Цифровая морфометрия таламуса и миндалевидного тела по данным магнитно-резонансной томографии головного мозга

Рис. 1. Морфометрия поперечного и продольного размеров таламуса на аксиальных 3D T1-ВИ

Рис. 2. Измерение площади амигдалы на коронарных 3D T1-ВИ

Введение

Церебральные заболевания, особенно с нарушениями когнитивных функций и аффективными расстройствами, остаются одной из ведущих причин инвалидизации и смертности в мире [1, 2]. Например, у значительной части пациентов после ишемического инсульта развиваются когнитивные расстройства и эмоциональные нарушения (депрессия, тревога, апатия), которые ухудшают качество жизни, затрудняют реабилитацию и создают дополнительную нагрузку на семью и систему здравоохранения [3]. Своевременное прогнозирование таких состояний позволяет персонализировать реабилитационные программы и повысить их эффективность.

В последние годы активно разрабатываются методы количественной оценки структур головного мозга по данным нейровизуализации (морфометрия), которые помогают выявлять ранние изменения и прогнозировать исходы. Особое внимание уделяется так называемым стратегическим зонам – структурам, повреждение которых существенно влияет на высшие мозговые функции. К таким зонам относятся таламус – ключевой релейный центр, участвующий в передаче сенсорных импульсов (за исключением обоняния), а также в процессах внимания и регуляции эмоций, и миндалевидное тело – центральная структура лимбической системы, отвечающая, в частности, за эмоциональные реакции, тревогу и депрессию [4, 5].

В научной литературе морфометрия указанных структур преимущественно проводится по данным магнитно-резонансной томографии (МРТ), однако единого стандартизированного подхода к их количественной оценке до сих пор не существует [6]. Большинство методов трудоемки, требуют специализированного программного обеспечения и не всегда воспроизводимы в рутинной клинической практике.

Мы предлагаем простой, быстрый и воспроизводимый метод ручной морфометрии таламуса и миндалевидного тела на стандартных T1-взвешенных изображениях (ВИ). Данный метод не требует дополнительных финансовых затрат (используются уже выполненные исследования), может применяться врачами различных специальностей (рентгенологами, неврологами, реабилитологами) и пригоден как для клинической работы, так и для научных исследований. В отличие от компьютерной томографии (КТ) МРТ обеспечивает лучшую дифференциацию мягкотканных структур и более высокий тканевой контраст, что позволяет точнее сегментировать мелкие анатомические образования, включая миндалевидное тело.

Цель – описать предложенный и апробированный нами метод цифровой морфометрии таламуса и миндалевидного тела по данным МРТ головного мозга, в том числе для прогнозирования когнитивных и эмоциональных нарушений у пациентов, перенесших ишемический инсульт.

Материал и методы

В проспективное исследование было включено 76 пациентов, перенесших ишемический инсульт и на момент исследования находившихся в раннем восстановительном периоде (от 28 дней до шести месяцев).

Критерии включения:

• подтвержденный на основании данных нейровизуализации диагноз ишемического инсульта;
• возраст от 20 до 94 лет;
• отсутствие в анамнезе других заболеваний центральной нервной системы в анамнезе (опухоли, тяжелая черепно-мозговая травма, нейродегенеративные заболевания).

Критерии исключения:

• наличие артефактов на МРТ, препятствующих морфометрии;
• обширные геморрагические изменения;
• двусторонние очаги в зонах интереса (таламус, миндалевидное тело).
• МРТ. Всем пациентам выполнена МРТ головного мозга на томографе с напряженностью магнитного поля 1,5 Тл. Протокол исследования включал:
• 3D T1-ВИ с изотропным вокселем 1 × 1 × 1 мм (для морфометрии);
• T2-ВИ в аксиальной плоскости;
• Т2 FLAIR в аксиальной плоскости для оценки структурных изменений белого вещества с подавлением сигнала от свободной жидкости.

Толщина среза для 3D T1-последовательности – 1 мм, для других последовательностей – 3–4 мм.

Морфометрия таламуса. Измерения проводили в аксиальной плоскости на уровне передней комиссуры (ориентир – отверстия Монро передних рогов боковых желудочков). Для каждого полушария определяли максимальные поперечный (медиально-латеральный) и продольный (передне-задний) размеры таламуса (мм) с помощью ручной калиперной функции в программе RadiAnt DICOM Viewer/ITK-SNAP/3D Slicer (рис. 1). Измерения повторяли дважды независимым исследователем для оценки воспроизводимости. Метод аналогичен описанному ранее для КТ [6], но адаптирован для T1-ВИ МРТ.

Морфометрия миндалевидного тела. С учетом сложной анатомической формы и небольших размеров амигдалы ее морфометрию проводили в коронарной плоскости, перпендикулярной длинной оси височной доли. На T1-ВИ последовательно выделяли миндалевидное тело на трех-четырех соседних срезах – от места появления белого вещества верхней височной извилины до исчезновения серого вещества под височным рогом бокового желудочка. Контуры обводили вручную с последующим определением площади амигдалы (мм²) (рис. 2). Метод апробирован в исследованиях по МРТ-морфометрии лимбических структур [6].

Постпроцессинговая обработка. Все измерения выполняли с использованием программного обеспечения RadiAnt DICOM Viewer/ITK-SNAP на персональном компьютере (процессор не ниже Intel Core i3, оперативная память от 8 ГБ). Для повышения точности каждый параметр измеряли дважды с интервалом не менее двух недель, после чего вычисляли среднее значение.

Обсуждение

В мировой клинической неврологии и научных исследованиях широко используются дорогостоящие высокотехнологичные методы нейровизуализации (функциональная МРТ, позитронно-эмиссионная томография и др.). В данной работе представлен метод, который не требует дополнительных инструментальных и временных ресурсов и может быть использован любым специалистом или обучающимся. По нашим данным, время выполнения описанных измерений составляет от пяти до 20 минут на одного пациента в зависимости от опыта исследователя и сокращается по мере приобретения навыка.

Нами ранее получены данные о факторах риска и протективных факторах для прогнозирования когнитивных исходов после ишемического инсульта на основании морфометрии стратегических зон [7, 8]. В отличие от исследования А.А. Баландина и соавт. [5], в котором морфометрия таламусов проводилась по данным МРТ у здоровых лиц, в нашем исследовании впервые применен аналогичный метод у пациентов с заболеванием головного мозга с добавлением морфометрии миндалевидного тела.

При сохранности отделов головного мозга, размеры и структура которых могут быть определены предложенным методом, в реабилитации пациентов используется ряд эффективных подходов, включая неинвазивную стимуляцию [9] и транскраниальную электростимуляцию [10]. Морфометрия уже применяется для прогнозирования результатов лечения, в том числе фармакотерапии.

К ограничениям исследования относятся небольшой объем выборки на данном этапе, ручной характер измерений (возможна субъективность), а также отсутствие автоматизированной сегментации. Тем не менее предложенный метод демонстрирует хорошую воспроизводимость и может служить основой для многоцентровых исследований.

Заключение

Поскольку в России отсутствует единый стандартизованный алгоритм цифровой морфометрии таламуса и миндалевидного тела по данным МРТ, предлагаемый метод может быть полезен как рентгенологам, так и клиницистам. Он позволяет сопоставлять результаты исследований, полученных в разных медицинских и научных учреждениях, а также сравнивать данные, в том числе при прогнозировании когнитивных и эмоциональных исходов на фоне церебральных заболеваний. Перспективными представляются дальнейшие исследования, направленные на сопоставление данных морфометрии, полученных при использовании разных методов нейровизуализации (КТ и МРТ), определение референсных значений для конкретных возрастных групп и сравнение результатов в популяциях различных регионов.