ДИФФУЗИОННО-ТЕНЗОРНАЯ МАГНИТНО РЕЗОНАНСНАЯ ТОМОГРАФИЯ (ТРАКТОГРАФИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА) КАК МЕТОД ВИЗУАЛИЗАЦИИ ТРАКТОВ БЕЛОГО ВЕЩЕСТВА ГОЛОВНОГО МОЗГА

Трактография головного мозга – диагностический метод, основанный на диффузионно-взвешенной магнитно-резонансной томографии (ДВ МРТ), позволяющий визуализировать ориентацию и целостность проводящих путей головного мозга in vivo. Области клинического применения этого метода в настоящее время уточняются.

Диффузионно-тензорная МРТ оценивает диффузионные характеристики исследуемой среды, а также направленность диффузии воды (анизотропии), и таким образом, дает информацию о степени интегрированности трактов белого вещества. Диффузионная анизотропия неоднородна в разных областях белого вещества и отражает различие в миелинизации волокон, диаметре и их направленности. Патологические процессы, изменяющие микроструктуру белого вещества, такие, как дезорганизация и разобщение волокон или их разрыв, сочетающиеся с повреждением миелина, ретракцией нейронов, увеличением или уменьшением внеклеточного пространства, оказывают существенное влияние на показатели диффузии и анизотропии. ДТ МРТ позволяет реконструировать трехмерные изображения комиссуральных, ассоциативных и проекционных трактов, обеспечивающих нормальную функцию мозга.

ДВ МРТ – техника получения изображений головного мозга, основанная на измерении диффузии воды в каждом объемном элементе (вокселе) изображения. На его основании формируется диффузионная матрица, из которой можно получить 3 числовых значения и 3 вектора, описывающих силу и направление диффузии воды в выбранной точке. Вода диффундирует быстрее вдоль волокон проводящих путей белого вещества, поскольку мембраны аксонов выступают препятствием для ее диффузии в других направлениях. При патологических процессах, например, при ишемии, воспалении, нейродегенеративных заболеваниях, травме, происходит нарушение линейной организации проводящих путей. ДВ МРТ улавливает эту перемену направления диффузии, создавая изображения, позволяющие изучить изменения микроструктуры проводящих путей мозга in vivo. Большинство работ, исследующих микроструктуру белого вещества головного мозга при помощи ДВ МРТ, основано на построении двухмерных серошкальных карт с использованием показателей величины диффузии в каждом вокселе. Трактография – дополнение к стандартным методам ДВ МРТ, позволяющее получить более детальную информацию об ориентации и кривизне (угле наклона) проводящих путей белого вещества при прохождении через весь головной мозг. При этом для построения траектории диффузии воды по волокнам проводящих путей используется как матрица числовых значений, так и векторы диффузии воды. Траектории изображаются графически в виде пучка кривых. Кроме того, есть методы, позволяющие на основе диффузионной информации построить карты, в которых цветом обозначена ориентация волокон белого вещества. Как правило, при его повреждении повышается диффузия и изменяется направление движения молекул воды. Считается, что по таким изменениям диффузии можно выявить поражение аксонов, а также оценить выраженность демиелинизации, глиоза или других патологических процессов.

Трактографию проводят на МР-томографах с силой поля 1,5–3 Тл. Используется многоканальная (не менее 6 каналов) фазированная поверхностная катушка для головного мозга. Для ДВ МРТ применяют спин-эхо и эхо-планарную последовательность (single-shot spin-echo echo-planar imaging). Для коррекции двигательных артефактов используют эхо-навигатор. Применяется методика параллельной томографии (например, SENSE) с фактором 2–4. Количество срезов – 96. Они ориентированы перпендикулярно линии, соединяющей переднюю и заднюю спайки мозга. Толщина среза – 2,3 мм, промежуток между ними – 0, поле изображения – 220 мм, время повторения (TR) – 6,599–8,280 мс, время эхо (ТЕ) – 70 мс, количество усреднений – 2, коэффициент диффузии (Ь) – 600 с/мм2. Время исследования – около 9 минут.

Реконструкцию трактограмм проводят с использованием специального программного обеспечения. После получения МР-изображений исследователь, знакомый с анатомией и физиологией головного мозга, выделяет область интереса, в которой будет проводиться реконструкция трактограмм (например, кортикоспинальный тракт на аксиальных изображениях, мозолистое тело на сагиттальных). В результате получаются векторные карты, в которых направление диффузии кодируется цветом: чаще всего красным обозначается движение воды «вправо-влево» (х-элементы), зеленым – «вперед-назад» (у-элементы), синим – «вверх-вниз» (z-элементы). На их основе создаются трехмерные изображения трактов.

Трактография – не рутинный метод клинической диагностики, а предмет научных исследований. В настоящее время трактографию пробуют применять в диагностике аксональных повреждений при хронической ишемии головного мозга и при болезнях мотонейрона, при рассеянном склерозе и остром диссеминированном энцефаломиелите, опухолях головного мозга и аномалиях развития ЦНС, кортикальных инфарктах. Также для уточнения топографии прохождения проводящих путей в белом веществе головного мозга предложили сочетать трактографию с обычным анатомическим исследованием мозга. На основании метода трактографии были составлены атласы анатомии проводящих путей белого вещества головного мозга, причем с его помощью их данные были уточнены.

Возможно исследование in vivo проводящих путей мозга человека и подопытных животных, сравнение их между собой. Интересное направление исследований – осуществление комбинации функциональной МРТ (фМРТ), диагностирующей изменения кровотока и оксигенации головного мозга, с трактографией, поскольку при этом возможна одновременная визуализация активированных областей головного мозга и идущих от них в другие области проводящих путей.

ДВ МРТ можно использовать для диагностики повреждения головного мозга в результате гипоксии в родах или лекарственного воздействия, возникших при нарушении кровотока. Кроме того, ДВ МРТ и трактография дают дополнительную информацию о развитии головного мозга. ДВ МРТ может быть полезна при диагностике многочисленных заболеваний белого вещества головного мозга. Например, при травме, нарушениях мозгового кровообращения, опухолях головного мозга, фокальной эпилепсии, рассеянном склерозе, туберозном склерозе, болезнях Паркинсона и Альцгеймера, ВИЧ-инфекции, болезни Краббе, церебральной адренолейкодистрофии, алкогольной или гипертонической энцефалопатии, митохондриальных энцефаломиопатиях и некоторых других заболеваниях.

При опухолях головного мозга трактография позволяет определить повреждение и смещение проводящих путей белого вещества, асимметрию проводящих путей белого вещества между здоровым и пораженным опухолью полушарием головного мозга.

Опухоли и отек вокруг них – частая причина значительных изменений в волокнах, прилежащих к ним проводящих путей. ДВ МРТ и трактография могут использоваться при изучении роста опухоли и планировании оперативного вмешательства. При больших по размеру инфильтративных опухолях кон- векситальной локализции, при которых нет особых сложностей с точки зрения операционного доступа (если, конечно, они расположены на удалении от главных корковых анализаторов), основным вопросом является объем возможной резекции в глубинных отделах головного мозга, особенно если у пациента нет грубых неврологических нарушений. Хирургическое повреждение проекционных проводящих путей, например, пирамидного пути, может повлечь за собой выраженное углубление или появление пареза при, казалось бы, тотальном удалении опухоли и великолепно проведенном оперативном вмешательстве. Знание взаимоотношения проводящих путей и границ опухоли на сегодняшний день уже является неотъемлемой частью предоперационного планирования объема резекции во многих клиниках.

При проведении ДВ МРТ у пациентов с рассеянным склерозом выявляется повышение диффузии в очагах демиелинизации головного мозга. Кроме того, было установлено, что в «острых» бляшках (развившихся менее 3 месяцев назад) диффузия молекул воды выше, чем в «старых» (более 3 месяцев) очагах поражения; наибольшая величина диффузии характерна для очагов, гипоинтенсивных в режиме Т1, а самые выраженные изменения (снижение) анизотропии диффузии наблюдались в очагах, накапливающих контрастное вещество.

Изучение взаимосвязи между очагами демиелинизации и поврежденными проводящими путями может помочь в понимании механизмов аксонального повреждения. Некоторые волокна проводящих путей обрываются в очагах демиелинизации, некоторые продолжают свой ход дальше. По данным J. Simon et al. (2005), поврежденные пути можно идентифицировать на ранних стадиях заболевания, когда диагноз рассеянного склероза еще не поставлен. Очаги демиелинизации часто рассеяны по головному мозгу и имеют разную степень активности. Визуализация поврежденных проводящих путей при помощи трактографии поможет в оценке активности очагов. Идентификация областей серого вещества, с которым соединяются поврежденные проводящие пути, объяснит клинические проявления рассеянного склероза.

В настоящее время идет его активное изучение при помощи ДВ МРТ и трактографии, поскольку эти методики помогают в понимании заболевания и планировании дальнейших исследований. Белое вещество головного мозга также может поражаться при ВИЧ-инфекции. В то же время при относительно неагрессивном течении и при наличии когнитивных нарушений трудно выявить структурные изменения белого вещества. В такой ситуации ДВ МРТ становится методикой, более чувствительной к выявлению поражения белого вещества головного мозга, чем обычная МРТ.

Помимо академического интереса знание точной локализации и внутренней организации КСТ при прохождении через лучистый венец и заднее бедро внутренней капсулы имеет крайне важное практическое значение. К примеру, оно может быть использовано при планировании нейрохирургических операций у пациентов с болезнью Паркинсона, с кровоизлияниями, и особенно для пре- и даже интра-оперативной локализации КСТ у больных с опухолями головного мозга. Случайное пересечение КСТ может иметь крайне негативные последствия, в то время как трактография позволяет точно описать взаимосвязь КСТ с опухолью и улучшить планирование операции.

Таким образом, трактография становится доступной методикой магнитно-резонансного исследования головного мозга. Она удлиняет проведение процедуры МРТ всего на 7–9 минут. При наличии специального программного обеспечения обработка ДВ изображений занимает менее 5 минут. Методика реконструкции трактограмм необременительна для неврологов или специалистов по лучевой диагностике. Таким образом, трактографию можно использовать в рутинной клинической практике.

Трактография имеет определенные ограничения:

  • ДВ МРТ хорошо отображает анатомическую структуру проводящих путей, но не дает информации о процессах, происходящих в синапсах. Пространственное разрешение 1,5-тесловых томографов составляет приблизительно 1–2 мм. В воксел такого объема помещается множество синаптических соединений, которые не могут быть видны, поэтому такие крупные проводящие пути, как кортикоспинальный тракт или мозолистое тело, хорошо видны при помощи трактографии, в то время как визуализация, например, мозжечково-таламо-кортикальных соединений затруднена;
  • трактография определяет пространственную ориентацию и связи проводящих путей, но подвержена ошибкам, связанным с эффектом частичного объемного усреднения, шумом, нет корректным выделением области интереса;
  • техника проведения трактографии зависит от исследователя – его знания анатомии проводящих путей и умения соотнести их с МР-изображениями;
  • результаты трактографии определяются исследователем визуально, поэтому они весьма субъективны. Эта методика нуждается в дальнейшей стандартизации. Кроме того, это в большей степени экспериментальный прием, требующий дальнейшей активной разработки;
  • интерпретация трактограмм осложнена отсутствием «золотого стандарта», поскольку это единственный метод визуализации проводящих путей in vivo, в то время как при гистологическом исследовании in vitro мозг подвергается деформации из-за выполнения секции, охлаждения, дегидратации, фиксации.
//