Принципы расчетной предоперационной подготовки многоцелевого стереотаксического наведения у пациентов с глиомами головного мозга

Актуальность проблемы.

Последнее десятилетие характеризуется интенсивным развитием малоин-вазивной хирургической техники и широким ее внедрением в клиническую практику нейрохирургических стационаров. И в нашей стране, и за рубежом за указанный период отмечается значительный рост активности использования стереотаксических методик. Это касается как функциональных стереотаксиче-ских вмешательств, так и операций, выполняемых у пациентов с очаговыми патологическими образованиями головного мозга.

Стереотаксическая биопсия считается общепризнанным и неотъемлемым звеном в комплексе современных методов диагностики опухолей головного мозга (Иванов П.И. с соавт., 2007; Шуляков О. С. с соавт., 2007; Smith J.S. et al., 2005; Jain D. et al., 2006; Elder J.B. et al., 2009). В то же время, лечебным стерео-таксическим воздействиям при внутримозговых опухолях в мировой литературе уделяется существенно меньшее внимание. При этом распространенность глиом головного мозга и результаты их лечения представляют собой проблему, не имеющую в настоящее время удовлетворительного решения (Олюшин В.Е. с соавт., 2007; Залуцкий И. В. с соавт., 2008; Glantz М. et al., 2009; Tonn J.-С. et al., 2010). Особенно это касается опухолей, локализующихся в глубинных и функционально значимых отделах мозга, при которых хирургическое удаление традиционным способом может быть противопоказанным из-за высокого риска нарастания неврологического дефицита в послеоперационном периоде (Кравец Л.Я. с соавт., 2009; Kumabe Т. et al., 2007; Duffau Н., 2008; Moshel Y.A. et al., 2008).

Применение лучевой или химиотерапии вместо хирургического вмешательства в таких случаях не приводит к существенному увеличению продолжительности жизни пациентов (Karim A.B. et al., 1996; Stupp R. et al., 2002; Nieder C. et al., 2005). Радиохирургические стереотаксические методики (Голанов A.B. с соавт., 2009; Yen С.Р. et al., 2007; Niranjan A. et al., 2009) имеют весьма ограниченную применимость для этой группы больных, характеризуются высокой стоимостью и малодоступны в нашей стране. В этих условиях, проведение лечебных деструкций опухолевой ткани с использованием многоцелевого стерео-таксического наведения могло бы улучшить результаты лечения таких пациентов.

В литературе встречаются лишь единичные сообщения о применении локальной стереотаксической деструкции при внутримозговых новообразованиях (Кандель Э.И., 1981; Тахакаши X. с соавт., 2009; Slavin K.V. et al., 1998). Одним из факторов, препятствующих широкому распространению лечебной стереотаксической деструкции опухолей, является отсутствие методики расчетной предоперационной подготовки многоцелевых стереотаксических вмешательств, которая в максимальной степени использовала бы современные возможности нейровизуализации.

Известно, что на точности стереотаксического наведения, и, соответственно, на результатах стереотаксических вмешательств могут негативно отражаться погрешности измерений, выполняемых на предоперационных изображениях мозга пациента (Ferroli Р. et al., 2004; Breit S. et al., 2006; Kondziolka D. et al., 2009). При этом в современной литературе практически отсутствуют сведения о погрешностях при стереотаксическом наведении с использованием совмещенной ПЭТ/КТ, а имеющиеся данные о величинах погрешностей наведения при стереотаксической МРТ противоречат друг другу (Yu С. et al., 2001; Breit S. et al., 2006; Schulder M. et al., 2009).

Порядок проведения стереотаксической разметки с использованием томографии методически должен соответствовать общей организации расчетной предоперационной подготовки пациента. Большинство применяемых на сегодняшний день «классических» методик наведения на глубинные структуры мозга основаны на «жесткой» организации стереотаксической процедуры (Аничков А.Д. с соавт., 2006; Bucholz R., 2009). Такая организация предполагает строго определенную последовательность проведения всех ее этапов, причем ни один из них не может быть отложен или перенесен на другой день. Длительность всей процедуры (до 5−6 часов и более, особенно когда требуется речь идет о многоцелевом стереотаксическом наведении) неизбежно утомляет и снижает внимание членов хирургической бригады, а также «изматывает» пациента, что, в свою очередь, не может не сказываться на результатах стереотакси-ческого лечения (Салова Е.М. с соавт., 2009).

Решить эту проблему позволило бы использование «безрамных» стерео-таксических систем, для которых характерна «гибкая» организация стереотак-сического наведения, когда возможно проведение предоперационной разметки (стереотаксической томографии) накануне или даже за несколько дней до операции. При использовании «безрамной» методики стереотаксическая процедура проходит в более комфортных условиях для пациента, по сравнению с «рамными» системами. Однако точность наведения на целевые точки мозга для «безрамных» систем на сегодняшний день уступает точности, обеспечиваемой «рамным» стереотаксисом (Sharan A.D. et al., 2003; Bucholz R., 2009; Elder J.B. et al., 2009). В результате они пока не могут заменить классические «рамные» стереотаксические системы при вмешательствах в области глубоких подкорковых структур.

Таким образом, актуальность настоящей работы определяется:

1) наличием пациентов с глубинно расположенными глиальными опухолями головного мозга, традиционные методы лечения которых не обеспечивают удовлетворительных результатов;

2) возможностью улучшения результатов лечения данной группы пациентов при использования хирургических вмешательств с применением многоцелевого стереотаксического наведения;

3) имеющимися недостатками общепринятых «рамных» и «безрамных» методик стереотаксического наведения, затрудняющих их применение при подготовке и проведении многоцелевых стереотаксических операций;

4) появлением новых современных методик томографии, применение которых в стереотаксической нейрохирургии позволило бы в значительной стеи пени усовершенствовать процедуру планирования и проведения операций многоцелевого стереотаксического наведения.

Исходя из вышесказанного, целью работы является улучшение результатов лечения пациентов с глиомами головного мозга путем разработки универсальной концепции многоцелевого стереотаксического наведения с использованием современных методов нейровизуализации и обработки медицинских изображений, позволяющей обеспечить гибкую организацию процесса предоперационной расчетной подготовки.

Задачи исследования:

1. Изучение условий, при которых возможно проведение стереотакси-ческой томографии в «безрамном» режиме (то есть в отсутствие стереотаксиче-ской рамы на голове пациента) без снижения точности стереотаксического наведения.

2. Оценка величин погрешностей измерений, проводимых в процессе стереотаксического наведения, на томографических срезах, формируемых современными диагностическими МРТи ПЭТ/КТ-сканерами.

3. Поиск основных режимов и условий проведения стереотаксической томографии (МРТ и ПЭТ/КТ), позволяющих оптимально визуализировать целевые зоны патологических образований головного мозга и осуществлять планирование стереотаксических доступов к ним.

4. Разработка способа предоперационного планирования наиболее безопасных траекторий многоцелевого стереотаксического доступа к внутри-мозговым новообразованиям при различных вариантах супратенториальной локализации опухолей, не требующего применения специального программного обеспечения.

5. Апробация разработанных методов расчетной предоперационной подготовки многоцелевых стереотаксических вмешательств у пациентов с внутримозговыми опухолями глубинной локализации.

6. Клинико-рентгенологическая оценка результатов стереотаксиче-ских операций многоцелевого наведения, выполненных с использованием разработанной методики.

Научная новизна.

Впервые в практике «рамной» стереотаксической нейрохирургии использована методика расчетной подготовки операций, основанная на принципах «безрамной» стереотаксической компьютерной, магнитно-резонансной и пози-тронно-эмиссионной томографии.

Предложен и обоснован способ предоперационного выявления пролифе-ративно-активных зон внутримозговых новообразований с использованием по-зитронно-эмиссионной томографии с 11С-метионином и МРТ с контрастированием.

Сформулирован принцип стереотаксической локализации целевых точек внутримозговых новообразований и планирования траекторий доступа к ним с использованием метода «локализационных маршрутов». При этом разработаны «локализационные маршруты» для различных вариантов локализации внутримозговых новообразований, с использованием стереотаксических МРТ и ПЭТ/КТ. Определен уровень погрешности стереотаксической локализации целевых точек при использовании совмещенной ПЭТ/КТ.

Описана динамика морфологических изменений головного мозга пациентов (по данным послеоперационной томографии) после стереотаксической криодеструкции внутримозговых опухолей.

Практическая значимость.

На основании проведенного исследования создана и внедрена универсальная методика предоперационного планирования и проведения многоцелевых стереотаксических вмешательств с использованием современных диагностических компьютерных, магнитно-резонансных и позитронно-эмиссионных томографов, позволяющая решать большое количество разнообразных клинических задач в нефункциональной стереотаксической нейрохирургии. Использование предложенной методики предоперационной подготовки при хирургическом лечении больных с внутримозговыми опухолями глубинной локализации позволяет добиться существенного улучшения клинических результатов лечения таких пациентов, по сравнению с общепринятыми методиками.

Разработанная методика предоперационного планирования является универсальной и сканер-независимой, пригодной для реализации на различных моделях диагностических томографов, не требует специального переоборудования томографической аппаратуры и использует стандартное программное обеспечение томографов или распространенные программы для просмотра медицинских изображений. Она обеспечивает гибкую организацию стереотаксической процедуры с возможностью проведения стереотаксической томографии за один или несколько дней до хирургического вмешательства.

Доказана возможность использования для стереотаксического наведения томографических срезов мозга толщиной 3−5 мм, обеспечивающих качественную визуализацию целевых зон и структур, без снижения точности стереотаксической локализации целевых точек.

Созданы протоколы МРТи ПЭТ/КТ-сканирования головного мозга, позволяющие осуществить визуализацию участков глубинных новообразований головного мозга, подлежащих избирательной лечебной стереотаксической деструкции.

Разработана и внедрена методика предоперационного стереотаксического планирования комбинированных операций стереотаксической криодеструкции и открытого удаления опухоли головного мозга.

Разработана методика планирования стереотаксических операций, позволяющая использовать большое количество (до восьми) стереотаксических траекторий без увеличения риска осложнений и побочных эффектов вмешательства.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанная методика расчетной предоперационной подготовки операций многоцелевого стереотаксического наведения основана на применении современных методов «безрамной» стереотаксической томографии, максимально приближена к стандартному исследованию головы пациента и может быть реализована при помощи программного обеспечения диагностических томографов.

2. Стереотаксические операции многоцелевого наведения на основе безрамных стереотаксических МРТ и ПЭТ/КТ могут быть выполнены у больных с глиальными новообразованиями головного мозга, недоступными открытому удалению, что приводит к улучшению результатов лечения пациентов этой группы.

3. Основными задачами предоперационной стереотаксической томографии у пациентов с глиальными новообразованиями являются определение границ опухоли, визуализация структур мозга, граничащих с новообразованием, а также выявление пролиферативно-активных зон, являющихся мишенями для многоцелевых стереотаксических операций. Указанные задачи могут быть решены при использовании современных методик стереотаксических МРТ и ПЭТ/КТ.

4. При предоперационном планировании стереотаксических вмешательств целесообразно использовать метод «локализационных маршрутов», который дает возможность планировать оптимальные траектории стереотаксического доступа и учитывать индивидуальные особенности анатомии мозга пациента.

Внедрение результатов исследования.

Результаты работы внедрены и используются в клинике Института мозга человека им. Н. П. Бехтеревой РАН, в клинике нейрохирургии и на кафедре рентгенологии и радиологии Военно-медицинской академии им. С. М. Кирова.

Стереотаксические операции многоцелевого наведения с подготовкой по разработанной методике также проводятся в городской больнице № 26 г. Санкт-Петербурга.

Результаты работы используются в учебном процессе кафедры неврологии и нейрохирургии Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И. П. Павлова.

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы доложены и обсуждены на: конференции «Опыт и перспективы применения отечественного нейрохирургического манипулятора «Ореол» (СПб., 2001) — III, IV и V Съездах нейрохирургов России (СПб., 2002, М., 2006, Уфа, 2009) — III и IV Съездах нейрохирургов Украины (Алушта, 2004, Днепропетровск, 2008) — VII Международном симпозиуме «Новые технологии в нейрохирургии» (СПб., 2004) — Всероссийских научно-практических конференциях «Поленовские чтения» (СПб., 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011) — II, IV, VI и IX Международных конференциях «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (СПб., 2006, 2007, 2008, 2010) — II Международном молодежном медицинском конгрессе «Санкт-Петербургские научные чтения» (СПб., 2007) — 586 заседании Санкт-Петербургской ассоциации нейрохирургов им. проф. И. С. Бабчина (СПб., 2007) — V Конференции молодых ученых России с международным участием «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины» (М., 2008) — Российско-японском нейрохирургическом симпозиуме (СПб., 2008) — Совместной конференции Белорусской ассоциации нейрохирургов и Санкт-Петербургской ассоциации нейрохирургов (СПб., 2009) — 15-м Всемирном конгрессе международного общества криохирургов (СПб., 2009) — II и III Международных научно-практических конференциях «Измерения в современном мире» (СПб., 2009, 2011) — IV Всероссийском Национальном конгрессе лучевых диагностов и терапевтов (М., 2010) — Научной конференции с международным участием, посвященной 200-летию со дня рождения Н. И. Пирогова «Наследие Пирогова: прошлое, настоящее, будущее» (СПб., 2010) — Невском радиологическом форуме (СПб., 2011) — Симпозиуме «Современные возможности нейровизуализации (к 20-летию первого ПЭТ исследования в России)» (СПб., 2011).

По теме диссертации опубликовано 60 печатных работ, в том числе, 10 в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ для публикации результатов диссертационных исследований, опубликованы главы в двух монографиях. Получены патенты на изобретения RU 2 250 087 С1 (от 20 апреля 2005 г) и RU 2 388 415 С2 (от 10 мая 2010 г).

Личный вклад автора.

Предоперационная расчетная подготовка и стереотаксическое планирование всех оперативных вмешательств, осуществленных в рамках настоящего исследования, выполнена лично диссертантом или при его непосредственном участии. Диссертант принимал участие в разработке способа стереотаксического наведения на целевые точки мозга, примененного в исследовании, и конструировании универсального стереотаксического локализатора, использовавшегося при реализации данного способа. Экспериментальные измерения, касающиеся точности стереотаксической локализации целевых точек на томограммах, и анализ полученных результатов также проведены лично автором.

Диссертантом разработаны протоколы предоперационного сканирования головного мозга пациентов при проведении стереотаксической томографии, а также «локализационные маршруты» при различных вариантах стереотаксиче-ских вмешательств. Автор участвовал в проведении стереотаксических операций у всех пациентов, включенных в исследование.

Результаты, лежащие в основе диссертационной работы, получены в рамках разработки научных тем «Использование стереотаксических нейрохирургических методов в комплексном лечении малокурабельных заболеваний нервной системы» (BMA, 2003 г.), «Методы локализации мишеней при многоцелевых стереотаксических операциях на головном мозге человека» (СПбНЦ РАН, 2007 г.), «Безрамная стереотаксическая расчетная томография с точечными локали-заторами» (ИМЧ РАН, 2008 г.), «Комплексная оценка ближайших и отдаленных послеоперационных изменений головного мозга пациентов после локальной стереотаксической криодеструкции» (ИМЧ РАН, 2012 г.).

Объем и структура диссертации.

Диссертация изложена на 219 страницах текста, состоит из введения, литературного обзора, 6 глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложения.

Список литературы

включает 156 источников, из которых 110 зарубежных и 46 отечественных. Диссертация иллюстрирована 19 таблицами и 65 рисунками.

Выводы.

1. Стереотаксическая томография может проводиться в виде отдельной процедуры по отношению к оперативному вмешательству, без установки стереотаксической рамы на голову пациента. Такая возможность обеспечивается съемным стереотаксическим локализатором, фиксируемым к голове больного во время исследования. Атравматичная воспроизводимая фиксация локализато-ра к зубам пациента позволяет добиться точности наведения на точки мозга, не уступающей «рамной» стереотаксической томографии.

2. Современные методы нейровизуализации при проведении безрамной стереотаксической томографии обеспечивают достаточно низкий уровень погрешности локализации целевых точек мозга (1 мм для МРТ и 2 мм для совмещенной ПЭТ/КТ), что допустимо для стереотаксического наведения в хирургии внутримозговых опухолей.

3. Стандартные методики МРТ (Т1-ВИ и Т2-ВИ) дают возможность локализовать целевые зоны опухоли во время планирования диагностических и лечебных стереотаксических вмешательств у пациентов с внутримозговыми новообразованиями. Применение специальных МРТ-методик (МР-трактография и функциональная МРТ) при проведении предоперационной разметки позволяет осуществить безопасное планирование зон стереотаксических воздействий и траекторий стереотаксического доступа вблизи функционально значимых зон и проводящих путей мозга.

4. При проведении стереотаксической томографии положение пролифера-тивно-активных зон опухоли, подлежащих селективной стереотаксической деструкции, может быть выявлено по участкам повышенного накопления радиофармпрепарата (при проведении стереотаксической ПЭТ/КТ) или контрастного вещества при МРТ.

5. Метод «локализационных маршрутов», применяющийся при стереотаксической томографии, дает пространственное представление о внутримозговом новообразовании и позволяет планировать оптимальные траектории стереотаксического доступа, учитывая при этом индивидуальные особенности анатомии мозга пациента. Метод дает возможность использовать для стереотаксического наведения срезы мозга с толщиной 4−5 мм, оптимальной для визуализации структур мозга, без снижения точности наведения на целевую точку. Предоперационное планирование с использованием метода «локализационных маршрутов» не требует использования специальных стереотаксических программ и может выполняться на основе программного обеспечения диагностических томографов и рабочих станций.

6. При условии тщательного предоперационного планирования стереотаксических доступов, большое количество (до восьми) траекторий введения стереотаксического инструмента в целевые точки мозга является допустимым и не увеличивает опасность осложнений операции.

7. Применение операций многоцелевого стереотаксического наведения у пациентов с глиальными опухолями, локализованными в глубинных и функционально значимых отделах мозга, дает возможность добиться лечебного эффекта при отсутствии нарастания неврологического дефицита в послеоперационном периоде у большинства пациентов.

8. Очаги стереотаксической криодеструкции внутримозговых опухолей на послеоперационных томограммах визуализируются в виде четко отграниченных некротических участков, в динамике трансформирующихся в ликворные кисты. Размеры и форма очагов при стандартных размерах криоканюль и времени криоэкспозиции характеризуются строгой повторяемостью. Зоны криодеструкции могут включать участки геморрагического пропитывания, не сопровождающиеся «масс-эффектом». Очаги криодеструкции сравнительно небольшого размера сопровождаются слабо выраженным перифокальным отеком и не приводят к формированию дополнительного «масс-эффекта». При увеличении о суммарного размера криодеструкции до 25−30 см и выше опасность дислокационных явлений, связанных с нарастанием послеоперационного отека, возрастает.

Практические рекомендации.

1. При проведении стереотаксической криодеструкции глиальных опухолей суммарный объем планируемой деструкции не должен превышать 25−30 см во избежание развития дислокационных явлений. При опухолях, превышающих указанные размеры, проводится селективная криодеструкция пролиферативно-активных зон, двухэтапная криодеструкция или комбинирование стереотаксической криодеструкции с открытым удалением поверхностных участков новообразования.

2. При планировании тотальной стереотаксической криодеструкции глубинных внутримозговых новообразований и комбинированной стереотаксической криодеструкции предоперационную разметку целесообразно проводить при помощи стереотаксической МРТ. Если новообразование не накапливает контрастное вещество, стереотаксическое планирование проводится на томограммах в режиме Т2-ВИ. При контрастирующихся новообразованиях предоперационное планирование выполняется на постконтрастных томограммах в режиме Т1-ВИ (см. Приложение 1).

3. У пациентов, которым планируется проведение локальной селективной стереотаксической криодеструкции пролиферативно-активных зон глиальных новообразований, не накапливающих контрастное вещество, предоперационную разметку рекомендуется выполнять при помощи стереотаксической ПЭТ/КТ с «Сметионином. При новообразованиях, накапливающих контрастное вещество, предоперационную разметку выполняют с использованием стереотаксической МРТ на постконтрастных томограммах в режиме Т1-ВИ или при помощи стереотаксической ПЭТ/КТ с «С-метионином.

4. В процессе проведения безрамной стереотаксической томографии у большинства пациентов рекомендуется фиксировать голову в подголовнике при помощи мягкой маски. В случае выраженных двигательных нарушений целесообразно использование жесткой маски из термопластичного материала (например, поливика).

5. При выполнении стереотаксической МРТ следует получать срезы толщиной 5 мм с межсрезовым интервалом 1 мм, величина FOV должна составлять 26 см. Для точной локализации целевых точек и реперных элементов стереотаксической СК необходимо выполнение нескольких серий срезов в различных направлениях сечения мозга.

6. При локализации новообразований в области центральных извилин и верхней височной извилины доминантного полушария в протокол стереотаксической МРТ-разметки рекомендуется включать функциональную МРТ, при расположении опухолей в области таламуса, внутренней капсулы, ножки мозга, семиовального центра — рекомендуется проводить МР-трактографию.

7. При проведении предоперационного расчетного МСКТ-сканирования толщину нативных срезов рекомендуется установить на уровне 1 мм с шагом для реконструкции (RI), равным 0,5 мм, что позволяет получать многоплоскостные реконструкции с изотропным пространственным разрешением. Эффективная толщина MPR-изображений должна составлять 2,5−3 мм, что обеспечивает оптимальный уровень соотношения «сигнал/шум».

8. При использовании совмещенной стереотаксической ПЭТ/КТ, чтобы исключить непроизвольное смещения головы пациента, необходимо проверить пространственное соответствие между КТ — и ПЭТ изображениями. Для этого целесообразно измерение пространственных координат внутримозговых репер-ных объектов, видимых на обоих изображениях (эпифиз, гипофиз или вершина IV желудочка). При совпадении значений координат проведение стереотаксического планирования с использованием совмещенного изображения является допустимым.

9. Планирование положения целевых точек и стереотаксических траекторий при большинстве локализаций внутримозговых новообразований целесообразно производить на МРТ-срезах, имеющих корональное направление. При настройке положения срезов во время выполнения сканирования рекомендуется планировать наклон корональных срезов в соответствии с прохождением стереотаксической траектории, чтобы срез содержал целевую точку и точку стереотаксического доступа.

10. Стереотаксический доступ через фрезевое отверстие к внутримоз-говым опухолям, локализующимся в лобной доле, прецентральной извилине, базальных ядрах и передних отделах таламуса следует выполнять в проекции средней лобной извилины. При опухолях островка планирование стереотаксической траектории рекомендуется производить с точкой входа в области верхней или средней лобной извилины. Для опухолей теменной и затылочной долей, постцентральной извилины и задних отделов таламуса доступ осуществляют в области верхней теменной дольки. При опухолях височной доли оптимальным является осуществление доступа через передние отделы средней височной извилины.

11. При планировании траекторий стереотаксического доступа на срезах мозга существенным является условие избегания прохождения траекторий через функционально значимые участки, борозды мозга и видимые на томограммах сосуды. Траектории, пересекающие нижний рог бокового желудочка, могут быть использованы при невозможности (или опасности) альтернативных траекторий.