Введение

Нейроизображение – это медицинская техника, позволяющая врачам и исследователям получать изображения внутренних процессов в организме или мозге пациента. Оно может отображать области с повышенной активностью, участки с высоким или низким кровотоком, структуру мозга/тела пациента, а также определенные отклонения. Нейроизображение чаще всего используется для определения точного местоположения различных заболеваний или врожденных дефектов, таких как опухоли, раковые образования или закупорка артерий. Первые методы нейроизображения появились в медицине в 1880-х годах с изобретением балансира кровообращения человека, что впоследствии привело к разработке других технологий, таких как рентген, пневмоэнцефалография, церебральная ангиография, ПЭТ/ОФЭКТ, магнитоэнцефалография и компьютерная томография с использованием ксенона.

Баланс кровообращения человека

"Баланс кровообращения человека" был неинвазивным методом измерения притока крови к мозгу во время умственной деятельности. Эта техника заключалась в размещении пациентов на столе, поддерживаемом точкой опоры, что позволяло столу наклоняться в зависимости от уровня активности. При предъявлении более сложных когнитивных стимулов стол наклонялся в сторону головы.

Рентгеновская

В 1895 году Вильгельм Рентген разработал первую рентгенограмму, более известную как рентгеновский снимок. К 1901 году Рентген был удостоен Нобелевской премии по физике за свое открытие. Сразу после публикации, рентгеновские аппараты начали производиться и использоваться по всему миру в медицине. Однако это был лишь первый шаг в развитии нейровизуализации. Мозг почти полностью состоит из мягких тканей, которые не являются радиоконтрастными, то есть остаются практически невидимыми при обычной рентгенографии. Это справедливо и для большинства патологий мозга, хотя существуют исключения. Например, кальцинированная опухоль (например, менингиома, краниофарингиома и некоторые типы глиом) может быть легко визуализирована.

Вентилюлография воздуха

Чтобы противостоять этому, в 1918 году нейрохирург Уолтер Данди разработал метод, называемый воздушной вентрикулографией. Этот метод заключался во введении фильтрованного воздуха непосредственно в боковые желудочки для получения более четких изображений системы желудочков мозга. В рамках этого метода к мозгу подключались датчики, которые обнаруживали и измеряли электрические сигналы мозга. Эти сигналы преобразовывались в визуальное представление, отображающее паттерны активности мозга. Благодаря этим ранним достижениям нейровизуализация начала использоваться для диагностики таких состояний, как эпилепсия, травмы головного мозга и нарушения сна, предоставляя бесценную информацию о функции мозга, которая впоследствии была дополнена при разработке современной нейровизуализации.

Ангиография мозга

Впервые представленная в 1927 году церебральная ангиография позволила врачам точно выявлять и диагностировать аномалии головного мозга, такие как опухоли и окклюзии внутренней сонной артерии. В течение года Эгас Монис, изобретатель церебральной ангиографии, проводил эксперименты с различными концентрациями раствора красителя, который вводился в артерии для лучшей визуализации кровеносных сосудов головного мозга, пока не выяснил, что раствор, содержащий 25% йодида натрия, является наиболее безопасным для пациентов и одновременно наиболее эффективным для визуализации сосудов и артерий головного мозга.

ПЭТ/СПЭТ-сканирование

Позитронно-эмиссионная томография, или ПЭТ-сканирование, – это исследование, показывающее области высокой активности в организме. Принцип его работы заключается в том, что пациенту сначала вводят радиоактивное вещество (называемое трассером) посредством инъекции в руку или руку. Затем трассер циркулирует по организму и присоединяется к определенному веществу, которое орган или ткань производит в процессе метаболизма, например, к глюкозе. В результате образуются позитроны, которые сканируются ПЭТ-камерой. После сканирования компьютер создает двухмерное или трехмерное изображение активности, происходящей в органе или ткани. Идея ПЭТ-сканирования была впервые предложена Уильямом Свитом в 1950-х годах, но первый сканер для всего тела был разработан только в 1974 году Майклом Фелпом. Аналогично, сканирование с помощью однофотонной эмиссионной компьютерной томографии, или ОФЭКТ-сканирование, также работает путем сканирования трассера внутри пациента. Однако разница заключается в том, что ОФЭКТ непосредственно сканирует гамма-лучи от места присоединения трассера, а не позитроны, которые сканируются при ПЭТ-сканировании. В результате изображения, получаемые при ОФЭКТ-сканировании, менее четкие, чем изображения, получаемые при ПЭТ-сканировании, но обычно эта процедура обходится дешевле. ОФЭКТ был разработан Дэвидом Кулом в 1950-х годах. Кул также способствовал созданию фундамента, который впоследствии привел к разработке ПЭТ-сканирования.

Магнитоэнцефалография

Магнитоэнцефалография (МЭГ) – это метод, позволяющий выявлять области активности в мозге путем обнаружения больших групп электрически заряженных ионов, перемещающихся внутри клеток. Изначально она была разработана физиком Дэвидом Коэном в начале 1970-х годов как неинвазивная процедура. Для обеспечения неинвазивности МЭГ был сконструирован в виде большого шлема, в который помещалась голова пациента, а после включения прибор считывал электромагнитные импульсы, генерируемые мозгом. Впоследствии, в 1972 году, Коэн изобрел SQUID (сверхпроводящее квантовое интерферометрическое устройство), что позволило МЭГ регистрировать крайне незначительные изменения ионов и магнитных полей в мозге.

Ксеноновая томография

Ксеноновая компьютерная томография – это современная методика сканирования, позволяющая оценить кровоток в различных областях мозга. Исследование проверяет равномерность и достаточность кровоснабжения всех областей мозга, предлагая пациентам подышать ксеноном – контрастным веществом, – для визуализации зон с высоким и низким кровотоком. Несмотря на множество пробных сканирований и тестов, проведенных в процессе разработки компьютерной томографии, британский биомедицинский инженер Годфри Хансфилд является основоположником этой методики и изобрел первый компьютерный томограф в 1967 году, за что был удостоен Нобелевской премии в 1979 году. Однако широкое внедрение томографов в США произошло лишь шесть лет спустя, в 1973 году. Тем не менее, к этому времени КТ-сканер уже успел завоевать значительную репутацию и популярность.

Магнитно-резонансная томография

Вскоре после первоначальной разработки компьютерной томографии (КТ) была разработана магнитно-резонансная томография (МРТ или МР-сканирование). В отличие от ионизирующего или рентгеновского излучения, МРТ использует вариации сигналов, генерируемых протонами в организме при помещении головы в сильное магнитное поле. С ранним применением данной методики к исследованию человеческого тела связаны имена Джексона (в 1968 году), Дамадиана (в 1972 году) и Эбе и Пола Лаутербура (в 1973 году). Лаутербур и сэр Питер Мэнсфилд были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2003 году за их открытия в области МРТ. Первоначально от внедрения МРТ больше выигрывало структурное, чем функциональное изображение. В 1980-х годах произошел настоящий взрыв в области технических усовершенствований и диагностических применений МРТ, что позволило даже начинающим неврологам диагностировать патологию мозга, которая ранее, всего десятилетие или два назад, была бы труднообнаружимой или не могла быть продемонстрирована у живого человека.