Preview

Альманах клинической медицины

Расширенный поиск

Магнитно-резонансная трактография на основе вероятностных алгоритмов разложения по сферическим функциям у пациентов с глиомами зрительных путей

https://doi.org/10.18786/2072-0505-2021-49-009

Полный текст:

Аннотация

Обоснование. Использование магнитно-резонансной (МР)-трактографии в  нейрохирургии становится все более частой практикой благодаря возможности неинвазивно визуализировать проводящие пути белого вещества. Самый распространенный метод реконструкции трактов  – детерминистический алгоритм диффузионно-тензорной МР-томографии. Однако этот метод построения проводящих путей имеет целый ряд существенных ограничений. К  наиболее важным из них относятся отсутствие возможности визуализации пересекающихся между собой волокон, сложность построения трактов в  области перифокального отека и  в непосредственной близости к  границам опухоли. Этих недостатков помогает избежать метод МР-трактографии, основанный на получении диффузионного изображения с  высоким угловым разрешением (англ. high angulation reconstruction diffusion imaging, HARDI) с  использованием алгоритма разложения по сферическим функциям (англ. constrained spherical deconvolution, CSD) для постобработки данных. Относительно недавно был предложен новый алгоритм для обработки данных HARDI: разложение МР-сигнала нескольких типов ткани мозга по сферическим функциям с  использованием одного b-фактора  – SS3T-CSD (single-shell 3-tissue CSD). Предположительно, он позволит улучшить построение проводящих путей в  области перифокального отека или отека-инфильтрации.

Цель  – исследовать возможности алгоритма SS3T-CSD по сравнению с  ST-CSD (single-tissue CSD – разложение МР-сигнала одного типа ткани мозга по сферическим функциям) при визуализации зрительной радиации и  зрительных трактов у пациентов с глиомами.

Материал и  методы. Десяти пациентам с  впервые выявленными глиомами головного мозга выполняли диффузионную и  рутинную МР-томографию головного мозга с  последующей реконструкцией зрительной лучистости и зрительных трактов. Мы сравнили новые алгоритмы постобработки МР-трактографии STCSD и SS3T-CSD при визуализации зрительных трактов и зрительной лучистости у пациентов с  глиомами головного мозга, поражающими различные отделы зрительного анализатора.

Результаты. Метод SS3T-CSD показал меньший средний процент ложноположительных трактов по сравнению с методом ST-CSD: 19,75 против 80,32% в случаях близкого расположения опухоли к  трактам и  5,27 против  25,27% в  случаях построения трактов в  нормальном белом веществе.

Заключение. Метод SS3T-CSD имеет ряд преимуществ по сравнению с ST-CSD и позволяет успешно визуализировать зрительные проводящие пути, имеющие сложную структуру и  неоднократно меняющие направление по своему ходу.

Об авторах

А. А. Баев
ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко» Минздрава России
Россия

Баев Александр Александрович – врач-рентгенолог отделения рентгеновских и радиоизотопных методов диагностики

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, 16



Э. Л. Погосбекян
ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко» Минздрава России
Россия

Погосбекян Эдуард Леонидович – медицинский физик отделения рентгеновских и радиоизотопных методов диагностики

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, 16



Н. Е. Захарова
ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко» Минздрава России
Россия

Захарова Наталья Евгеньевна – доктор медицинских наук, профессор РАН, ведущий научный сотрудник отделения рентгеновских и радиоизотопных методов диагностики

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, 16



Д. И. Пицхелаури
ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко» Минздрава России
Россия

Пицхелаури Давид Ильич – доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник, заведующий 7-м нейрохирургическим отделением (глиальные опухоли) с группой «Химиотерапевтическое лечение больных с опухолями центральной нервной системы»

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, 16



А. И. Баталов
ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко» Минздрава России
Россия

Баталов Артем Игоревич – кандидат медицинских наук, младший научный сотрудник отделения рентгеновских и радиоизотопных методов диагностики

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, 16



А. М. Шкатова
ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко» Минздрава России
Россия

Шкатова Анастасия Михайловна – врач-нейрохирург 7-го нейрохирургического отделения (глиальные опухоли) с группой «Химиотерапевтическое лечение больных с опухолями центральной нервной системы»

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, 16



Е. И. Шульц
ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко» Минздрава России
Россия

Шульц Евгений Игоревич – кандидат медицинских наук, врач-рентгенолог отделения рентгеновских и радиоизотопных методов диагностики

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, 16



А. Е. Быканов
ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко» Минздрава России
Россия

Быканов Андрей Егорович – кандидат медицинских наук, врач-нейрохирург 7-го нейрохирургического отделения (глиальные опухоли) с группой «Химиотерапевтическое лечение больных с опухолями центральной нервной системы»

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, 16



С. А. Маряшев
ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко» Минздрава России
Россия

Маряшев Сергей Алексеевич – доктор медицинских наук, врач-нейрохирург 7-го нейрохирургического отделения (глиальные опухоли) с группой «Химиотерапевтическое лечение больных с опухолями центральной нервной системы»

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, 16



Т. А. Конакова
ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко» Минздрава России
Россия

Конакова Татьяна Александровна – аспирант отделения рентгеновских и радиоизотопных методов диагностики

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, 16



И. Н. Пронин
ФГАУ «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко» Минздрава России
Россия

Пронин Игорь Николаевич – доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, заведующий отделением рентгеновских и радиоизотопных методов диагностики

125047, г. Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, 16



Список литературы

1. Тоноян АС, Агеев ИС, Овчаренко ТА, Захарова НЕ, Александрова ЕВ, Горяйнов СА, Быканов АЕ, Шурхай ВА, Шульц ЕИ, Пронин ИН. Новые возможности магнитно-резонансной трактографии в нейрорадиологии: модель HARDI-CSD. Вестник Российского фонда фундаментальных исследований. 2016;2(90): 20–32. doi: 10.22204/2410-4639-2016-090-02-20-32.

2. Ramnani N, Miall RC. A system in the human brain for predicting the actions of others. Nat Neurosci. 2004;7(1):85–90. doi: 10.1038/nn1168.

3. Hofer S, Frahm J. Topography of the human corpus callosum revisited – comprehensive fiber tractography using diffusion tensor magnetic resonance imaging. Neuroimage. 2006;32(3):989–994. doi: 10.1016/j.neuroimage.2006.05.044.

4. Jones DK, Knösche TR, Turner R. White matter integrity, fiber count, and other fallacies: the do's and don'ts of diffusion MRI. Neuroimage. 2013;73:239–254. doi: 10.1016/j.neuroimage.2012.06.081.

5. Farquharson S, Tournier JD, Calamante F, Fabinyi G, Schneider-Kolsky M, Jackson GD, Connelly A. White matter fiber tractography: why we need to move beyond DTI. J Neurosurg. 2013;118(6):1367–1377. doi: 10.3171/2013.2.JNS121294.

6. Jeurissen B, Leemans A, Tournier JD, Jones DK, Sijbers J. Investigating the prevalence of complex fiber configurations in white matter tissue with diffusion magnetic resonance imaging. Hum Brain Mapp. 2013;34(11):2747–2766. doi: 10.1002/hbm.22099.

7. Kramm CM, Wagner S, Van Gool S, Schmid H, Sträter R, Gnekow A, Rutkowski S, Wolff JE. Improved survival after gross total resection of malignant gliomas in pediatric patients from the HIT-GBM studies. Anticancer Res. 2006;26(5B):3773–3779.

8. Tuch DS, Reese TG, Wiegell MR, Makris N, Belliveau JW, Wedeen VJ. High angular resolution diffusion imaging reveals intravoxel white matter fiber heterogeneity. Magn Reson Med. 2002;48(4):577–582. doi: 10.1002/mrm.10268.

9. Tournier JD, Calamante F, Connelly A. Robust determination of the fibre orientation distribution in diffusion MRI: non-negativity constrained super-resolved spherical deconvolution. Neuroimage. 2007;35(4):1459–1472. doi: 10.1016/j.neuroimage.2007.02.016.

10. Jeurissen B, Tournier JD, Dhollander T, Connelly A, Sijbers J. Multi-tissue constrained spherical deconvolution for improved analysis of multi-shell diffusion MRI data. Neuroimage. 2014;103:411–426. doi: 10.1016/j.neuroimage.2014.07.061.

11. Veraart J, Novikov DS, Christiaens D, AdesAron B, Sijbers J, Fieremans E. Denoising of diffusion MRI using random matrix theory. Neuroimage. 2016;142:394–406. doi: 10.1016/j.neuroimage.2016.08.016.

12. Tournier JD, Calamante F, Connelly A. Determination of the appropriate b value and number of gradient directions for high-angular-resolution diffusion-weighted imaging. NMR Biomed. 2013;26(12):1775–1786. doi: 10.1002/nbm.3017.

13. Dhollander T, Connelly A. A novel iterative approach to reap the benefits of multi-tissue CSD from just single-shell (+ b=0) diffusion MRI data. Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 24. 2016; 3010.

14. Binder DK, Sonne DC, Fischbein NJ. Cranial nerves: anatomy, pathology, imaging. New York: Thieme; 2010. 248 p.

15. Rubino PA, Rhoton AL Jr, Tong X, de Oliveira E. Three-dimensional relationships of the optic radiation. Neurosurgery. 2005;57(4 Suppl):219–227; discussion 219–227. doi: 10.1227/01.neu.0000176415.83417.16.

16. Meyer A. The connections of the occipital lobes and the present status of the cerebral visual affections. Transactions Association of the American Physicians. 1907;(22):7–23.

17. Sincoff EH, Tan Y, Abdulrauf SI. White matter fiber dissection of the optic radiations of the temporal lobe and implications for surgical approaches to the temporal horn. J Neurosurg. 2004;101(5):739–746. doi: 10.3171/jns.2004.101.5.0739.

18. Türe U, Yaşargil MG, Friedman AH, Al-Mefty O. Fiber dissection technique: lateral aspect of the brain. Neurosurgery. 2000;47(2):417–426; discussion 426–427. doi: 10.1097/00006123-200008000-00028.

19. Ebeling U, Reulen HJ. Neurosurgical topography of the optic radiation in the temporal lobe. Acta Neurochir (Wien). 1988;92(1–4):29–36. doi: 10.1007/BF01401969.

20. Quinones-Hinojosa A, Raza SM, Ahmed I, Rincon-Torroella J, Chaichana K, Olivi A. Middle Temporal Gyrus Versus Inferior Temporal Gyrus Transcortical Approaches to High-Grade Astrocytomas in the Mediobasal Temporal Lobe: A Comparison of Outcomes, Functional Restoration, and Surgical Considerations. Acta Neurochir Suppl. 2017;124:159–164. doi: 10.1007/978-3-319-39546-3_25.

21. Dhollander T, Raffelt D, Connelly A. Unsupervised 3-tissue response function estimation from single-shell or multi-shell diffusion MR data without a co-registered T1 image [Internet]. ResearchGate. 2016. Available from: https://www.researchgate.net/publication/307863133_Unsupervised_3-tissue_response_function_estimation_from_single-shell_or_multi-shell_diffusion_MR_data_without_a_co-registered_T1_image.


Дополнительные файлы

1. Table 1. Comparison of the algorithms for reconstruction of the optic radiation pathways in 10 patients with brain gliomas
Тема
Тип Прочее
Посмотреть (180KB)    
Метаданные
2. Fig. 1. Regions of interest (ROI), chosen from the structure maps with color coding, where the color indicates the diffusion direction: А, ROI1, the optic chiasm area (orange); B, ROI2, lateral geniculate body (blue); C, ROI3, medial parts of the occipital lobe (yellow)
Тема
Тип Прочее
Посмотреть (128KB)    
Метаданные
3. Fig. 2. Optic radiation tract: in blue, the dorsal segment; in red, the central segment; in green, Meyer’s loop; in yellow, optic tracts
Тема
Тип Прочее
Посмотреть (147KB)    
Метаданные
4. Fig. 3. Comparison of the results obtained by ST-CSD (А, C) and SS3T-CSD (B, D) in a patient with occipital glioblastoma: А and B, 2D maps with color coding showing the diffusion direction (red, commissural fibers (from left to right); green, associative fibers (anteroposteriorly); blue, projection fibers (downwards)); C and D, 2D tractograms aligned with Т1-weighted images. The arrow points to the intracerebral tumor (glioblastoma) in the left occipital lobe
Тема
Тип Прочее
Посмотреть (360KB)    
Метаданные
5. Fig. 4. Comparison of the results obtained by ST-CSD (А, C) and SS3T-CSD (B, D) in a patient with pilocytic astrocytoma in the right optic tract: А and B, 2D structure maps with color coding showing the diffusion direction (red, commissural fibers (from left to right); green, associative fibers (anteroposteriorly); blue, projection fibers (downwards)); C and D, 2D tractograms aligned with Т1-weighted image. The arrow points to the tumor of the right optic tract
Тема
Тип Прочее
Посмотреть (324KB)    
Метаданные
6. Fig. 5. Pathways in a patient with pilocytic astrocytoma of the left optic tract (А and C, ST-CSD; B and D, SS3T-CSD): Meyer's loop is highlighted in green, the central segment of the optic radiation, in red; the dorsal segment of the optic radiation, in blue; optic tracts, in yellow. Magnetic resonance tractography allows for identification of full involvement of the optic tract into the tumor, which makes the curative surgery not feasible
Тема
Тип Прочее
Посмотреть (318KB)    
Метаданные
7. Fig. 6. Optic radiation pathways (A and C, ST-CSD; B and D, SS3T-CSD) with their segments (shown in green, red, and blue) and optic tract pathways (yellow) in a patient with left occipital glioblastoma. Magnetic resonance tractography shows the displacement of the distal parts of optical pathways in the occipital lobe projection, making it possible to consider surgical excision of the mass
Тема
Тип Прочее
Посмотреть (302KB)    
Метаданные
8. Fig. 7. Schema of the optic radiation: 1, ventral segment (Meyer's loop); 2, central segment (body); 3, dorsal segment
Тема
Тип Прочее
Посмотреть (59KB)    
Метаданные

Для цитирования:


Баев А.А., Погосбекян Э.Л., Захарова Н.Е., Пицхелаури Д.И., Баталов А.И., Шкатова А.М., Шульц Е.И., Быканов А.Е., Маряшев С.А., Конакова Т.А., Пронин И.Н. Магнитно-резонансная трактография на основе вероятностных алгоритмов разложения по сферическим функциям у пациентов с глиомами зрительных путей. Альманах клинической медицины. 2021;49(1):11-20. https://doi.org/10.18786/2072-0505-2021-49-009

For citation:


Baev A.A., Pogosbekian E.L., Zakharova N.E., Pitskhelauri D.I., Batalov A.I., Shkatova A.M., Shults E.I., Bykanov A.E., Maryashev S.A., Konakova T.A., Pronin I.N. Magnetic resonance tractography based on the constrained spherical deconvolution in patients with gliomas of the optic pathway. Almanac of Clinical Medicine. 2021;49(1):11-20. (In Russ.) https://doi.org/10.18786/2072-0505-2021-49-009

Просмотров: 145


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2072-0505 (Print)
ISSN 2587-9294 (Online)