С появлением высокопольных МР-томографов появилась возможность выполнения функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Метод применяют для предоперационной локации функционально значимых зон коры головного мозга, что изменило стратегию лечения в нейроонкологии и сосудистой нейрохирургии при поражении функционально значимых зон головного мозга. Некоторые ранее неоперабельные опухоли стали доступными для резекции [1]. Разумеется, помимо фМРТ, у таких больных применяют и нейромониторинг [2]. Классификацию артериовенозных мальформаций (АВМ) A. Cannestra, основанную на результатах фМРТ, применяют при выборе тактики лечения пациентов с мальформациями перисильвиевой области [3].

Функциональную МРТ используют для определения латерализации речевых центров [4], оценки пластичности головного мозга [5]. Совместно с нейростимуляцией метод положил основу для концепции многоэтапных резекций диффузных глиом [6, 7]. Совмещение фМРТ и нейронавигации упростило проведение интраоперационного нейромониторинга [8], улучшило функциональные исходы операций [9]. Несмотря на значимые преимущества, метод имеет недостатки — жесткая связь с парадигмами, артефакты от крупных вен, широкая активация всех связанных с заданиями функций мозга не позволяют полностью полагаться на его результаты [10, 11]. Точность фМРТ вариабельна для локации разных функциональных центров мозга [12]. Более полное представление о преимуществах фМРТ позволяет получить максимальную выгоду от ее применения в нейронавигации, а понимание ее недостатков может послужить поводом для отказа от ее применения в пользу других методов.

Методика фМРТ

Первое упоминание об фМРТ принадлежит S. Ogawa [13], ее применение для предоперационного планирования описали C. Jack и соавт. [14]. В 1998 г. была выполнена первая интраоперационная фМРТ на аппарате 0,5 Тл [15], а в 2005 г. T. Gasser и соавт. провели интраоперационную фМРТ на аппарате 1,5 Тл [16]. Для выявления функционального центра при фМРТ пациент должен выполнять задания, зависящие от цели исследования (движения пальцами кисти, чтение, прослушивание музыки и др.). Все задания можно разделить на 2 типа: блоковые и событийно связанные. При блоковых задания повторяются несколько раз вперемешку с контрольными, а фМРТ сигналы от них сравниваются между собой. Это высокочувствительный метод, но он не позволяет оценить скорость и точность выполнения заданий. При событийно связанных парадигмах результаты выполнения стереотипных заданий сравниваются между собой. Метод позволяет оценить производительность (скорость и точность), но обладает низкой чувствительностью [10].

В ответ на выполнение тех или иных действий происходит активация определенных отделов мозга. Из-за повышения потребления кислорода в первые 2 с происходит падение уровня оксигемоглобина в активных центрах мозга, затем происходит компенсаторная гиперперфузия вследствие локальной вазодилатации. Гиперперфузия всегда является избыточной, в результате чего происходят повышение количества оксигемоглобина и усиление T2-сигнала, на основании которого строится BOLD-изображение (англ.: blood oxygen level dependent). Эти данные сравнивают с сигналом в покое путем вычитания, а в итоге данные BOLD накладываются на анатомические изображения МРТ [10]. Другой метод фМРТ (англ.: arterial spin labeling) в качестве индикатора использует магнитно меченные молекулы воды [10].

От правильного выбора парадигмы зависят точность и форма фМРТ-сигнала, сила и амплитуда воздействия способны влиять на величину зоны активации. Действия, выполняемые с нарастающей силой или разной частотой, активируют больший участок мозга. Так, для локации первичной двигательной зоны достаточно сгибания и разгибания пальцев кисти [17]. фМРТ обычно выполняют на высокопольных томографах, но возможно ее проведение и на низкопольных аппаратах. При фМРТ на 5 добровольцах на низкопольном томографе (0,15 Тл) получены устойчивые сигналы от центров движения, речи, чувствительности, но не от зрительной коры [18]. Расположение центров совпало с данными, полученными на высокопольном томографе. Данная возможность имеет клиническое значение при выполнении интраоперационной фМРТ при наличии низкопольного открытого томографа.

Проведение фМРТ без выполнения заданий

В большинстве случаев применение фМРТ требует выполнения определенных заданий, но оценить расположение сенсорной коры возможно и у пациентов, находящихся под наркозом. Стимуляция срединного и большеберцового нервов с последующим выполнением фМРТ у таких больных приводит к активации контралатеральной постцентральной извилины. Данная методика позволяет выполнять фМРТ и у больных с деменцией, неспособных выполнять команды. Влияние препаратов для наркоза на артерии коры мозга может искажать полученные данные. При помощи данной методики можно исследовать состояние лишь сенсорных, но не моторных центров [19].

Другим способом выявления функционально значимых зон головного мозга является фМРТ в покое, которая не требует от пациента выполнения каких-либо заданий. В его основе лежат сведения о том, что в норме в головном мозге в покое происходят незначительные колебания уровней окси- и дезоксигемоглобина с низкой частотой (<0,1 Гц). На основании идентификации этих изменений возможно построение карт различных функций: движений, чувствительности, речи, зрения. Их построение проводится как с установкой первичной референтной точки, так и без нее. Отправная точка служит образцом для сравнения, похожие с ней изменения в рядом расположенных участках мозга говорят об идентичности их функций [20]. Метод находится в стадии изучения и не получил широкого применения.

фМРТ в состоянии покоя отображает обширную нейрональную сеть, тогда как стимул-зависимая фМРТ показывает лишь активацию отдельных участков мозга, вовлеченных в выполнение тех или иных функций. Оба метода обладают высокой точностью в определении расположения чувствительного и двигательного центров и меньшей — в обнаружении речевой коры [20, 21].

Определение функционально значимой зоны при фМРТ отличается от нейрофизиологического картирования. При корковой стимуляции обнаруживается лишь функционально активная зона коры, повреждение которой приводит к неврологическим нарушениям после операции. фМРТ в покое позволяет выявить более обширные участки коры, вовлеченные в выполнение одной и той же функции, но имеющие разную функциональную значимость; у пациентов с опухолями такая сеть деформирована [20].

D. Zhang и соавт. [22] сравнили эффективность выявления сенсомоторной зоны при фМРТ в покое, при фМРТ с парадигмами у 17 добровольцев и при нейростимуляции у 4 больных с опухолями. Расположение сенсомоторной зоны, выявленной при исследовании в покое, во всех наблюдениях совпало с данными корковой стимуляции. Данные фМРТ, полученные в исследовании без парадигм, оказались точнее, чем при выполнении заданий. Локация сенсомоторного центра при фМРТ в покое была информативной даже при невозможности выполнения заданий. При обеих разновидностях метода авторы наблюдали одновременную активацию как сенсорной, так и моторной зон, что говорит об их тесной связи: движения кисти приводят к активации проприоцептивных чувствительных нервов. Метод фМРТ в покое показал более высокую индивидуальную воспроизводимость, чем при выполнении заданий. Его недостатком является большее время сканирования (7—15 мин), что важно для исключения движений головы у пациентов с деменцией [22]. Чувствительность фМРТ без парадигм в выявлении центра движения кисти составляет 91%, специфичность — 89%, что сопоставимо с данными обычной фМРТ [23].

Преимущества фМРТ

Важное преимущество — неинвазивность и, следовательно, повторяемость. В отличие от пробы Вада, которая определяет лишь сторону локализации функционально значимой зоны, фМРТ выявляет ее точное расположение. В отличие от корковой стимуляции фМРТ позволяет выявить значимую зону как на поверхности, так и в глубине борозд [10]. фМРТ в системе навигации позволяет выявить расположение функционально значимых зон, что облегчает и ускоряет корковую стимуляцию [8]. Совместное применение фМРТ и нейрофизиологического картирования сенсомоторной зоны коры улучшает функциональные исходы операции [9, 24]. Совмещение фМРТ с интраоперационной МРТ (иМРТ) позволяет выполнить демаркацию функционально значимых зон. Такая комбинация без применения нейромониторинга приводит к хорошим функциональным исходам в 94% случаев, и лишь в 6% происходит нарастание неврологических нарушений [25].

фМРТ позволяет уточнить тактику лечения больных с опухолями вблизи прецентральной извилины. При расстоянии от новообразования до первичной моторной зоны >5 мм не происходит нарастания двигательных нарушений после операции, при меньшем расстоянии она возникает в 35% случаев. С учетом возможного смещения мозга около 5 мм в процессе хирургического вмешательства суммарное расстояние между двигательным центром и опухолью >10 мм следует считать безопасным при ее резекции. При меньшем расстоянии необходимо применять корковое картирование. При субкортикальном объемном образовании необходимо проведение подкорковой стимуляции [1].

фМРТ позволяет прогнозировать исход при хирургическом лечении АВМ перисильвиевой речевой зоны. Определение точного расположения центра речи в некоторых случаях позволяет уменьшить градацию мальформации по шкале Spetzler—Martin и обеспечивает возможность оперативного лечения. По данным A. Cannestra и соавт. [3], если мальформация отдалена от речевого центра на 1 извилину, после операции не происходит ухудшения состояния, у таких больных безопасна хирургия под наркозом. При расстоянии меньше 1 извилины невозможно прогнозировать речевые нарушения, поэтому целесообразна операция с пробуждением. При прямом контакте риск осложнений высокий, и следует выполнять радиохирургическое вмешательство.

Применение фМРТ не ограничивается локацией сенсомоторного и речевого центров. Ее можно использовать для оценки краткосрочной памяти в нейроонкологии, что невозможно выполнить при помощи нейрофизиологических методов. Парадигмой является запоминание положения картинок на экране монитора, в ответ на которое наблюдается диффузная активация лобной доли. Сохранение памяти при резекции лобарных глиом повышает качество жизни пациентов [26].

Недостатки и причины неточности фМРТ

Значимые речевые зоны при корковой стимуляции имеют небольшие размеры (около 1 см²) и распределенное строение, чередуясь с незначимыми участками коры, но невысокое пространственное разрешение не позволяет их различить по результатам фМРТ, из-за чего весь этот отдел мозга может быть расценен как значимый [27, 28]. Выполнение теста с двигательной парадигмой активирует не только первичную двигательную зону, но и другие рядом расположенные участки мозга, отвечающие за принятие решения, начало движения и контроля за его исполнением [11]. Кроме того, фМРТ не позволяет различить функционально необходимые участки мозга и те, функция которых может быть компенсирована другими мозговыми центрами. Вследствие этого очаг активации головного мозга имеет большие размеры, чем по результатам транскраниальной магнитной и прямой корковой стимуляции [27]. Этот вывод подтверждают данные G. Spena и соавт. [28], полученные при исследовании центра речи у 3 левшей. У всех при фМРТ он был выявлен в обоих полушариях, но при корковой стимуляции — лишь в правой гемисфере [29]. Расположение центра речи в недоминантной гемисфере при фМРТ свидетельствует лишь о вовлеченности этого полушария в вербальную функцию, но не говорит о полном его контралатеральном перемещении [30].

Сигнал фМРТ подвержен помехам от таких движений тела пациента, как биение сердца, дыхание, движения головы. Сигнал от крупных вен может давать артефакты при фМРТ, хотя на высокопольных томографах это не так значимо [10, 17]. Снижение точности возможно при совмещении анатомических и функциональных результатов МРТ [17, 31].

Метод фМРТ основан на изменении перфузии коры головного мозга в момент активации, и поэтому позволяет лишь косвенно судить о расположении значимых центров. Анализ результатов фМРТ носит субъективный характер, так, одни и те же исходные данные разные специалисты могут интерпретировать по-разному. Патологические образования головного мозга различным образом изменяют сигнал фМРТ. Наиболее полно данный эффект изучен для глиом и АВМ. Глиомы вызывают развитие перифокального отека с последующим локальным нарушением оксигенации головного мозга [12, 32]. Злокачественные опухоли прорастают здоровую ткань, что приводит к уменьшению количества контактов между нейронами, астроцитами и капиллярами. Прямое сдавление опухолью значимых центров нарушает их активность и снижает интенсивность BOLD-сигнала. Высвобождение оксида азота клетками опухоли увеличивает кровоток в головном мозге и уменьшает экстракцию кислорода. Опухоль изменяет кислотность среды, концентрацию глюкозы, лактата и аденозинтрифосфата, что также влияет на микроциркуляцию [12, 33, 34]. Наличие артериовенозного шунтирования в глиобластомах снижает мощность сигнала фМРТ [35]. С другой стороны, растущая опухоль вызывает пролиферацию сосудов, что приводит к увеличению объема крови в головном мозге и повышению экстракции кислорода с повышением мощности BOLD-сигнала [12, 17, 34, 36]. Одним из способов повышения точности фМРТ является проба с задержкой дыхания. Возникающая в ответ гиперкапния и вазодилатация препятствуют нейроваскулярному разобщению, что усиливает мощность BOLD-сигнала [37]. При расположении двигательного центра внутри опухоли эти данные фМРТ не совпадают с результатами, полученными при корковой стимуляции [32].

При наличии АВМ происходит снижение артериального давления в окружающих ее сосудах. В интранидальных сосудах АВМ происходит нарушение выработки оксида азота и нейромедиаторов, что влияет на ауторегуляцию кровотока в них и изменение сигнала при фМРТ [33]. Указанные изменения кровотока могут привести как к ложнонегативным, так и ложнопозитивным результатам исследования.

Еще одним интересным эффектом, выявляемым при фМРТ, является гомотопичное смещение функционально значимых центров в противоположное пораженному полушарие. Иными словами, у больного-правши с опухолью левой лобной доли центр речи смещается в лобную долю правого полушария. Данный эффект может быть обусловлен как реорганизацией коры вследствие эффекта пластичности, так и ошибками фМРТ. J. Ulmer и соавт. [32] в серии из 50 наблюдений (преимущественно глиомы и АВМ) такой сдвиг по результатам фМРТ выявили в 46% случаев, однако в 30% случаев результаты фМРТ оказались ложными, что было подтверждено при проведении пробы Вада, интраоперационного нейромониторинга и изучении динамики неврологических нарушений после операции. У оставшихся пациентов причина сдвига точно не была установлена. В связи с этим применение фМРТ для определения сторонности расположения функциональных центров (особенно центра речи) при наличии опухоли или АВМ является ненадежным.

K. Peck и соавт. [29] выявили несовпадение речевой зоны при фМРТ в 25% случаев лишь при повторных операциях. При невозможности обнаружения при фМРТ центра Брока из-за его сдавления опухолью исследователи рекомендуют определять местоположение центра Вернике. Это является косвенным признаком расположения в этом же полушарии и центра Брока из-за многочисленных связей между ними. Другим признаком локализации центра речи на стороне опухоли является наличие речевых нарушений.

Резекция глиом функционально значимых зон на основании лишь данных фМРТ без нейрофизиологического обследования приводит к частым осложнениям. По данным A. Haberg и соавт. [34], стойкий неврологический дефицит возникает в 55% наблюдений. Длительность неврологических нарушений не зависит от расстояния между значимым центром и опухолью.

Лучшие исходы могут быть достигнуты при применении интраоперационной сонографии. E. Berntsen и соавт. [37] выполняли удаление разных опухолей и каверном вблизи функционально значимых центров с применением фМРТ и трактографии без нейромониторинга у 51 больного. Отличием от предыдущей работы явилось проведение интраоперационной коррекции смещения мозга под контролем ультразвукового исследования. Ухудшение состояния после операции при разных образованиях наблюдали в 12—33% случаев, но радикальность резекции при глиомах составила лишь 42%. Небезопасно полагаться только на навигацию при хирургии образований рядом со значимыми зонами мозга. Даже незначительные ошибки, полученные при регистрации или совмещении анатомических и функциональных данных, суммируются и могут привести к ятрогенному повреждению мозговых структур. Так, ошибка в 2 мм при расстоянии до значимой зоны в 5 мм составляет 40% расстояния.

Сравнение результатов фМРТ и корковой стимуляции

Расположение двигательного центра при фМРТ совпадает с результатами, полученными при корковой стимуляции в 87—100% случаев, а речевого — в 43—91%, специфичность обоих сравнений составляет 64—68%. Расположение центра Вернике удается точно определить в 91% случаев, а центра Брока — в 77% [8, 17, 28, 29, 38, 39]. Полное совпадение двигательного центра по результатам фМРТ и корковой стимуляции происходит в 67% случаев, частичное — в 17%, результаты не совпадают в 17%. Расхождение ответов происходит при слабой визуализации моторной зоны при фМРТ. Это возникает при их прорастании опухолью, значимом перифокальном отеке и предоперационном парезе [40].

Данные фМРТ о расположении чувствительной и вторичной двигательной зон часто не совпадают с результатами корковой стимуляции. Совпадение результатов обоих методов в обнаружении других центров невозможно предсказать до операции [17]. При расстоянии 1 см и более при фМРТ от значимой зоны до области резекции снижается риск неврологических осложнений, что соответствует результатам корковой стимуляции [35]. У 38—46% больных речевой центр, выявленный при кортикальной стимуляции, может быть не обнаружен при фМРТ [29, 41].

Более стабильное расположение имеют центры речи в задних отделах лобной доли на границе с прецентральной извилиной (чувствительность фМРТ 91% при специфичности 59%). При отсутствии активации в этих участках при фМРТ K. Kamada и соавт. [42] рекомендуют выполнять операцию без нейростимуляции. Локализация речевых зон в передних отделах лобной доли вариабельна, таким пациентам показано хирургическое лечение в состоянии бодрствования.

Имеются данные о полном совпадении центра речи при фМРТ и корковой стимуляции при хирургическом лечении с пробуждением [9, 24]. Правильность метода зависит от выполняемой парадигмы. При назывании предметов чувствительность фМРТ в определении центра речи составляет 22%, при генерации глаголов — 36%, при их комбинации — 59% при специфичности 97—98%. При сравнении ответов на кортикальную стимуляцию с послеоперационной фМРТ совпадение возрастает до 75%, что может быть обусловлено декомпрессией головного мозга после удаления опухоли и возобновлении нормальной работы речевых центров [32]. J. Hirsch и соавт. [8] выявили полное соответствие при локации зрительной коры при фМРТ и корковой стимуляции. Таким образом, фМРТ — точный метод локализации центров движения и зрения из-за их онто- и филогенетического постоянства расположения, но недостаточно точен для локации речевой зоны [12].

Заключение

фМРТ широко применяется в нейрохирургии на этапе планирования операций. Метод точен для определения расположения двигательной и зрительной зон, но малоинформативен в выявлении центров речи. Лишь в некоторых ситуациях при достаточном расстоянии от объемного образования до функионально значимой зоны он может заменить интраоперационный нейромониторинг. Интраоперационное смещение мозга нивелирует преимущества функциональной нейронавигации. Совмещение результатов анатомической иМРТ и предоперационной фМРТ позволяют частично решить эту проблему.

Близкое расположение богато кровоснабжаемых опухолей и АВМ искажает BOLD-сигнал, что необходимо учитывать при планировании операции. Несмотря на обнадеживающие результаты использования фМРТ покоя, возможности этого метода пока недостаточно изучены, и он не применяется рутинно. Его использование наиболее актуально у больных с деменцией.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.