Поиск по сайту

Методы визуализации мозговых структур

К новым рентгенорадиологическим методам, которые дают высококаче­ственную информацию относительно структурно функционального состоя­ния мозга в норме и при патологии, принадлежат компьютерная томография, магнитно-резонансные томография и спектроскопия, позитронная эмисси­онная томография, диффузионно-взвешенная и перфузионно-взвешенная магнитно-резонансная томография.

Компьютерная томография (КТ) мозга основывается на принципе об­разования изображения органов и тканей с помощью ЭВМ. Метод заключа­ется в том, что после прохождения лучей сквозь тело пациента они попадают не на экран, как в случае использования обычной рентгеновской аппаратуры, а на чувствительные детекторы, в которых возникают электронные импуль­сы. После усиления они передаются на ЭВМ, реконструируются и создают изображение объекта. Изображения органов и тканей при КТ получают на мониторе в виде поперечных срезов толщиной от 8 до 2 мм.

КТ имеет ряд преимуществ перед обычным рентгенологическим ис­следованием: позволяет дифференцировать отдельные органы и ткани, ко­торые отличаются по плотности в пределах 1-2 %, а на томограммах 4-го поколения - до 0,5 % (на обычных рентгенограммах этот показатель состав­ляет 10-20 %); обеспечивает четкое изображение органов и патологических очагов без наложения выше и ниже расположенных образований благодаря исследованию только в плоскости отдельного среза; дает точную количественную информацию о размерах, плотности отдельных органов и тканей или патологических образований; позволяет оценить не только состояние исследуемого органа, но и взаимоотношения патологического очага с при­легающими органами и тканями.

Диагностика с помощью КТ основывается на прямых рентгенологиче­ских симптомах, т. е. определении точной локализации, формы, размеров отдельных органов и патологического образования по показателям плотно­сти или абсорбции (показатель абсорбции - степень поглощения или ослаб­ления пучка рентгеновского излучения во время прохождения сквозь тело человека).

КТ дает возможность выявить патологические очаги диаметром 0,5-1 см. Для повышения диагностических возможностей проводится усиление изоб­ражения с помощью внутривенного введения рентгеноконтрастных веществ. В результате этого усиливается денситометрическое отличие между нормаль­ной и патологически измененной тканью (из-за разного кровенаполнения). Контрастирование имеет значение для дифференциальной диагностики до­брокачественных и злокачественных новообразований, для оценки характера и степени нарушения функции отдельных органов и систем.

КТ является одним из наиболее информативных методов диагностики сосудистых заболеваний мозга. В частности, верифицируются ишемические и геморрагические поражения мозга, достоверность диагностики которых в первые дни составляет соответственно 74 % и 98,7 %. Метод позволяет четко отличать геморрагию (участок повышенной плотности белого цвета) от инфаркта мозга (участки сниженной плотности темного цвета). Очаг кровоизлияния обнаруживают в первые часы после его возникновения, инфаркт - не раньше чем через 6-8 ч, чаще - в конце 1-х суток. Инфаркт полушария большого мозга определяется лучше, чем стволовой, и диффе­ренцируется в конце 1-х суток. С помощью КТ возможна прижизненная диагностика отдельных лакунарных инфарктов, которые выявляются как не­большие очаги сниженной плотности в глубоких структурах головного мозга. Обнаружены прямые и вспомогательные признаки дисциркуляторной энце­фалопатии различного генеза. Значительную роль играет КТ в диагностике церебральной аневризмы и субарахноидального кровоизлияния; достаточно четко верифицируется внутримозговая гематома. В случае ушиба головного мозга наблюдается сочетание участков сниженной плотности (зона некроза и отека тканей) и повышенной (зона геморрагии) плотности с реакцией ткани.

КТ головного мозга больного с инсульт-гематомой левой височно-подкорковой области в первый день после инсульта:

1 - внутримозговая гематома; 2 - перифокальный отек ткани мозга

КТ головного мозга больного через 18 ч от начала инсульта: очаг пониженной плотности неправильной формы в правой лобно-височно-теменной области подтверждает наличие инфаркта головного мозга

КТ позволяет достоверно диагностировать опухоль головного мозга и нередко определить правильный гистологический диагноз.

Для злокачественной опухоли характерны такие признаки: неравномер­ность плотности образования (чередование зон повышенной и сниженной плотности в середине опухоли); наличие зоны некроза, участков сниженной и повышенной плотности неправильной формы, обусловленных кровоиз­лиянием; местный и перифокальный отек белого вещества.

КТ-изображение абсцесса характеризуется кольцевидным повышением плотности. Такое кольцевидное образование (корона-эффект) может на­блюдаться и в случае злокачественной опухоли, однако только при абсцес­сах отмечается слоистость. Существенную роль КТ играет в диагностике воспалительных заболеваний головного мозга, гидроцефалии.

КТ используют для проведения математических расчетов во время вы­полнения стереотаксических операций. Неинвазивность этого метода обе­спечивает несомненные преимущества его над инвазивными методами ис­следования (ангиография, пневмоэнцефалография).

Магнитно-резонансная томография (МРТ). В настоящее время с КТ успешно конкурирует метод, который основывается на феномене ядерно-магнитного резонанса (ЯМР). Доказано, что некоторые ядерные частицы, которые находятся в магнитном поле, под действием импульса радиоволн определенной частоты выпускают долю поглощенной энергии в виде ра­диосигнала. Эффект ЯМР был открыт американскими исследователями F. Bloch и Е. Purcell (1946). Изображение головного мозга впервые было по­лучено Y. Holland в 1980 г.

Для проведения МРТ человека помещают в специально созданное маг­нитное поле. Под его влиянием в объекте будут резонансными только те зоны, напряжение магнитного поля которых будет точно совпадать с тре­бованиями резонанса. Если изменять местоположение участка резонанса (продвигая его по объекту), можно просканировать весь организм человека. При таком условии карта распределения вещества, выведенная на дисплей, образует MP-томограмму. Другой путь - облучение объекта импульсом, который содержит определенный спектр частот. В таком случае каждая частота будет соответствовать своему резонансному напряжению и станет возможным сразу получить информацию из большого объема тканей. Наи­более информативна для врача карта распределения протонов или воды в теле человека. С одной стороны, распределение протонов наиболее важ­ное, поскольку тело человека (в частности, мозговое вещество) состоит на 70 - 80 % из воды, с другой - большое количество протонов имеет высокий уровень сигнала и облегчает работу.

Ценность метода МРТ заключается в том, что физиологичные движения в организме человека (дыхание, сердечная деятельность, перистальтика ки­шок) существенно не влияют на изображение. Кроме того, не нужна специ­альная подготовка пациента к обследованию. Отсутствие видимых артефак­тов, обусловленных костными структурами и полостями, которые содержат газ, свидетельствует о преимуществе МРТ при исследовании задней череп­ной ямки, брюшной полости и области таза.

МРТ-аппаратура относительно простая с точки зрения технологии, не­сложная в обслуживании, может использоваться ежедневно. У пациентов, которые неоднократно находились под воздействием сильных магнитных полей радиочастотных импульсов, не выявлено увеличения частоты забо­леваемости. Преимуществом МРТ перед КТ являются более значительная информативность и высокое контрастирование.

Недостатком метода является то, что очаги обызвествления в тканях до определенных размеров не получают отображения. Применение МРТ в клинической практике ограничено из-за высокой стоимости аппаратуры и необходимости специального помещения.

Период, необходимый для получения изображения на современных ап­паратах, колеблется в пределах 130 мин (в среднем 24 мин на срез в зависи­мости от режима исследования). Пространственная разрешающая способ­ность метода достигает 0,2 см на изображениях глаза, позвоночника и др. Для сравнения рентгеновский компьютерный томограф фирмы «Сименс» дает пространственное разрешение 0,1 см.

Метод МРТ в последнее время все шире применяется в неврологии. Это объясняется возможностью получения трехмерного объекта без изменения его положения и передвижения сканирующего прибора. Таким образом, в от­личие от КТ можно получить изображение срезов в разных плоскостях (фрон­тальной и сагиттальной). Это важно для диагностики патологических процес­сов в головном мозге, на основании черепа, в задней черепной ямке, в участке краниовертебрального перехода. С помощью МРТ получают контрастное изо­бражение белого и серого мозгового вещества, а также ликворных пространств мозга в соответствии с градацией оттенков так называемой серой шкалы: жировая ткань на томограмме белая, потом, с нарастанием интенсивности цвета,  головной мозг, спинной мозг, паренхиматозные органы, сосудистые стенки и мышцы. Воздух, кости, очаги обызвествле­ния, практически не дают MP-сигналов и выглядят черными. На MP-томограмме хорошо проявляются такие патологические процессы, как опухоль, киста, абсцесс, ишемические и геморрагические очаги. Признаки ишемии мозговой ткани на МР-томограмме обнаруживают через 6-7 ч еще до визуализации на КТ. В преде­лах инфаркта мозга, который развивается, можно четко увидеть гетерогенные зоны. В отличие от КТ, МРТ дает возможность диагностировать патологиче­ские процессы в стволе головного мозга и мозжечке.

MPT головного мозга на 3-й день от начала инсульта (Т2-взвешенное изображение, аксиальная плоскость):

в левом полушарии мозжечка визуализируется участок гетерогенной интенсивности (показано стрелкой), обусловлен развитием геморрагического инфаркта с компрессией IV желудочка мозга и перифокальным отеком

Наблюдаются некоторые особенности МРТ опухолей головного мозга. Зна­чительную интенсивность изображения дает глиома (это объясняется большим содержанием мобильных протонов в опухоли). МРТ позволяет установить распространение опухоли вдоль медиальной поверхности полушарий с проникно­вением ее в боковые желудочки мозга. В сравнении с КТ мозга на МРТ более четко констатируется непроникновение опухоли в полость черепа, однако ме­нее заметны костные спикулы. Доброкачественные опухоли - менингиома, невринома VIII пары черепных нервов - в большинстве случаев характеризуются непродолжительностью релаксации в отличие от злокачественных опухолей. Более информативно в сравнении с КТ определение опухоли в участке турец­кого седла, задней черепной ямки. Эффективным также является применение КТ и МРТ в диагностике субдуральной гематомы. С помощью МРТ четко определяются пределы кровоизлияния, центральная его часть; можно увидеть участок отека вокруг кровоизлияния.

МРТ головного мозга (Т2-взвешенное изображение, аксиальная плоскость) с контрастированием (а, б):

визуализируется менингиома больших размеров (показано стрелками) в задней черепной ямке

Эффективное применение МРТ для диагностики дегенеративных, вос­палительных процессов головного мозга, энцефалопатии, демиелинизирующих заболеваний. С помощью МРТ хорошо верифицируются очаги домиелинизании в структурах задней черепной ямки, определяются скле­ротические бляшки при рассеянном склерозе. Информативным является использование МРТ для диагностики сирингомиелии, компрессии спинного мозга.

На сагиттальной МРТ визуализируется сирингомиелитическая полость, содержащая спинномозговую жидкость МРТ при грыже диска: визуализируется истончение и компрессия спинного мозга на уровне CVIпозвонка

Большое значение имеет МРТ в прижизненной диагностике лакунарных инфарктов в глубоких отделах полушарий большого моз­га, в области моста; при такой локализации очаги поражения определяются приблизительно в 90 % случаев. С помощью МРТ можно в 2,5 раза чаще, чем на КТ, визуализировать очаговые поражения мозга при наличии транзиторных ишемических атак. Важным преимуществом МРТ является воз­можность определять поражение даже мелких артерий головного мозга (а. lenticulostriata, chorioidea и др.).

МРТ головного мозга через 10 ч от начала заболевания (аксиальная плоскость, срезы на уровне тел боковых желудочков):

на Т2-взвешенном изображении выявлены множественные очаги перенесенных лакунарных инфарктов с обеих сторон (показано стрелками)


МРТ головного мозга через 46 ч от начала развития лакунарного инфаркта (аксиальная плоскость, срезы на уровне тел боковых желудочков):

а - в Т2-взвешенном изображении на фоне множественных гиперинтенсивных очагов (показано стрелками) свежий ишемический очаг выделить тяжело; б - ДВ МРТ - опреде­ляется свежий ишемический очаг лакунарного инфаркта в задних отделах тела хвостатого ядра и прилегающей задней ножки внутренней капсулы справа (показано стрелками) со сниженным коэффициентом диффузии

Диффузионно-взвешенная (ДВ) МРТ была впервые описана Carг и Purcell в 1954 г. В 1975 г. P. Mansfield развил эхо-планарные изображения, которые стали основанием для внедрения ДВ изображений в клиническую практику. Методика ДВ МРТ основывается на случайном движении водных молекул, которое обусловливает контрастное изображение. Молекулы внутриклеточной воды в тканях двигаются беспорядочно, сталкиваясь одна с другой, и проходят через клеточные мембраны. Такой тип движения молекул известен как диф­фузия. Диффузия характеризуется коэффициентом диффузии (D) - средним квадратом расстояния, которое проходят молекулы за единицу времени. На практике коэффициент диффузии точнее определяется как измерительный ко­эффициент диффузии - ИКД (apparent diffusion coefficient - ADC).

Исследование на животных и клинический опыт показали, что MP томограммы с возможностью получения ДВ-изображения это самая со­временная техника для выявления ишемии головного мозга человека в тече­ние первых часов после ее возникновения и до патологического изменения сигнала на Т2-взвешенных изображениях. Острая ишемия головного мозга обусловливает снижение диффузии жидкости в ишемизированной ткани головного мозга. Ограничение диффузии воды возникает в результате недостаточности энергии, связанной с потерей тканевой АТФ, снижением активности Na+/K+-ATO-азы, ослаблением функции натрий-калиевой помпы и возникновением цитотоксического отека ишемизированной ткани мозга. В дальнейшем это приводит к аккумуляции внутриклеточ­ной воды и уменьшению ее объема во внеклеточном пространстве. Ткань, в которой диффузия воды снижается, может быть быстро обнаружена (как ги­перинтенсивная зона) на ДВ MP-изображении. Эти изменения сигнала ото­бражают снижение ИКД воды в ишемизированной ткани головного мозга.

Таким образом, визуализация инфарктного ядра на эхо-планарном ДВ MP-изображении основывается на избыточном накоплении ишемизирован­ной тканью мозга внутриклеточной воды (из-за ограничения диффузии), которая проявляется гиперинтенсивным MP-сигналом на ДВ-изображении и гипоинтенсивным сигналом ИКД на картах (из-за снижения коэффици­ента диффузии). ИКД диффузии отображает тонкие структурные и функ­циональные изменения в головном мозге. Высокий MP-сигнал на ДВ МР-изображении появляется раньше изменений, которые наблюдаются при использовании КТ и МРТ в Т2-взвешенном изображении. Снижение ИКД позволяет различить множественные инфаркты, определить новые очаги прогрессирующего инфаркта мозга.

Вторая современная чувствительная методика не про визуализации головного мозга - перфузионно-взвешенная (ПВ) МРТ, которая дает ин-

формацию о гемодинамическом состоянии ткани мозга и может об­наружить нарушение перфузии в участке инфарктного ядра и в окру­жающих коллатеральных участ­ках. Поэтому в течение первых 1-6 ч после развития инсульта расстройства перфузии на ПВ-изображении, как правило, шире, чем на ДВ-изображении.

ПВ-изображения (ПВ МРТ или КТ) позволяют обнаруживать гипоперфузионные участки головного мозга при наблюдении транзита быстро введенного контрастного вещества или магнитного маркера водных моле­кул через артериальную кровь головного мозга. В участках, расположенных дистальнее артериальной окклюзии, поступление контрастного вещества или маркирующих водных молекул может быть замедленным. Результи­рующая кривая «сигнал-время» может превратиться в кривую «концентра­ция-время», по которой можно определить функции, которые отображают региональную перфузию. Для получения ПВ MP-изображения использу­ют разные контрастные вещества, которые содержат хелаты гадолиния. В частности, чаще всего применяют гадолиний, учитывая эффект воспри­имчивости, возникающий в прилегающих тканях и снижающий время Т2-взвешенного изображения, которое определяется низким сигналом при со­ответствующих последовательностях. Итоговое изменение сигнала зависит от нескольких факторов, которые включают количество контраста гадоли­ния в области предполагаемого очага поражения.

В клинической практике чаще используют только ДВ-изображение, зна­чительно реже - комбинацию ДВ- и ПВ-изображения, еще реже - только ПВ-изображение. ПВ- и ДВ-изображения отображают ишемические изме­нения в первые 1-6 ч после развития ишемического инсульта, т. е. до появле­ния структурно-морфологических изменений ткани мозга. Допускают, что ПВ- и ДВ МРТ являются эффективными методами для прогнозирования клинических последствий острого инфаркта, а диффузионно-перфузионные несоответствия ДЗ/ПЗ отображают размеры жизнеспособной ткани ишемической полутени, т. е. ткани с риском развития инфаркта.

Следовательно, так называемое диффузионно-перфузионное несоответ­ствие определяется как разница между значительными изменениями на кар­тах ПВ МРТ и меньшими изменениями на ДВ МРТ. ДВ МРТ в сочетании с ПВ МРТ достаточно информативна для ранней детекции пораженного участка мозга и ишемической полутени (пенумбры), она имеет важное зна­чение в решении вопроса целесообразности проведения тромболизиса после острого ишемического инсульта.

Магнитно-резонансная спектроскопия (МРС) основывается на тех же физических принципах, что и МРТ. Однако, если для получения МР-томограммы нужно изменение гомогенности внешнего магнитного поля, то для МРС необходимо именно гомогенное магнитное поле в участке исследо­вания. Радиоволны, которые высвобождаются ядрами разных химических элементов, превращаются в спектры, которые отображают концентрацию этих элементов. Метод МРС высокоинформативный, основан на измере­нии спектров разных химических элементов.

С помощью МРС возможно проведение дистантного нейрохимического анализа метаболических изменений денервированной ткани в норме и при различных патологических состояниях на субмолекулярном уровне. Этот метод позволяет определить внутриклеточный рН мозга, концентрацию аминокислот, липидов, гликогена и других метаболитов.

Среди всех методов группы Neuroimaging МРС дает возможность в наибо­лее ранние сроки диагностировать ишемию мозга, признаки которой появля­ются уже через 30 мин после развития. Информативный этот метод также для ранней диагностики отека головного мозга ишемической природы. Обнару­жено, что в зоне ишемии и соответствующем участке противоположного по­лушария мозга внутриклеточный рН смещается в сторону алкалоза, что рас­ценивают как неблагоприятное условие для восстановления неврологических функций. Существенные изменения метаболизма высокоэнергетических фосфатов обнаружены с помощью МРС и при мультиинфарктной деменции.

Перспективным является применение МРС в нейроонкологии. Во вре­мя обследования методом 31Р-МРС выявляется смещение рН в щелочную сторону с ростом степени малигнизации. Этот метод можно использовать также для оценки эффективности лечения опухолей головного мозга, вы­бора самого адекватного терапевтического режима.

Большое значение имеет применение МРС в детской неврологии. Метод дает возможность обнаружить метаболические нарушения, характерные для це­ребральной гипоксии, и успешно осуществить их коррекцию. С помощью МРС можно получить значимую информацию также при церебральной атрофии и ме­нингите. Эффективным является использование МРС с прогностической целью: во время асфиксии в родах сначала повышена концентрация неорганического фосфата и снижен уровень фосфорилкреатина. При улучшении клинической картины эти показатели нормализуются. Метод позволяет объективизировать смерть мозга на основании отсутствия в ткани АТФ или фосфорилкреатина.

Перспективным является применение метода МРС в диагностике не­которых нервно-мышечных заболеваний, а также для наблюдения за мета­болическими сдвигами в мышцах под воздействием лечения. Считают, что наиболее ранняя диагностика врожденных дефектов метаболизма нервной ткани станет возможной в случае распространения 31Р-МРС.

Широкое использование МРС в нейрофармакологии позволит изучать кон­центрации меченых фармакологических препаратов в сосудистом русле различ­ных органов, в том числе в мозге. С помощью 23Na- и 39К-МРС принципиально возможны исследования процессов на клеточно-мембранном уровне, в частности изменений калий-натриевых взаимоотношений внутри клетки и снаружи.

В связи с отсутствием ионизирующего излучения методика МРС безвред­на. Потенциальные диагностические возможности ее в различных отраслях медицины, в том числе и неврологии, очень большие. Последующее усовершен­ствование техники МРС будет способствовать повышению чувствительности и специфичности метода, позволит изучать церебральный метаболизм, основы­ваясь на спектральном анализе самых разнообразных химических элементов.

Позитронная эмиссионная томография (ПЭТ) один из методов, ко­торые совмещают возможности КТ и радиоизотопной диагностики для ис­следования регионарного метаболизма и кровообращения головного мозга. Принцип метода заключается во введении в организм человека (с едой, воз­духом, внутривенно) фармакологических препаратов, содержащих малое количество изотопа, который недолго существует. После распространения соединения внутри организма снимается карта распределения изотопа позитронно-эмиссионная томограмма. Физический метод ПЭТ заключа­ется в следующем: изотоп выпускает позитроны, каждый из которых после пробега нескольких миллиметров взаимодействует с электроном, излучая два гамма-кванта, которые разделяются под углом 180°. Специальные детек­торы регистрируют время появления гамма-квантов. С помощью получен­ных данных рассчитывается местоположение источника излучения, которое выводится на дисплей обычным для КТ способом.

Пространственный спектр ПЭТ меньше, чем рентгеновская или МР-томография (составляет несколько миллиметров), однако способность ре­гистрировать отдельные пары гамма-квантов обеспечивает очень высокую его чувствительность. Прибор способен регистрировать минимальные из­менения концентрации изотопа, а следовательно и наименьшие изменения связанного с ним фармакологического агента. В этом заключается диагно­стическая ценность метода. ПЭТ основывается на использовании недолго-существующих изотопов (11С, 13N, 150, 18Р и т. п.), которые входят в состав метаболитов мозга (глюкозы, аминокислот, нейротрансмиттеров).

Метод неинвазивный, отсутствие остаточного ионизирующего излуче­ния делает его безопасным для больных и поэтому позволяет наблюдать за ними в динамике. Однако ПЭТ нуждается в выполнении определенных технических требований: источник, который генерирует изотопы, должен находиться вблизи томографа.

Одним из важных направлений использования ПЭТ является изучение сосудистой патологии головного мозга. Нарушение перфузии мозга с помо­щью ПЭТ определяется сразу после развития ишемии, которая значительно опережает возможности МРТ и КТ-верификации. Применяя ПЭТ, можно ис­следовать не только мозговой кровоток, но и церебральный метаболизм, что позволяет своевременно проводить коррекцию этих нарушений. В частности, ПЭТ дает информацию об изменениях регионарного мозгового кровотока, общего объемного кровотока, скорости метаболизма по кислороду и глюко­зе. Изучение этих показателей дает возможность обнаружить отличия между зоной инфарктного ядра и ишемической полутенью (где нейроны еще жизне­способны), а также участками мозга с нормальными показателями метаболиз­ма и кровотока. Благодаря ПЭТ определены параметры мозгового кровотока, в пределах которых сохраняется жизнеспособность нейронов, а также про­ведена сравнительная характеристика компенсированной (гипоксической) и необратимой (ишемической) гипоперфузии ткани мозга. По данным ПЭТ, ишемический инсульт в 75 % случаев сопровождается появлением зон гипо­перфузии, области гиперперфузии ткани мозга выявляются реже.

Метод ПЭТ применяют для углубленного изучения эпилепсии, уточнения особенностей церебрального метаболизма и кровообращения в эпилептогенном очаге. Разработаны критерии показаний к хирургическому лечению эпилеп­сии. Перспективно использование ПЭТ для исследования опухолей головного мозга, сосудистых мальформаций. Достижением последнего времени является изучение особенностей метаболизма при наличии нервно-психических заболе­ваний. ПЭТ, невзирая на необходимость проведения исследований вблизи ци­клотрона (в связи с использованием недолго существующих изотопов), имеет большие перспективы в клинике как исключительно информативный и безо­пасный метод изучения функций головного мозга.

Перфузию ткани можно оценивать, используя и другие радиологические ме­тодики: однофотонную эмиссионную компьютерную томографию (ОФЭКТ), ксеноновую КТ, МРТ, транскраниальную перфузионную допплерографию.