|
Cтатьи
А. Е. Подопригора, И. Н. Пронин, Л. М. Фадеева
"Протонная магнитно-резонансная спектроскопия в диагностике опухолевых и неопухолевых поражений головного мозга"
НИИ нейрохирургии им. акад. Н. Н. Бурденко РАМН, Москва
Изучена возможность применения протонной магнитно-резонансной спектроскопии (1Н-МРС) в диагностике
опухолевых и неопухолевых поражений головного мозга. Анализируются результаты исследований у 80 пациентов: опухоли
головного мозга - 54 (астроцитомы и менингиомы), неопухолевые поражения - 20, контрольная группа (условно здоровые)
- 6. Из неопухолевых поражений рассматривались нарушения мозгового кровообращения по ишемическому типу (14 наблюдений)
и постлучевые изменения (6 наблюдений). Исследования проводились на магнитно-резонансном томографе "Сигна-Горизонт",
1,5 Т с использованием программного пакета PROBE/SV. В полученных спектрах рассматривались соотношения пиков следующих
метаболитов: N-ацетиласпартат, холин, креатин, лактат, липиды.
Для спектров астроцитом были характерны редукция пика NAA, подъем пика Cho; одновременно с увеличением степени
злокачественности опухоли отмечалось нарастание высоты пика Lac.
Спектры менингиом характеризовались наличием высокого пика Cho наряду с выраженной редукцией пиков других метаболитов,
пик NAA не визуализировался.
В случае ишемического поражения головного мозга в первые часы отмечалось появление пика Lac при неизмененных пиках
других метаболитов. Со временем определялись подъем пика Lac и редукция пиков остальных метаболитов.
При лучевом поражении в спектре выявлялся высокий пик Lac и появлялся пик Lip на фоне практически полной редукции пиков
других метаболитов.
1Н-МРС следует рассматривать как дополнительный метод к стандартной МРТ в диагностике различных поражений головного
мозга, позволяющий оценить химический состав, динамику метаболических изменений в исследуемой ткани.
Магнитно-резонансная спектроскопия (МРС) - один из немногих методов, позволяющих анализировать in vivo
химическое строение тканей живого организма. С его помощью возможно получить МР-спектр атомных ядер в глубинных
отделах головного мозга.
Первая работа по исследованию живых тканей методом МРС появилась в 1972 г. [1], еще до того, как P. Lauterbur [6]
получил МР-изображение. С тех пор МРС стала рутинным методом в лабораторных исследованиях и открыла новые возможности в
изучении патофизиологии биологических объектов [9]. Протонная МРС основана на явлении "химического сдвига" резонансных
частот ядер водорода - протонов, входящих в состав различных химических соединений. Протоны в молекуле воды из-за
сильной электроотрицательности атома кислорода практически лишены своих электронов, их резонансная частота w0
пропорциональна напряженности магнитного поля B0: w0 = -g B0. Протоны в составе ароматических углеродных соединений,
жиров и других химических комплексов испытывают экранирующее действие валентных электронов, что приводит к ослаблению
напряженности магнитного поля в месте расположения протона и к изменению его резонансной частоты: w0' = - gВ0 (1- s),
где s - константа экранировки, специфическая для каждого химического соединения.
Величина s мала, и на практике пользуются величиной химического сдвига d, изменением резонансной частоты протонов
метаболита по сравнению с резонансной частотой протона в молекуле воды:
d = (w0 - w0`) / w0*106
Химический сдвиг измеряют в частях на миллион (parts per million - ppm). В каждом химическом соединении (метаболите)
протоны имеют характерное значение химического сдвига в ppm. Пики метаболитов занимают область от -0,6 до 4,4 ppm
относительно резонансной частоты протонов воды. В 1Н-МРС принята относительная шкала "химического сдвига", на которой
нулевое значение находится с правой стороны шкалы ppm и соответствует химическому сдвигу -4,75 ppm (относительно воды).
На спектре неизмененного белого вещества головного мозга (рис. 1) определяются следующие метаболиты:
NAA - N-ацетиласпартат (2,0 ppm);
Cho - холин (3,2 ppm);
Сг - креатин (3,03 и 3,94 ppm);
ml - миоинозитол (3,56 ppm);
Glx - глутамат и глутамин (2,1-2,5 ppm);
Lac - лактат (1,32 ppm);
Lip - липидный комплекс (0,8, 1,2 ppm).
Рис. 1. Спектр неизмененного белого вещества головного мозга (лобная доля)
Как правило, в спектре непораженной ткани лактат не определяется.
Необходимо отметить, что при анализе результатов наших исследований величина пиков метаболитов оценивалась по
отношению к величине пика креатина (Сг), который принято считать наиболее стабильным. Поэтому в дальнейшем под
термином повышение и снижение пика мы понимаем изменение вышеуказанного соотношения.
Обязательным пунктом исследования было получение спектра мозгового вещества непораженного полушария мозга.
Попытки исследования возможности 1Н-МРС в определении степени злокачественности опухолей головного мозга проводились
неоднократно [2, 5, 10]. Авторы пытались выявить зависимость уровня содержания Cho и Lac от степени злокачественности.
Однако полученные данные имеют большой статистический разброс.
Проведены также работы по исследованию методом 1Н-МРС неопухолевых поражений головного мозга (нарушения мозгового
кровообращения по ишемическому типу, демиелинизирующие, различного генеза энцефалопатии, лучевые некрозы, дегенеративные
и воспалительные процессы) [1,7]. По результатам одного из этих исследований признаком лучевого некроза является
появление в спектре так называемого "мертвого пика" в диапазоне от 0 до 2,0 ppm.
При ишемических поражениях мозга в первые часы на спектре определялся пик Lac, который не выявляется в непораженной
ткани. На 2-3-й сутки от начала процесса выявляется редукция NAA. В последующий период отмечается редукция и остальных
метаболитов: Cho и Сг, но при этом сохраняется выраженность пика Lac [7].
У пациентов с болезнью Альцгеймера отмечались редукция пика NAA и подъем пика ml, причем, по мнению авторов, такое
сочетание позволяет дифференцировать данную патологию от других видов деменции [8].
При печеночной энцефалопатии на спектре белого вещества головного мозга выявляются подъем пика Glx, редукция пиков Cho
и ml. Авторы считают, что, используя метод 1Н-МРС, возможно диагностировать субклиническую форму такого рода
энцефалопатии [1].
В случае с демиелинизирующими заболеваниями определить острую стадию затруднительно (картина спектра может быть близка
к показателям непораженной ткани мозга), однако в хронической стадии выявляется снижение высоты пика NAA и может
появляться пик Lip (0,9-1,6 ppm) [1].
В работе мы исследовали МР-спектры опухолевых и неопухолевых поражений головного мозга, обобщив первый опыт применения
1Н-МРС в НИИ нейрохирургии им. акад. Н. Н. Бурденко.
Материал и методы
Исследования проводились на МР-то-мографе "Signa-Horizont" фирмы "General Electric" с напряженностью
магнитного поля 1,5 Т; программный пакет PROBE/SV; во всех случаях применялась головная катушка.
МР-обследование включало стандартные исследования головного мозга с получением Т1- и Т2-взвешенных изображений, затем
по полученным изображениям определялась зона интереса для МРС. На прицельном изображении в строго аксиальной проекции
выделялся квадрат со сторонами около 20 мм, который автоматически достраивался до куба, охватывающего интересующую
область.
В МРС важную роль играет предварительная настройка томографа, которая выполняется для каждого исследования и включает
следующие этапы:
- выбор центральной частоты и подстройка частоты и коэффициента усиления приемно-передающей системы;
- подстройка шиммирующих градиентных катушек для обеспечения однородности поля в зоне интереса;
- подавление сигнала от протонов молекул воды.
Предварительную настройку можно проводить в ручном (занимает до 30 мин) или автоматическом режиме
(от 5 до 15 мин).
В своих исследованиях мы применяли автоматический режим настройки.
Для получения МР-спектра подают возбуждающий радиочастотный импульс, который выводит протоны из состояния теплового
равновесия в исследуемой области, а затем регистрируется переменный сигнал спада свободной индукции (FID). Анализируя
состав частот в регистрируемом сигнале, получают распределение пиков метаболитов по ppm.
В спектроскопических исследованиях применялись две различные импульсные последовательности: STEAM (последовательность
трех 90° импульсов) и PRESS (последовательность 90" и двух последующих 180° импульсов).
Различие их в клиническом применении состоит в том, что STEAM позволяет, используя короткие значения echo time,
достигать более высокой разрешающей способности в определении метаболитов, однако данная последовательность очень
чувствительна к движению пациента. В PRESS значения echo time более высокие, разрешающая способность несколько ниже,
чем у STEAM, но значительно меньше чувствительность к движению. Кроме того, при применении PRESS соотношение сигнал/шум
выше.
Результаты и обсуждение
В работе анализированы МР-спектры у 80 пациентов с различными видами поражений головного мозга: астроцитомы
(42 наблюдения), менингиомы (12), нарушения мозгового кровообращения по ишемическому типу (14), постлучевые изменения
(6 наблюдений).
Астроцитомы. Исследовано 42 пациента с астроцитарными опухолями, из них 12 доброкачественных астроцитом (рис. 2), 11
анапластических астроцитом (рис. 3), 19 глиобластом (рис. 4).
Рис. 2. Магнитно-резонансная томограмма и спектр участка фибриллярной астроцитомы левой лобной области.
В спектре - снижение соотношения NAA/Cr, повышение Cho/Cr, определяется невысокий пик Lac
Рис. 3. Магнитно-резонансная томограмма и спектр участка анапластической астроцитомы левой
заднелобно-височной области. В спектре - снижение соотношения NAA/Cr, повышение Cho/Cr, значительное увеличение пика
Lac
Рис. 4. Магнитно-резонансная томограмма и спектр участка глиобластомы левой заднелобно-височной
области. В спектре определяются значительная редукция пиков основных метаболитов, выраженное увеличение пика Lac и
появление пика Lip
Среди общих признаков, характерных для всех астроцитом, можно отметить редукцию пика NAA, небольшое повышение пика Сг.
На этом фоне определяется заметное повышение пика Cho. В большинстве случаев отмечается появление и подъем пика Lac.
Некоторые исследователи утверждают, что с возрастанием степени злокачественности астроцитомы увеличивается содержание
Cho в исследуемом объеме и соответственно снижается значение соотношения NAA/Cho [3, 4].
Однако результаты наших исследований не выявили зависимости изменения соотношения NAA/Cho со степенью злокачественности.
Мы наблюдали корреляцию между увеличением пика Lac и увеличением степени злокачественности опухоли.
Менингиомы. В 10 из 12 наблюдений в спектрах менингиом пик NAA отсутствовал, пик Cho имел выраженный подъем (рис. 5).
Рис. 5. Магнитно-резонансная томограмма и спектр участка менингиомы крыльев основной кости слева. В
спектре - высокий пик Cho на фоне практически полной редукции пиков других метаболитов. Пик NAA не определяется.
В некоторых случаях появлялся пик Lac. В 2 случаях в спектре менингиом выявлялось наличие пика NAA. Возможно, появление
пика NAA в этих случаях связано с наличием определенной степени нейрональной дифференцировки менингиом. Однако для
решения данного вопроса необходимо большее число исследований.
По нашим данным, общими признаками менингиом являются отсутствие пика NAA и резкое увеличение пика Cho. Для выявления
зависимости соотношений между метаболитами от степени злокачественности менингиом необходимы дальнейшие исследования.
Нарушения мозгового кровообращения по ишемическому типу. Как известно, диагностика ишемических поражений методами
компьютерной томографии и МРТ в первые часы процесса затруднительна, поскольку визуальные изменения на томограммах в
данный период не выявляются. МРС позволяет определить первые изменения мозгового вещества на ранних стадиях ишемических
изменений.
В первые часы на спектре пораженной области мозгового вещества на фоне неизмененных пиков метаболитов появляется пик
Lac, который не определяется в непораженной ткани. В последующий период выявляется редукция пиков других метаболитов,
особенно NAA (рис. 6).
Рис. 6. Магнитно-резонансная томограмма и спектр зоны ишемического инсульта (5-е сутки) в бассейне левой среднемозговой артерии.
В спектре отмечаются высокий раздвоенный пик Lac, редукция пиков других метаболитов
Пик Lac при этом возрастает. В случае восстановления мозговой ткани (неразвившийся инфаркт)
отмечается снижение пика Lac и восстановление величины пиков других метаболитов.
По нашему мнению, приданной патологии 1Н-МРС полезна в оценке динамики развития патологического процесса и возможном
прогнозировании исхода. Учитывая трудоемкость и технические особенности проведения 1Н-МРС, для выявления нарушений
мозгового кровообращения на ранней стадии целесообразно использовать другие программы МР-исследования, например метод
диффузионно-взвешенных изображений.
Лучевые некрозы. На спектре у больных с лучевым некрозом выявляется резкий подъем пика Lac на фоне выраженной редукции
пиков других метаболитов (рис. 7).
Рис. 7. Магнитно-резонансная томограмма и спектр зоны лучевого некроза левой теменно-затылочной
области (состояние после удаления анапластической менингиомы и последующего курса лучевой терапии). В спектре -
выраженный пик Lac, определяется пик Lip, при этом пики других метаболитов не определяются
В некоторых случаях определяется так называемый "мертвый пик" в пределах
0,5- 1,5-2,0 ррт, отображающий комбинацию лактата и продуктов клеточного распада. При анализе данных 1Н-МРС возможно
дифференцировать лучевой некроз и рецидив опухоли, а именно, при лучевом некрозе на фоне высокого пика лактата
редуцируются пики всех других метаболитов.
Таким образом, результаты предварительных исследований опухолевых и неопухолевых поражений головного мозга с помощью
протонной МРС предполагают высокую диагностическую ценность метода, значительное повышение специфичности МРТ в
постановке диагноза, а также перспективность метода 1Н-МРС в изучении in vivo метаболических процессов мозга.
Литература
1.Castillo M., Kwock L., Mukherji S. К. // Am. J. Neuroradiol. - 1996. -Vol. 17. - P. 1-15.
2.Chang L, Buchthal S. D., Miller B. I. et al. // Proceedings 2-nd Society of Magnetic Resonance. - San Francisco, 1994. - P. 1294.
3.Fulham M. J., BizziA., Dietz M. J. et al. // Radiology. - 1992. -Vol. 185. - P. 675-686.
4.Giipta R. K.. Poptani H., Jain V. K. et al. //Proceedings 2-nd Society of Magnetic Resonance. - San Francisco, 1994. - P. 1309.
5.Kinoshita Y., Kajiwara H., Yokota A., Koga Y. // Neurosurgery. - 1994. - Vol. 35. - P. 606-614.
6.Lauterbur P. // Nature. - 1973. - Vol. 242. - P. 190-191.
7.Mathews V. P.. Barker P. В., Blackband S. J. et al. // Am. J. Radiol. - 1995. - Vol. 165. - P. 633-638.
8.Miller B. L., Moat R. A., Shonk T. et al. // Radiology. - 1993. -Vol. 187. - P. 433-437.
9.Ross В., Kreis R., Ernst T. // Eur. J. Radiol. - 1992. - Vol. 14.- P. 128-140.
10.Shimiiu H., Kumabe Т., Tominaga T. et al. // Am. J. Neuroradiol. - 1996. - Vol. 17. - P. 737-747.
|
