СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СПОНДИЛОГЕННОЙ ШЕЙНОЙ МИЕЛОПАТИИ БЕЗ КОМПРЕССИИ СПИННОГО МОЗГА
METHOD FOR DIAGNOSTICS OF SPONDYLOGENIC CERVICAL MYELOPATHY WITHOUT SPINAL CORD COMPRESSION

Изобретение относится к медицине, а именно к нейрохирургии, неврологии и рентгенологии.
Миелопатия шейного отдела позвоночника в мире остается одной из самых актуальных медицинских проблем на сегодняшний день. В нозологической структуре первичной инвалидности вследствие дорсопатий третье место занимает поражение межпозвоночного диска шейного отдела с миелопатией (21,2%). Это говорит о том, что в последнее десятилетие общий уровень инвалидности населения России вследствие миелопатии остается высоким, достигая уровня 21,4 случая на 100000 населения. Более того, по данным известных российских и зарубежных исследователей около 50 млн человек планеты страдают миелопатиями и, по прогнозам, это число до 2030 года увеличится вдвое. В индустриально развитых странах среди лиц старше 40 лет распространенность миелопатий различного генеза достигает 1,9%. В Германии из 82 млн населения риску цервикальной миелопатии подвержено более 1 млн человек в возрасте после 50 лет.
Рассматривая классификацию миелопатии стоит отметить, что наиболее распространенной являются: спондилогенная - связана с различными дегенеративными процессами позвоночного столба; ишемическая - развивается на фоне хронического нарушения спинномозгового кровообращения; посттравматическая - обусловлена как непосредственной травмой спинного мозга (сотрясение, ушиб), так и с компрессионным воздействием гематомы, смещенных позвонков или их частей при переломе. Среди патогенетических механизмов возникновения миелопатии преобладает компрессионный. Возможна компрессия межпозвоночной грыжей, остеофитами, отломками при переломе, опухолью, посттравматической гематомой, смещенным позвонком. При этом может происходит не только непосредственное сдавление спинного мозга, но и пережатие спинномозговых сосудов, следствием чего является гипоксия и нарушение питания, а затем дегенерация и гибель нервных клеток.
Жалобы пациентов с шейной миелопатией не являются специфическими. Все зависит от уровня и степени поражения спинного мозга. Их выраженность и проявления очень сильно варьируют. В основном это боль в шее, боли, слабость, чувство онемения в теле, конечностях, в разных комбинациях, недержание, задержка мочеиспускания, нарушение походки и могут быть проявлениями других заболеваний. Поэтому жалобы не являются критериями для постановки диагноза миелопатии. Заболевание проявляется постепенно. Пациенты долгое время могут не обращать никакого внимания. При этом чем длительнее болеет пациент, тем эффект от лечения минимален. Поэтому ранняя и точная диагностика имеет огромное значение для полного выздоровления. При клиническом осмотре оцениваются двигательные и чувствительные нарушения, нарушения функций тазовых органов, рефлексы, наличие или отсутствие других неврологических симптомов. В целом миелопатический симптомокомплекс может включать периферический парез/паралич с мышечной гипотонией и гипорефлексией, развивающийся на уровне пораженных сегментов; центральный парез/паралич с мышечным гипертонусом и гиперрефлексией, распространяющийся ниже уровня локализации патологических изменений; гипестезиею и парестезию как на уровне поражения, так и ниже его; тазовые нарушения (задержка мочи или кала). В диагностике для объективной оценки миелопатии используются селективная ангиография сосудов спинного мозга на шейном уровне спинного мозга, МРТ шейного отдела позвоночника и спинного мозга. Селективная ангиография дает возможность оценить отдельно сосуды спинного мозга, может выявить, какой сосуд, где поражен, в каком бассейне происходит плохое кровоснабжение спинного мозга. Однако применение и возможности его ограничены, так как это исследование является инвазивным методом с применением йодсодержащих препаратов и имеет много противопоказаний. МРТ шейного отдела позвоночника и спинного мозга позволяет выявить и оценить сразу комплекс изменений как позвоночника, так и спинного мозга, и остается на сегодняшний день единственным методом, с помощью которого можно увидеть очаг миелопатии.
Тем не менее, исследования показывают, что изменения, выявляемые у больных спондилогенной миелопатией на МРТ, не являются патогномоничными и встречаются с различной частотой и у лиц без клинической симптоматики. При этом у пациентов с миелопатией на МРТ может отсутствовать очаг миелопатии, особенно на ранней стадии. Литературные сведения, посвященные изучению клинико-МРТ корреляций при шейной миелопатии, скудны и противоречивы.
Поэтому разработка диагностических критериев и методик необходима для ранней и точной диагностики шейной миелопатии с целью достижения эффективного лечения пациентов с данной патологией.
Известные способы диагностики с помощью МРТ.
2
Из уровня медицинских знаний известен способ диагностики спондилогенной миелопатии шейного отдела, включающий проведение на аппарате МРТ с напряженностью поля 1,5 Тл. Протокол МРТ состоял в сагиттальной плоскости Т1-взвешенной (TR=390 мс, ТЕ=12 мс) последовательности и в сагиттальной и аксиальной Т2-взвешенной (TR=3500 мс; ТЕ=120 мс) последовательности. Затем было получено в сагиттальной плоскости диффузно-тензорное изображение (DTI). Диффузно-тензорное изображение (DTI) основано на одноплоскостной эхо-планарной визуализации (EPI factor=111). Программа SPIR (Spectral Presaturation with Inversion Recovery) использовалась для подавления жирового сигнала. Сбор данных о диффузии выполнена в 25 направлениях; В-фактор составлял 900 мм/с. Параметры получения изображения были следующие: ТЕ=94 мс, TR=2010 мс, FOV 200×200×36 мм, частичное обнаружение Фурье (коэффициент полусканирования = 0,6179), матрица реконфигурации 128×128, фазовое кодирование АР. Полоса пропускания в направлении частоты составляла 1595 Гц/пиксель. Двенадцать поперечных срезов были получены без каких-либо интервалов. Разрешение изображения на плоскости составляло 1,56×1,56 мм с срезом толщиной 3 мм. Эта последовательность длилась 3 мин 33 с. Еще одна Т2-взвешенная последовательность в сагиттальной плоскости была использована для соответствия анатомическому расположению диффузно-тензорных изображений. Были получены значения фракционной анизотропии (FA) и коэффициента диффузии (ADC). После была построена трехмерная реконструкция волокон проводящих путей. Выполнена реконструкция без «ступенек», однако разрешающая способность данного исследования оказалась меньше и меньше соотношение сигнал/шум (Budzik J.F., Balbi V., Le Thuc V., Duhamel A., Assaker R., Cotten A.. Diffusion tensor imaging and fibre tracking in cervical spondylotic myelopathy.// European Society of Radiology. - 2011. - №21. - P.426-433. DOI 10.1007/s00330-010-1927-z). Недостатками предложенной методики являются: не дает раннюю и точную диагностику, в связи с ограниченностью области исследования 2-сегментами шейного отдела спинного мозга (использования ограниченного количества срезов - 12), не позволяющей оценить полностью протяженность изменений в спинном мозге, использование меньшего количества направлений диффузии (25) при получении данных, что влияет на чувствительность методики в детектировании небольших по размеру волокон. Применены высокие значения фактора ускорения эхо-планарной последовательности (EPI=111), что увеличивает возможность возникновения артефактов от ошибок, связанных с недостаточностью данных для корректного преобразования данных в ходе построения изображений томографом. Наличие необходимости дальнейшей программной корректировки качества изображений после выполнения процедуры для получения достоверных результатов обработки.
Задача изобретения состоит в разработке более ранней и точной, а также дифференциальной диагностики спондилогенной миелопатии без компрессии спинного мозга.
Материал исследования.
На аппарате с напряженностью поля 1,5 Тл были обследованы 61 пациент с шейной миелопатией различной этиологии, с декабря 2014 года по декабрь 2016 года. Распределение по полу и возрасту: 38 мужчин (n=38), 25 женщин (n=22), от 25 до 79 лет (средний возраст 52±13,5).
Все пациенты имели клинические проявления шейной миелопатии в различных комбинациях: двигательные - повышение тонуса и спастичность, снижение силы; чувствительные - снижение болевой и температурной чувствительности, нарушение глубокой чувствительности; рефлекторные нарушения - повышение, снижение сухожильных рефлексов, патологические симптомы.
Всем 61 пациентам проводилось стандартное МРТ и диффузно-тензорное (DTI) МРТ. Данная методика позволяет в полной мере характеризовать молекулярную диффузию в 3-х измерениях пространства. Свободная диффузия происходит во всех направлениях. В белом веществе основным барьером является миелин, который препятствует перпендикулярной диффузии, и диффузия происходит параллельно вдоль ориентации волокон. Помехи (ограничение или увеличение) диффузии могут быть оценены количественно - измерением фракционной анизотропии (FA) и коэффициента диффузии (ADC). Фракционная анизотропия (FA) отражает анизотропию процесса диффузии, характеризует степень направленности структур и их целостность, принимает значения от 0 (изотропная диффузия) до 1 (полностью анизотропная диффузия). ADC отражает диффузионную способность воды, высокий ADC говорит о высокой мобильности воды или/и увеличения барьера, что препятствует движению воды. При разных патологиях эти данные меняются. Собственные значения тензора в различных направлениях могут отражать специфические патологические процессы и структурные изменения. Фракционная анизотропия (FA) коррелирует с тяжестью миелопатии и дает возможность судить о степени выраженности миелопатии.
В результате обследования пациентов у полученных изображений были оценены фракционная анизотропия, коэффициент диффузии на разных уровнях: визуальный очаг поражения, выше и нижележащие здоровые ткани, соответствующие МРТ снимкам, так же выполнена трехмерная реконструкция проводящих путей.
Техническим результатом заявленного способа является ранняя и точная диагностика степени поражения спинного мозга в зависимости от фракционной анизотропии (FA) и коэффициента диффузии (ADC).
Способ осуществляется следующим образом.
МРТ состоял из Т1-взвешенной последовательности (TR=390 мс, ТЕ=12 мс) в сагиттальной плоскости и Т2-взвешенной последовательности (TR=3500 мс; ТЕ=120 мс) в сагиттальной и аксиальной плоскостях. Затем было получено в аксиальной плоскости диффузно-тензорное изображение (DTI). Программа SPIR (Spectral Presaturation with Inversion Recovery) использовалась для подавления жирового сигнала, выполнена в сагиттальной плоскости. Сбор данных ведется в перпендикулярной плоскости к ходу волокон спинного мозга перекрывающимися срезами без промежутков (gap), толщина среза 2 мм, размер вокселя (разрешение) - 1,3 мм. Использована матрица реконструкции меньших размеров, квадрадтной формы - 86×86, затем реконструирующаяся в 128×128. В нашей последовательности выполнялось получение изображений в 60 срезах, используя 2 накопления (NSA) с фактором ускорения (Sense фактор - 2) - достраивание изображений по краям, и фактором ускорения диффузии (EPI) - 43. Использовался сбор сигнала диффузии молекул по 32 направлениям. Показатель TR - 4047 мс, ТЕ - 84 мс, поле обзора -120×170×170 мм.
Аксиальная плоскость выбрана преимущественно из-за двунаправленного хода волокон, это дает возможность измерять показатели FA и ADC на каждом уровне в пределах "анатомического среза", а за счет изотропного вокселя и перекрывающихся срезов мы получаем реконструкции без "ступенек".
Используемые в протоколе размеры матрицы реконструкции и поля обзора обеспечивают отсутствие заворотов по краям получаемых изображениях, а за счет более длинного TR удается зарегистрировать сигнал от большего количества молекул воды.
Используя 2 накопления при получении каждого, получаем усредненное изображение, что позволяет снизить влияние на качество изображений артефактов от движения, связанных с пульсацией спинномозговой жидкости, а также с дыхательными и глотательными движениями пациента.
Получение информации с применением 60 срезов и параметров, указанных выше, позволяет сканировать весь шейный отдел спинного мозга и корректно оценить значения показателей фракционной анизотропии (FA), измеряемого коэффициента диффузии (ADC) и средней диффузионной способности (MD).
Уменьшенный фактор ускорения регистрации диффузии EPI (до 43) позволил снизить количество артефактов, связанных с неправильной регистрацией («разрушением») изображений, хотя это и привело к удлинению времени сканирования, учитывая относительную независимость протокола от артефактов «движения», качество полученных изображений улучшилось.
В протоколе выполнялся сбор данных по 32 направлениям диффузии. В протоколах диффузионно-тензорных изображений шейного отдела спинного мозга, используемых другими исследователями, количество направлений сбора не превышает 16. Благодаря этому возможно с большей точностью визуализировать волокна даже небольшого диаметра: в составе трактов, построенных по комиссуральным нервным волокнам.
Благодаря улучшению разрешающей способности протокола возможна изолированная оценка параметров диффузии как с использованием области интереса (ROI), так и с использованием построения отдельных трактов (трактография) и последующей оценки этих параметров в отдельных волокнах, в любом сегменте шейного спинного мозга. Таким образом, возможна регистрация изменений параметров диффузии, вызванных патологией, затрагивающей лишь один сегмент (ишемической, компрессионной либо неопластической природы), у каждого отдельного пациента.
Таким образом, созданный протокол позволяет получить изображения проводящих путей шейного отдела спинного мозга с сравнительно высокой разрешающей способностью, сопоставляя с протоколами других исследователей. Модификация аппаратных параметров в созданном протоколе минимизировала влияние на качество изображений артефактов различного характера, как связанных с пациентом, так и аппаратных. Возможна оценка изменений параметров диффузии (FA, ADC, MD) в каждом отдельном сегменте шейного отдела спинного мозга, что позволяет зарегистрировать изменения, вызванные ограниченным по объему патологическим процессом как в месте его локализации, так и в нижележащих сегментах. На основании сопоставления клинической картины у каждого пациента данных диффузно-тензорного МРТ (DTI МРТ), включая статистические обработки, можно разделить миелопатию по степени тяжести в зависимости от показателей фракционной анизотропии (FA), где легкой соответствует значение от 0,5 до 0,3, средней от 0,3 до 0,2, тяжелой от 0,2 и ниже. Связано это с патофизиологическими механизмами, происходящими в спинном мозге при шейной миелопатии, которая включает в себя ишемию, глутаматергическую токсичность, нейровоспаление и апоптоз. При легкой степени происходит ишемия спинного мозга вследствии нарушения кровоснабжения и гипоперфузии нервной ткани. Далее на клеточном уровне первыми реагируют олигодендроглия и нейроны, которые обладают гиперчувствительностью к ишемии, что может привести к апоптозу этих клеток. На данном этапе все процессы обратимы. Дальнейшее прогрессирование повреждения проявляется признаками отека и глиоза, при этом наблюдается обширная нейрональная гипоплазия, замещение стромы глиальными клетками и деградация белого вещества. В результате всего этого происходит ремоделирование спинного мозга, приводящее к гибели клеток эндотелия и дисфункции региональной сосудистой сети. Повреждение эндотелиальных клеток вызывает нарушение гематоэнцефалического барьера спинного мозга, увеличивается проницаемость сосудов, что приводит к отеку спинного мозга, что соответствует средней степени. Процессы, происходящие в спинном мозге на этом этапе, обратимы частично. На стандартных последовательностях МРТ при легкой и средней очаг миелопатии не виден. Повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера, кроме отека, способстует прохождению воспалительных медиаторов, что усугубляет процесс. При тяжелой степени присоединяются следующие механизмы повреждения нервной ткани на молекулярном уровне: глутаматэргическая токсичность либо эксайтотоксичность и нейровоспаление с участием нейтрофилов, моноцитов, макрофагов, лимфоцитов и целым набором воспалительных медиаторов. Центральную роль в процессах эксайтотоксичности занимают NMDA-рецепторы, которые взаимодействуют с глутаматом. Глутамат является главным возбуждающим нейромедиатором в ЦНСе человека В физиологических условиях NMDA-рецепторы активируются миллимолярными концентрациями глутамата, который присутствует в синаптической щели в течение нескольких миллисекунд. При патологической импульсации рецепторы активируются микромолярными концентрациями в течение значительно большего времени. В результате этого происходит увеличение концентрации Са2+ в клетках и накопление ионов K+ во внеклеточном пространстве. "Кальциевая перегрузка" нейронов и активация Са2+-зависимых процессов (повышение активности протеаз, киназ, эндонуклеаз, липооксигеназ, фосфолипазы А2 и др. ферментов) ведет к значительным изменениям в метаболизме и генетическом аппарате клетки, неконтролируемому действию свободных радикалов и приводит к массовой необратимой клеточной гибели - апоптозу нейронов. Эти процессы необратимы.
Пример
Мужчина 51 год с жалобами на боль в шее, боль в плечах, слабость, нарушение чувствительности в левой руке, нарушение чувствительности в левой ноге. Клинически уровень поражения на уровне С3-С4. При классической МРТ в T1, Т2 режимах визуальный очаг не обнаружен. При измерении показателей на диффузно-тензорном изображении (DTI) МРТ на уровне С2-С5 наблюдаем значительное снижение показателей FA и повышение показателей ADC, наибольшее уменьшение FA показателей и повышение ADC наблюдалось на уровне С3-С4, что полностью соответствовало клинической картине у пациента (табл. 1 и фиг. 1) а - 3D реконструкция проводящих путей; б - стандартная МРТ в сагиттальной плоскости без видимого очага миелопатии; в - стандартная МРТ в аксиальной плоскости без видимого очага миелопатии; г - 3D реконструкция проводящих путей в аксиальной плоскости. 1 - круг - область на стандартной МРТ, соответствующая очагу миелопатии; 2 - стрелка - проводящие пути, соответствующие области миелопатии. При построении трактографии с трехмерной реконструкцией проводящих путей проводящие пути полностью визуализировались. Пациенту на основании сопоставления клинической картины и данных диффузно-тензорного изображения установлен диагноз «шейная миелопатия сосудистого генеза, средней степени». У данного пациента при стандартной МРТ визуализации очага миелопатии не выявлено, однако показатели DTI соответствуют наличию патологии. Это дает возможность объективно диагностировать миелопатию ранее, чем она будет визуализирована при стандартных МРТ исследованиях. Пациенту проведен курс консервативной терапии с положительным клиническим эффектом.