Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.



СІМЕЙНІ ЛІКАРІ ТА ТЕРАПЕВТИ

НЕВРОЛОГИ, НЕЙРОХІРУРГИ, ЛІКАРІ ЗАГАЛЬНОЇ ПРАКТИКИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ

КАРДІОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, РЕВМАТОЛОГИ, НЕВРОЛОГИ, ЕНДОКРИНОЛОГИ

СТОМАТОЛОГИ

ІНФЕКЦІОНІСТИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, ГАСТРОЕНТЕРОЛОГИ, ГЕПАТОЛОГИ

ТРАВМАТОЛОГИ

ОНКОЛОГИ, (ОНКО-ГЕМАТОЛОГИ, ХІМІОТЕРАПЕВТИ, МАМОЛОГИ, ОНКО-ХІРУРГИ)

ЕНДОКРИНОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, КАРДІОЛОГИ ТА ІНШІ СПЕЦІАЛІСТИ

ПЕДІАТРИ ТА СІМЕЙНІ ЛІКАРІ

АНЕСТЕЗІОЛОГИ, ХІРУРГИ

International neurological journal 2(18) 2008

Back to issue

Современные методы магнитно-резонансной томографии для диагностики рассеянного склероза

Authors: З.З. Рожкова, к.ф.-м.н. (специальность «Медицинская физика») Медицинская клиника «БОРИС», зам. главного врача по научно-исследовательской работе, г. Киев

Categories: Neurology

Sections: Specialist manual

print version


Summary

Проанализирована роль современных методов МРТ для диагностики и мониторинга рассеянного склероза и патологических изменений в ткани головного мозга, вызванных рассеянным склерозом, а также для прогноза развития заболевания. Стандартный протокол проведения МРТ-исследований, включающий получение T1-взвешенных изображений до и после контрастного усиления с помощью контрастного препарата Gadovist, а также T2-взвешенных изображений, не позволяет полностью оценить степень воспалительных и нейродегенеративных процессов в ткани головного мозга у пациентов с рассеянным склерозом. МРТ-исследования, проведенные с помощью расширенного протокола, включающего изображения, получаемые методами FLAIR, переноса поляризации, диффузионно-взвешенные изображения и МРС in vivo, более эффективны для оценки степени выраженности клинических симптомов, прогноза развития заболевания, степени инвалидизации и могут быть использованы для оценки нейропротекторных свойств препаратов, применяемых для терапии рассеянного склероза.


Keywords

рассеянный склероз, магнитно-резонансная томография, диффузионно-взвешенное изображение, перенос поляризации, магнитно-резонансная спектроскопия in vivo.

Введение

Среди неврологов, занимающихся проблемой рассеянного склероза (РС), метод магнитно-резонансной томографии (МРТ) признан методом выбора или золотым стандартом для диагностики и мониторинга течения РС in vivo. Это связано не только с широким применением МРТ для установления активности процессов демиелинизации, оценки степени нарушения нейрональной интеграции и характеристики нейронального дефицита, но и благодаря современным методикам МРТ (протонной in vivo спектроскопии и функциональной МРТ), а также с возможностью понимания природы РС.

МРТ-критерии диагностики рассеянного склероза. Стандартный и расширенный протоколы МРТ-исследования

МРТ-критерии диагностики РС были сформулированы уже в одной из первых работ по клиническому применению метода МРТ [1]. Развитие этого метода способствовало расширению областей его применения и одновременно вывело МРТ из сферы научных исследований в практическую медицину. В частности, существенно возросла роль МРТ как метода, позволяющую прогнозировать развитие РС у пациентов с первыми признаками демиелинизирующего процесса в ткани головного мозга. На основании десятилетних клинических наблюдений были разработаны МРТ-критерии прогноза развития диссеминирующих патологических процессов различной этиологии, характеризующихся изолированными синдромами поражения центральной нервной системы (ЦНС) [2]. В работе [3] были сформулированы следующие топические признаки локализации очагов демиелинизации, используемые для дифференциальной диагностики РС. Наличие одновременно любых трех из следующих четырех признаков является топическим дифференциальным диагностическим признаком РС [3]:

1. Наличие одного очага демиелинизации, накапливающего контрастное вещество (КВ), или девяти очагов демиелинизации, гиперинтенсивных на Т2-взвешенном изображении.

2. Наличие не менее одного очага демиелинизации, расположенного в инфратенториальных структурах головного мозга.

3. Наличие не менее одного очага демиелинизации в субкортикальных участках головного мозга.

4. Наличие не менее трех очагов демиелинизации в перивентрикулярных областях головного мозга.

С включением топических МРТ-признаков РС были сформулированы универсальные критерии дифференциальной диагностики РС [3, 4], стимулировавшие исследования по классификации различных форм РС. Расширенные критерии дифференциальной диагностики РС, представленные в работах [5, 6], содержат наряду с характеристиками демиелинизирующего поражения ткани головного мозга диагностические признаки поражения спинного мозга и используются для диагностики первичной прогрессирующей формы РС. В дальнейшем наряду с топическими в критерии диагностики были включены признаки, характеризующие изменение во времени численности обнаруживаемых на МР-изображениях очагов демиелинизации и накопление в этих очагах контрастного вещества. В отличие от топических признаков эти характеристики называют временными признаками РС. В работах [4–6] сформулированы следующие временные признаки РС:

1. Выявление на МР-изображениях, полученных спустя три месяца после дебюта заболевания, очагов демиелинизации, накапливающих КВ. Для дифференциальной диагностики различных форм РС рекомендуется проведение повторного МРТ-исследования с интервалом три месяца.

2. Выявление на МР-изображениях, полученных не ранее чем спустя 30 дней после первичной МРТ-диагностики, новых очагов демиелинизации.

Тридцатидневный срок между первым и последующим МРТ-исследованиями установлен для того, чтобы пронаблюдать активность процесса в первые недели с момента впервые клинически верифицированного РС, даже без ухудшения клинической картины, но при этом исключить демиелинизирующие поражения ЦНС отличной от РС природы. Кроме того, проведение повторного МРТ-исследования позволит на начальном этапе заболевания подобрать оптимальную, патогенетически значимую для РС терапию.

Для первичной диагностики РС используется стандартный протокол проведения МРТ-исследований, включающий получение:

1. Т1-взвешенных изображений (до и после введения парамагнитных КВ).

2. Т2-взвешенных изображений, получаемых с помощью импульсных последовательностей спинового эха и изображений, взвешенных по протонной плотности (PD) [7].

На Т2- и PD-взвешенных изображениях в белом веществе головного мозга, в субпиальных областях и в сером веществе головного мозга обнаруживаются очаги демиелинизации с повышенной, а на Т1-взвешенных изображениях — с пониженной интенсивностью МР-сигнала. Несмотря на высокую информативность таких МР-изображений для визуализации очагов демиелинизации, с их помощью не удается стопроцентно дифференцировать РС от множества заболеваний иной природы, связанных с воспалительными процессами в центральной нервной системе, а также вызванных нейродегенерацией [5].

Для дифференциальной диагностики РС и мониторинга эффективности терапии используют расширенный протокол МРТ-исследований, с помощью которого получают следующие изображения [7–11]:

1. Т1-взвешенные изображения с подавлением сигнала от жидкости (FLAIR, импульсная последовательность инверсия/восстановление). Эти изображения используют для количественной характеристики нейродегенеративных процессов в ткани головного мозга, а также для обнаружения очагов демиелинизации, неактивных в момент проведения исследования, имеющих пониженную по сравнению с интактной тканью интенсивность МР-сигнала (так называемые черные дыры).

2. Т1-взвешенные изображения с усилением сигнала за счет переноса поляризации. Эти изображения используют для определения активности очагов демиелинизации и эффективности терапии на различных этапах заболевания.

3. Диффузионно-взвешенные изображения позволяют исследовать процессы диффузии молекул воды в ткани головного мозга, а также получать информацию об ориентации, размерах и геометрии очагов демиелинизации в белом и сером веществе головного мозга.

4. Двумерные и трехмерные спектроскопические изображения (1Н МРС in vivo), с помощью которых строятся карты распределения метаболитов в структурах головного мозга, содержащих очаги демиелинизации и участки интактной ткани. Магнитно-резонансная спектроскопия (МРС) in vivo применяется в клинических исследованиях для изучения биохимии мозга и установления связей между церебральным метаболизмом и его функциями. Метод МРС in vivo используется в клинических исследованиях для дифференциальной диагностики РС, изучения механизмов действия препаратов, визуализации участков головного мозга, обладающих повышенной чувствительностью к определенного класса препаратам, в частности к препаратам, обладающим нейропротекторными свойствами.

Чувствительность и специфичность топических и временных признаков РС на примерах изображений, полученных с помощью стандартного протокола МРТ-исследований

На рис. 1–10 представлены МР-изображения, полученные с помощью стандартного протокола МРТ-исследований. Чувствительность и специфичность топических и временных МРТ-признаков, используемых для диагностики РС, иллюстрируется конкретными клиническими примерами.

Диагностика РС с помощью расширенного протокола МРТ-исследований: чувствительность и специфичность Т1-взвешенных изображений с переносом поляризации, диффузионно-взвешенных изображений, двумерных и трехмерных спектроскопических изображений (по данным протонной МРС in vivo)

Для оценки чувствительности и специфичности МРТ-критериев диагностики РС проанализируем несколько причин, лежащих в основе несоответствия между данными, получаемыми с помощью стандартных МР-изображений, и клиническим статусом пациента с РС. Одна из причин состоит в том, что по МР-изображениям, полученным с помощью стандартных протоколов, не удается установить корреляцию между оцениваемой (по интенсивности МР-сигнала в очагах РС) активностью процесса демиелинизации и фактически существующей степенью восстановления целостности миелиновых оболочек. Как известно, в остром периоде РС очаги демиелинизации выглядят гиперинтенсивными на Т2-взвешенных изображениях и гипоинтенсивными на Т1-взвешенных изображениях [12]. Такая же картина наблюдается в процессе лечения при частичном восстановлении целостности миелиновых оболочек. Если в процессе мониторинга эффективности лечения наблюдается следующая картина: на Т2-взвешенных изображениях интенсивность МР-сигнала в очагах демиелинизации незначительно уменьшается и приближается к интенсивности сигнала от интактной ткани мозга, а на Т1-взвешенных изображениях эти участки из черных превращаются в серые, это означает, что целостность миелиновых оболочек постепенно восстанавливается [13]. При полном восстановлении целостности миелиновых оболочек на Т1-взвешенных изображениях сигнал от очагов демиелинизации имеет меньшую интенсивность по сравнению с окружающей тканью мозга, и они выглядят как тени от имевшихся ранее очагов [14]. Причинами того, что впервые обнаруживаемые на Т1-взвешенных изображениях очаги демиелинизации активно накапливают КВ, являются локальное нарушение целостности гематоэнцефалического барьера и локальная воспалительная реакция мозговой ткани. Оба этих признака характерны для острого периода заболевания продолжительностью от четырех до шести недель [12]. В некоторых случаях острый период РС протекает без выраженной воспалительной реакции, в результате чего на Т1-, а также на Т2-взвешенных изображениях не удается обнаружить эти участки. Как упоминалось ранее, однозначно оценить степень восстановления целостности миелиновых оболочек по МР-изображениям, полученным с помощью стандартного протокола проведения МР-исследований, не удается, однако это возможно с помощью диффузионно-взвешенных изображений, позволяющих зафиксировать различие в скоростях диффузии молекул воды в восстановленных миелиновых оболочках и во внеклеточном пространстве. Эти различия характеризуются значениями коэффициентов диффузии молекул воды. Как известно, большое число заболеваний, проявляющихся воспалительными реакциями мозговой ткани, отеком, демиелинизацией, реактивным глиозом и аксональным дефицитом, но не связанных с РС, не могут быть отдифференцированными от РС по изображениям, взвешенным по Т2, и изображениям, полученным методом FLAIR [12]. В участках интактной ткани головного мозга пациентов с РС может наблюдаться увеличение значений измеряемого коэффициента диффузии (ИКД) и уменьшение локальной анизотропии мозговой ткани по сравнению с величинами, характерными для белого вещества головного мозга здоровых людей. По величине ИКД можно обнаружить очень мелкие очаги демиелинизации (микробляшки РС), мелкие участки глиоза мозговой ткани и участки поражения, вызванного вторичной валлеровской дегенерацией [15]. Среди других причин несоответствия между данными, получаемыми с помощью стандартных МР-изображений, и клиническим статусом пациента с РС можно указать подобие МРТ-изображений очагов демиелинизации, причиной которых являются различные по природе патологические процессы.

На рис. 11, 12 представлены МР-изображения, полученные с помощью расширенного протокола МРТ-исследований, и показано, как по диффузионно-взвешенным изображениям можно отличить очаги РС в острой (активной) и хронической фазах.

Увеличение ИКД и уменьшение локальной анизотропии в бляшках РС свидетельствуют о возрастании вклада свободной воды во внеклеточном пространстве, что, в свою очередь, является признаком демиелинизации и воспалительной реакции периваскулярных тканей. Воспалительная реакция, в свою очередь, сопровождается вазогенным отеком и глиозом. В бляшках РС с незначительно повышенной интенсивностью МР-сигнала наблюдается небольшое возрастание значений ИКД, что, согласно работе [16], соответствует выраженной воспалительной реакции ткани и в меньшей степени связано с демиелинизацией. Таким образом, по характеру изменения значений ИКД в нескольких участках мозговой ткани можно оценивать степень активности РС на различных этапах заболевания. Измерения КД, в частности, открывают новые пути оценки эффективности терапии РС с помощью МРТ. В работе [17] показано, что значения ИКД при вторично-прогрессирующей форме РС выше, чем при ремиттирующей форме РС.

На рис. 13, 14 приведены примеры диффузионно-взвешенных изображений, которые иллюстрируют возможность понимания природы очагов РС по значениям ИКД. Из анализа представленных изображений следует, что в некоторых, достаточно редких, случаях в острой фазе РС наблюдается уменьшение значений ИКД. В этом случае необходимо привлечение дополнительных методов исследований, например, протонной спектроскопии in vivo (1Н МРС) [18].

Протонная магниторезонансная спектроскопия (1Н МРС in vivo) — метод, основанный на том же физическом явлении, что и МРТ — явлении ядерного магнитного резонанса [19]. В отличие от метода МРТ, в котором для построения изображения соответствующей анатомической области человеческого тела используется МР-сигнал протонов воды, спектроскопические изображения строятся по сигналам протонов, входящих в структуру органических молекул, содержащихся в биологических тканях. В спектрах, полученных в ткани головного мозга человека, наблюдается около двадцати сигналов протонов различных органических соединений. Из спектров in vivo МРС может быть получена информация о содержании в головном мозге свободных аминокислот (глутамата, глутамина, таурина, аспартата и N-ацетиласпартата (NАА)); о веществах, участвующих в процессе гликолиза (лактат, Lac); о веществах, ответственных за метаболизм нейротрансмиттеров (глутамат, гамма-аминобутират), процессы энергообмена (креатин, Cr), пролиферацию клеток (холин, Cho) и их структуру (липиды, Lip), а также о соединениях, ответственных за транспорт веществ внутрь клеток (миоинозитол, mI). Воспалительные процессы в ткани головного мозга сопровождаются увеличением содержания Cho и Lac, а процессы демиелинизации — возрастанием Cho, свободных Lip и Lac [20]. Как отмечается в работе [21], NAA содержится в основном в нейронах и аксонах, и поэтому уменьшение концентрации этого метаболита может быть диагностическим маркером РС, сопровождающегося снижением нейрональной активности [11]. В работе [22] были установлены строгая корреляция между уменьшением отношения NAA/Cr и клиническим статусом пациентов, оцениваемым по шкале EDSS, а также исключительно высокая информативность данных о NAA/Cr для мониторинга эффективности терапии РС.

Рис. 15 иллюстрирует возможности метода 1Н МРС для установления активности процесса демиелинизации, когда имеет место несоответствие клинической картины и данных МРТ.

Дифференциальная диагностика РС с помощью расширенного протокола МРТ-исследований: эффективность диффузионно-взвешенных изображений и протонной МРС in vivo

Как упоминалось выше, разнообразие клинических симптомов РС не позволяет однозначно трактовать наблюдаемые на МР-изображениях головного мозга участки демиелинизации как специфичные для РС. Кроме того, у некоторых пациентов с клинически установленным диагнозом РС на МР-изображениях вообще отсутствуют какие-либо признаки демиелинизации, а в ряде случаев эти признаки маскируются диффузными изменениями в ткани головного мозга (как в белом, так и в сером веществе). Сказанное в значительной мере относится к системным заболеваниям ЦНС.

Рис. 16, 17 иллюстрируют возможности современных методов МРТ для дифференциальной диагностики РС и некоторых демиелинизирующих поражений ЦНС иной природы.

На рис.16 показаны МР-изображения, на основе анализа которых был поставлен диагноз «острый рассеянный энцефаломиелит» (ОРЭМ).

По данным МРТ [23], характерным признаком ОРЭМ является наличие очагов демиелинизации, численность которых при последующих МРТ-исследованиях уменьшается за счет частичного или даже полного восстановления структуры ткани, в то время как при РС численность очагов и их размеры, а также активность накопления КВ изменяются на каждом этапе течения заболевания. Величины ИКД в нормальной ткани головного мозга пациентов с ОРЭМ незначительно отличаются от таковых у здоровых людей [23]. На диффузионно-взвешенных изображениях очаги демиелинизации характеризуются повышением интенсивности МР-сигнала с возрастанием значений ИКД в белом веществе головного мозга [23]. На рис. 17 приведен спектр пациента 16 лет с ОРЭМ.

На рис. 18 приведены МР-изображения пациентки с прогрессирующей лейкоэнцефалопатией.

В заключение приведем несколько МР-изображений, неверная интерпретация которых может привести к ошибочной трактовке природы очагов демиелинизации (рис. 19–24).

Заключение

Несмотря на то что метод МРТ признан золотым стандартом для установления активности процессов демиелинизации, оценки степени нарушения нейрональной интеграции и характеристики нейронального дефицита, протоколы МРТ-исследований постоянно совершенствуются и дополняются современными методиками. Наиболее перспективным направлением развития методов МРТ является возможность прогнозирования течения РС на основе анализа МР-изображений. Ограничение Т1- и Т2-взвешенных изображений для прогноза развития РС объясняется прежде всего их низкой специфичностью и чувствительностью в отношении патофизиологических механизмов РС. Использование современных методик открывает возможности решения принципиально новых задач: регистрация и одновременно понимание природы неактивных очагов (так называемых черных дыр), оценка степени выраженности нейродегенерации по данным волюметрических измерений, изучение особенностей церебрального метаболизма при РС.

Адрес для переписки: пр. Бажана, 12-а, 02140, Киев
E-mail: invivo@ukr.net
Тел.: 8 (044) 291-01-82 (служебн.), 8 (067) 998-60-81 (моб.)


Bibliography

1. Poser C.M., Paty D.W., Scheinberg L. et al. New diagnostic criteria for multiple sclerosis: guidelines for research protocols // Ann. Neurol. — 1983. — 13. — P. 227-231.

2. O’Riordan J.I., Thompson A.J., Kingsley D.P. et al. The prognostic value of brain MRI in clinically isolated syndromes of the CNS: a 10-year follow-up // Brain. — 1998. — 121. — P. 495-503.

3. Barkof F., Flippi M., Miller D.H. et al. Comparison of MRI criteria at first presentation to predict conversion to clinically definite multiple sclerosis // Brain. — 1997. — 120. — P. 2059-2069.

4. McDolald W.I., Compston A., Edan G. et al. Recommended diagnostic criteria for multiple sclerosis: guidelines from the International Panel on the Diagnosis of Multiple Sclerosis // Ann. Neurol. — 2001. — 50. — Р. 121-127.

5. Zivadinov R., Bakshi R. Role of MRI in multiple sclerosis I: inflammation and lesions // Front. Biosci. — 2004. — 9. — P. 665-683.

6. Dalton C.M., Brex P.A., Gohn K.A. Application of the New Mac-Donald Criteria to Patients with Clinically Isolated Syndromes Suggestive of Multiple Sclerosis // Annals of Neurology. — 2002. — 52. — 1.

7. Truyen L., van Waesberghe J.H., van Walderveen M.A. et al. Accumulation of hypointense lesions («black holes») on T1 spin-echo MRI correlates with disease progression in multiple sclerosis // Neurology. — 1996. — 47. — P. 1469-1476.

8. Van Waesberghe J.H., van Walderveen M.A., Castelijns J.A. et al. Patterns of lesion development in multiple sclerosis: longitudinal observations with T1 weighted spin-echo and magnetization transfer MR // Am. J. Neurorad. — 1998. — 19. — P. 675-683.

9. Roviro A., Alonso J., Cucurella G. et al. Evolution of multiple sclerosis lesions on serial contrast enhanced T1 weighted and magnetization transfer MR // Am. J. Neurorad. — 1999. — 20. — P. 1939-1945.

10. Anderson V.M., Fox N.C., Miller D.H. Magnetic resonance imaging measures of brain atrophy in multiple sclerosis // J. Magn. Reson. Imaging. — 2006. — 23. — P. 605-618.

11. Arnold D.L., Matthews P.M., Francis G.S., O’Connor J., Antel J.P. Proton magnetic resonance spectroscopic imaging formetabolic characterization of demielinating plaques // Ann. Neurol. — 1992. — 31. — P. 235-241.

12. Zivadinov R. Can imaging techniques measure neuroprotection and remyelination in multiple sclerosis? // Neurology. — 2007. — 68. — P. 72-82.

13. Patrikios P., Stadelmann G., Kutzelning A. et al. Remyelination is extensive in a subset of multiple sclerosis patients // Brain. — 2006. — 129. — P. 3163-3172.

14. Rovira A., Alonso J., Cucurella G. et al. Evolution of multiple sclerosis lesions on serial contrast enhanced T1 weighted and magnetization transfer MR images // AJNR. — 1999. — 20. — P. 1939-1945.

15. Horsfield M.A., Larsson H.B., Jones D.K. et al. Diffusion magnetic resonance imaging in multiple sclerosis // J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. — 1998. — 64. — P. 80-84.

16. Roychowdhury S., Maldjian J.A., Grossman R.I. Multile sclerosis: comparison of trace apparent diffusion coefficients with MR enhancement pattern of lesion // AJNR. — 2000. — 21. — P. 869-874.

17. Castriota A., Tomaiuolo F., Scalbatini U. et al. Demyelinating plaques in relapsing-remitting and secondary-progressive multiple sclerosis: assessment with diffusion MR imaging // Am. J. Neuroradiol. — 2000. — 21. — P. 862-868.

18. Rovira A., Pericot I., Alonso J. et al. Serial diffusion weighted MR imaging and proton MR spectroscopy of acute large demyelinating brain lesions: case report // Am. J. Neuroradiol. — 2002. — 23. — P. 989-994.

19. Хауссер К.Х., Кальбитцер Х.Р. ЯМР в медицине и биологии: структура молекул, МР-томография, спектроскопия in vivo: Пер. с нем. — К.: Наукова думка, 1993.

20. Filippi M. Linking structural, metabolic and functional changes in multiple sclerosis // Eur. J. Neurol. — 2001. — 8. — P. 291-297.

21. Simmons M.L., Frondoza C.G., Coyle J.Y. Immunocytochemical localization of NAA with monoclonal antibodies // Neuroscience. — 1991. — 45. — P. 37-45.

22. Inglese M. Multiple sclerosis: new insights and trends // AJNR. — 2006. — 27. — P. 954-957.

23. Harada M., Hisaoka S., Mori K. et al. Differences in water diffusion and lactate production in two different types of post infectious ence-phalopathy // J. Magn. Reson. Imag. — 2000. — 11. — P. 559-563.  

Similar articles

Magnetic Resonance Spectroscopy (in vivo 1H MRS) in Clinical Neurology
Authors: Рожкова З.З., Кульчицкий О.К. - ГУ «Институт геронтологии им. акад. Д.Ф. Чеботарева НАМН Украины», г. Киев, Украина
International neurological journal 5 (83) 2016
Categories: Neurology
Sections: Clinical researches
Authors: С.П. МОСКОВКО Кафедра нервных болезней Винницкого национального медицинского университета им. Н.И. Пирогова
International neurological journal 2(12) 2007
Categories: Neurology
Sections: Specialist manual

Back to issue