Як можна зазирнути у мозок?
На слайді зображені різні способи візуалізації мозку. Перша картинка, де
Далі починається цікаве – у нас єможливість використовувати кров як контраст, так можна отримати ангіографію. Це дослідження судин мозку, яке не передбачає введення будь-якої контрастної речовини ззовні, контрастом виступає кров людини. Так ми можемо побудувати красиве зображення судин головного мозку, а тут візуалізоване віллізія коло - головне коло колатералі, тобто тих судин, які один з одним повідомляються і кровопостачають всі області мозку.
Наступні три кольорові зображення візуалізуютьструктурну та функціональну томографію. А зображення у кольорах веселки – магнітно-резонансна трактографія, або дифузійна трактографія. Вона дозволяє нам побачити, як розташовані тракти, нервові шляхи, які прямують від кожної нервової клітини, збираються разом і йдуть, наприклад, від кори головного мозку вниз у спинний мозок і далі до м'язів.
Передостанні зображення з яскраво-жовтогарячимиплямами - це функціональна магнітно-резонансна томографія. Це один із найцікавіших методів МРТ, який набув вузького поширення в клінічній практиці, але його широко використовують у наукових дослідженнях. Цей метод дозволяє побачити функціональну активність різних зон мозку у той момент, коли людина щось виконує або перебуває у стані спокою.
Останнє зображення — цепозитронно-емісійна томографія, найдорожчий метод у променевій діагностиці, що активно використовується в деяких клінічних ситуаціях. Тут є радіофармпрепарат, який вводиться людині в кровотік, далі можна зареєструвати області, які його найбільше накопичуватимуть.
Комп'ютерна томографія
У вчених є величезна кількість інструментів,які дозволяють заглядати у головний мозок, переглядати все тіло. Це дуже корисно з погляду клінічної медицини та постановки діагнозу клініцистами.
Але що було раніше?Як клініцисти приходили до діагнозу за допомогою простукування, прослуховувань, спілкування з пацієнтом? У 1896 році стався переворот у медицині - винайшли рентген, він набув колосального поширення. І відразу став широко використовуватися в клінічній практиці.
На жаль, рентгенівське випромінювання активнонакопичується кістками, зокрема черепа. Через цю яскраву картинку складно побачити внутрішні структури і те, що знаходиться за черепномозковою коробкою, вона не дозволяє побачити м'які тканини мозку. Першим, хто знайшов вирішення проблеми, був Уолтер Денді. У 1920-х роках він винайшов метод, який називається вентрикулографія, приблизно в цей же час з'явилася пневмоенцефалографія.
Що це таке?Ми не можемо зазирнути крізь кістки черепа всередину мозку, але знаємо, що всередині органа є порожнини, які заповнені цереброспінальною рідиною, відмінною за складом від крові, але не має взаємодії з рентгенівськими променями. Ми можемо відкачати цю рідину, замінити її на повітря або іншу рідину — і вона підказує нам, що знаходиться в тканинах мозку.
Процедура, де потрібно відкачати кілька десятківмілілітрів рідини із системи — дуже складна, замкнута, а найменші коливання можуть спричинити фатальні наслідки. Але дослідникам та лікарям вдавалося це зробити. Цей метод був головним способом візуалізації мозку аж до 1970-х років. Тоді Годфрі Хаунсфілд створив метод, який зараз вийшов на перший план діагностичної значущості — це комп'ютерна томографія.
На зображенні знімок, який зробили 1 жовтня1971 - знімок головного мозку живої людини. На ньому ми можемо побачити кісту, наповнену рідиною. Цей знімок був зернистим і неякісним, але це був колосальний прорив. А перший комп'ютерно-томографічний знімок зробили приблизно 1969 року. Це знімок мозку мертвого молодого бичка, на ньому Годфрі Хаунсфілд налаштовував методику.
Цікаво, що без гурту Beatles розвитоккомп'ютерної томографії було б не таким активним. У 1960-х роках компанія EMI, де працював Ґодфрі Хаунсфілд, також займалася звукозаписом. Завдяки контракту з групою, що набирає колосальну популярність, і з'явилися засоби, на яких Хаунсфілд удосконалив комп'ютери, вони і дозволили обробляти велику кількість інформації, що отримується від комп'ютерних томографів.
Ось так виглядав перший комп'ютерний томограф у шпиталі Аткінсона Морлі у Лондоні. І це та сама жінка, яка перша пройшла цю процедуру.
У нашій країні комп'ютерні томографи розпочалирозвиватися майже відразу після їх появи у Великій Британії. Перший комп'ютерний томограф з'явився в Науковому центрі неврології – це моя друга альма-матер, місце, де я проходила ординатуру. Я спілкувалась з першим рентген-лаборантом у нашій країні, вона працювала на першому комп'ютерному томографі СРСР.
Вона працює там досі та розповідалаприголомшливі історії: раніше комп'ютерна томографія проводилася так довго, що пацієнту потрібно було годинами лежати нерухомо, щоб він отримав нормальні знімки мозку. Наприклад, одного разу вона відволіклася, а коли повернулася, помітила, що у кімнаті сканування нікого немає. Виявилося, що пацієнт уже лежав там дві години, і йому захотілося в туалет. Його повернули та досканували ще приблизно годину. Отже, дослідження, що тривають кілька секунд, — це велике благо.
Позитронно-емісійна томографія
Відразу після комп'ютерної томографії з'явилася іпозитронно-емісійна томографія Її родоначальником став лікар-психіатр та психоневролог Луїс Соколофф. Він придумав як створити радіофармпрепарат та використовувати його для візуалізації активності мозку. Соколофф працював у роки війни в США і йому було дуже цікаво зрозуміти, що відбувається в мозку солдатів під час контузії і як вона потім зникає.
Але таких методів не було.Звичайно, була електроенцефалографія, яка дозволяла вимірювати електричну активність кори головного мозку, але в більш глибокі структури вона просуватися не могла. Першу позитронно-емісійну томографію 16 серпня 1976 зробили на мозку.
Чорні області – це кора головного мозку.Першим радіофармпрепаратом стала фтордезоксиглюкоза. Що таке глюкоза — це основний поживний компонент для нейронів, тому нервові клітини, що активно працюють, складають кору, активно її поглинали і сигналізували про те, що в них багато видозміненої глюкози. Тому ми отримуємо зображення яскраво-чорної кори головного мозку.
А це перша магнітно-резонансна томограма.Ліворуч її творці — це Реймонд Дамадьян та Лоуренс Мінкофф. Її зробили 3 червня 1977 року. Цей метод кардинально відрізняється від комп'ютерної позитронно-емісійної томографії. У ньому немає іонізуючого випромінювання, він є абсолютно безпечним.
Комп'ютерна томографія
Вже за назвою методу (др.-грец.τομή — «перетин») відомо, що йдеться про зображення перерізу, пошарове вимірювання щільності об'єкта рентгенівськими променями з подальшою математичною комп'ютерною обробкою даних. Так можна отримати тривимірну картинку без порушення цілісності тіла. Інформація про кожен шар збирається в єдину картину, її можна реконструювати зображення в будь-якій площині.
У цьому випадку є джерело рентгенівськоговипромінювання - рентгенівська трубка, дослідники просвічують їм необхідний об'єкт. Залежно від щільності тканини рентгенівське випромінювання хіба що зависає, залишається у різних тканинах тіла. Найвищу щільність мають кістки, вони затримують у собі майже 100% випромінювання. Найнижчою - повітря. Дані збирає в детектор, потім вони перетворюються на цифру і за допомогою алгоритмів будується зображення, яке ми бачимо на екрані.
Є кілька поколінь пристроїв, досіІснує традиційна комп'ютерна томографія, якої зараз мало залишилося. Там трубка разом із детектором крутиться за годинниковою стрілкою, здійснює повне коло, а потім стіл трохи просувається. Трубка робить ще один оборот і таке інше.
А метод МСКТ поширений досить широко.Тут стіл не зупиняється, він рухається, а трубка з детектором обертається навколо пацієнта дуже щільною спіралі і просвічує необхідну область тулуба за досить короткий час. Це відбувається швидко, за секунду пристрої можуть зробити 256 і навіть 512 обертів. Але зараз дослідники, швидше, йдуть у бік зниження променевого навантаження та підвищення якості досліджень.
На малюнку результат комп'ютерної томографії голови. На ньому видно, що щось не так — одна з півкуль явно більша і трохи нижча за інтенсивністю сигналу.
Також за допомогою комп'ютерної томографії можнаподивитися на те, як кровопостачаються різні ділянки мозку, цей метод називається перфузією. І в того ж пацієнта можна побачити синьо-блакитні відтінки. Це означає, що кровопостачання порушене, можна зробити висновок про те, що десь застряг тромб або ембол. Тепер з пацієнтом можна робити якісь клінічні дії.
Крім того, є комп'ютерно-томографічнаАнгіографія, вона проводиться із застосуванням контрастного препарату. Контрастний препарат, щільно наповнюючи судини, може формувати яскраву картинку, яку ми можемо оцінювати, побудувавши тривимірні зображення.
</ P>Магнітно-резонансна томографія
Цей метод сильно розширює можливостіклініциста та лікаря променевої діагностики. Це золотий стандарт візуалізації головного мозку. Він дозволяє прижиттєво отримати зображення внутрішніх органів, що ґрунтуються на ядерно-магнітному резонансі. Це явище з квантового світу, тому я спрощуватиму деякі речі, щоб не занурюватися у всі фізичні тонкощі.
У комплексі формується постійно магнітне поле.Туди кладуть пацієнта, де він певний час. Там формується постійне магнітне поле, воно в 10 тис. разів більше, ніж магнітне поле Землі, але це не страшно. Ніякого випромінювання в магнітно-резонансній томографії немає, це один із найбезпечніших методів.
</ P>Як він працює?Наш організм в основному складається з води – це два атоми водню та один атом кисню. Відповідно, водень – це найпоширеніший елемент у нашому організмі. Водень і ще кілька елементів мають певні фізичні властивості - якщо спрощувати, можуть обертатися навколо осі, тобто прецесувати. Ці осі обертання можуть дивитися хаотично в різні боки.
Просто приміщення людини у сильне магнітнеполе недостатньо, щоб отримати сигнал. Ми маємо вплинути на протони. Цим впливом займаються радіочастотні промені, які постачаються радіочастотними котушками.
Котушки - це додаткові надбудови вмагнітно-резонансний томограф. Коли пацієнт робить МРТ голови, на нього надягають додатковий шолом. Це котушки, найчастіше вони й ті, що приймають, і ті, що передають. Вони можуть випромінювати радіочастотний імпульс, так і ловити сигнал, тобто бути детектором для того, щоб сигнал зловити назад.
Ми впливаємо на радіочастотні протонивипромінюванням на тій частоті, яка близька до частоти обертання протона і таким чином відхиляємо стрілку. Ми отримуємо згорнуту пружину, надаємо їй енергію, відхиляти її можна на 90 або 180 градусів, залежно від того, що нам потрібно. І коли радіочастотний імпульс припиняється, напрямок обертання повертається в поточне положення. Так само, як і пружина, яку ми стиснули, вона знову розтискається до вихідного стану, при цьому виділяється енергія, ми називаємо це релаксацією, і ця енергія фіксується детекторами, які розташовані в котушках.
Тобто основні засади МРТ – це порушитипротони, атоми, які ми впливаємо, потім зафіксувати релаксацію, отримати енергію назад, перетворити цифру на зображення. Це також робиться складними математичними методами, наприклад, перетворенням Фур'є.
Є кілька поколінь томографів:наприклад, низькопідлогові відкриті. Вони попереднього покоління, магніти тут розташовані зверху та знизу. Відкриті апарати використовуються у клініках, тому що тільки в них можна сканувати пацієнтів із клаустрофобією. Є високопідлогові закриті апарати, там максимальна напруженість магнітного поля.
У МРТ є різні режими збирання інформації - можнавиключати елементи або додати інформацію - наприклад, трохи екстраполювати зображення. Перше зображення – це Т2. Тут можна побачити, що сіра та біла речовина розгорнута на 180 градусів. Такий режим потрібний тому, що деякі патології найпростіше побачити на темному тлі. Друге зображення – це Т1. На ньому можна побачити анатомічну будову головного мозку, тобто сіра речовина справді сіра, біла — трохи світліша.
Є ще один варіант зображення.Це Т2 зважене зображення з придушенням сигналу від вільної рідини. Це те саме, що перше, але ми прибрали весь сигнал від вільної рідини та отримали можливість побачити осередки патологічно зміненої речовини головного мозку.
З допомогою МРТ також можна дивитися судини.Нижче ангіографія – друге зображення. Ми можемо дивитися гематоенцефалічний бар'єр – це бар'єр між кров'ю та речовиною головного мозку, де він може пропускати та підтікати. Ось тут ділянка яскраво світиться шматочка головного мозку - це набряк, він підказує нам, що саме тут знаходиться ішемічний інсульт, область гострої нестачі кисню.
Функціональна МРТ
Це основний метод, який використовується у науці.Але ще він важливий для клінічної практики нейрохірургів — якщо потрібно видалити певну частину мозку, то треба подивитися, чи це не вплине на функцію? Для цього проводять функціональну МРТ — передопераційне картування головного мозку, щоб дивитися: як розташована зона, наприклад, у пухлини, яку потрібно видалити, і зона функціонально-активної ділянки кори головного мозку, наприклад мовного центру, і чи не видалимо ми, наприклад, ділянку мовного центру разом із пухлиною.
За допомогою ФМРТ можна фіксувати, отримуватислухову активацію, тобто дивитися: які зони мозку активуються у відповідь звуковий вплив. Можна отримувати рухову активацію, наприклад, можна попросити пацієнта поворухнути пальцем і фіксувати активність у корі, яку викликало ворушіння.
Можна подивитися і на бездіяльний мозок, томущо він також витрачає дуже багато енергії на підтримку свого балансу. На малюнку одна з найцікавіших мереж - мережа пасивного режиму роботи мозку. Вважається, що це мережа частково відбиває наявність в людини свідомості. Наукові дослідження в області свідомості - одна з найамбітніших речей в галузі нейронаук.
Трактографія дозволяє зафіксувати рухпротонів за аксонами, нервовими шляхами. Так ми можемо отримувати красиві зображення, тут кожним кольором закодований напрямок. За цими кольорами можна отримати дуже важливу інформацію. Це потрібно в клінічній практиці, наприклад, під час нейрохірургічної операції, щоб не зачепити стратегічно важливий шматочок цієї магістралі. Ось так виглядає програма, де можна будувати трактографії.
Позитронно-емісійний томограф
Це радіонуклідний метод дослідження внутрішніхорганів людини, де утворюється антиречовина та відбувається анігіляція. Це складні слова, але їх можна зустріти у романах Дена Брауна. По них ми пам'ятаємо, що навіть невеликої кількості антиречовини, змішаної з речовиною, достатньо, щоб стерти місто з Землі. Але цього методу не потрібно боятися, він може принести відносно невелику кількість опромінення, яке перебуває у межах норми.
У чому принцип позитронно-емісійної томографії?У тому, що період напіврозпаду фтору-18 становить 110 хвилин, тому потрібно встигнути, по-перше, синтезувати радіофармпрепарат, по-друге, довести його до клініки, де його введуть пацієнту, почекати, поки це вся глюкоза пошириться по організму пацієнта, потім зробити знімки. Тим не менш, фтор розпадається по бета-плюс розпаду та виділяє позитрон. Він зустрічається з першим електроном, що попався, взаємодіє, виходить анігіляція і два гамма кванта фіксуються детекторами. Так дослідники отримують максимально яскраве зображення там, де накопичується більшість радіофармпрепарату.
Так виглядають гібридні дослідження, якіпоєднують собі ПЕТ-КТ, ПЕТ-МРТ, це нині один із нових методів. При цьому є об'єднання функціональної активності та структурної для отримання клінічної інформації. Нещодавно з'явився ПЕТ-сканер всього тіла - це теж дає багато цікавої та клінічно значущої інформації. З погляду інновації та технологій наука ще може розвиватися вперед, причому у багатьох напрямках — КТ, МРТ, ПЕТ — і робити там наукові, науково-технічні покращення та вносити свій внесок у створення нової технологічної та високотехнологічної медицини.
Читати далі
Подивіться на «безшумний» дрон із іонним двигуном нового покоління
Самці стародавніх трилобітів пристібали самок під час парування
У Росії і США є літаки Судного дня: як і куди вони полетять в разі кінця світу