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.

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).

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.

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].

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).

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).

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].

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

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).

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].

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).

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).

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.

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.