Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные нейровизуализационные методы для планирования и прогнозирования результатов хирургического лечения объемных образований головного мозга 10
1.1 Методы нейровизуализации для предоперационного прогнозирования гистологического типа и плотности менингиом и мезенхимальных опухолей головного мозга 11
1.2 Современные технологии хирургического лечения и способы оценки радикальности удаления злокачественных первичных объемных образований головного мозга 16
Глава 2. Материал и методы исследования 24
2.1 Материал и методы исследования предоперационного планирования и прогнозирования гистологического типа и плотности менингиом и мезенхимальных опухолей головного мозга 24
2.2 Материал и методы исследования оценки радикальности удаления злокачественных первичных глиальных опухолей и метастазов в головной мозг 32
2.2.1 Первый этап исследования 32
2.2.2 Второй этап исследования 42
2.3 Статистическая обработка данных 45
Глава 3. Результаты исследования 48
3.1 Результаты исследования предоперационного планирования и прогнозирования гистологического типа и плотности менингиом и мезенхимальных опухолей головного мозга 48
3.2 Результаты исследования оценка радикальности удаления злокачественных первичных глиальных опухолей и метастазов в головного мозг 55
Глава 4. Обсуждение результатов исследования. 79
Выводы 84
Практические рекомендации 85
Перспективы дальнейшей разработки темы 85
Список сокращений и условных обозначений 86
Список литературы 87
Список иллюстративного материала 100
Приложение А (справочное) Алгоритм сопоставления изображений 105
- Методы нейровизуализации для предоперационного прогнозирования гистологического типа и плотности менингиом и мезенхимальных опухолей головного мозга
- Материал и методы исследования предоперационного планирования и прогнозирования гистологического типа и плотности менингиом и мезенхимальных опухолей головного мозга
- Результаты исследования предоперационного планирования и прогнозирования гистологического типа и плотности менингиом и мезенхимальных опухолей головного мозга
- Результаты исследования оценка радикальности удаления злокачественных первичных глиальных опухолей и метастазов в головного мозг
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Опухоли головного мозга гетерогенная группа включают в себя: злокачественные и доброкачественные глиомы головного мозга, опухоли оболочек, опухоли сосудистого происхождения, метастазы, и является основной в структуре нейрохирургической практики (Гринберг М. С., 2010). Серьезные достижения в области микронейрохирургии, совершенствование аппаратного обеспечения на всех этапах лечения пациента, диагностические аппаратные комплексы: магнитно-резонансные томографы, позитронно-эмиссионные томографы, комплексы интраоперационного сопровождения: нейронавигационные станции, цифровые рентгеновские аппараты позволяют проводить высокотехнологичное, эффективное и безопасное лечение пациентов с опухолями головного мозга (Martin L, 2012). Нейрорадиология, как самостоятельная субспециальность включает в себя большой спектр методик не только недавно разработанных, таких как магнитно-резонансная томография, компьютерная томография и позитронно-эмиссионная томография, но также традиционные техники: рентгенография, ангиография, миелография, сцинтиграфия. Магнитно-резонансная томография – одна из самых перспективных и быстро развивающихся методов современной нейровизуализации объемных образований головного мозга. Коновалов А. Н., Корниенко В. Н и Пронин И. Н. сообщали, что с 1986 по 1996 в нейроренгенологическом отделении Института нейрохирургии имени академика Н. Н. Бурденко обследовано более 25 000 пациентов с помощью МРТ, гистологическая диагностика проведена у 15 828 пациентов проведено гистологический анализ ткани объемных образований из них были 40% нейроэпителиальных опухолей и 26% мезенхимальных (Коновалов, А. Н., 1997). Во всех методах анатомия и функциональная составляющая центральной нервной системы представляется с помощью двух-, трехмерных изображений и графиков. Интерпретация получаемых изображений является сложной задачей, в ходе решения которой существует вероятность возникновения диагностических ошибок, влияющую на диагностику, тактику ведения пациента в до-, и постоперационном периодах. Так, например, плотность, размер, расположение и гистологический субтип опухолей мозговых оболочек являются наиболее важными факторами в достижении тотальной резекции с минимальным риском послеоперационных неврологических нарушений. В ряде научно-исследовательских работах различные МР-последовательности были использованы для предсказания плотности и гистологического субтипа данного вида опухолей. (Kashimura H., 2007; Hoover J. M., 2011; Sitthinamsuwan B., 2012; Romani R., 2014;) Однако полученные данные противоречивы. Чувствительность методик составляет 60-87%, а специфичность 33-100% для разных типов опухолей мозговых оболочек. МРТ с контрастированием является «золотым стандартом» в диагностике ГБ. В существующей современной литературе приводятся противоречивые данные о значимости влияния до- и послеоперационных волюмометрических параметров опухоли по данным МРТ (контраст-накапливающей части опухоли, некроза, объем Т2, особенно послеоперационный объем
4 контраст-накапливающей части опухоли) на общую выживаемость пациентов. Кроме того, стандарты волюмометрии различных параметров опухоли по данным МРТ до и после операции отсутствуют. Имеется высокая операторозависимость получения этих результатов и во многом это связано с несовершенством существующего программного обеспечения (Кривошапкин А. Л., 2011; Karpagam S, 2012; Liu L., 2013, Grabowski M. M., 2014).
Решение вышеописанных проблем и являет собой актуальность настоящего исследования.
Степень разработанности темы. МРТ с контрастированием является «золотым стандартом» в диагностике опухолевых образований головного мозга. Однако, в существующей современной литературе приводятся противоречивые данные о значимости влияния до- и послеоперационных волюмометрических параметров опухоли по данным МРТ (контраст-накапливающей части опухоли, некроза, объем Т2, особенно послеоперационный объем контраст-накапливающей части опухоли) на общую выживаемость пациентов. Кроме того, стандарты волюмометрии различных параметров опухоли по данным МРТ до и после операции отсутствуют. Имеется высокая операторозависимость получения этих результатов и во многом это связано с несовершенством существующего программного обеспечения (Karpagam, S., 2012; Grabowski M. M., 2014).
Цель исследования: улучшить планирование и прогнозирование результатов хирургического лечения пациентов с опухолями головного мозга с помощью совершенствования математических алгоритмов анализа МР-изображений.
Задачи исследования:
-
Определить ограничения современных стандартных программных обеспечений, используемых для визуализации объемных образований головного мозга на разных этапах лечения.
-
Разработать автоматизированные математические алгоритмы, прогнозирующие гистологический тип и подтип менингиом и мезенхимальных опухолей головного мозга на предоперационном этапе.
-
Разработать программное обеспечение для определения радикальности удаления глиобластом головного мозга.
-
Оценить влияние до- и послеоперационных волюмометрических показателей глиобластомы на общую выживаемость пациентов.
Научная новизна исследования. Проанализирована работа оригинального
мультимодульного программного комплекса, обеспечивающего повышение эффективности нейрохирургического лечения. Этот комплекс позволяет: с высокой степенью точности дооперационно различить саркомы, гемангиоперицитомы и менингиомы головного мозга, включая их гистологический подтип; персонализировать нейрохирургическую помощь, более эффективно определять остатки контраст-накапливающей части глиобластомы с высокой повторяемостью результатов оценки между специалистами; прогнозировать выживаемость пациента в зависимости от послеоперационного объема остаточной
5 опухолевой ткани.
Теоретическая и практическая значимость работы. На основе системного анализа литературы и собственных данных выявлены основные ограничения современных стандартных программных обеспечений для визуализации объемных образований головного мозга. Усовершенствована оценка и анализ методов нейровизуализации на разных этапах лечения пациентов с объемными образованиями головного мозга с помощью программной постобработки МР-изображений. Разработан программный комплекс, позволяющий значительно быстрее и с высокой точностью прогнозировать гистологический тип и подтип опухолей мозговых оболочек перед оперативным лечением и вычислять объем послеоперационного остатка контраст-накапливающей части глиобластом головного мозга. Рассчитан критический резидуальный контрастируемый объем глиобластом на МР-изображениях, превышение которого, достоверно снижается общую выживаемость пациентов.
Программное обеспечение может использоваться в практике нейрохирурга и специалиста по лучевой диагностики, а также в многоцентровых исследованиях, направленных на изучение эффективности лечения пациентов с объемными образованиями головного мозга.
Методология и методы исследования. Дизайном работы является
нерандомизированное ретроспективное исследование. Разработано оригинальное
программное обеспечение для обработки МР-снимков пациентов с опухолями головного мозга хорошо накапливающими контрастное вещество. Проведен статистический анализ результатов работы программного обеспечения, комплексного анамнестического, клинико-инструментального обследования, результатов хирургического и комбинированного лечения пациентов с мезенхимальными, злокачественными глиальными опухолями, а также новообразованиями оболочек головного мозга, проходивших лечение в ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт патологии кровообращения имени академика Е. Н. Мешалкина» Минздрава России, НУЗ «Дорожная клиническая больница на станции Новосибирск-Главный ОАО «Российские железные дороги», АО «Европейский Медицинский Центр».
Положения, выносимые на защиту:
-
Анализ гистограмм, построенных на основе относительного гиперинтенсивного сигнала МР-изображений мезенхимальных опухолей и менингиом головного мозга, позволяет с высокой точностью прогнозировать гистологический тип и подтип образований.
-
Применение усовершенствованных методик субтракции МР-снимков дает возможность дифференцировать многокомпонентный гиперинтенсивный сигнал на Т1 + С взвешенных последовательностях, для определения резидуального контрастируемого объема глиобластомы.
-
Волюмометрические показатели опухоли позволяют прогнозировать общую выживаемость после хирургического лечения глиобластом головного мозга.
Степень достоверности выводов и рекомендаций. Методологически правильно сформированная модель исследования с использованием высокотехнологичных аппаратных комплексов, направленная на решение поставленных цели и задач исследования, использование современных статистических методов обработки данных и правильная их интерпретация, обеспечивает высокий уровень достоверности выводов и рекомендаций, полученных в диссертационной работе.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и
обсуждены на 15-ом конгрессе всемирной федерации общества нейрохирургов (Сеул, 2013);
15-ом Европейском конгрессе нейрохирургов (Прага, 2014); 15-ом промежуточном заседании
Всемирной федерации общества нейрохирургов (Рим, 2015), 1-ой промежуточной
конференции Азиатско-Австралийского общества нейрохирургов (Мумбай, 2016); 5-ом
симпозиуме всемирной федерации общества нейрохирургов (Тегеран, 2016).
Диссертационная работа апробирована на расширенном заседании проблемной комиссии «Актуальные проблемы хирургических методов лечения заболеваний» ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздрава России (Новосибирск, 26.05.2016). Диссертация выполнена в соответствии с планом научно-исследовательской работы ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздрава России, номер государственной регистрации 01201256479 (23 мая 2013г.).
Внедрение результатов в практику. Результаты исследования внедрены в практику НУЗ «Дорожная клиническая больница на станции Новосибирск - Главный ОАО «Российские железные дороги», АО «Европейский Медицинский Центр», а также используется в учебно-педагогическом процессе на кафедре нейрохирургии ГБОУ ВПО «Новосибирский Государственный Медицинский Университет» Минздрава России.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 1 патент на изобретение, 2 свидетельства на программу для электронных вычислительных машин и 4 статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях, рецензируемых Минобрнауки РФ для публикации основных научных результатов диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 108 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, выводов, практических рекомендаций, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы, списка иллюстративного материала и приложения. Список литературы представлен 138 источниками, из которых 122 – зарубежных авторов. Полученные результаты проиллюстрированы с помощью 6 таблиц и 31 рисунка.
Методы нейровизуализации для предоперационного прогнозирования гистологического типа и плотности менингиом и мезенхимальных опухолей головного мозга
Менингиомы – как правило, доброкачественные опухоли, возникающие из паутинной оболочки головного мозга. По статистическому отчету центрального реестра опухолей головного мозга США (CBTRUS), менингиомы являются наиболее часто встречаемыми, на долю которых приходится 35,5 % всех опухолей ЦНС [28; 129]. Около 3 % аутопсий, у пациентов старше 60 лет выявляют менингиомы [69]. По локализации менингиомы распространены следующим образом: в 25 % – парасагиттальная, 19 % – конвекситальная, 17 % – вблизи клиновидной кости, 9 % – супраселлярная, 8 % – задняя черепная ямка, 8 % – ольфакторная ямка, 4 % – средняя черепная ямка и трегеменальная ямка, 3 % – менингиомы тенториума [85; 138]. Высокая частота встречаемости данного вида опухоли около сагиттального синуса объясняется повышенной концентрацией менинготелиальных клеток в данной области. Появление внутрижелудочковых менингиом, вероятнее всего, объясняется наличием менингиальных клеток в хориидальных сплетениях [54]. Менигиомы чаще встречаются у женщин, и это отношение в последнее время увеличилось [60; 68]. Это отношение определяется зависимостью возникновения менингиом от уровня половых гормонов (эстрогена и прогестерона), а увеличение отношения связано с широким распространением оральных контрацептивов. Ген NF2 на 22 хромосоме и ген элемента цитоскелета DAL-1 / 4.1b (EPB41L3) на хромосоме 18, как известно, связаны с менингиомами [56; 67]. В связи с этим, выделяют 3 основных группы пациентов: спорадический тип; семейный тип, не связанный с NF2, и связанный с NF2 [39; 55; 60]. Радиационное излучение также является фактором риска развития менингиом, причем дозы могут быть от низких, полученных при рентгенографии зуба, до очень высоких, полученных при взрывах ядерных бомб [19; 39; 109]. Средний интервал до развития опухоли составляет 19–24 года. Радиационно индуцированные менингиомы чаще встречаются у молодых пациентов и, как правило, ведут себя агрессивно с высокими рисками озлокачествления [81; 93; 110].
В случае наличия у пациента бессимптомной менингиомы небольших размеров, основополагающей тактикой является наблюдение с периодическим МРТ-контролем [94; 95; 100; 137]. Herscovici Z. и соав. (2004), в ретроспективном исследовании 43 пациентов с асимптомными менингиомами выявили рост опухоли только в 37 % случаев. Средний темп роста составил 4 мм/год [94]. В другом исследовании, Yano S. и др. (2006), провели анализ 603 случаев асимптомных менингиом, из которых 351 (58,2 %) лечились консервативно, а 213 подверглись хирургии [137]. В хирургической группе появление послеоперационного неврологического дефицита возникло у 4,4–9,4 % пациентов, тогда как в группе консервативного лечения за 5-летний период неврологический дефицит возник в 6 % случаев. С целью определения увеличения размеров опухоли использовались критерии оценки ответа солидных опухолей (RECIST) на основании вычисления суммы трех взаимоперпендикулярных диаметров. Более подробно метод будет описан ниже в разделе о злокачественных опухолях. Однако, учитывая сложную конфигурацию опухоли, ряд авторов подтверждают, что объемные измерения более точны в оценке роста [57; 58; 102]. Oya S и соав. из 189 случаев продемонстрировали, что в 118 случаях опухоли имели рост по результатам объемного измерения и не были выявлены при линейном измерении [102]. Эта информация может иметь клиническое значение в определении частоты последующих МРТ-визуализаций и актуальности хирургического вмешательства. Средний темп увеличения объема опухоли составляет 0,46 см3/год (диапазон: 0,57–2,94 см3/год) [96]. Причем, атипическим и анапластическим гистологическим типам свойственен экспоненциальный рост, доброкачественным менингиомам экспоненциальный, линейный рост или отсутствие его, в зависимости от количества кальция в опухоли [57].
Появление симптомов, наличие роста опухоли на серии контрольных снимков является основным показанием для хирургической резекции. Плотность, размер, расположение и гистологический субтип опухоли являются наиболее важными факторами в определении хирургического доступа к опухоли и достижении тотальной резекции с минимальным риском послеоперационных неврологических нарушений [62]. Опухоли, располагающиеся на основании черепа, часто спаяны с черепно-мозговыми нервами, артериями и могут сдавливать ствол головного мозга [43]. Фибропластические чаще других гистологических субтипов менингиом обладают плотной консистенцией [42]. Little и соав. (2005) в своем исследовании показали, что риск повреждения черепных нервов при удалении менингиом петроклевальной области значительно увеличивается при ее фиброзной консистенции [124]. С целью избежания повреждений данных структур и отслеживания хода нерва с измененной анатомией в настоящее время используется интраоперационный нейрофизиологический мониторинг с проведением визуальных, слуховых, сомато-сенсорных и двигательных вызванных потенциалов [74]. Также, важными моментами хирургии менингиом является сохранение регионарного кровообращения головного мозга и меры компрессионного воздействия на него при тракции. Эти факторы тесно взаимосвязаны друг с другом [15]. Для достижения этих целей необходимо производить проекционно выгодные краниотомии с сохранением артерий и вен при резекции объемного образования. Так, например, при удалении менингиом основания приближать нижний край трепанационного отверстия к основанию черепа [89]. При удалении опухолей сагиттального синуса сохранять викарно расширенные церебральные, краниальные и экстракраниальные вены. При выполнении доступа через межполушарную щель или супратенториально необходима иммобилизация не только крупных функционально-значимых вен (роландовой и Лаббе), но и менее значимых. Соблюдать особую осторожность при отделении коротких ветвей супраклиноидной части внутренней сонной артерии, кровоснабжающие область дна III третьего желудочка, стебель гипофиза, перфорирующих ветвей базиллярной артерии к стволу, ветви мозжечковой артерии. Также рекомендуется фрагментарное удаление опухоли с переносом хирургических манипуляций на разные отделы опухоли, с целью перестройки и нормализации кровотока [9]. По возможности фрагментирование опухолевого узла рекомендовано производить после отделения от матрикса, чтобы снизить объем кровопотери.
Предоперационная верификация гистологического подтипа и плотности менингиом и мезенхимальных опухолей головного мозга влияют на подходы и прогнозы хирургического вмешательства. В ряде научно-исследовательских работ различные МР-последовательности были использованы для предсказания плотности данного вида опухолей [42; 62; 103; 104]. Гиперинтенсивный сигнал на Т2-взвешенных изображениях, чаще всего имеют более мягкие менингиомы с большим количеством сосудов, а гипоинтенсивный сигнал – чаще фибропластические или переходные субтипы менингиом [62]. Различные гистологические субтипы менингиом имеют различную архитектуру ткани и движение молекул воды. Эти характеристики могут быть обнаружены с помощью более сложных последовательностей МРТ, например, диффузионно-взвешенных изображений (DWI), диффузионной тензорной томографии (DTI) с вычислением коэффициента диффузии и построения диффузионно-взвешенных изображений с вычислением коэффициента диффузии (ADC-карты), фракционной анизотропии (FA). Изоинтенсивный сигнал на ADC-картах и гиперинтенсивный сигнал на FA картах, объем FA 0,3 (p = 0,00001), ассоциируются с менингиомами твердой консистенции [42]. Атипические и фибропластические менингиомы имеют показатель FA значительно выше по сравнению с другими гистологическими подтипами, но это не позволяет дифференцировать фибропластические менингиомы от других [116]. Toh C.-H. и соав. (2008) в своем исследовании в 24 случаях (12 – доброкачественных и 12 злокачественных менингиом) качественно проанализировали ADC-карты. Изоинтенсивный или гипоинтенсивный сигнал встречался чаще в атипических и анапластических менингиомах (в 83,4 % против 25 %) [41]. DTI демонстрирует, что микроскопическое движение воды в доброкачественных менингиомах более организованно, чем в злокачественных [41]. Аналогичные данные получены и в исследованиях Filippi C. G. (2001), Hakyemez B. (2006) [23; 130]. Однако, в исследовании Yamasaki F. и соав. (2005), статистически достоверных различий в ADC-картах между гистологическими типами менингиом выявлено не было [22].
Материал и методы исследования предоперационного планирования и прогнозирования гистологического типа и плотности менингиом и мезенхимальных опухолей головного мозга
Для разработки и тестирования математического алгоритма было отобрано 48 пациентов с менингиомами и мезенхимальными опухолями головного мозга, пролеченных в НУЗ «Дорожная клиническая больница на станции Новосибирск-Главный ОАО «Российские железные дороги», ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт патологии кровообращения имени академика Е. Н. Мешалкина» Минздрава России и ЗАО «Юропиан Медикал Сентер». Средний возраст пациентов составил 57,6 ± 2,84 лет (± m, 38–72 лимит), среди которых: женщин 29 (60,4%), мужчин 19 (39,6%).
До оперативного вмешательства пациентам было выполнено МРТ головного мозга на аппарате GE Signa 1.5 T (GE Healthcare, Little Chalfont, USA) c использованием стандартной головной катушки и включающего следующие импульсные последовательности: T1 SE H в сагиттальной плоскости, TE/TR = 9/500 мс, толщина среза 5 мм; DWI в аксиальной плоскости при b = 1 000, TE/TR = 81,8/7 000 мс, толщина среза 5 мм; Т2 FRFSE в аксиальной плоскости TE/TR = 85,4/4 240 мс, толщина среза 5 мм; 3DT1 SPGR S в аксиальной плоскости, TE/TR = 9/30 мс, толщина среза 1,5 мм до введения контраста и с контрастированием (Гадолиний диэтилентриамин пента-уксусная кислота).
Локализация опухолей в сформированной группе: задняя черепная ямка – 10 пациентов, средняя черепная ямка – 10 пациентов, передняя черепная ямка – 6 пациентов, конвекситальные – 8 пациентов, тенториальные – 4, фалькс – 10 (рисунок 2).
Во всех случаях удаленные опухоли были переданы на патогистологическое исследование (гистологический и иммуногистохимический анализ). В исследуемой группе встретилось 33 пациента с доброкачественными менингиомами (Grade I): 12 пациентов с менинготелиоматозным субтипом, 12 с фибропластическим, 10 с переходным субтипом. Один пациент с переходным типом менингиом (атипическая менингиома, GRADE II). Четыре пациента со злокачественным типом (GRADE III), 3 пациента с анапластическим субтипом менингиомы и 1 с рабдоидным. Шесть пациентов имели гемангиоперицитомы и 3 – первичные интракраниальные саркомы.
Результаты, полученные тремя специалистами (2 врача нейрохирурга и 1 врач рентгенолог) при обработке МРТ с помощью созданного математического алгоритма, сравнивались с гистологическими заключениями с верификацией закономерностей и корреляций. Пиковые значения, сгенерированные в программе, записывались в протокол исследования. Пациенты были разделены на группы в соответствии с их гистологическим диагнозом (таблица 1).
С целью выявления межгрупповых различий пика гистограмм использовался однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA тест) с тестами Tukey и Games-Howell. Статистически значимыми считались значения при p 0,05.
Основы математического алгоритма для предоперационного определения гистологического типа и субтипа опухоли оболочек головного мозга Jeny Rajan и соав. (2008) одни из первых предложили использовать гистограммы, построенные из МРТ головного мозга с целью выделения отдельных тканей головного мозга и автоматической сегментации [90]. Авторы строили гистограмму абсолютных значений интенсивности вокселей (рисунок 4) и выделяли три пика и промежутка, свойственные для церебро-спинальной жидкости, серого и белого вещества головного мозга.
Нами рассчитывалась гистограмма в объеме опухоли с последующим сравнением с гистологическим диагнозом, то есть суммированная от всех экспортируемых изображений Т1 взвешенных снимков с контрастированием. Перед графическим построением гистограммы высчитывается относительная интенсивности МР-сигнала каждого воксела в области интереса (опухоли). Нормализация интенсивности сигнала в области интереса производится на белое вещество головного мозга с учетом коэффициента смещения гистограммы относительно среднего цвета фона (интактное белое вещество головного мозга) базы данных МРТ-снимков пациентов с менингиомами и мезенхимальными опухолями головного мозга.
Формула расчёта показателя интенсивности для каждого пикселя в области интереса, на основании которых происходит построение гистограммы K = a – a0; Х = (Х0 – К)/10а; Y = 1 000Y0/Z, условные обозначения
1 область – фон, область нормальной (интактной) ткани белого вещества головного мозга на МР-изображении;
2 область – область интереса, область опухоли на МР-изображении;
Y –нормированное количество одинаковых значений X0 на всех срезах;
X –относительный цвет пикселя (по аддитивной цветовой модели RGB) в области 2;
Y0 –количество одинаковых значений Х0 на всех срезах;
Х0 – абсолютный цвет пикселя (по аддитивной цветовой модели RGB) в области 2;
Х – относительный цвет пикселя (по аддитивной цветовой модели RGB) в области 2;
a0 – средний цвет (по аддитивной цветовой модели RGB) белого вещества головного мозга из базы данных;
а – средний цвет (по аддитивной цветовой модели RGB) в области 1;
К – коэффициент смещения гистограммы относительно среднего цвета фона базы данных МРТ-снимков пациентов с менингиомами и мезенхимальными опухолями головного мозга;
Z – сумма пикселей по всем срезам в области 2.
Для расчета коэффициента К сформирована база данных МРТ-снимков пациентов с менингиомами и мезенхимальными опухолями головного мозга из 48-ми пациентов, у которых были проанализированы участки белого вещества головного мозга – «фон». Рассчитывается средний цвет в каждом фоне и в целом в базе (а0). Средний цвет в базе (а0) является цветом, который берётся за основу для расчета коэффициента К.
Вычитая из каждого цвета пикселя (Х0) зоны интереса К, мы не меняем структуры распределения цветов, а лишь смещаем гистограмму в одну из сторон, делая изображение ярче, либо темнее. При этом каждый пиксель фона новой измененной зоны интереса мы делим на средний цвет фона исходного анализируемого изображения (a). Данное действие необходимо для увеличения чувствительности метода, что позволяет учесть вариации яркости изображений МР-снимков (рисунок 5).
Результаты исследования предоперационного планирования и прогнозирования гистологического типа и плотности менингиом и мезенхимальных опухолей головного мозга
При обработке изображений с помощью программного обеспечения и генерации гистограмм, три специалиста получили высокую согласованность в полученных пиках гистограмм, индекс согласованности AI был от 0,96 до 1 при среднем значении 0,99 ± 0,007 (± m), что подтверждает низкую операторозависимость разработанного программного обеспечения. Абсолютное расхождение в значениях пиков гистограмм между специалистами максимально составляло 0,4, при этом определялась 100 % согласованность между специалистами в определении гистологического типа опухолей.
При сопоставлении гистологических диагнозов в созданной группе пациентов с результатами программы получены следующие пределы и средние значения пиков гистограмм (таблице 3).
Тест Левиня (Levene stest) доказал однородность дисперсий в созданных группах, распределенных по гистологическому типу и субтипу опухолей (Статистика Левиня W = 0,321, p 0,05). Односторонний ANOVA-тест выявил отличия между сформированными группами (F = 70,13, p 0,01), а апостериорные тесты Tukey и Games-Howell продемонстрировали наличие статистически значимых отличий между ними. Однако, злокачественные менингиомы имели схожий уровень пика гистограммы с фибросаркомами (Tukey I-J = 0,36, p = 1). Значение пика гистограммы смешанного субтипа менингиом в апостериорных тестах показали значимое отличие от менинготелиоматозного (Tukey I-J = 2,88, p 0,01) и фибропластического субтипа (Tukey I-J = – 2,3, p = 0,014), хотя выбросы значений могли им соответствовать (рисунок 12).
Чувствительность алгоритма для определения фибропластического, менинготелиоматозного субтипа менингиом, анапластических и атипических менингиом, включая первичные интракраниальные фибросаркомы и гемангиоперицитомы, составила 94,59 %, коэффициент согласованности каппа Коэна К = 0,926 (взвешенная К = 0,95, стандартная ошибка 0,032). Пик гистограммы для переходного субтипа менингиом смещался в сторону менингиотелиоматозного субтипа или фибропластического, в зависимости от преобладающего компонента. 100 % чувствительность и специфичность в дифференциации гемангиоперицитом и менингиом и 100 % чувствительность в дифференциации злокачественных от доброкачественных опухолей оболочек головного мозга.
Ниже представлено ряд клинических случаев пациентов с опухолями оболочек головного мозга.
Клинический случай № 1: Пациент П-о Ю. В., история болезни № 901, 2011 г. Клинический диагноз: Множественные внутричерепные менингиомы. Менингиома ольфакторной ямки, периневральная менингиома левого зрительного нерва.
Со слов пациента, прогрессирующее падение остроты зрения на левый глаз с 2002 г. По результатам МРТ головного мозга в 2011 г., изображенной на рисунке 13, визуализированы: менингиомы области ольфакторной ямки.
Неврологический статус: Фотореакция справа в норме, слева отсутствует прямая фотореакция, регистрируется слепота на левый глаз (отсутствие светоощущения).
Операция проведена 28.10.2011 г.: Микрохирургическое тотальное удаление менингиомы ольфакторной ямки, частичное удаление периневральной менингиомы левого зрительного нерва под нейронавигационным контролем.
Гистологическое заключение: менинготелиоматозная менингиома.
Соответствующая гистограмма изображена на рисунке 14. Пик графика на уровне X = 14,6.
Клинический случай № 2: Пациентка В-а И. В., история болезни № 2356/Клини, 2012 г. Клинический диагноз: Менингиома правого мостомозжечкового угла с супра- и субтенториальным ростом. Состояние после парциального удаления от 28.07.2011 г.
Считает себя больной с ноября 2010 года, когда впервые появились головные боли интенсивные, онемение нижней губы справа, в дальнейшем присоединились координаторные нарушения. Обратилась к неврологу по месту жительства, рекомендовано проведение МРТ головного мозга, по данным которого выявлено образование мостомозжечкового угла справа. Оперирована 28.07.2011 г. – парциальное удаление менингиомы мостомозжечкового угла справа. В послеоперационном периоде кратковременная стабилизация состояния в течение 3 месяцев с последующим прогрессированием вышеуказанной симптоматики. С февраля 2012 года резкое ухудшение в виде угнетения сознания до оглушения, нарастание бульбарной симптоматики, левосторонней пирамидной недостаточности, на фоне стероидной терапии 8 мг в сутки р-ра Дексазона стабилизировали общее состояние. По контрольным обследованиям МРТ (28.02.2012) – отрицательная динамика, увеличение объема образования, грубая компрессия ствола мозга с дислокацией (рисунок 15).
Результаты исследования оценка радикальности удаления злокачественных первичных глиальных опухолей и метастазов в головного мозг
При проведении визуального анализа результатов обработки МРТ-изображений программой пятью независимыми специалистами, было принято заключение, что программа адекватно разделяет границы между контраст-накапливающей частью опухоли и гемостатическим материалом Surgicel. Абсолютное расхождение между заключениями, определяющих остаточный объем контраст-накапливающей части ГБ между специалистами при использовании нами разработанной программы, в среднем составил 0,24 ± 0,05 см3 ( ± m), интервал 0,48 см3, средний индекс согласованности 0,97 ± 0,07 ( ± m). При использовании стороннего программного обеспечения (AdvantageworkstationAW 4.4 (General Electric Signa Infinity 1,5 Тл), syngo.via (Siemens Healthcare Global) расхождения в определении остаточного объема контраст-накапливающей части опухоли составил 1,9 ± 0,3 см3 ( ± m), 4,1 см3, средний индекс согласованности 0,81 ± 0,02 ( ± m). Так как разброс значений индекса согласованности, при использовании разработанного и стороннего программного обеспечения не был нормальным и критерий Левиня показал разность дисперсий (Статистика Левиня W = 16,115, p 0,01), то для выявления разности использовался непараметрический критерий. U-критерий Манна – Уитни подтвердил статистически значимые отличия индексов согласованности в группах (UЭмп = 11, UКр = 36, p 0,01).
Во всех случаях при нерадикальном удаленииглиобластом головного мозга программа визуализировала контраст-накапливающие остаточные фрагменты опухоли, дифференцируя их от гемостатического материала Surgicel (рисунок 17).
Анализ случаев с интероперационным использованием гемостатического материала Тахокомб показал, что программа визуализирует только гемостатический материал Surgicel, определяя к нему 100 % чувствительность и специфичность. Это связано с тем, что гипоинтенсивный сигнал от Тахакомб имеет меньшее значение цвета в градации серого в сравнении с нормальной тканью головного мозга. Поэтому, при расчете отношения значения цвета Тахакомб к цвету нормальной ткани головного мозга, получается значение близкое к 0, и при переводе его в цветовую модель RGB мы получаем черный цвет, который для пользователя программой не значим (рисунок 19).
Среднее время, необходимое для обработки одного пациента, составляет 1,21 ± 0,14 мин (± m) (от момента экспортирования данных в программу до получения результата), что с легкостью позволяет использовать разработанное программное обеспечение в повседневной практике.
Относительный объем Surgicel от очага накопления контраста в первой группе пациентов составил от 7,28 % до 40,91 %.
Во всех трех случаях у реоперированных пациентов в первые трое суток (1 пациент с ГБ, 2 пациента с эпиндимомами дна четвертого желудочка) местонахождение остатков контраст-накапливающей зоны совпадало с местонахождением опухоли, определенной интраоперационно с помощью нейронавигации и подтвержденной гистологически. Реопарации были связаны, прежде всего, с хирургической доступностью остатков контраст-накапливающих частей и лучшими прогнозами выживаемости у данных пациентов при их безопасном радикальном удалении (Клинический случай № 3) [64].
Клинический случай № 3: Пациентка, 52 года. История болезни № 10071.
Диагноз: Мультифокальная глиобластома левой лобной области головного мозга. Симптоматическая эпилепсия.
Жалобы при поступлении: на умеренную слабость, периодические эпиприступы. Общее состояние 100 % по шкале Корновского. В неврологическом статусе патологии не выявлено. В ФГБУ «Новосибирский научно-исследовательский институт патологии кровообращения имени академика Е. Н. Мешалкина» Минздрава России 23.08.2014 г. поступила из другого лечебного учреждения после парциального удаления опухоли левой лобной доли головного мозга. Локально швы без признаков воспаления, рана заживала первичным натяжением.
На МРТ головного мозга с контрастированием картина объемного образования левой лобной доли головного мозга с правосторонней латеральной дислокацией и с дополнительным выявлением очагов накопления контрастного препарата (парасаггитально, рядом с дорзальным контуром образования и в области полюса левой лобной доли). Состояние после парциального удаления опухоли (рисунок 20).
В связи с большим объемом остатка контраст-накапливающей части опухоли после первого хирургического вмешательства, было принято решение о реоперации (26.09.2014 г.).
Операция проведена 26.09.2014 г.: Радикальное микрохирургическое удаление контраст-накапливающей части мультифокальной глиобластомы левой лобной доли головного мозга под компьютерной и флуоресцентной навигацией.
С послеоперационной раны сняты металлические клипсы, края раны разведены ранорасширителем Егорова. Сформированный при предыдущей операции костный лоскут удален. Швы с твердой мозговой оболочки (ТМО) удалены, осуществлен доступ к конвекситальной поверхности левой лобной доли головного мозга. Под нейронавигационным контролем осуществлён доступ к внутримозговой опухоли по уже имеющемуся раневому каналу. Опухоль представляет собой ткань серого цвета мягкой консистенции, обильно васкуляризирована и имеет выраженный инфильтративный характер роста. При активации режима Blue400 опухоль выраженно флуоресцирует. С использованием микрохирургической техники и ультразвукового деструктора-аспиратора Soring новообразование удалено в пределах визуально неизмененной мозговой ткани. В процессе удаления опухоли вскрыт просвет левого бокового желудочка в области переднего рога. При повторной активации режима Blue400 патологической флуоресции нет.
Гемостаз с применением биполярной коагуляции и Surgicel. В передний рог левого бокового желудочка установлен наружный вентрикулярный дренаж Codmanbactiseal, выведен через контрапертуру скальпа и фиксирован к нему лигатурой. Пульсация мозга отчетливая. Твердая мозговая оболочка ушита наглухо. Пластика ТМО с использованием Duraform. Костный лоскут установлен на место, закреплен 2 Flapfix. Послойно швы на мягкие ткани. Асептическая повязка.
Состояние при выписке: Удовлетворительное. Соматически компенсирована. Нормотермия. В неврологическом статусе без отрицательной динамики на дооперационном уровне. Швы сняты на 10 сутки после операции.
Пациентка направлена для проведения адъювантной химиолучевой терапии. Волюмометрические показатели опухоли:
- дооперационный объем опухоли – 9,5 см3
- объем контраст-накапливающей части опухоли после первой операции 23.08.2014 – 8,8 см3
- послеоперационный объем контраст-накапливающей части опухоли после второго оперативного вмешательства (26.09.2014) – 0,6 см3.