Neuroimagistica

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Neuroimagistica
Procedura de diagnostic RMN parasagital al capului uman la pacientul cu macrocefalie familială benignă înainte de leziuni cerebrale (ANIMAT) .gif
RMN para-sagital al craniului la un pacient cu macrocefalie familială benignă.
Tip Radiologie
Plasă D059906

Neuroimagistica sau imagistica creierului este utilizarea diferitelor tehnici pentru cartografierea directă sau indirectă a structurii, funcției sau farmacologiei sistemului nervos . Este o disciplină relativ nouă în medicină , neuroștiințe și psihologie [1] . Medicii specializați în efectuarea și interpretarea neuroimagisticii în mediul clinic sunt neuroradiologii pentru tehnicile imagistice ale radiologiei diagnostice; Tehnicile SPECT și PET , pe de altă parte, sunt responsabilitatea medicului nuclear .

Neuroimagistica se încadrează în două mari categorii:

  • Neuroimagistica structurală, care se ocupă cu structura sistemului nervos și diagnosticul bolilor intracraniene grave (la scară largă), cum ar fi o tumoare sau o leziune .
  • Neuroimagistica funcțională , care este utilizată pentru diagnosticarea bolilor metabolice și a leziunilor la o scară mai fină (cum ar fi boala Alzheimer ) și, de asemenea, pentru cercetarea psihologică, neurologică și cognitivă și pentru construirea de interfețe creier-computer.

Neuroimagistica funcțională permite, de exemplu, vizualizarea directă a procesării informațiilor de către centrele creierului . Această procesare face ca zona afectată a creierului să crească metabolismul și să se „lumineze” în timpul scanării. Una dintre cele mai controversate utilizări ale neuroimagisticii a fost urmărirea „identificării gândurilor” sau „citirii minții”.

Istorie

Primul capitol din istoria neuroimagisticii datează de neurologul italian Angelo Mosso , care a inventat „echilibrul circulației umane”, care ar putea măsura neinvaziv redistribuirea sângelui în timpul activității emoționale și intelectuale. [2] Cu toate acestea, deși menționate pe scurt de William James în 1890, detaliile și mecanismele precise ale acestei scări și experimentele efectuate de Mosso au rămas în mare parte necunoscute, până la descoperirea recentă a instrumentului original, precum și rapoartele lui Mosso de Stefano Sandrone și colegii [3] .

În 1918, neurochirurgul american Walter Dandy a introdus tehnica ventriculografiei . Imaginile radiografice ale sistemului ventricular din creier au fost obținute prin injectarea aerului filtrat direct într-unul sau ambii ventriculi laterali ai creierului printr-o gaură făcută în craniu. Dandy a mai observat că aerul introdus în spațiul subarahnoidian prin puncția coloanei vertebrale lombare ar putea pătrunde în ventriculii cerebrali și arăta, de asemenea, compartimentele lichidului cefalorahidian în jurul bazei creierului și pe suprafața acestuia. Aceasta a stat la baza creării unei tehnici mai avansate, pneumoencefalografia, care a permis, prin urmare, să evite străpungerea craniului pentru a injecta aer în creier.

În 1927 Egas Moniz a introdus angiografia cerebrală , prin care vasele de sânge normale și anormale din și din jurul creierului puteau fi vizualizate cu mare precizie.

La începutul anilor 1970, Allan McLeod Cormack și Godfrey Newbold Hounsfield au introdus tomografia axială computerizată (CT) și imagini anatomice din ce în ce mai detaliate ale creierului au devenit disponibile în scopuri de diagnostic și cercetare. Cormack și Hounsfield au câștigat Premiul Nobel pentru medicină în 1979 pentru munca lor. La scurt timp după introducerea CT la începutul anilor 1980, dezvoltarea radioligandurilor a permis tomografia cu emisie de fotoni unici (SPECT) și tomografia cu emisie de pozitroni (PET).

Aproximativ în același timp, imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) a fost dezvoltată de cercetători printre care Peter Mansfield și Paul Lauterbur , care au primit Premiul Nobel pentru medicină din 2003. La începutul anilor 1980 , RMN a fost introdus clinic, iar în anii 1980 a existat o adevărată explozie de rafinamente tehnice și aplicații de diagnostic ale RMN. Oamenii de știință au descoperit curând că modificările mari ale fluxului sanguin măsurate prin scanarea PET ar putea fi, de asemenea, capturate de tipul corect de RMN. Imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (RMN) a dominat câmpul cartografierii creierului încă din anii 1990, datorită invazivității sale scăzute, lipsei de expunere la radiații și disponibilității relativ largi.

La începutul anilor 2000, domeniul neuroimagisticii a ajuns la stadiul în care au devenit posibile unele aplicații practice ale imaginii funcționale a creierului. Principala zonă de aplicație este reprezentată de unele forme de interfață neuronală .

Tehnici de neuroimagistică

Tomografie axială computerizată

Tomografia computerizată (CT) sau tomografia axială computerizată (CT) utilizează o serie de raze X ale craniului luate din mai multe direcții diferite. Utilizată în mod obișnuit pentru a vizualiza rapid leziunile cerebrale, scanarea CT utilizează un program de computer care efectuează un calcul numeric integral ( transformarea inversă a radonului ) pe seria de raze X măsurată pentru a estima cantitatea de raze X absorbită într-un volum mic al creierului. . Informațiile sunt prezentate de obicei ca secțiuni transversale ale creierului [4] .

Imagistica optică difuză

Imagistica optică difuză (DOI) sau tomografia optică difuză (DOT) este o modalitate de imagistică medicală care utilizează lumina în infraroșu apropiat pentru a genera imagini ale corpului. Tehnica măsoară absorbția optică a hemoglobinei și se bazează pe spectrul de absorbție al hemoglobinei, care variază în funcție de starea sa de oxigenare. Tomografia optică difuză de înaltă densitate (HD-DOT) a fost comparată direct cu fMRI utilizând răspunsul la stimularea vizuală la subiecții studiați cu ambele tehnici, cu rezultate similare [5] . HD-DOT a fost, de asemenea, comparat cu imagistica prin rezonanță magnetică în ceea ce privește sarcinile lingvistice și conectivitatea funcțională în repaus [6] .

Eveniment legat de semnalul optic

Semnalul legat de evenimente optice (EROS) este o tehnică de scanare a creierului care utilizează lumina infraroșie prin fibre optice pentru a măsura modificările proprietăților optice ale zonelor active ale cortexului cerebral . Având în vedere că tehnici precum imagistica optică difuză (DOT) și spectroscopia în infraroșu apropiat (NIRS) măsoară absorbția optică a hemoglobinei și se bazează astfel pe fluxul sanguin, EROS profită de proprietățile dispersive ale neuronilor înșiși și oferă, prin urmare, o măsură a activității celulare. . EROS poate detecta activitatea creierului în milimetri (spațial) și în milisecunde (în timp). Cel mai mare dezavantaj al acestuia este incapacitatea de a detecta activitate mai adâncă de câțiva centimetri. EROS este o nouă tehnică relativ ieftină, care nu este invazivă pentru subiectul testat. A fost dezvoltat la Universitatea din Illinois, la Urbana-Champaign , unde este utilizat acum în laboratorul de Neuroimagistică Cognitivă al Dr. Gabriele Gratton și Dr. Monica Fabiani. [ fără sursă ] .

Imagistică prin rezonanță magnetică

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Imagistica prin rezonanță magnetică .

Imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) utilizează câmpuri magnetice și unde radio pentru a produce imagini bidimensionale sau tridimensionale de înaltă calitate ale structurilor creierului fără utilizarea radiațiilor ionizante (raze X) sau a trasorilor radioactivi.

Imagistica prin rezonanță magnetică funcțională

Imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (RMN) și marcarea spinului arterial (ASL) se bazează pe proprietățile paramagnetice ale hemoglobinei oxigenate și dezoxigenate pentru a vedea imagini ale modificării fluxului sanguin în creier asociată cu activitatea neuronală. Acest lucru vă permite să generați imagini care reflectă ce structuri cerebrale sunt activate (și cum) în timp ce efectuați diferite sarcini sau în starea de repaus. Conform ipotezei oxigenării, modificările consumului de oxigen în fluxul sanguin cerebral regional în timpul activității cognitive sau comportamentale pot fi asociate cu regiunile neuronale, deoarece acestea sunt direct legate de sarcinile cognitive sau comportamentale la care participă.

Majoritatea scanerelor fMRI permit experimentatorului să prezinte diferite imagini vizuale, sunete și stimuli tactili, iar subiecților să efectueze diferite acțiuni, cum ar fi apăsarea unui buton sau deplasarea unui joystick. În consecință, RMN poate fi utilizat pentru a dezvălui structurile și procesele creierului asociate cu percepția , gândirea și acțiunea. Rezoluția RMN este în prezent de aproximativ 2-3 milimetri, limitată de răspândirea spațială a răspunsului hemodinamic la activitatea neuronală. Acesta a înlocuit în mare măsură PET-ul pentru studierea tiparelor de activare a creierului. PET, cu toate acestea, păstrează avantajul semnificativ de a putea identifica receptori cerebrali specifici (sau transportori) asociați cu neurotransmițători anumiți prin capacitatea sa de a vizualiza „liganzii” receptorului marcat radioactiv (liganzii receptorilor sunt substanțe chimice care se atașează unul la celălalt). .

În plus față de cercetările pe subiecți sănătoși, RMN este utilizat din ce în ce mai mult pentru diagnosticarea medicală a bolii. Deoarece RMN-ul este extrem de sensibil la utilizarea oxigenului în sânge, este extrem de sensibil la modificările timpurii ale creierului care rezultă din ischemie (flux anormal de scăzut de sânge), cum ar fi modificările după accident vascular cerebral . Detectarea timpurie a anumitor tipuri de accident vascular cerebral este din ce în ce mai importantă în neurologie, deoarece substanțele care dizolvă cheagurile de sânge pot fi utilizate în primele câteva ore după apariția anumitor tipuri de accident vascular cerebral, dar sunt periculoase de utilizat ulterior. Modificările creierului observate cu RMN pot ajuta la luarea deciziei de a trata cu acești agenți. Cu o precizie între 72% și 90%, unde probabilitatea aleatorie ar ajunge la 0,8%, [7] tehnicile RMN pot decide care dintre seriile cunoscute de imagini vizualizează subiectul [8] .

Magnetoencefalografia

Magnetoencefalografia (MEG) este o tehnică imagistică utilizată pentru a măsura câmpurile magnetice produse de activitatea electrică din creier prin dispozitive foarte sensibile , cum ar fi dispozitivul cu interferență cuantică supraconductoare (SQUID) sau magnetometrele SERF [9] . MEG oferă o măsurare foarte directă a activității electrice neuronale (comparativ cu fMRI de exemplu) cu rezoluție temporală foarte mare, dar rezoluție spațială relativ scăzută. Avantajul măsurării câmpurilor magnetice produse de activitatea neuronală este că este probabil ca acestea să fie mai puțin distorsionate de țesuturile din jur (în special craniul și scalpul) decât câmpurile electrice măsurate prin electroencefalografie (EEG). În special, se poate arăta că câmpurile magnetice produse de activitatea electrică nu sunt afectate de țesutul înconjurător al craniului, deoarece este modelat ca un set de cochilii sferice concentrice, fiecare dintre ele fiind un conductor izotrop omogen. Capetele nu sunt sferice și au conductivități în mare parte anizotrope (în special substanța albă și craniul). În timp ce anizotropia craniului are un efect neglijabil asupra MEG (spre deosebire de EEG), anizotropia substanței albe influențează puternic măsurătorile MEG pentru surse radiale și profunde [10] . Rețineți, totuși, că craniul a fost considerat a fi uniform anizotrop în acest studiu, ceea ce nu este adevărat pentru un cap real: grosimile absolute și relative ale straturilor de diploe și de bord variază între și în interiorul oaselor craniului. Acest lucru face posibil ca MEG să fie afectat și de anizotropia craniului [11] , deși probabil nu se află la același nivel cu EEG.

Există multe utilizări pentru MEG, inclusiv ajutarea chirurgilor la localizarea bolii, ajutarea cercetătorilor să determine funcția diferitelor părți ale creierului, neurofeedback-ul și altele.

Tomografie cu emisie de pozitroni

Tomografia cu emisie de pozitroni (PET) și Tomografia cu emisie de pozitroni a creierului măsoară emisiile provenite de la substanțele chimice active metabolice etichetate radioactiv care au fost injectate în fluxul sanguin. Datele de emisie sunt procesate pe computer pentru a produce imagini bidimensionale sau tridimensionale ale distribuției substanțelor chimice în creier. [12] Radioizotopii cu emisie de pozitroni utilizați sunt produși de un ciclotron și substanțele chimice sunt etichetate cu acești atomi radioactivi. Compusul marcat, numit radiotrasor, este injectat în sânge și în cele din urmă își face drumul spre creier. Senzorii din scanerul PET detectează radioactivitatea pe măsură ce compusul se acumulează în diferite regiuni ale creierului. Un computer folosește datele colectate de senzori pentru a crea imagini bidimensionale sau tridimensionale care arată unde acționează compusul în creier. Deosebit de utile sunt o gamă largă de liganzi utilizați pentru cartografierea diferitelor aspecte ale activității neurotransmițătorului; de departe cel mai frecvent utilizat trasor PET este o formă marcată de glucoză (vezi Fluorodeoxiglucoză ).

Cel mai mare avantaj al scanării PET este că diferiți compuși pot arăta fluxul sanguin și metabolismul oxigenului și glucozei în țesuturile creierului în timp ce funcționează. Aceste măsurători reflectă cantitatea de activitate a creierului în diferitele regiuni ale creierului și vă permit să obțineți informații despre modul în care funcționează creierul. Scanările PET au fost superioare tuturor celorlalte metode de imagistică metabolică în ceea ce privește rezoluția și viteza de finalizare (doar 30 de secunde) când au devenit disponibile pentru prima dată. Rezoluția îmbunătățită a făcut posibilă studierea mai bună a zonei creierului activată de o anumită sarcină. Cel mai mare dezavantaj al scanării PET este că, deoarece radioactivitatea se degradează rapid, aceasta se limitează la monitorizarea sarcinilor scurte. [12] Înainte de răspândirea tehnologiei fMRI, scanarea PET a fost metoda preferată pentru imagistica funcțională (mai degrabă decât structurală) a creierului și continuă să aducă mari contribuții la neuroștiințe .

Scanarea PET este, de asemenea, utilizată pentru a diagnostica bolile cerebrale, în special pentru că tumorile cerebrale, accidentele vasculare cerebrale și bolile care afectează neuronii care cauzează demență (cum ar fi boala Alzheimer) toate provoacă modificări mari în metabolismul creierului, care la rândul lor determină modificări. Ușor de detectat în scanările PET. . PET este probabil cel mai util în cazurile unor demențe timpurii (exemple clasice sunt boala Alzheimer și boala Pick ) în care afectarea timpurie este prea răspândită și provoacă prea puține diferențe în volumul creierului și în structura brută pentru a avea vreun efect. Asupra imaginilor CT și RMN.

Tomografie cu emisie de fotoni unici

Tomografia cu emisie de fotoni unici (SPECT) este similară cu PET și folosește radioizotopi care emit raze gamma și o cameră gamma pentru a înregistra date pe care un computer le folosește pentru a construi imagini bidimensionale sau tridimensionale ale regiunilor cerebrale active [13] . SPECT se bazează pe o injecție a unui trasor radioactiv, sau „agent SPECT”, care este absorbit rapid de creier, dar nu se redistribuie singur. Absorbția agentului SPECT este 100% completă în decurs de 30-60 de secunde, reflectând fluxul sanguin cerebral (CBF) în momentul injectării. Aceste proprietăți ale SPECT îl fac deosebit de potrivit pentru imagistica epilepsiei , care este de obicei îngreunată de problemele cu mișcarea pacientului și de diferite tipuri de convulsii. SPECT oferă un instantaneu al fluxului sanguin cerebral, deoarece scanările pot fi obținute după încheierea atacului (atâta timp cât trasorul radioactiv a fost injectat în momentul atacului). O limitare semnificativă a SPECT este rezoluția sa slabă (aproximativ 1 cm) în comparație cu cea a RMN. Mașinile SPECT cu capete cu detector dublu sunt utilizate în mod obișnuit astăzi, deși aparatele cu cap triplu sunt disponibile pe piață. Tomografică de reconstrucție, (utilizate în principal pentru „instantanee“ funcționale ale creierului) necesită mai multe proiecții din capetele detectorului care se rotesc în jurul craniului, astfel încât unii cercetători au mașini SPECT dezvoltate cu 6 și 11 capete pentru a reduce timpul de formare a imaginii și oferă rezoluție. Mai mare [ 14] [15] .

La fel ca PET, SPECT poate fi, de asemenea, utilizat pentru a diferenția diferite tipuri de procese patologice care produc demență și este din ce în ce mai utilizat în acest scop. Neuro-PET are dezavantajul de a necesita utilizarea de trasoare cu timp de înjumătățire de până la 110 minute, cum ar fi FDG. Acestea trebuie realizate într-un ciclotron și sunt costisitoare sau chiar indisponibile dacă timpul de transport necesar se prelungește mai mult de câteva perioade de înjumătățire. Cu toate acestea, SPECT este capabil să utilizeze trasoare cu perioade de înjumătățire mult mai lungi, cum ar fi tehnetiu-99m, și, prin urmare, este mult mai disponibil.

Ecografie craniană

Ecografia craniană este de obicei utilizată numai la copii, ale căror fontanele deschise oferă ferestre acustice care permit imagistica cu ultrasunete a creierului. Beneficiile includ absența radiațiilor ionizante și capacitatea de scanare în pat, dar lipsa detaliilor țesuturilor moi face ca RMN-ul să fie preferat în anumite condiții.

Critici și avertismente

Unii oameni de știință au criticat afirmațiile bazate pe imagini cerebrale publicate în reviste științifice și presa populară, cum ar fi descoperirea părții creierului responsabile de funcții precum talentele, amintirile specifice sau pentru generarea de emoții precum dragostea. Multe tehnici de cartografiere au o rezoluție relativ scăzută de sute de mii de neuroni într-un singur voxel . Multe funcții implică mai multe părți ale creierului, ceea ce înseamnă că acest tip de afirmație este probabil neverificabil cu echipamentul utilizat și, în general, se bazează pe o presupunere aproximativă a modului în care sunt împărțite funcțiile creierului. Este posibil ca majoritatea funcțiilor creierului să fie descrise corect numai după ce au fost măsurate cu măsurători mult mai detaliate, care nu se limitează la regiuni mari, ci implică un număr foarte mare de circuite cerebrale mici. Multe dintre aceste studii au, de asemenea, probleme tehnice, cum ar fi dimensiunile reduse ale eșantioanelor sau calibrarea slabă a echipamentelor, ceea ce înseamnă că nu pot fi reproduse - considerații care uneori sunt ignorate pentru a produce un articol de ziar senzațional sau titlul titlului. În unele cazuri, tehnicile de cartografiere a creierului sunt utilizate în scopuri comerciale, pentru a detecta minciunile sau pentru diagnosticarea medicală, urmând metodologii care nu au fost validate științific [16] .

Notă

  1. ^ Aaron Filler, Istoria, dezvoltarea și impactul imaginii computerizate în diagnosticul neurologic și neurochirurgie: CT, RMN și DTI , în Nature Precedings , 12 iulie 2009, DOI : 10.1038 / npre.2009.3267.5 .
  2. ^ Sandrone S, Bacigaluppi M, Galloni MR, Martino G, Angelo Mosso (1846-1910) , în Journal of Neurology , vol. 259, n. 11, noiembrie 2012, pp. 2513-4, DOI : 10.1007 / s00415-012-6632-1 , PMID 23010944 .
  3. ^ Sandrone S, Bacigaluppi M, Galloni MR, Cappa SF, Moro A, Catani M, Filippi M, Monti MM, Perani D, Martino G, Cântărirea activității cerebrale cu echilibrul: manuscrisele originale ale lui Angelo Mosso vin la lumină , în Brain , vol. . 137, Pt 2, februarie 2014, pp. 621-33, DOI : 10.1093 / brain / awt091 , PMID 23687118 .
  4. ^ Malcolm A. Jeeves,Mind Fields: Reflections on the Science of Mind and Brain , Grand Rapids, MI, Baker Books, 1994, p. 21 .
  5. ^ Eggebrecht AT, White BR, Ferradal SL, Chen C, Zhan Y, Snyder AZ, Dehghani H, Culver JP,O comparație spațială cantitativă a tomografiei optice difuze cu densitate înaltă și cartografierea corticală fMRI , în NeuroImage , vol. 61, nr. 4, iulie 2012, pp. 1120-8, DOI : 10.1016 / j.neuroimage.2012.01.124 , PMC 3581336 , PMID 22330315 .
  6. ^ Eggebrecht AT, Ferradal SL, Robichaux-Viehoever A, Hassanpour MS, Dehghani H, Snyder AZ, Hershey T, Culver JP,Mapping funcția creierului distribuit și rețele cu tomografie optică difuză , în Nature Photonics , vol. 8, nr. 6, iunie 2014, pp. 448-454, DOI : 10.1038 / nphoton.2014.107 , PMC 4114252 , PMID 25083161 .
  7. ^ Kerri Smith, Mind-reading with a brain scan , în Nature News , Nature Publishing Group, 5 martie 2008. Accesat pe 5 martie 2008 .
  8. ^ Brandon Keim, Brain Scanner Can Tell What You Looked, în Wired News , CondéNet, 5 martie 2008. Accesat la 16 septembrie 2015 .
  9. ^ (EN) Elena Boto, Niall Holmes, James Leggett, Gillian Roberts, Vishal Shah, Sofie S. Meyer, Leonardo Duque Muñoz, Karen J. Mullinger și Tim M. Tierney,Mutarea magnetoencefalografiei către aplicații din lumea reală cu un sistem portabil , în Natură , vol. 555, nr. 7698, martie 2018, pp. 657-661, DOI : 10.1038 / nature26147 , ISSN 1476-4687 ( WC ACNP ) , PMC 6063354 , PMID 29562238 .
  10. ^ Wolters CH, Anwander A, Tricoche X, Weinstein D, Koch MA, MacLeod RS, Influența anizotropiei conductivității țesuturilor pe câmpul EEG / MEG și calculul curentului de retur într-un model de cap realist: un studiu de simulare și vizualizare utilizând element finit de înaltă rezoluție. modelare , în NeuroImage , vol. 30, n. 3, aprilie 2006, pp. 813-26, DOI : 10.1016 / j.neuroimage.2005.10.014 , PMID 16364662 .
  11. ^ Ramon C, Haueisen J, Schimpf PH,Influence of head models on neuromagnetic fields and invers source source localisations , în Biomedical Engineering Online , vol. 5, nr. 1, octombrie 2006, p. 55, DOI : 10.1186 / 1475-925X-5-55 , PMC 1629018 , PMID 17059601 .
  12. ^ a b Lars-Goran Nilsson și Hans J. Markowitsch , Cognitive Neuroscience of Memory , Seattle, Hogrefe & Huber Publishers, 1999.
  13. ^ Philip Ball Brain Imaging Explained
  14. ^ SPECT Systems for Brain Imaging , la inkling.com . Adus la 24 iulie 2014 .
  15. ^ SPECT Brain Imaging , la emedicine.medscape.com . Adus pe 12 ianuarie 2016 .
  16. ^ Sally Satel și Scott O. Lilienfeld, Brainwashed: The Seductive Appeal of Mindless Neuroscience , Basic Books, 2015, ISBN 978-0-465-06291-1 .

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Neuroimaging&oldid=122399078 ”