Использование современных методов МРТ-визуализации для планирования стереотаксических биопсий опухолевых новообразований головного мозга

Aim of the study. To evaluate the influence of modern MRI imaging, CT- and MRI fusion in STB planning on effectiveness of morphological verification and risks of intraoperative complications.Materials and methods. The most common indications for brain tumor biopsy is definitive diagnosis of the intracranial lesion and differentiation of the neoplastic and non-neoplastic pathology. During 2019 170 patients (95 men and 75 femmes) 7–69 years old underwent stereotactic biopsy an Integra LifeSciences Corporation Cosman–Roberts–Wells® (CRW®) system. In 80 cases, we used CT and MRI fusion by NeuroSight program to select the target point, entry point and trajectory of the brain biopsy. In 90 cases we use only CT images for stereotactic brain biopsy planning.Results. Among 80 patients with use of combined CT-MRI fusion only one case was not histologically verified. In 90 patients with use of only CT-imaging for STB 3 cases were histologically not verified. There were no hemorrhagic complications among 80 patients in CT-MRI fusion group. In 3 cases intracranial hematomas were identified that required surgical treatment after STB with use of CT-imaging for STB panning.Conclusion. The use of modern MRI and PET-CT imaging for STB planning increases its informativity and reduces the probability of hemorrhagic complications. Stereotactic biopsies remain a safe and reliable method for obtaining histological material. The use of modern imaging methods in biopsy planning increases their accuracy and reduces possible complications.Цель исследования: оценить влияние совмещения МР- и интраоперационных КТ-последовательностей, выполненных при планировании стереотаксической биопсии, на результативность гистологического диагноза и безопасность стереотаксической биопсии.Материал и методы. В работу включены данные 170 пациентов (95 мужчин и 75 женщин), которым по различным причинам в 2019 г. выполнена стереотаксическая биопсия на аппарате Cosman–Roberts– Wells® (CRW®) фирмы Integra LifeSciences Corporation. Возраст пациентов 7–69 лет. В 80 наблюдениях для совмещения изображений интраоперационной КТ головного мозга с данными предоперационной МРТ в различных режимах, для выбора точки мишени, траектории забора материала и места входного отверстия использовали программу NeuroSight Arc®.Результаты. Из 80 пациентов, у которых мы использовали совмещение КТ и МРТ, только у 1 пациента не удалось получить гистологический диагноз. В группе из 90 пациентов, которым для расчетов проводилась только интраоперационная КТ, в 3 случаях не удалось получить гистологический диагноз. В группе из 80 пациентов не отмечалось геморрагических осложнений. В группе из 90 пациентов, которым выполнялась только интраоперационная КТ, в 3 случаях были выявлены внутричерепные гематомы, потребовавшие хирургического вмешательства.Заключение. Использование современных методов нейровизуализации, таких как МРТ и ПЭТ-КТ, в планировании и проведении стереотаксической биопсии повышает ее информативность и снижает риск развития постоперационных осложнений

Primary cerebral lymphoma. Mental disorders after biopsy (case report)

The article reviews the literature on the diagnosis and treatment of primary lymphomas of the central nervous system and describes a case of mental disorder before and after surgery in a patient with lymphoma of the third ventricle. Using an interdisciplinary approach, psychopathological dynamics is analyzed taking into account the structural and functional state of the brain, which allowed to clarify the possible causes of mental disorders and methods of treatment. Acute onset of confusion and headache was associated with disorders of the liquor outflow, due to the localization of the tumor. The reason for the disintegration of consciousness after surgery was brain hypoxia and the instability of connections between cerebral structures associated with it. The peculiarity of the consciousness recovery could be determined by premorbid personal traits

Диффузионная куртозисная МРТ в оценке перитуморального отека глиобластом и метастазов в головной мозг

Aim: to explore the opportunities of application of diffusionkurtosis imaging (DKI) for assessment and estimation of diffusion scalar metrics in different locations of peritumoral edema for extra- and intracerebral tumors and in contralateral normal tissue.Materials and methods. 38 patients with supratentorial brain tumors were investigated: 24 (63%) patients with primarily revealed glioblastomas (GB) and 14 (37%) patients with solitary cancer brain metastasis (MTS). MRI was performed on 3.0 T MR-scanner (Signa HDxt, General Electric, USA) with the standard protocols for brain tumor and additional protocol for DKI. The standard protocol for brain tumor included: T1-, T2-weighted images, T2-FLAIR, DWI,  T1 with contrast enhancement. Diffusion kurtosis MRI based on SE  EPI with TR = 10000 ms, TE = 102 ms, FOV = 240 mm, isotropic voxel size 3 × 3 × 3 mm3, 60 noncoplanar diffusion directions. We  used three b-values: 0, 1000 and 2500 s/mm2. Аcquisition time was 22 min. Total acquisition time was near 40 min. This study was approved by Ethical committee of Burdenko National Scientific  and Practical Center for Neurosurgery. Parametric maps were  constructed for the following diffusion coefficients: mean (MK),  transverse / radial (RK), longitudinal / axial (AK) kurtozis; medium  (MD), transverse / radial (RD) and longitudinal / axial (AD) diffusion; fractional anisotropy (FA) and a bi-exponential diffusion model  coefficients: axonal water fractions (AWF), axial (AxEAD) and radial  (RadEAD) extra-axonal water diffusion and the water molecules  trajectory tortuosity index (TORT). Normative quantitative indicators  were obtained for the six regions of the peritumoral zone as they  moved away from the tumor (region 2) to the edema periphery  (regions 4–5), as well as in the normal brain on the contralateral  hemisphere (C/L) (zone 7). A comparative analysis of these  indicators was conducted for cases with GB and MTS. DKI scalar metrics were estimated using Explore DTI (http://www.exploredti.com/).Results. Anatomic MRI (T1 without/with contrast enhancement) for  all cases with GB and MTS visualized a contrast enhancement tumor.  The peritumoral edema, spreading mainly over the brain white  matter, was well visualized on T2-FLAIR. Diffusion kurtosis  coefficients decreased in the near peritumoral edema (regions 2–3)  and a gradually increased to the edema periphery (regions 5–6). In Region 2, MK in both GB and MTS groups were MKGB(2) = 0.637 ±  0.140 and MKMTS(2) = 0.550 ± 0.046; RK in this region were  RKGB(2) = 0.690 ± 0.154 and RKMTS (2) = 0.584 ± 0.051.  Differences both MK and RK coefficients in patients with GB and MTS of region 2 were significant (p < 0.001). There were no differences in AK values for GB and MTS in region 2 (p > 0.05), but in regions 3  and 4 differences were observed (p < 0.01). The minimum value of  AK in the central edema (regions 3–4) was AKMTS(3–4) = 0.433 ± 0.063 in patients with MTS. The values of MK and RK on the  contralateral side in patients with MTS were significantly higher than  in the GB group (p < 0.02); MKC/LMTC = 0.954 ± 0.140, RKC/LMTC  = 1.257 ± 0.308 and MKC/LGB = 0.829 ± 0.146, RKc/LGB = 0.989  ± 0.282. There was no significant difference for contralateral AK between the groups.Conclusions. We found that DKI scalar metrics are the sensitive  tumor biomarkers. It allows us to perform a robust differentiation  between the infiltrating GB tumor and purely vasogenic edema of  МТS. The obtained results will allow further differential diagnosis of  extra- and intracerebral tumors and can be used to plan surgical /  radiosurgical treatment for brain tumors.Цель исследования: изучить возможности применения диффузионной куртозисной  магнитно-резонансной томографии (ДК МРТ) для оценки перитуморальной зоны вне- и внутримозговых опухолей в разных участках по мере распространения отека от опухоли к периферии, а также нормального белого вещества на контралате ральной опухоли стороне.Материал и методы. В исследовании принимали участие 38 пациентов с супратенториальными опухолями головного мозга: 24 (63%) больных с первично выявленной глиобластомой (ГБ) и 14 (37%) больных с метастазами различных раков в головной мозг (МТС). Диагностические исследования проводилось на магнитно-резонансном сканере с напряженностью магнитного поля 3,0 Тл (3,0 Tл Signa HDxt, General Electric, США) по стандартному для диагностики новообразований протоколу и дополнительно по протоколу ДК МРТ. Стандартный протокол для оценки новообразований головного мозга включал: Т1-, T2-взвешенные изображения, T2-FLAIR, диффузионно-взвешенные изображения (ДВИ), T1 c контрастным усилением в трех плоскостях. ДК МРТ проводились на основе эхопланарной импульсной последовательности спиновое эхо (SE EPI) с TR = 10 000 мс, TEmin = 102 мс, FОV = 240 мм, изотропным размером воксела 3 × 3 × 3 мм3 и набором диффузионных градиентов по 60 направлениям. Измерения проводили для трех значений диффузионных весов (b-фактора): 0, 1000 и 2500 с/мм2. Время сбора данных ДК МРТсоставило 22 мин. Продолжительность всего исследования, включая стандартный протокол, составила 40 мин. Протокол исследования был одобрен этическим комитетом института. Параметрические карты были построены для следующих диффузионных коэффициентов: среднего (МК), поперечного/радиального (RK), продольного/аксиального (AK) куртозиса; средней (MD), поперечной/радиальной (RD) и продольной/аксиальной (AD) диффузии; фракционной анизотропии (FA) и коэффициентов биэкс-поненциальной модели диффузии: доли аксональной воды (AWF), аксиальной (AxEAD) и радиальной (RadEAD) диффузии внеаксональной воды и индекса извитости траектории движения молекул воды (TORT). Были получены нормативные количественные показатели для шести областей перитуморальной зоны по мере удаления от опухоли к периферии отека, а также в нормальном веществе мозга на контралатеральной опухоли стороне (К/Л). Проведен сравнительный анализ данных показателей для случаев с ГБ и МТС. Обработка диффузионных изображений проводилась в среде Matlab и при помощи программного обеспечения Explore DTI (http://www.exploredti.com/). Результаты. Анатомические обзорные МР-изображения (Т1 без и с контрастным усилением)  демонстрировали контрастируемую часть новообразования. На Т2-FLAIR-изображениях визуализировались области перитуморального отека, распространяющегося преимущественно по белому веществу мозга. Измерение коэффициентов диффузионного куртозиса по направлению распространения отека от опухоли к границе с неизмененным веществом мозга выявило снижение значений в ближней перитуморальной области отека (области 2–3) и постепенное нарастание к границе отека (области 5–6). В области 2 значения MK в группах ГБ и МТС составили МКГБ(2) = 0,637 ± 0,140 и МКМТС(2) = 0,550 ±  0,046 соответственно; RK в этой области – RKГБ(2) = 0,690 ± 0,154 и RKМТС(2) = 0,584 ±  0,051. У больных с ГБ снижение коэффициентов MK и RK было менее выражено. Отличия обоих коэффициентов у больны х с ГБ и МТС в области 2 были значимыми (p < 0,001). Значимых отличий значений AK для ГБ и МТС в области 2 получено не было (p > 0,05), но в областях 3 и 4 отличия были значимы (p < 0,01). Минимальное значение AK у  больных с МТС в центральной части отека (области 3–4) cоставило АКМТС(3-4) = 0,433 ±  0,063. Значения MK и RK в веществе мозга на контралатеральной стороне у больных с МТС  оказались значимо выше, чем у группы ГБ (p < 0,02), и составили MKК/Л МТС = 0,954 ±  0,140, RKК/Л МТС = 1,257 ± 0,308 и MKК/Л ГБ = 0,829 ± 0,146, RKК/Л ГБ = 0,989 ± 0,282  соответственно. Для АК значимых отличий в группах получено не было. Заключение. Коэффициенты куртозиса, измеренные в перитуморальной зоне,  свидетельствуют о микроструктурных тканевых отличиях в зонах инфильтрации ГБ и  чистого вазогенного отека МТС и могут являться биомаркерами инфильтративного отека  глиом. Полученные результаты позволят в дальнейшем проводить дифференциальную  диагностику вне- и внутримозговых опухолей и могут быть использованы для планирования  хирургического/радиохирургического лечения при опухолевых поражениях головного мозга

Функциональная МРТ покоя головного мозга в предоперационном планировании. Обзор литературы

Today, functional magnetic resonance imaging (fMRI) allows to plan surgery based on the topography of functionally important areas of the human brain cortex and tumor. This method can complement the surgical strategy with significant clinical information. The stimulus-dependent fMRI with motor and language paradigms is generally used for preoperative planning. The study outcome depends on the patient's ability to perform tasks paradigm, which is broken in brain tumors. In an attempt to overcome this problem, resting-state fMRI (rs-fMRI) is used for brain mapping. Rs-fMRI is based on the measurement of spontaneous fluctuations of the BOLD signal (blood oxygen level-dependent), representing the functional structure of the brain. In contrast to stimulus-dependent fMRI, rs-fMRI provides more complete information about functional architecture of the brain. rs-fMRI is used in conditions where the results of stimulusdependent fMRI may be falsely positive or in the absence of the possibility of its implementation. In aggregate, both methods significantly expand the efficiency and specificity of preoperative planning.В настоящее время функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) позволяет планировать оперативное вмешательство с учетом топографии функционально значимых зон коры головного мозга и опухоли. Этот метод может дополнить стратегию хирургического лечения значимой клинической информацией. Как правило, для предоперационного планирования используется стимулзависимая фМРТ с двигательными и речевыми парадигмами. Результат исследования во многом зависит от способности пациентавыполнять задания парадигм, которые нарушаются при опухолях головного мозга. В попытке преодоления этойпро блемы используется метод фМРТ в состоянии покоя (рс-фМРТ, resting-state fMRI) с картированием функционально значимых зон. рс-фМРТ основана на измерении спонтанных колебаний BOLD сигнала (blood oxygen level-dependent), отражающего функциональное строение мозга. В отличие от стимулзависимой фМРТ рс-фМРТ предоставляет более полную информацию о функциональной архитектуре мозга и применяется в условиях, когда результаты стимулзависимой фМРТ могут быть ложноположительными или при отсутствии возможности ее выполнения. В совокупности оба ме тода существенно расширяют эффективность и специфичность предоперационного планирования