Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние проблемы диагностики метастатического поражения скелета (обзор литературы) 15
1.1. Эпидемиология и клинико-лабораторная диагностика костных метастазов 15
1.2. Лучевые методы исследований в диагностике костных метастазов 20
1.2.1. Рентгенография 20
1.2.2. Рентгеновская компьютерная томография 22
1.2.3. Радионуклидные методы исследований 25
1.2.4. Магнитно-резонансная томография 29
ГЛАВА 2. Общая характеристика клинического материала и методов исследования 41
2.1. Общая характеристика обследованных больных 41
2.2. Методика магнитно-резонансной томографии 46
2.3. Статистическая обработка полученных результатов 58
ГЛАВА 3. Особенности магнитно-резонансной визуализации костного мозга в норме. результаты магнитно-резонансной томографии доброкачественных очаговых изменениий 59
3.1 Результаты применения MP-диффузии в контрольной группе пациентов 59
3.2 Результаты MP-диффузии в диагностике доброкачественных изменений костного мозга з
ГЛАВА 4. Особенности магнитно-резонансной визуализации костного мозга при метастатическом поражении 81
4.1. MP-семиотика метастатических очагов на морфологических и диффузионно-взвешенных изображениях 82
4.2. Количественный анализ MP-диффузии в метастатических очагах 95
4.3. Сравнительный анализ возможностей MP-диффузии всего тела и остеосцинтиграфии в выявлении костных метастазов
Обсуждение полученных результатов и заключение 115
Выводы 125
Практические рекомендации 126
Список сокращений 127
Список литературы
- Лучевые методы исследований в диагностике костных метастазов
- Методика магнитно-резонансной томографии
- Результаты MP-диффузии в диагностике доброкачественных изменений костного мозга
- Сравнительный анализ возможностей MP-диффузии всего тела и остеосцинтиграфии в выявлении костных метастазов
Введение к работе
Актуальность исследования.
Метастатическое поражение – сложная и актуальная проблема в современной онкологической практике. Метастазы являются наиболее часто встречающейся злокачественной опухолью костей у взрослых (Давыдов М.И., 2010; , 2013; , 2013).
Точная распространенность скелетных метастазов в популяции неизвестна. По данным аутопсии вторичное поражение костей выявляется у 50% больных при наличии отдаленных метастазов других локализаций , 2013). Согласно мировой статистике у 30% онкологических больных вне зависимости от типа первичной опухоли и ее распространенности имеются метастазы в костях , 2013). Вторичные злокачественные опухоли костной системы встречаются в 50-160 раз чаще, чем первичные (Jemal A., 2002; Moser R.P.; 2003, , 2013).
Размеры первичной опухоли не связаны с вероятностью вторичного поражения скелета, костные метастазы могут выявляться даже при минимальном местном распространении неопластического процесса, что в особенности характерно для рака щитовидной железы, желудка и легкого (, 2013; , 2013)
У каждого десятого пациента метастазы являются первым проявлением злокачественного процесса, и первичная опухоль нередко остается нераспознанной (Комаров И.Г., 2002). Известно, что метастазирование в скелет может протекать на фоне полного клинического благополучия со стороны первичной опухоли, иногда спустя 10-20 лет после ее радикального удаления (Jambhekar N.A., 2002; McBride A., 2012; Briganti A., 2013).
Клиническая картина метастатического поражения скелета неспецифична и, как правило, формируется на поздних стадиях процесса и проявляется постепенно нарастающими болями, к которым присоединяются функциональные нарушения, связанные с компрессией и дислокацией прилежащих структур, иногда их первым клиническим проявлением может быть патологический перелом (Модников О.П., 2004; Ручкин В.Н., 2010).
Наибольшие трудности в дифференциальной диагностике вызывают солитарные костные метастазы (Веснин А.Г., 2002; Meyers S.P., 2008). Правильная и своевременная
диагностика вторичного опухолевого поражения скелета имеет большое значение, поскольку оно, как правило, соответствует Т4 стадии неопластического процесса по классификации TNM и налагает определенные ограничения при выборе метода лечения первичной опухоли.
Степень разработанности темы.
До настоящего времени рентгенография сохраняет роль первого метода лучевой диагностики костных метастазов, благодаря своей низкой стоимости и широкой доступности (Salvo N., 2009). Однако, при рентгенографии удается выявить лишь те очаги деструкции, где разрушение костных балок превышает 30%, а также очаги, занимающие не менее 40% объема тела позвонка. Специфичным симптомом является деструкция кортикального слоя тела позвонка, однако этот признак характерен для поздней стадии процесса (Badge R., 2011).
Рентгеновская компьютерная томография (КТ) представляет собой доступный метод диагностики, который находит широкое применение в стадировании злокачественных опухолей различных локализаций. Основным ограничением данного метода в аспекте выявления скелетных метастазов является то, что его применениене позволяет выявлять вторичные опухолевые очаги на этапе до деструкции костных трабекул (Труфанов Г.Е. 2008; Hricak H., 2007).
Радионуклидные методы исследований позволяют оценить функциональное состояние опухоли и окружающих ее тканей еще до появления видимых структурных нарушений при рентгенологических исследованиях (Гранов А.М., 2008). Базовым методом является сцинтиграфия костей (остеосцинтиграфия) с использованием меченных 99mTc фосфатов. У 30% больных с позитивными результатами при остеосцинтиграфии не удается обнаружить каких-либо изменений на рентгенограммах (Лишманов Ю.Б., 2004).
Среди основных недостатков остеосцинтиграфии в литературе преимущественно упоминается невысокая специфичность и недостаточное пространственное разрешение. Кроме того, характер экскреции применяемых радиофармпрепаратов определяет наличие так называемых «слепых» зон, преимущественно расположенных в костях таза (Nakanishi K., 2005).
Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) с 2-фтор, 18 F-2-дезокси- D -глюкоза (18F-ФДГ) представляет собой наиболее востребованный и быстро развивающийся
метод «позитивной» диагностики не только первичных опухолей различной природы и локализации, но и отдаленных метастазов (Гранов А.М., 2008).
Следует отметить, что совмещенные ПЭТ/КТ томографы обеспечивают более
высокую точность получаемой диагностической информации за счет увеличения
разрешающей способности (до 5 мм) и возможности точной визуализации
анатомических структур. Основным недостатком ПЭТ является низкая
чувствительность при обнаружении метастатических очагов с невысокой
гликолитической активностью (например, при раке почки) и высокое накопление 18F-ФДГ при некоторых доброкачественных пролиферативных или воспалительных процессах , 2007).
Магнитно-резонансная томография (МРТ) в отличие от рентгенологических методов позволяет напрямую оценивать состояние костного мозга (Брюханов А.В., 2006; Труфанов Г.Е., 2007; ., 2003; Helms C.A., 2008).
МРТ всего тела быстро нашла применение в скрининге отдаленных метастазов при злокачественных опухолях различной локализации, стадировании и оценки эффективности лечения (Сергеев Н.И., 2011).
В большинстве опубликованных работ протокол МР-сканирования базируется на импульсной последовательности STIR, однако со временем взгляд исследователей сместился на диффузионно-взвешенные последовательности, предоставляющие совершенной иной тип контрастности (Koh D.M., 2007; Padhani A.R., 2009).
В 2004 году была предложена методика диффузионно-взвешенной МРТ всего тела с подавлением сигнала от тканей тела, предполагающая сбор данных без задержек дыхания и без синхронизации с дыхательными движениями (Takahara T., 2004).
Однако, нам не встретилось исследований, в которых детально описана ДВ-семиотика доброкачественных и злокачественных очаговых изменений костного мозга, а также его нормы в различные возрастные периоды, не только в аспекте качественной оценки диффузионно-взвешенных изображений (ДВИ), но и с анализом количественных показателей диффузии.
Цель исследования.
Повысить эффективность дифференциальной диагностики доброкачественных и злокачественных очаговых изменений костного мозга в позвоночнике и костях таза на основе применения высокопольной МРТ с МР-диффузией.
Задачи исследования:
-
Разработать и оптимизировать методику МР-диффузии аксиального скелета.
-
Обобщить и систематизировать семиотику доброкачественных и злокачественных очаговых изменений костного мозга на диффузионно-взвешенных изображениях, а также проанализировать количественные характеристики неизмененного костного мозга у пациентов различных возрастных групп.
-
Определить диагностическую информативность методики МР-диффузии в дифференциальной диагностике доброкачественных и злокачественных очаговых изменений костного мозга аксиального скелета.
-
Сравнить чувствительность МРТ всего тела с применением методики МР-диффузии и остеосцинтиграфии в выявлении костных метастазов аксиального скелета.
Научная новизна исследования.
Оценены возможности МРТ с применением МР-диффузии в выявлении очагового поражения костного мозга, определена его высокая информативность превышающая остеосцинтиграфию. Чувствительность ДВ-МРТ в выявлении костных метастазов составляет 91,7%, превышая результаты радионуклидного метода (83,3%).
Выявлено, что средние значения измеряемого коэффициента диффузии (ИКД) неизмененного костного мозга составляют 0,45±0,11х10-3мм2/с, данные количественные показатели достоверно не отличаются в различных анатомических областях и снижаются в старших возрастных группах.
Впервые на достаточном объеме клинического материала проведен углубленный количественный анализ показателей доброкачественных и злокачественных очагов, выявлено, что среднее значение ИКД для доброкачественных очагов составляет 1,55±0,58х10-3 мм2/с и значимо выше, чем ИКД в группе метастатических очагов 0,81±0,24х10-3 мм2/с (p<0,0001), что позволяет использовать данный критерий для дифференциальной диагностики очагового поражения костного мозга.
Разработана методика скринингового обследования пациентов с подозрением на вторичные изменения костного мозга включающая в себя помимо ДВИ, морфологические последовательности Т1 взвешенные изображения (Т1-ВИ) и STIR.
При дифференциальной диагностике очагового поражения костного мозга очаги гипоинтенсивные на Т1-ВИ с ИКД менее 1,08х10-3 мм2/с, могут считаться злокачественными со специфичностью 93,1% и чувствительностью 84,7%.
Выявлена высокая чувствительность метода МРТ всего тела с применением МР-диффузии в скрининге отдаленных метастазов у пациентов с первичными злокачественными опухолями различной локализации.
Теоретическая и практическая значимость.
На основании разработанной методики МРТ с применением МР-диффузии улучшено качество диагностики вторичных изменений костного мозга.
Показана необходимость применения не только качественной оценки морфологических последовательностей и МР-диффузии, но и количественных показателей ДВИ.
Продемонстрирована высокая эффективность применения разработанной методики в дифференциальной диагностике доброкачественных и злокачественных очаговых изменений костного мозга.
Изучены показатели неизмененного костного мозга в различных анатомических областях и определены характерные возрастные изменения, показано, что они отличаются от таковых в доброкачественных и злокачественных очагах.
Уточнено место МРТ с применением МР-диффузии в алгоритме диагностики онкологических пациентов, показано, что данная методика может использоваться как уточняющая в сочетании с другими методиками, так и изолированно в скрининге вторичных изменений.
Результаты работы могут быть успешно применены в проведении
дифференциальной диагностики доброкачественных и злокачественных очагов костного мозга.
Методология и методы исследования.
Диссертационное исследование выполнялось в несколько этапов. На первом этапе изучалась отечественная и зарубежная литература, посвященная данной проблеме. Всего проанализировано 138 источников, из них отечественных – 35, зарубежных – 103.
На втором этапе научной работы были обследованы 210 пациентов, разделенных на три группы (контрольная группа, группа с доброкачественными очаговыми изменениями и группа с злокачественными вторичными изменениями костного мозга).
На третьем этапе диссертационного исследования был произведен комплексный статистический анализ качественных и количественных данных дифференциальной диагностики очагового поражения костного мозга.
Клиническая характеристика пациентов.
Основу работы составили результаты клинико-лабораторного, лучевого и морфологического обследования 210 пациентов, находившихся на обследовании и лечении на отделениях урологии, хирургии и онкологии СПб ГБУЗ «Городская больница №40» в период с 2011 по 2013гг.
На основании клинико-лабораторных данных и результатов лучевого обследования были сформированы следующие группы:
Группа I – контрольная группа (n=75 – 35,7%), средний возраст пациентов составил 47,4±17,4 года, в группе несколько преобладали женщины – 57% (n=43); была разработана семиотика неизмененного костного мозга аксиального скелета в различные возрастные периоды с точки зрения качественных и количественных показателей на ДВИ.
Группа II – пациенты с доброкачественными очаговыми изменениями в костном мозге (n=55 – 26,2%), средний возраст пациентов во II группе составил 55,2±13,7 лет, преобладали женщины (67,3%); были определены количественные и качественные показатели МР-диффузии в 69 доброкачественных очагах в костном мозге позвонков и/или костей таза.
Группа III – пациенты с вторичными злокачественными (метастатическими) очаговыми изменениями в костном мозге (n=80 – 38,1%), средний возраст пациентов III группе составил 64,2±10,5 лет, в группе преобладали мужчины (n=43, 53,7%); были проанализированы качественные и количественные показатели диффузии в 203 очагах, из которых 191 очаг являлся остеолитическим и 12 очагов – остеосклеротическими.
Исследования выполняли на МР-томографе «Magnetom Espree» (Siemens Medical Systems, Германия) с индукцией магнитного поля 1,5 Тл. Вокруг зоны интереса (от свода черепа до середины бедра) размещали принимающие катушки: квадратурные катушки для исследования головы и шеи и две поверхностные катушки для туловища. Поверхностные катушки размещали строго друг за другом без свободных промежутков, что обеспечивало непрерывность получаемых изображений.
После получения scout изображений в трех ортогональных плоскостях выполняли модифицированные ДВИ. Сканирование последовательно осуществлялось для 4 «отделов» (голова-шея, грудь-живот, живот-таз, таз-бедро).
Усовершенствованная методика получения ДВИ всего тела основывалась на реализации двух основных целей: поддержание максимально высокого соотношения сигнал/шум (SNR) и минимизации артефактов, к которым весьма восприимчивы эхо-планарные импульсные последовательности.
Для поддержания высокого соотношения сигнал/шум использовали толщину среза 5 мм при матрице в направлении фазового кодирования 128 и максимальным возможным числом усреднений в пределах отведенного времени, а также минимальные значений времени эхо (TE).
Для поддержания минимального TE и нивелирования артефакта химического сдвига целесообразным являлось использование высоких значений полосы частот, оптимальным оказалось значение 2050 Гц/пиксель.
С целью минимизации артефактов химического сдвига МР-диффузии мы использовали жироподавление на основании алгоритма инверсии-восстановление (STIR) со временем инверсии 180 мс. Такое сочетание, в отличие от частотно-селективного жироподавления, во-первых, позволяло минимизировать артефакты, обусловленные негомогенностью магнитного поля, т.е. нивелировало артефакты от газа в легких и просвете кишки, от обызвествлений, кровоизлияний и металлических структур (к примеру, хирургических клипс). Это также делало возможным получение изображений такой сложной для МР визуализации зоны как грудная клетка, а также существенно уменьшало число артефактов при визуализации нижнего отдела шеи, области плеч, молочных желез и ног.
Во-вторых, сочетание ДВИ-STIR позволяло достичь однородного подавления сигнала от жировой ткани при использовании большого поля обзора, а также характеризовалось более высокой контрастностью патологических очагов на фоне низкого сигнала от фоновых неизмененных тканей чем альтернативное частотно-селективное жироподавление.
При получении ДВИ нами использовались два фактора взвешенности (b-фактор). Меньший b-фактор составлял 50 с/мм2 использовался для получения изображений с подавлением сигнала от движущейся крови, в остальном контрастность таких сканов
мало отличалась от Т2-ВИ с подавлением сигнала от жировой ткани. Максимальный b фактор составлял 900 с/мм2, что позволяло, во-первых, эффективно подавлять сигнал от фоновых неизмененных тканей, во-вторых, контрастно визуализировать участки отека, патологической инфильтрации и новообразования различной локализации, и, наконец, поддерживать достаточно высокий уровень соотношения сигнал/шум, ведь чем выше значение b фактора, тем меньше сигнала будет присутствовать на изображениях. Кроме того, максимальное значение b 900 с/мм2 позволяло удерживать приемлемое время сбора данных, т.к. чем больше максимальный b фактор, тем больше времени требуется для получения изображений.
Использование двух b-факторов позволяло рассчитать ИКД, который представляет собой ее количественный эквивалент.
ИКД рассчитывали для каждого вокселя изображения и представляли в виде параметрических карт, автоматически генерируемых МР системой на основании расчета сложной биэкспоненциальной зависимости. Измерения ИКД производили вручную, для этого на ДВ изображениях выбирали зону интереса, которую затем копировали на карту ИКД.
После получения всех блоков ДВИ их объединяли в единый массив, для этого, а также во избежание краевой дисторции изображений, при планировании серий необходимо было убедиться в том, что последовательные блоки перекрываются не менее чем на 2 см по z-оси. Из такого массива затем вторично получали многоплоскостные реконструкции с толщиной среза 5 мм и изображения максимальной интенсивности (MIP). Для удобства интерпретации вторичные изображения также представляли с инверсией шкалы серого.
Положения, выносимые на защиту:
-
Разработанная методика МРТ с применением МР-диффузии характеризуется высокой чувствительностью в выявлении очаговых изменений костного мозга, так как в дифференциальной диагностике помимо качественных показателей используются количественные значения ДВИ.
-
Интенсивность сигнала неизмененного костного мозга на ДВИ имеет сильную корреляцию с возрастом пациентов, а значения ИКД обратно пропорциональны возрасту обследуемых.
-
Важным фактором дифференциальной диагностики доброкачественных и злокачественных очагов является ИКД, значения которого обратно пропорциональны степени злокачественности очага. Качественная оценка ДВИ с высоким фактором взвешенности позволяет с высокой степенью чувствительности выявлять очаговые изменения в костном мозге аксиального скелета; для дифференциальной диагностики доброкачественных и злокачественных очагов требуется комплексный анализ Т1-ВИ и ИКД.
-
МРТ всего тела с применением МР-диффузии является высокочувствительным методом выявления костных метастазов, сопоставимым со сцинтиграфией.
Степень достоверности и апробация результатов.
Степень достоверности результатов проведенного исследования определяется значительным и репрезентативным объемом выборки обследованных пациентов (n=210) и количеством метастатических очагов, вошедших в комплексный статистический анализ (n=251), применением современных методов исследования (высокопольная МРТ), а также обработкой полученных данных современными статистическими методами.
Материалы работы используются в диагностической и лечебной работе отделений урологии, хирургии и онкологии СПб ГБУЗ «Городская больница №40», отделении магнитно-резонансной томографии кафедры рентгенологии и радиологии с курсом ультразвуковой диагностики Военно-медицинской академии имени С.М. Кирова.
Основные результаты работы доложены и обсуждены на отечественных и международных конференциях: Невском радиологическом форуме (СПб., 2013, 2014); Европейском конгрессе радиологов (EСR) (Вена, 2013, 2014); Радиология-2014 (М., 2014).
Апробация диссертационной работы проведена на расширенном
межкафедральном заседании кафедры рентгенологии и радиологии с курсом ультразвуковой диагностики, кафедры общей хирургии ФГБВОУ ВПО «Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова» МО РФ и СПб ГБУЗ «Городская больница №40» (протокол №13 от 26.12.2013 г.).
Личный вклад.
Тема и план диссертации, ее основные идеи и содержание разработаны совместно с научным руководителем на основании многолетних целенаправленных исследований.
Автор самостоятельно обосновал актуальность темы диссертации, цель, задачи и этапы научного исследования. Разработана формализованная карта и на ее основании создана электронная база данных.
Диссертант лично провел МР-исследования 210 пациентам, самостоятельно проводил обработку полученных данных.
Личный вклад автора в изучение литературы, сбор, обобщение, анализ, статистическую обработку клинических материалов и написание диссертации — 100%.
Публикации.
По теме диссертационного исследования опубликовано 7 печатных работ, из них 2 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем диссертации.
Лучевые методы исследований в диагностике костных метастазов
Основу работы составили результаты клинико-лабораторного, лучевого и морфологического обследования 210 пациентов, находившихся на обследовании и лечении на отделениях урологии, хирургии и онкологии СПб ГБУЗ «Городская больница №40» и ФГБУ «НИИ онкологии им. Н.Н. Петрова» Минздрава России в период с 2011 по 2013гг.
На основании клинико-лабораторных данных и результатов лучевого обследования были сформированы следующие группы:
Группа I - контрольная группа (п=75 - 35,7%), средний возраст пациентов составил 47,4±17,4 года, в группе несколько преобладали женщины - 57% (п=43); была разработана семиотика неизмененного костного мозга аксиального скелета в различные возрастные периоды с точки зрения качественных и количественных показателей на ДВИ.
Группа II - пациенты с доброкачественными очаговыми изменениями в костном мозге (п=55 - 26,2%), средний возраст пациентов во II группе составил 55,2±13,7 лет, преобладали женщины (67,3%); были определены количественные и качественные показатели MP-диффузии в 69 доброкачественных очагах в костном мозге позвонков и/или костей таза.
Группа III - пациенты с вторичными злокачественными (метастатическими) очаговыми изменениями в костном мозге (п=80 - 38,1%), средний возраст пациентов III группе составил 64,2±10,5 лет, в группе преобладали мужчины (п=43, 53,7%); были проанализированы качественные и количественные показатели диффузии в 203 очагах, из которых 191 очаг являлся остеолитическим и 12 очагов - остеосклеретическими.
Исследования выполняли на MP-томографе «Magnetom Espree» (Siemens Medical Systems, Германия) с индукцией магнитного поля 1,5 Тл. Вокруг зоны интереса (от свода черепа до середины бедра) размещали принимающие катушки: квадратурные катушки для исследования головы и шеи и две поверхностные катушки для туловища. Поверхностные катушки размещали строго друг за другом без свободных промежутков, что обеспечивало непрерывность получаемых изображений. После получения scout изображений в трех ортогональных плоскостях выполняли модифицированные ДВИ. Сканирование последовательно осуществлялось для 4 «отделов» (голова-шея, грудь-живот, живот-таз, таз-бедро).
Усовершенствованная методика получения ДВИ всего тела основывалась на реализации двух основных целей: поддержание максимально высокого соотношения сигнал/шум (SNR) и минимизации артефактов, к которым весьма восприимчивы эхо-планарные импульсные последовательности.
Для поддержания высокого соотношения сигнал/шум использовали толщину среза 5 мм при матрице в направлении фазового кодирования 128 и максимальным возможным числом усреднений в пределах отведенного времени, а также минимальные значений времени эхо (ТЕ).
Для поддержания минимального ТЕ и нивелирования артефакта химического сдвига целесообразным являлось использование высоких значений полосы частот, оптимальным оказалось значение 2050 Гц/пиксель.
С целью минимизации артефактов химического сдвига MP-диффузии мы использовали жироподавление на основании алгоритма инверсии-восстановление (STIR) со временем инверсии 180 мс. Такое сочетание, в отличие от частотно-селективного жироподавления, во-первых, позволяло минимизировать артефакты, обусловленные негомогенностью магнитного поля, т.е. нивелировало артефакты от газа в легких и просвете кишки, от обызвествлений, кровоизлияний и металлических структур (к примеру, хирургических клипс). Это также делало возможным получение изображений такой сложной для MP визуализации зоны как грудная клетка, а также существенно уменьшало число артефактов при визуализации нижнего отдела шеи, области плеч, молочных желез и ног.
Во-вторых, сочетание ДВИ-STIR позволяло достичь однородного подавления сигнала от жировой ткани при использовании большого поля обзора, а также характеризовалось более высокой контрастностью патологических очагов на фоне низкого сигнала от фоновых неизмененных тканей чем альтернативное частотно-селективное жироподавление. При получении ДВИ нами использовались два фактора взвешенности (Ь-фактор). Меньший Ь-фактор составлял 50 с/мм использовался для получения изображений с подавлением сигнала от движущейся крови, в остальном контрастность таких сканов мало отличалась от Т2-ВИ с подавлением сигнала от жировой ткани. Максимальный b фактор составлял 900 с/мм , что позволяло, во-первых, эффективно подавлять сигнал от фоновых неизмененных тканей, во-вторых, контрастно визуализировать участки отека, патологической инфильтрации и новообразования различной локализации, и, наконец, поддерживать достаточно высокий уровень соотношения сигнал/шум, ведь чем выше значение b фактора, тем меньше сигнала будет присутствовать на изображениях. Кроме того, максимальное значение b 900 с/мм позволяло удерживать приемлемое время сбора данных, т.к. чем больше максимальный b фактор, тем больше времени требуется для получения изображений.
Использование двух Ь-факторов позволяло рассчитать ИКД, который представляет собой ее количественный эквивалент.
ИКД рассчитывали для каждого вокселя изображения и представляли в виде параметрических карт, автоматически генерируемых MP системой на основании расчета сложной биэкспоненциальной зависимости. Измерения ИКД производили вручную, для этого на ДВ изображениях выбирали зону интереса, которую затем копировали на карту ИКД.
После получения всех блоков ДВИ их объединяли в единый массив, для этого, а также во избежание краевой дисторции изображений, при планировании серий необходимо было убедиться в том, что последовательные блоки перекрываются не менее чем на 2 см по z-оси. Из такого массива затем вторично получали многоплоскостные реконструкции с толщиной среза 5 мм и изображения максимальной интенсивности (МІР).
Методика магнитно-резонансной томографии
Данная работа основана на анализе результатов клинико-лабораторного, лучевого и морфологического обследования 210 пациентов, находившихся на обследовании и лечении на отделениях урологии, хирургии и онкологии СПб ГБУЗ «Городская больница №40» и ФГБУ "НИИ онкологии им. Н.Н. Петрова" Минздрава России в период с 2011 по 2013гг.
На основании клинико-лабораторных данных и результатов лучевого обследования были сформированы следующие группы: группа I - контрольная группа (п=75 - 35,7%); группа II - пациенты с доброкачественными очаговыми изменениями в костном мозге (п=55 - 26,2%); в группу входили пациенты без онкоанамнеза (п=24) и пациенты с различными опухолями (п=31) имеющие доброкачественные очаговые изменения костного мозга без метастатического поражения; группа III - пациенты с вторичными злокачественными (метастатическими) очаговыми изменениями в костном мозге (п=80 - 38,1%).
Группа I - контрольная группа (п=75): в данную группу были отнесены пациенты, не имеющие онкологического анамнеза, у которых по данным комплексного лучевого обследования не было выявлено патологических образований и очаговых изменений костного мозга аксиального скелета. Пациенты данной группы преимущественно проходили обследование по поводу дегенеративно-дистрофических заболеваний позвоночника и/или неопухолевых заболеваний органов малого таза.
Средний возраст пациентов в данной группе составил 47,4±17,4 года, в группе несколько преобладали женщины - 57% (п=43). В контрольной группе преобладали пациенты в возрасте от 21 до 40 лет (п=30) и от 51 до 60 лет (п=16), т.е. лица, принадлежащие к социально-активной части населения.
Группа II - пациенты с доброкачественными образованиями и очаговыми изменениями костного мозга аксиального скелета (п=55). Средний возраст пациентов данной группы составил 55,2±13,7 лет, преобладали женщины (67,3%).
Более 70% пациентов на момент исследования находились в возрасте от 40 до 60 лет, т.е. принадлежали к социально-активной части населения.
В группе пациентов с доброкачественными образованиями и очаговыми изменениями в костном мозге аксиального скелета у 24 пациентов (43,6%) на момент обследования не было онкологического анамнеза, т.е. пациенты проходили комплексное обследование по поводу болей в позвоночнике (п=12) или костях таза (п=5), либо МРТ аксиального скелета с применением МР-диффузии было выполнено в качестве дополнительной методики исследования для дифференциальной диагностики изменений костного мозга, выявленных другими методами лучевой диагностики (п=7).
Помимо этого группа II включала 31 пациента (56,4%) с верифицированными злокачественными опухолями различной локализации, у которых МРТ всего тела выполнялось с целью выявления отдаленных метастазов.
В данной подгруппе 9 пациентов предъявляли жалобы на «глубокие» боли в позвоночнике или костях таза, 17 пациентов предъявляли жалобы на общую слабость и/или апатию, у 14 пациентов очаговые изменения в костях аксиального скелета были выявлены при рентгенографии (п=9) или КТ (п=5).
Распределение пациентов данной подгруппы в зависимости от нозологии первичной опухоли представлено на диаграмме 1. Диаграмма 1 Распределение пациентов II группы с онкологическим анамнезом в зависимости от нозологии первичной опухоли
Как показывает диаграмма 1, большую часть пациентов данной подгруппы составили больные раком молочной или предстательной железы, т.е. с опухолями, характеризующимися высоким риском метастатического поражения костной системы.
Для верификации природы выявленных изменений пациенты II группы проходили комплексное обследование с применением лабораторных методов и методов лучевой диагностики, перечисленных в таблице 1. с применением традиционного протокола сканирования Как видно из таблицы 1, большинству пациентов II группы (96,4%) была выполнена рентгенография того или иного отдела позвоночника и/или костей таза, более чем половине пациентов (65,4%) проведено МРТ позвоночника и/или таза с применением традиционного протокола сканирования, (54,5%) КТ позвоночника и/или таза в том числе с внутривенным контрастным усилением. У многих пациентов исследования выполнялись неоднократно с целью оценки динамики процесса. Таким образом, пациенты II группы получили всестороннее клинико-лабораторное и лучевое обследование, позволившее подтвердить доброкачественную природу выявленных изменений и исключить вторичные изменения.
Группа III - пациенты с метастатическим поражением аксиального скелета (п=80). Средний возраст пациентов данной группы составил 64,2±10,5 лет, в группе преобладали мужчины (п=43, 53,7%).
Более половины пациентов III группы на момент исследования находились в возрасте от 55 до 70 лет, что по статистическим данным соответствует возрасту наиболее высокого риска онкологической заболеваемости.
Необходимо отметить, что во всем пациентам с вторичным злокачественным поражением скелета проводили МРТ всего тела на этапе оценки распространенности опухолевого процесса, т.е. исследование выполнялось до начала лечения. Все пациенты данной группы были направлены на исследование онкологами, урологами или хирургами после верификации первичной опухоли.
Помимо МРТ всего тела пациенты данной группы проходили комплексное обследование с применением лабораторных методов и методов лучевой диагностики, представленных в таблице 2.
Как видно из таблицы 2, всем пациентам исследуемой группы была выполнена рентгенография того или иного отдела позвоночника и/или костей таза, а также КТ груди, живота и таза с внутривенным контрастным усилением.
У 67 пациентов (83,7%) было выполнено MP-исследование того или иного отдела позвоночника, живота или таза с применением традиционного протокола. В группе пациентов с вторичным злокачественным поражением скелета большая часть больных проходила обследование радионуклидными методами диагностики (все больные раком легкого, почки, молочной и предстательной железы), наиболее часто при этом выполнялась остеосцинтиграфия 71 пациенту (88,7%).
Таким образом, пациенты III группы получили всестороннее клинико-лабораторное и лучевое обследование, позволившее подтвердить природу выявленных изменений. Все перечисленные методы исследования пациентов данной группы выполнены в течение не более чем 1 месяца, т.о. интервал между обследованиями не превышал 3-4 недель.
Как следует из вышесказанного, основу клинического материала диссертационной работы составили пациенты доброкачественными (п=55) и вторичными злокачественными (п=80) очаговыми изменениями костного мозга позвоночного столба и таза. Для сравнительной оценки была сформирована контрольная группа (п=75), у пациентов которой по данным клинико-лучевого обследования патологических изменений костного мозга аксиального скелета выявлено не было.
Исследование выполняли на MP-системе «Magnetom Espree» (Siemens Medical Systems, Германия) с индукцией магнитного поля 1,5 Тл. Принимая во внимание протяженность исследования, пациентам с выраженным болевым синдромом непосредственно перед началом сканирования выполнялось медикаментозное обезболивание, что позволяло, во-первых, обеспечить толерантность пациента, и, во-вторых, минимизировать двигательные артефакты. Также перед началом сканирования пациентам рекомендовали опорожнить мочевой пузырь.
Исследование выполняли в положении пациента лежа на спине головой к тоннелю магнита, перед началом сканирования вокруг зоны интереса (от свода черепа до середины бедра) размещали принимающие катушки: квадратурные катушки для исследования головы и шеи и две поверхностные катушки для туловища. Поверхностные катушки размещались строго друг за другом без наложения и «свободных» промежутков, что обеспечивало непрерывность получаемых изображений. Позиционирование катушек и укладка пациента проиллюстрированы на рисунке 1.
Результаты MP-диффузии в диагностике доброкачественных изменений костного мозга
Из данных таблицы 6 видно, что в 36 очагах (52,3%) из группы доброкачественных отмечалось ограничение диффузии и характеризовались гиперинтенсивным сигналом на ДВИ. Таким образом, сигнальные характеристики очага на ДВИ не могут быть использованы как изолированный дифференциально-диагностический критерий доброкачественных и не-доброкачественных изменений.
Среднее значение ИКД в группе доброкачественных очагов составило 1,55±0,58х10" мм /с; соотношение средних величин данного показателя в различных морфологических группах, а также в контрольной группе проиллюстрировано на диаграмме 7.
Как показывает диаграмма 7, средние значения ИКД в группе доброкачественных очагов оказались существенно выше, чем показатели в нормальном костном мозге без перекрытия пограничных значений. При этом средние значения ИКД существенно варьировали в различных подгруппах доброкачественных очагов.
Наиболее высокие средние значения ИКД наблюдались в подгруппах с переломами, простыми и аневризматическими костными кистами. Это можно объяснить тем, что в зонах отека костного мозга при переломах увеличивается объем жидкости в межклеточном пространстве и, следовательно, возрастает скорость диффузии молекул воды, что находит отражение в высоких значениях ИКД. В свою очередь, в костных кистах полости содержат жидкостное содержимое, в котором скорость броуновского движения молекул воды также выше, чем в интерстициальных пространствах интактного костного мозга.
При сравнении средних значений ИКД в общем в группе доброкачественных очагов (1,55±0,58х10" мм /с) с показателями контрольной группы (0,45±0,11x10" мм /с), различия явились статистически значимыми (р 0,0001).
Общеизвестно, что метастатические очаги в костном мозге характеризуются вариабельным сигналом на STIR, но в абсолютном большинстве случаев имеют сигнал низкой интенсивности на ТІ-ВИ. Таким образом, очаги, которые характеризуются коротким временем ТІ-релаксации, не представляют интереса для дифференциальной диагностики между доброкачественными и метастатическими. Исходя из этой предпосылки, мы исключили из группы доброкачественных очагов все очаги с высоким сигналом на ТІ-ВИ, в оставшейся выборке из 53 очагов среднее значение ИКД было выше, чем в общей группе и составило 1,68±0,55х10"3мм2/с.
Подводя итоги главы, следует сказать, что костный мозг в норме характеризуется вариабельным сигналом на диффузионно-взвешенных изображениях, при этом интенсивность его сигнала коррелирует с возрастом пациентов. У лиц моложе 46 лет от костного мозга чаще определяется гиперинтенсивный сигнал на ДВИ с высоким b фактором.
Средние показатели ИКД в неизмененном костном мозге составляют 0,45±0,11x10" мм /с и не имеют значимых различий в различных анатомических областях. При этом значения ИКД обратно пропорциональны возрасту пациентов и снижаются в старших возрастных группах.
Доброкачественные очаги в костном мозге характеризуются различной семиотикой, как на морфологических, так и на ДВИ, при этом более половины доброкачественных очагов выглядят гиперинтенсивными на ДВИ. Из этого следует, что сигнальные характеристики очага на диффузионно-взвешенных изображениях не могут быть использованы как изолированный дифференциально-диагностический критерий доброкачественных и метастатических изменений.
Среднее значение ИКД в группе доброкачественных очагов составляет 1,55±0,11х10" мм /с и значимо выше среднего показателя в интактном костном мозге (р 0,0001). Важно отметить, что средние значения ИКД существенно варьируют в очагах различных морфологических типов. Наиболее высокие значения ИКД регистрируются в костных кистах и зонах отека костного мозга при переломах.
Всего обследовано 80 больных, средний возраст в группе составил 64,2±10,5 лет, возрастное распределение пациентов представлено в главе 2.
Такое деление было обусловлено тем, что солитарные метастазы, как известно, представляют наибольшие трудности для дифференциальной диагностики, ведь даже у пациентов с верифицированной злокачественной опухолью одиночный очаг в костном мозге может соответствовать доброкачественным изменениям. В данной подгруппе большой интерес представляет анализ семиотики очагов с дифференциацией доброкачественных и злокачественных поражений.
В тоже время мультифокальное метастатическое поражение скелета, которое наблюдается у большей части пациентов с костными метастазами, обычно не представляет затруднений с точки зрения дифференциальной диагностики и не сопровождается существенными расхождениями диагностических показателей разных методов медицинской визуализации.
Распределение пациентов в зависимости от числа очагов и типа первичной опухоли представлено в таблице 7. Таблица 7 Распределение пациентов в зависимости от числа очагов и типа
Как следует из данных таблицы, наиболее часто мультифокальное поражение скелета встречалось при раке предстательной и молочной железы. Также множественные метастатические очаги были выявлены у трети больных с колоректальным раком и почти всех больных раком легкого. Саркомы в относительном пересчете чаще других опухолей давали солитарные метастазы.
Сравнительный анализ возможностей MP-диффузии всего тела и остеосцинтиграфии в выявлении костных метастазов
У 55 пациентов были определены количественные и качественные показатели MP-диффузии в 69 выявленных доброкачественных очагах в костном мозге позвонков и/или костей таза. Из них, у 31 пациента с 37 доброкачественными очагами присутствовал онкологический анамнез, т.е. имел место риск метастатического поражения аксиального скелета. С точки зрения морфологии в группе доброкачественных очагов преобладали участки отека костного мозга в телах позвонков как проявления дегенеративно-дистрофических изменений, гемангиомы, костные кисты (как простые так и аневризматические), реже встречались переломы, участки фиброзной дисплазии, энхондромы и сакроилеиты. У 5 больных морфология очагов осталась неустановленной, однако динамическое наблюдение в течение нескольких лет в совокупности с отсутствием признаков злокачественности по данным радионуклидных методов позволило охарактеризовать их как доброкачественные.
В группе из 80 пациентов с верифицированным метастатическим поражением скелета были детально проанализированы качественные и количественные показатели диффузии в 203 очагах, из которых лучевой семиотике 191 очаг являлся остеолитическим и 12 очагов -остеосклеротическими.
На стандартных изображениях доброкачественные очаги в костном мозге демонстрировали весьма неоднородную MP-семиотику, в зависимости от морфологического типа очагов встречались разнообразные комбинации интенсивности MP-сигнала на ТІ-ВИ и STIR изображениях. Вторичные опухолевые очаги имели более однообразную семиотику: в 100% случаев они давали гипоинтенсивный сигнал на ТІ-ВИ, в 75,9% - гиперинтенсивный сигнал на STIR в виде однородного повышения сигнала и в 24,1% - гиперинтенсивный сигнал на STIR в виде периферического венчика.
При анализе чувствительности и специфичности сигнальных характеристик очагов на стандартных импульсных последовательностях гиперинтенсивный сигнал очага в костном мозге на ТІ-ВИ как маркер доброкачественного процесса показал специфичность 100%, при положительной прогностической ценности 100% и отрицательной 79,3%; между тем чувствительность данного признака оказалась очень низкой - 23,2%. Гипоинтенсивный сигнал от большего объема очага на STIR как маркер доброкачественного процесса показал чувствительность 24,6%, специфичность 75,9%, положительную прогностическую ценность 25,7%, отрицательную прогностическую ценность 74,7%.
При исследовании качественной семиотики очагов на ДВИ изображениях было выявлено, что 52,3% доброкачественных очагов и 98,5% злокачественных очагов демонстрировали ограничение диффузии, проявляющееся гиперинтенсивным сигналом на ДВИ. Из этого следует два важных заключения. Во-первых, сам по себе факт повышения интенсивности сигнала от очага на ДВИ, не позволяет достоверно характеризовать фокус как злокачественный; чувствительность и специфичность данного признака в диагностике злокачественной природы очага составляют 98,5% и 47,8%, соответственно. Во-вторых, ДВИ с высоким b фактором позволяет визуализировать то же число метастатических очагов, что и ТІ-ВИ, превышая показатели STIR, и, соответственно может играть роль скрининговой импульсной последовательности, направленной на выявление очаговых изменений в костном мозге аксиального скелета, требующих последующей дифференциальной диагностики.
Из всех проанализированных качественных характеристик наиболее значимыми в дискриминации доброкачественных и злокачественных очагов оказались повышение интенсивности сигнала на ТІ-ВИ и понижение интенсивности сигнала на ДВИ как специфичные маркеры доброкачественного процесса. Иными словами наличие указанных признаков указывает на отсутствие злокачественного процесса с вероятностью 98-100%.
Помимо качественных признаков во всех выявленных очагах был проанализирован и количественных показатель диффузии - ИКД.
Среднее значение ИКД в группе доброкачественных очагов составило 1,55±0,58х10" мм /с, что было значимо выше, чем в неизмененном костном мозге (р 0,0001).
В различных подгруппах доброкачественных очагов средние значения ИКД существенно варьировали: наиболее высокие значения ИКД наблюдали в подгруппах с переломами (2,08±0,17 х10-"3 мм2/с), простыми (2,42±0,29 х10"3 мм /с) и аневризматическими костными кистами (2,44±0,22 х10" мм /с). Наиболее низкими оказались количественные показатели диффузии в подгруппе неясных очагов (0,91±0,32 х10"3 мм2/с), сакроилеитах (1,1±0,15 х10"3 мм2/с) и гемангиомах (1,15±0,35 х10 мм7с). Это можно объяснить тем, что в зонах отека костного мозга при переломах увеличивается объем жидкости в межклеточном пространстве и, следовательно, возрастает скорость диффузии молекул воды, что находит отражение в высоких значениях ИКД. В костных кистах полости содержат жидкостное содержимое, в котором скорость броуновского движения молекул воды также выше, чем в интерстициальных пространствах интактного костного мозга. В свою очередь клеточная инфильтрация при сакроилеитах и наличие клеточных элементов в гемангиомах определяют более низкие показатели скорости диффузии воды, определяемые более плотным расположением гидрофобных клеточных мембран.
