Come puoi guardare nel cervello?
La diapositiva mostra diverse tecniche di imaging cerebrale. La prima foto dove
Quindi inizia l'interessante: abbiamola capacità di usare il sangue come mezzo di contrasto, in modo da poter ottenere l'angiografia. Questo è uno studio dei vasi del cervello, che non implica l'introduzione di alcun mezzo di contrasto dall'esterno, il contrasto è il sangue umano. Quindi possiamo costruire una bella immagine dei vasi cerebrali, e qui viene visualizzato il cerchio di Willis, il cerchio principale del collaterale, cioè quei vasi che comunicano tra loro e forniscono sangue a tutte le aree del cervello.
Le seguenti tre immagini a colori vengono renderizzatetomografia strutturale e funzionale. E l'immagine nei colori dell'arcobaleno è trattografia a risonanza magnetica, o trattografia a diffusione. Ci permette di vedere come i tratti, le vie nervose che provengono da ciascuna cellula nervosa, si uniscono e vanno, ad esempio, dalla corteccia cerebrale fino al midollo spinale e ai muscoli.
Penultime immagini con arancione brillantecolorato è la risonanza magnetica funzionale. Questa è una delle tecniche di risonanza magnetica più interessanti, che ha un uso limitato nella pratica clinica, ma è ampiamente utilizzata nella ricerca scientifica. Questo metodo consente di vedere l'attività funzionale di diverse aree del cervello nel momento in cui una persona sta facendo qualcosa o è a riposo.
L'ultima immagine èLa tomografia a emissione di positroni, il metodo più costoso nella diagnostica delle radiazioni, è attivamente utilizzata in alcune situazioni cliniche. Qui c'è un radiofarmaco che viene iniettato nel flusso sanguigno di una persona, quindi puoi registrare le aree che lo accumuleranno di più.
TAC
Gli scienziati hanno un numero enorme di strumenti,che ti permettono di guardare nel cervello, vedere l'intero corpo. Questo è molto utile in termini di medicina clinica e diagnosi da parte dei medici.
Ma cosa è successo prima?In che modo i medici sono arrivati a una diagnosi toccando, ascoltando, parlando con il paziente? Nel 1896 ci fu una rivoluzione in medicina: fu inventata la radiografia, che divenne enormemente diffusa. E poi ha iniziato ad essere ampiamente utilizzato nella pratica clinica.
Sfortunatamente, i raggi X sono attivisi accumula nelle ossa, compreso il cranio. Attraverso questa immagine luminosa, è difficile vedere le strutture interne e cosa c'è dietro la scatola cranica, non permette di vedere i tessuti molli del cervello. Il primo a trovare una soluzione al problema fu Walter Dandy. Negli anni '20 inventò un metodo chiamato ventricolografia, più o meno nello stesso periodo in cui apparve la pneumoencefalografia.
Cos'è?Non possiamo guardare attraverso le ossa del cranio nel cervello, ma sappiamo che ci sono cavità all'interno dell'organo che sono piene di liquido cerebrospinale, che è diverso nella composizione dal sangue, ma, tuttavia, non interagisce con i raggi X. Possiamo pompare questo fluido, sostituirlo con aria o un altro fluido - e ci dice cosa c'è nei tessuti cerebrali.
Una procedura in cui è necessario pompare diverse dozzinemillilitri di fluido dal sistema sono molto complessi, chiusi e le minime fluttuazioni possono causare conseguenze fatali. Ma ricercatori e medici sono riusciti a farlo. Questo metodo è stato il metodo principale di imaging cerebrale fino agli anni '70. Quindi Godfrey Hounsfield ha creato un metodo che ora è emerso in termini di significato diagnostico: questa è la tomografia computerizzata.
Nella foto una foto scattata il 1 ottobre.1971 - un'istantanea del cervello di una persona vivente. Su di esso possiamo vedere una ciste piena di liquido. Questo scatto era sgranato e di bassa qualità, ma anche quello è stato un passo avanti colossale. La prima scansione TC è stata eseguita intorno al 1969. Questa è l'immagine del cervello di un giovane toro morto, Godfrey Hounsfield stava preparando la tecnica su di esso.
È interessante notare che, senza i Beatles, lo sviluppola tomografia computerizzata non sarebbe così attiva. Negli anni '60, la EMI, dove lavorava Godfrey Hounsfield, era anche una casa discografica. Grazie a un contratto con un gruppo che sta guadagnando enorme popolarità, sono comparsi i fondi, sui quali Hounsfield ha migliorato i computer e hanno permesso di elaborare una grande quantità di informazioni ricevute dalla tomografia computerizzata.
Ecco come appariva il primo scanner TC all'Atkinson Morley Hospital di Londra. E questa è la stessa donna che è stata la prima a sottoporsi a questa procedura.
Nel nostro paese è iniziata la tomografia computerizzatasi sviluppano quasi immediatamente dopo la loro comparsa nel Regno Unito. Il primo scanner TC è apparso al Centro Scientifico di Neurologia: questa è la mia seconda alma mater, il luogo in cui ho svolto la mia residenza. Ho parlato con la prima assistente di laboratorio a raggi X nel nostro paese, ha lavorato al primo scanner TC in URSS.
Lei lavora ancora lì e ha dettostorie incredibili: in passato, le scansioni TC richiedevano così tanto tempo che il paziente doveva rimanere immobile per ore per ricevere le normali immagini del cervello. Ad esempio, un giorno era distratta e, quando è tornata, ha notato che non c'era nessuno nella stanza di scansione. Si è scoperto che il paziente era già sdraiato lì da due ore e voleva andare in bagno. È stato restituito e scansionato per un'altra ora circa. Quindi la ricerca che dura pochi secondi è un grande vantaggio.
Tomografia ad emissione di positroni
Subito dopo è apparsa la tomografia computerizzata etomografia ad emissione di positroni. Il suo antenato era lo psichiatra e neuropsichiatra Louis Sokoloff. Ha scoperto come creare un radiofarmaco e usarlo per visualizzare l'attività cerebrale. Sokoloff ha lavorato durante gli anni della guerra negli Stati Uniti ed era molto interessato a capire cosa succede nel cervello di un soldato durante uno shock da granata e come poi scompare.
Ma non esistevano metodi del genere.Naturalmente c'era l'elettroencefalografia, che permetteva di misurare l'attività elettrica della corteccia cerebrale, ma non poteva spostarsi in strutture più profonde. La prima tomografia a emissione di positroni è stata eseguita il 16 agosto 1976 sul cervello.
Le aree nere sono la corteccia cerebrale.Il primo radiofarmaco è stato il fluorodesossiglucosio. Cos'è il glucosio: questo è il principale componente nutrizionale dei neuroni, quindi le cellule nervose che lavorano attivamente che compongono la corteccia lo hanno assorbito attivamente e hanno segnalato che avevano molto glucosio mutato. Pertanto, otteniamo un'immagine di una corteccia cerebrale nera brillante.
E questa è la prima risonanza magnetica.Sulla sinistra, i suoi creatori sono Raymond Damadian e Lawrence Minkoff. È stato realizzato il 3 giugno 1977. Questo metodo è fondamentalmente diverso dalla tomografia computerizzata a emissione di positroni. Non contiene radiazioni ionizzanti, è assolutamente sicuro.
TAC
Già dal nome del metodo (altro greco.τομή - "sezione") è chiaro che si tratta dell'immagine della sezione, la misurazione strato per strato della densità dell'oggetto mediante raggi X, seguita dall'elaborazione matematica dei dati al computer. Quindi puoi ottenere un'immagine tridimensionale senza violare l'integrità del corpo. Le informazioni su ciascun livello vengono raccolte in un'unica immagine, che può essere ricostruita in un'immagine su qualsiasi piano.
In questo caso, c'è una sorgente di raggi Xradiazione: un tubo a raggi X, i ricercatori brillano attraverso l'oggetto desiderato. A seconda della densità del tessuto, la radiazione a raggi X, per così dire, si blocca, rimane in vari tessuti del corpo. Le ossa hanno la densità più alta, trattengono quasi il 100% della radiazione. Il più basso è l'aria. I dati vengono raccolti in un rilevatore, quindi vengono convertiti in un'immagine digitale e, utilizzando algoritmi, viene costruita un'immagine che vediamo sullo schermo.
Ci sono diverse generazioni di dispositivi, finoraesiste una tomografia computerizzata tradizionale, che ora è praticamente scomparsa. Lì, il tubo, insieme al rilevatore, gira in senso orario, compie un giro completo, quindi il tavolo avanza leggermente. Il tubo fa un altro giro e così via.
E il metodo MSCT è ampiamente utilizzato.Qui il lettino non si ferma, si muove e il tubo con il rilevatore ruota attorno al paziente in una spirale molto stretta e illumina l'area del corpo richiesta in un tempo abbastanza breve. Questo accade rapidamente, i dispositivi possono fare 256 e persino 512 giri al secondo. Ma ora, i ricercatori si stanno piuttosto muovendo verso la riduzione dell'esposizione alle radiazioni e il miglioramento della qualità della ricerca.
L'immagine mostra il risultato di una TAC della testa. Mostra che qualcosa non va: uno degli emisferi è chiaramente più grande e leggermente inferiore nell'intensità del segnale.
La tomografia computerizzata può ancheguarda come il sangue viene fornito a diverse aree del cervello, questo metodo è chiamato perfusione. E nello stesso paziente si possono vedere sfumature blu-blu. Ciò significa che l'afflusso di sangue è compromesso, possiamo concludere che un coagulo di sangue o un embolo sono bloccati da qualche parte. Ora è possibile intraprendere alcune azioni cliniche con il paziente.
Inoltre, c'è una tomografia computerizzataangiografia, viene eseguita utilizzando un mezzo di contrasto. Il mezzo di contrasto, riempiendo densamente i vasi, può formare un'immagine molto luminosa, che possiamo valutare costruendo immagini tridimensionali.
</ p>Risonanza magnetica
Questo metodo amplia notevolmente le possibilitàmedico e radiologo. Questo è il gold standard per l'imaging cerebrale. Ti permette di ottenere immagini degli organi interni in vivo, che si basano sulla risonanza magnetica nucleare. Questo è un fenomeno del mondo quantistico, quindi semplificherò alcune cose per non immergermi in tutte le sottigliezze fisiche.
Nel complesso si forma un campo magnetico permanente.Il paziente viene collocato lì, dove rimane per qualche tempo. Lì si forma un campo magnetico permanente, è 10mila volte più grande del campo magnetico terrestre, ma questo non è affatto spaventoso. Non ci sono radiazioni nella risonanza magnetica, è uno dei metodi più sicuri.
</ p>Come lavora?Il nostro corpo è composto principalmente da acqua: due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno. Di conseguenza, l'idrogeno è l'elemento più comune nel nostro corpo. L'idrogeno e molti altri elementi hanno determinate proprietà fisiche: per semplificare, possono ruotare attorno al loro asse, cioè il precesso. Questi assi di rotazione possono apparire casualmente in direzioni completamente diverse.
Basta mettere una persona in un forte magnetecampo non è sufficiente per ricevere alcun segnale. Dobbiamo influenzare i protoni. Questa influenza è gestita da fasci di radiofrequenza, che sono forniti da bobine di radiofrequenza.
Le bobine sono componenti aggiuntivi aggiuntivirisonanza magnetica. Quando un paziente ha una risonanza magnetica della testa, viene indossato un casco aggiuntivo. Queste sono bobine, molto spesso ricevono e trasmettono. Possono sia emettere un impulso a radiofrequenza che catturare un segnale, cioè essere un rilevatore per catturare il segnale indietro.
Influenziamo i protoni con la radiofrequenzaradiazione a una frequenza vicina alla frequenza di rotazione del protone e, quindi, deviamo la freccia. Otteniamo una molla a spirale, le diamo energia, possiamo deviarla di 90 o 180 gradi, a seconda di ciò di cui abbiamo bisogno. E quando l'impulso RF si interrompe, il senso di rotazione torna alla posizione corrente. Proprio come la molla che abbiamo compresso, si espande di nuovo al suo stato originale e l'energia viene rilasciata, lo chiamiamo rilassamento, e questa energia viene registrata dai rivelatori che si trovano nelle bobine.
Cioè, i principi di base della risonanza magnetica sono eccitareprotoni, atomi che influenziamo, poi fissiamo il rilassamento, recuperiamo l'energia, convertiamo la figura in un'immagine. Questo viene fatto anche con metodi matematici complessi, come la trasformata di Fourier.
Esistono diverse generazioni di tomografi:ad esempio, piano ribassato aperto. Sono della generazione precedente, i magneti si trovano sopra e sotto. Le macchine aperte sono utilizzate nelle cliniche perché sono le uniche in grado di scansionare i pazienti claustrofobici. Esistono dispositivi chiusi ad alto campo, dove è la massima intensità del campo magnetico.
Esistono diverse modalità di raccolta delle informazioni nella risonanza magnetica: è possibileescludere elementi o aggiungere informazioni, ad esempio estrapolare leggermente un'immagine. La prima immagine è T2. Qui puoi vedere che la materia grigia e bianca è ruotata di 180 gradi. Questa modalità è necessaria perché alcune patologie sono più facili da vedere su uno sfondo scuro. La seconda immagine è T1. Su di esso puoi vedere la struttura anatomica del cervello, cioè la materia grigia è davvero grigia, il bianco è un po' più chiaro.
C'è un'altra versione dell'immagine.Questa è un'immagine pesata in T2 con soppressione del fluido libero. Questo è lo stesso del primo, ma abbiamo rimosso l'intero segnale dal fluido libero e abbiamo avuto l'opportunità di vedere i fuochi della sostanza cerebrale patologicamente alterata.
La risonanza magnetica può essere utilizzata anche per visualizzare i vasi sanguigni.Di seguito è l'angiografia - la seconda immagine. Possiamo guardare la barriera ematoencefalica: questa è la barriera tra il sangue e la sostanza del cervello, dove può passare e fuoriuscire. Qui, l'area del pezzo brillantemente luminoso del cervello è l'edema, ci dice che è qui che si trova l'ictus ischemico, l'area della mancanza acuta di ossigeno.
Risonanza magnetica funzionale
Questo è il metodo principale utilizzato nella scienza.Ma è anche importante per la pratica clinica dei neurochirurghi: se hai bisogno di rimuovere una certa parte del cervello, devi vedere se questo influirà sulla funzione? Per fare ciò, viene eseguita una risonanza magnetica funzionale: mappatura preoperatoria del cervello per vedere: come si trova l'area, ad esempio, vicino al tumore che deve essere rimosso e l'area dell'area funzionalmente attiva del corteccia cerebrale, ad esempio, il centro del linguaggio e se rimuoveremo, ad esempio, l'area del centro del linguaggio insieme al tumore.
Usando fMRI, puoi catturare, ricevereattivazione uditiva, cioè per vedere quali aree del cervello vengono attivate in risposta all'esposizione al suono. È possibile ottenere l'attivazione motoria, ad esempio, si può chiedere al paziente di muovere un dito e fissare l'attività nella corteccia causata dal movimento.
Puoi anche guardare un cervello inattivo, perchéche anche lui spende molte energie per mantenere il suo equilibrio. Nella foto, una delle reti più interessanti è la rete della modalità passiva del cervello. Si ritiene che questa rete rifletta parzialmente la presenza della coscienza umana. La ricerca scientifica nel campo della coscienza è una delle cose più ambiziose nel campo delle neuroscienze.
Traktografiya ti consente di correggere il movimentoprotoni lungo gli assoni, le vie nervose. Quindi possiamo ottenere bellissime immagini, qui ogni colore è codificato con una direzione. Da questi colori puoi ottenere informazioni molto importanti. Ciò è necessario nella pratica clinica, ad esempio, durante un'operazione neurochirurgica, per non toccare un pezzo strategicamente importante di questa autostrada. Ecco come appare il programma in cui è possibile costruire trattori.
Tomografia a emissione di positroni
Questo è un metodo radionuclide per lo studio internoorgani umani, dove si forma l'antimateria e si verifica l'annientamento. Queste sono parole difficili, ma si possono trovare nei romanzi di Dan Brown. Da loro ricordiamo che anche una piccola quantità di antimateria mista a materia è sufficiente per cancellare una città dalla faccia della Terra. Ma questo metodo non deve essere temuto, può portare una quantità relativamente piccola di radiazioni, che rientra nell'intervallo normale.
Qual è il principio della tomografia a emissione di positroni?Il fatto che l'emivita del fluoro-18 è di 110 minuti, quindi è necessario avere tempo, in primo luogo, per sintetizzare un radiofarmaco e, in secondo luogo, portarlo in clinica, dove verrà somministrato al paziente, attendere fino a quando tutto questo glucosio si è diffuso in tutto il corpo del paziente, quindi scatta foto. Tuttavia, il fluoro decade tramite il decadimento beta-plus e rilascia un positrone. Incontra il primo elettrone che incontra, interagisce, si verifica l'annichilazione e due quanti gamma vengono rilevati dai rivelatori. In questo modo, i ricercatori ottengono l'immagine più luminosa possibile dove si accumula la maggior parte del radiofarmaco.
Ecco come appaiono gli studi ibridicombinare PET-CT, PET-MRI, questo è ora uno dei nuovi metodi. Allo stesso tempo, c'è anche una combinazione di attività funzionale e attività strutturale per ottenere informazioni cliniche. Non molto tempo fa è apparso uno scanner PET per tutto il corpo, che fornisce anche molte informazioni interessanti e clinicamente significative. Dal punto di vista dell'innovazione e della tecnologia, la scienza può ancora evolversi e in molte aree - TC, risonanza magnetica, PET - apportare miglioramenti scientifici, scientifici e tecnici e contribuire alla creazione di una nuova medicina tecnologica e high-tech.
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