Автореферат и диссертация по медицине (14.00.19) на тему:Возможности магнитно-резонансной спектроскопии по водороду в характеристике опухолей головного мозга

На праиах рукописи

ОКОЛЬЗИН Алексей Валерьевич

ВОЗМОЖНОСТИ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ЕО ВОДОРОДУ В ХАРАКТЕРИСТИКЕ ОПУХОЛЕЙ ГОЛОВНОГО МОЗГА

14 00 19 - лучевая диагнос гика, лучевая терапия

АВ ТОРЕФ ЕР АТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2007

124 1

1299085632

Работа выполнена в Военно-медицинской академии им С М Кирова

Научный руководитель док-гор медицинских наук профессор Труфаъов Геннадий Евгеньевич

Официальные оппоненты

доктор медицинских наук профессор

доктор медицинских наук профессор

Амосов Виктор Иванович Поздняков Александр Владимирович

Ведущая организация - ФГУ НИИ онкологии им Н Н Петрова МЗ и СР РФ

Защита диссертации состоится «ЛЗ» 2007 года в

на заседании диссертационного совета Д 215 002 11 в Военно-медицинской академии им С М Кирова (194044, г Санкт-Петербург, ул Лс бедева, 6)

С диссертацией можно ознакомится в фунда\«ентальной библиотеке Военно-медицинской академии им С М Кирова Автореферат разослан «

м> апреля 2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор медицинских наук профессор

Ищенко Борис Ионович

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ Диагностика опухолей головного мозга представляет значительные трудности в связи с многообр.иием нозологических форм, клиническая симптоматика которых весьма сходна и неспецифична, особенно в начальных стадиях развития опухолевого процесса (Корниенко В Н, 1993, Тютин Л А, 1996, Коновалов А Н , 1997, Трофимова Т Н , 1998, Рамешвили Т Е , 2002)

За последнее время лучевая диагностика опухолей головного мозга шагнула вперед благодаря внедрению в клиническую практику таких методов морфологической визуализации, как компьютерная и магнитно-резонансная томография (Тютин Л А , 1996, Пронин ИН , 1996, 1998, Коновалов АН, 1997, Трофимова ТН 1998, Труфанов ГЕ, 1999, Дергунова Н И , 2004) Однако указанные методы исследования, несмотря на и\ большие диагностические возможности, как правило, не позволяют получить объективную информацию о биологических особенностях новообразований, в частности о степени злокачественности опухолей и особенностях их метаболизма (Пронин И Н, 1998, КЫшев Р , 2000)

Разработка и внедрение в клиническую практику методов ядерной медицины, таких как однофотонная эмиссионная компьютерная и позитронно-эмиссионная (двухфотонная) томография явилась значительным шагом в этом направлении Они позволили визуализировать функциональные процессы, протекающие в нормальны < условиях и при возникновении неопластической патологии, проводить своего рода неинвазивную биопсию, что в значительной мере приблизило лучевых диагностов к гистологическому заключению (Тютин Л А , 1996, Костеников Н А , 2004, Бойков И В , 2005)

По мнению ряда авторов (Тютин Л А, 1999, Ринк П А, 2003) за последние годы ведущим методом неинвазивной лучевой диагностики опухолей головного мозга является магнитно-резонансная томография С момента своего возникновения до настоящего времени этот метод качественно изменился и продолжает постоянно развиваться и совершенствоваться

Появление МР-томографов с высокой напряженностью магнитного поля и градиентов большей силы, совершенствование программного обеспечения, применение сверхбыстрых последовательностей и поверхностных радиочастотных катушек позволило не только сократить время исследования, по и принципиально улучшить качество получаемых изображений (Stark D, Bradleu W , 1992, Vion-Dury J , Salvan А M , Cozzone Р 1, 1999)

Имеющиеся в отечественной и зарубежной литературе сведения по применению МР-спектроскопии в нейровизуализации малочисленны, причем применяется в основном одновоксельная методика В этих работах на небольшом клиническом материале рассматриваются лишь отдельные вопросы применения МР-спектроскопии в диагностике неопухолевых и опухолевых заболеваний головного мозга (Krouwer HGJ, Kim ТА, Prost RW, 1998) Многовоксельная методика МР-спектроскопии широко применяется в ФГУ ЦНИРРИ Росздрава при диагностике демиелинизирующих заболеваний головного мозга, в частности рассеянного склероза (Поздняков А В , 2001)

В литературе недостаточно сведений о результатах МР-спектроскопии при диагностике первичных опухолей головного мозга, в том числе в определении степени злокачественности глиальных опухолей Нет единою мнения о методике и оценке результатов обследования больных с применением МР-спектроскопии по водороду Поэтому актуальной является диагностика глиальных опухолей головного мозга, а также изучение их степени злокачественности и дифференциальная диагностика с другими опухолями головного мозга с применением методики МР-спектроскопии по водороду

МР-спектроскопия по водороду - это неинвазивная методика исследования, основанная на свойстве ядер атомов водорода индуцировать в магнитных полях высокой напряженности, после воздействия радиочастотного импульса, МР-сигналы, последующий анализ которых позволяет судить о наличии и i онцентрации в тканях различных метабочитов, а также об их изменениях при различных патологических состояниях (Поздняков AB , 2001, Не-

ронов Ю И , Гарайбех 3 , 2003, Ринк П А , 2003, Vion-Dury J , 1999, Vikhoff-Baaz В , 2001)

Однако, в настоящее время методика МР-спектроскопии по водороду не нашла широкого применения в клинической практике Этому в первую очередь препятствуют проблемы технического и методического характера (Stark DD et al, 1992) Для проведения МР-спектроскопии необходимы дорогостоящие аппараты с высокой напряженностью (от 1,5 Тесла и более) и однородностью магнитного поля Методика МР-спектроскопического исследования до настоящего времени не унифицирована Крайне противоречиво освещен вопрос о влиянии на конечные результаты исследований времен эхо, особенно средних ТЕ (135 мс) До настоящего времени не полностью изучены сопоставления данных МР-спектроскопии по водороду с гистологическим типом опухоли Также не оценены возможности метаболического картирования опухолей головного мозга и информативность МР-спектроскопии по водороду в определении степени злокачественности опухолей нейроэктодер-мальной ткани Значительной противоречивостью характеризуются также сведения о рота и месте МР-спектроскопии в комплексе лучевых исследований больных нейроонкологического профиля в предоперационном периоде Благодаря появлению мноювокселыюй методики, появилась возможность существенно повысить диагностическую эффективность МР-спектроскопии при опухолях головного мозга Однако, эти исследования являются только первыми шагами в использовании новой методики при решении конкретных клинических задач

Таким образом, все вышеизложенное обусловливает высокую актуальность целенаправленного изучения диагностических возможностей МР-спектроскопии по водороду в нейроонкологии Требуют разработки и уточнения вопросы методики, семиотики и применения МР-спектроскопии по водороду у ботьных опухолями головного мозга в предоперационной диагностике, сопоставления данных МР-спектроскопии с гистологическим типом опухоли и степенью злокачественности глиальных опухолей

ЦЕЛЬЮ настоящего исследования явилось совершенствование лучевой диагностики опухолей голэвного мо:.га на основе применения МР-спектроскопии по водороду путём неинвазивного прижизненного изучения метаболизма головного мозга на биохимическом уровне и определения различий в биохимическом составе опухолей головного мозга (менингососудистого, нейроэктодермального и метастатического происхождения)

В соответствии с целью исследования были определены основные ЗАДАЧИ

1 Усовершенствовать методику MP-спектроскопии по водороду на высокопольном магнитно-резэнанспоч томографе у больных с опухолями головного мозга

2 Определить роль и место MP-i-пектроскопии по водороду в комплексе лучевых исследований больных нейроонкологического профиля в предоперационном периоде

3 Уточнить характеристики MP-спектра и типичные соотношения концентраций метаболитов при различных опухолях головного мозга

4 Провести сопоставление данных MP-спектроскопии по водороду и традиционной МРТ с гистологическим типом опухолей

5 Оценить информативность MP-спектроскопии по водороду в определении степени анаплазии опухолей чейроэктодермалыюй ткани

6 Построил, математические модели дифференциальной диагностики различных типов опухолей головного мозга и диагностики степени анаплазии глиальных опухолей

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ

Работа является обобщающим научным трудом, посвященным изучению диагностических возможностей MP-спектроскопии по водороду при опухолях головного мозга

Усовершенствована методика проведения магнитно-резонансной спектроскопии по водороду больным опухолями головного мозга, позволяющая за относительно непродолжительный отрезок времени (7-8 минут) получить MP-спектры с высоким соотношением "сигнал/шум"

Установлено, что показанием к проведению исследования у больных опухолями головного мозга являются трудности дифференциальной диагностики рассматриваемых нозологических форм по данным традиционной МРТ

Предложена методика вычисления относительных единиц долевого содержания метаболитов в общем количестве определяемых соединений, позволяющая без сложных расчетов абсолютных значений содержания метаболитов выявлять характерные биохимические изменения в различных опухолях головного мозга

По данным MP-спектроскопии по водороду выявлены характерные изменения содержания метаболитов и их соотношений при опухолях глиального, менингососудистого ряда и при метастатических опухолях головного мозга

Построены математические модели дифференциальной диагностики опухолей готовного мозга, позволяющие в полуавтоматическом режиме с вероятностью 90,5 % высказаться о характере имеющейся патологии и с вероятностью 91,4% определить степень анаплазии глиальных опухолей

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ Изучены возможности MP-спектроскопии по водороду на аппарате с напряженностью внешнего магнитного поля 1,5 Тл в диагностике опухолей головного мозга

Разработана оптимальная методика и определены основные показания к проведению MP-спектроскопии по водороду при опухолях головного мозга

Предложена методика расчета относительных долей метаболитов в общем количестве определяемых химических соединений, позволяющая

оценивать изменения содержания метаболитов без сложных вычислений абсолютных значений содержания метаболитов

Уточнены содержания основных метаболитов и значения их соотношений по данным MP-спектроскопии по водороду при различных типах опухолей головного мозга

Проведено сопоставление данных MP-спектроскопии с результатами гистологического анализа и установлены статистически достоверные различия изучаемых показателей в различных группах пациентов опухолями головного мозга

На основании полученных данных построена математическая модель дифференциальной диагностики опухолей головного мозга

Разработаны методические рекомендации по применению МР-спектроскопии для врачей - нейрорентгенологов и нейрохирургов, проводящих обследование и лечение больных опухолями головного мозга

Использование данных MP-спектроскопии позволяет дополни ib результаты традиционной МРТ принципиально новой информацией, отражающей биохимические процессы, происходящие в опухолевой ткани

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1 MP-спектроскопия по водороду является дополнитетьной, неинвазивной, высокоинформативной методикой в диагностике опухолей головного мозга, позволяющей на биохимическом уровне выявлять изменения в обменных процессах

2 Применение оптимизированной методики MP-спектроскопии по водороду позволяет добиться получения качественных MP-спектров с четко локализованными на них пиками пяти метаболитов

3 MP-спектроскопия по водороду в сочетании с традиционной МР-гомографией позволяет с большой вероятностью предположить принадлежность к тому или иному гистологическому типу опухота головного мозга, а также уточнить степень их анаплазии

4 Результаты МР-спектроскопии по водороду в сочетании с традиционной МР-томографией повышают эффективность диагностики опухолей головного мозга и позволяют оптимизировать их лечение

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ Основные результаты работы доложены и обсуждены на конференции, посвященной 60-летию кафедры рентгенологии и радиологии СПбГМУ им И П Павлова (Санкт-Петербург, 2005), научно-практических конференциях на кафедре рентгенологии и радиологии ВМедА (2006), XI съезде неврологов (Ярославль, 2006), заседании Санкт-Петербургского радиологического общества (Санкт-Петербург, 2006), VIII съезде нейрохирургов России (Москва, 2006), Невском радиологическом форуме (Санкт-Петербург, 2007) По теме диссертации опубликовано 9 научных работ Результаты настоящей работы используются в практической деятельности отделений магнитно-резонансной томографии кафедры рентгенологии и радиологии, кафедрах нейрохирургии и нервных болезней Военно-медицинской академии

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ Диссертационная работа изложена на 206 страницах машинописного текста и состоит из введения, шести глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включающего 66 отечественных и 131 иностранных авторов Работа содержит 41 таблицу, 59 рисунков

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ОБСЛЕДОВАНИЯ Для решения поставленных задач в основу работы положены данные МРС-исследований 178 больных с опухолями головного мозга Все больные с подозрением на опухоль головного мозга до проведения лучевых методов исследования бьпи обследованы невропатологом и/или нейрохирургом с оценкой неврологического статуса

Среди обследованных больных превалировали мужчины (60,7%) Лица в возрасте от 20 до 59 лет составили 78,7% от общего количества

Таким образом, большинство обследованных больных были в наиболее трудоспособном и значимом в социальном плане возрасте

Верификацию диагнозов осуществляли во время операции (включая стереотаксическую биопсию), с последующим гистологическим исследованием операционного материала

С учетом установленных диагнозов, результатов хирургического удаления и данных гистологического исследования все больные были разделены на 3 группы При исследованиях использовали классификацию опухолей ЦНС, принятую ВОЗ в 2000 году (Лион) Распределение больных в зависимости от гистологической природы процесса представлено в таблице

Таблица

Распределение больных по гистологической структуре новообразований головного мозга

Гистологическая структура Количество больных

абс %

- глиальные опухоли

фибриллярно-протоплазматическая 31 17,4

олигодендроглиома 6 3,4

анапластическая астроцитома 45 25,3

глиобластома 39 21,9

- опухоли менингососудистого ряда

менингиома 37 20,8

менингосаркома 2 1,1

- метастатическое поражение головного мозга 18 10,1

Всего 178 100

Согласно этой классификации, первая группа (глиальные опухоли) с учетом степени анаплазии (Grade) была разделена на 3 подгруппы первая подгруппа со степенью анаплазии Grade П (37 больных) - с фибриллярно-

протоплазматическими астроцитомами и олигодендроглиомами, вторая подгруппа со степенью анаплазии Grade III (45 больных) - с анапластическими астроцитомами, третья подгруппа со степенью анаплазии Grade IV (39 больных) - с глиобластомами Вторая группа (39 больных) - опухолями менинго-сосудистого ряда, третья (18 больных) - с метастатическими опухолями головного мозга

Исследования выполняли на томографе «Magnetom Symphony» с напряженностью магнитного поля 1,5 Тесла Специальная подготовка пациентов для проведения исследования не проводилась

Магнитно-резонансное обследование пациентов с опухолями головного мозга включало в себя пять этапов

1 Позиционирование обследуемого пациента

2 Выполнение традиционной МРТ головного мозга

3 Выполнение MP-спектроскопии по водороду

- выбор области интереса и позиционирование исследуемого объема (вокселей) по полученным изображениям в трех взаимно перпендикулярных плоскостях,

- шиммирование магнитного поля в автоматическом режиме,

- выбор параметров импульсных последовательностей,

- получение МР-спектров

4 Выполнение МРТ головного мозга после внутривенного введения контрастного вещества

5 Анализ спектрограмм, построение параметрических карт и карт цветного картирования распределения метаболитов и их соотношений Магнитно-резонансную томографию головного мозга начинали с применения быстрой поисковой программы Localizer для получением ориентировочных срезов головного мозга в сагиттальной, аксиальной и корональной плоскостях Эти изображения в дальнейшем использовали для выполнения срезов в других плоскостях

Послойные срезы головного мозга в аксиальной плоскости с получением Т2-томограмм и томограмм, взвешенных по протонной плотности, осуществляли, применяя импульсную последовательность TURBO SE с параметрами TR=3600 мс, ТЕ-19-93 мс, FOV-230 мм, матрица - 192x256, толщина среза - 5 мм, время сканирования - 5 мин 30 с После анализа аксиальных изображений, используя импульсную последовательность TURBO FLASH с параметрами TR=10 мс, ТЕ - 4 мс, FOV- 250 мм, матрица 160x256, толщина среза - 6 мм, время - 5 мин 07 с, получали Т1-взвешенные томограммы в сагиттальной плоскости Т1-взвешенные томограммы получали с использованием импульсной последовательности SE с параметрами TR=350 мс, TF=15 мс, FOV-230 мм, матрица 256x256, толщина среза - 5 мм, время сканирования - 4 мин 32 с

Далее, в зависимости от локализации патологического образования выполняли одновоксельпую или многовоксельную MP-спектроскопию Одново-ксельная МР-спеетроскопия использовалась при расположении опухоли в задней черепной ямке, в стволе или в базальных отделах височных долей Многовоксельную MP-спектроскопию проводили при локализации опухолей в больших полушариях головного мозга вдали от источников артефактов восприимчивости и липидов Для получения спектров высокого качества старались избегать попадания в область сканирования воздуха, жира, областей с некрозом, металла, костей, кальцинатов, крови и ее компонентов В этих областях различная намагниченность определяет неоднородную область, которая препятствует получению диагностически качественного спектра Диагностически качественный спектр характеризуется прямой горизонтальной линией с отдельными и узкими четко дифференцирующимися пиками (рис 1)

Для получения наиболее качественных спектров с оптимальным соотношением "сигнал/шум" и временем сбора данных мы изменят следующие параметры время эхо (ТЕ) от 30 до 270 мс, угол Эрнста от 450 до 900, размер исследуемого вокселя от 1 см3 (10x10x10 мм) до 8 см1 (20x20x20 мм) Время повторения (TR) составляло 1,5 Aie

Рис. 1. Качественный MP-спектр от неизмененного вещества головного мозга с отдельными четко дифференцирующим и ся пиками,

В результате отработки методики нами были определены оптимальные параметры МР-с пеюроско пии:

- лля одновоксельной MP-спектроскопии: время-эхо (ТЕ) - 135 мс; время повторения (TR) - 1500 мс, размер вокселя 8-10 см'4; количество во-кселей - 1; количество сборов данных - 256 раз; общее время сканирования (включая шиммирование) 5-6 мин;

- для многовокссльной MP-спектроскопии: время-эхо (ТЕ) - 135 мс; время повторения (TR) - 1500 мс; размер вокселя - 1,3-1,5 см1; количество вокселей - 48-64; количество сборов данных - 4 раза; общее время сканирования (включая шиммирование) - 9-10 мин.

Всем больным с опухолями головного мозга после проведения МР-спектроскопии выполняли постконтрастные Т1-взвешенные томо1раммы и сравнивали их с ранее полученными изображениями. Внутривенное введение контрастного вещества перед MP-спектроскопией ухудшало качество спектра.

Заключительным этапом исследования являлся анализ полученных спектрограмм На спектрах определяли пики метаболитов: холина (Cho), креатина (Сг), N-ацетиласпар'гата (NAA), лактата (Lac), аланина (Ala)) с характеристиками положения и интегральным исчислением относительных

единиц Построение параметрических карт и карт цветного картирования распределения метаболитов осуществляли с помощью программного обеспечения (Spectroscopy Application на базе оболочки Syngo 2002 В), установленного производителем (Siemens)

Данные, полученные при обработке качественных MP-спектров, подвергали статистическому анализу Поскольку интегральные значения пиков метаболитов зависят от технических параметров MP-системы, позиционирования спектроскопической матрицы, а также требуют пересчета в зависимости от размеров исследуемого вокселя, сравнение абсолютных значений данных показателей у различных пациентов без предварительной обработки не корректно Поэтому, нами предложено оценивать относительные величины, получаемые при использовании методики долевого содержания каждого из метаболитов от общего их количества в исследуемом вокселе и соотношение содержания определяемых метабочитов между собой

Перед началом анализа эмпирические распределения переменных были испытаны на согласие с законом нормального распределения по критерию Колмогорова-Смирнова (Кувакин В И , Иванов В В , 2005) Для всех полученных значений гипотеза о соответствии эмпирического распределения теоретическому закону нормального распределения была отклонена (р>0,05) В связи с этим для адекватного описания случайных величин были использованы интерквартильный размах и медиана, которые значительно точнее описывают распределение случайных величин в подобных случаях, чем среднеквадратичное отклонение и среднее арифметическое значение

Оценку значимости полученных показателей у больных с опухолями головного мозга производили при помощи непараметрического критерия U -критерия Манна-Уитни (Mann-Whitney), позволяющего обнаружить различия между двумя независимыми выборками преимущественно по центральной тенденции и теста Крускала-Уоллиса (Kruskal-Walhs), который обладает хорошей мощностью и позволяет обнаружить различия между несколькими независимыми выборками

РЕЗУЛЬТАТЫ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ПО ВОДОРОДУ У БОЛЬНЫХ ГЛИАЛЬНЫМИ ОПУХОЛЯМИ ГОЛОВНОГО МОЗГА При анализе спектров и статистической обработке полученных данных было установлено, что наиболее значимыми изменениями содержания метаболитов в глиальных опухолях по сравнению с контрлатеральным неизмененным веществом головного мозга стали снижение доли N-ацетиласпартата, увеличение доли холина и лактата относительно общего количества определяемых метаболитов (р<0,01, р<0,005 и р<0,005 соответственно)

N-ацстиласпартат является производным аминокислот, синтезируемых в нейронах и далее транспортируемый по аксонам При глиальных опухолях происходит разрушение аксонов, нейронов и дендритов, с развитием недостаточности ферментной системы, участвующей в ацетилировании аспартата, что приводит к снижению его содержания Увеличение же доли холина связано с тем, что фосфаты холина являются структурной основой фосфолипи-дов - важнейшего строительного материала базальных мембран При глиальных опухолях происходит разрушение клеточных мембран, с высвобождением холина, вследствие чего повышается его содержание Увеличение доли лактгата характеризует недостаточное количество образующегося АТФ при окислительном фосфорилировании в глиальных опухолях Образуются дополнительные пути получения АТФ - анаэробный гликолиз и серинолиз с образованием конечного продукта - лактата

Для сопоставления данных, полученных при MP-спектроскопии по водороду с морфологическими изменениями, по результатам гистологического анализа, 121 пациент глиальными опухолями были распределены на 3 подгруппы в зависимости от степени анаплазии по Grade

Между представленными подгруппами пациентов были получены следующие статистически достоверные различия чем выше степень анаплазии глиальнои опухоли (Grade II - Grade IV), тем достоверно выше соотношения Cho/Cr и Lac/Cr (р<0,005 и р<0,01 соответственно)

Так как, большой интерес представляла задача выявления закономерностей, позволяющих по данным MP-спектроскопии по водороду определить степень анаплазии глиалышх опухолей, нами была построена математическая модель Для этого использовали дискриминантный анализ - метод многомерной статистики, применяемый для решения задач классификации и позволяющий о гнести объект с определенным набором признаков к одному из известных классов

На начальном этапе определяли группы наиболее информативных признаков для возможности проведения дифференциальной диагностики степени анаплазии глиальных опухолей, после чего уже строили саму математическую модель Самым информативным для дифференциальной диагностики степени анаплазии глиальных опухолей в полученной дискриминантной модели оказалось отношение Lac/Cr, на втором месте соотношение Cho/Cr (р<0,001) Данные переменные имеют наибольшие отношения межгрупповой и внутригрупповой дисперсий

Для построения диагностической модели методом дискриминаптного анализа использовали только переменные, измеренные в количественной и порядковой шкале Вся матрица использовалась в качестве обучающей информации, группирующим служил признак принадлежности опухоли к одному из трех степеней анаплазии ишом (Grade) II - фибриллярно-протоплазмагическая астроцитома, олигодендроглиома, III - анапластиче-ская астроцитома, анаптастическая олигодендроглиома, IV - высокая степень анаплазии - глиобластома

Наиболее тесная связь была выявлена с соотношением Lac/Cr (F=1381,3, р<0,001), на втором месте по силе - доля Lac (F=920,3, р<0,001), на третьем - доля Cr (F=882,3, р<0,001) Так как, две последние переменные функционально связаны с Lac/Cr, их включать в модель не рационально Целесообразно включение в модель кроме соотношения Lac/Cr четвертой по силе связи со злокачественностью - соотношения Cho/Cr (F=745,4, р<0,001) Окончательная дискриминантная модель содержала две переменных

Объекты трех групп глиальпых опухолей в пространстве координат выделенных в результате дискриминантного анализа канонических функций, распределены следующим образом координаты центроида опухолей со степенью анаплазии Grade II - [2,64, -0,12], со степенью анаплазии Grade III -[0,96, 0,16], со степенью анаплазии Grade IV - [-3,17, -0,04] (рис 2)

Каноническая функция 1

Рис 2 Распределение трех групп глиальных опухолей в пространстве выделенных дискриминантных канонических функций Гр 1 - опухоли со степенью анаплазии Grade II Гр 2 - опухоли со степенью анаплазии Grade III Гр 3 - опухоли со степенью анаплазии Grade IV Анализ матрицы факторной структуры канонических переменных и координат центроидов исследуемых групп глиальных опухолей показывает, что в пользу опухолей с высокой степенью анаплазии говорят высокие значения соотношений Cho/Cr и Lac/Cr

Для практического применения полученной дискриминантной модели использовали расчет значений двух канонических функций по результатам обследования пациента

/Ч = 5,16 - 0,91 * Chol Cr - 2,06* Lac /Cr F2 - -2,93 т 2,29 * Chol Cr - \,92*Lac/Ci где Cho/Cr _ соотношение холин к креатину, Lac/Cr _ соотношение лактат к креатину По полученным значениям канонических функций на графике наносили точку, соответствующую данному пациенту Опухоль относят к той группе, от центроида которой получено наименьшее удаление

Чувствительность полученной модели составила 91,4 %, что подтверждает возможность дифференциальной диагностики глиальных опухолей с различной степенью злокачественности по результатам МР-спектроскопии

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что построенная модель с высокой вероятностью (около 94%) позволяет высказаться о степени анаплазии глиальных опухолей головного мозга

РЕЗУЛЬТАТЫ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ПО ВОДОРОДУ У БОЛЬНЫХ ОПУХОЛЯМИ МЕНИНГОСОСУДИСТОГО РЯДА В предоперационном периоде обследовано 39 больных с опухолями менингососудистого ряда, в том числе 2 пациента со злокачественными менингиомами Оценивая результаты МР-спектроскопии, полученные при статистической обработке, в опухолях головного мозга менингососудистого ряда по сравнению с контрлатеральным неизмененным веществом мозга были определены следующие закономерности минимальные значения доли N-ацетиласпартата, увеличение доли холина и аланина относительно общего количества определяемых метаболитов (р<0,001, р<0,01 и р<0,001 соответственно) При злокачественных менингиомах отмечалось незначительное увеличение доли лактата, однако достоверно значимых различий с доброкачественными менингиомами получено не было

N-ацетиласпартат (NAA) - это соединение, которое присутствует преимущественно в глиальных тканях, в двигательных нервных окончаниях, в

области нервно-мышечного синапса и лишь в минимальной концентрации может содержаться в других тканях Так как опухоли менингососудистого ряда образуются из паутинной, реже мягкой мозговой оболочки или из стро-мы сосудистого сплетения, содержание ЫАЛ в них должно быть минимальным или отсутствовать

При менингиомах, также как и при глиальных опухолях, при активных пролиферативных процессах опухолевой ткани происходит повреждении ба-зальных мембран клеток протеолитическими ферментами и высвобождение холина, повышенное содержание которого регистрируется в МР-снектре

В условиях достаточной оксигенации в менингиомах формируется глюкозо-аланиновый цикл, при котором происходит образование аланина и а-кетог 1утарата из пировиноградной кислоты путем трансаминирования с глутаматом, а-кетоглутарат используется для окисления и извлечения энергии Алании поступает в кровь и затем поглощается печенью В печени происходит обратная реакция, в результате которой образуется пируват, реализуемый в глюконеогенезе, увеличивая содержания глюкозы в крови

РЕЗУЛЬТАТЫ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ПО ВОДОРОДУ У БОЛЬНЫХ С МЕТАСТАТИЧЕСКИМ ПОРАЖЕНИЕМ ГОЛОВНОГО МОЗГА Всего обследовано 18 больных При МР-спектроскопии, в мет астатических опухолях юловного мозга по сравнению с контрлатеральным неизмененным веществом были определены следующие статистически значимые закономерности изменения содержания метаболитов минимальные значения доли К-ацстиласпартата и креатина, увеличение доли холина относительно общего количества определяемых метаболитов (р<0,001, р<0,001 и р<0,05 соответственно)

Механизм изменения содержания М-ацетиласнартата и холина в метастатических оиухотях в общих чертах аналогичный, как и в опухолях менин-гососудисюго ряда Значительное снижение содержания креатина и фосфор-

креатина в метастатических опухолях головного мозга вероятнее все! о связано с использования преимущественно анаэробных катаболических механизмов получения энергии и значительно сниженных процессов окислительного фосфорилирования

Таким образом, после проведения статистического анализа данных полученные при МР-спектроскопии по водороду больных опухолями головного мозга были определены достоверные различия содержания метаболитов между гистологическими типами опухолей Для опухолей менингососудистого ряда и метастатических опухолей было характерно минимальные значения доли Н-ацетиласпартата по сравнению с опухолями нейроэктодермальной ткани Для опухолей менингососудистого ряда, в отличие от опухолей нейроэктодермальной ткани и метастатических опухолей характерно наличие мета-болша аланина Для метастатических опухолей в отличие от опухолей менингососудистого и глиалыюго ряда - минимальные значения доли креатина Опухоли глиального ряда характеризуются промежуточными значениями долей Ы-ацетиласпартата, креатина, а также отсутствием содержания аланина

ДИСКРИМИНАНТНАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ОПУХОЛЕЙ ГОЛОВНОГО МОЗГА Получение эффективной диагностической модели в определении степени анаплазии глиальных опухолей по данным МР-спектроскопии доказало ее достаточно высокую эффективность применения Используя отработанный подход, была сформирована модель дифференциальной диагностики наиболее распространенных опухолей головного мозга

Для построения данной модели был также применен метод дискрими-нантного анализа, так как в работе используются переменные, измеренные в количественной шкале, а целевым признаком является тип опухоти

В целях отбора группы наиболее информативных признаков включаемых в конечную модель, оценена информативность каждого в дисперсиол-

ном однофакторном анализе, произведена их экспертная оценка, опробован ряд моделей с различным набором признаков

Анализ результатов дисперсионного анализа показывает, что существует статистически достоверная связь типа ткани гистологического материала со всеми количественными показателями, регистрируемыми в нашем исследовании Наиболее тесная связь выявлена с долей N-ацетиласпартата (F=1116,4, р<0,001), на втором месте по силе - доля аланина (F=896,9, р<0,001), на третьем - холина (F=600,l, р<0,001) Со значительным отрывом по абсолютному значению F-кршерий Фишера идут доли лактата и креатина лактат (F=201,5, р<0,001), креатин (F=l 84,5, р<0,001) Все данные показатели могуг быть использованы в дискриминантном анализе

Самым информативным для дифференциальной диагностики гистологического типа по данным МР-спектроскоппи в полученной дискриминантной модели, оказалась доля аланина (Ala), на втором месте - доля N-ацегиласпартата (NAA) Данные переменные имеют наибольшие отношения межгрупповой и внутригрупповой дисперсий

Объекты четырех гистологических типов тканей в пространстве координат выделенных в результате дискриминантного анализа канонических функции, распределены следующим образом (рис 3) Определены координаты центроида глиальных опухолей [-0,08, -0,64], опухолей менингососудистого ряда -[-4,15, -2,59], метастагических опухолей головного мозга - [2,91, -4,13], неизмененное вещество головного мозга контрлатеральной стороны - [3,50, -1,05]

Анализ матрицы факторной структуры канонических переменных и координат центроидов исследуемых групп опухолей показывает, что в пользу неизмененного вещества головного мозга с контралатеральной стороны говорят высокие доли N-ацетитаспартата н отсутствие аланина Метастатические опухоли и опухоли менингососудистого ряда характеризуются снижением доли N-ацетиласпартата, но при этом мешшгиомам свойственно наличие аланина, а метастазам - низкое содержание креатина Опухоли глиалыюго ряда характери-

зуются промежуточными значениями долей Ы-ацетиласпартата, холина, креатина и отсутствием аланина

-6-4-2 0 2 Каноническая функция 1

о Гр 1 п Гр2

с- Гр 3

л Гр 4

Рис 3 Распределение групп опухолей в пространстве выделенных дискриминантных канонических функций Гр 1 - глиалыше опухоли Гр 2 - опухоли менингососудистого ряда Гр 3 - метастатическое поражение головного мозга

Гр 4 - неизмененное вещество головного мозга контрлатеральной стороны

Для практического применения полученной дискриминантной модели предлагается использовать расчет значений двух канонических функций по результатам обследования пациента

Л = -1,317 + 0,094 * В _ЫЛА - 0,025 * О _САо + 0,05 * В _Сг - 0,156 * В _ А/а = 0,851 + 0 01 *В_ЫАА - 0,063 * В _С/ю + 0,05&*В_Сг ч 0,184 * В_ А/а

где Я-МЛЛ _ доля М-ацетиласпартата (%), - доля холина (%), - доля креатина (%), 0_А1а _ лоля алацина (%)

0_С/70

В Сг

По полученным значениям канонических функций на график наносится точка, соответствующая данному пациенту Гистологический тип ткани относят к той группе, от центра которой получено наименьшее удаление

Результаты распознавания обучающей выборки свидетельствуют о достаточно высокой общей чувствительности полученной дискриминантной модели - 90,5% Диагностическая эффективность (точность) полученной модели составила 95,4%, что подтверждает возможность дифференциальной диагностики опухолей головного мозга по результатам спектроскопического исследования Необходимо обратит!, внимание на полностью верное распознавание группы с неизмененным веществом головного мозга контрапатералъной стороны, что дает высокую специфичность модели

Таким образом, построенная модель дифференциальной диагностики по типу наиболее распространенных опухолей головного мозга (опухоли глиального и менингососудистого ряда, метастатические опухоли) и модель дифференциальной диагностики степени анаплазии глиальных опухолей головного мозга позволяют неинвазивно, с достаточно высокой чувствительностью (до 90,5% и соответственно 91%) и за непродолжительный отрезок времени, диагностировать наличие патологических изменений и высказаться о характере этих изменений Следует отметить минимальный уровень субъективности при принятии решения

Полученные данные при традиционной МРТ в сочетании с результатами MP-спектроскопии по водороду позволяют оценивать не только морфологические изменения, но и изменения происходящие на биохимическом уровне

Результаты нашего исследования дают основание полагать, что использование MP-спектроскопии по водороду целесообразно в диагностическом алгоритме обследования больных с опухолями головного мозга не только с целью дифференциальной диагностики различных типов опухолей, но и в сомнительных диагностических ситуациях, когда данные традиционной МРТ не соответствуют клиническим проявлениям, а также для уточнения степени анаплазии опухолей глиального ряда

выводы

Магнитно-резонансная спектр эскопия но водороду является дополнительной и уточняющей методикой, позволяющей неинвазивно изучать изменения метаболизма головного мозга на биохимическом уровне Использование оптимизированной методики исследования при опухолях головного мозга на аппарате с напряженностью магнитного поля 1,5 Тл позволяет визуализировать 5 пиков метаболитов, каждый из которых имеет четкую локализацию на оси химического сдвига Показаниями к проведению магнитно-резонансной спектроскопии являются сложные диагностические ситуации, при которых выявляемая МР-картина свойственна нескольким типам опухолей или не соответствует характеру и выраженности клинической симптоматики, а также уточнение степени анаплазли глиальных опухолей При глиальных опухотях головного мозга по данным магнитно-резонансной спектроскопии по водороду определяется снижение доли N-ацетиласпартата, увеличение доли холина и тактата относительно общего количества определяемых метаботитов по сравнению с данными от неизмененного вещества головного мозга контралагеральной стороны Повышение соотношений С1ю/Сг и Lac/Cr прямо пропорционально степени анаплазии опухоли Математическая модель определения степени анаплазии тлиальных опухолей включает ДЕ.е переменные соотношения Cho/Cr и Lac/Cr Общая чувствительность полученной модели составляет -91,4%

При опухотях головного мозга менингососудистого ряда определяется увеличение доли холина, минимальные значения доли N-ацетиласпартата, появления метаболита аланина по сравнению с данными от неизмененного вещества головного мозга контралатералыюй стороны Статистически же достоверных отличий между доброкачественными и злокачественными опухолями менингососудистого рада не получено

5 При метастатических опухолях голэвного мозга определяется увеличение дочи холшга, минимальные значения доли N-ацегиласпартата и креатина по сравнению с данными от неизмененного вещества головного мозга контралатеральной стороны Достоверно значимых различий между метастатическими опухолями различного происхождения также не получено

6 Чувствительность получе нной мате чатнческой модели дифференциальной диагностики опухолей готовного мезга составляет 90,5%, специфичность -98,9% и диагностическая эффективность (безошибочность) - 95,4%

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1 Магнитно-резонансную спектроскопию при опухочях головного мозт необходимо выполнять после проведения традиционной МРТ, в сомнительных диагностических си1уациях, при которых выявляемая МР-картина не соответствует характеру и выраженности клинической симптоматики, а также для уточнения степени анаплазии глиальных опухолей

2 При локализации опухолей головного мозга в задней черепной ямке, в базальных отделов височных долей и вблизи артефактов восприимчивости целесообразно выполнять одновоксельную спектроскопию, в остальных случаях многовокссльную спектроскопию

3 При проведении од1ювокселышй MP-спектроскопии по водороду больным опухолями головного мозга оптимальными условиями сканирования являются время-эхо (ТЕ) - 135 мс, время повторения (TR)

- 1500 мс, размер вокселя - 8-10 см1, количество сборов данных - 256 раз, общее время сканирования (включая шиммирование) 5-6 мин

4 При проведении многовокселыюй MP-спектроскопии по водороду больным опухолями головного мозга оптимальными условиями сканирования являются время-эхо (ТЕ) - 135 мс, время повторения (TR)

- 1500 мс, размер вокселя - 1,3-1,5 cmj, количество вокселей - 48-64,

количество сборов данных - 4 раза, общее время сканирования (включая шиммирование) 9-10 мин

5 При изучении состояния метаболизма в опухолевой ткани с неизмененным веществом головного мозга контралатеральной стороны, а также для сравнения результатов МР-спектроскопии у различных пациентов целесообразно производить расчет относительных долей каждого соединения в общем количестве определяемых метаболитов

6 Для получения стабильных результатов, а также для снижения эффектов искажения при непроизвольных движениях и от артефактов восприимчивости необходимо учитывать и усреднять данные вокселей, спектры которых оказались качественными

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Окользин, А В Возможности 1Н магнитно-резонансной спектроскопии в определении степени злокачественности опухолей головного мозга / А В Окользин // Сборник научных работ юбилейной конференции, посвященной 60-летию кафедры рентгенологии и радиологии СПбГМУ имени И П Павлова - СПб, 2005 - С 126

2. Окользин, А В Магнитно-резонансная спектроскопия в определении степени злокачественности опухолей головного мозга / А В Окользин, Г Е Труфанов, В А Фокин, И В Пьянов // Материалы III международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы клинической и военно-морской медицины Достижения и перспективы» - Севастополь, 2005 -С 110.

3 Окользин, А В Магнитно-резонансная спектроскопия по водороду возможности определения степени злокачественности опухолей головного мозга / А В Окользин, В А Фокин, Г Е Труфанов, Б В Мартынов // Актуальные проблемы клинической онкотогии Тезисы докладов научно-практической конференции - М ГВКГ им Н Н Бурденко, 2005 - С 75

Труфанов, Г Е Возможности протонной магнитно-резонансной спектроскопии (1H-MRS) в определении степени злокачественности глиалышх опухолей головного мозга //Г Е Труфанов, А В Окользин, В А Фокин, Б В Мартынов // Юбилейная Всероссийская Научно-Практическая конференция "Поленовские чтения" - СПб - 2006. - С 229 Труфанов, Г Е Возможности протонной магнитно-резонансной спектроскопии в неврологии / Г Е Труфанов, А В Окользин, В А Фокин // Всероссийское общество невротогов IX Всероссийский съезд неврологов -Ярославль,2006 -С 123

Окользин, А В Водородная магнитно-резонансная спектроскопия опухолей головного мозга//А В Окользин, Г Е Труфанов, В А Фокин, Б В Мартынов // Материалы IV съезда нейрохирургов России М -2006 - С 510 Окользин, А В Магинтно-резонансная спектроскопия по водороду в характеристике опухолей головного мозга / А В Окользин // Российский Биомедицинский журнал Medlmeга -2007 - Г 8 , ст 15 -С 132-151 Окользин А В Значение магнитно-резонансной спектроскопии по водороду (1H-MRS) в лучевой диагностике опухолей головного мозга / А В Окользин // Вестник Российской Военно-медицинской академии Материалы VIII Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы клиники, диагностики и лечения больных в многопрофильном лечебном учреждении» - 2007 - №1 (18), прил №1 -С 136

Окользин, А В Роль магнитно-резонансной спектроскопии по водороду (1IIMRS) в лучевой диагностике опухолей головного мозга / А В Окользин, Г Е Труфанов, В А Фокин, Б В Мартынов//Невский радиологический форум "Новые горизонты" Сборник научных трудов - СПб -2007 - С 37

Подписано в печать И 04 Вt-

Объем 1 г-т_Тираж щр экз

Формат 60x84 '/16 Заказ № 342

Типография ВМедА, i 94044, СПб , ул Академика Лебедева, 6

Актуальность проблемы

Диагностика опухолей головного мозга, представляет значительные трудности в связи с многообразием нозологических форм, клиническая симптоматика которых весьма сходна и неспецифична, особенно в начальных стадиях развития опухолевого процесса (Корниенко В.Н., 1993; Тютин Л.А., 1996; Коновалов А.Н., 1997; Трофимова Т.Н., 1998; Рамешвили Т.Е., 2002).

Наиболее частыми опухолями головного мозга у взрослых являются глиомы (Wrensch М., et al., 2000). Хотя встречаемость их и низка по отношению к другим злокачественным заболеваниям, смертность от них высокая (Jemal A. et al., 2003).

За последнее время лучевая диагностика опухолей головного мозга шагнула вперед благодаря внедрению в клиническую практику таких методов морфологической визуализации, как компьютерная и магнитно-резонансная томография (Тютин JI.A., 1996; Пронин И.Н., 1996, 1998; Коновалов А.Н., 1997; Трофимова Т.Н. 1998; Труфанов Г.Е., 1999; Дергунова Н.И., 2004). Однако указанные методы исследования, несмотря на их большие диагностические возможности, как правило, не позволяют получить объективную информацию о биологических особенностях новообразований, в частности о степени злокачественности опухолей и особенностях их метаболизма (Пронин И.Н., 1998; Kleihues Р., 2000).

Разработка и внедрение в клиническую практику методов ядерной медицины, таких как однофотонная эмиссионная компьютерная и позитронно-эмиссионная (двухфотонная) томография явилась значительным шагом в этом направлении. Они позволили визуализировать функциональные процессы, протекающие в нормальных условиях и при возникновении неопластической патологии, проводить своего рода неинвазивную биопсию, что в значительной мере приблизило лучевых диагностов к гистологическому заключению (Тютин JI.А.;1996, Костеников Н.А., 2004; Бойков И.В., 2005).

По мнению ряда авторов (Тютин Л.А., 1999; Ринк П. А., 2003) за последние годы ведущим методом неинвазивной лучевой диагностики опухолей головного мозга является магнитно-резонансная томография. С момента своего возникновения до настоящего времени этот метод качественно изменился и продолжает постоянно развиваться и совершенствоваться.

Появление MP-томографов с высокой напряженностью магнитного поля и градиентов большей силы, совершенствование программного обеспечения, применение сверхбыстрых последовательностей и поверхностных радиочастотных катушек позволило не только сократить время исследования, но и принципиально улучшить качество получаемых изображений (Stark D., Bradleu W., 1992; Vion-Dury J., Salvan A.M., Cozzone P.J., 1999).

Имеющиеся в отечественной и зарубежной литературе сведения по применению МР-спектроскопии в нейровизуализации малочисленны, причём применяется в основном одновоксельная методика. В этих работах на небольшом клиническом материале рассматриваются лишь отдельные вопросы применения MP-спектроскопии в диагностике неопухолевых и опухолевых заболеваний головного мозга (Krouwer H.G.J., Kim Т.A., Prost R.W., 1998). Многовоксельная методика MP-спектроскопии широко применяется в ФГУ ЦНИРРИ Росздрава при диагностике демиелинизирующих заболеваний головного мозга, в частности рассеянного склероза (Поздняков А.В., 2001).

В литературе недостаточно сведений о результатах МР-спектроскопии при диагностике первичных опухолей головного мозга, в том числе в определении степени злокачественности глиальных опухолей. Нет единого мнения о методике и оценке результатов обследования больных с применением МР-спектроскопии по водороду. Поэтому актуальной является диагностика глиальных опухолей головного мозга, а также изучение их степени злокачественности и дифференциальная диагностика с другими опухолями головного мозга с применением МР-спектроскопии по водороду.

MP-спектроскопия по водороду - это неинвазивная методика исследования, основанная на свойстве ядер атомов водорода индуцировать в магнитных полях высокой напряженности, после воздействия радиочастотного импульса, MP-сигналы, последующий анализ которых позволяет судить о наличии и концентрации в тканях различных метаболитов, а также об их изменениях при различных патологических состояниях (Поздняков А.В., 2001; Неронов Ю.И., Гарайбех 3., 2003; Ринк П.А., 2003; Vion-Dury J., 1999; Vikhoff-BaazB., 2001).

Однако, в настоящее время MP-спектроскопия по водороду не нашла широкого применения в клинической практике. Этому в первую очередь препятствуют проблемы технического и методического характера (Stark D.D. et al., 1992). Для проведения MP-спектроскопии необходимы дорогостоящие аппараты с высокой напряженностью (от 1,5 Тесла и более) и однородностью магнитного поля. Методика MP-спектроскопического исследования до настоящего времени не унифицирована. Крайне противоречиво освещен вопрос о влиянии на конечные результаты исследований времен эхо, особенно средних ТЕ (135 мс). До настоящего времени не полностью изучены сопоставления данных MP-спектроскопии по водороду с гистологическим типом опухоли. Также не оценены возможности метаболического картирования опухолей головного мозга и информативность MP-спектроскопии по водороду в определении степени злокачественности опухолей нейроэктодермальной ткани. Значительной противоречивостью характеризуются также сведения о роли и месте MP-спектроскопии в комплексе лучевых исследований больных нейро-онкологического профиля в предоперационном периоде. Благодаря появлению многовоксельной методики, появилась возможность существенно повысить диагностическую эффективность MP-спектроскопии при опухолях головного мозга. Однако, эти исследования являются только первыми шагами в использовании новой методики при решении конкретных клинических задач.

Таким образом, все вышеизложенное обусловливает высокую актуальность целенаправленного изучения диагностических возможностей МР-спектроскопии по водороду в нейроонкологии. Требуют разработки и уточнения вопросы методики, семиотики и применения MP-спектроскопии по водороду у больных опухолями головного мозга в предоперационной диагностике, сопоставления данных MP-спектроскопии с гистологическим типом опухоли и степенью злокачественности глиальных опухолей.

Целью настоящего исследования явилось совершенствование лучевой диагностики опухолей головного мозга на основе применения МР-спектроскопии по водороду путём неинвазивного прижизненного изучения метаболизма головного мозга на биохимическом уровне и определения различий в биохимическом составе опухолей головного мозга (менингососуди-стого, нейроэктодермального и метастатического происхождения).

В соответствии с целью исследования были определены основные задачи:

1. Усовершенствовать методику MP-спектроскопии по водороду на высо-копольном магнитно-резонансном томографе у больных опухолями головного мозга.

2. Определить роль и место MP-спектроскопии по водороду в комплексе лучевых исследований больных нейроонкологического профиля в предоперационном периоде.

3. Уточнить характеристики MP-спектра и типичные соотношения концентраций метаболитов при различных опухолях головного мозга.

4. Провести сопоставление данных MP-спектроскопии по водороду и традиционной МРТ с гистологическим типом опухолей.

5. Оценить информативность MP-спектроскопии по водороду в определении степени анаплазии опухолей нейроэктодермальной ткани.

6. Построить математические модели дифференциальной диагностики различных типов опухолей головного мозга и диагностики степени анаплазии глиальных опухолей.

Научная новизна

Работа является обобщающим научным трудом, посвященным изучению диагностических возможностей MP-спектроскопии по водороду при опухолях головного мозга.

Усовершенствована методика проведения магнитно-резонансной спектроскопии по водороду больным опухолями головного мозга, позволяющая за относительно непродолжительный отрезок времени (7-8 минут) получить MP-спектры с высоким соотношением "сигнал/шум".

Установлено, что показанием к проведению исследования у больных опухолями головного мозга являются трудности дифференциальной диагностики рассматриваемых нозологических форм по данным традиционной МРТ.

Предложена методика вычисления относительных единиц долевого содержания метаболитов в общем количестве определяемых соединений, позволяющая без сложных расчетов абсолютных значений содержания метаболитов выявлять характерные биохимические изменения в различных опухолях головного мозга.

По данным MP-спектроскопии по водороду выявлены характерные изменения содержания метаболитов и их соотношений при опухолях глиального, менингососудистого ряда и при метастатических опухолях головного мозга.

Построены математические модели дифференциальной диагностики опухолей головного мозга, позволяющие в полуавтоматическом режиме с вероятностью 90,5 % высказаться о характере имеющейся патологии и с вероятностью 91,4% определить степень анаплазии глиальных опухолей.

Практическая значимость

Изучены возможности MP-спектроскопии по водороду на аппарате с напряженностью внешнего магнитного поля 1,5 Тл в диагностике опухолей головного мозга.

-----------------------------Разработана оптимальная методика и определены основные показания к проведению MP-спектроскопии по водороду при опухолях головного мозга.

Предложена методика расчета относительных долей метаболитов в общем количестве определяемых химических соединений, позволяющая оценивать изменения содержания метаболитов без сложных вычислений абсолютных значений содержания метаболитов.

Уточнены содержания основных метаболитов и значения их соотношений по данным MP-спектроскопии по водороду при различных типах опухолей головного мозга.

Проведено сопоставление данных MP-спектроскопии с результатами гистологического анализа и установлены статистически достоверные различия изучаемых показателей в различных группах пациентов опухолями головного мозга.

На основании полученных данных построена математическая модель дифференциальной диагностики опухолей головного мозга. i

Разработаны методические рекомендации по применению МР-спектроскопии для врачей - нейрорентгенологов и нейрохирургов, проводящих обследование и лечение больных опухолями головного мозга.

Использование данных MP-спектроскопии позволяет дополнить результаты традиционной МРТ принципиально новой информацией, отражающей биохимические процессы, происходящие в опухолевой ткани.

Положения, выносимые на защиту:

1. MP-спектроскопия по водороду является дополнительной, неинва-зивной, высокоинформативной методикой в диагностике опухолей головного мозга, позволяющей на биохимическом уровне выявлять изменения в обменных процессах.

2. Применение оптимизированной методики MP-спектроскопии по водороду позволяет добиться получения качественных MP-спектров с четко локализованными на них пиками пяти метаболитов.

3. MP-спектроскопия по водороду - в сочетании с традиционной МРтомографией позволяет с большой вероятностью предположить принадлежность к тому или иному гистологическому типу опухоли головного мозга, а также уточнить степень их анаплазии.

4. Результаты MP-спектроскопии по водороду в сочетании с традиционной MP-томографией повышают эффективность диагностики опухолей головного мозга и позволяют оптимизировать их лечение.

Апробация работы.

Основные результаты работы доложены и обсуждены на: конференции, посвященной 60-летию кафедры рентгенологии и радиологии СПбГМУ им. И.П. Павлова (Санкт-Петербург, 2005), научно-практических конференциях на кафедре рентгенологии и радиологии ВМедА (2006), XI съезде неврологов (Ярославль, 2006), заседании Санкт-Петербургского радиологического общества (Санкт-Петербург, 2006), VIII съезде нейрохирургов России (Москва, 2006), Невском радиологическом форуме (Санкт-Петербург, 2007).

По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.

Результаты настоящей работы используются в практической деятельности отделений магнитно-резонансной томографии кафедры рентгенологии и радиологии, кафедрах нейрохирургии и нервных болезней Военно-медицинской академии.

Объём и структура диссертации.

Диссертационная работа изложена на 206 страницах машинописного текста и состоит из введения, шести глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы, включающего 66 отечественных и 131 иностранных авторов. Работа содержит 41 таблицу, 59 рисунков.

182 ВЫВОДЫ

1. Магнитно-резонансная спектроскопия по водороду является дополнительной и уточняющей методикой, позволяющей неинвазивно изучать изменения метаболизма головного мозга на биохимическом уровне. Использование оптимизированной методики исследования при опухолях головного мозга на аппарате с напряженностью магнитного поля 1,5 Тл позволяет визуализировать 5 пиков метаболитов, каждый из которых имеет четкую локализацию на оси химического сдвига.

2. Показаниями к проведению магнитно-резонансной спектроскопии являются сложные диагностические ситуации, при которых выявляемая МР-картина свойственна нескольким типам опухолей или не соответствует характеру и выраженности клинической симптоматики, а также уточнение степени анаплазии глиальных опухолей.

3. При глиальных опухолях головного мозга по данным магнитно-резонансной спектроскопии по водороду определяется снижение доли N-ацетиласпартата, увеличение доли холина и лактата относительно общего количества определяемых метаболитов по сравнению с данными от неизмененного вещества головного мозга контралатеральной стороны. Повышение соотношений Cho/Cr и Lac/Cr прямо пропорционально степени анаплазии опухоли. Математическая модель определения степени анаплазии глиальных опухолей включает две переменные: соотношения Cho/Cr и Lac/Cr. Общая чувствительность полученной модели составляет - 91,4%.

4. При опухолях головного мозга менингососудистого ряда определяется увеличение доли холина, минимальные значения доли N-ацетиласпартата, появления метаболита аланина по сравнению с данными от неизмененного вещества головного мозга контралатеральной стороны. Статистически же достоверных отличий между доброкачественными и злокачественными опухолями менингососудистого ряда не получено.

5. При метастатических опухолях головного мозга определяется увеличение доли холина, минимальные значения доли N-ацетиласпартата и креатина по сравнению с данными от неизмененного вещества головного мозга контралатеральной стороны. Достоверно значимых различий между метастатическими опухолями различного происхождения также не получено.

6. Чувствительность полученной математической модели дифференциальной диагностики опухолей головного мозга составляет 90,5%, специфичность -98,9% и диагностическая эффективность (безошибочность) - 95,4%.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Магнитно-резонансную спектроскопию при опухолях головного мозга необходимо выполнять после проведения традиционной МРТ, в сомнительных диагностических ситуациях, при которых выявляемая MP-картина не соответствует характеру и выраженности клинической симптоматики, а также для уточнения степени анаплазии глиальных опухолей.

2. При локализации опухолей головного мозга в задней черепной ямке, в базальных отделов височных долей и вблизи артефактов восприимчивости целесообразно выполнять одновоксельную спектроскопию, в остальных случаях многовоксельную спектроскопию.

3. При проведении одновоксельной МР-спектроскопии по водороду больным опухолями головного мозга оптимальными условиями сканирования являются: время-эхо (ТЕ) - 135 мс; время повторения (TR) - 1500 мс; размер вокселя - 8-10 см3; количество сборов данных - 256 раз; общее время сканирования (включая шиммирование) 5-6 мин.

4. При проведении многовоксельной МР-спектроскопии по водороду больным опухолями головного мозга оптимальными условиями сканирования являются: время-эхо (ТЕ) - 135 мс; время повторения (TR) - 1500 мс; размер вокселя - 1,3-1,5 см3; количество вокселей -48-64; количество сборов данных - 4 раза; общее время сканирования (включая шиммирование) 9-10 мин.

5. При изучении состояния метаболизма в опухолевой ткани с неизмененным веществом головного мозга контралатеральной стороны, а также для сравнения результатов МР-спектроскопии у различных пациентов целесообразно производить расчет относительных долей каждого соединения в общем количестве определяемых метаболитов.

6. Для получения стабильных результатов, а также для снижения эффектов искажения при непроизвольных движениях и от артефактов восприимчивости необходимо учитывать и усреднять данные вокселей, спектры которых оказались качественными.

185