Geum.ru

Функциональная магнитно-резонансная томография в нейрохирургии супратенториальных опухолей головного мозга

Вид материалаДокументы

Содержание


Материалы и методы
Подобный материал:
Функциональная магнитно-резонансная томография в нейрохирургии супратенториальных опухолей головного мозга


С.К.Терновой, В.Е.Синицын, С.П.Морозов, А.Г.Притыко, Б.П.Симерницкий

Московская медицинская академия им. И.М.Сеченова, Научно-практический центр медицинской помощи детям с черепно-лицевой и нейропатологией, Москва 2004 г.


Введение.
   На сегодняшний день магнитно-резонансная томография (МРТ) является методом, прочно вошедшим в диагностические алгоритмы большого количества нозологии. Вместе с тем процесс разработки новых вариантов применения данной методики приносит все новые результаты. В первую очередь это относится к применению МРТ в неврологии и нейрохирургии [1, 2]. Постепенно входят в практику такие методики нейрорадиологии, как магнитно-резонансная спектроскопия, диффузионно-взвешенная, перфузионно-взвешенная МРТ и, наконец, функциональная МРТ (ФМРТ) на основе BOLD-контраста ("blood-oxygenation-level-dependent contrast" – контраст, зависящий от степени насыщения крови кислородом).
   ФMPT на основе BOLD-контраста является относительно новой методикой визуализации, позволяющей исследовать деятельность коры головного мозга, осуществлять картирование функционально-специализированных зон, в том числе моторной, сенсорной коры, зон речи Брока и Вернике (рис. 1). Метод основан на регистрации региональных гемодинамических изменений, возникающих при активации коры головного мозга в ответ на специфическую стимуляцию (чередование фаз двигательной, мыслительной или иной активности пациента и покоя). Сопоставление карт активации и стандартных томограмм исследуемой области позволяет провести структурно-функциональные параллели.
   Основными характеристиками данного метода, отличающими его от других методик картирования коры, таких как электроэнцефалография, магнитоэнцефалография, однофотонно-эмиссионная компьютерная томография, позитронно-эмиссионная томография и прямая корковая стимуляция электродами, являются безопасность, неинвазивность, высокое пространственное и временное разрешение и осуществимость в клинических условиях [3–5].

Рис. 1. Функциональная организация коры головного мозга.



Рис. 2. Результаты статистической обработки "сырых" изображений ФМРТ с двигательной активацией (метод корреляционных коэффициентов, р<0,001). а – функциональная карта, полученная в результате статистической обработки "сырых" изображений; б – после совмещения функциональной карты и анатомических изображений становится возможной пространственная локализация соматосенсорной коры (стрелки); в – зависимость МР-сигнала от времени, соответствующая периодам активности пациента (стрелка) и периодам покоя (конец стрелки).







Рис. 3. Результаты статистической обработки "сырых" изображений ФМРТ с речевой активацией (метод корреляционных коэффициентов, р<0,001). Полученные результирующие изображения позволяют локализовать область Брока (стрелка), активирующуюся при генерации обследуемым слов (без произнесения вслух), начинающихся на заданную букву. График отражает зависимость МР-сигнала от времени, соответствующую периодам активности пациента (стрелка) и периодам покоя (конец стрелки).



 

Рис. 4. Функциональные изображения больного О., 5 лет, с анапластической эпендимомой. На функциональных изображениях в правом полушарии визуализируется смещение корковой области, ответственной за движение пальцами левой руки, кзади (стрелка), что связано с ростом опухоли и изменением функциональной организации коры головного мозга. График показывает, что именно эти области активировались при выполнении обследуемым активирующего задания. По результатам обследования был пересмотрен план операции, и вместо частичной выполнена субтотальная резекция.



Рис. 5. Функциональные изображения больной М., 15 лет, с глиобластомой. На функциональных изображениях визуализируется смещение корковой области, ответственной за движение пальцами правой руки, кпереди (стрелка), что связано с ростом опухоли и отеком. График показывает, что именно эти области активировались при выполнении обследуемым активирующего задания. По результатам обследования была уточнены локализация опухоли и ее соотношение с моторной корой.


   Некоторые особенности ФМРТ требуют отдельной оговорки. Во-первых, результатом одного исследования являются сотни изображений с динамическим изменением сигнала порядка 1–5%, что делает невозможной зрительную оценку. Заключение формулируется на основе карт активации, получаемых в результате математической обработки "сырых" изображений на ЭВМ с помощью статистических методов (рис. 2, 3). Во-вторых, в отличие от стандартного МРТ-обследования ФМРТ требует активного участия пациента и четкости действий проводящего обследование. Для этого необходима высокая мотивация со стороны пациента, тщательный предварительного инструктаж и специальная подготовка исследователя. В-третьих, ФМРТ подвержена артефактам и ложноположительным результатам, что обусловливает высокие требования к техническому состоянию МР-томографа, качеству выполнения исследования. Противопоказания к ФМРТ являются стандартными для МРТ в целом (искусственные водители ритма, клаустрофобия, металлические имплантаты).
   На данный момент наиболее распространенным клиническим применением методики является дооперационное обследование нейрохирургических больных с целью оценки взаиморасположения моторной, речевой, зрительной коры и опухоли (в основном это касается глиальных опухолей) с последующим планированием v минимально-инвазивных операций.   

Цель
   Целью нашего исследования является оценка осуществимости ФМРТ с двигательной и речевой активацией на добровольцах и пациентах с супратенториальными опухолями головного мозга для планирования нейрохирургических вмешательств с максимальным сохранением функций коры головного мозга.   

Материалы и методы
   Объектами исследования явились 31 здоровый доброволец в возрасте от 5 до 72 лет и 5 пациентов с полушарными опухолями головного мозга в возрасте от 5 до 14 лет. Всего было выполнено 40 обследований (31 с двигательной активацией и 9 с речевой активацией), 2 пациентов были обследованы повторно. Обследования проводили на МР-томографах GE Signa Horizon 1.5Т и Siemens Harmony 1.0T. В качестве двигательной активации использовали последовательную оппозицию II–IV пальцев кисти I пальцу. Активацию зон речи осуществляли только в экспериментах на добровольцах, способных выполнять задание, путем подбора обследуемыми слов (без произнесения вслух для уменьшения артефактов движения), начинающихся на произносимую через переговорное устройство букву. Суть активирующих заданий разъясняли пациентам до и после помещения в МР-томограф. Для уменьшения артефактов движения голову обследуемого фиксировали с помощью специальной укладки. Для получения анатомических изображений использовали Т1-взвешенные последовательности, а для получения функциональных изображений – эхо-планарные последовательности с предварительной настройкой (шиммингом) для увеличения однородности магнитного поля. Правильность выполнения обследуемыми двигательного задания отслеживали, и в случае возникновения ошибок или посторонних движении эксперимент начинали заново после дополнительных разъяснении. Полученные "сырые" изображения проверяли на наличие артефактов движения и обрабатывали по методу расчета корреляционных коэффициентов или значений z. В обсуждении результатов всех обследований участвовали нейрохирурги.   

Результаты
   В 90% случаев МРТ позволила локализовать функционально-специализированные области коры головного мозга (двигательная кора, зона Брока); 94,7% обследований с двигательной активацией и 77,7% обследований с речевой активацией оказались удачными. Значительная разница в проценте успешных обследований объясняется невозможностью оценки правильности и тщательности выполнения обследуемым активирующего задания. При этом среди добровольцев неудачные исследования составили 6,5%, а среди пациентов с полушарными опухолями – 22,2%, что связано с тяжестью заболевания. По результатам оценки полученных данных в 1 случае был изменен протокол запланированной операции, в 2 случаях была уточнена локализация опухоли и ее взаимоотношение с моторной корой.
   По результатам обследования больного О., 5 лет, с анапластической эпендимомой правого полушария, было предположено изменение функциональной организации коры в связи с ростом опухоли. На функциональных изображениях (рис. 4) визуализируется смещение моторной коры кзади в теменную долю головного мозга. На основании ФМРТ протокол запланированной операции был изменен: вместо частичной резекции была произведена субтотальная резекция с учетом смещения моторной коры кзади. В послеоперационном периоде существовавший до операции гемипарез не углубился.
   Больная М., 15 лет, с глиобластомой левого полушария, была обследована до операции. Визуализируется (рис. 5) смещение моторной коры кпереди за счет масс-эффекта опухоли. Больной была произведена субтотальная резекция опухоли.   

Обсуждение
   В 1991 г. исследовательская группа под руководством J.Belliveau [6] разработала технику функциональных исследований с помощью МРТ. Испытуемые подвергались воздействию зрительной стимуляции с одновременным болюсным введением парамагнитного контрастного препарата (Gadolmium-DTPA), обусловливающего снижение сигнала на эхо-планарных последовательностях, вследствие различной магнитной чувствительности микрососудистого русла, заполненного контрастом, и окружающей ткани. При сопоставлении расчетных значений регионального кровотока (rCBV, rCBF) во время представления зрительной стимуляции и в отсутствие стимуляции (в темноте) оказалось, что активация зрительной коры сопровождается увеличением ее перфузии на 30%.
   Приблизительно в то же время S.Ogawa и соавт. [7] обнаружили, что изменение уровня насыщения крови кислородом приводит к подобным изменениям контрастности изображений у лабораторных животных. В основе их разработки лежал тот факт, что дезоксигемоглобин обладает большими парамагнитными свойствами, чем оксигемоглобин [8]. Известно что, энергообеспечение коры в течение первых 4–5 мин постоянной активности происходит за счет анаэробного гликолиза [9]. За счет одновременного возрастания перфузии увеличивается транспорт глюкозы из капилляров в нервную ткань, транспорт кислорода при этом изменяется незначительно, что выражается в относительном повышении концентрации кислорода (в том числе связанного с гемоглобином) в венозной крови. Соотношение оксигемоглобина и дезоксигемоглобина соответственно увеличивается, т.е. происходит относительное снижение содержания дезоксигемоглобина в капиллярах и венулах. Относительное локальное снижение концентрации дезоксигемоглобина во время нейрональной активации выражается в усилении сигнала на томограммах, полученных с помощью Т2*-взвешенных последовательностей (эхо-планарные, градиентные последовательности). Учитывая сказанное выше, методика получила название BOLD-contrast.
   В настоящее время процесс разработки клинического применения данного метода продолжается. Однако некоторые варианты уже можно перечислить: среди них первое место занимает оценка операбельности очаговых поражений головного мозга и планирование минимально инвазивных нейрохирургических вмешательств [10–14], кроме того, возможна локализация эпилептических очагов [15], определение доминантного полушария при лечении эпилепсии [16], мониторинг компенсации и восстановления функций коры головного мозга [17, 18], нейропсихиатрические исследования [19–20], в том числе при болезни Альцгеймера [21].
   Ход обычного ФМРТ-обследования в значительной степени отличается от стандартной МРТ. В процессе получения изображений пациенту необходимо выполнять так называемые активирующие задания в соответствии с командами проводящего обследования, подаваемыми через переговорное устройство. В связи с этим принципиальное значение имеет тщательное объяснение активирующего задания и тренировка пациента до начала обследования и после помещения в МР-томограф. Далее производится регистрация анатомических изображений и функциональных Т2*-взвешенных изображений во время выполнения обследуемым активирующего задания, которое заключается в чередовании фаз активности, двигательной или умственной, и покоя. После окончания обследования производится статистическая обработка "сырых" данных (порядка 800–1000 изображений) путем расчета корреляционных коэффициентов или значений z (с вероятностью более 99,9%) с предварительной проверкой на наличие артефактов движения. Для трактовки полученных результатов необходимо знание не только структурной, но и функциональной организации головного мозга. Результаты исследований пациентов должны обсуждаться совместно с лучевым диагностом и неврологом или нейрохирургом.
   Необходимо отметить ряд ограничений метода, препятствующих его внедрению в клиническую практику. Среди них высокие требования к МР-томографу, трудность или даже невозможность стандартизации активирующих заданий (учитывая различный уровень мотивации пациентов при выполнении заданий, что неизбежно отражается на уровне сигнала), возможность возникновения артефактов и ложноположительных результатов, связанных с непроизвольными движениями пациента [22] или наличием разного рода металлических объектов, и потребность в технических устройствах для представления таких видов задании, как визуальные и звуковые [23]. Дополняя перечисленное, неразрешимую проблему представляют артефакты после выполнения краниотомии, к которым эхо-планарные последовательности, используемые в ФМРТ, высокочувствительны.
   Наибольший интерес представляет использование ФМРТ в нейрохирургии. На сегодняшний день существуют 3 основные задачи, решение которых возможно с помощью ФМРТ [13]:
   1) оценка риска нейрохирургической операции и операбельности с учетом взаиморасположения патологического образования и функциональной коры;
   2) планирование краниотомии для подхода к опухоли на удалении от важнейших функциональных областей коры головного мозга (моторная, сенсорная, речевая, зрительная кора);
   3) отбор пациентов, которым показано инвазивное картирование коры головного мозга.
   При этом в целом ряде исследований было показано, что результаты ФМРТ в значительной степени коррелируют с результатами прямой стимуляции коры головного мозга электродами [24]. С учетом того, что в России картирование коры головного мозга пациентам–кандидатам на нейрохирургическое лечение практически не проводится, на наш взгляд именно применение ФМРТ для планирования нейрохирургических операций с максимальным сохранением важнейших корковых функций представляет наибольший интерес и является перспективным с клинической точки зрения.   

Выводы
   Таким образом, ФМРТ с двигательной и речевой активацией осуществима в клинических условиях на добровольцах и пациентах с супратенториальными опухолями головного мозга. Представляется перспективным использование локализации моторной и речевой коры с помощью ФМРТ в нейрохирургии с целью планирования минимально-инвазивных операций с максимальным сохранением функций коры головного мозга. Необходимо дальнейшее методологическое совершенствование ФМРТ для исключения возможных артефактов и ложноположительных результатов.   

Литература
1. Leeds NE, Kieffier SA. Radiology 2000; 217: 309–18.
2. Schindler E, ed. Syllabus MR in neuroradiology: Update and state of the art. Bologna: Centauro srl, 1999.
3. Essig M, Schoenberg SO, Schlemmer HP. et al. Radiologe 2000; 40 (10): 849–57.
4. Le Bihan D, ed. Diffusion and perfusion magnetic resonance imaging: applications to functional MRI. New York: Raven Press, 1995.
5. Le Bihan D. J Neuroradiol 1996 (Jun); 23 (1): 1–5.
6. Belliveau JW. et al. Science 1991; 254: 716–9.
7. Ogawa S, Menon RS, Tank DW. et al. Proc Natl Acad Sci USA 1992;89: 5951–5.
8. Thulbom КR, Waterton JC, Matthews PM. et al. Biochim Biophys Acta 1982; 714: 265–70.
9. Pavone P, Rossi P, eds. Syllabus Functional MRI. Milano: Springer, 1996.
10. Achten E, Jackson GD, Cameron JA. et al. Radiology 1999; 210: 529–38.
11. Beisteiner R, Lanzenberger R, Novak K. et al. Neurosci Lett 2000; 290: 13–6.
12. Dymarkowski S, Sunaert S, Van Oostende S. et al. Eur Radiol 1998; 8: 1573–80.
13. Lee CC, Ward НА, Sharbrough FW. et al. Am J Neuroradiol 1999 (Sep); 20: 1511–9.
14. Mueller WM Yetkin FZ, Hammeke ТA. Neurosurgery 1996; 39 (3): 515–21.
15. Masuoka LK, Anderson AW, Gore JC. et al. Epilepsia 1999; 40 (9): 1248–53.
16. Pujol J, Deus J, Losilla JM. Neurology 1999; 52: 1038.
17. Calvert GA, Brammer MJ, Morris RG et al. Brain and Language 2000; 71: 391–9.
18. Rowe JB, Frackowiak RSJ. Curr Opinion Neurobiol 1999; 9: 728–34.
19. Binder JR, Frost JA, Hammeke ТА. et al. J Cogn Neurosci 1999; 11 (1): 80–95.
20. Matthews PM, Clare S, Adcock J. J Inherit Metab Dis 1999; 22: 337–52.
21. Bookheimer SY, Strojwas MH, Cohen MS. New Engl J Med 2000; 343 (7): 450–6.
22. Field AS, Yen Yi-Fen, Burdette JH, Elster AD. Am J Neuroradiol 2000 (Sep); 21: 388–96.
23. Frank JA, Ostuni JL, Yang Yihong et al. Radiology 1999; 210: 260–8.