Діагностичні можливості мультимодальних зображень (огляд літератури)

В останні 20 років було досягнуто значного прогресу у дослідженні біологічного субстрату деяких захворювань головного мозку, що дозволило внести корективи в процес їх лікування. У сучасному діагностичному процесі поряд із звичними для радіолога магнітно-резонансною томографією (МРТ) та комп’ютерною томографією (КТ) набувають все більшої популярності позитронно-емісійна томографія (ПЕТ) та однофотонна емісійна томографія (ОФЕКТ). Методи ПЕТ та ОФЕКТ мають високу чутливість та специфічність для “in vivo” досліджень патологічних процесів у тканинах мозку на молекулярному рівні, дозволяють отримати цінні дані для фундаментального вивчення нейробіології патологічних процесів. Вони стали надзвичайно плідною ланкою досліджень головного мозку у хворих з функціональними розладами, такими як перехідне порушення мозкового кровообігу, хворобою Альцгеймера, шизофренією та інш. Ряд досліджень підтверджує перевагу ПЕТ та ОФЕКТ порівняно з КТ і МРТ у діагностиці ряду різноманітних органічних захворювань. Велика кількість робіт присвячена дослідженню ефективності методів діагностики пухлин різної локалізації: специфічність ПЕТ досягає 98%, чутливість – 84-95%, точність – 97% ( у МРТ відповідно 94%, 43% та 72%, у КТ – 58%, 66%, 58%).

Одним із аспектів, де візуалізуючі методики відіграють важливу роль, є злоякісні пухлини. На нативних МР- та КТ-зображеннях іноді складно виявити поодинокий дрібний метастаз через низьку контрастну різницю між пухлиною та оточуючими тканинами. На ОФЕКТ-зображеннях можливо отримати високу контрастність осередка та чітко відокремити його від оточуючих тканин. Pai M. із співавт., досліджуючи інформативність МРТ і ПЕТ для діагностики метастазів у лімфатичні вузли голови та шиї, віддають перевагу ПЕТ, особливо на етапі виявлення резидуальної тканини пухлини в процесі лікування. Такий же висновок роблять Nowark B. із співавт. Автори також відмічають, що КТ та МРТ виявляють локалізацію осередка, тоді як ПЕТ, виявляючи метаболічні зміни, дає уявлення про фізіологічну картину, яка співпадає з даними гістологічного дослідження. Накопичення радіоактивної глюкози (18-FDG) свідчить про локалізацію пухлини, її класифікацію, ступінь злоякісності.

Hustinx R. із співавт. вказує на можливість диференційної діагностики між злоякісною пухлиною та запальним процесом за допомогою серії ПЕТ досліджень за умови наявності інтервалу між серіями дослідження 30 хвилин. Пухлини продовжують накопичувати ізотоп, тоді як при запальному процесі спостерігається зниження його накопичення.

У той же час, на зображеннях, отриманих при ОФЕКТ та ПЕТ, осередок, який візуалізується, складно локалізувати в зв’язку з відсутністю на зображеннях анатомічних структур. Окрім цього, радіонуклідні томограми іноді містять артефакти, пов'язані, зокрема, із проходженням радіофармацевтичних препаратів по судинному руслу. Рішенням цієї проблеми стала комбінація зображень різноманітних модальностей, яка дає можливість компенсувати їх недоліки шляхом взаємодоповнення. Отримання бімодальних зображень за допомогою їх суміщення дає велику кількість нової необхідної інформації, але віднімає багато часу та зусиль, що перешкоджає використанню такої методики для рутинного дослідження. Автори розглядають створення бімодальних інтегруючих зображення систем як новий та необхідний елемент сучасного діагностичного процесу.

Розвиток технологій поєднання анатомічних і функціональних зображень йде за двома основними напрямами. Перший - це створення мультимодальных систем, об'єднуючих в собі різні діагностичні пристрої. І, незважаючи на той факт, що перший ПЕТ/КТ з'явився тільки в 1999 році, сьогодні вже відомі 6 комерційно доступних діагностичних систем, що випускаються Siemens, Philips і General Electric. Ефективність використання цих апаратів привела до того, що вже в наші дні кількість ПЕТ/КТ-систем у поточному продажу ПЕТ займає більше 65% і найближчими роками передбачається збільшення цієї частки до 95%. Швидше за все, такі ж тенденції будуть властиві і розвитку ОФЕКТ/КТ. На жаль, комбінація МРТ/ПЕТ і МРТ/ОФЕКТ ускладнена конструктивними особливостями діагностичних модулів, проте, в даний час робляться спроби створення першого ПЕТ/МР- томографа.

Другий напрям засновано на отриманні об'єднаних зображень із одержаних раніше при роздільному проведенні томографічних досліджень. Цей шлях не обмежується конструктивними особливостями діагностичного устаткування і дозволяє використовувати зображення з різних архівів. Окрім цього, він дає змогу комбінувати всі можливі сьогодні технології: КТ, МРТ, ОФЕКТ, ПЕТ та інші. Такий підхід представляється дуже важливим, наприклад, для діагностики епілептогенних осередків з метою хірургічного лікування резистентних форм епілепсії.

Метод поєднання зображень став необхідною ланкою, що покращує ранню діагностику пухлин та інших захворювань, пропонує додаткові важливі дані, які дозволяють дослідникам знаходити відповіді на багато нерозв’язаних питань, одночасно оцінювати фізіологічну та анатомічну інформації. Schwartz D.L. із співавт. при досліджені м’яких тканин шиї у пацієнтів з плоскоклітинним раком з’ясували, що чутливість та специфічність бімодальних зображень (КТ та ПЕТ) була 96% та 98,5% відповідно. Крім того, у двох пацієнтів були виявлені осередки карциноми, які при КТ-дослідженні не візуалізувалися. Schoder H. із співавт. стверджують, що точність бімодальних зображень у діагностиці злоякісних пухлин була 96% порівняно з 90%, отриманими при використанні ізольованих ПЕТ-зображень. Виявлені осередки на таких зображеннях дозволили змінити лікувальну тактику у 18% випадків. Norbert Hosten із співавт., досліджуючи групу пацієнтів з метастазами у паренхиму печінки після лазерної термотерапії, відзначали візуалізацію осередків на нативних Т2-зважених та отриманих після внутрішньовенного контастування Т1-зважених зображеннях. Диференційна діагностика між резидуальною тканиною пухлини та зоною некрозу після променевої терапії стала можливою лише завдяки суміщенню МР-зображень із зображеннями, отриманими при ПЕТ, які, в свою чергу, виявляють осередки посиленного метаболізму глюкози. Зона резидуальної тканини пухлини була чітко локалізована, що було підтверджено даними біопсії, та підлягала подальшій термотерапії. Syed R. із співавт., досліджуючи пухлини голови та шиї за допомогою ПЕТ та КТ, також відзначили перевагу комбінованих зображень, чутливість та специфічність яких були істотно вищими за мономодальні .

Багато авторів використовували мультимодальні зображення для планування доз променевої терапії при лікуванні пухлин мозку. Автори відмічають, що анатомічна інформація, отримана при КТ та МРТ, доповнювалася інформацією про метаболізм осередка, що була отримана при ПЕТ. Використання суміщених зображень дозволило планувати об’єм та дозування променевої терапії, відокремити зону пухлини, набряку та неушкодженої мозкової речовини з високою точністю. В результаті, це дозволило мінімізувати дозу на здорові тканини та збільшити її у зону інтересу.

Дуже важливим в діагностичному аспекті є застосування радіофармацевтичних препаратів із специфічними характеристиками для діагностики апоптозу, тканинної гіпоксії, клітинної проліферації і т.п. Наприклад, при використанні 131I-TM-601, пептиду, що складається з 36 різних амінокислот, що селективно зв'язується з клітинами гліальних пухлин. Застосування комбінованих зображень з використанням таких радіофармпрепаратів дозволяє чіткіше визначити розповсюдження пухлин в мозкові структури і диференціювати пухлину, що активно росте, від фіброзної або некротичної тканини.

Визначення точної локалізації ділянки пухлини, що підлягає біопсії також є дуже важливим напрямом використання комбінованих зображень. Відомо, що біопсія пухлини в даний час є стандартним дослідженням у нейроонкологічних пацієнтів, а точність проведення цієї процедури може відігравати вирішальну роль у виборі тактики лікування і визначенні подальшої долі пацієнта. Проте, мозкові пухлини, звичайно, є гетерогенними утвореннями, які складаються з тканин у стадії різного ступеню мітотичної активності, а також зон загиблих клітин, некрозу, запалення і вираженого набряку. Всі ці складові пухлинного осередку часто присутні в МР-зображенні і можуть вплинути на оцінку новоутворення. Стереотаксична корегістрація ОФЕКТ і МРТ дозволяє візуалізувати ділянки пухлини, які найбільш інтенсивно поглинають радіофармпрепарат, що визначається їх посиленою проліферативною активністю. Виявлення таких ділянок дозволяє провести стереотаксичну біопсію максимально точно.

Процес отримання мультимодальних зображень включає три пункти: отримання загальної точної інформації, визначення можливості трансформації параметрів отриманої інформації, трансформація параметрів за допомогою математичної цифрової обробки та використання цих параметрів для підрахунку трасформування координат базових зображень.

Зображення отримують у вигляді групи зрізів з певною товщиною та розподільною здатністю. Суміщення зображень дозволяє одночасну візуалізацію різноманітних зображень тієї ж самої структури, кожне з яких представлене у своїй колірній гамі та несе визначену, відмінну від інших, інформацію. Мультимодальні зображенння дають графічну інформацію про функціональну активність у контексті анатомічної картини. Отримані дані про метаболічну активність або про циркуляцію крові накладаються на наявні анатомічні зображення даного об’єкту.

Суміщення спрощує розділення кольорів в окремому колірному режимі, де кожний з них представляє рівень однієї модальності. Палітра дісплею має кольорову або чорно-білу шкалу картування об’єкту. Більшість анатомічних зображень, звичайно, представлена у сірій шкалі. Функціональні зображення мають контрастну кольорову палітру. Інтенсивність кольору звичайно асоціюється з інтенсивністю змін. Холодні кольори відповідають низькому рівню активності, теплі – високому. Можлива індивідуальна корекція кольору та яскравості для досягнення оптимального контрасту між анатомічними та функціональними зображеннями.

На системах, оснащених спеціальним програмним забезпеченням, можливо отримати об’ємне зображення головного мозку та, відповідно, зображення функціональних зон кори мозку. Таким чином, потенційна перевага мультимодального зображення включає: виділення осередків активності, що не визначаються одним ізольованим методом, виявлення загострення процесу, оцінка резидуальної активності після хірургічного втручання, встановлення фізіологічної ролі сумнівних на анатомічних зображеннях об’єктів.

Проблеми отримання мультимодальних зображень можна розділити на три групи: а) проблеми, які відносяться до структури файла, трансферу та архівації, б) суміщення та в) візуалізація мультимодальних зображень.