Differential Diagnosis of Brain Tumors of Various Etiologies Based on Establishing the Characteristics of Their Biochemical Composition Using Voxel Magnetic Resonance Spectroscopy

Abstract

Введение. Магнитно-резонансная спектроскопия (МРС) – технология исследования, допускающая возможность неинвазивного изучения морфологических и биохимических изменений в тканях организма пациентов. Использование ее с целью дифференциальной диагностики опухолевых образований головного мозга имеет первостепенное значение для решения ряда сложных диагностических задач. Перспективность использования МРС во многом определяется неинвазивностью оценки биохимического и морфологического состава тканей обследуемого организма в условиях in vivo. Цель. Оценить особенности биохимического состава опухолей головного мозга разной этиологии и установить лабораторные критерии их дифференциальной диагностики методом магнитно-резонансной спектроскопии. Материалы и методы. Обследовано 48 пациентов с опухолями головного мозга методом магнитно-резонансной спектроскопии на томографе Optima MR450w GEM (1,5 Tl) с последующей гистологической верификацией операционного материала в зависимости от степени анаплазии (Grade). В группу исследования вошли пациенты с наиболее часто встречающимися типами опухолей головного мозга, среди которых глиальные опухоли головного мозга – 33 (68,8%), менингиомы – 10 (20,8%), метастатическое поражение головного мозга – 5 (10,4%). Результаты. Многовоксельную МРС по водороду выполняли всем пациентам сразу после проведения традиционной МРТ. Наиболее значимыми изменениями у пациентов с глиальными опухолями головного мозга по сравнению с неизмененным веществом головного мозга контралатеральной стороны стали: снижение доли N-ацетиласпартата (NAA), увеличение доли холина (Cho) и лактата (Lac). Было отмечено, что чем выше степень анаплазии глиальной опухоли головного мозга, тем достоверно выше значения соотношений холестерин/креатинин, лактат/креатинин (Cho/Cr и Lac/Cr). При активных пролиферативных процессах в ткани менингиом и глиальных опухолей происходит повреждение базальных мембран клеток протеолитическими ферментами и высвобождение Cho, повышенное содержание которого регистрируется в МР-спектре. Содержание NAA в опухолях менингососудистого ряда было минимальным или отсутствовало. Среди наиболее значимых относительных (к общему количеству) метаболитов констатировано выраженное снижение доли NAA, увеличение доли Cho и наличие аланина (Ala), который определялся в опухолях менингососудистого ряда в 92% случаев, в глиальных опухолях головного мозга не выявлялся. Злокачественные менингиомы в отличие от доброкачественных характеризовались умеренно выраженным увеличением содержания Lac и непостоянным содержанием Ala (в 40% пик аланина не определялся). В отличие от опухолей глиального ряда, при менингиомах выявлялось выраженное снижение доли NAA до 1–2% (при глиальных опухолях – 8–18%), появление пика Ala. Заключение. МРС целесообразно использовать не только с целью дифференциальной диагностики опухолей различных типов, но и в ситуациях, когда данные традиционной МРТ не соответствуют клиническим проявлениям заболевания, а также для уточнения степени анаплазии опухолей глиального ряда. Использование многовоксельной МРС позволяет определить зону с наибольшей пролиферацией. Контрольные МР-спектроскопические исследования рекомендованы для оценки прогрессирования глиомы в динамике. Introduction. Magnetic resonance spectroscopy (MRS) is a research technology that allows for the non-invasive study of morphological and biochemical changes in patient tissues. Its use for the purpose of differential diagnosis of brain tumors is of paramount importance for solving a number of complex diagnostic problems. The prospects for using MRS are largely determined by the non-invasive assessment of the biochemical and morphological composition of the tissues of the examined organism under in vivo conditions. Purpose. To evaluate the features of the biochemical composition of brain tumors of various etiologies and establish laboratory criteria for their differential diagnosis. by magnetic resonance spectroscopy. Materials and methods. 48 patients with brain tumors were examined using magnetic resonance spectroscopy on an Optima MR450w GEM tomograph (1.5 Tl), followed by histological verification of the surgical material depending on the degree of anaplasia (Grade). The study group included patients with the most common types of brain tumors, including: glial brain tumors – 33 (68.8%), meningiomas 10 (20.8%), metastatic brain lesions 5 (10.4%). Results. Multivoxel hydrogen MRS was performed in all patients immediately after conventional MRI. The most significant changes in patients with glial tumors of the brain compared to the unchanged brain substance of the contralateral side were: a decrease in the proportion of N-acetylaspartate (NAA), an increase in the proportion of choline (Cho) and lactate (Lac). It was noted that the higher the degree of anaplasia of a glial brain tumor, the significantly higher the values of the cholesterol/creatinine and lactate/ creatinine ratios (Cho/Cr and Lac/Cr). During active proliferative processes in the tissue of meningiomas and glial tumors, damage to the basal membranes of cells by proteolytic enzymes occurs and Cho is released, an increased content of which is recorded in the MR spectrum. The NAA content in meningovascular tumors was minimal or absent. Among the most significant relative ones (to the total number of metabolites), a pronounced decrease in the proportion of NAA, an increase in the proportion of Cho and the presence of alanine (Ala), which was detected in meningovascular tumors in 92% of cases, was not detected in glial brain tumors. Malignant meningiomas, unlike benign ones, were characterized by a moderate increase in Lac content and variable Ala content (in 40% the alanine peak was not detected). Unlike glial tumors, in meningiomas there was a pronounced decrease in the proportion of NAA to 1–2% (in glial tumors – 8–18%), and the appearance of an Ala peak. Conclusion. It is advisable to use MRS not only for the purpose of differential diagnosis of tumors of various types, but also in situations where traditional MRI data do not correspond to the clinical manifestations of the disease, as well as to clarify the degree of anaplasia of glial tumors. The use of multivoxel MRS allows us to determine the area with the greatest proliferation. Control MR spectroscopic studies are recommended to assess the dynamics of glioma progression.