Однофотонна емісійна комп’ютерна томографія у діагностиці пухлин головного мозку

ДЕРЖАВНА УСТАНОВА «НАЦІОНАЛЬНИЙ ІНСТИТУТ РАКУ»

МАКЕЄВ СЕРГІЙ СЕРГІЙОВИЧ

УДК 616-073.756.8-073.916:616.831-006

ОДНОФОТОННА ЕМІСІЙНА КОМП’ЮТЕРНА ТОМОГРАФІЯ

У ДІАГНОСТИЦІ ПУХЛИН ГОЛОВНОГО МОЗКУ

14.01.23 - променева діагностика та променева терапія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора медичних наук

Київ – 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державній установі "Інститут нейрохірургії імені академіка А.П. Ромоданова АМН України"

Наукові консультанти:

- доктор медичних наук, професор Мечов Д.С., Національна медична академія післядипломної освіти ім. П.Л. Шупика, завідуючий кафедрою медичної радіології

- доктор медичних наук, професор Розуменко В.Д., Державна установа «Інститут нейрохірургії ім. академіка А.П. Ромоданова АМН України», завідуючий відділу нейроонкології

Офіційні опоненти:

- доктор медичних наук Солодянникова О. І., Державна установа «Національний інститут раку», керівник відділу ядерної медицини

- доктор медичних наук, професор Славнов В.М., Національний центр "Інститут кардіології імені академіка М.Д. Стражеско", завідуючий лабораторією радіоізотопних методів дослідження

- доктор медичних наук Яковенко Л. М, Державна установа «Інститут нейрохірургії імені академіка А.П. Ромоданова АМН України», провідний науковий співробітник відділення судинної нейрохірургії

Захист відбудеться 25.06.2008 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.560.01 при Державній установі «Національний інститут раку», 03022, м. Київ, вул. Ломоносова, 33/43.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Державної установи «Національний інститут раку» (м. Київ, вул. Ломоносова, 33/43).

Автореферат розіслано 24.05.2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради С.О. Родзаєвський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Лікування хворих з пухлинами головного мозку залишається однією з найбільш складних проблем нейрохірургії. За даними Національного Канцер-реєстру України у 2005 році захворюваність на злоякісні первинні новоутворення головного мозку становила 4,4, а у 2006 вже 4,6 випадків на 100000 населення. За даними опублікованими CBTRUS (CentralBrainTumorRegistryoftheUnitedStates) захворюваність на первинні злоякісні та доброякісні пухлини головного мозку у США щороку зростає і за прогнозами у 2008 році вона становитиме 14,8 на 100000 населення або 44,9 тисяч нових випадків. Понад 50% цих утворень має злоякісний характер, що обумовлює високий рівень смертності, незважаючи на значні досягнення у діагностиці та лікуванні.

Клініко-неврологічна діагностика таких утворень має значні труднощі тому, що мозкові пухлини, незважаючи на різну гістоструктуру та характер росту, часто характеризуються однаковим впливом на навколишню мозкову тканину, що в свою чергу обумовлює неспецифічну неврологічну симптоматику. При цьому нейровізуалізаційні прояви цілого ряду вогнищевих утворень головного мозку практично не відрізняються від церебральних пухлин. Тому, вогнищеві мозкові утворення судинного, запального та іншого генезу, особливо ті, що мають так званий псевдотуморозний перебіг, можуть бути помилково діагностовані як пухлини.

До середини 70-х років сцинтиграфія головного мозку відігравала роль основної неінвазивної методики, яка дозволяла візуалізувати церебральні пухлини. Серійна сцинтиграфія, одержання ранніх і відстрочених радіонуклідних зображень дозволяли з високим ступенем імовірності диференціювати внутрішньочерепні новоутворення [Бадмаев К.Н., 1982, Зозуля Ю.П., 1998]. Поява більш інформативних методів діагностики, зокрема КТ, а потім і МРТ, на тривалий час обмежила широке застосування радіонуклідних методів діагностики у нейроонкології.

Сьогодні КТ та МРТ є методами вибору у топографо-анатомічній діагностиці мозкових пухлин, оцінці перифокальних реакцій та дислокаційних змін [Benard F., 2003]. Вважають, що ці методи є найбільш інформативними методами діагностики пухлин головного мозку, тому що за їх даними можна виявити та оцінити важливі характеристики новоутворень, зокрема, розміри пухлини, її межі, щільність, розповсюдженість, виразність перифокально змінених тканин, дислокаційні прояви. Застосування контрастуючих агентів при проведенні таких досліджень дозволяє посилити зображення пухлин та оцінити ступінь її васкуляризації.

Однак, здебільшого ці методи забезпечують інформацію лише про загальну структуру новоутворення, його локалізацію та характер розповсюдження, в той час, як мозкові пухлини є гетерогенними утвореннями і містять осередки різної проліфераційної активності тканини, зони загиблих клітин та некрозу, геморагічний компонент, кісти, тканини у стані запалення, набряку, що значно ускладнює трактування отриманих даних.

Всі ці складові пухлинного вогнища є присутніми у зображенні на КТ та МРТ-зрізах і можуть вплинути на оцінку новоутворення. Контрастування пухлини визначає лише ступінь порушення гематоенцефалічного бар'єру (ГЕБ), яке обумовлюється в першу чергу васкулярними змінами. Виникнення в процесі росту пухлини кістозних утворень також впливає на оцінку її об'єму, що ускладнює висновок про результативність консервативного лікування. Реактивне запалення, прорив ГЕБ, набряк можуть асоціюватися з радіаційним некрозом, обумовленим променевою терапією, що також суттєво ускладнює діагностику.

Дані літератури (Del Sole A., 2001, Benard F., 2003, BaraiS., 2004, AlexiouG., 2007 та інші) свідчать, що метод однофотонної емісійної томографії при нейроонкологічних захворюваннях сьогодні має значний потенціал для подальшого широкого застосування, однак діагностична значимість його розкрита не повністю. Поява нових радіофармацевтичних препаратів (РФП) з різними фізико-хімічними та біохімічними властивостями, значне поліпшення технічних характеристик сучасних детекторних систем підносить можливості ОФЕКТ на новий, якісно вищий рівень діагностики. Це робить актуальною розробку критеріїв застосування цього методу у практичній нейроонкології.

Обґрунтуванням концепції використання сцинтиграфічної діагностики в нейроонкології є візуалізація “життєздатної” пухлинної тканини завдяки нагромадженню в ній РФП. При цьому ОФЕКТ здатна виявляти посилення ознак росту пухлини ще до виникнення її структурних змін, виявляючи новоутворену тканину на ранній стадії розвитку та виключаючи такі складові церебрального ураження, як набряк, фіброз та некроз. І в цьому аспекті застосування однофотонної емісійної комп’ютерної томографії може допомогти вирішити проблему своєчасної діагностики рецидиву пухлин та об’єктивної оцінки контролю ефективності лікувальних процедур (Щербакова Е.Я., 2000).

Емісійно-томографічні методи діагностики, такі як ОФЕКТ та ПЕТ, дозволяють неінвазивно визначати локальні біологічні властивості як пухлин, так і речовини мозку. ОФЕКТ має ширше у порівнянні з ПЕТ застосування, в першу чергу, завдяки своїй доступності, а також високій інформативності. Застосування ОФЕКТ дозволяє досліджувати топічні, гістоструктурні особливості мозкових утворень, ступінь порушення гемато-енцефалічного бар'єру, визначати функціональну активність та рівень кровопостачання мозкових структур або церебральних новоутворень, що досягається використанням різних РФП.

Літературні публікації, присвячені ОФЕКТ пухлин головного мозку, мають в більшості випадків розрізнений характер і присвячені вивченню лише окремих питань застосування цього методу у нейроонкології. Відсутність повної, цілісної інформації про можливість використання цього засобу в діагностиці пухлин головного мозку, в значній мірі обмежує використання ОФЕКТ у нейроонкології (Taghan A.,1993, Staffen W., 1998, Kao C., 2002, Fan Y., 2004).

Вищевикладене обґрунтовує актуальність вивчення можливостей ОФЕКТ у діагностиці пухлинної патології головного мозку та уточнення показань щодо її застосування у комплексі з іншими методами нейровізуалізації.

Мета дослідження:

Підвищення ефективності діагностики пухлин головного мозку за рахунок використання ОФЕКТ в комплексі з іншими томографічними методами нейровізуалізації.

Завдання дослідження:

1. Визначити місце і роль ОФЕКТ в комплексній діагностиці пухлин головного мозку.

2. Розробити покази до застосування емісійної томографії у діагностиці пухлин головного мозку.

3. Вивчити можливості використання кількісних та якісних характеристик мозкових пухлин при ОФЕКТ з метою їх диференційної діагностики.

4. Оцінити результативністьта ефективність застосування ОФЕКТ у залежності відгістологічної структури пухлини.

5. Оптимізувати вибір РФП для однофотонної емісійної комп’ютерної томографії пухлин головного мозку.

6. Визначити можливість застосування перфузійних та туморотропних РФП для уточненої діагностики пухлинних утворень головного мозку.

7. Вивчити можливості та доцільність проведення ОФЕКТ для динамічного спостереження за нейроонкологічними хворими у післяопераційному періоді, після проведення радіо-, хіміотерапії, для діагностики малігнізації пухлини, оцінки ефективності їх лікування та виявлення рецидивів захворювання.

8. Розробити методику ефективного застосування комплексного сцинтиграфічного дослідження пацієнтів з церебральними метастазами.

9. Оцінити можливості отримання додаткової діагностичної інформації при суміщенні ОФЕКТ та МРТ зображень та довести доцільність їх застосування у клінічній нейроонкології.

Об’єкт дослідження - хворі з пухлинами головного мозку.

Предмет дослідження - діагностика пухлин головного мозку.

Методи дослідження . Інструментальні методи дослідження пухлин головного мозку: однофотонна емісійна комп’ютерна томографія, комп’ютерна томографія та магнітно-резонансна томографія головного мозку. Сцинтиграфія всього тіла проведена для діагностики вогнищ позамозкової локалізації у хворих з метастазами головного мозку. Гістологічні дослідження видалених пухлин проведені у всіх спостереженнях з метою верифікації діагнозу. Розроблене та застосоване програмне забезпечення для формування поєднаних МРТ/ОФЕКТ зображень.

З в’язок роботи з науковими програмами, планами, темами . Робота виконана згідно плану НДР Інституту нейрохірургії імені академіка А.П. Ромоданова АМН України. Матеріали роботи є фрагментами комплексних тем: "Дослідити фактори хіміорезистентності пухлин головного мозку та врахувати їх у комбінованому лікуванні гліом" (№ державної реєстрації 0105U000906), "Розробити комбіновані методи хірургічних втручань, які передбачають запобігання післяопераційних рухових порушень при лікуванні гліом, що поширюються у функціонально важливі ділянки мозку" (№ державної реєстрації 0104U000411), "Створення системи інтегрованої діагностики з застосуванням комп’ютерних, магнітно-резонансних, рентгенівських та однофотонних емісійних томографічних методів" (№ державної реєстрації 0103U008879), "Вивчити ефективність застосування радіоіндикаторів для визначення резистентності гліом головного мозку до дії хіміотерапевтичних препаратів" (№ державної реєстрації 0102U003251), "Розробити диференційовані методи лікування гліом півкуль великого мозку з медіанним поширенням" (№ державної реєстрації 0107U0071193). Автор є співвиконавцем вказаних комплексних НДР.

Наукова новизна . Вперше на великому клінічному матеріалі визначені місце і роль ОФЕКТ у діагностиці пухлин головного мозку, доведена доцільність її застосування в комплексі з іншими інтроскопічними методами діагностики та оптимізовані покази до застосування цього методу у нейроонкологічних хворих.

Визначений об’єм кількісних та якісних показників ОФЕКТ при вогнищевих утвореннях головного мозку та критерії диференційної діагностики новоутворень.

Визначена чутливість ОФЕКТ та доцільність її застосування в залежності від характеру пухлини, її гістоструктурних особливостей, кровопостачання, меж росту та розповсюдженості перифокального набряку.

Вперше застосований та обґрунтований диференційований підхід до вибору РФП при проведенні емісійної томографії пухлин головного мозку.

Доведена інформативність ОФЕКТ при комбінованому застосуванні перфузійного та туморотропного РФП для уточненої діагностики пухлин головного мозку та розповсюдження перифокального набряку.

Впроваджено проведення ОФЕКТ моніторингу за хворими для виявлення продовженого росту пухлини головного мозку, оцінки ефективності лікування, встановлені переваги ОФЕКТ у діагностиці малігнізації і рецидиву пухлини.

Вперше розроблена та запропонована методика комплексного радіонуклідного обстеження хворих з метастазами головного мозку з метою виявлення первинного вогнища та додаткових метастатичних уражень.

Розроблена методика застосування поєднаних МРТ та ОФЕКТ зображень і доведена доцільність цього методу у хворих з пухлинами головного мозку для проведення стереотаксичної біопсії.

Практичне значення одержаних результатів. Всебічне вивчення можливостей ОФЕКТ у діагностиці пухлин головного мозку, впровадження у повсякденну практику застосування цього методу дозволило поліпшити результативність діагностики внутрішньочерепних пухлин головного мозку, що сприятиме адекватному лікуванню цієї складної патології.

Динамічне спостереження за хворими з використанням ОФЕКТ дозволяє своєчасно оцінювати ефективність лікування хворих та проводити ранню діагностику малігнізації й продовженого росту пухлини.

ОФЕКТ головного мозку при наявності пухлини дозволить отримати інформацію не тільки про ступінь її злоякісності, але також і про її проліферативну активність, рівень кровопостачання, розповсюдженість та ступінь ураження гематоенцефалічного бар'єру.

Застосування ОФЕКТ з двома РФП у поєднанні з МРТ або КТ робить можливою уточнену діагностику контурів пухлини, розповсюдження і перифокального набряку, що важливо при проведенні пункційної біопсії, призначенні радіотерапії, плануванні хірургічного втручання.

Комплексне сцинтиграфічне дослідження хворих з підозрою на метастатичне ураження головного мозку дозволяє не тільки підтвердити пухлинний характер церебрального вогнища, але також визначити локалізацію первинного новоутворення та уточнити наявність інших метастатичних пухлин позамозкової локалізації.

Застосування мультимодальних зображень, зокрема ОФЕКТ та МРТ, надає можливість уточненої діагностики ділянок активно проліферуючої пухлинної тканини та їх анатомічної топографії для проведення стереотаксичної біопсії.

Особистий внесок здобувача . Робота виконана на базі Державної установи «Інститут нейрохірургії імені академіка А.П.Ромоданова АМН України». Автор особисто виконав літературний огляд, провів аналіз клінічного матеріалу, самостійно виконав всі радіонуклідні дослідження хворих з вогнищевими ураженнями головного мозку, провів математичну обробку та аналіз одержаних результатів. Автором особисто розроблені та представлені у фахових виданнях матеріали наукових досліджень і розроблений алгоритм застосування однофотонної емісійної томографії у хворих з пухлинами головного мозку.

У наукових статтях, опублікованих у співавторстві, фактичний матеріал належить здобувачу, а його участь є визначальною, тобто, включає бібліографічний пошук, інструментальні дослідження, статистичну обробку та аналіз одержаних даних і формулювання висновків.

Апробація результатів дисертації . Результати проведених досліджень, які включені в дисертацію, оприлюднені на Українському конгресі радіологів України (15-18 травня 2000 р., м. Київ, Україна), Х З¢їзді онкологів України (10-12 жовтня 2001 р., м. Алушта, Крим, Україна), III З’їзді нейрохірургів Росії (4-8 червня 2002 р., м. Санкт-Петербург, Росія), Міжнародному семінарі "Применение радиофармпрепаратов в диагностике и терапии" (12-14 січня 2003 р., м. Мінськ, Білорусь), щорічній конференції Американського товариства з нейрорадіології, м Вашінгтон, травень 2003 (AnnualMeetingoftheAmericanSocietyofNeuroradiology, Washington, DC, May 2003), ІІ Євразійському конгресі з медичної фізики та інженерії «Медицинская физика – 2005» (21-24 червня 2005 р., м. Москва, Росія), Науково-практичній конференції "Актуальні проблеми ядерної медицини - 2006" (20-21 вересня 2006 р., м. Севастополь, Крим, Україна), Х З’їзді Польського наукового товариства з ядерної медицини (X Zjazd Naukowy Polskiego Towarystwa Medycyny Nuclearnej (22-25 червня 2006 р., м. Бєлосток, Польща), ХІ Конгресі Світової Федерації Українських Лікарських товариств (28-30 серпня 2006 р., м. Полтава, Україна), ІІІ З’їзді Українського товариства фахівців з ядерної медицини (15-17 червня 2007 р., Україна, м. Харків).

Дисертація апробована на розширеному засіданні Вченої Ради Державної установи «Інститут нейрохірургії імені академіка А.П.Ромоданова АМН України» сумісно з кафедрами нейрохірургії та радіології Національної медичної академії післядипломної освіти ім. П. Л. Шупика та кафедри нейрохірургії Національного медичного університету ім. академіка О.О. Богомольця 11 січня 2008 року та на засіданні експертної комісії при спеціалізованій вченій раді Д 26.560.01 Державної установи «Національний інститут раку» 12 березня 2008 року

Публікації . За матеріалами дисертаційного дослідження опубліковано 37 наукових друкованих праць, з них: розділ монографії, 24 статті у наукових журналах та збірниках наукових праць, 12 тез конференцій та з’їздів. Одержані позитивні рішення про видачу трьох деклараційних патентів України на корисну модель.

Структура та обсяг дисертації .Дисертація складається зі вступу, шести розділів, підсумку, практичних рекомендацій, висновків та покажчика літератури. Робота викладена на 290 сторінках машинописного тексту, включає 131 ілюстрацію та 9 таблиць. Бібліографічний список літератури включає 325 джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріал та методи дослідження .Виконана робота базується на матеріалі спостережень пацієнтів, які лікувалися в клініках Державної установи «Інститут нейрохірургії імені академіка А.П.Ромоданова АМН України». За допомогою однофотонної емісійної комп'ютерної томографії (ОФЕКТ) головного мозку було обстежено 560 пацієнтів з підозрою на пухлинне ураження головного мозку. Серед всіх пацієнтів було 267 чоловіків та 293 жінки середнім віком 45 років (від 3 до 80 років).

ОФЕКТ проведена із застосуванням чотирьох радіофармацевтичних препаратів, мічених ^99m Тс. Зокрема, ОФЕКТ з ^99m Тс-МІБІ була проведена - 340, з 99mТс-пертехнетатом - 86 та ^99m Тс(V)-ДМСА - 86 хворим. Крім цього, 48 хворим проведена ОФЕКТ з ^99m Тс-ГМПАО та ^99m Тс-пертехнетатом і серед них 20 хворим - лише з ^99m Тс- ГМПАО. ОФЕКТ головного мозку у всіх пацієнтів проводилась за єдиною схемою незалежно від застосованого РФП. Відмінним у протоколі дослідження був лише час початку інструментального дослідження після інтравенозного введення радіоіндикатора. Так , при застосуванні 99mТс-пертехнетату ОФЕКТ починали через 30-60 хвилин після ін’єкції РФП, тобто в момент максимального нагромадження РФП у пухлині або у відповідному органі, ^99m Тс-МІБІ, та ^99m Тс-ГМПАО - через 10-20 хвилин, ^99m Тс(V)-ДМСА - через 120 -180 хвилин після ін’єкції. Використання в якості радіомітки ^99m Тс дозволяло створювати порівняно високі активності радіоіндикаторів для поліпшення статистичних даних емісійних томограм. У всіх дослідженнях діагностична доза радіоіндикаторів складала 370 - 740 МБк для одного пацієнта.

У наших дослідженнях для проведення ОФЕКТ головного мозку використовувалась емісійна двохдетекторна томографічна гамма-камера "Е.Сам" (Siemens) з низькоенергетичним коліматором високого розподілення (LEHR).

Протокол дослідження включав застосування 64 або 120 проекцій при обертанні детектора на 360 градусів та тривалості однієї проекції 30 сек. Кількість проекцій вибиралась, виходячи з дослідницьких потреб і у більшості пацієнтів застосована матриця 64 х 64, яка є менш детальною, але яка дозволяє досягти оптимальних співвідношень між якістю одержаного дослідження та часом його проведення. У 20 хворих (3,6%) дослідження було проведене із застосуванням матриці 128 х 128, яка сприяє більшій деталізації зображення при більш тривалому емісійно-томографічному дослідженні.

Крім того, застосування такої матриці значно збільшує вимоги до об’єму дискового простору однофотонного емісійного комп’ютерного томографа для збереження результатів дослідження, подовження тривалості корекції статистичних даних та передачі даних по локальній мережі. Однак,у пацієнтів, яким проводилась співреєстрація даних ОФЕКТ та МРТ, застосовувалась тільки матриця 128 х 128.

Реконструкція томографічних зображень проводилась методом зворотної проекції з фільтрацією.

Результати дослідження. У 532 з 560 хворих з гістологічно верифікованими церебральними пухлинами головного мозку за даними ОФЕКТ діагноз вогнищевого утворення підтвердився у 443 хворих. Чутливість ОФЕКТ у діагностиці пухлин головного мозку становила 83,3%, точність - 81,6%, а специфічність - 50,0%.

Гістологічний тип, кількість верифікованих пухлин та чутливість ОФЕКТ у їх діагностиці представлені у таблиці 1.

Таблиця 1

Гістологічний тип пухлин головного мозку та чутливість ОФЕКТ у їх діагностиці

*-гемангіома, гемангіобластома, гемангіоендотеліома, гемангіоперицитома, ангіосаркома

**-нейроцитома, гангліогліома, гангліоневрома, гамартома, парагангліома

На ОФЕКТ проводилась якісна та кількісна оцінка виявлених вогнищевих утворень на


8-09-2015, 22:31