Показатели фракционной анизотропии вещества головного мозга у здоровых детей: когортное исследование

ВВЕДЕНИЕ: Диффузионно-тензорная магнитно-резонансная томография (ДТ-МРТ) на данный момент является изученной и применяемой в клинической практике методикой. Важное преимущество данной методики — измерение показателей фракционной анизотропии (ФА), позволяющих количественно оценить изменения в  веществе головного мозга (ГМ). Авторам известны работы по исследованию значений ФА в педиатрической практике на небольших выборках и с учетом только части возрастных групп. Данная работа приводит крупную выборку пациентов и отмечает числовые показатели ФА для большинства значимых структур ГМ у обследуемых с 4 мес до 18 лет.

ЦЕЛЬ: Анализ показателей ФА анатомических структур ГМ у детей различных возрастных групп, у которых не выявлено изменений вещества ГМ при мультипараметрической МРТ, с целью дальнейшего изучения процессов развития и миелинизации структур головного мозга, а также применения данных значений в клинической практике как референсных при анализе патологии.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ: Были обследованы 153 пациента в возрасте от 4 мес до 18 лет. МРТ ГМ выполнялась по рекомендации лечащего врача в соответствии с клиническими показаниями при подозрении на инфекционный процесс в околоносовых пазухах и неврологических жалобах, без очаговой симптоматики. По возрастным группам распределение составило: до 1 года (грудной возраст) — 6 детей (3,9%); от 1 года до 3 лет (ранний детский возраст) — 14 детей (9,15%); от 3 до 7 лет (дошкольный возраст) — 39 детей (25,5%); старше 7 лет (школьный возраст и старше) — 94 ребенка (61,45%). Распределение обследованных по полу: дети мужского пола — 82 (53,6%); женского пола — 71 (46,4%). Всем пациентам выполнялась ДТ-МРТ с измерением диффузии в 15 направлениях, затем были измерены показатели ФА в 21 области белого и серого вещества ГМ. Расстановка областей интереса (ОИ/ROI) проводилась в соответствии с адаптированными под цели данного исследования зонами шкал ASPECTS и PC-ASPECTS. Статистика: обработка полученных данных проводилась с помощью прикладных программ: Microsoft Excel, Statistica 10 с оценкой нормальности распределения значений и использованием параметрических и непараметрических критериев.

РЕЗУЛЬТАТЫ: Наиболее высокие средние численные показатели ФА для всех групп детей были выявлены в белом веществе по ходу проводящих путей ГМ: во внутренней капсуле — 0,66±0,04; в белом веществе среднего мозга — 0,68±0,05; на уровне варолиева моста — 0,64±0,08; в ножках мозжечка — 0,69±0,04. Несколько ниже показатели ФА в белом веществе других анатомических областей: в белом веществе на уровне М4 по ASPECTS — 0,50±0,08; в затылочной доле на уровне базальных ганглиев — 0,52±0,08; в височной доле — 0,54±0,05. Самые низкие показатели ФА отмечены в сером веществе: в хвостатом ядре — 0,16±0,04; в сером веществе на уровне М4 по ASPECTS — 0,12±0,04. Наиболее выражены различия ФА у детей раннего детского и школьного возраста в ОИ, расположенных в белом веществе коры больших полушарий: в области M5 — 0,46±0,05 против 0,54±0,05 соответственно; в области M1 — 0,43±0,06 против 0,51±0,06 соответственно. В то же время различия по ФА у детей раннего детского и школьного возраста в ОИ, расположенных в белом веществе на уровне стволовых структур, выражены меньше: на уровне варолиева моста — 0,6±0,07 против 0,64±0,07 соответственно; на уровне ножек мозжечка — 0,68±0,04 против 0,69±0,04 соответственно. Данные числовые показатели иллюстрируют и дополнительно подтверждают известные представления о развитии и формировании проводящих путей и о процессах их миелинизации. Также они отражают известные данные о структурных и функциональных различиях серого и белого вещества ГМ.

ОБСУЖДЕНИЕ: Определено достоверное повышение показателей ФА у детей старше 7 лет в сравнении с группами детей меньшего возраста в белом веществе корковых структур ГМ. При этом в области стволовых структур достоверных возрастных различий ФА нет. Также было выявлено, что у дошкольников в сравнении с детьми от 1 до 3 лет ФА белого вещества повышается в области хвостатого ядра и среднего мозга.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: Полученные нормативные числовые значения ФА в дальнейшем могут быть широко применимы в клинической практике в качестве референсных при выполнении ДТ-МРТ и оценки как нейроинфекционных, так и других патологических изменений вещества ГМ у детей. Выявленные различия в возрастных группах свидетельствуют о более раннем развитии стволовых структур ГМ, в то время как субкортикально-кортикальные области больших полушарий развиваются и миелинизируются в течение более длительного времени.

1. Basser P.J., Pajevic S., Pierpaoli C., Duda J., Aldroubi A. In vivo fiber tractography using DT-MRI data. // Magn. Reson. Med. 2000. Vol. 44, No. 4. Р. 625–632. doi: 10.1002/1522-2594(200010)44:4<625::aid-mrm17>3.0.co;2-o.

2. Ceccarelli A., Rocca M.A., Fаlini A. Normal-appearing white and grey matter damage in MS. // J. Neurol. 2007. Vol. 254. Р. 513–518. https://doi.org/10.1007/s00415-006-0408-4.

3. Ahn S., Lee S.K. Diffusion tensor imaging: exploring the motor networks and clinical applications // Kоrean J. Radiol. 2011. Vol. 12. Р. 651–661. doi: 10.3348/kjr.2011.12.6.651.

4. Kumar R., Chavez A.S., Macey P.M., Woo M.A., Harper R.M. Brain axial and radial diffusivity changes with age and gender in healthy adults // Brain Res. 2013. Vol. 28, No. 15. Р. 12–22. doi: 10.1016/j.brainres.2013.03.028.

5. Vo Van P., Alison M., Morel B., Beck J., Bednarek N., Hertz-Pannier L., Loron G. Advanced Brain Imaging in Preterm Infants: A Narrative Review of Microstructural and Connectomic Disruption // Children (Basel). 2022. Vol. 9, No. 3. Р. 356. doi: 10.3390/children9030356.

6. Li K., Sun Z., Han Y., Gao L., Yuan L., Zeng D. Fractional anisotropy alterations in individuals born preterm: a diffusion tensor imaging meta-analysis. // Dev Med Child Neurol. 2015. Vol. 57, No. 4. Р. 328–338. doi: 10.1111/dmcn.12618.

7. Woodward L.J., Anderson P.J., Austin N.C., Howard K., Inder T.E. Neonatal MRI to predict neurodevelopmental outcomes in preterm infants // N. Engl. J. Med. 2006. Vol. 17. Р. 355. doi: 10.1056/NEJMoa053792.

8. Мамедьяров А.М., Намазова-Баранова Л.С., Ермолина Ю.В., Аникин А.В., Маслова О.А., Каркашадзе М.З., Клочкова О.А. Возможности оценки моторных и сенсорных проводящих путей головного мозга с помощью диффузионно-тензорной трактографии у детей с детским церебральным параличом // Вестник Российской академии медицинских наук. 2014. № 9. C. 70–76. Mamed’yarov A.M., Namazova-Baranova L.S., Yermolina YU.V., Anikin A.V., Maslova O.A., Karkashadze M.Z., Klochkova O.A. Vozmozhnosti otsenki motornykh i sensornykh provodyashchikh putey golovnogo mozga s pomoshch’yu diffuzionno-tenzornoy traktografii u detey s detskim tserebral’nym paralichom // Vestnik Rossiyskoy akademii meditsinskikh nauk. 2014. No. 9. S. 70–76.

9. Nagy Z., Westerberg H., Klingberg T. Maturation of white matter is associated with the development of cognitive functions during childhood // J. Cogn. Neurosci. 2004. Sep. Vol. 16, No. 7. Р. 1227–1233. doi: 10.1162/0898929041920441.

10. Barnea-Goraly N., Menon V., Eckert M., Tamm L., Bammer R., Karchemskiy A., Dant CC., Reiss AL. White matter development during childhood and adolescence: a cross-sectional diffusion tensor imaging study // Cereb Cortex. 2005 Dec. Vol. 15, No. 12. Р. 1848–1854. doi: 10.1093/cercor/bhi062.

11. Ghosh N., Holshouser B., Oyoyo U., Barnes S., Tong K., Ashwal S. Combined Diffusion Tensor and Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging Methodology for Automated Regional Brain Analysis: Application in a Normal Pediatric Population // Dev. Neurosci. 2017. Vol. 39, No. 5. Р. 413–429. doi: 10.1159/000475545.

12. Pexman J.H., Barber P.A., Hill M.D., Sevick R.J., Demchuk A.M., Hudon M.E., Hu W.Y., Buchan A.M. Use of the Alberta Stroke Program Early CT Score (ASPECTS) for assessing CT scans in patients with acute stroke // AJNR Am. J. Neuroradiol. 2001. Vol. 22, No. 8. Р. 1534–1542.

13. Екушева Е.В., Вендрова М.И., Данилов А.Б., Вейн А.М. Вклад правого и левого полушарий головного мозга в полиморфизм и гетерогенность пирамидного синдрома // Журнал неврологии и психиатрии им. C.C.Корсакова. 2004. Т. 104, № 3. С. 8. Ekusheva E.V., Vendrova M.I., Danilov A.B., Vejn A.M. Vklad pravogo i levogo polusharij golovnogo mozga v polimorfizm i geterogennost’ piramidnogo sindroma // Zhurnal nevrologii i psihiatrii im. S.S.Korsakova. 2004. Vol. 104, No. 3. S. 8.