Способ первичной визуализации головного мозга

Визуализация головного мозга: все познается в сравнении.

1 Минский диагностический центр, 2 Гродненская областная клиническая больница.

Когда-то единственным диагностическим инструментом невропатолога был его неврологический молоток и умение анализировать и сопоставлять симптомы болезни, тщательно собранный анамнез. Надежно укрытый в черепной коробке мозг при жизни больного был недоступен визуальному наблюдению.

1. Конвенционная рентгенография (краниография).

Революционное открытие В. Рентгеном в конце прошлого века Х-лучей позволило визуализировать некоторые патологические процессы c помощью обычной рентгенографии черепа. Стало возможным выявлять изменения костей черепа как косвенный признак патологии мозга: декальцинацию турецкого седла при увеличении внутричерепного давления, расширение турецкого седла при аденоме гипофиза, смещение обызвествленной шишковидной железы как признак масс-эффекта и др. Краниография может быть достаточна для диагностики остеолитических поражений при эпидермоиде, эозинофильной гранулеме, миеломе, метастазах, а также склеротических поражений при менингиоме, остеоме, фиброзной дисплазии, болезни Педжета, метастазах рака предстательной железы. Могут быть определены физиологические обызвествления в шишковидной железе, хореоидных сплетениях и патологические при цистицеркозе, токсоплазмозе, цитомегалии, некоторых опухолях, обызвествления в веществе мозга, сосудах, оболочках. Краниографическая диагностика линейных переломов костей черепа в некоторых случаях может быть точнее, чем при рентгеновской компьютерной томографии.

Таким образом, рентгенография черепа до сих пор не утратила своего значения в диагностике неврологических и нейрохирургических заболеваний и должна применяться как первый метод визуализации в диагностическом алгоритме благодаря своей доступности и в некоторых случаях достаточной информативности.

Диагностические возможности при обследовании больных значительно расширились в связи с быстрым развитием нейрофизиологии, а также с внедрением в практику контрастных рентгеновских методов исследования — пневмоэнцефалографии, вентрикулографии, церебральной ангиографии — и появлением сцинтиграфии. Все эти методы давали только косвенную оценку патологического процесса и к тому же часто сопровождались риском осложнений (так называемые интервенционные методы).

2. Рентгеновская компьютерная томография.

До начала 70-ых годов увидеть “живой” мозг можно было только во время операции. В 1972 году идея РКТ, теоретически обоснованная в 1962-1963 годах, была реализована в аппарате для головы. Создание рентгеновского компьютерного томографа позволило впервые прижизненно получить данные о структуре мозга, наличии патологических изменений и их динамике, т. е. регистрировать как временные, так и векторные характеристики патологических процессов мозга. В настоящее время существуют сверхскоростные и спиральные РКТ (4-ого и 5-ого поколений), позволяющие делать реконструкцию изображения исследуемого органа в любой плоскости с высокой степенью разрешения, создавать 3D-реконструкции, т. е. получать объемное изображение органа и патологического очага при значительном снижении лучевой нагрузки на пациента, проводить РКТ-ангиографию. Применение неионных контрастных препаратов (омнипак, визипак и др.) значительно улучшило и облегчило диагностику опухолей мозга, воспалительных процессов и сосудистых мальформаций.

Однако накопленный опыт показывает, что не всегда на рентгеновских компьютерных томограммах можно увидеть патологический процесс. Существуют так называемые рентгеннегативные изоденсивные опухоли, еще не дающие масс-эффекта и не набирающие контрастное вещество при в/в введении. Существуют также рентгеннегативные стадии ишемического инсульта, воспалительных поражений головного мозга, демиелинизирующих заболеваний, и не всегда в/в введение контрастного препарата позволяет выявить эти очаги.

К существенным недостаткам РКТ относится получение срезов только в плоскости вращения рентгеновской трубки и лучевая нагрузка на пациента.

3. Магнитно-резонансная томография.

Отсутствие информации на рентгеновских компьютерных томограммах при наличии соответствующей клиники не исключает диагноз, а заставляет думающего врача применять другие методы визуализации, как, например, МРТ.

Впервые магнитно-резонансная томография была применена в 1977 году. Тогда один “срез” длился 35-45 минут. В настоящее время в клинике используются аппараты с мощностью магнитного поля до 2-2,5 Тесла и время получения изображения сократилось, но все-таки значительно превышает время исследования на скоростных РКТ. Это ограничивает применение МРТ у тяжелых, беспокойных больных и маленьких детей. Наличие магнитных материалов в черепе (послеоперационные металлические клипсы, инородные тела) является абсолютным противопоказанием к МРТ, т. к. возможно их смещение. По этой причине на МРТ не направляются пациенты, находящиеся на ИВЛ, имеющие кардиостимулятор (опасность разогрева, смещения, сбоя ритма). Следует воздерживаться от МР-исследования в первые три месяца беременности, хотя достоверных данных о отрицательном влиянии МРТ на эмбрион и плод не получено. Относительным противопоказанием считается повышение судорожной активности на ЭЭГ и сердечная аритмия.

К недостаткам МРТ можно отнести плохую визуализацию кальцинации в стенках крупных сосудов, веществе и оболочках мозга, в опухолях и метастазах. Кроме того, не видны кортикальные кости, что важно при травмах, диагностике костных экзостозов. Существуют трудности в диагностике геморрагических процессов.

Боольшое преимущество МРТ перед РКТ — безвредность для больного (по сегодняшним данными; во всяком случае лучевая нагрузка отсутствует). Получение срезов в сагитальной, аксиальной и фронтальной плоскостях делает возможной более тонкую топическую диагностику. Очень важным преимуществом МРТ перед РКТ является отсутствие артефактов на границе тканей мозга с костными структурами и воздухом, что оказывается наиболее важным при патологии базальных отделов и ствола головного мозга. Вследствие лучшей мягкотканной контрастности на МРТ лучше выявляется граница белого и серого вещества, более четко визуализируются образования, имеющие на РКТ невысокую плотность, лучше выявляются очаги в белом веществе как вследствие демиелинизирующего заболевания, так и воспалительных и сосудистых поражений, которые могут не определяться при РКТ. Вследствие тонкой визуализации оболочек мозга более достоверна диагностика менингитов. Текущая кровь четко отличается от других интракраниальных тканей, что особенно ценно для специфической диагностики артерио-венозных мальформаций. Некоторые первичные и метастатические опухоли, изоденсивные и не набирающие контрастное вещество при РКТ, хорошо визуализируются при МРТ, особенно при использовании специальных контрастных препаратов (магневист, гадолиниум и т. п.). На современных МРТ с наличием ангио- и 3D-программ возможно проведение неинвазивной церебральной ангиографии без введения контрастного препарата, а с в/в контрастированием можно уточнить соотношение сосудов и опухоли.

Обобщая сказанное о преимуществах МРТ, следует выделить нозологические формы, при которых МРТ информативнее чем РКТ (показания для направления на МРТ головного мозга):
— точная топическая диагностика и определение размеров узловых и диффузно растущих опухолей ствола мозга, что позволяет выбрать наиболее верный метод их лечения (хирургическое или паллиативное);
— опухоли базальных отделов мозга;
— при наличии клинической картины объемного образования головного мозга или подозрении на метастазы при отсутствии патологических изменений на РКТ;
— артериальные аневризмы и артерио-венозные мальформации;
— демиелинизирующие заболевания и процессы;
— дегенеративные поражения головного мозга;
— воспалительные заболевания головного мозга и оболочек при отсутствии патологии на РКТ.

4. Церебральная ангиография.

Учитывая высокую стоимость как МРТ-аппаратов, так и самого исследования, а также их относительно меньшую доступность и длительность процедуры, не теряют своего значения и другие методы визуализации. Особенно это относится к церебральной ангиографии, которая за последние годы сделала огромный шаг вперед (появление цифровой ангиографии, новых более безопасных контрастных средств и др.).

Церебральная ангиография сопряжена с определенным риском для больного в силу своей инвазивности, возможности аллергической реакции на рентгенконтрастное вещество, имеет высокую стоимость из-за большого расхода контрастных веществ и необходимости специальных расходных материалов (катетеры, проводники). Успех исследования во многом зависит от опыта и умения врача. Учитывая хорошую выявляемость сосудистой патологии при РКТ и МРТ, эти методы должны по возможности предшествовать ангиографии.

Последняя показана только при необходимости дальнейшего уточнения при:
— субарахноидальных кровоизлияниях;
— артерио-венозных мальформациях, когда надо установить локализацию, питающую артерию, дренирующие вены до проведения хирургического вмешательства;
— для предоперационной оценки опухоли и связи ее с сосудами;
— в интервенционной радиологии (например, окклюзия аневризм), где однако рентгеновская ангиография будет заменяться МР-ангиографией.

5. Ультразвуковое исследование.

В последнее время во всем мире и у нас в Белоруси все шире используется ультразвуковой метод исследования сосудов основания мозга, основанный на эффекте Допплера — транскраниальная ультразвуковая допплерография (ТУД). Этот неинвазивный метод дает информацию о наличии, направлении, линейной скорости кровотока , сопротивлении кровотоку в артериях основания мозга. ТУД позволяет выявить стеноз или ангиоспазм магистральных интракраниальных сосудов, оценить их гемодинамическую значимость, оценить коллатеральный кровоток при окклюзии магистральных сосудов, а также обнаружить артерио-венозные мальформации. В этих случаях ТУД может предшествовать церебральной ангиографии. В диагностическом алгоритме медицинской визуализации головного мозга этот метод должен стоять одним из первых при подозрении на сосудистую патологию.

6. Изотопные методы.

Для визуализации функциональных изменений головного мозга активно развиваются в последние десятилетия радиоизотопные методы. Их пространственное разрешение хуже, чем при РКТ и МРТ.

Введение Тс-99м-меченных радиофармпрепаратов в субарахноидальное пространство (гамма-цистернография) с динамическим наблюдением через 24 и 48 часов помогает изучить ликвородинамику. В/в введение этих препаратов с немедленной и отсроченной регистрацией статических образов позволяет изучить перфузию головного мозга, выявить нарушение гематоэнцефалического барьера при различных неврологических заболеваниях. Например, повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера при вирусном энцефалите приводит к образованию зон повышенной перфузии на отсроченных (через 1 час) образах. Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) может быть полезной для выявления эпилептических очагов, ишемических состояний, при деменциях. Новым функциональным методом в нейрорадиологии является позитронная эмиссионная компьютерная томография (ПЭКТ), позволяющая оценить метаболизм различных участков мозга, количественно определить дофаминовые, опиатные и другие рецепторы мозга. Главное практическое применение ПЭТ — выявление гиперметаболических зон головного мозга, доступных стереотаксической аббляции. Однако о ее диагностической значимости говорить не приходится вследствие малодоступности этого метода. В Белоруси подобного аппарата нет.

В арсенале современной нейровизуализации (Neuroimaging) имеется широкий набор диагностических методов, в большинстве случаев позволяющих поставить правильный диагноз. Значимость рентгенографии, РКТ, МРТ, церебральной ангиографии, сцинтиграфии, транскраниальной допплерографии определяется прежде всего клиникой, т. е. симптомами и синдромами заболевания. Эти методы постоянно усовершенствуются с учетом предъявляемых к ним требований: повышение количества диагностической информации, снижение лучевой нагрузки (если речь идет о рентгеновских методах), удешевление. Так, если размер первой РКТ-матрицы был 64х64, а для получения двух срезов требовалось более 4 мин, то в современных спиральных РКТ размер матрицы достиг 1024х1024, а на сканирование всего головного мозга необходимо менее 1 мин. Трехмерные реконструкции, РКТ- и МРТ-ангиография становятся обыденной реальностью. Разговор о современных возможностях РКТ и МРТ занял бы еще столько же места. Касаясь экономического аспекта, позволим себе привести данные о стоимости диагностических процедур в США (из книги The Clinical Guide to Diagnostic Imaging. Cost-effective Pathways. Z. D. Grossman. 1987 год): конвенционная рентгенография — 35-75 долларов, радионуклидные исследования с в/в введением — 329, гамма-цистернография — 390, РКТ без усиления — 412, РКТ с и без усиления — 645, МРТ — 950, церебральная ангиография — 1051, РКТ-цистернография — 1054.

Источник

Способ первичной визуализации головного мозга

PsyMedClinic

Наша клиника
Моя личность
Диагностика (тесты)
Статистика
Диагностическая карта
Проблемы и решения
Новости
Сообщество
Обсуждения
База знаний
Обратная связь

Нейровизуализация

Нейровизуализа́ция — общее название нескольких методов, позволяющих визуализировать структуру, функции и биохимические характеристики мозга.

Включает компьютерную томографию, магнитно-резонансную томографиюи т. п. Это сравнительно новая дисциплина, являющаяся разделом медицины, а конкретнее — неврологии, нейрохирургии и психиатрии.

Классификация

Нейровизуализация включает 2 обширные категории:

Структурная визуализация, описывающая структуру головного мозга и диагноз больших внутричерепных болезней (опухоль или ЧМТ);
Функциональная нейровизуализация, используемая для диагностики метаболических расстройств на ранней стадии (таких, как болезнь Альцгеймера), а также исследований неврологии и когнитивной психологии и конструирования нейрокомпьютерных интерфейсов.

Функциональная нейровизуализация делает возможной, например визуализацию обработки информации в центрах головного мозга. Такая обработка повышает метаболизм этих центров и «подсвечивает» скан (изображение, полученное при нейровизуализации). Один из наиболее дискуссионных вопросов — исследования по распознаванию мыслей, или их «чтению».

История

В 1918 американский нейрохирург У. Э. Денди впервые использовал техникувентрикулографии. Рентгеновские снимки желудочков головного мозга осуществлялисьинъекцией фильтрованного воздуха непосредственно в боковой желудочек головного мозга. У. Э. Денди также наблюдал, как воздух, введённый в субарахноидальное пространство через люмбальную пункцию может войти в желудочки головного мозга и демонстрировал участки ликвора у основы и на поверхности мозга. метод исследования назвали пневмоэнцефалографией.

В 1927 Эгаш Мониш ввёл в практику церебральную ангиографию (см. такжеангиография), при помощи которой визуализируются нормальные и аномальные кровеносные сосуды головного мозга с высоким разрешением.

В начале 1970-х А. М. Кормак и Г. Н. Хаунсфилд ввели в практику КТ. Она дала возможность делать ещё более детальные анатомические снимки и использовать их для диагностики и исследований. В 1979 они стали лауреатами Нобелевской премии по физиологии или медицине за их изобретение. Через короткий промежуток времени после введения КТ, в начале 1980-х исследования порадиолигандам привели к открытию ОФЭКТ и ПЭТ головного мозга.

Примерно тогда же сэром П. Мэнсфилдом и П. К. Лотербуром было разработано МРТ. В 2003 они удостоились Нобелевской премии по физиологии или медицине. В начале 1980-х МРТ начали использовать в клинике и в 1980-х произошёл настоящий взрыв использования этой технологии в диагностике. Учёные быстро установили, что значительные изменения в кровообращении можно диагностировать особым типом МРТ. Так была открытаФМРТ и с 1990-х она начала доминировать в составлении топографии мозга благодаря своей малоинвазивности, отсутствию радиации и относительно широкой доступности. ФМРТ также начинает доминировать в диагностикеинсультов.

В начале 2000-х нейровизуализация достигла того уровня, когда раньше ограниченные функциональные исследования мозга стали доступными. Главным применением её становятся пока недостаточно развитые методы нейрокомпьютерных интерфейсов.

Технологии визуализации головного мозга

Компьютерная томография головы

Компьютерная томография (КТ) или компьютерная аксиальная томография (КАТ) использует серии рентгеновских лучей, направленных на голову, с большого количества разных направлений. Обычно её используют для быстрой визуализации ЧМТ. При КТ используют компьютерную программу, что осуществляет цифровые интегральные вычисления (инверсиюпреобразования Радона) измеряемой серии рентгеновских лучей. Она вычисляет, насколько эти лучи абсорбируются объёмом головного мозга. Обычно информация представлена в виде срезов мозга.

Диффузная оптическая томография

Диффузная оптическая томография (ДОТ) — способ медицинской визуализации, использующий инфракрасное излучение для изображения тела человека. Технология измеряет оптическую абсорбцию гемоглобина и опирается на его спектр поглощения в зависимости от насыщения кислородом.

Оптические сигналы, модифицированные посредством события

Оптический сигнал, модифицированный посредством события — нейровизуализационная технология, использующая инфракрасное излучение, которое пропускают через оптические волокна и измеряющая разницу в оптических свойствах активных участков коры головного мозга. В то время, как ДОТ и околоинфракраснаяспектроскопия измеряют оптическую абсорбцию гемоглобина, а значит, основаны на кровообращении, преимущество этого метода основано на исследовании отдельных нейронов, то есть проводит непосредственное измерение клеточной активности. Технология оптического сигнала, модифицированного посредством события, может высокоточно идентифицировать активность мозга с разрешением до миллиметров (в пространственном отношении) и на протяжении миллисекунд. Наибольшим недостатком технологии является невозможность идентифицировать активность нейронов более чем несколько сантиметров в глубину. Это новая, относительно недорогая технология, неинвазивная для пациента. Она разработана Иллинойским университетом в Урбана-Шампейн, где её теперь используют в Когнитивной нейровизуализационной лаборатории доктора Габриэля Граттон и доктора Моники Фабиани.

Магнитно-резонансная томография

МРТ использует магнитные поля и радиоволны для визуализации 2-мерных и 3-мерных изображений структур головного мозга без использования ионизирующего излучения (радиации) или радиоактивных маркеров.

Функциональная магнитно-резонансная томография

ФМРТ основана на парамагнитных свойствах оксигенированого и дезоксигенированого гемоглобина и дает возможность увидеть изменения кровообращения головного мозга в зависимости от его активности. Такие изображения показывают, какие участки мозга активированы (и каким образом) при исполнении определённых заданий.

Большинство ФМРТ томографов дают возможность представлять исследуемому разные визуальные изображения, звуковые и тактильные стимулы и производить действия типа нажатия кнопки или движения джойстиком. Следовательно, ФМРТ можно использовать, чтобы показывать структуры мозга и процессы, связанные с восприятием, мышлением и движениями. Разрешение ФМРТ на данный момент 2—3 мм, ограниченное кровоснабжением, влияющим на нейрональную активность. Она существенно заменяет ПЭТ при исследовании типов активации головного мозга. ПЭТ, однако, одерживает значительное преимущество, будучи в состоянии идентифицировать специфические клеточные рецепторы или (моноаминовые трансмиттеры) связанные с нейромедиаторами, благодаря визуализации меченных радиоактивно рецепторных «лигандов» (рецепторный лиганд — химическое вещество, связанное с рецептором).

ФМРТ используют как для медицинских исследований, так и (всё шире) в диагностических целях. Так как ФМРТ исключительно чувствительна к изменениям кровообращения, она очень хорошо диагностирует ишемию, как например при инсульте. Ранняя диагностика инсультов всё важнее в неврологии, так как медикаменты, растворяющие свернувшиеся сгустки крови можно использовать в первые несколько часов и при определённом типе инсульта, в то время как они могут быть опасными при дальнейшем использовании. ФМРТ в таких случаях дает возможность принять правильное решение.

ФМРТ можно использовать также для распознавания мыслей. В эксперименте с точностью 72 %—90 % ФМРТ смогла установить, какой набор картинок смотрит испытуемый. Скоро, по мнению авторов исследований, благодаря этой технологии можно будет установить, что именно видит перед собой испытуемый. Эту технологию можно будет использовать для визуализации снов, раннего предупреждения болезней головного мозга, создания интерфейсов для парализованных людей для общения с окружающим миром, маркетинговыерекламные программы и борьба с терроризмом и преступностью.

Магнитоэнцефалография

Магнитоэнцефалография (МЭГ) — нейровизуализационная технология, используемая для измерения магнитных полей, которую производит электрическая активность головного мозга посредством особо чувствительных устройств, таких как СКВИД. МЭГ использует непосредственное измерение электроактивности нейронов, более точное, чем например ФМРТ, с очень высоким разрешением во времени, но маленьким в пространстве. Преимущество измерения таких магнитных полей в том, что они не искажаются окружающей тканью, в отличие от электрических полей, измеряемых ЭЭГ.

Есть много способов применения МЭГ, включая помощь нейрохирургам в локализации патологии, помощь исследователям в локализации функции отделов мозга, исследования обратной связи нервной системы и другие.

Позитронно-эмиссионная томография

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) измеряет выброс радиоактивно меченых метаболически активных химических веществ, введённых в кровеносное русло. Информация обрабатывается компьютером в 2- или 3-мерные изображения распределения этих химических веществ в головном мозге. Испускающие позитроны радиоизотопы производит циклотрон и химические вещества маркируют радиоактивными атомами. Радиоактивно меченое образование, именуемое радиоактивный индикатор, вводят путём инъекции в кровеносное русло и в конечном счёте оно достигает головного мозга. Сенсоры в ПЭТ-сканере регистрируют радиоактивность, когда радиоактивный индикатор накапливается в разных структурах головного мозга. Компьютер использует информацию, собранную от сенсоров для создания 2- и 3-мерных разноцветных изображений, отражающих распределение индикатора в мозге. В настоящее врем нередко используются целые группы разнообразных лигандов для картирования различных аспектов активности нейромедиаторов. Тем не менее, наиболее часто используемым ПЭТ-индикатором остается меченая форма глюкозы (см.Фтордезоксиглюкоза (ФДГ)), показывающая распределение метаболической активности клеток головного мозга.

Самое большое преимущество ПЭТ в том, что разные радиоиндикаторы могут показывать кровообращение, оксигенацию и метаболизм глюкозы в тканях работающего мозга. Эти измерения отображают объём активности головного мозга в его разных участках и дают возможность больше изучить, как он работает. ПЭТ превосходит остальные методики, визуализирующие метаболизм в отношении разрешения и скорости (делает скан в течение 30 с). Улучшенная разрешающая способность дала возможность лучше изучить мозг, активированный определённым заданием. Главный недостаток ПЭТ заключается в том, что радиоактивность быстро распадается, это ограничивает мониторинг только коротких заданий. До того, как стала доступной ФМРТ, ПЭТ была главным методом функциональной (в противоположность структурной) методикой нейровизуализации и до сих пор продолжает делать большой вклад в неврологию.

ПЭТ также используют для диагностики болезней головного мозга, в первую очередь потому что опухоли головного мозга, инсульты и повреждающие нейроны заболевания, вызывающие деменцию (такие как болезнь Альцгеймера) очень нарушают метаболизм мозга, что ведёт к легко заметным изменениям на ПЭТ-сканах. ПЭТ, вероятно, наиболее полезна в ранних случаях определённых деменций (классический пример — болезнь Альцгеймера и болезнь Пика), где ранние нарушения особо диффузные и ведут к слишком маленьким различиям в объёме мозга и его макроскопической структуре, чтобы быть заметными на КТ или стандартной МРТ, которые не имеют возможности отличить их от обычной возрастной инволюции (атрофии), не вызывающей клинической деменции.

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) похожа на ПЭТ и использует гамма-излучение, излучаемое радиоизотопами, и гамма-камеру для записи информации на компьютер в виде 2- или 3-мерных изображений активных участков мозга. ОФЭКТ нуждается в инъекции радиоактивного маркера, быстро поглощаемого мозгом, но не перераспределяемого. Его потребление составляет около 100 % в течение 30—60 с, отображая кровоснабжение головного мозга во время инъекции. Эти свойства ОФЭКТ делают её особо подходящей при эпилепсии, что обычно сложно через движения пациента и различные типы судорог. ОФЭКТ осуществляет «моментальный снимок» кровоснабжения головного мозга так как сканы можно получить сразу после завершения судорог (в то время как маркер был введён во время судорог). Значительным ограничением ОФЭКТ является маленькое разрешение (до 1 см) сравнительно с МРТ.

Как ПЭТ, ОФЭКТ также можно использовать для дифференциации процессов, ведущих к деменции. Её всё чаще для этого используют. Нейро-ПЭТ имеет недостаток, используя индикаторы с периодом полураспада 110 минут, таких как ФДГ. Их производит циклотрон и они дорогие, или даже недоступны, когда время для транспортировки превышает время полураспада. ОФЭКТ, однако, может использовать индикаторы с большим периодом полураспада, например, технеций-99m. В результате, её можно использовать гораздо шире.

Источник