Hur kan du titta in i hjärnan?
Bilden visar olika hjärnavbildningstekniker. Första bilden var
Sedan börjar det intressanta - vi harförmågan att använda blod som kontrast, så att du kan få angiografi. Detta är en studie av hjärnans kärl, vilket inte innebär införandet av något kontrastmedel från utsidan, kontrasten är mänskligt blod. Så vi kan bygga en vacker bild av hjärnans kärl, och här visualiseras Willis cirkel - huvudcirkeln för säkerheten, det vill säga de kärl som kommunicerar med varandra och förser alla delar av hjärnan med blod.
Följande tre färgbilder återgesstrukturell och funktionell tomografi. Och bilden i regnbågens färger är magnetisk resonanstraktografi, eller diffusionstraktografi. Det låter oss se hur trakterna, nervbanorna som kommer från varje nervcell, samlas och går till exempel från hjärnbarken ner till ryggmärgen och vidare till musklerna.
Näst sista bilder med ljus orangefärgad är funktionell magnetisk resonanstomografi. Detta är en av de mest intressanta MRT-teknikerna, som har en begränsad användning i klinisk praxis, men den används i stor utsträckning i vetenskaplig forskning. Denna metod låter dig se den funktionella aktiviteten i olika delar av hjärnan i det ögonblick när en person gör något eller är i vila.
Den senaste bilden ärpositronemissionstomografi, den dyraste metoden inom stråldiagnostik, används aktivt i vissa kliniska situationer. Här finns ett radioläkemedel som injiceras i blodomloppet hos en person, sedan kan du registrera de områden som kommer att samla det mest.
datortomografi
Forskare har ett stort antal verktyg,som låter dig titta in i hjärnan, se hela kroppen. Detta är mycket användbart när det gäller klinisk medicin och diagnos av läkare.
Men vad hände innan det?Hur kom läkare fram till en diagnos genom att knacka, lyssna, prata med patienten? 1896 skedde en revolution inom medicinen - röntgenbilden uppfanns, den blev enormt utbredd. Och sedan började det användas i stor utsträckning i klinisk praxis.
Tyvärr är röntgenstrålar aktivaackumuleras i ben, inklusive skallen. Genom denna ljusa bild är det svårt att se de inre strukturerna och vad som finns bakom kraniallådan, det tillåter dig inte att se hjärnans mjuka vävnader. Walter Dandy var den första som hittade en lösning på problemet. På 1920-talet uppfann han en metod som kallas ventrikulografi, ungefär samtidigt som pneumoencefalografi dök upp.
Vad det är?Vi kan inte se genom skallbenen in i hjärnan, men vi vet att det finns hålrum inuti organet som är fyllda med cerebrospinalvätska, som skiljer sig i sammansättning från blod, men som ändå inte interagerar med röntgenstrålar. Vi kan pumpa ut denna vätska, ersätta den med luft eller annan vätska – och den berättar för oss vad som finns i hjärnvävnaderna.
En procedur där du behöver pumpa ut flera dussinmilliliter vätska från systemet är mycket komplex, stängd, och de minsta fluktuationer kan orsaka dödliga konsekvenser. Men forskare och läkare lyckades göra det. Denna metod var den huvudsakliga metoden för hjärnavbildning fram till 1970-talet. Sedan skapade Godfrey Hounsfield en metod som nu har kommit i förgrunden vad gäller diagnostisk betydelse – det här är datortomografi.
Bilden är en bild tagen den 1 oktober.1971 - en ögonblicksbild av hjärnan hos en levande person. På den kan vi se en cysta fylld med vätska. Det här skottet var kornigt och låg kvalitet, men även det var ett kolossalt genombrott. Den första datortomografin gjordes runt 1969. Det här är en bild av hjärnan på en död ung tjur, Godfrey Hounsfield satte upp tekniken på den.
Intressant nog, utan Beatles, utvecklingdatortomografi skulle inte vara lika aktiv. På 1960-talet var EMI, där Godfrey Hounsfield arbetade, också ett skivbolag. Tack vare ett kontrakt med en grupp som fick enorm popularitet dök medlen upp, på vilka Hounsfield förbättrade datorer, och de gjorde det möjligt att bearbeta en stor mängd information från datortomografier.
Så här såg den första CT-skannern ut på Atkinson Morley Hospital i London. Och det här är samma kvinna som var den första att genomgå denna procedur.
I vårt land började datortomografiutvecklas nästan omedelbart efter deras uppträdande i Storbritannien. Den första CT-skannern dök upp på Scientific Center for Neurology - det här är min andra alma mater, platsen där jag gjorde min residency. Jag pratade med den första röntgenlaboratorieassistenten i vårt land, hon arbetade på den första CT-skannern i Sovjetunionen.
Hon jobbar fortfarande där och berättadefantastiska historier: tidigare tog datortomografi så lång tid att patienten var tvungen att ligga still i timmar för att få normala bilder av hjärnan. Till exempel en dag var hon distraherad, och när hon kom tillbaka märkte hon att ingen befann sig i skanningsrummet. Det visade sig att patienten redan hade legat där i två timmar och han ville gå på toaletten. Den lämnades tillbaka och skannades i ytterligare en timme eller så. Så forskning som varar några sekunder är en stor välsignelse.
Positronemissionstomografi
Omedelbart efter datortomografi dök upp ochpositronemissionstomografi. Dess förfader var psykiatern och neuropsykiatern Louis Sokoloff. Han kom på hur man skapar ett radiofarmaka och använder det för att visualisera hjärnans aktivitet. Sokoloff arbetade under krigsåren i USA och var mycket intresserad av att förstå vad som händer i hjärnan på en soldat under en granatchock och hur den sedan försvinner.
Men det fanns inga sådana metoder.Naturligtvis fanns det elektroencefalografi, som gjorde det möjligt att mäta den elektriska aktiviteten i hjärnbarken, men den kunde inte flytta in i djupare strukturer. Den första positronemissionstomografin gjordes den 16 augusti 1976 på hjärnan.
De svarta områdena är hjärnbarken.Det första radioläkemedlet var fluordeoxiglukos. Vad är glukos - detta är den huvudsakliga näringskomponenten för neuroner, så de aktivt arbetande nervcellerna som utgör cortex absorberade det aktivt och signalerade att de hade mycket muterat glukos. Därför får vi en bild av en ljus svart hjärnbark.
Och detta är den första magnetiska resonansavbildningen.Till vänster är dess skapare Raymond Damadian och Lawrence Minkoff. Den gjordes den 3 juni 1977. Denna metod skiljer sig fundamentalt från datoriserad positronemissionstomografi. Den innehåller inte joniserande strålning, den är helt säker.
datortomografi
Redan med namnet på metoden (annan grek.τομή - "sektion") är det tydligt att vi talar om bilden av sektionen, lager-för-lager-mätning av objektets densitet med röntgenstrålar, följt av matematisk datorbehandling av data. Så du kan få en tredimensionell bild utan att kränka kroppens integritet. Information om varje lager samlas till en enda bild, den kan rekonstrueras till en bild i vilket plan som helst.
I det här fallet finns det en röntgenkällastrålning - ett röntgenrör, forskarna lyser igenom det önskade föremålet. Beroende på vävnadens densitet hänger röntgenstrålningen, så att säga, kvar i olika vävnader i kroppen. Ben har den högsta densiteten, de behåller nästan 100% av strålningen. Den lägsta är luft. Data samlas in i en detektor, sedan omvandlas de till en digital bild och med hjälp av algoritmer byggs en bild som vi ser på skärmen.
Det finns flera generationer av enheter än så längedet finns en traditionell datortomografi, som nu praktiskt taget är borta. Där cirklar röret tillsammans med detektorn medurs, gör en hel cirkel och sedan går bordet fram en aning. Röret gör ett varv till och så vidare.
Och MSCT-metoden används flitigt.Här stannar inte bordet, det rör sig, och röret med detektorn roterar runt patienten i en mycket snäv spiral och lyser upp det nödvändiga området av kroppen på ganska kort tid. Detta sker snabbt, enheter kan göra 256 och till och med 512 varv per sekund. Men nu går forskarna snarare mot att minska strålningsexponeringen och förbättra kvaliteten på forskningen.
Bilden visar resultatet av en datortomografi av huvudet. Det visar att något är fel – en av hemisfärerna är klart större och något lägre i signalintensitet.
Datortomografi kan ocksåför att titta på hur olika delar av hjärnan förses med blod, kallas denna metod perfusion. Och hos samma patient kan blå-blå nyanser ses. Det betyder att blodtillförseln är nedsatt, vi kan dra slutsatsen att en blodpropp eller embolus har fastnat någonstans. Nu kan vissa kliniska åtgärder vidtas med patienten.
Dessutom finns en datortomografiangiografi, den utförs med hjälp av ett kontrastmedel. Kontrastmedlet kan, genom att tätt fylla kärlen, bilda en mycket ljus bild, som vi kan utvärdera genom att bygga tredimensionella bilder.
</ p>Magnetisk resonanstomografi
Denna metod utökar möjligheterna kraftigtläkare och radiolog. Detta är guldstandarden för hjärnavbildning. Det låter dig få bilder av inre organ in vivo, som är baserade på kärnmagnetisk resonans. Detta är ett fenomen från kvantvärlden, så jag kommer att förenkla några saker för att inte dyka in i alla fysiska subtiliteter.
Ett permanent magnetfält bildas i komplexet.Patienten placeras där, där han vistas en tid. Där bildas ett permanent magnetfält, det är 10 tusen gånger större än jordens magnetfält, men det här är inte alls skrämmande. Det finns ingen strålning i magnetisk resonanstomografi, detta är en av de säkraste metoderna.
</ p>Hur fungerar han?Vår kropp består till största delen av vatten - två väteatomer och en syreatom. Följaktligen är väte det vanligaste grundämnet i vår kropp. Väte och flera andra element har vissa fysiska egenskaper - för att förenkla kan de rotera runt sin axel, det vill säga precess. Dessa rotationsaxlar kan se slumpmässigt i helt olika riktningar.
Bara att placera en person i en stark magnetiskfältet är inte tillräckligt för att ta emot någon signal. Vi måste påverka protonerna. Denna påverkan hanteras av radiofrekventa strålar, som tillförs av radiofrekvensspolar.
Spolar är ytterligare tilläggmagnetisk resonanstomografi. När en patient har en MR av huvudet sätts en extra hjälm på. Dessa är spolar, oftast är de både mottagande och sändande. De kan både avge en radiofrekvenspuls och fånga en signal, det vill säga vara en detektor för att fånga tillbaka signalen.
Vi påverkar protoner med radiofrekvensstrålning med en frekvens som ligger nära protonens rotationsfrekvens och därför avleder vi pilen. Vi får en spiralfjäder, vi ger den energi, vi kan avleda den 90 eller 180 grader, beroende på vad vi behöver. Och när RF-pulsen stannar återgår rotationsriktningen till den aktuella positionen. Precis som fjädern som vi komprimerade, expanderar den igen till sitt ursprungliga tillstånd, och energi frigörs, vi kallar det avslappning, och denna energi registreras av detektorerna som finns i spolarna.
Det vill säga, de grundläggande principerna för MRT är att exciteraprotoner, atomer som vi påverkar, fixar sedan avslappningen, får tillbaka energin, omvandlar figuren till en bild. Detta görs också med komplexa matematiska metoder, som Fouriertransformen.
Det finns flera generationer av tomografer:till exempel låggolv öppen. De är av föregående generation, magneterna är placerade ovanför och under. Öppna maskiner används på kliniker eftersom de är de enda som kan skanna klaustrofobiska patienter. Det finns högfältsstängda enheter, där den maximala magnetiska fältstyrkan är.
Det finns olika sätt att samla in information vid MRT – det kan duexkludera element eller lägg till information - extrapolera till exempel en bild lite. Den första bilden är T2. Här kan du se att den grå och vita substansen roteras 180 grader. Detta läge behövs eftersom vissa patologier är lättare att se på en mörk bakgrund. Den andra bilden är T1. På den kan du se hjärnans anatomiska struktur, det vill säga den grå substansen är riktigt grå, den vita är lite ljusare.
Det finns en annan version av bilden.Detta är en T2-viktad bild med fri vätskedämpning. Detta är samma som den första, men vi tog bort hela signalen från den fria vätskan och fick möjlighet att se fokus för den patologiskt förändrade hjärnsubstansen.
MRT kan också användas för att se blodkärl.Nedan är angiografin - den andra bilden. Vi kan titta på blod-hjärnbarriären - det här är barriären mellan blodet och hjärnans substans, där den kan passera och läcka. Här är området för den starkt glödande delen av hjärnan ödem, det säger oss att det är här den ischemiska stroken, området med akut syrebrist, finns.
Funktionell MR
Detta är den huvudsakliga metoden som används inom vetenskapen.Men det är också viktigt för neurokirurgers kliniska praktik – om man behöver ta bort en viss del av hjärnan måste man då se om detta påverkar funktionen? För att göra detta utförs en funktionell MRT - preoperativ kartläggning av hjärnan för att se: hur är området beläget, till exempel nära tumören som måste tas bort, och området för det funktionellt aktiva området av hjärnbarken, till exempel talcentret, och om vi kommer att ta bort till exempel område av talcentret tillsammans med tumören.
Med hjälp av fMRI kan du fånga, ta emothörselaktivering, det vill säga för att se vilka områden i hjärnan som aktiveras som svar på ljudexponering. Du kan få motorisk aktivering, till exempel kan du be patienten röra ett finger och registrera aktiviteten i cortex som rörelsen orsakade.
Du kan också titta på en inaktiv hjärna, eftersomatt han också lägger ner mycket energi på att hålla balansen. På bilden är ett av de mest intressanta nätverken nätverket av hjärnans passiva läge. Man tror att detta nätverk delvis återspeglar närvaron av mänskligt medvetande. Vetenskaplig forskning inom medvetandeområdet är en av de mest ambitiösa sakerna inom neurovetenskapens område.
Traktografiya låter dig fixa rörelsenprotoner längs axoner, nervbanor. Så vi kan få vackra bilder, här är varje färg kodad med en riktning. Från dessa färger kan du få mycket viktig information. Detta är nödvändigt i klinisk praxis, till exempel under en neurokirurgisk operation, för att inte röra en strategiskt viktig del av denna motorväg. Så här ser programmet ut där man kan bygga traktorer.
Positron emission tomograf
Detta är en radionuklidmetod för att studera inremänskliga organ, där antimateria bildas och förintelse sker. Det är svåra ord, men de finns i Dan Browns romaner. Från dem kommer vi ihåg att även en liten mängd antimateria blandat med materia är tillräckligt för att torka en stad från jordens yta. Men denna metod behöver inte fruktas, den kan ge en relativt liten mängd strålning, vilket är inom det normala intervallet.
Vad är principen för positronemissionstomografi?Det faktum att halveringstiden för fluor-18 är 110 minuter, så du måste ha tid, för det första, att syntetisera ett radiofarmaceut, och för det andra, ta det till kliniken, där det kommer att administreras till patienten, vänta tills alla denna glukos har spridit sig i patientens kropp, ta sedan bilder. Men fluor sönderfaller via beta-plus-sönderfall och frigör en positron. Den möter den första elektronen den stöter på, interagerar, förintelse inträffar och två gammakvanter detekteras av detektorer. På så sätt får forskare en så ljusstark bild som möjligt där det mesta av radiofarmaka ackumuleras.
Så här ser hybridforskning utkombinera PET-CT, PET-MRI, detta är nu en av de nya metoderna. Samtidigt finns det också en kombination av funktionell aktivitet och strukturell aktivitet för att få fram klinisk information. För inte så länge sedan dök en PET-skanner för hela kroppen upp - detta ger också mycket intressant och kliniskt betydelsefull information. Ur innovations- och tekniksynpunkt kan vetenskapen fortfarande utvecklas framåt, och inom många områden – CT, MRI, PET – och där göra vetenskapliga, vetenskapliga och tekniska förbättringar och bidra till skapandet av ny teknisk och högteknologisk medicin.
Läs mer
Titta på den "tysta" drönaren med en ny generation av jonframdrivning
Forntida trilobithanar spände på honorna under parningen
Ryssland och USA har dommedagsflygplan: hur och vart de ska flyga i händelse av världens ände