоидные кисты (рис. 11). Относительно низкий ИКД соответствует различным плотноклеточным опухолям — менингиомам (см. рис. 4), лимфомам, медуллобластомам, примитивной нейроэктодермальной опухоли (PNET) и некоторым другим [8, 18—20].

Рис. 10. Первичная лимфома центральной нервной системы.
а — КТ после введения контрастного препарата; б — МРТ в режиме Т2; в — изображение в режиме Т1 после введения контрастного препарата; г — ДВИ. Показаны множественные образования в белом веществе мозга, выраженно накапливающие контрастное вещество, имеющие высокий уровень МР-сигнала в режиме диффузии.


Рис. 11. Эпидермоидная киста в правой височно-теменно-затылочной области.
а — изображение в режиме Т2; б — изображение T2-FLAIR; в — изображение в режиме Т1; г — повышенный уровень МР-сигнала в режиме диффузии.


Снижение ИКД может наблюдаться в процессе озлокачествления опухоли при исследовании в динамике. Отдельные авторы продемонстрировали статистически значимые корреляционные связи между плотностью опухолевых клеток и ИКД на основании данных стереотаксической биопсии. Вместе с тем, обязательная постобработка и перекрытие абсолютных показателей ИКД между глиомами разной степени злокачественности в некоторой степени ограничивает роль количественных показателей ИКД в рутинной клинической практике [10].

Современные технологии МРТ включают 3D-градиентное эхо, различные перфузионные методики, спектроскопию, функциональную МРТ для картирования корковых речевых и моторных зон, а также диффузионно-тензорную МРТ с трактографией с визуализацией проводящих путей головного мозга для предоперационного планирования [1, 2]. Последовательность 3D-градиентное эхо высокого разрешения (SWI, SWAN) очень чувствительна к продуктам распада крови и кальцинатам [21, 22]. Она применима для исследования сосудистой архитектоники, а также для выявления геморрагий в опухолях, что позволяет определить степень малигнизации глиом (рис. 12).

Рис. 12. Глиобластома левой заднелобно-теменной области, WHO Grade IV.
а — МРТ в режиме Т2; б — изображение в режиме T2-FLAIR; в — изображение в режиме Т1; г — изображение в режиме Т1 после введения контрастного препарата; д — изображение в режиме ASL-перфузии; е — 3D-градиентное эхо (SWAN) показывает небольшую опухоль гетерогенной структуры, накапливающую контрастный препарат, имеющую повышенный кровоток (стрелка). В режиме SWAN в структуре опухоли определяются множественные участки микрогеморрагий, характерные для глиобластомы (стрелка).


Гистологические исследования являются золотым стандартом в определении степени анаплазии опухолей мозга, но степень анаплазии также является предметом нейровизулизационных исследований [19].

В настоящее время применяются всевозможные методы исследования объемного мозгового кровотока, при помощи которых мы можем охарактеризовать капиллярную сосудистую сеть в опухолях и окружающих тканях: dynamic susceptibility contrast (DSC), dynamic contrast-enhanced (DCE), arterial spin labeling (ASL) [2]. Многие злокачественные опухоли имеют повышенную плотность сосудов на единицу объема ткани по сравнению с нормальными тканями мозга, что может быть количественно определено при помощи перфузионных параметров объемного мозгового кровотока (rCBF) и локального объема крови (rCBV).

ASL-перфузию применяют не часто, хотя для ее проведения не требуется внутривенное введение контрастного препарата. К тому же этот метод позволяет оценить rCBF всего объема мозга [23—25]. Исследования, выполненные в нашем центре, показали многообещающие результаты количественной оценки кровотока при помощи ASL-перфузии при различных опухолях мозга, а также возможность дифференцирования глиом низкой и высокой степени злокачественности [23] (рис. 13—15).

Рис. 13. Диффузная астроцитома в правой лобной доле, WHO Grade II.
а — МРТ в режиме Т2; б — изображение T2-FLAIR; в, г — изображения в режиме Т1 до и после введения контрастного препарата; д — ДВИ; е — изображение в режиме ASL-перфузии. Выявляется опухоль, не накапливающая контрастный препарат, с низким кровотоком (CBF 18,17 мл на 100 г массы мозга в мин).


Рис. 14. Анапластическая астроцитома в левой лобно-височно-островковой области, WHO Grade III.
а — МРТ в режиме Т2; б — изображение в режиме T2-FLAIR; в, г — изображения в режиме Т1 до и после введения контрастного препарата; д, е — изображения в режиме ASL-перфузии, совмещенной с постконтрастными Т1. Показана диффузно растущая опухоль, не накапливающая контрастный препарат, с участками повышенного кровотока до 132,0 мл на 100 г массы мозга в мин.


Рис. 15. Глиобластома в глубинных отделах левого полушария мозга, WHO Grade IV.
а — МРТ в режиме Т2; б — изображение в режиме Т2-FLAIR; в — изображение в режиме Т1; г — изображение в режиме Т1 после введения контрастного вещества; д, е — ASL-перфузия, совмещенная с постконтрастными Т1 изображениями. Показана опухоль гетерогенной структуры, накапливающая контрастный препарат, с повышенным кровотоком до 207,8 мл на 100 г массы мозга в мин.


Использование данных МРТ-исследований при планировании операций очень важно, так как изучает баланс между оптимально возможной степенью резекции опухоли при условии сохранения функционально значимых зон коры головного мозга и проводящих путей.

Определить наличие инфильтрации или смещения трактов белого вещества опухолью при предоперационном планировании можно только с помощью диффузионных изображений, в частности, диффузионно-тензорной МРТ (рис. 16). Это очень важно знать до операции при удалении опухолей, расположенных вблизи функционально значимых зон коры мозга и опухолей стволовой локализации [26, 27]. Рутинные последовательности МРТ не могут определить реальное индивидуальное расположение функционально значимых зон коры головного мозга, особенно речевых зон, расположение которых весьма вариабельно. Поэтому данных рутинной МРТ недостаточно для планирования тактики хирургического удаления опухолей, а тем более для прогнозирования исходов операции. Функциональная МРТ (фМРТ) основана на определении повышения концентрации оксигенированного гемоглобина венозной крови, оттекающей от зон активации нейронов в ответ на моторное и речевое тестирование. При помощи фМРТ можно до операции локализовать моторные и речевые зоны коры, находящиеся рядом с опухолью [28—30] (рис. 17), и при дополнительном использовании интраоперационной прямой кортикальной стимуляции избежать повреждения этих зон.

Рис. 16. Распространенная глиобластома в глубинных отделах правого полушария головного мозга, WHO Grade IV.
а — МРТ в режиме Т2; б, в — изображения в режиме Т1 до и после введения контрастного препарата; г — изображение в режиме диффузии; д — изображение в режиме ASL-перфузии. Определяется опухоль гетерогенной структуры с выраженным периферическим типом контрастирования и с высоким кровотоком; е, ж — при трактографии выявляются медиальное смещение правого кортикоспинального тракта и его частичная инфильтрация опухолевыми структурами.


Рис. 17. Первично множественная глиобластома в левой лобно-островковой области и в области подкорковых образований справа (WHO Grade IV) у пациентки с элементами моторной афазии и судорожным синдромом.
а — МРТ в режиме T2-FLAIR; б — изображение в режиме SWAN; в — изображение в режиме Т1 после введения контрастного препарата; г — изображение в режиме ASL-перфузии, показана опухоль гетерогенной структуры с выраженным контрастным усилением, с участками геморрагий и высоким кровотоком в левой лобно-островковой области; д, е — трактография демонстрирует деструкцию ассоциативных трактов (аркуатного тракта) слева (стрелки); ж — в режиме BOLD функциональной МРТ корковая речевая зона Брока определяется в непосредственной близости от опухоли (стрелка).


Определенные клинические ситуации могут стать показанием к проведению МР-спектроскопии как дополнительного метода исследования к рутинным МРТ [6]. МР-спектроскопия дает возможность исследования метаболического профиля тканей мозга. Наиболее изученная протонная спектроскопия (1Н-МРС) может быть как одновоксельной при исследовании конкретной зоны интереса, а также 2D- и 3D-мультивоксельной, при которых охватываются большие зоны интереса, что дает более точную информацию о биохимических различиях тканей мозга. Основными исследуемыми метаболитами при МР-спектроскопии являются N-ацетиласпартат (NAA) — нейрональный маркер — показатель жизнеспособности и целостности нейронов, креатин (Cr) — отражает клеточный метаболизм, холин (Cho) — маркер целостности клеточных мембран, миоинозитол (Mi) — индикатор пролиферации глиальных клеток. Пики уровней липидов и лактата, показателя анаэробного гликолиза, являются маркерами некроза и гипоксии в тканях, что указывает на высокую степень злокачественности опухолей [4, 5, 10, 31].

Спектр в опухолях головного мозга отражает поражение клеточных структур и утрату нормальных нейрональных метаболитов. Например, в глиомах определяется повышение уровня Сho (вследствие повышения синтеза клеточных мембран в растущих опухолях) и понижение уровня NAA (вследствие потери нейронов). Однако значения абсолютных пиков обычно не используются, а исследуются отношения уровней Cho/NАА, Cho/Cr. Так, МР-спектроскопия потенциально может применяться для дифференциации глиом высокой и низкой степени злокачественности, при этом повышение соотношений уровней Cho/NАА и Cho/Cr указывает на более высокую степень злокачественности. При глиомах Grade III—IV в перитуморальных зонах, не накапливающих контрастный препарат, повышение соотношений уровней Cho/NAA, Cho/Cr указывает на наличие клеточной инфильтрации области перифокального отека (в отличие от чистого вазогенного отека перифокально метастазам). МР-спектроскопия дополняет информацией данные рутинной МРТ и остается областью интенсивных научно-клинических исследований [4, 5, 10, 31].

Заключение

Последние несколько десятилетий ознаменованы широким внедрением передовых магнитно-резонансных технологий в исследования опухолей головного мозга. В связи с этим в стандартный протокол магнитно-резонансной томографии, по нашему мнению, следует добавить последовательности, необходимые для более полной характеристики новообразований, а также для контроля проводимого лечения. Эти последовательности позволяют более точно определить степень анаплазии, показывают признаки неоангиогенеза, демонстрируют взаимоотношения опухоли с функционально значимыми зонами коры и трактами белого вещества, дают информацию о прогнозе заболевания.

Внедрение стандартизированного протокола в сочетании с дополнительными методиками обследования необходимо для улучшения диагностики, планирования нейрохирургических операций, лучевой и химиотерапии, а также для прогнозирования течения заболевания.

Участие авторов

Концепция и дизайн исследования — Н.З., И.П.

Сбор и обработка материала — Н.З., А.Б., Е.Ш., А.Т., А.Б., Л.Ф.

Написание текста — Н.З.

Редактирование — Н.З., И.П.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

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