Změny šíře optického nervu v MR obraze v závislosti na věku a pohlaví

Souhrn

Cíl:
Cílem práce je zhodnotit změny šíře optických nervů a pochev optických nervů v MR obraze v závislosti na věku a pohlaví ve věkové skupině 15– 75 let.

Soubor a metodika:
Bylo provedeno měření celkem 300 jedinců bez prokázané patologie očního nervu a bez zjištěné poruchy drenáže mozkomíšního moku (150 mužů, 150 žen), bylo provedeno 600 měření optických nervů (4 úseky), 300 měření optického chiasmatu a 600 měření pro 2 úseky optické pochvy. Měření probíhalo na MR přístroji síly 1,5 T. Statistická analýza byla provedena pomocí parametrického testu Kruskal-Wallisova typu ANOVA a pomocí testu neparametrického GLMM (generalized linear mixed model).

Výsledky:
Prokázali jsme statisticky významný rozdíl mezi věkovými skupinami mužů i žen pro úseky optického nervu 1– 4 a úseky optické pochvy A a B, stejně tak byl prokázán statisticky významný rozdíl mezi pohlavími pro úseky optického nervu 1– 4 a oba úseky optické pochvy. V úsecích optického nervu 1– 4 a optické pochvy A a B byl zjištěn nárůst rozměrů od skupiny 15– 25 let směrem ke věkové skupině do 45– 55 let a poté jednoznačná redukce rozměrů směrem k věkové skupině 55 a více let. Úsek 5 (chiasma) ve sledovaném souboru neměl statisticky průkazné změny rozměrů v závislosti na věku.

Závěr:
Prokázali jsme statisticky významnou závislost rozměrů zrakového nervu a jeho pochvy na věku a pohlaví probandů. Při měření v oblasti chiasmatu nebyla tato závislost potvrzena.

Klíčová slova:
magnetická rezonance – optický nerv – obaly optického nervu – normální rozdělení – pohlaví – věk

Úvod

Optický nerv jako struktura embryologicky související s vývojem mozku spadá do několika oborů medicíny. Jeho konfigurace i utváření obalů optického nervu jsou důležitým indikátorem změn jak na straně očního bulbu, resp. sítnice, tak patologických změn na straně mozku.

Dia­gnostika morfologických změn struktury 1. intraokulárního segmentu optického nervu je doménou očního lékařství. Co se zobrazení 2.– 4. segmentu nervu týče, je nejpřesnější zobrazovací metodou MR. MR vyniká anatomickou přesností s vysokým kontrastem mezi solidní tkání a tekutinou, je schopna diferencovat v různých váženích patologické stavy provázející strukturální změny nervu.

Vzhledem k potřebě rychlé a přesné detekce změn šíře optického nervu je nezbytné znát morfologii nervu a jeho obalů za fyziologických podmínek, znát jeho možný vývoj v průběhu dospělého života, poznat morfologické vztahy nejen mezi nervem a jeho obaly, ale i mezi nervem a strukturami CNS.

Cílem naší práce je zmapovat možné normální rozdělení šíře úseků optického nervu v populaci na přístroji MR síly pole 1,5 T. Naší majoritní snahou je zjistit, zda dochází ke změnám rozměrů jednotlivých úseků optického nervu v průběhu života a zda je průkazná závislost na pohlaví.

Optický nerv

Optický nerv není pravým hlavovým nervem, je výběžkem CNS, další bipolární neuron z CNS je umístěn až v retině. Nerv je tvořen vlákny axonů, jejichž pochvy nejsou složeny ze Schwan­nových buněk, ale z oligodendrocytů [1,2]. Je to dáno embryologickým vývojem výchlipky diencefala [3]. Centripetální vlákna z neuronů v retině se sbíhají na optickém disku, prostupují jemnou vazivovou síťkou –  lamina cribrosa pokračující ze skléry, dále se formují do optického nervu. Každý lidský optický nerv obsahuje 770 000– 1,7 milionů nervových vláken, což jsou axony gangliových buněk sítnice [4]. Optický nerv je obalen všemi vrstvami mozkových plen (dura, arachnoidea a pia mater).

Vlastní optický nerv má celkovou délku 47– 50 mm a dělí se na 4 segmenty [2]:

1. intraokulární segment: vlákna nervu přecházejí ze sítnice centripetálně a prostupují přes lamina cribrosa –  délka 1 mm;
2. intraorbitální segment: centrálně uvnitř intrakonálního prostoru, úsek nervu je obklopen dura mater a přímo komunikuje se subarachnoidálními prostory, v inferomediální porci vstupuje do centra nervu a. centralis retinae –  délka 25– 30 m­m;
3. intrakanalikulární segment: úsek mezi fibrózním prstencem konu po dorzální okraj kostěného optického kanálu –  délka 5– 9 mm;
4. intrakraniální, resp. prechiasmatický segment: vstupuje do střední jámy lební, nerv přechází do supraselární cisterny spolu s přední mozkovou tepnou –  délka 10– 16 mm.

Následující centripetální úsek je označován jako optické chiasma a optické trakty –  zde platí, že vlákna pocházející z temporální části retiny se nekříží, vlákna z nazální části se kříží, dále pokračují jako tzv. optický trakt až do corpus geniculatum laterale talamu. Odtud se vlákna rozbíhají jako větve optické radiace.

Zobrazení I. segmentu optického nervu

Zobrazení intraokulárního segmentu optického nervu je doménou oftalmologie. K tomu lze využít metody laserové i metody založené na použití viditelného světla [5– 7].

Zobrazení II.–IV. segmentu optického nervu

• Sonografie –  je běžně používána v monitoringu stavu optického nervu.
• CT –  využívá ionizující záření, má nižší tkáňový kontrast.
• MR –  metoda první volby v zobrazení II.–IV. segmentu optického nervu. Umožňuje zobrazit vlastní nerv, pochvu optického nervu i náplň subarachnoidálních prostorů podél nervu.

Materiál a metody

Tato studie byla realizována v letech 2012– 2017 na přístroji síly 1,5 T Magnetom AVANTO (Siemens, Erlangen, Německo). Pro akvizici dat byla použita 12kanálová hlavová cívka. K zobrazení optického nervu a jeho obalů ve všech úsecích byla použita sekvence CISS (constructive interference in steady state) v rozlišení 0,5 × 0,5 × 0,7 mm, jež přináší vysoký tkáňový kontrast mezi solidní tkání optického nervu, solidní tkání pochvy optického nervu a mezi tekutinou, která vyplňuje subarachnoidální prostor. Nastavení sekvence bylo následující: FOV 150 mm, FOV phase 150 mm, voxel size 0,5 × 0,5 × 0,7 mm, TR 9,71 ms, TE 4,86 ms, BW 180 Hz, TA 2,01 min, počet vrstev 30. Pro náběr dat byla použita standardně rovina paraaxiální, akvizice probíhala po lokalizaci průběhu optického nervu ve ventrodorzálním a kraniokaudálním směru. Pro měření šíře optického nervu a optické pochvy bylo možno použít zpracování ve 3D režimu –  multiplanární rekonstrukce.

Segmentace nervu

Měřeny byly následující úseky (obr. 1):

• úsek 1 –  2– 3 mm za optickým bulbem
• úsek 2 –  7– 10 mm za optickým bulbem v místě křížení s vena orbitalis superior
• úsek 3 –  v místě optického kanálku
• úsek 4 –  prechiasmaticky 4– 5 mm od anatomické hranice ventrálního okraje chiasmatu
• úsek 5 –  optické chiasma v nejširším úseku v transverzální rovině
• úsek optické pochvy A –  šíře optické pochvy 2– 3 mm za bulbem
• úsek optické pochvy B –  šíře optické pochvy 7– 9 mm za bulbem –  v místě křížení s vena orbitalis superior

Soubor měřených subjektů

Proběhlo měření šíře nervu a pochvy v lateromediálním směru u celkem 300 jedinců ve věku 15– 75 let (150 mužů, 150 žen), což znamená, že bylo měřeno 600 optických nervů v úseku 1– 4, 300 měření pro úsek 5.

Zařazeni byli jedinci bez klinických obtíží či podezření na poruchu vizu, bez výpadků zorného pole, bez zvýšeného nitroočního tlaku. Subjekty neměly nadváhu (body mass index [BMI] do 25), netrpěly arteriální hypertenzí. V anamnéze nebyla zjištěna porucha cirkulace mozkomíšního moku, ženy nebyly těhotné ani těsně po porodu [10].

Měřené osoby byly rozděleny podle pohlaví a dále zařazeny do skupin podle věku (po desetiletích). Do každé skupiny bylo zařazeno 25 jedinců.

Celý soubor byl testován ke zjištění statisticky významného rozdílu mezi měřeními pro pravou a levou stranu (Kruskal-Wallisův test typ ANOVA). Nebyl prokázán statisticky významný rozdíl mezi stranami, proto bylo možno použít měření v jedné skupině (600 optických nervů v 1.– 4. úseku a úseku A a B optické pochvy, 300 optických nervů v úseku 5).

Statistická analýza

Naměřená data byla zpracována v programech Dell Statistica version 13 (Dell Inc., Aliso Viejo, CA, USA) a SPSS, version 24; (IBM Corp., Chicago, IL, USA).

Byly vypočítány hodnoty průměru, minima, maxima, standardní odchylky.

Pro zjištění typu distribuce byl použit Pearsonův chí-kvadrát test.

Pro komparaci jednotlivých souborů v závislosti na věku, na pohlaví, a na věku a pohlaví byl použit Kruskal-Wallisův test typu ANOVA jako test parametrický.

Pro celý soubor byl použit ještě i test neparametrický –  GLMM (generalized linear mixed model).

V námi použitých testech byla zvolena hladina statistické významnosti α < 0,05.

K hodnocení závislosti na věku byly srovnávány všechny věkové skupiny vůči sobě navzájem, a to jak v testu parametrickém (Kruskal-Wallisově), tak v testu neparametrickém (GLMM). V první fázi byl volen jeden parametr: věk. Obdobně bylo provedeno testování všech skupin vůči sobě navzájem s jedním parametrem: pohlaví. Ve druhé fázi testu parametrického (ANOVA) i neparametrického (GLMM) byla stanovena závislost na dvou parametrech zároveň: věk a pohlaví.

Výsledky

Po naměření hodnot jsme získali šest skupin pacientů pro každé pohlaví po 25 jedincích (úsek 1– 4: počet měření ve skupině 50, úsek 5: počet měření 25 na skupinu).

Byly stanoveny hodnoty průměru, minima, maxima i standardní odchylky pro každou skupinu zvlášť i pro celý soubor, to je celkem 600 měření pro 1.– 4. úsek optického nervu a pro úseky optické pochvy A a B; pro chiasma získáváme 300 měření.

Při hodnocení celého souboru všech skupin vychází typické normální rozdělení dle Gausse ve všech úsecích nervu i pochvy.

Při hodnocení jednotlivých skupin je ve většině případů rozdělení normální dle Gausse, v několika skupinách se objevuje vícevrcholová distribuční křivka. Proto je do testování vzájemné závislosti zařazen jak test parametrický Kruskal-Wallisův typ ANOVA, tak test neparametrický GLMM.

Oba typy testu srovnávají všechny věkové skupiny ve všech úsecích nervu i pochvy navzájem vůči sobě s přihlédnutím k věku, k pohlaví a také k věku a pohlaví (tab. 1, obr. 2).

Skupina muži –  závislost na věku

V tab. 2 jsou patrny hodnoty průměru, minima, maxima i standardní odchylky jednotlivých úseků optického nervu pro muže v jednotlivých věkových skupinách.

Při testování je ve většině skupin průkazné normální rozdělení dle Gausse.

Je průkazný statisticky významný rozdíl mezi věkovými skupinami navzájem. To platí pro úseky optického nervu 1– 4 a úseky optické pochvy A a B. Pro úsek 5 –  chiasma –  není statisticky významný rozdíl mezi věkovými skupinami.

V úsecích 1– 4 a A a B je prokázán nárůst rozměrů od skupiny 15– 25 let směrem ke věkové skupině do 45 let, poté je jednoznačná redukce rozměrů směrem k věkové skupině 55 a výše. Úsek 5 –  chiasma –  ve sledovaném souboru nemá statisticky průkazné změny rozměrů v závislosti na věku.

Skupina ženy –  závislost na věku

V tab. 3 jsou patrny sledované statistické hodnoty jednotlivých úseků optického nervu a pochvy pro ženy, jednotlivé hodnoty jsou uspořádány do skupin podle věku identicky jako u mužů.

Ve většině sledovaných skupin prokazujeme normální statistické rozdělení dle Gausse.

Je zřejmý vliv parametru věk v rámci věkových skupin –  prokazujeme statisticky významný rozdíl mezi věkovými skupinami v úseku 1– 4 a úseku optické pochvy A a B. Můžeme sledovat statisticky významné rozdíly mezi věkovými skupinami 15– 35 let a věkovou skupinou nad 55 let věku, kdy je jasná tendence k redukci rozměrů. Obdobně jako u mužů nedochází ke statisticky významné odlišnosti rozměrů chiasmatu v jednotlivých věkových skupinách.

Závislost na pohlaví

Při komparaci jednotlivých skupin je statisticky významný rozdíl mezi rozměry optických nervů i pochev optického nervu ve všech úsecích mezi muži a ženami. Ve všech sledovaných rozměrech optického nervu má skupina mužů statisticky významně větší rozměry. V případě optické pochvy v úseku A je dominance skupiny žen.

Závislost na pohlaví a věku

Věk a pohlaví mají statisticky významný vliv na všechny sledované veličiny v 1.– 3. úseku nervu, statisticky významný vliv je i v úseku 5 (chiasma) a v obou úsecích pochvy optického nervu. V úseku 4 (prechiasmaticky) není závislost na obou parametrech statisticky významná.

Diskuze

Stanovení základních rozměrů optického nervu v jednotlivých úsecích a stanovení normální hodnoty náplně pochvy optického nervu je cílem více prací.

Ve studii Karima et al je prokázána těsná korelace mezi anatomickými rozměry nervu u kadaverů a měřením pomocí MR. Práce prokazuje postupné zmenšení rozměrů optického nervu od bulbu dorzálně a prechiasmatické rozšíření [11]. K podobnému závěru dospívají u skupiny zdravých jedinců i Dodds et al. Autoři nezohledňují věk a pohlaví, uvedené rekonstrukce jsou složité [12]. Dle práce Xie et al, kteří měřili optický nerv a pochvu 3, 9 a 15 mm za bulbem pomocí MR v čínské populaci, je evidentní snížení rozměrů směrem dorzálně [4]. Autoři nepracují s rozdělením podle pohlaví ani podle věku, prokazují ale souvislost s hodnotou BMI.

Podobnou souvislost redukce rozměrů směrem dorzálně jsme prokázali i v našem souboru –  je evidentní rozšíření prechiasmaticky. Takto rozsáhlý soubor subjektů členěný dle pohlaví a věku je v literatuře ojedinělý, prokazujeme změnu rozměrů v závislosti na věku a pohlaví. Je však nutno připustit, že měření je závislé na variabilitě a chybách měření malých struktur, a to může být problémové při aplikaci do praxe.

Další práce se zabývají změnami šíře pochvy optického nervu k detekci zvýšení intrakraniálního tlaku. Dle prací Geeraertse et al zvýšení nitrolebního tlaku koresponduje s rozšířením šíře pochvy v MR obraze nad 5,82 mm (negativní prediktivní hodnota 92 %), autoři měřili jen v retrobulbárním úseku nezávisle na věku a pohlaví [13,14]. Dle prací Rohra et al, kteří sledovali hodnoty rozměrů optické pochvy ve více úsecích v závislosti na výši tlaku mozkomíšního moku, je rozšíření pochvy jen jeden z parametrů hodnocení zvýšení či snížení nitrolebního tlaku. Pro diagnózu zvýšeného nitrolebního tlaku je třeba mít splněno více znaků [15,16]. Za standard je považováno přímé měření nitrolebního tlaku.

Dále jsou práce, které se zabývají hodnocením náplně optických pochev jednotlivých zobrazovacích metod navzájem. Jedná se nejčastěji o korelaci mezi ultrazvukovým vyšetřením a vyšetřením MR. V práci Giger-Toblera et al dle ultrazvukového měření prokazují šíři pochvy optického nervu u zdravých jedinců retrobulbárně 6,2 ± 0,84 mm [17]. Dle práce Shirodkara et al je korelace mezi ultrazvukovým a MR měřením dobrá [18]. Oba autoři měřili jen retrobulbární úsek optické pochvy, bez ohledu na věk či pohlaví.

V našem souboru jsme zjistili rozměr optické pochvy v úseku A (retrobulbárně) v celém souboru 5,99 mm s rozmezím 4,00– 8,54 mm. Oproti pracem Geeraertse et al je námi naměřená průměrná hodnota vyšší (dle Geeraertse et al je hraniční hodnota pro rozšíření pochvy retrobulbárně s významem elevace nitrolebního tlaku moku 5,82 mm) [13,14]. Prokázali jsme shodu s normální hodnotou rozměrů optické pochvy retrobulbárně s prací Giger-Toblera et al [17]. Tyto práce se věnují detekci zvýšení nitrolebního tlaku a stanovení hranice normy rozměrů optické pochvy retrobulbárně neinvazivním způsobem; práce sledující vývoj rozměrů optické pochvy v průběhu života nebyla publikována.

Možnost srovnání s rozměry normální populace může být základem pro hodnocení atrofie či hypertrofie optického nervu (tab. 5).

Důležitým parametrem hodnocení šíře optického nervu vůči celkové šíři komplexu nerv –  optická pochva je náplň subarachnoidálního prostoru optických pochev, která volně komunikuje se subarachnoidálními prostory mozku (tab. 6). Proto nelze náplň optických pochev hodnotit samostatně, ale vždy je nutné korelovat se stavem subarachnoidálních prostorů podél mozku [5].

Pozornost také zaslouží ložiskové změny optického nervu v MR obraze a též pochva optického nervu, její tloušťka, signál a sycení –  v celém rozsahu až po optický kanál [19].

Při dia­gnostice šíře optického nervu a optické pochvy nelze opomenout pečlivé zhodnocení struktur střední jámy lební, ať již krajiny tureckého sedla, kavernozní splav či pleny na bazi lební [5,6,19].

Naší prací se snažíme poskytnout podklady pro hodnocení normálních rozměrů optického nervu a pochvy v závislosti na věku a pohlaví ve středoevropském regionu u příslušníků kavkazské populace. Snažíme se přispět ke standardizaci zobrazení těchto struktur. Preferujeme využití metod MR bez použití kontrastní látky.

Předkládáme výsledky z měření na poměrně velkém souboru pacientů bez předpokládané patologie dotčených struktur. Do budoucna je jistě vhodné tento základní soubor rozšířit o měření rozměrů optického nervu u patologických procesů, které zasahují obě pohlaví, ale výzvou je i prozkoumání na pohlaví či věk vázaných diagnóz. Jistě je nutné provádět měření na přístrojích různých výrobců a přístrojích s různou hodnotou magnetické indukce.

Závěr

Ve sledovaném souboru byl prokázán statisticky významný vliv věku i pohlaví na rozměry optického nervu a rozměry pochvy optického nervu. Jedinou strukturou s rozměry jen minimálně závislými na věku je pátý úsek optického nervu –  chiasma. Při hodnocení optického chiasmatu je nutno zvažovat vliv pohlaví.

Počítáme-li s chybou měření do 0,1 mm, je zřejmý vliv věku a pohlaví na rozměry optického nervu zejména v korelaci mladých věkových skupin do 35. roku života a věkové skupiny 55– 66 a více. I při této uvedené chybě měření je patrný rozdíl mezi oběma pohlavími. V náplni optické pochvy je rozdíl mezi pohlavími i věkovými skupinami méně výrazný, ale stále statisticky významný.

Při hodnocení 1.– 4. úseku optického nervu i při hodnocení náplně optických pochev je nutné korelovat rozměry s normálním rozdělením těchto hodnot v populaci.

Autoři deklarují, že v souvislosti s předmětem studie nemají žádné komerční zájmy.

Redakční rada potvrzuje, že rukopis práce splnil ICMJE kritéria pro publikace zasílané do biomedicínských časopisů.

MUDr. Pavla Hanzlíková

MR oddělení, Sagena s.r.o.

8. pěšího pluku 2450 738 01 Frýdek-Místek

e-mail: hanzlikova@sagena.cz

Přijato k recenzi: 12. 10. 2017

Přijato do tisku: 14. 4. 2018