Способ прогнозирования риска повреждения функционального тракта головного мозга при удалении внутримозговых опухолей
Владельцы патента RU 2737652:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Приволжский исследовательский медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО "ПИМУ" Минздрава России) (RU)
Изобретение относится к медицине, а именно к нейрохирургии, и может быть использовано для прогнозирования риска повреждения тракта белого вещества головного мозга при удалении внутримозговых опухолей. Пациенту с внутримозговой опухолью проводят МРТ головного мозга в Т1 и диффузионно-тензорном режимах. Проводят моделирование интересующего тракта белого вещества головного мозга. На аксиальных срезах определяют зону патологического МР-сигнала. Выбирают изображения аксиальных срезов со смоделированным трактом, на которых смоделированный тракт имеет максимальное приближение или погружение в зону патологического МР-сигнала. Определяют площадь модели тракта (S), длину границы фигуры, образованной пересечением модели тракта и зоны патологического МР-сигнала (L). Рассчитывают индекс вовлеченности тракта (ИВТ) по формуле ИВТ=L/S. При ИВТ≤0,12 риск повреждения тракта при хирургическом удалении опухоли считают низким, при ИВТ 0,34 - высоким. Способ позволяет повысить точность предоперационного планирования за счет расчёта ИВТ. 3 пр., 7 ил.
Изобретение относится к медицине, а именно к нейрохирургии и может быть использовано для прогнозирования риска повреждения тракта белого вещества головного мозга при удалении внутримозговых опухолей на этапе предоперационного планирования.
Базовой задачей хирургии злокачественных внутримозговых опухолей является максимальная циторедукция с минимальным риском развития неврологического дефицита, т.к. функциональный статус пациента – это прогностический фактор выживаемости и ключевой параметр, определяющий качество жизни пациента.
Важным этапом планирования удаления внутримозговой опухоли является оценка её взаимоотношения с функциональными зонами и трактами. Единственным методом предоперационной топографической диагностики трактов белого вещества головного мозга является МР-трактография и, в частности, диффузионно-тензорная трактография. Но, несмотря на фактически уже рутинное использование на практике МР-трактографии, её данные носят достаточно условный характер – с одной стороны повышая осведомленность хирурга об опасной близости тракта к опухоли, с другой – содержат субъективность визуальной оценки, не позволяя выстроить детальную технику удаления опухоли вблизи тракта. Воздействие опухоли на тракт белого вещества головного мозга на основании предоперационной МР-трактографии наиболее часто квалифицируются следующими категориями: смещение, отёк, инфильтрация, деструкция. Так как критерии трактовки смещения, инфильтрации и разрушения тракта существенно различаются в разных публикациях, обоснованным является разработка количественного универсального способа оценки степени его поражения.
Известен способ оценки риска повреждения корково-спинномозгового (двигательного) тракта на основании результатов МР-трактографии и навигационной транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС). (Ерошенко М.Е. Совершенствование тактики лечения больных с опухолями головного мозга на основе картирования моторной зоны коры путем навигационной транскраниальной магнитной стимуляции // Дисс. на соискание уч. ст. к.м.н. - Санкт-Петербург - 2016 г.).
В известном способе пациенту со злокачественной внутримозговой опухолью при планировании операции проводят МРТ головного мозга в диффузионно-тензорном режиме, а также навигационную транскраниальную магнитную стимуляцию (нТМС). С помощью программного обеспечения iPlan Cranial 2.5 совмещают результаты картирования моторной зоны коры методом нТМС и МРТ головного мозга в диффузионно-тензорном режиме с данными МРТ, проводят выделение интересующих зон и моделируют интересующий тракт. Риск повреждения корково-спинномозгового пути при удалении опухоли оценивает оперирующий хирург посредством комплексной субъективной оценки характера взаимоотношения опухоли и тракта, включающей определение дистанции от тракта до опухоли и от предполагаемой траектории доступа. Выделяют следующие категории вовлечённости корково-спинномозгового тракта: инфильтрация и частичная деструкция; опухоль в проекции тракта, раздвигающая её волокна; оттеснение.
Качество предоперационного планирования оценивали посредством расчёта частоты случаев, в которых хирург изменил свою тактику на основании результатов применения способа: тактика была изменена в 41,6% случаев (27 из 65).
При локализации опухоли в проекции пирамидного тракта или его инфильтрации и деструкции ограничили планируемый объём удаления опухоли до частичного удаления или биопсии: в 16 из 65 случаев (24,7%), отказывались от оперативного лечения в пользу лучевой терапии: 5 из 65 случаев (7,7%). Увеличение объёма удаления опухоли на основании применения метода было произведено в 6 из 65 случаев (9,2%).
Недостатками метода является, категориальный характер разделения типов поражения тракта, основанный на субъективном восприятии специалиста, интерпретирующего результаты исследования, что обуславливает общую низкую воспроизводимость способа. Для оценки характера вовлечения тракта требуется не только МРТ и ДТ-трактографии, но и навигационная ТМС.
Также известен способ оценки риска повреждения тракта белого вещества головного мозга на основании результатов МР-трактографии, который представлен в диссертационном исследовании на соискание звания кандидата медицинских наук по специальности «Нейрохирургия» от 2016 года Жукова В.Ю. «Диффузионно-тензорная трактография и интраоперационный нейрофизиологический мониторинг в хирургии внутримозговых опухолей».
В известном способе пациенту со злокачественной внутримозговой опухолью проводят МРТ головного мозга в Т1 и диффузионно-тензорном режимах. Проводят моделирование интересующего тракта. При планировании хирургического лечения проводят условное категориальное разделение степени поражения тракта: интактен – тракт находится на отдалении от опухоли и зоны её перифокального отёка, траектория пучка не изменена, и он не истончён; инфильтрирован – тракт находится в зоне опухоли, частично прерывается и истончён; смещён – тракт проходит по краю опухоли, изменяя свою траекторию (оценка истончения не уточнена). Недостатком метода является категориальный характер разделения типов поражения тракта, основанный на субъективном восприятии специалиста, интерпретирующего результаты исследования, что обуславливает низкую воспроизводимость способа.
Качество предоперационного планирования с использованием вышеописанного способа оценивали во время операции посредством нейрофизиологического мониторинга: в группе инфильтрированных трактов наблюдалась большая частота моторных ответов при прямой электростимуляции.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа прогнозирования риска повреждения тракта белого вещества головного мозга при хирургическом удалении внутримозговых опухолей для использования на этапе предоперационного планирования.
Технический результат при использовании изобретения – получение объективной оценки риска повреждения тракта белого вещества головного мозга при хирургическом удалении внутримозговых опухолей, повышение точности предоперационного планирования.
Технический результат достигается тем, что пациенту с внутримозговой опухолью проводят МРТ головного мозга в Т1 и диффузионно-тензорном режимах, проводят моделирование интересующего тракта белого вещества головного мозга, на аксиальных срезах определяют зону патологического МР-сигнала, выбирают изображения аксиальных срезов со смоделированным трактом, на которых смоделированный тракт имеет максимальное приближение или погружение в зону патологического МР-сигнала, определяют площадь модели тракта (S), длину границы фигуры, образованной пересечением модели тракта и зоны патологического МР-сигнала (L), рассчитывают индекс вовлеченности тракта (ИВТ) по формуле ИВТ=L/S, при ИВТ≤0,12 риск повреждения тракта при хирургическом удалении опухоли считают низким, при ИВТ 0,34 - высоким.
Способ осуществляют следующим образом:
Пациенту со злокачественной внутримозговой опухолью проводят МРТ головного мозга в Т1 и диффузионно-тензорном режимах. Проводят моделирование интересующего тракта. На аксиальных срезах определяют зону патологического МР-сигнала. Выбирают изображения аксиальных срезов со смоделированным трактом белого вещества головного мозга, на которых смоделированный тракт имеет максимальное приближение или погружение в зону патологического МР-сигнала. Определяют площадь модели тракта белого вещества головного мозга (S) на изображении выбранного аксиального среза МРТ со смоделированным трактом. Если модель тракта не визуализируется внутри патологического МР-сигнала, то определяют длину кривой (L), соответствующей зоне соприкосновения модели тракта и зоны патологического МР-сигнала. Если визуализируется фигура, образованная пересечением модели тракта белого вещества головного мозга и зоны патологического МР-сигнала, определяют длину границы фигуры (L). Если ни на одном из изображений ни соприкосновения, ни погружения в зону патологического МР-сигнала не устанавливают, то L принимают равной нулю. Рассчитывают индекс вовлеченности тракта (ИВТ) по формуле ИВТ=L/S. При ИВТ≤0,12 риск вовлечения тракта считают низким, планируют тотальное хирургическое удаление опухоли. При ИВТ≥0,34 риск вовлечения тракта считают высоким, планируют хирургическое удаление опухоли с учетом высокого риска повреждения тракта от «near total» до частичного.
Способ поясняется рисунками, где на рис 1 изображен вариант взаимоотношения опухоли и тракта белого вещества головного мозга в трехмерном представлении (a) и на аксиальных срезах (b,c,d), где зеленым показана зона патологического МР-сигнала (опухоли); синим - модель тракта белого вещества головного мозга (площадь модели тракта белого вещества головного мозга (S) на аксиальных срезах); красным – длина границ «погружённой» в опухоль части тракта (L).
Предложенный способ применен при предоперационном планировании 62-х пациентов с супратенториальными внутримозговыми опухолями, которым было проведено открытое хирургическое вмешательство. Среди них 17 – с церебральными метастазами (5 с меланомой и 12 – с карциномами), 31 – c диффузными глиомами, накапливающими контраст на МРТ (25 с глиобластомой и 6 – с глиомами Grade III), 15 – с диффузными глиомами Grade II-III, не накапливающими или незначительно накапливающими контрастный препарат на МРТ (12 – Grade II и 3 – Grade III). Оценку качества выполнения предоперационного планирования оценивали непосредственно в момент проведения операции посредством нейрофизиологического мониторинга пирамидного тракта (на аппарате ISIS IOM фирмы INOMED) с применением техники динамической прямой стимуляции с отражением в протоколе операции минимальной силы тока, при которой были получены моторные ответы, на основании чего определяли расстояние до тракта из расчета 1 мм ≈ 1 мА.
Приводим варианты конкретного применения способа:
Клинический пример №1.
Пациент 39 лет. По данным МРТ головного мозга выявлена опухоль в прецентральной и надкраевой извилинах, активно неравномерно накапливающая контрастный препарат на МРТ. Клиническая картина включала общемозговую симптоматику и афатические нарушения. На основании ДТ-трактографии в программе NordicBrainEx произвели компьютерное моделирование пирамидного тракта и его корегистрацию с сигналом от опухоли в режиме Т1 МРТ. Выбраны аксиальные срезы, на которых пирамидный тракт максимально «контактировал» с опухолью. На рисунке 2 модель тракта представлена в красном цвете; зона контакта тракта с МР-сигналом опухоли обозначена зелёным цветом. Для каждого отобранного аксиального среза произведен расчет ИВТ. Максимальное значение ИВТ=0,341. Аксиальный срез, ИВТ которого было максимальным приведен на рис. 2. Получены значения S=182 (красным), L=62 (зелёным), ИВТ=0,341, что соответствует высокому риску повреждения тракта при удалении опухоли, что было констатировано при предоперационном планировании.
Удаление опухоли производилось под контролем прямой электростимуляции. Во время операции двигательные ответы при прямой электростимуляции получены при минимальной силе тока 5 мА, что ограничивало резекцию в соответствующих зонах, как и предполагалось при планировании вмешательства. Двигательных нарушений в послеоперационном периоде у пациента не наблюдалось.
По данным послеоперационном МРТ радикальность вмешательства составила 97%: имелась зона накопления контрастного препарата по медиальной стенке ложа опухоли объёмом 0,9 мл (исходный объём зоны контрастного усиления – 26,7 мл). МРТ пациента до и после операции представлены на рис 3: a,d,g – МРТ с контрастным усилением до операции; b,c,e,f,h,i– МРТ после операции; красным цветом выделена зона накопления контрастного препарата.
Клинический пример №2.
Пациентка 37 лет. Диагноз: Метастаз рака молочной железы в области поперечной височной и надкраевой извилинах слева, состояние после радиохирургического лечения. Клинически у пациентки отмечались лёгкие речевые нарушения и онемение правой половины тела. Пирамидной недостаточности выявлено не было. По данным ДТ-трактографии выявлено, что пирамидный тракт располагался медиально от опухоли. Произведено моделирование тракта белого вещества головного мозга и расчет ИВТ по предложенному способу. Выбран аксиальный срез, на котором модель тракта белого вещества головного мозга имела наибольший контакт с зоной патологического МР-сигнала (рис. 4). На рис. 4 зона контакта модели тракта с патологическим МР-сигналом обозначена зелёным цветом; учитываемая площадь модели тракта – красным. Так как фигура не визуализируется внутри патологического МР-сигнала, то определена длина кривой (L), выделенной зеленым цветом и соответствующей зоне соприкосновения модели тракта и зоны патологического МР-сигнала. L = 26 S=214, ИВТ=0,12, что соответствует низкому риску повреждения тракта при проведении тотального хирургического удаления опухоли и было учтено при планировании вмешательства.
Запланированное вмешательство проводилось с использованием нейрофизиологического мониторинга (аппарат ISIS IOM). Моторные ответы были получены при прямой субкортикальной стимуляции на минимальной силе тока 20 мА, что позволило выполнить тотальное удаление опухоли без повреждения тракта белого вещества головного мозга. Вмешательство выполнено по плану. Двигательных ухудшений в послеоперационном периоде у пациентки не было.
По данным контрольной МРТ опухоль удалена тотально: рисунок 5: a, c – МРТ с контрастным усилением до операции; b, d – МРТ с контрастным усилением после операции;
По данным контрольной ДТ-трактографии граница резекции расположена на расстоянии 6,8 мм от пирамидного тракта (рис. 6b); на рис. 6а модель пирамидного тракта (красным) на МРТ до операции.
Клинический пример №3
Пациентка 66 лет. Диагноз: объёмное образование с локализацией в верхней височной, нижней лобной, надкраевой извилинах с переходом на островковую долю. Опухоль была выявлена по данным МРТ и не накапливала контрастный препарат (рис. 7а) Клинически у пациентки имелся правосторонний гемипарез до 4-х баллов, умеренные афатические нарушения по моторному и амнестическому типам, общемозговая симптоматика. По данным ДТ-трактографии выявлено, что пирамидный тракт располагается медиально от опухоли. Пирамидный тракт моделирован двумя способами: с установкой значения фракционной анизотропии (ФА): ФА=0,15 (рис. 7e) и ФА=0,25 (рис. 7f). Рассчитаны значения ИВТ по предложенному способу для значений ФА=0,15 и ФА=0,25. Получены значения ИВТ 0,67 и 0,7 соответственно, что более 0,34, поэтому риск повреждения считали высоким и учли этот факт при планировании хирургического вмешательства. Запланированное вмешательство проводилось с использованием нейрофизиологического мониторинга (аппарат ISIS IOM). Моторные ответы при прямой электростимуляции получены при минимальной силе тока 5 мА, что ограничивало радикальность удаления опухоли.
На послеоперационной ДТ-трактографии пирамидный тракт располагается непосредственно по границе удаления опухоли (рис. 7 c,d, где модель пирамидного тракта выделена красным), что подтвердило необходимость ограничения радикальности данной операции из-за риска повреждения тракта. На рисунке 7 также показаны МРТ до операции (а), МРТ после операции (b). Двигательных нарушений в послеоперационном периоде не наблюдалось.
Предложенный количественный способ оценки страдания тракта белого вещества головного мозга ориентирует хирурга на риски удаления внутримозговых опухолей на этапе предоперационного планирования. Значения ИВТ, полученные по предложенному способу, позволяют разделить риски хирургии на «низкие» (ИВТ≤0,12) и «высокие» (ИВТ≥0,34), которые учитывают при предоперационном планировании.
При «низких» рисках допустим объём удаления опухоли, который квалифицируется как тотальный с возможным захватом перифокальной зоны (супрамаргинальный).
«Высокие» значения ИВТ требуют большей осмотрительности хирурга в манипуляциях на опухоли, прилежащей к тракту. Объем удаления в этих случаях заведомо планируется от «near total» до частичного.
Способ прогнозирования риска повреждения тракта белого вещества головного мозга при удалении внутримозговых опухолей, характеризующийся тем, что пациенту с внутримозговой опухолью проводят МРТ головного мозга в Т1 и диффузионно-тензорном режимах, проводят моделирование интересующего тракта белого вещества головного мозга, на аксиальных срезах определяют зону патологического МР-сигнала, выбирают изображения аксиальных срезов со смоделированным трактом, на которых смоделированный тракт имеет максимальное приближение или погружение в зону патологического МР-сигнала, определяют площадь модели тракта (S), длину границы фигуры, образованной пересечением модели тракта и зоны патологического МР-сигнала (L), рассчитывают индекс вовлеченности тракта (ИВТ) по формуле ИВТ=L/S, при ИВТ≤0,12 риск повреждения тракта при хирургическом удалении опухоли считают низким, при ИВТ≥0,34 - высоким.
