Магнитно-резонансная томография

В отличие от рентгенологических методов МРТ позволяет напрямую оценивать состояние костного мозга (Брюханов А.В., 2006; Moulopoulos L.A ., 2003; Helms C.A., 2008). В норме костный мозг содержит как жировые, так и гидрофильные элементы; в структуре красного костного мозга присутствует до 40% жира, желтый костный мозг содержит до 80% жира.

Большинство ученых сходятся во мнении, что наиболее информативной импульсной последовательностью для оценки состояния костного мозга является Т1 spin echo. Гидрофобные соединения в жировой ткани костного мозга определяют короткое время его Т1 релаксации за счет эффективной спин- решетчатой релаксации, тогда как гидрофильные соединения характеризуются длинным временем Т1 релаксации. Следовательно, желтый костный мозг характеризуется гиперинтенсивным сигналом на Т1 -взвешенных изображениях (Т1-ВИ), сопоставимым с сигналом от подкожной жировой клетчатки, а красный костный мозг дает сигнал средней интенсивности, более низкий, чем сигнал от подкожной клетчатки, но более высокий, чем сигнал от межпозвоночных дисков или поперечнополосатых мышц (Feydy A., 2013).

По данным большинства авторов снижение интенсивности сигнала от костного мозга на Т1-ВИ SE, сопоставимое с сигналом от мышц и межпозвоночных дисков, отражает его патологическое (не обязательно опухолевое) замещение с точностью 94 и 98%, соответственно (Costelloe C.M., 2012; Schmidt G.P., 2007). По данным J.

Традиционные Т2-взвешенные изображения (Т2-ВИ) в последовательности spin echo или fast spin echo также применяются для оценки состояния костного мозга (Feydy A., 2013). Протоны в жировых клетках характеризуются длинным временем Т2-релаксации за счет малой эффективности спин-спиновой релаксации. По причине этого желтый костный мозг дает сигнал средней интенсивности на Т2-ВИ spin echo и высокой интенсивности на Т2-ВИ fast spin echo, и выглядит более ярким, чем мышечная ткань и чуть более темным по сравнению с подкожной клетчаткой (Wang L.X., 2007). Принимая во внимание, что вода и жир на Т2-ВИ демонстрируют сигнал сходной интенсивности, дифференцировать красный и желтый костный мозг в данном типе взвешенности очень сложно, в особенности, когда речь идет об FSE последовательностях (Gokalp G., 2011). Исходя из тех же предпосылок участки патологической инфильтрации костного мозга, несмотря на более высокое содержание гидрофильных соединений, выглядят более темными, чем желтый костный мозг, но малоконтрастными на фоне неизмененного красного костного мозга на Т2-ВИ (Wang L.X., 2007).

При прямом сопоставлении SE и FSE Т2-ВИ позволяют выявлять одинаковое число патологических очагов в структуре костного мозга, однако время сбора данных при FSE существенно выше, чем при SE, что обусловливает большую популярность последней упомянутой импульсной последовательности (Feydy A., 2013)

Как уже отмечалось неоднородность структуры костного мозга, в особенности в телах позвонков, не может однозначно интерпретироваться как патологический процесс. Чередование красного и желтого костного мозга нередко придают позвонкам «пятнистый» вид, который требует дифференциальной диагностики с истинной патологической инфильтрацией (Брюханов, А.В., 2006; Лупаенко И.Я., 2012).

Другим специфичным признаком является симптом нимба на Т2-ВИ, при котором вокруг очага имеется венчик гиперинтенсивного сигнала. Данный симптом свидетельствует о наличии злокачественного поражения с чувствительностью 75% и специфичностью 99,5% (Feydy A., 2013).

Большое значение в выявлении патологических изменений костного мозга имеют последовательности, позволяющие подавить сигнал от жировой ткани. Наиболее широкое применение в данной категории находит импульсная последовательность STIR (short tau inversion recovery), ее контрастность базируется на разнице в продольной релаксации протонов воды и жира (Liang X., 2011). При адекватном выборе времени инверсии сигнал от жира полностью обнуляется, при этом участки отека или патологической инфильтрации в костном мозге сохраняют сигнал высокой интенсивности и становятся более контрастными (Li C., 2009).

Также подавить сигнал от жировой ткани позволяет комбинация Т2-ВИ и частотно-селективного жироподавления. Однако при исследовании позвоночного столба или костей таза эти последовательности уступают в эффективности STIR, так как не позволяют однородно подавить сигнал от жировой ткани и, соответственно, часто дают ложноположительные результаты (Лукьянченко А.Б., 2010).

Также в исследовании костного мозга находят применение импульсные последовательности, основанные на эффекте химического сдвига. Получение таких изображений основано на том, что в условиях системы с индукцией поля 1,5Т при времени эхо 4,6 мсек протоны воды и жира находятся в одной фазе прецессии, тогда как при ТЕ 2,3 мсек они расположены в противофазе, т.е. разнонаправлены на 180°. Таким образом, если воксель содержит и воду, и жир, его сигнал на противофазных изображениях теряет интенсивность (Gokalp G., 2011; Costelloe C.M., 2012).

2009) . В своей статье Disler D. на примере 30 пациентов показал, что расчет коэффициента интенсивности сигнала по фазным и противофазным изображениям позволяет достичь чувствительности и специфичности в 95% в дифференциальной диагностике опухолевых и неопухолевых очаговых изменений в костном мозге (Disler D.G., 1999).

В ряде работ (Erly W.K., 2006; Ragab Y., 2009) также проиллюстрирована эффективность применения последовательностей с эффектом химического сдвига в дифференциации доброкачественных и злокачественных компрессионных переломов тел позвонков. При опухолевой инфильтрации костного мозга переломы сопровождаются менее выраженным снижением интенсивности сигнала на противофазных изображениях, расчет коэффициента интенсивности сигнала при разных значениях ТЕ позволяет добиться чувствительности 95% и специфичности от 80 до 100%, по данным разных авторов.

Источником ложноположительных результатов при интерпретации последовательностей с эффектом химического сдвига является миелофиброз, а также артефакты, обусловленные негомогенностью магнитного поля при склеротических метастазах и геморрагическом пропитывании при переломах (Swartz P.G., 2009). Метастазы почечно-клеточного рака, а также множественная миелома могут случить источником ложноотрицательных результатов.

Применение гадолиний-содержащих контрастных препаратов также позволяет получить дополнительную информацию о состоянии костного мозга.

Многие импульсные последовательности позволяют оценить состояние костного мозга и охарактеризовать его изменения, однако базовыми для МР визуализации костных структур остаются Т1-ВИ SE и STIR. Высокая чувствительность к выявлению патологических изменений в скелетно-мышечной системе сделала эти последовательности базовыми для МР исследований всего тела (Неледов Д.В., 2009). Данная методика была впервые предложена в 90х годах ХХ века, предполагая комбинацию STIR и T1-RH в аксиальной и корональной плоскости. МРТ всего тела быстро нашло применение в скрининге отдаленных метастазов при злокачественных опухолях различной локализации, стадировании и оценки эффективности лечения при множественной миеломе, выявлении опухолевых очагов при таких синдромах как нейрофиброматоз, туберозный склероз и болезнь Олье, в исследовании идиопатических нейромиопатий по типу полимиозита и дерматомиозита, а также мышечных дистрофий, таких как синдром Дюшена и миотонические дистрофии (Steinbom M.M., 1999; Сергеев Н.И. 2011). Большую распространенность такие исследования получили в педиатрии, т.к. они не сопровождаются лучевой нагрузкой и необходимостью введения нефротоксичных йод-содержащих препаратов или радионуклидов (Kellenberger C.J., 2004; Kaste S.C., 2006).

В литературе встречается много работ, посвященных прямому сопоставлению диагностических возможностей МРТ всего тела, базируемого на STIR, и остеосцинтиграфии в выявлении костных метастазов (Lecouvet F.E., 2012; Moynagh M.R., 2010).

В 2004 году Luaenstein T.C.. опубликовал исследование, включавшее 51 пациента, в котором МРТ всего тела, включавшее STIR и Т1-ВИ с контрастным усилением, позволило выявить костные метастазы у 24 пациентов, тогда как сцинтиграфия показала наличие метастазов только у 21 пациента (Lauenstein T.C., 2004).

Одна из наиболее многочисленных групп пациентов (129 пациентов) была исследована в работе Ghanem (Ghanem N., 2006). Протокол МР исследования всего тела при этом включал многоплоскостные STIR изображения; при этом МРТ позволило выявить 173 очага в 576 осмотренных анатомических зонах, тогда как остеосцинтиграфия указала на наличие только 131 очага. Среди ложноположительных результатов МРТ авторы указывают метастазы в костях верхней конечности, которые не вошли в поле обзора, а также гемангиомы в позвонках. Ложноотрицательные результаты включали 3 очага в ребрах.

Интересно отметить, что различные авторы аргументировано предлагают различные протоколы сканирования для выполнения МРТ всего тела, единого мнения о том, как должен быть построен протокол в литературе пока нет.

В литературе также встречаются исследования, по результатам которых МРТ всего тела уступает остеосцинтиграфии в выявлении скелетных метастазов. К примеру, по данным A. Giraudet чувствительность радионуклидного метода и МРТ в расчете на пациента оказалась идентичной (88% для каждого метода), однако в пересчете на очаги сцинтиграфия позволила визуализировать большее число метастазов, чем МРТ (205 против 157) (Giraudet A.L., 2007).

Остеосцинтиграфия не единственный из методов радионуклидной диагностики, который сравнивают с МРТ всего тела в аспекте выявления скелетных метастазов. В 2007 году была опубликована статья G. Schmidt, в которой группа авторов сравнивала возможности ПЭТ-КТ и МРТ всего тела с использованием Т1-ВИ и STIR в диагностике костных метастазов у 30 пациентов с различными первичными опухолями (Schmidt G.P., 2007). МРТ показало более высокую чувствительность и диагностическую точность (94 и 91%, соответственно) по сравнению с ПЭТ-КТ (78 и 78%, соответственно).

В свою очередь Y. Ohno с коллегами на группе из 90 пациентов исследовали возможности ПЭТ-КТ и МРТ всего тела с применением STIR и gradient echo in и opposed phased T1-&N в TNM стадировании бронхогенной карциномы (Ohno Y., 2007). В отношении выявления костных метастазов МРТ показало более высокую чувствительность (94,8% против 88,2%) со специфичностью 96%. Похожие результаты были опубликованы и другими исследователями (Kumar J., 2008; Schmidt G.P., 2009).

Однако не все исследователи разделяют мнение о том, что МРТ превосходит радионуклидные методы в диагностике костных метастазов. Так Daldrap-Link с соавторами опубликовал данные, согласно которым ПЭТ с 18F- ФДГ превосходил МРТ всего тела в чувствительности диагностики костных метастазов у детей с различными первичными опухолями, достигая чувствительности 90% против результатов МРТ в 82% (Daldrup-Link H.E., 2001). В работе Antoch результаты МРТ также уступали ПЭТ-КТ, однако интересно, что в этом исследовании протокол МР-сканирования не включал STIR, а только Т1 и Т2-ВИ, что может некоторым образом объяснить низкие результаты применения метода (Antoch G., 2003).

Фактически во всех перечисленных выше работах протокол МР- сканирования базировался на импульсной последовательности STIR, однако со временем взгляд исследователей сместился на диффузионно-взвешенные последовательности, предоставляющие совершенной иной тип контрастности, чем любые другие последовательности, применяемые в МР визуализации.

МР-диффузия позволяет оценить скорость броуновского движения молекул воды в тканях и органах in vivo, она зависит от структурных особенностей ткани, компактности расположения в ней клеток, ядерно-цитоплазматического индекса и ряда других факторов (Koh D.M., 2007; Padhani A.R., 2009).

Парные диффузионные градиенты могут имплантироваться в различные импульсные последовательности, к примеру, в наиболее ранних работах по применению МР-диффузии использовались спин-эхо и стимулированные эхо последовательности (Bammer R., 2001). Такие последовательности были

относительно малочувствительны к артефактам восприимчивости и позволяли получать изображения с высоким SNR, однако их распространение было предсказуемо ограниченно длительным временем сбора данных (Blaimer M., 2004).

В целом ДВИ, основанные на регистрации минимальных колебаний мельчайших частиц, были и остаются чрезвычайно чувствительными к любым движениям в зоне сбора данных, будь то движения пациента, дыхание, ток крови и др. (Le Bihan D., 2006). Для снижения такой восприимчивости ДВ- последовательностей к двигательным артефактам предлагались различные решения (применение дополнительных навигационных эхо, радиальное заполнение к-пространства и др.) (Dietrich O., 2001). Наиболее эффективным решением стало использование эхо-планарных последовательностей, которые позволяют буквально «заморозить» объект сканирования на период сбора данных.

Применение МР-диффузии в исследовании протяженных зон длительное время ограничивалось условиями сбора данных. В частности считалось возможным собирать данные лишь при задержке дыхания, что сопровождалось низким соотношением сигнал/шум и невысоким пространственным разрешением, либо при синхронизации сбора данных с дыхательными движениями, что существенно увеличивало время сканирования (Takahara T., 2004). Бытовало мнение, что сбор данных на свободном дыхании приведет к потере контрастности диффузионно-взвешенных изображений (ДВИ), т.к. амплитуда перемещений молекул воды в тканях (на регистрации которой собственно основана методика МР-диффузии) исчисляется микрометрами, что существенно меньше амплитуды смещения органов во время дыхательных движений, исчисляемой сантиметрами (Koh D.M., 2007).

В 2004 году Takahara опроверг этот постулат и предложил новаторскую методику ДВ-МРТ всего тела с подавлением сигнала от тканей тела (DWIBS - diffusion weighted body imaging with background body signal suppression), предполагавшую сбор данных без задержек дыхания и без синхронизации с дыхательными движениями (Takahara T., 2004). Такой подход позволил собирать ДВ изображения всего тела в приемлемое время, также позволил увеличить соотношение сигнал/шум за счет использования множественных усреднений и, соответственно, сделал возможным получение достаточно тонких срезов (4-5 мм).

В настоящее время в иностранной литературе встречается все больше работ, посвященных ДВ-МРТ всего тела в онкологической визуализации (Chen Y.B., 2011, Chen W., 2010; Kwee T.C.6 2010; Lin C., 2010). Установлено, что большинство опухолей вне зависимости от локализации и гистологического типа характеризуются замедленной диффузией за счет плотного расположения клеток и крупных клеточных ядер. Ограничение диффузии в тканях, которые являются гиперинтенсивными на Т2-ВИ, проявляется сигналом повышенной интенсивности на ДВИ с высоким фактором взвешенности. Этот эффект широко описан в литературе и называется эффектом Т2-просвечивания, именно он лежит в основе дифференциации цитотоксического и вазогенного отека головного мозга, на нем основано выявление злокачественных опухолей в различных органах и системах (Koh D.M., 2007; Takahara T., 2008). По причине элиминации Т2-составляющей на картах ИКД ткани с ограничением диффузии имеют сигнал низкой интенсивности и, соответственно, более низкие значения коэффициента, чем неизмененные ткани (Пронин И.Н., 2000; Корниенко В.Н., 2006).

Интактные ткани, которые характеризуются гиперинтенсивным сигналом на Т2-ВИ, но в которых нет ограничения диффузии, на ДВИ имеют сигнал низкой интенсивности. Этот эффект называется эффектом Т2-вымывания, именно благодаря ему неизмененные ткани создают темный фон для очагов с ограниченной диффузией, определяя высокую контрастность получаемых изображений (Koh D.M., 2007, Padhani A.R., 2009).

Получив широкое распространение в исследовании органов живота и таза, методика МР-диффузии не так хорошо изучена в аспекте исследования мышечноскелетной системы.

Существует не так много работ, посвященных исследованию костного мозга методом МР-диффузии. К примеру, O. Dietrich и соавторы определили, что на ДВИ позвонки и межпозвоночные диски дают сигнал различной интенсивности (Dietrich O., 2001). На примере 30 добровольцев авторы оценили средние

3

значения ИКД в интактных дисках и позвонках, получив данные в 1,5 и 0,3х10^-

Л

мм /с, соответственно. По данным J. Chan среднее значение ИКД в костном мозге

3 2

неизмененных позвонков составило 0,23х10^- мм /с (Chan J.H., 2002), в других источниках этот показатель варьировал от 0,19 до 0,67х10^- мм /с (Ward R., 2000; Feydy A., 2001). Такой разброс результатов в первую очередь определяется тем, что ИКД зависит от параметров сбора данных, в частности от значений максимального b-фактора, использованного при получении ДВИ.

Выбор максимального b-фактора для ДВИ является компромиссом между оптимальной контрастностью патологических очагов на финальных изображениях и временем сбора данных, ведь чем выше значение bmax, тем эффективнее подавляется сигнал от неизмененных тканей и тем дольше собирается серия. Большинство исследователей (Koh D.M., 2007; Padhani A.R., 2009) рекомендуют применять для ДВ исследований всего тела bmax в интервале

Л

800-1000 с/мм , а в работах, посвященных нормальным значениям ИКД в костном мозге использовались значения bmax от 500 до 2500 с/мм². Таким образом, вопрос о нормальных качественных и количественных показателях диффузии для костного мозга требует дальнейшей разработки.

В иностранной литературе встречаются работы, посвященные применению ДВИ в дифференциальной диагностике доброкачественных переломов тел позвонков и так называемых злокачественных переломов, т.е. переломов на фоне метастатического поражения (Nakagawa K., 2000; Tasaly N., 2000; Rumpel H., 2013). Большая часть таких работ основана на ДВИ, получаемых на основании последовательностей со стабилизированной свободной прецессией (Steady-state free precession, SSFP). Благодаря сложной схеме получения сигнала, такие последовательности позволяют получать изображения достаточно хорошего качества в короткое время. Так как на этих изображениях вклад в получение сигнала делают одновременно спин эхо-сигналы, стимулированные эхо-сигналы и эхо-сигналы высокого порядка с длинным эффективным временем диффузии, сбор данных с высокими значениями b фактора возможен даже при относительно небольшом времени повторения. Однако те же физические особенности, которые делают эти последовательности быстрыми и позволяют работать с высокими значениями b, определяют и их основной недостаток - невозможность простого и доступного обсчета ИКД.

Таким образом, работы, анализирующие возможности ДВИ в дифференциальной диагностике компрессионных переломов тел позвонков, основаны на сигнальных характеристиках отека в области перелома на ДВИ с высоким b фактором. Группа авторов, возглавляемая A. Baur, опубликовала данные, согласно которым гиперинтенсивный сигнал в теле позвонка при компрессионном переломе на ДВИ SSFP имеет специфичность 93% и положительную прогностическую ценность 91% в отношении его злокачественной природы (Baur A., 2002). Однако в группе из 85 пациентов со 102 компрессионными переломами позвонков число ложноположительных результатов достигло 60. Очевидно, что при таких показателях методика не может считаться надежной и требуется ее дальнейшее изучение.

В статье E. Spuntrup был проведен сравнительный анализ интенсивности сигнала при компрессионных переломах позвонков на ДВИ, основанных на 3 различных импульсных последовательностях (Spuntrup E., 2001). Авторы пришли к выводу, что вне зависимости от типа последовательности, при доброкачественных переломах по мере увеличения b фактора интенсивность сигнала снижается, а при метастатических переломах - остается прежней или падает минимально.

Таким образом, как показывает анализ литературы, не любой очаг в кости с ограничением диффузии является метастазом, при этом в доступной литературе мы не встретили исследований, посвященных дифференциальной диагностике доброкачественных и злокачественных очаговых изменений в костном мозге с использованием ДВИ. Кроме того нам не встретилось работ, в которых бы детально исследовалась ДВ-семиотика доброкачественных и злокачественных очаговых изменений костного мозга, а также его нормы в различные возрастные периоды, не только в аспекте качественной оценки ДВИ, но и с анализом количественных показателей диффузии.