Нейронауки для всех. Методы нейронаук: фМРТ — измеряем активность. Функциональная МРТ головного мозга – диагностика будущего Функциональная мрт головного

Научные открытия и технические изобретения изменяют медицину, делая многие процедуры более безопасными и точными. Магнитно-резонансная томография (МРТ) - это современный метод получения четких изображений внутренних органов и тканей человека. Отличительные особенности процедуры заключаются в том, что она не создает лучевой нагрузки на организм. Кроме того, магнитно- резонансную томографию (МРТ) проводят с минимальной предварительной подготовкой. Этот метод абсолютно безопасен для человека и не несет никаких неприятных ощущений.

История магнитно резонансной томографии (МРТ) весьма обширна. Первые аппараты для проведения этой процедур появились около 30 лет назад, однако тогда они еще не были такими мощными. За последнее десятилетие наука осуществила значительный прорыв, создав аппараты для магнитно резонансной томографии (МРТ) мощность в 1,5 и даже 3 тесла. Такие мощные аппараты чаще используют для исследовательской деятельности, в клиниках же, как правило, применяют оборудование мощностью около 1,0 тесла.

Проведение магнитно резонансной томографии (МРТ) в нашей клинике

В отделении установлен современный магнитно-резонансный томограф Philips Panorama 1.0 Т (томограф с открытой апертурой и напряженностью магнитного поля 1.0 Тесла). Система для МРТ с большим полем обзора Panorama разработана для максимального удобства, как пациентов, так и врачей. Она обладает широко открытым дизайном, большим полем обзора, обширным спектром клинических показаний и позволяет получать изображения высокого качества. Кроме этого, аппарат снабжен парамагнитной системой для болюсного внутривенного введения контрастного препарата, что позволяет увеличить диагностическую ценность исследования.

Показания к применению МРТ:

заболевания головного мозга (сосудистого, воспалительного, неопластического и другого генеза), в том числе прицельные исследования гипофиза, орбит, мосто-мозжечкового угла, придаточных пазух носа;
аномалии развития, сосудистые мальформации магистральных сосудов головного мозга - МР-ангиография артерий и вен головного мозга;
заболевания позвоночника (дегенеративно-дистрофические, воспалительные, неопластического и другого генеза);
заболевания носоглотки, гортани, в т.ч. лимфоаденопатия лимфоузлов шеи;
заболевания органов брюшной полости (в т.ч. с применением гепатоспецифического контрастного препарата);
исследование желчевыводящих путей (МР-холангиопанкреатография);
заболевания органов малого таза (как у женщин, так и мужчин);
заболевания суставов (в т.ч. травматического, воспалительного и неопластического генеза).

В связи с ростом онкозаболеваний молочных желез следует выделить отдельно исследование молочных желез, которое позволяет выявить непальпируемые неопластические процессы, уточнить характер узловых образований, распознать мультифокальное поражение, а также оценить распространенность процесса. Кроме этого, МР-маммография применяется для уточнения состояния имплантов.

Время исследования зависит от области исследования и необходимости применения внутривенного контрастного усиления, в среднем составляет от 30 до 60 минут.

Предварительная подготовка необходима для исследований органов брюшной полости (натощак), для исследования органов малого таза (предварительное очищение толстой кишки) и для исследований с внутривенным контрастным усилением (целесообразна предварительная консультация аллерголога и уточнение уровня сывороточного креатинина).

Противопоказания для проведения МРТ:

АБСОЛЮТНЫЕ ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ

Кардиостимулятор, кохлеарные импланты, иные виды стимуляторов;
Инсулиновые насосы;
Кава-фильтры и стенты из неизвестного металла;
Металлические клипсы в сосудах;
Инородные металлические предметы (стружки, осколки, пирсинг и др.).

ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ

Беременность;
Тяжелое состояние пациента;
Клаустрофобия.

Дает исследователю очень много информации об анатомическом строении органа, ткани или другого объекта, который попадает в поле видимости. Однако, чтобы сложилась целостная картина происходящих процессов, не хватает данных о функциональной активности. И для этого как раз существует BOLD-функциональная магнитно-резонансная томография (BOLD - blood oxygenation level dependent contrast, или контрастность, зависящая от степени насыщения крови кислородом).

BOLD фМРТ - это один из наиболее применимых и широко известных способов определять мозговую активность. Активация приводит к усилению местного кровотока с изменением относительной концентрации оксигенированного (обогащенного кислородом) и дезоксигенированного (бедного кислородом) гемоглобина в местном кровотоке.

Рис.1. Схема реакции мозгового кровотока в ответ на возбуждение нейронов.

Дезоксигенированная кровь является парамагнетиком (веществом, способным намагничиваться) и ведет к падению уровня сигнала МРТ. Если же в области мозга больше оксигенированной крови – уровень МРТ-сигнала увеличивается. Таким образом, кислород в крови выполняет роль эндогенного контрастного вещества.

Рис.2. Объём мозгового кровоснабжения (а ) и BOLD- ответ фМРТ (b ) при активации первичной моторной коры человека . Сигнал проходит в 4 стадии . 1 стадия – вследствие активации нейронов повышается потребление кислорода , увеличивается количество дезоксигенированной крови , BOLD — сигнал немного уменьшается (на графике не показано , уменьшение незначительное ). Сосуды расширяются , вследствие чего несколько уменьшается кровоснабжение мозговой ткани . Стадия 2 – длительное увеличение сигнала . Потенциал действия нейронов заканчивается , но поток оксигенированной крови увеличивается инерционно , возможно вследствие воздействия биохимических маркеров гипоксии . Стадия 3 – длительное снижение сигнала вследствие нормализации кровоснабжения . 4 стадия – постстимульный спад – вызван медленным восстановлением первоначального кровоснабжения.

Для активации работы нейронов в определённых областях коры существуют специальные активирующие задания. Дизайн заданий, как правило, бывает двух видов: «block» и «event-related». Каждый вид предполагает наличие двух чередующихся фаз - активного состояния и покоя. В клинической фМРТ чаще используются задания вида «block». Выполняя такие упражнения, испытуемый чередует так называемые ON- (активное состояние) и OFF- (состояние покоя) периоды одинаковой или неравной продолжительности. Например, при определении области коры, отвечающей за движения рук, задания состоят из чередующихся движений пальцами и периодов бездействия, продолжительностью в среднем около 20 секунд. Действия повторяют несколько раз для увеличения точности результата фМРТ. В случае задания «event-related» испытуемый выполняет одно короткое действие (например, глотание или сжатие кулака), за которым следует период покоя, при этом действия, в отличие от блокового дизайна, чередуются неравномерно и непоследовательно.

На практике BOLD фМРТ используется при предоперационном планировании резекции (удаления) опухолей, диагностике сосудистых мальформаций, при операциях при тяжелых формах эпилепсии и других поражений головного мозга. В ходе операции на головном мозге важно максимально точно удалить участок поражения, в то же время избегая излишнего повреждения соседних фунционально важных участков головного мозга.

Рис.3.

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.

Метод очень эффективен при изучении дегенеративных заболеваний, например, болезней Альцгеймера и Паркинсона, особенно на ранних стадиях. Он не предполагает использования ионизирующего излучения и рентгеноконтрастных веществ, к тому же, он неинвазивен. Поэтому его можно считать довольно безопасным для пациентов, которые нуждаются в длительных и регулярных фМРТ-обследованиях. ФМРТ можно применять для исследования механизмов формирования эпилептических приступов и позволяет избежать удаления функциональной коры у больных с трудноизлечимой эпилепсией лобной доли. Наблюдение за восстановлением мозга после инсультов, изучение влияния лекарственных средств или другой терапии, наблюдение и контроль лечения психиатрических заболеваний – это далеко не полный перечень возможного применения фМРТ. Кроме этого, существует еще фМРТ покоя, в которой сложная обработка данных позволяет увидеть сети мозга, функционирующие в состоянии покоя.

Источники:

How well do we understand the neural origins of the fMRI BOLD signal? Owen J.Arthur, Simon Boniface. TRENDS in Neurosciences Vol.25 No.1 January 2002
The physics of functional magnetic resonance imaging (fMRI) R. B. Buxton. Rep. Prog. Phys. 76 (2013)
Применение функциональной магнитно-резонансной томографии в клинике. Научный обзор. Беляев А., Пек Кюнг К., Бреннан Н., Холодный А. Russian electronic journal of radiology. Том 4 №1 2014г.
Мозг, познание, разум: введение в когнитивные нейронауки. Часть2 . Б. Баарс, Н. Гейдж. М.: Бином. 2014г. С. 353-360.

Текст: Дарья Прокудина

Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) - методика МРТ, которая измеряет гемодинамический ответ (изменение кровотока), связанный с активностью нейронов. фМРТ не позволяет увидеть электрическую активность нейронов напрямую, а делает это опосредованно, благодаря феномену нейроваскулярного взаимодействия. Данный феномен представляет собой региональное изменение кровотока в ответ на активацию близлежащих нейронов, поскольку при усилении их активности они нуждаются в большем количестве кислорода и питательных веществ, приносимых с током крови.

Основные принципы фМРТ. фМРТ является методикой нейровизуализации, использующей окси-гемоглобин и дезокси-гемоглобин в кровеносных сосудах как эндогенный контрастный агент. При этом используется принцип BOLD-контрастности (blood oxygenation leveldependent contrast - контрастность, зависящая от степени насыщения крови кислородом), открытый Seiji Ogawa в 1990 году. BOLD-контраст - это различие МР-сигнала на изображениях c использованием градиентных последовательностей в зависимости от процентного содержания дезоксигемоглобина. Методика BOLD- фМРТ заключается в следующем: повышение нейрональной активности вызывает местное увеличение потребления кислорода. Это ведет к увеличению уровня парамагнетика дезоксигемоголобина, который снижает уровень сигнала фМРТ. Но через несколько секунд нейрональная активность вызывает также увеличение церебрального кровотока и объема крови, что ведет к увеличению притока артериальной крови и, следовательно, к увеличению оксигемоглобина, который повышает уровень сигнала фМРТ. По неизвестным пока причинам количество оксигенированной крови, которая поступает в ответ на активность нейронов, сильно превышает метаболитическое потребление кислорода. Эта, своего рода, сверхкомпенсация оксигемоглобина ведет к изменению в соотношении оксигемоглобина и дезоксигемоглобина, что измеряется и является основой для BOLD- фМРТ сигнала.

Существуют два основных метода проведения фМРТ: [1 ] с измерением функциональной активности коры головного мозга при выполнении определенного задания по сравнению с его активностью в покое/с контрольным заданием (так называемая task-fMRI); [2 ] с измерением функциональной активности коры головного мозга в покое (так называемая resting state fMRI - RS-fMRI).

При проведении фМРТ-исследования с выполнением определенной парадигмы, задания, которые выполняет испытуемый, могут быть различными: двигательными, зрительными, когнитивными, речевыми и т.д. После проведения фМРТ полученные функциональные данные подвергаются статистическому анализу. Результатом является информация о зонах активации в виде цветных карт, наложенных на анатомические данные, и те же самые данные могут быть представлены в цифровом формате с указанием статистической значимости зоны активации, ее объема и координат ее центра в стереотаксическом пространстве. Однако в последние 10 лет всё больший интерес исследователей привлекает методика фМРТ покоя (фМРТп). Принцип ее действия остается таким же, как и при классической фМРТ (task-fMRI). Единственным отличием является отсутствие при фМРТп каких-либо парадигм (т.е. активных заданий или воздействий, предъявляемых пациенту). Во время проведения фМРТп обследуемый субъект находится в МР-томографе в состоянии покоя, ему даются инструкции максимально расслабиться и не думать о чем-либо конкретном. В различных работах встречаются разные взгляды относительно того, нужно ли обследуемому субъекту закрывать глаза или нет. Сторонники оставления глаз открытыми аргументируют свою позицию тем, что это предотвращает засыпание субъекта.

В каких же случаях проводят фМРТ ?

Во-первых, в чисто научных целях: это исследование работы нормального мозга и его функциональной асимметрии. Данная методика возродила интерес исследователей к картированию функций головного мозга: не прибегая к инвазивным вмешательствам можно увидеть, какие зоны головного мозга отвечают за тот или иной процесс. Пожалуй, наибольший прорыв был сделан в понимании высших когнитивных процессов, включая внимание, память и исполнительные функции. Подобные исследования позволили применять фМРТ в практических целях, далеких от медицины и нейронаук (в качестве детектора лжи, при маркетинговых исследованиях и др.).

Во-вторых, фМРТ начинает активно применяться в практической медицине, в частности, для предоперационного картирования основных функций (двигательных, речевых) перед нейро-хирургическими вмешательствами по поводу объемных образований головного мозга или некурабельной эпилепсии. Как правило, оценивают моторные зоны для рук и ног, языка, а также речевые зоны - Брока и Вернике: их наличие, расположение относительно очага поражения, наличие гомологов в здоровом полушарии, компенсаторное усиление активации в противоположном полушарии большого мозга или вторичных зонах. Эта информация помогает нейрохирургам оценить риск послеоперационного неврологического дефицита, выбрать наиболее удобный и наименее травматичный доступ, предположить объем резекции.

В-третьих, исследователи также пытаются внедрить фМРТ в рутинную клиническую практику при различных неврологических и психических заболеваниях. Основной целью многочисленных работ в данной области является оценка изменения функционирования мозга в ответ на повреждение того или иного его участка - выпадение и (или) переключение зон, их смещение и т.п., а также динамическое наблюдение перестройки зон активации в ответ на проводимую медикаментозную терапию и (или) реабилитационные мероприятия. В конечном счете, фМРТ-исследования, проводимые на больных различных категорий, могут помочь определить прогностическое значение различных вариантов функциональной перестройки коры для восстановления нарушенных функций и выработать оптимальные алгоритмы лечения.

Дополнительная информация по теме фМРТ :

статья «Передовые технологии нейровизуализации» М.А. Пирадов, М.М. Танашян, М.В. Кротенкова, В.В. Брюхов, Е.И. Кремнева, Р.Н. Коновалов; ФГБНУ «Научный центр неврологии» (журнал «Анналы клиничес-кой и экспериментальной неврологии» №4, 2015) [читать ];

статья «Функциональная магнитно-резонансная томография» Е.И. Кремнева, Р.Н. Коновалов, М.В. Кротенкова; Научный центр неврологии РАМН, Москва (журнал «Анналы клинической и эксперименталь-ной неврологии» №1, 2011) [читать ];

статья «Применение функциональной магнитно-резонансной томографии в клинике» Беляев А., Пек Кюнг К., Бреннан Н., Холодный А.; Онкологический центр «Мемориал Слоан-Кеттеринг», лаборатория функциональной МРТ, отделение радио-логии, г. Нью-Йорк, США (Russian electronic journal of radiology, №1, 2014) [читать ];

статья «Функциональная магнитно-резонансная томография покоя: новые возможности изучения физиологии и патологии мозга» Е.В. Селиверстова, Ю.А. Селиверстов, Р.Н. Коновалов, С.Н. Иллариошкин ФГБУ «Научный центр неврологии» РАМН, Москва (журнал «Анналы клинической и экспериментальной неврологии» №4, 2013) [читать ];

статья «Функциональная магнитно-резонансная томография покоя: возможности и будущее метода» Ю.А. Селивёрстов, Е.В. Селивёрстова, Р.Н. Коновалов, М.В. Кротенкова, С.Н. Иллариошкин, Научный центр неврологии РАМН, Москва (Бюллетень Национального общества по изучению болезни Паркинсона и расстройств движений, №1, 2014) [читать ];

статья «Функциональная магнитно-резонансная томография и нейронауки» М.Б. Штарк, А.М. Коростышевская, М.В. Резакова, А.А. Савелов; Институт молекулярной биологии и биофизики СО РАМН, г. Новосибирск; Институт «Международный томографический центр» СО РАН, г. Новосибирск; НПФ «Компьютерные системы биоуправления», г. Новосибирск (журнал «Успехи физиологических наук», №1, 2012) [читать ]

© Laesus De Liro

Эффективность лечения заболевания зависит от того, на каком этапе оно начато – чем раньше, тем лучше и быстрее будет результат. Запущенное заболевание может дать более серьезные последствия даже если проводятся процедуры по его устранению. Что касается головного мозга, то начальные стадии патологий здесь выявить очень непросто, т.к. их не видно снаружи. Для этого применяется функциональная МРТ – инструмент, незаменимый в хирургии и неврологии.

Функциональная МРТ головного мозга: чем отличается от обычной диагностики?

Функциональный тип томографии отличается от классической тем, что показатели берутся не в спокойном состоянии, а в процессе активной деятельности мозга.

В процессе физической нагрузки мозговые клетки лучше насыщаются кислородом, общий приток крови увеличивается. Это улавливает сканер томографа. Регистрация активности происходит за счет повышения магнетизации тканей – он зависит от дополнительного окисления глюкозы.

Более интенсивный сигнал сравнивается с показателями, полученными в обычном, спокойном режиме. Специалист с помощью компьютерной программы накладывает один трехмерный снимок на другой.

В результате получается полная карта, где запечатлена вся кора головного мозга, т.к. кровь в активном состоянии позволяет просмотреть даже самые мелкие и отдаленные участки. На томограмме видны части, имеющие диаметр от половины миллиметра. При необходимости просмотра их можно увеличить на экране.

Регистрируются и дифференцируются сигналы от разных корковых и подкорковых структур:

Базальных ганглиев.
Поясной коры.
Таламуса.
Всех видов опухолей – не только их размер и контуры, но и степень проникновения в серое и белое мозговое вещество.

С помощью функциональной МРТ можно сравнить поведение клеток мозга:

В состоянии покоя.
При умственной работе.
Во время физической, двигательной активности.

Функциональный тип томографии дает возможность точно определить расположение и размер всех мозговых центров:

Сенсорных.
Двигательных.
Речевых и др.

Если требуется более точное исследование, пациенту дополнительно вводится глюкоза.

Возможности функциональной МРТ-диагностики

Диагностика используется в качестве дополняющей к классическому виду магнитно-резонансного исследования – для того, чтобы уточнить неясный диагноз, лучше просмотреть тот или иной мозговой отдел, участок ткани или кровеносных сосудов.

Варианты использования результатов функциональной томографии:

Хирургия. Перед операцией на головном мозге с помощью томографической карты составляют точный план действий – на ней хорошо видны повреждения, которые нужно устранить. Это позволяет избежать ошибок в действиях и осложнений.
Радиология. Томографические данные дают возможность просчитать объем облучения, необходимый для лечения ракового заболевания.
Нейропсихология. Изучение сбоев в работе памяти, речевого аппарата, внимания.
Выявление эпилептических очагов.
Видны ишемические участки на ранней стадии – для предотвращения инсульта.
Распознавание начальных процессов болезней Альцгеймера и Паркинсона.
Метод позволяет найти связь между активностью мозга и головокружением, .

Полностью расшифровать данные, полученные в результате исследования, может специалист лучевой диагностики.

Когда нельзя делать функциональную МРТ

Поскольку в деле задействован мощный магнит и при этом необходимо спокойно лежать в течение часа, находясь внутри цилиндрообразного приспособления, имеются противопоказания:

Беременность на ранних сроках.
Клаустрофобия.
Металлические детали внутри тела и на теле – имплантаты и протезы, которые невозможно снять.
Заболевания психики, по причине которых пациент не может находиться в неподвижном состоянии не менее тридцати минут.

Татуировки с металлической составляющей, мелкие пломбы и любые не магнитные материалы опасности не представляют, однако о них нужно предупредить врача, чтоб скомпенсировать причиняемые этими предметами девиации магнитного поля и, соответственно, искажения данных.

Методика исследования обладает несомненными достоинствами:

Высококачественная карта головного мозга.
Разрешение изображения – более трех миллиметров.
Удобный способ изучить мозг в спокойном и активном состоянии.
Отсутствие вреда для организма – процедура не приводит к гибели клеток и другим отрицательным последствиям.
Доступность метода – для этого не нужно ехать за границу.

Информативная ФМРТ в Москве по выгодной цене

Функциональная МРТ головного мозга с 1990-х годов прошлого века получила широкое распространение. Внедрение методики способствовало выявлению некоторых злокачественных образований (опухолей), которые другими методами выявить сложнее. Особенностями функциональных магнитно-резонансных исследований мозговой ткани является оценка изменений кровоснабжения вследствие изменения нейронной стимуляции спинного и головного мозга. Возможность получения качественных результатов при МР-томографии обусловлена усилением притока крови к области мозга, которая активно действует.

Специалисты изучили нормальную активность коры головного мозга, состояние ткани при опухолях, что позволило провести дифференциальную диагностику патологии. Отличия МР-сигнала в норме и при патологических состояниях делают нейровизуализацию незаменимым диагностическим методом.

Нейровизуализация стала разрабатываться в 1990-ом году, когда функциональная МРТ стала активно использоваться для диагностики образований головного мозга вследствие высокой достоверности, отсутствия лучевого облучения пациента. Единственным неудобством метода является необходимость длительного пребывания пациента на диагностическом столе.

Морфологические основы функциональной МРТ головного мозга

Глюкоза не является важным субстратом для работы головного мозга, но при ее отсутствии нарушается функционирование нейронных каналов, которые обеспечивают физиологическую работу мозговой ткани.

Глюкоза поступает к клеткам по сосудам. Одновременно в мозг попадает кислород, связанный молекулой гемоглобина эритроцитов. Молекулы кислорода участвуют в процессах тканевого дыхания. После потребления кислорода мозговыми клетками возникает окисление глюкозы. Биохимические реакции при тканевом дыхании способствуют изменению магнетизации тканей. Индуцированный МРТ-процесс регистрируется программным обеспечением, что позволяет получить трехмерное изображение с тщательной прорисовкой каждой отдельной детали.

Изменение магнитных свойств крови возникает практически при всех злокачественных образованиях головного мозга. Избыточный приток крови определяется программным обеспечением при сравнении с нормальными величинами. Физиологически прослеживается разный МР-сигнал от поясной коры, таламуса, базальных ганглиев.

Низкий поток прослеживается в париетальной, латеральной, лобной доле. Изменение микроциркуляции данных областей сильно изменяет чувствительность сигнала.

Функциональная диагностика МРТ зависит от состояния и количества гемоглобина в исследуемой области. Молекула вещества может содержать кислород или его альтернативные заменители. Под действием сильного магнитного поля происходит колебание кислорода, что искажает качество сигнала. Намагниченность канала приводит к быстрому полураспаду кислорода. Воздействие сильного магнитного поля усиливает период полураспада вещества.

На основе информации можно сделать вывод относительно более высокого качества МР-сигнала в областях мозга, которые насыщены кислорода. Злокачественные мозговые образования имеют густую сосудистую сеть, поэтому хорошо визуализируются на томограммах. Для качественных результатов интенсивность магнитного поля должно быть выше 1,5 Тесла. Последовательность импульсов приводит к повышению полураспада.

Активность МР-сигнала, регистрируемого от активности нейронов, носит название «гемодинамический ответ». Термин определяет скорость нейронных процессов. Физиологическое значение параметра – 1-2 секунды. Данный интервал недостаточен для качественной диагностики. Чтобы получить хорошую визуализацию при объемных образованиях мозга магнитно-резонансная диагностика проводится с дополнительным стимулированием глюкозой. После ее введения пик активности наблюдается через 5 секунд.

Функциональная диагностика МРТ при раке мозга

Применение МРТ в нейрорадиологии расширяется. Для диагностики опухолей головного и спинного мозга применяется не только функциональное исследование. В последнее время активное распространение получили современные способы:

Перфузионно-взвешенная;
Диффузионная;
Контрастно-насыщенное исследование (BOLD).

Контрастирование BOLD после насыщения кислородом помогает провести диагностику активности сенсорной, моторной коры, очагов речи Вернике и Брока.

Способ базируется на регистрации сигнала после специфической стимуляции. Функциональная диагностика МРТ при сравнении с другими способами (ПЭТ, эмиссионная КТ, электроэнцефалография) Функциональное МРТ помогает получить картинку с пространственным разрешением.

Для понятия сути графической картины мозга при магнитно-резонансной томографии проводим изображения мозговой ткани после МРТ после чтения «сырых» изображений (а), совмещения нескольких томограмм (б).

Двигательная активность мозговой коры после использования способа корреляционных коэффициентов позволяет получить пространственное изображение результатов с визуализацией зон повышенной магнитной активности. Область Брока при функциональной МРТ определяется после обработки «сырых» томограмм. Стимуляция корреляционных коэффициентов помогает генерировать график соотношения интенсивности сигнала в определенном временном промежутке.

На следующих томограммах прослеживается картина у пациента при апластической эпендимоме – опухолью с повышенным смещением возбудимости в зоне, которая отвечает за активность функциональной коры мозга.

График показывает активные области, в которых локализуется злокачественное новообразование. После получения данных томограмм для иссечения патологической области была проведена субтотальная резекция.

На следующих МР-томограммах изображена глиобластома. Функциональная диагностика позволяет качественно визуализировать данное образование. В данной области располагает зона, отвечающая за активность пальцев правой руки. На изображениях визуализируется усиление активности в областях после стимуляции глюкозой. Функциональная магнитно-резонансная диагностика при глиобластоме в данном случае позволила точно визуализировать локализацию, размеры образования. Расположение рака в моторной коре приведет к отказу движений пальцев правой руки при возникновении атипичных клеток в коре головного мозга.

При некоторых образованиях функциональная МРТ головного мозга показывает несколько десятков разных изображений, возникающих вследствие динамического изменения МР-сигнала с искажением до 5%. При таком разнообразии сложно установить правильность расположения патологического образования. Для исключения субъективности зрительной оценки требуется программная обработка «сырых» снимков, полученная с использованием статистических способов.

Для получения качественных результатов при функциональной диагностике МРТ в сравнении с традиционным аналогом требуется помощь пациента. При тщательной подготовке повышается метаболизм глюкозы и кислорода, что снижает количество ложноположительных результатов, артефактов.

Высокое техническое оснащение магнитно-резонансных томографов позволяет улучшить картинку.

Самый частый вариант применения функциональной магнитно-резонансной томографии – это визуализация основных зон активности коры головного мозга – зрительной, речевой, моторной.

Функциональное МРТ исследование головного мозга – клинические эксперименты

Зрительная стимуляция корковых зон с помощью функционального МРТ по методу «J.Belliveau» предполагает зрительную стимуляцию с использованием болюстного контрастирования препаратом гадолинием. Подход позволяет регистрировать падение эхо-сигнала вследствие разной чувствительности между контрастом, проходящим по сосудам и окружающим тканям.

Клинические исследования установили, что зрительная стимуляция корковых зон на свету и в темноте сопровождается разницей активности примерно на 30%. Такие данные получены при обследовании на животных.

Эксперименты были основаны на методику определения сигнала, полученного от дезоксигемоглобина, обладающего парамагнитными способностями. На протяжении первых 5 минут после стимулирования мозговой активности глюкозой активируется процесс анаэробного гликолиза.

Стимуляция приводит к повышению перфузионной активности нейронов, так как микроциркуляция после поступления глюкозы существенно усиливается за счет падения концентрации дезоксигемоглобина – вещества, переносящего углекислый газ.

На Т2-взвешенных томограммах прослеживается увеличение активности сигнала – методика получила название BOLD-контрастирование.

Такая методика функционального контрастирования не является совершенной. При планировании нейрохирургических операций на опухолях требуется проведение обычного и функционального исследования.

Сложности функциональной магнитно-резонансной томографии заключаются в необходимости пациента выполнять активирующие действия. Для этого через переговорное устройство оператор передает задание, которое человек должен сделать с особой тщательностью.

Тренировку пациента необходимо проводить до функционального МРТ исследования. Заранее требуется умственный покой, подготовка двигательной активности.

Статистическая обработка результатов при правильном выполнении позволяет тщательно обследовать «сырые» томограммы, составлять на их основе трехмерное изображение. Для грамотной оценки значений нужно проводить не только структурную, но и функциональную оценку состояния коры головного мозга. Результаты обследования оцениваются одновременно нейрохирургом и неврологом.

Внедрению МРТ с функциональными пробами в массовую медицинскую практику не позволяют ограничения:

1. Высокие требования к томографу;
2. Отсутствие стандартизированных разработок относительно заданий;
3. Появление ложных результатов, артефактов;
4. Выполнение человеком непроизвольных движений;
5. Наличием в теле металлических предметов;
6. Потребность в дополнительных звуковых и визуальных стимуляторах;
7. Высокая чувствительность металлов к эхо-планарным последовательностям.

Перечисленные противопоказания ограничивают распространение исследования, но их можно устранить путем тщательной разработки рекомендаций к МРТ.

Основные цели проведения функционального магнитно-резонансной томографии:

Анализ локализации патологического очага для прогнозирования хода хирургического вмешательства при опухоли, оценки функциональной активности;
Планирование краниотомии в областях на удалении от зон основной активности мозга (зрительная, речевая, моторная, чувствительная);
Выбор группы людей для инвазивного картирования.

Функциональные исследования существенно коррелируют с прямой стимуляцией корковой активности мозговой ткани специальными электродами.

Максимальный интерес представляет функциональная МРТ для российских врачей, так как картирование в нашей стране только начинает развиваться. Для планирования оперативной активности магнитно-резонансное исследование с функциональными пробами представляет большой интерес.

Таким образом, функциональные исследования МРТ в нашей стране находятся на уровне практических проб. Частое использование процедуры наблюдается при супратенториальных опухолях, когда МРТ исследование является необходимым дополнением предоперационного этапа.

В заключение выделим современные аспекты развития технологии «мозг-компьютер». На основе данной технологии разрабатывается «компьютерный симбиоз». Сочетание электроэнцефалографии и МРТ позволяет создать полноценную картинку функционирования головного мозга. С помощью наложения одного исследования на другое получается качественная картинка, указывающая на соотношение анатомических и функциональных особенностей работы нейронов.