Оптимизация хирургического лечения опухолей и каверном головного мозга с применением интраоперационных методов нейровизуализации и криодеструкции

Размещено на http://www.allbest.ru

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

ОПТИМИЗАЦИЯ ХИРУРГИЧЕСКОГО ЛЕЧЕНИЯ ОПУХОЛЕЙ И КАВЕРНОМ ГОЛОВНОГО МОЗГА С ПРИМЕНЕНИЕМ ИНТРАОПЕРАЦИОННЫХ МЕТОДОВ НЕЙРОВИЗУАЛИЗАЦИИ И КРИОДЕСТРУКЦИИ

14.01.18 - нейрохирургия

Васильев Сергей Амурабиевич

Москва 2010

Работа выполнена в Московском государственном медико-стоматологическом университете и в Учреждении Российской академии медицинских наук Российском научном центре хирургии имени академика Б.В. Петровского Российской академии медицинских наук.

Научные консультанты:

Член-корреспондент РАМН, профессор Владимир Викторович Крылов

Академик РАМН, профессор Валерий Александрович Сандриков

Официальные оппоненты:

Доктор медицинских наук, профессор Юрий Семенович Щиголев

Доктор медицинских наук, Профессор Геннадий Иванович Антонов

Доктор медицинских наук, профессор Елена Юрьевна Трофимова

Ведущая организация:

Российская медицинская академия последипломного образования.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского.

Ученый секретарь

диссертационного совета

профессор А.А. Гуляев

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, используемых в диссертации

АВМ - артериовенозная мальформация.

ИС - интраоперационная сонография.

КТ - компьютерная томография.

КХА - криохирургический аппарат.

МРТ - магнитно-резонансная томография.

ОИЯИ - Объединённый институт ядерных исследований.

РНЦХ - Российский научный центр хирургии.

ЦСЖ - цереброспинальная жидкость.

ТМО - твердая мозговая оболочка.

ТЭЛА - тромбоэмболия легочной артерии.

УЗ - ультразвуковой, ультразвук.

УЗДГ - ультразвуковая допплерография.

УЗИ - ультразвуковое исследование.

ЦНС - центральная нервная система.

ШКГ - шкала комы Глазго.

2D - двухмерный режим сканирования.

3D - трехмерный режим сканирования.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Различным аспектам хирургического лечения больных с объемными образованиями головного мозга посвящено большое количество научных исследований. Трудность решения целого комплекса задач, возникающих при удалении объемных образований (выбор хирургических доступов, тактики и техники удаления, радикальность удаления, сохранность функционально важных структур мозга), связана с высоким уровнем послеоперационной инвалидизации и летальности. Проблема совершенствования подходов к оперативному лечению больных с внутричерепными объемными образованиями представляет собой одну из наиболее важных задач нейрохирургии (Бурденко Н. Н. 1937, Кандель Э. И. 1981, Коновалов А. Н. и соавт. 2006).

Несмотря на широкое внедрение современных методов диагностики и лечения объемных образований головного мозга, отдаленные результаты лечения этой категории пациентов остаются неудовлетворительными. Согласно эпидемиологическим данным, частота первичных опухолей головного мозга составляет 2 % от всех злокачественных новообразований у взрослых, заболеваемость -- от 7 до 8 человек на 100 000 населения (Крылов В. В. 2007, Лапшин Р. А. 2006, Mahaley et al. 1989). Наиболее часто опухоли локализуются супратенториально. В группе пациентов до 65 лет церебральные глиомы занимают пятое место среди причин смерти от злокачественных новообразований (Campbell JW et al. 1996). Наибольшая частота встречаемости опухолей головного мозга отмечается в развитых странах, что, однако, может быть обусловлено более эффективной диагностикой. Риск развития опухолей возрастает с 30 лет, а после 75 лет заболеваемость уменьшается. Соотношение мужчин и женщин составляет 1,5:1, однако менингиомы чаще выявляются у женщин. Пятилетняя выживаемость при первичных церебральных опухолях в развитых странах составляет 15-18% (Гайдар Б. В. 2002). Наибольшая выживаемость характерна для пациентов молодого возраста и для женщин. У детей опухоли головного мозга занимают второе место среди всех злокачественных новообразований, что составляет 15-25%. Пятилетняя выживаемость у детей выше, чем у взрослых, и достигает 59-72% (Devaux ВС et al. 1993, Yasargil MG. 1994). нейросонография опухоль кавернома головной мозг

Интраоперационное применение навигационных систем позволяет существенно повысить точность действий хирурга, облегчает поиск и идентификацию анатомических объектов. Однако, навигационные системы дороги и использование их во всех клиниках, где проводятся нейрохирургические операции достаточно сложно. Ограниченность применения навигационных систем также обусловлена зависимостью от предоперационных изображений. При этом любое смещение структур головного мозга во время операции исключает применение навигационных систем в режиме реального времени.

Одним из перспективных методов лечения опухолей мозга является криохирургия. В нашей стране первое применение криометодов было осуществлено в 60-х годах ХХ века именно в нейрохирургии. Но со временем эта методика была незаслуженно забыта. В настоящее время во всем мире отмечается возрождение интереса к криохирургии (Низковолос В.Б. 2007, Grьnder W et al. 2003). Потенциальные возможности этого метода ещё не достаточно оценены и изучены (Maroon JC et al. 1992).

Учитывая вышеизложенное, представляется целесообразным проведение исследования по оптимизации применения нейронавигационных систем и ультразвукового сканирования в хирургии объемных образований головного мозга, а также проведение исследования, посвященного изучению влияния ультранизких температур на головной мозг в эксперименте на животных с использованием интраоперационной ультразвуковой диагностики, методов интраоперационного инвазивного термоконтроля зоны криодеструкции, послеоперационного МРТ исследования и морфологии головного мозга млекопитающих, подвергнутых криовоздействию.

Цель исследования. Разработать тактику хирургического лечения опухолей и каверном головного мозга с интраоперационным применением нейросонографии, нейронавигации и криодеструкции.

Задачи исследования.

1. Выявить возможности нейросонографии и нейронавигации в интраоперационной диагностике опухолей и каверном головного мозга.

2. Оценить результаты хирургического лечения опухолей и каверном головного мозга с применением интраоперационной нейросонографии, нейронавигации.

3. Определить показания к применению нейросонографии и нейронавигации в хирургическом лечении опухолей и каверном головного мозга.

4. Уточнить факторы, влияющие на результаты хирургического лечения больных с опухолями и каверномами головного мозга с использованием интраоперационной нейросонографии и нейронавигации.

5. Разработать методику локальной криодеструкции головного мозга млекопитающих.

6. Оценить результаты применения криодеструкции в эксперименте на головном мозге млекопитающих.

Научная новизна исследования

1. Разработан алгоритм проведения интраоперационной сонографии и безрамной навигации опухолей и каверном головного мозга.

2. Доказано, что применение интраоперационной сонографии в хирургии опухолей и каверном головного мозга уменьшает послеоперационную травму головного мозга, позволяет контролировать этапы удаления опухолей, проводить биопсию опухолей в режиме реального времени. Недостатком интраоперационной сонографии является невозможность выбора границы предполагаемой краниотомии.

3. Показаны преимущества безрамной навигации в хирургии каверном головного мозга, позволяющей определить место трепанации, особенно при внепроекционных доступах и локализовать небольшие по размеру мишень-каверномы. Недостатком применения безрамной навигации является потеря нейронавигационных ориентиров, происходящая при смещении мозга во время выполнения интракраниального этапа операции.

4. Определено, что интраоперационная сонография эффективна в отношении опухолей головного мозга, удаление которых связано со значительным истечением цереброспинальной жидкости и смещением мозга, каверном, хорошо васкуляризованных опухолей, связанных с крупными артериями, венами, венозными синусами. Интраоперационная сонография высокоэффективна при биопсии опухолей головного мозга.

5. Доказана эффективность нейронавигации в хирургии поверхностно расположенных небольших объемных образований, при удалении которых истечение цереброспинальной жидкости не приведет к смещению мозга, а также при удалении поверхностно расположенных небольших объемных образований, при которых основной сложностью является определение места трепанации. Комплексное применение интраоперационной сонографии и безрамной навигации целесообразно в хирургии опухолей и каверном головного мозга.

6. Показано, что наиболее значимыми факторами, влияющими на результаты лечения больных с опухолями и каверномами головного мозга, оперированных с применением нейровизуализации являются степень злокачественности опухолей и наличие перифокального отека.

7. Получены данные, показывающие, что основными результатами применения ультранизких температур в эксперименте на головном мозге млекопитающих являются тотальный крионекроз в зоне криовоздействия, возможность управления размерами формирующегося ледяного шара, минимальная перифокальная реакция и сохранность окружающей ткани мозга.

Практическая значимость

1. Показано, что применение интраоперационной сонографии повышает радикальность удаления объемных образований головного мозга.

2. Предложенная методика использования интраоперационной сонографии и безрамной навигации в хирургии объемных образований головного мозга (опухолей, каверном) позволяет определить оптимальное место для энцефалотомии, уменьшить хирургическую травму мозга, позволяет хорошо локализовать опухоль или каверному и оценить их размеры и взаимосвязь с окружающими структурами мозга.

3. Доказано, что безрамная навигация позволяет точно определить место трепанации, особенно при небольших размерах объемных образований.

4. Получены данные, свидетельствующие, что криохирургия может применяться для деструкции глубоко расположенных или неоперабельных опухолей, с минимальным воздействием на интактную ткань мозга, окружающую опухоль.

5. Разработаны принципы применения криодеструкции головного мозга млекопитающих в эксперименте.

Положения, выносимые на защиту

1. Использование интраоперационной сонографии во время операций на головном мозге позволяет точно локализовать объемное образование, определить его форму, размеры и границы.

2. Применение интраоперационной сонографии позволяет визуализировать труднодоступные фрагменты опухолей, оценить взаимоотношение опухолей, сосудистых мальформаций с артериями, венами и венозными синусами, снижая риск их повреждения, и помогает оценить объем резекции новообразований головного мозга.

3. Применение интраоперационной сонографии позволяет определить радикальность удаления опухолей в режиме реального времени.

4. Применение безрамной навигации помогает точно определить место предполагаемой трепанации, помогает в определении локализации небольших опухолей и каверном, снижая операционную травму мозга.

5. Применение локальной криодеструкции является эффективным способом достижения крионекроза ткани в заданном объеме с возможностью контроля размеров формирующегося ледяного шара и сохранностью окружающих структур. Использование локальной криодеструкции может быть рекомендовано в хирургии опухолей головного мозга.

Внедрение результатов работы

Результаты исследования применяются в практической деятельности нейрохирургического отделения Российского научного центра хирургии им. акад. Б. В. Петровского РАМН, нейрохирургического отделения НИИ скорой помощи им Н.В.Склифосовского, включены в программы цикла усовершенствования и повышения квалификации врачей кафедры нейрохирургии и нейрореанимации МГМСУ.

Апробация работы

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на Всероссийской научно-практической конференции «Поленовские чтения» (г. Санкт-Петербург, 2008), на V съезде нейрохирургов России (г. Уфа, 2009), на 15-м всемирном конгрессе международного общества криохирургии, г. Санкт-Петербург, 2009), на Всероссийской научно-практической конференции «Поленовские чтения» (г. Санкт-Петербург, 2010), на совместном заседании проблемно-плановой комиссии №5 «Заболевания и повреждения нервной системы» НИИ скорой помощи им. Н.В.Склифосовского и кафедры нейрохирургии и нейрореанимации лечебного факультета МГМСУ (протокол №16/08 от 27.04.2010).

Публикации

Основные положения диссертации опубликованы в 20 печатных работах в виде статей и тезисов в журналах, сборниках трудов конференций, съездов. Из них - 8 в центральной печати, рекомендованной ВАК РФ.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов и списка литературы, изложена на 266 машинописных страницах, содержит 80 рисунков и 23 таблицы. Список литературы включает 271 литературный источник, из них 57 в отечественных изданиях.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Общая характеристика клинических наблюдений

Проведено проспективное нерандомизированное исследование 200 пациентов с объемными образованиями головного мозга (опухоли, каверномы), находившихся на стационарном лечении в нейрохирургическом отделении Российского научного центра хирургии им. акад. Б. В. Петровского РАМН и в нейрохирургическом отделении НИИ скорой помощи им. Н.В.Склифосовского в период с 10.01.2007г. по 19.02.2010г.

В исследование были включены 32(16 %) пациента с каверномами , 71 (35,5%) пациент с менингиомами, 75 (37,5%) пациентов с астроцитомами различной степени злокачественности, 22(11%) пациента с метастазами в головной мозг.

В исследование включены только те больные, которым за время лечения были проведены оперативные вмешательства с использованием интраоперационной сонографии и нейронавигации. Мужчин было 86 человек, женщин - 114 человек.

Объемные образования располагались супратенториально у 173 (87%) пациентов и субтенториально у 27 (13%) пациентов.

Средний возраст пациентов с опухолями и каверномами головного мозга составил 51,5 года. Минимальный возраст был 11 лет, максимальный возраст - 84 года.

Для оценки клинического состояния пациентов использовали шкалу Карновского.

У пациентов в изучаемой группе (n=200) до операции медиана состояния по шкале Карновского составила 80 баллов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Методы диагностики в предоперационном периоде

Всем больным в предоперационном периоде проводили МРТ или КТ головного мозга с контрастированием. МРТ выполняли сотрудники отдела клинической физиологии, лучевой и функциональной диагностики РНЦХ им. акад. Б.В.Петровского РАМН на магнитно-резонансном томографе Siemens Magnetom Avanto, с напряженностью магнитного поля 1,5 Тл. КТ проводили сотрудники лаборатории клинической физиологии, радиоизотопной диагностики и компьютерной томографии НИИ скорой помощи им. Н.В.Склифосовского на компьютерном томографе «CT MAX» и Hispeed CT/e фирмы Genereal Electric. При планировании с использованием навигационной системы, сканирование выполняли по программе «Навигатор» в спиральном режиме, с толщиной среза 1-3 мм, с нулевым углом Гентри, с обязательной визуализацией таких анатомических ориентиров, как орбиты и ушные раковины. По результатам КТ на навигационной установке строили трехмерную реконструкцию изображения головы пациента и каверномы. На виртуальном изображении выбирали точки-ориентиры для последующего сопоставления с реальными точками на голове пациента во время операции. Во время операции совмещали анатомические ориентиры на виртуальном изображении и на голове пациента. Во время удаления каверномы контролировали положение инструмента в режиме реального времени.

14 пациентам с каверномами проведена церебральная ангиография. Цель исследования - определение характера кровоснабжения, связь мальформации с артериальными и венозными сосудами мозга.

Ангиографию выполняли сотрудники лаборатории рентгенхирургических методов диагностики и лечения НИИ скорой помощи им. Н.В.Склифосовского по стандартной методике Сельдингера, на сериографах «Siemens» и «General Electric».

В раннем послеоперационном периоде (в течение 24 часов после операции) для контроля состояния головного мозга после операции или биопсии всем пациентам проводили МРТ с контрастированием.

Методика проведения интраоперационной сонографии

Для проведения интраоперационной сонографии нами был использован аппарат B-K Medical Pro Focus (Дания) с конвексными датчиками частотой 5-10 МГц и 5-8 МГц. На аппарате B-K Medical Pro Focus был установлен специальный пакет программ для проведения исследований при нейрохирургических операциях. Комплексное интраоперационное УЗИ проводили в серошкальном режиме сканирования (В-режим), применяли цветокодированные методики (цветовое допплеровское картирование) и импульсноволновую допплерографию. Исследования сосудов проводили в дуплексном (В-режим + цветокодированная методика) и триплексном (В-режим + цветокодированная методика + импульсноволновая допплерография) режимах.

Применяемая аппаратура для ИС отвечала следующим требованиям: возможность использования аппарата в малых операционных, мобильность аппарата, достаточно большой и подвижный экран (хирург мог визуально оценить изображение с достаточно большого расстояния и под разными углами), компактные датчики, обладающие достаточной длиной кабеля (около 2 м.), возможность стерилизации датчиков и кабеля.

Мы использовали методику поэтапного сканирования:

1 этап - ИС до вскрытия ТМО,

2 этап - ИС после вскрытия ТМО (на этих этапах производили локализацию образования, оценку связи его с окружающими анатомическими структурами, оценку четкости и ровности контуров, наличие перифокального отека, степень кровоснабжения и планировали доступ к образованию).

3 этап - этапная ИС, при которой оценивали степень удаления объемного образования, уточняли ее взаимоотношение с соседними анатомическими структурами.

4 этап - контрольная ИС, при которой производили контроль резекции объемного образования, проходимость магистральных сосудов, связанных с объемным образованием.

Во всех наблюдениях ИС проводили как в стандартных плоскостях (фронтальной, сагиттальной и коронарной), так и в произвольных, максимально отражающих структуру, границы и анатомические взаимоотношения опухоли.

В ряде наблюдений проводили реконструкцию 3D ультразвукового исследования. При сканировании в 3D режиме уточняли объем образования, его конфигурацию, тип и выраженность кровоснабжения опухолей, направление распространения процесса. Проведение 3D контроля выполняли в тех ситуациях, когда данных В-режима было недостаточно или не удавалось четко визуализировать интересующий нас фрагмент объемного образования.

До исследования датчики погружали в стерильный латексный чехол, заполненный стерильным гелем, провода от датчиков так же одевали в стерильный рукав, либо стерилизовали датчики.

С помощью пневмотрепана выполняли краниотомию и после этого проводили сонографию через твердую мозговую оболочку.

В ряде наблюдений с целью релаксации мозга перед удалением опухоли пунктировали опухолевую кисту.

Во время сканирования поверхность датчика постоянно орошали физиологическим раствором, что позволяло получать хорошее изображение. На этом этапе визуализировали объемное образование и окружающие его анатомические структуры. Контуры объемного образования определяли в 2-х взаимоперпендикулярных плоскостях, после чего измеряли 3 максимальных диаметра опухолевого узла (длина, ширина и глубина). Во время проведения исследования оценивали взаимоотношения объемного образования с костями основания черепа, различными церебральными структурами (желудочки, подкорковые ядра, ствол мозга, отростки ТМО), крупными магистральными артериями и венами, синусами ТМО.

Мы оценивали четкость и ровность контуров, степень выраженности перифокального отека, характер кровоснабжения объемных образований.

После вскрытия ТМО с помощью ИС мы определяли расстояние до объемного образования от различных кортикальных точек, корковых сосудов. Полученная во время исследования информация позволяла рассчитать место проведения кортикотомии и траекторию доступа к этому образованию.

После удаления опухоли в пределах видимых границ резекционную полость заполняли физиологическим раствором и проводили контрольную сонографию. При выявлении остаточной ткани опухоли, ее удаляли под контролем УЗИ. Ткань удаленной опухоли отправляли на морфологическое исследование.

Во время проведения этапной интраоперационной сонографии мы удаляли гемостатические материалы, ватники и шпатели, так как они создавали «артефакты» и могли имитировать остаточную ткань объемного образования. Необходимый гемостаз осуществляли после проведения сонографии.

При проведении биопсии опухоли под контролем ИС после наложения фрезевого отверстия в проекции опухоли с помощью допплерографии определяли бессосудистую зону для проведения пункции. После выбора наиболее безопасных траекторий под контролем ИС в режиме реального времени производили биопсию опухоли. Использование ИС позволяло менять траекторию введения биопсийной иглы по мере ее погружения. Это позволяло избегать повреждения сосудов, которые встречались на пути введения иглы. После проведения биопсии осуществляли контроль возможного кровотечения по ходу канала биопсийной иглы в течение 15 минут.

Методика использования безрамной навигации

Для проведения нейронавигации применяли безрамную навигационную систему Stryker (США), которую использовали при удалении каверном у 14 пациентов.

За сутки до операции производили сканирование пациента и формирование виртуальной (компьютерной) 3-х мерной модели его головы на основе пакета данных KT по программе НАВИГАТОР в спиральном режиме с шагом томографа 2мм и углом Гентри 0 градусов.

На поверхности этой модели намечали некоторое число реперных точек, которые впоследствии могли одинаково легко распознать и локализовать как на КТ/МРТ изображениях, так и на голове больного. Число таких точек должно быть не менее 4, оптимально 8-10. Данные метки наполнены контрастным веществом, благодаря которому они хорошо видны при КТ или МРТ.

Следующим этапом был перенос данных компьютерной томографии в нейронавигационную систему, в которой производили трехмерное построение головы пациента. После регистрации данных в навигационной системе определяли объем и координаты каверномы. После определения цели рассчитывали траекторию вмешательства с вычислением точек проведения краниотомии и конечной точки доступа. Траекторию вмешательства устанавливали таким образом, чтобы ее направление проходило через функционально малозначимую зону головного мозга. Такая траектория операционного доступа позволяла производить вмешательство вне функционально-значимых зон головного мозга. Если кавернома располагалась неглубоко, использовали кратчайшую траекторию доступа к ней. После расчета доступа в нейронавигационной установке, пациента укладывали на операционный стол. Для точного расчета траектории использовали жесткую фиксацию головы в скобе Мэйфилда, к которой закрепляли активный следящий инфракрасный датчик. Затем производили регистрацию выбранных ранее ориентиров (рентгенконтрастные метки, анатомические ориентиры или комбинация меток и анатомических ориентиров) в нейронавигационной системе.

Регистрировали маркеры и намеченные заранее анатомические ориентиры специальным зондом. Регистрируя указанные 8-10 реперов, осуществляли первичную привязку мишени (головы пациента) и ее компьютерного аналога. Их окончательное пространственное сопоставление производили путем регистрации других точек на поверхности головы.

Задачей регистрации являлось максимально точное совмещение реальной траектории вмешательства с расчетной (стремились к погрешности не более 3 мм). Средняя погрешность, независимо от используемых ориентиров, составила 1,6±1 мм. При использовании только рентгенконтрастных меток медиана погрешности составила 1,5 мм, анатомических ориентиров - 1,6 мм, а рентгенконтрастных меток и анатомических ориентиров - 1,6 мм (р< 0,01).

Планирование и тактика оперативных вмешательств

Планирование оперативного вмешательства осуществляли с учетом следующих факторов:

1. Локализации и размеров объемного образования.

2. Заинтересованности в процессе функционально значимых зон мозга, распространенности объемного образования в желудочки, подкорковые и стволовые структуры.

3. Клинической картины, состояния пациента по шкале Карновского.

4. Связи объемного образования с сосудами мозга.

При выборе тактики операции исходили из принципа, что все объемные образования должны быть удалены максимально радикально. Для хирургического доступа стандартом являлась костно-пластическая трепанация. Каверномы и внемозговые опухоли подлежали тотальному удалению. При внутримозговых опухолях производили максимально возможное удаление опухоли с целью разрешения внутричерепной гипертензии, уменьшения неврологического дефицита и получения достаточного количества морфологического материала.

Удаление объемных образований выполняли с использованием микрохирургической техники и интраоперационной оптики. При завершении операции производили герметичное закрытие твердой мозговой оболочки, в ряде случаев с применением искусственных заменителей твердой мозговой оболочки.

Характеристика проведенных операций

186 пациентов с опухолями и каверномами головного мозга оперированы с использованием интраоперационной сонографии в нейрохирургическом отделении Российского научного центра хирургии им. акад. Б.В.Петровского РАМН.

14 пациентов с каверномами головного мозга оперированы с использованием безрамной навигационной системы в нейрохирургическом отделении НИИ скорой помощи им. Н.В.Склифосовского.

Результаты удаления опухолей оценивали по степени радикальности.

Для внутримозговых опухолей: тотальное удаление (более 95% от исходного объема опухоли), субтотальное (75-94%), частичное (50-74%), биопсия опухоли.

Для оценки степени удаления менингиом использовали шкалу Симпсона:

Тип 1 - макроскопически полное удаление опухоли с иссечением ТМО в месте исходного роста и резекцией всей пораженной кости;

Тип 2 - макроскопически полное удаление с коагуляцией ТМО в месте исходного роста;

Тип 3 - макроскопически полное удаление без иссечения или коагуляции ТМО в месте исходного роста и (или) без резекции всей пораженной кости;

Тип 4 - частичное удаление опухоли;

Тип 5 - биопсия или декомпрессия.

В протоколе фиксировали причину нерадикальности удаления новообразования.

В исследуемой группе больных с опухолями (n=168) у 148 (88%) пациентов опухоли были удалены тотально, что подтверждено данными послеоперационной МРТ.

В 5 (2,5%) наблюдениях, учитывая локализацию опухоли в функционально значимой зоне мозга, произведено субтотальное ее удаление, а у 2(1%) пациентов с опухолями - частичное.

13 (6,5%) пациентам проведена биопсия опухоли под контролем ИС.

Все каверномы были удалены тотально.

Методы статистической обработки

Статистическую обработку проводили с использованием стандартных функций пакета программ Statistica 6.0. Для анализа цифровых данных использовали описательные статистики. Применяли параметрические критерии: критерий Стьюдента, критическое значение F (дисперсный анализ групп). Также применяли непараметрические критерии Хи-квадрат, точный критерий Фишера, критерии Манна-Уитни, Уилкоксона, Крускала-Уоллиса.

Полученные результаты представлены в таблицах и рисунках.

локальная Криодеструкци головного мозга млекопитающих. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Общая характеристика экспериментальных наблюдений

В период с 1 сентября 2008г. по 1 июня 2009г. проведено 26 экспериментов локальной криодеструкции головного мозга млекопитающих. В эксперименте использованы 13 свиней, 10 кроликов и 3 крысы. Опыты проводили в отделении экспериментальных исследований в хирургии РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского РАМН. Оценку результатов экспериментов проводили на основании инвазивного контроля температуры в зоне криодеструкции, интраоперационной сонографии, клинического наблюдения за животными, изучения макропрепарата извлеченного мозга, МРТ головного мозга животных, патоморфологического исследования головного мозга животных.

Под терминами «ледяной шар», «Ice-ball», зона промораживания, зона криодеструкции мы подразумеваем зону мозга, подвергнутую криовоздействию.

Было проведено два вида экспериментов: острый и хронический. В остром эксперименте сразу после криодеструкции участка головного мозга производили эвтаназию подопытного животного, мозг извлекали единым макропрепаратом и отправляли на морфологическое исследование. В хроническом эксперименте после криовоздействия животное оставляли жить с периодом наблюдения от одного до тридцати дней. Общее число острых экспериментов составило 15, а хронических - 11. В хронических экспериментах животных выводили из экспериментов на 1, 3, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21 и 30 сутки от проведения опыта. Таким образом, исследовали этапность морфологических изменений в зоне криодеструкции, наступающих на разных сроках эксперимента.

Интраоперационная сонография в эксперименте

Для проведения интраоперационной сонографии мы использовали ультразвуковой аппарат Logiq Book GE (США) с линейным датчиком 7,5 МГц. Ультразвуковое исследование проводили в момент криодеструкции с целью контроля за введением криозонда, контроля за образованием ледяного шара и его размеров в двух взаимоперпендикулярных плоскостях. Перед началом исследования датчик погружали в стерильный латексный чехол, заполненный стерильным гелем.

Магнитно-резонансная томография в эксперименте

Прижизненное магнитно-резонансное исследование головного мозга животным проводили на МР томографе Hitachi APERTO 0,4T в режимах Т1-ВИ, Т2-ВИ и Flair, через одни, двое или трое суток после выполненного криовоздействия. Оценивали размер и объём зоны криовоздействия, наличие и размер зоны отека. МРТ исследование было выполнено 7 животным.

Морфологическое исследование

Морфологические исследования препаратов проводили на базе отделения патологической анатомии РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского РАМН. Материалом исследования являлся головной мозг экспериментальных животных. После фиксации в 10% буферном растворе формалина, мозг нарезали на коронарные срезы и размеры криоповреждения (наибольший диаметр) измеряли макроскопически, с помощью линейки. Участки криоповреждения вместе с окружающей тканью и неповрежденные участки головного мозга по стандартной методике заливали в парафин, срезы толщиной 5 мкм депарафинировали и окрашивали гематоксилином и эозином для гистологического исследования. При световой микроскопии исследовали состояние оболочек и вещества головного мозга, сосудистой стенки, как в зоне подвергнутой низкотемпературному воздействию, так и в визуально интактных участках.

Контроль измерения температуры мозга

Эффективность работы криоаппарата и контроль изменения температуры в зоне ice-ball и в прилегающей зоне мозга осуществляли при помощи инвазивного измерения температуры специальной медь-константановой термопарой с нулевым спаем, вмонтированной в сферическую головку на кончик иглы 22G*3,5” и потенциометра постоянного тока типа ПП-63. Точность измерений температуры зоны замораживания достигала ± 0,5⁰С. Количество игольчатых термопар, применяемых во время экспериментов, составляло от 1 до 4 штук.

Одновременно с криозондом и параллельно ему термопару погружали в мозг. Инвазивный контроль температуры производили в том же полушарии, где и криодеструкцию, в зоне от 1мм до 20мм относительно криозонда. Диапазон температур в измеряемой зоне мозга составлял от -9,3⁰С до -32,5⁰С.

Во всех экспериментах отмечали температуру окружающей среды и общую температуру тела животного.

Интраоперационная ультразвуковая семиотика опухолей и каверном головного мозга

Интраоперационная сонография нормального головного мозга и сосудов

Для того чтобы лоцировать объемное образование при ИС необходимо понимание ультразвуковых характеристик «нормальной» паренхимы мозга и его сосудов. Ультразвуковой рисунок коры больших полушарий головного мозга представлен чередующимися бороздами и извилинами. Центральная часть извилин, представленная белым веществом - более эхогенна, чем периферия, состоящая из серого вещества. Ширина борозды при ИС зависит от плоскости сканирующего луча: на поперечном «срезе» ширина составляет 0,2-0,5 см, на продольном достигает 2,0 см, что в ряде случаев затрудняет навигацию поверхностно расположенных объемных образований, размерами до 1,5 см. Паренхима мозга выглядит однородной мелкозернистой структурой. Внутримозговые кровеносные сосуды имеют гиперэхогенную структуру и могут быть легко визуализированы с помощью допплерографии.

Интраоперационная сонография при удалении опухолей и каверном головного мозга

Проведена оценка результатов ИС в определении локализации объемных образований, эхогенности объемного образования, в выявлении его границ и контуров, характера кровоснабжения и наличия перифокального отека, в определении радикальности удаления. Изучали следующие эхопризнаки:

- эхогенность (гипо-, изо-, гиперэхогенность);

- четкость границ объемного образования (четкие, умеренно четкие, нечеткие);

- наличие или отсутствие перифокального отека;

- ровность контуров (ровные, не ровные);

- васкуляризацию объемного образования (наличие или отсутствие сосудов в объемном образовании);

- объем оперативного вмешательства (полное удаление, частичное удаление, биопсия).

Эхогенность объемного образования оценивали в сравнении с эхогенностью нормальной ткани мозга.

Если эхогенность объемного образования была ниже эхогенности мозга, то расценивали это как гипоэхогенность. Изоэхогенностью расценивали состояние, при котором эхогенность объемного образования соответствовала эхогенности мозга. При гиперэхогенности по данным ИС эхогенность объемного образования была выше эхогенности мозга.

В исследуемой группе пациентов (n=186) объемные образования были гиперэхогенны у 163 (88%), изоэхогенны - у 21(11%) и гипоэхогенны - у 2 пациентов (1%)

При проведении исследования во время операций на объемных образованиях, края их признавали четкими, когда они могли быть четко визуализированы и дифференцированы от окружающей ткани мозга, умерено четкими, когда они могли быть легко отличимы от окружающей ткани в большинстве областей, и нечеткими, когда они в большинстве зон были неотличимы от окружающей ткани.

В исследуемой группе (n=186) четкие контуры были у 96 (52%) пациентов, нечеткие - у 56 (30%) и умеренно четкие - у 34 пациентов (18%) с объемными образованиями головного мозга

Во время интраоперационного УЗИ-исследования оценивали отек ткани мозга, окружающей объемное образование. Степень выраженности отека оценивали как выраженную, когда имел место отек перифокальной зоны мозга и не выраженную, когда отек отсутствовал или был слабо выражен.

В исследуемой группе (n=186) перифокальный отек наблюдался у 116 пациентов (62%) , отсутствовал или был слабо выражен - у 70 пациентов (38%).

Также мы оценивали ровность контуров объемного образования. Контуры признавали ровными или неровными.

В исследуемой группе (n=186) ровные контуры были у 75 (40%), а неровные - у 111 пациентов (60%).

При проведении интраоперационной допплерографии опухолей и каверном мы оценивали их васкуляризацию. Степень васкуляризации расценивали как усиленную (более 50% площади изображения занято сосудами), умеренную (менее 50% площади изображения занято сосудами), ослабленную (на изображении регистрируются единичные сосуды).

В исследуемой группе (n=186) усиленный сосудистый рисунок был у 50 пациентов (27%), умеренное количество сосудов было у 79 пациентов (42%), ослабление сосудистого рисунка наблюдали у 57 пациентов (31%).

Степень резекции опухоли признавали хорошей, когда при ИС и послеоперационной МРТ не было видно остаточной ткани опухоли (полное удаление), или плохой, когда ткань оставалась (частичное удаление). В случае нерезектабельных опухолей проводили их биопсию.

В исследуемой группе (n=186) провели удаление объемных образований у 173 пациентов (93%), а биопсию - у 13 (7%).

Эхопризнаки, характерные для опухолей и каверном по данным интраоперационной сонографии

Основываясь на данных интроперационной сонографии и интраоперационной допплерографии мы определили эхопризнаки, характерные для различных объемных образований головного мозга.

Эхопризнаки, характерные для астроцитом

· Для астроцитом 1 степени злокачественности характерны гиперэхогенность, нечеткие границы, невыраженность перифокального отека, неровность контуров, невысокая степень кровоснабжения в опухоли.

· Для астроцитом 2 степени злокачественности характерны гиперэхогенность, четкие или умеренно четкие границы, наличие перифокального отека, неровность контуров, усиление сосудистого рисунка в опухоли.

· Для астроцитомы 3 степени злокачественности характерны гиперэхогенность, нечеткие или умеренно четкие границы, выраженность перифокального отека, неровность контуров, наличие умеренного количества сосудов в опухоли.

· Для астроцитом 4 степени злокачественности характерны гиперэхогенность по периферии опухоли, гипо- или изоэхогенность внутри опухоли, преобладание нечеткости границ, присутствие выраженного перифокального отека, неровность контуров, умеренное или большое количество сосудов в опухоли.

Эхопризнаки, характерные для метастазов

Для метастазов характерны гиперэхогенность, четкие границы, наличие выраженного перифокального отека, неровность контуров, умеренный кровоток в опухоли.

Эхопризнаки, характерные для менингиом

Для менингиом характерны гиперэхогенность, четкие границы, невыраженность перифокального отека, ровность контуров. Отсутствие или малое количество сосудов в доброкачественных менингиомах и высокая степень васкуляризации в злокачественных менингиомах.

Эхопризнаки, характерные для каверном

Для каверном характерны гиперэхогенность, четкие границы, отсутствие перифокального отека, неровность контуров, умеренный кровоток.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты операций у пациентов с опухолями и каверномами головного мозга с использованием интраоперационной сонографии

Проведено исследование зависимости результатов операций по шкале Карновского от следующих критериев:

- размеров объемных образований по данным МРТ и ИС;

- длительности операций;

- глубины расположения объемных образований;

- нозологии объемных образований;

- пола;

- возраста;

- степени кровоснабжения объемных образований;

- интраоперационной кровопотери;

- перифокального отека;

- четкости контуров объемного образования;

- ровности контуров объемного образования;

- эхогенности объемного образования;

Хорошими признавали результаты, соответствующие 90-100 баллам по шкале Карновского, удовлетворительным результатам соответствовало 60-80 баллов, плохие результаты оценивали в 10-50 баллов и летальные исходы - 0 баллов по шкале Карновского.

В группе пациентов (n=186), оперированных с применением ИС умерли 6 пациентов. Летальность составила 3,2%.

Сравнивая состояние пациентов до и после операции, мы выявили достоверное улучшение результатов в послеоперационном периоде в среднем на 10 баллов. Медиана состояния по шкале Карновского до операции была 80 баллов, после операции медиана состояния составила 90 баллов (р<0,04).

По результатам сравнений размеров объемных образований мы получили данные о совпадении размеров по данным МРТ и ИС (различия между этими факторами недостоверны (р<0.12), что доказывает высокую эффективность ИС по оценке объема образования, сопоставимую с предоперационным МРТ исследованием.

При оценке длительности проведенных операций минимальная длительность операции составила 60 мин. Максимальное время от начала до конца операции было 775 мин. Медиана длительности операций составила 290 мин.

В группе пациентов с астроцитомами длительность операции была следующей: у пациентов с астроцитомами 1 степени злокачественности медиана длительности составила 190 минут (р<0.0001), у пациентов с астроцитомами 2 степени злокачественности медиана длительности составила 250 минут (р<0.001), у пациентов с астроцитомами 3 степени злокачественности медиана длительности составила 315 минут (р<0.0002), у пациентов с астроцитомами 4 степени злокачественности медиана длительности составила 280 минут (р<0.0001). С ростом злокачественности астроцитом повышалась длительность операций, при этом в группе пациентов с астроцитомами 4 степени злокачественности медиана длительности операции составила 280 мин. Это объясняется тем, что в этой группе было проведено много биопсий (коротких по времени операций) и поэтому медиана длительности оказалась невысокой.

Наиболее длительные операции были в группе больных с менингиомами - медиана длительности операции составила 345 минут (р<0.00002), что было связано с большим количеством базальных менингиом, а также крупных менингиом, связанных с синусами.

У пациентов с метастазами в головной мозг медиана длительности операции составила 240 минут (р<0.0001), а у пациентов с каверномами - 225 минут (р<0.002).

Наше исследование показало отсутствие зависимости результатов операций от размеров объемных образований по данным МРТ исследований.

Сравнение длительности операции и глубины расположения объемных образований показало достоверную зависимость (р<0,01) между этими показателями. Чем глубже располагалось новообразование, тем более продолжительной была операция.

Наиболее успешными были результаты операций в группе пациентов с астроцитомами 1 степени злокачественности и у пациентов с каверномами. Медиана состояния по шкале Карновского после операций в этих группах была 100 баллов. Менее успешными результаты операций были в группе пациентов с астроцитомами 3 и 4 степени злокачественности. Медиана состояния после операций по шкале Карновского в этих группах составила 70-80 баллов. У пациентов с менингиомами, астроцитомами 2 степени злокачественности и метастазами медиана по шкале Карновского после операций составила 90 баллов (р<0.0001).

Мы выявили достоверную зависимость послеоперационного состояния по шкале Карновского от возраста пациентов. В более старших возрастных группах послеоперационные результаты были хуже, чем у более молодых пациентов (р<0.0003).

Зависимости послеоперационного состояния от пола пациентов мы не обнаружили (р<0.14).

Размеры объемных образований не зависели от возраста пациентов.

Мы определили достоверную связь между степенью кровоснабжения и кровопотерей (р<0.0004). Чем выше была степень кровоснабжения объемных образований по данным ИС, тем больше была интраоперационная кровопотеря.

У пациентов с более выраженным отеком результаты операций были достоверно хуже, чем у пациентов без перифокального отека (р<0.001).

Зависимости результатов операций по шкале Карновского от ровности контуров по данным ИС не выявлено (р>0.4).

Также, мы не выявили зависимости результатов операций от эхогенности объемных образований по данным ИС (р>0.7).

Результаты операций у пациентов с каверномами головного мозга с применением безрамной навигации

Оценив объем хирургических вмешательств с использованием безрамной навигации, мы отметили, что все каверномы были хорошо локализованы и удалены. В послеоперационном периоде у 14 пациентов с каверномами осложнений и летальных исходов не было.

Проведена оценка результатов МРТ и нейронавигации в определении следующих признаков: объем каверном (смі), глубина расположения каверном от поверхности мозга (мм), точность наведения на цель (мм).

В табл. № 1 представлены результаты измерения объема каверном, глубины расположения каверном от поверхности мозга и точность наведения на мишень (каверному) при помощи навигационной системы.

Таблица № 1

Зависимость точности наведения на мишень-каверному от объема каверном и глубины их расположения.

Показатели МРТ исследования	Количество больных	Среднее значение	Медиана	Минимальное значение	Максимальное значение	Процентиль 25	Процентиль 75	Ст. откл.
Объем (смі)	14	1.17	0.61	0.18	2.74	0.24	2.60	1.20
Глубина до каверномы (мм)	14	23.33	22.50	6.00	48.00	10.00	31.00	15.87
Точность наведения на каверному (мм)	14	2.90	1.60	0.30	10.00	1.10	2.80	3.58

Минимальный объем каверномы составил 0,18 смі, максимальный - 2,74 смі. Среднее значение объема каверном составило 1,17 смі. При этом медиана объема составила 0,61 смі(стандартное отклонение 1,2).

Глубина расположения каверном варьировала от 6мм до 48 мм от поверхности мозга. Медиана значения глубины расположения каверном составила 23,33 мм.

Точность наведения с использованием безрамной навигации на мишень-каверному колебалась от 0,3 мм до 10 мм.

Медиана значения точности наведения на мишень-каверному составила 1,6 мм.

Использование безрамной навигации во время операций позволило точно локализовать небольшую по объему мишень-каверному, расположенную в глубине мозга, в 13(93%) наблюдениях.

Только в 1 (7%) наблюдении погрешность при наведении на каверному составила 10 мм, что было связано со значительным истечением ликвора после вскрытия арахноидальной оболочки и произошедшего brain-shift (смещение мозга) эффекта. Однако, это не повлияло на результат операции и кавернома была удалена.

Безрамная нейронавигация позволяла осуществлять вмешательство через функционально малозначимую зону головного мозга.

При этом траектория доступа в ряде наблюдений несколько удлинялась, но это позволяло сохранить функционально важные области мозга.

После операций по удалению каверном головного мозга с применением безрамной навигации, состояние пациентов по шкале Карновского достоверно улучшалось, возрастало на 10 баллов и достигало 100 баллов (р< 0.002). Это было связано с улучшением качества жизни в результате исчезновения или значительного урежения частоты эпиприступов в послеоперационном периоде.

По результатам проведенного исследования мы выявили преимущества и недостатки использования интраоперационной сонографии и безрамной навигации в хирургии опухолей и каверном головного мозга.

Исследование показало, что применение интраоперационной сонографии эффективно при:

1. опухолях и каверномах, удаление которых связано со значительным истечением ликвора и смещением мозга;

2. опухолях и каверномах, удаление которых не сопряжено со значительным истечением ликвора и смещением мозга;

3. опухолях и каверномах хорошо васкуляризованнных, либо связанных с крупными артериями, венами, венозными синусами удаление которых, связано с необходимостью этапной сонографии и применения интраоперационной допплерографии.

Применение ИС во время биопсии опухолей позволяет избежать повреждения сосудов, изменять траекторию введения иглы и контролировать зону биопсии на предмет формирования гематом.

Ультрасонография малоэффективна как метод выбора места трепанации при поверхностно расположенных объемных образованиях головного мозга.

Опухоли головного мозга, связанные с основанием черепа, при удалении которых даже значительное истечение ликвора не приведет к смещению мозга, можно удалять как с применением ИС, так и с использованием безрамной навигации.

Поверхностно расположенные небольшие опухоли и каверномы, при которых основной сложностью является определение места трепанации, предпочтительно удалять с использованием безрамной навигации.

Несмотря на достаточную эффективность хирургии объемных образований с применением безрамной навигации существует ряд ограничений, которые препятствуют ее широкому применению. Прежде всего это смещение мозга в ходе операции и, как следствие, потеря нейронавигационных ориентиров.

Неоспоримым преимуществом ИС перед безрамной навигацией является визуализация сосудов, связанных с объемным образованием.

Важнейшим преимуществом ИС перед навигацией также является возможность контроля этапов операции и локализации инструмента, а также возможность контролировать резекцию объемного образования в режиме реального времени.

На основании нашего исследования мы предлагаем алгоритм использования методов нейронавигации при операциях на опухолях и каверномах головного мозга (рис. № 1).

Рис. № 1. Алгоритм применения интраоперационной сонографии и безрамной навигации в хирургии объемных образований головного мозга

РЕЗУЛЬТАТЫ ЛОКАЛЬНОЙ КРИОДЕСТРУКЦИИ ГОЛОВНОГО МОЗГА МЛЕКОПИТАЮЩИХ.

Во время проведения экспериментов нами отмечен нелинейный характер снижения температуры в зоне криовоздействия (рис. № 2). Общей закономерностью в период заморозки на всех измеряемых расстояниях была высокая скорость охлаждения тканей до момента замерзания (-2,9±3⁰С) и выраженное снижение скоростных характеристик дальнейшего охлаждения в образовавшемся ice-ball.

Рис. № 2. Изменения температуры мозга на расстоянии 5мм от края рабочей части криоинструмента в период криовоздействия (заморозка).

Скорость снижения температуры до 0⁰С на расстоянии 3мм от криозонда составляла 1⁰/сек, на расстоянии 5мм была 0,5-0,6⁰/сек, а на расстоянии 8мм и далее скорость снизилась до 0,16⁰/сек.

Мы не выявили зависимости длительности формирования зоны замораживания от глубины погружения криозонда (р<0,5).

Температура мозга в зоне криодеструкции на расстоянии от 3мм до 11 мм относительно криоизонда составляла от -142⁰С до -5,3⁰С.

При этом скорость продвижения ледяного фронта в наших экспериментах достигала 2,7 мм/мин, что приводило к внутриклеточному формированию кристаллов льда, как основного повреждающего клетку фактора.

Таким образом температура по периферии ледяного шара достигала -5,3⁰С, что приводило к некрозу мозговой ткани (рис. № 3). Ледяной шар по периферии окружал тонкий слой (2 мм) зоны перехода фаз, в котором внутриклеточная вода формировала кристаллы льда.

Рис. № 3. Схема формирования ледяного шара вокруг криозонда.

Радиус ледяного шара 11 мм, суммарный диаметр ледяного шара с учетом толщины криозонда 26 мм (11мм+11мм+4мм). Температура на периферии ледяного шара достигает - 5,3 градуса Цельсия. В зоне перехода фаз происходит процесс кристаллизации внутриклеточной воды.

В проводимом эксперименте мы не получили зависимости скорости снижения температуры в промораживаемой ткани мозга от глубины погружения криозонда (p>0,08).

Измеряя температуру при помощи четырех термопар, погруженных на разных расстояниях от криозонда (3мм, 7мм, 9 мм и 11мм), мы получили достоверную зависимость изменения температуры в ледяном шаре в зависимости от расстояния до криозонда (р<0,04). Чем ближе к криозонду располагалась зона промораживания, тем ниже была в ней температура. Наиболее высокая температура, как и ожидалось, была на границе ледяного шара и нормальной ткани мозга (-9,3 градуса Цельсия).

...