rentradВестник рентгенологии и радиологииJournal of radiology and nuclear medicine0042-46762619-0478Limited Liability Company "LUCHEVAYA DIAGNOSTIKA", Russian Association of Radiologists10.20862/0042-4676-2017-98-5-238-245rentrad-260Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL RESEARCHСОВМЕЩЕННАЯ ПОЗИТРОННО-ЭМИССИОННАЯ ТОМОГРАФИЯ/МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНАЯ ТОМОГРАФИЯ В ПОДГОТОВКЕ И ПРОВЕДЕНИИ СТЕРЕОТАКСИЧЕСКИХ ВМЕШАТЕЛЬСТВ ПРИ ОПУХОЛЯХ ГОЛОВНОГО МОЗГАA FUSED PET/MRI IN A PLANNING AND PERFORMING STEREOTACTIC OPERATIONS IN BRAIN TUMORSХолявинА. И.KholyavinA. I.

д. м. н., заведующий лабораторией стереотаксических методов; ул. Академика Павлова, 9, Санкт-Петербург, 197376

 

MD, PhD, DSc, Head of Stereotactic Department; ul. Akademika Pavlova, 9, St.-Petersburg, 197376

 

Kholyavin@ihb.spb.ruНизковолосВ. Б.NizkovolosV. B.

д. т. н., вед. науч. сотр.; ул. Академика Павлова, 9, Санкт-Петербург, 197376

 

Dr. Tech. Sc., Leading Researcher; ul. Akademika Pavlova, 9, St.-Petersburg, 197376

 

ГурчинА. Ф.GurchinA. F.

к. м. н., врач-нейрохирург; ул. Академика Павлова, 9, Санкт-Петербург, 197376

 

 MD, PhD, Neurosurgeon; ul. Akademika Pavlova, 9, St.-Petersburg, 197376

 

СкворцоваТ. Ю.SkvortsovaT. Yu.

 к. м. н., вед. науч. сотр.; ул. Академика Павлова, 9, Санкт-Петербург, 197376

MD, PhD, Leading Researcher; ul. Akademika Pavlova, 9, St.-Petersburg, 197376

 

ФГБУН «Институт мозга человека им. Н.П. Бехтеревой» Российской академии наукРоссияN.P. Bekhtereva Institute of Human BrainRussian Federation201726102017985238245Copyright © Холявин А.И., Низковолос В.Б., Гурчин А.Ф., Скворцова Т.Ю., 20172017Холявин А.И., Низковолос В.Б., Гурчин А.Ф., Скворцова Т.Ю.Kholyavin A.I., Nizkovolos V.B., Gurchin A.F., Skvortsova T.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.russianradiology.ru/jour/article/view/260

Цель исследования – изучение диагностических возможностей МРТ и ПЭТ/КТ, а также доступных пользовательских программ для обработки DICOM-изображений при осуществлении предоперационного планирования стереотаксических вмешательств у пациентов с глубинными церебральными глиомами в условиях совмещения изображений головного мозга.

Материал и методы

Материал и методы. Подготовлено и проведено 35 стереотаксических операций (биопсий и лечебных криодеструций) у пациентов с опухолями головного мозга глубинной локализации. Для нацеливания на внутриопухолевые мишени в предоперационном периоде пациентам выполняли МРТ-сканирование в стереотаксических условиях и ПЭТ/КТ-сканирование с туморотропным радиофармпрепаратом 11С-метионином. Планирование операций проводилось на совмещенных МРТ/ПЭТ-изображениях. Совмещение осуществляли при помощи диагностической рабочей станции Philips и навигационной станции Medtronic StealthStation S7.

Результаты

Результаты. Совмещение МРТ- и ПЭТ-изображений при помощи прикладных программных пакетов является удобным инструментом для прецизионного планирования целевых точек, доступов и траекторий введения стереотаксической канюли в мозг. На совмещенном изображении ПЭТ-компонент позволяет осуществлять планирование целевых зон для биопсии и избирательной деструкции опухоли благодаря способности радиофармпрепарата избирательно накапливаться в наиболее злокачественных участках опухоли. При этом МРТ-компонент, обеспечивая четкую анатомическую визуализацию, дает возможность проводить планирование безопасных траекторий стереотаксического доступа вне проекций функционально значимых зон, проводящих путей и внутри- мозговых сосудов, что снижает риск интраоперационных осложнений. Кроме того, МРТ обеспечивает визуализацию реперных элементов для стереотаксических расчетов.

 Заключение

 Заключение. Продемонстрирована высокая эффективность предоперационного планирования на совмещенных магнитно-резонансных/позитронно-эмиссионных томограммах. Предложенный метод планирования операций позволяет повысить информативность биопсий и предотвратить продолженный рост глиальных опухолей мозга даже при их частичной стереотаксической деструкции, а также обеспечить низкий уровень послеоперационных осложнений.

 

 

 

 

Objective – study of the diagnostic capabilities of MRI and PET/CT scanners and the available user programs for processing DICOM-images in the implementation of the preoperative planning of stereotactic interventions in patients with deep cerebral gliomas in terms of fusion the scans of a brain.

Material and methods

Material and methods. 35 stereotactic surgeries (biopsies and treatment cryoablations) were preplanned and then conducted in patients with brain deep-seated tumors. Patients underwent MRI-scanning in stereotactic conditions and PET/CT scanning with the tumor-specific radiotracer 11C-methionine for stereotactic targeting in preoperative period. Stereotactic planning was conducted on fused MRI/PET images. A co-registration was carried out using a diagnostic workstation Philips and neuronavigation station Medtronic StealthStation S7.

Results

Results. A fusion of MRI and PET images using application software is a convenient tool for precise planning of target points and trajectories for insertion stereotactic cannula into a brain. On a fused image the PET-component enables to plan target areas for biopsy and selective ablation of the tumor, due to the ability of a radiotracer to accumulate selectively in the most malignant sites of a tumor. While MRI component, providing a clear anatomical visualization, allows the planning safe trajectories of stereotactic access out of eloquent areas, pathways of brain and intracerebral vessels, which reduces the risk of intraoperative complications. In addition, MRI provides imaging of fiducial markers for stereotactic calculations.

Conclusion

Conclusion. High efficiency of preoperative planning on fused MRI/PET scans was demonstrated. The proposed planning method allows to increase the effectiveness of biopsies and to prevent the prolonged growth of brain glial tumors, even when their selective stereotactic ablation, as well as to ensure a low level of postoperative complications.

 

 

магнитно-резонансная томографияпозитронно-эмиссионная томография11С-метионинглиомастереотаксиснейронавигацияmagnetic resonance imagingpositron emission tomography11C-methioninegliomastereotaxic techniquesneuronavigationReferencesМартынов Б.В., Холявин А.И., Парфенов В.Е., Низковолос В.Б., Труфанов В.Е., Фокин В.А. и др. Метод стереотаксической криодеструкции в лечении больных с глиомами головного мозга. Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2011; 75 (4): 17–24. [Martynov B.V., Kholyavin A.I., Parfenov V.E., Nizkovolos V.B., Trufanov V.E., Fokin V.A. et al. The method of a stereotactic cryodestruction in a treatment of patients with cerebral gliomas. Voprosy Neyrokhirurgii imeni N.N. Burdenko (Problems of Neurosurgery Named after N.N. Burdenko, Russian journal). 2011; 75 (4): 17–24 (in Russ.).]Мартынов Б.В., Холявин А.И., Парфенов В.Е., Низковолос В.Б., Труфанов В.Е., Фокин В.А. и др. Метод стереотаксической криодеструкции в лечении больных с глиомами головного мозга. Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2011; 75 (4): 17–24. [Martynov B.V., Kholyavin A.I., Parfenov V.E., Nizkovolos V.B., Trufanov V.E., Fokin V.A. et al. The method of a stereotactic cryodestruction in a treatment of patients with cerebral gliomas. Voprosy Neyrokhirurgii imeni N.N. Burdenko (Problems of Neurosurgery Named after N.N. Burdenko, Russian journal). 2011; 75 (4): 17–24 (in Russ.).]Lunsford L.D., Somaza S., Kondziolka D., Flickinger J.C. Brain astrocytomas: biopsy, then irradiation. Clin. Neurosurg. 1995; 42: 464–79.Lunsford L.D., Somaza S., Kondziolka D., Flickinger J.C. Brain astrocytomas: biopsy, then irradiation. Clin. Neurosurg. 1995; 42: 464–79.Kholyavin A.I., Nizkovolos V.B., Anichkov A.D. Tomography of brain and stereotactic guidance. Biomed. Engineer. 2014; 48 (1): 24–6.Kholyavin A.I., Nizkovolos V.B., Anichkov A.D. Tomography of brain and stereotactic guidance. Biomed. Engineer. 2014; 48 (1): 24–6.Низковолос В.Б., Аничков А.Д. Устройство для криохирургического воздействия. Патент № 2115377 Российской Федерации. МПК7 А61В 17/36. Изобретения. Полезные модели. 1998; 20: 3 опубл. 20.07.98. [Nizkovolos V.B., Anichkov A.D. A device for a cryosurgery action. Patent № 2115377 Russian Federation, МPК7 А61В 17/36. Izobreteniya. Poleznye Modeli (Inventions. Useful models. Russian journal). 1998; 20: 3 published 20.07.98 (in Russ.).]Низковолос В.Б., Аничков А.Д. Устройство для криохирургического воздействия. Патент № 2115377 Российской Федерации. МПК7 А61В 17/36. Изобретения. Полезные модели. 1998; 20: 3 опубл. 20.07.98. [Nizkovolos V.B., Anichkov A.D. A device for a cryosurgery action. Patent № 2115377 Russian Federation, МPК7 А61В 17/36. Izobreteniya. Poleznye Modeli (Inventions. Useful models. Russian journal). 1998; 20: 3 published 20.07.98 (in Russ.).]Полонский Ю.З., Холявин А.И., Мартынов Б.В., Парфенов В.Е., Труфанов В.Е. Безрамная расчетная магнитно-резонансная томография со стереотаксическими манипуляторами класса «Ореол». Вестник Российской военно- медицинской академии. 2009; 4 (28): 71–8. [Polonskiy Yu.Z., Kholyavin A.I., Martynov B.V., Parfenov V.E., Trufanov V.E. Use of stereotaxic manipulators of the Oreol class for frameless stereotaxic magnetic resonance imaging. Vestnik Rossiyskoy Voenno-Meditsinskoy Akademii (Herald of Russian Military Medical Academy, Russian journal). 2009; 4 (28): 71–8 (in Russ.).]Полонский Ю.З., Холявин А.И., Мартынов Б.В., Парфенов В.Е., Труфанов В.Е. Безрамная расчетная магнитно-резонансная томография со стереотаксическими манипуляторами класса «Ореол». Вестник Российской военно- медицинской академии. 2009; 4 (28): 71–8. [Polonskiy Yu.Z., Kholyavin A.I., Martynov B.V., Parfenov V.E., Trufanov V.E. Use of stereotaxic manipulators of the Oreol class for frameless stereotaxic magnetic resonance imaging. Vestnik Rossiyskoy Voenno-Meditsinskoy Akademii (Herald of Russian Military Medical Academy, Russian journal). 2009; 4 (28): 71–8 (in Russ.).]Холявин А.И., Низковолос В.Б., Аничков А.Д. Прецизионная стереотаксическая безрамная нейронавигация. Медицинская техника. 2016; 4: 26–8. [Kholyavin A.I., Nizkovolos V.B., Anichkov A.D. Precision stereotaxic frameless neuronavigation. Meditsinskaya Tekhnika (Medical Equipment, Russian journal). 2016; 4: 26–8 (in Russ.).]Холявин А.И., Низковолос В.Б., Аничков А.Д. Прецизионная стереотаксическая безрамная нейронавигация. Медицинская техника. 2016; 4: 26–8. [Kholyavin A.I., Nizkovolos V.B., Anichkov A.D. Precision stereotaxic frameless neuronavigation. Meditsinskaya Tekhnika (Medical Equipment, Russian journal). 2016; 4: 26–8 (in Russ.).]Гомзина Н.А., Кузнецова О.Ф. Получение L-[метил-(11C)]метионина высокой энантиомерной чистоты путем on-line-11C-метилирования L-гомоцистеинтиолактонгидрохлорида. Биоорганическая химия. 2011; 37: 216–22. [Gomzina N.A., Kuznetsova O.F. Preparation of [11C-methyl]-Lmethionine in high enantiomeric purity by “on-line” 11C-methylation. Bioorganicheskaya Khimiya (Bioorganic Chemistry, Russian journal). 2011; 37: 216–22 (in Russ.).]Гомзина Н.А., Кузнецова О.Ф. Получение L-[метил-(11C)]метионина высокой энантиомерной чистоты путем on-line-11C-метилирования L-гомоцистеинтиолактонгидрохлорида. Биоорганическая химия. 2011; 37: 216–22. [Gomzina N.A., Kuznetsova O.F. Preparation of [11C-methyl]-Lmethionine in high enantiomeric purity by “on-line” 11C-methylation. Bioorganicheskaya Khimiya (Bioorganic Chemistry, Russian journal). 2011; 37: 216–22 (in Russ.).]Kunz M., Thon N., Eigenbrod S., Hartmann C., Egensperger R., Herms J. et al. Hot spots in dynamic (18) FET-PET delineate malignant tumor parts within suspected WHO grade II gliomas. Neuro-oncology. 2011; 13 (3): 307–16.Kunz M., Thon N., Eigenbrod S., Hartmann C., Egensperger R., Herms J. et al. Hot spots in dynamic (18) FET-PET delineate malignant tumor parts within suspected WHO grade II gliomas. Neuro-oncology. 2011; 13 (3): 307–16.Pirotte B., Goldman S., Massager N., David P., Vandesteene A., Salmon I. et al. Comparison of 18F-FDG and 11C-methionine for PET-Guided stereotactic brain biopsy of gliomas. J. Nucl. Med. 2004; 45 (8): 1293–8.Pirotte B., Goldman S., Massager N., David P., Vandesteene A., Salmon I. et al. Comparison of 18F-FDG and 11C-methionine for PET-Guided stereotactic brain biopsy of gliomas. J. Nucl. Med. 2004; 45 (8): 1293–8.Van Laere K., Ceyssens S., Van Calenbergh F., de Groot T., Menten J., Flamen P. et al. Direct comparison of 18F-FDG and 11C-metionine PET in suspected of glioma: sensitivity, inter-observer variability und prognosis value. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imag. 2005; 32 (1): 39–51.Van Laere K., Ceyssens S., Van Calenbergh F., de Groot T., Menten J., Flamen P. et al. Direct comparison of 18F-FDG and 11C-metionine PET in suspected of glioma: sensitivity, inter-observer variability und prognosis value. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imag. 2005; 32 (1): 39–51.Kläsner B.D., Krause B.J., Beer A.J., Drzezga A. PET imaging of gliomas using novel tracers: a sleeping beauty waiting to bekissed. Expert Rev. Anticancer. Ther. 2010; 10 (5): 609–13.Kläsner B.D., Krause B.J., Beer A.J., Drzezga A. PET imaging of gliomas using novel tracers: a sleeping beauty waiting to bekissed. Expert Rev. Anticancer. Ther. 2010; 10 (5): 609–13.Hariz M.I. CT scanning in stereotactic neurosurgery. In: Gildenberg P.L., Tasker R.R. (eds.) Textbook of stereotactic and functional neurosurgery. New-York: McGraw-Hill; 1998: 265–70.Hariz M.I. CT scanning in stereotactic neurosurgery. In: Gildenberg P.L., Tasker R.R. (eds.) Textbook of stereotactic and functional neurosurgery. New-York: McGraw-Hill; 1998: 265–70.Simon S.L., Douglas P., Baltuch G.H., Jaggi J.L. Error analysis of MRI and Leksell stereotactic frame target localization in deep brain stimulation surgery. Stereotac. Functional Neurosurg. 2005; 83 (1): 1–5.Simon S.L., Douglas P., Baltuch G.H., Jaggi J.L. Error analysis of MRI and Leksell stereotactic frame target localization in deep brain stimulation surgery. Stereotac. Functional Neurosurg. 2005; 83 (1): 1–5.Yu C., Apuzzo M.L., Zee C.S., Petrovich Z. A phantom study of the geometric accuracy of computed tomographic and magnetic resonance imaging stereotactic localization with the Leksell stereotactic system. Neurosurgery. 2001; 48 (5): 1092–8.Yu C., Apuzzo M.L., Zee C.S., Petrovich Z. A phantom study of the geometric accuracy of computed tomographic and magnetic resonance imaging stereotactic localization with the Leksell stereotactic system. Neurosurgery. 2001; 48 (5): 1092–8.Mori Y., Hayashi N., Iwase M., Yamada M., Takikawa Y., Uchiyama Y. et al. Stereotactic imaging for radiosurgery: localization accuracy of magnetic resonance imaging and positron emission tomography compared with computed tomography. Stereotact. Functional Neurosurg. 2006; 84 (4): 142–6.Mori Y., Hayashi N., Iwase M., Yamada M., Takikawa Y., Uchiyama Y. et al. Stereotactic imaging for radiosurgery: localization accuracy of magnetic resonance imaging and positron emission tomography compared with computed tomography. Stereotact. Functional Neurosurg. 2006; 84 (4): 142–6.Kuhn S.A., Romeike B., Walter J., Kalff R., Reichart R. Multiplanar MRI-CT fusion neuronavigationguided serial stereotactic biopsy of human brain tumors: proof of a strong correlation between tumor imaging and histopathology by a new technical approach. J. Cancer Res. Clin. Oncol. 2009; 135 (9): 1293–302.Kuhn S.A., Romeike B., Walter J., Kalff R., Reichart R. Multiplanar MRI-CT fusion neuronavigationguided serial stereotactic biopsy of human brain tumors: proof of a strong correlation between tumor imaging and histopathology by a new technical approach. J. Cancer Res. Clin. Oncol. 2009; 135 (9): 1293–302.Низковолос В.Б., Холявин А.И., Гурчин А.Ф. Практические аспекты использования совмещенной МСКТ-ПЭТ в стереотаксической нейроонкологии. Российский нейрохирургический журнал им. про- фессора А.Л. Поленова. 2012; 4 (2): 16–9. [Nizkovolos V.B., Kholyavin A.I., Gurchin A.F. The practical aspects of using the combined CTPET in stereotactic neuro-oncology. Rossiyskiy Neyrokhirurgicheskiy Zhurnal imeni professora A.L. Polenova (Russian Neurosurgery Journal named after A.L. Polenov). 2012; 4 (2): 16–9 (in Russ.).]Низковолос В.Б., Холявин А.И., Гурчин А.Ф. Практические аспекты использования совмещенной МСКТ-ПЭТ в стереотаксической нейроонкологии. Российский нейрохирургический журнал им. про- фессора А.Л. Поленова. 2012; 4 (2): 16–9. [Nizkovolos V.B., Kholyavin A.I., Gurchin A.F. The practical aspects of using the combined CTPET in stereotactic neuro-oncology. Rossiyskiy Neyrokhirurgicheskiy Zhurnal imeni professora A.L. Polenova (Russian Neurosurgery Journal named after A.L. Polenov). 2012; 4 (2): 16–9 (in Russ.).]Guihong Q., Dali Z., Pingfan Y. Medical image fusion by wavelet transform modulus maxima. Optics Express. 2001; 9 (4): 184–90.Guihong Q., Dali Z., Pingfan Y. Medical image fusion by wavelet transform modulus maxima. Optics Express. 2001; 9 (4): 184–90.Ganasala P., Kumar V. CT and MR image fusion scheme in nonsubsampled contourlet transform domain. J. Digital Imag. 2014; 27 (3): 407–18Ganasala P., Kumar V. CT and MR image fusion scheme in nonsubsampled contourlet transform domain. J. Digital Imag. 2014; 27 (3): 407–18

The authors declare that there are no conflicts of interest present.