Функциональная нейровизуализация: её виды и новые возможности

История вопроса
Нейровизуализация - это комплекс методов, позволяющих получать изображение структуры и функциональной активности нервной системы.
Функциональная нейровизуализация - позволяет измерить изменения активности зон головного мозга и установить взаимосвязь этой активности с выполнением когнитивных задач.
Френологическая схема 19 века

История вопроса
Первая КТ пациента сделанная в 1971 году
Первая КТ мозга в банке 1969 год

Функциональная нейровизуализация включает в себя:
Позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ)
Функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ)
Однофотонную эмиссионную компьютерную томографию (ОФЭКТ)
Электроэнцефалографию (ЭЭГ)
Магнитоэнцефалографию (МЭГ)
И т.д.

ПЭТ - принцип работы

Позитронно-эмиссионная томография
ПЭТ головного мозга с 18F-ДОФА: суммарные и параметрические (Ki) изображения на уровне полосатого тела.

Позитронно-эмиссионная томография
При болезни Альцгеймера (слева) PiB скапливается в мозге, закрепляясь за отложения бета-амилоида. Справа — мозг пожилого человека без признаков болезни Альцгеймера.

Сравнение ОФЭКТ-КТ и ПЭТ-КТ
ОФЭКТ-КТ - используется радиофармпрепарат, в котором при акте радиоактивного распада излучается 1 гамма-квант, регистрируемый гамма-камерой, оснащенной коллиматором (устройством для получения параллельных пучков частиц)

Визуализация мозга с 201Tl, ФДГ и ФЭТ:
(а) - визуализация захвата опухолью 201Tl при ОФЭКТ
(b) - Т1 - МРТ с гадолиниевым контрастом
(с) - ПЭТ-КТ с ФДГ (18F-фтордезоксиглюкозой)
(d) - ПЭТ-КТ с ФЭТ (18F-фторэтилтирозином)
Сравнение ОФЭКТ-КТ и ПЭТ-КТ

Элемент ПЭТ-КТ исследования (часть a) демонстрирует улучшенную детализацию по сравнению с ОФЭКТ-КТ (часть b). Осуществление ОФЭКТ-КТ также добавляет около 15 минут к времени исследования для области (примерно 50 см длиной).

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография
ОФЭКТ головного мозга с 123I-FP-CIT в норме (А) и у пациента с БП, имеющего одностороннюю симптоматику (B).

МРТ - принцип работы

МРТ - принцип работы

фМРТ и BOLD-контраст
А — схематическая иллюстрация BOLD-контраста в опыте Ogawa при изменении процентного содержания кислорода в крови крыс;
Б — общая схема формирования BOLD-сигнала

Схема фМРТ-эксперимента

а – трёхмерное МРТ—изображение головного мозга. Стрелкой указано расположение моторной коры в прецентральной извилине.
b – карта фМРТ—активности мозга в прецентральной извилине при движении рукой.

фМРТ, ПЭТ и ОФЭК
Область применения:
фМРТ - в основном сосудистые патологии
ПЭТ и ОФЭК - в основном онкологические заболевания и метаболические, нейромедиаторные нарушения
Достоинства/недостатки:
фМРТ - неинвазивность, безвредность, точность локализации / цена, металлоконструкции, клаустрофобия
ПЭТ - специфичность, скорость, хорошее разрешение, информативность / радиационная нагрузка, цена
ОФЭК - доступность, цена / радиационная нагрузка, более низкая, в сравнении с ПЭТ информативность

Новые методы функциональной нейровизуализации:
Новый метод нейровизуализации «собрали» из двух давно активно использующихся: магнитоэнцефалографии (МЭГ) и магнитно-резонансной томографии ультранизкого поля (МРТ).

Исследования активности на трех частотах стимуляции в фМРЭ-эксперименте с фМРТ-контролем. Слева — данные одного животного, справа — усредненные данные. Credit: Patz, S et a