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.
Neuroimaging is a medical technique that allows doctors and researchers to take pictures of the inner workings of the body or brain of a patient. It can show areas with heightened activity, areas with high or low blood flow, the structure of the patients brain/body, as well as certain abnormalities. Neuroimaging is most often used to find the specific location of certain diseases or birth defects such as tumors, cancers, or clogged arteries. Neuroimaging first came about as a medical technique in the 1880s with the invention of the human circulation balance and has since lead to other inventions such as the x ray, air ventriculography, cerebral angiography, PET/SPECT scans, magnetoencephalography, and xenon CT scanning.
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.