Мр спектроскопия головного мозга

На сегодня существует более 28 000 публикаций, посвященных использованию МРТ спектроскопии для широкого ряда неврологических расстройств, однако эта многообещающая методика применяется в клинической практике еще не в полном объеме. Последние технические достижения могут превратить МРТ спектроскопию из исследовательского метода диагностики в практический.

МРТ спектроскопия идеально подходит для многоразовых измерений и для оценки результатов лечения путем получения химических сигналов, или метаболитов, из интересующей нас области. Создается спектрограмма пиков, каждый из которых соответствует химическому веществу, резонирующему на своей частоте (измеряются в миллионных долях); при этом высота пика отражает концентрацию этого химического вещества в головном мозге (выражающуюся как соотношение к креатину в институциональных единицах или как концентрация в миллимолях).

Метаболиты головного мозга

С помощью МРТ спектроскопии можно обнаружить различные метаболиты, а их биологические роли могут дать патофизиологическую информацию для определения диагноза и контроля за ходом лечением.

Основные метаболиты это N-ацетил аспартам (NAA), по которому можно судить о состоянии нейронов; холин (Cho), который защищает мембраны клеток от разрушения и может использоваться для оценки повреждения ткани вследствие травмы мозга или рака; общий креатин (Cr) может быть использован в качестве энергетического маркера, хотя в большинстве случаев он служит внутренним контрольным показателем; мио-инозитол (ml) является осмолитом и астроцитным маркером. Не так давно было доказано, что МРТ спектроскопия может измерять 2-гидроксиглатарат (1HG), онкометаболит – высокоспецифичный маркер рака.

Глутамат (Glu, который часто трудно отличить от глутамина, оба вещества иногда совместно обозначаются как Glx) – это возбуждающие нейротрансмиттеры, действие которых часто ослабляется болезнью и лечением; лактат (Lac) – маркер гипоксии; и глутатион (GSH), антиоксидант, уровни которого могут отражать нейровоспаление, и который также можно измерить, применив специализированные инструменты пост-процессинга.

Клиническое применение

Неврологические болезни поражают до одного миллиарда людей по всему миру и являются одной из главных причин их недееспособности и страданий. Диагностика часто затруднена, и время для эффективной терапии может быть ограничено.

МРТ визуализация с ее отличной контрастностью мягких тканей является самым широко используемым методом для обнаружения поражений мозга. Ее отличают морфологическая детализация и чувствительность к изменению состава и физических свойств воды. Однако обычная МРТ не способна обнаруживать изменения в плотности клеток, их типе или биохимическом составе, но все это можно исследовать при помощи МРТ спектроскопии.

Кроме того, поражения различных патофизиологий часто выглядят одинаково на МРТ. Поэтому МРТ и МРТ спектроскопия являются взаимодополняющими инструментами диагностики, мониторинга протекания заболеваний и ответа на терапию.

Возможность проводить неинвазивную диагностику на ранней стадии или повышать уверенность врачей при постановке диагноза одинаково высоко ценятся как пациентами, так и врачами. Отсюда и рост числа центров визуализации, включающих МРТ спектроскопию в свои клинические протоколы для обследования мозга. Было опубликовано более 60 000 научных работ по использованию МРТ спектроскопии для исследования человеческого организма, из которых 20 000 посвящены исследованию мозга.

Эти исследования охватывают большой диапазон неврологических расстройств, включая опухоли мозга, церебральные абсцессы, приступы, болезнь Альцгеймера, метаболические расстройства, травмы мозга, рассеянный склероз, хронические боли, нейротоксичность, гипоксию, невропсихиатрические болезни, такие как шизофрения, депрессия и биполярное расстройство, и даже раннюю диагностику болезни печени.

Неинвазивный и количественный характер МРТ спектроскопии делает ее отличным средством для оценки результатов клинических испытаний лекарств. Исследования можно часто повторять без каких-либо последствий для пациента или объекта клинического исследования, в отличие от биопсии или других инвазивных методов.

В качестве прямого или заместительного биомаркера МРТ спектроскопия обладает более высокой чувствительностью при измерении эффектов лекарственных средств, чем другие клинические методы. На сайте Clinical-Trials.gov было найдено более 488 зарегистрированных исследований, использующих МРТ спектроскопию для описания процесса, протекающего в теле пациента, или для изучаемого вмешательства.

Функция МРТ спектроскопии есть в сканерах всех известных производителей, таких как GE Healthcare, Siemens Healthineers, Philips, Canon (ранее Toshiba) и Hitachi. Хотя нет четких данных, осмотр МРТ систем в больничной сети BWH показал, что 90 процентов из них имеют МРТ спектроскопию. Аналогичным образом, почти каждый крупный образовательный медицинский центр имеет персонал, работающий с МРТ спектроскопией.

Проблемы и их решения

Несмотря на тысячи публикаций, демонстрирующих точность и диагностическую ценность МРТ спектроскопии, этот многообещающий метод еще не полностью используется в клинической практике по двум основным причинам: 1) проблемы с получением данных, 2) плохая интеграция анализа данных в клинический рабочий процесс.

В отличие от обычной МРТ визуализации, при которой сканируется весь мозг, МРТ спектроскопия работает, как виртуальная биопсия, и дает возможность выбирать интересующий вас участок. Это создает определенные трудности для операторов, хотя новые технологические разработки (такие как усовершенствование автоматических алгоритмов шиммирования) по большей части устранили потребность в ручных настройках, занимающих много времени.

Новые, более совершенные методы МРТ спектроскопии, такие как визуализация химического сдвига, также позволяют получать более высокое пространственное разрешение и выполнять ретроспективное восстановление данных из выбранных областей, хотя для этого приходится в какой-то мере жертвовать соотношением сигнала к шуму.

Однако появление этих новшеств также поднимает вопрос стандартизации методологий, так как научная литература разбита по различным методикам. Международное общество МРТ в медицине решило устранить это препятствие и создало консенсусную группу, чтобы стандартизировать методы для всех производителей.

В настоящее время инструменты восстановления МРТ спектроскопии каждого производителя (например, GE FuncTool, Siemens Syngo, Philips FreeWave), получившие разрешение FDA, используют различные методы восстановления данных, но не дают возможность менять глубину анализа.

С одной стороны, исследовательские инструменты используют передовые методы обработки данных и предоставляют количественную информацию высокого качества по метаболитам (например, LCModel, jMRUI, AQSES, Tarquin). Однако для настройки и работы с этими системами требуются экспертные знания и есть трудности с интеграцией этих систем в клинический рабочий процесс. Тем не менее, производители сейчас работают над усовершенствованием своего программного обеспечения. ПО, разработанное третьими сторонами, пытается заполнить этот пробел (например, BrainSpec). Эти последние технологические разработки помогут превратить МРТ спектроскопию в клинический метод диагностики, внедрив технологию будущего в сегодняшние клиники.

Об авторе: Д-р Александр Лин – директор Центра клинической спектроскопии в больнице Бригэм энд Уименс и доцент радиологии в Гарвардской медицинской школе. Он получил степень доктора наук по биофизике и молекулярной биохимии в Калифорнийском технологическом институте и является членом научного общества в Национальном институте здоровья. Занимается исследованиями МРТ спектроскопии с 1997 года.

МР спектроскопия позволяет различать ткани с разными показателями активности обменных процессов, биохимического состава, то есть осуществлять диагностику до клинических проявлений заболевания; отличить злокачественную патологию от доброкачественной, предполагать гистологический тип образований, исключить рецидив на ранней стадии.

МР- спектроскопию головного мозга используют:

• для выявления ряда заболеваний (болезни Альцгеймера, энцефалопатий) на самой ранней стадии;
• для дифференциальной диагностики объёмных образований в головном мозге — опухоли (с определением её гистологического вида), демиелинизирующего, ишемического процессов;
• после операции по удалению опухоли для исключения рецидива её роста или некроза ткани после лучевой терапии;
• для поиска патологического очага при эпилепсии.

МР- спектроскопию предстательной железы применяют для ранней диагностики рака простаты, определения стадии заболевания.

Метаболическая карта распределения зон соотношения метаболитов в головном мозге (для диагностики заболеваний головного мозга)

График интегрального соотношения метаболитов для оценки состояния (для диагностики заболеваний головного мозга)

Метаболическая карта распределения зон соотношения метаболитов цитрата и холина

График интегрального соотношения метаболитов

Популярные материалы

Мр спектроскопия головного мозга. Как делают протонную МР-спектроскопию

Неинвазивная МРТ головного мозга с МР спектроскопией разработана в 1951 году. Ученые использовали метод для регистрации измененной частоты протонов разных веществ под влиянием сильного магнитного поля. Полувека наблюдения за атомами протонов ацетиласпартата, холина, миоинозитола, лактата, жировых соединений, глутамина позволило использовать информацию в медицине для выявления внутримозговых изменений, патологии сердечной мышцы.

• Холин – 3,2 ppm;
• Ацетиласпартат – 2 ppm;
• Миоинозитол – 3,56 ppm;
• Жировые соединения – 1-1,2 ppm;
• Глутамат – 2,2-2,5 ppm;
• Креатинин – 3-3,9 ppm.

Инновационные разработки помогли совершенствовать метод. Существует 3 разновидности магнитно-резонансной спектроскопии:

1. Одновоксельная;
2. Мультивоксельная;
3. Мультиядерная.

Разделение основано на регистрации протонных спектров одного или нескольких участков мозговой паренхимы одновременно. При одновоксельной МР-спектроскопии изучается единичный участок. Изучение спектров химического сдвига метаболитов заданной зоны помогает оценить биохимические процессы.

Мультивоксельный тип предполагает спектроскопический анализ разных сегментов. Подход применяется для оценки функциональности разных центров – чувствительных, двигательных, речи, слуха, зрения.

Мультиядерная МР спектроскопия оценивает химические сдвиги протонов углерода, фосфора, ряда других химических соединений одновременно. Распределение пиков повышает информативность исследования.

Информация анализируется путем просмотра параметрической карты среза. Каждый отдельный участок имеет несколько анатомических образований. Отслеживание биохимических спектров не позволяет дифференцировать ткань, но знание патофизиологии помогает предположить локализацию патологии.

Основные разработки МР-спектроскопии проводятся в области онкологии. С помощью процедуры нельзя предсказать тип новообразования. Наблюдения показали измененное соотношение метаболизма холина-креатинина, N-ацетиласпартата и креатина у большинства злокачественных образований. Некоторые раки сопровождаются повышением пика лактата.

МРТ, как делают. Как делают МРТ головного мозга

Магнитно-резонансная томография (МРТ) головного мозга – процедура, позволяющая увидеть мозговые структуры и определить различные заболевания. Она безвредна, безопасна, безболезненна и атравматична, но при этом высокоинформативна.

Диагностический эффект МРТ головного мозга основан на ядерно-магнитном резонансе. В ответ на мощное излучение, создаваемое генератором, атомные ядра водорода, содержащиеся в тканях, выстраиваются вдоль силовых линий электромагнитного поля и начинают вибрировать. Каждый атом становится похож на крутящуюся мини-юлу, отдающую энергетические волны.

Разные структуры испускают различное количество энергии – одни ее отдают интенсивнее, а другие – слабее. Разница регистрируется прибором, делающим снимки (срезы) в разных проекциях.

Для этого пациента помещают внутрь томографа, в котором генераторы поддерживают электромагнитное поле высокой частоты. Специальные радиоизлучатели генерируют импульсы, а катушки фиксируют энергию, посылаемую вибрирующими атомами.

Полученные срезовые изображения с помощью специальной компьютерной программы объединяются в трехмерную матрицу, в которой на сером фоне визуализируются темные или светлые нездоровые участки.

МРТ-обследование дает результаты гораздо точнее, чем рентген, эхоэнцефалография (ЭхоЭГ), УЗДГ и прочие варианты диагностирования. Она позволяет получить максимум данных об имеющихся опухолях, болезнях, посттравматических и постинсультных изменениях. В отличие от КТ и рентгена, в этом случае организм не облучается.

На готовых изображениях визуализируются только мягкие ткани. Кости черепа не видны, поэтому не мешают анализу и расшифровке.

Вещество-контраст, используемое при МР-диагностировании, намного реже вызывает аллергические реакции по сравнению с рентгенконтрастными препаратами, используемыми для рентгенографии.

Больной снимает с себя все металлические украшения и достает съемные зубные протезы, содержащие металл.

Пациента кладут на подвижный стол и фиксируют специальными ремнями. Эта мера необходима, поскольку лежать внутри томографа, сохраняя неподвижность, придется долго.

На голову надевается устройство, оснащенное проводами, передающими и принимающими радиосигналы. Аппаратура работает достаточно шумно и утомляет постоянными щелчками и свистом. Поэтому уши больного защищают берушами. После этого стол заезжает в аппарат, а специалист садится за компьютер, в котором происходит анализ и обработка передаваемых данных.

Техника делает снимки, качество которых зависит от характеристик конкретного МР-томографа. Чем более тонкие визуальные срезы сделала аппаратура, тем точнее получатся итоговые изображения. Продолжительность диагностирования составляет 20-30 минут, а при применении контрастирования – до часа.

После МР-диагностики можно сразу вернуться к привычной жизни. Никаких побочных эффектов впоследствии и в ходе МР-обследования не возникает, за исключением крайне редко появляющейся аллергии на гадолиниевые соли.

Готовые снимки выдаются на руки распечатанными или записанными на магнитный носитель – диск или флеш-карту. Возможна пересылка на электронную почту с SMS-оповещением.

МРТ вред. Миф 3: МРТ – это всегда возможность быстро поставить диагноз и подобрать лечение

Еще один очень распространенный миф, которому очень многие верят. Да, МРТ – это высокотехнологичный способ диагностики, дающий возможность определить даже малейшие отклонения в организме. Однако МРТ все еще остается машиной, и аппарат не приобрел чудесной способности помимо набора срезов выдавать еще и готовый диагноз с расписанным лечением. Последние две функции лежат на враче, и именно он решает, чем болеет пациент, и каким способом стоит оказывать ему помощь.

Для выполнения МРТ существует ряд показаний. Среди них:

— поражения головного мозга, такие как инсульт, аномалии сосудов головы и шеи, болезнь Альцгеймера, опухолевые новообразования и др .;

— поражения позвоночника в виде сложных переломов этой области, врожденных или приобретенных аномалий спинного мозга и др.;

— поражения опорно-двигательного аппарата в виде сложных переломов, травматизации мягких тканей, нарушения кровотока;

— патологии органов брюшной полости и малого таза, такие как заболевания желчного пузыря и желчевыводящих протоков, печени, почек, мочевого пузыря, надпочечников и др.

Протонная магнитно-резонансная спектроскопия это метод. Суть исследовательской методики

Современные исследовательские клиники проводят магнитно-резонансную спектроскопию с применением специализированного оборудования. Такой метод исследования определяет биохимические изменения, которые вызываются различными патологическими состояниями, в разных участках человеческого организма.

Протонная магнитно-резонансная спектроскопия основывается на изменениях резонансной частоты протонов, из которых состоят всевозможные химические соединения. Такой процесс в медицине принято называть химическим сдвигом, что определяет различия частот пиков спектра.

Единицей измерения химического сдвига принято считать миллионную долю (ррт). На сегодняшний день протонная магнитно-резонансная спектроскопия подразделяется на ту, что проводится по одновоксельной методике, и мультивоксельную, которая может одномоментно определять спектры из нескольких участков головного мозга.

В современной медицине применяется еще одна разновидность спектроскопии – мультиядерная, учитывающая магнитно-резонансные сигналы фосфорных, углеродных и некоторых иных ядер.

При одновоксельной магнитно-резонансной спектроскопии анализу подлежит лишь один воксел или участок мозга человека. При анализе состава частот спектра выбранного воксела специалисты получают определенное метаболитное распределение химического сдвига в миллионных долях. При этом по соотношению в спектре метаболитных пиков, уменьшению или увеличению их высот можно неинвазивным путем оценить протекающие в тканях биохимические процессы.

Мультивоксельная спектроскопия предоставляет спектральные значения сразу нескольких необходимых при исследовании вокселов, которые можно сравнить для получения целостности картины исследуемого участка.

Данные мультивоксельной магнитно-резонансной спектроскопии позволяют строить карту среза по параметрам, где цветовыми маркерами обозначены концентрации необходимых метаболитов, а распределенность метаболитов в срезе визуализирована и предоставляет взвешенное по параметру химического сдвига изображение.

По характеру исследуемых тканей магнитно-резонансная спектроскопия может подразделяться на:

• МР-спектроскопию, которая проводится на внутренних органах;
• МР-спектроскопию, областью исследования которой выступает биологическая жидкость.

Наиболее частым спектром применения методики выступает анализ мышечной ткани, поскольку она не подлежит ни одному другому неинвазивному методу диагностики и может быть обследована только путем применения биопсии.

Магнитно-резонансная томография. Испытано на себе

Обследуемого облачают в одноразовый безразмерный костюм, в котором отправляют в жерло томографа. Человека укладывают на стол (именно так называется конструкция, которая затем скрывается в туннеле). Чтобы как-то уберечь уши от громкого звука, на голову надевают наушники, из которых звучит легкая музыка. При желании можно вооружиться собственным трек-листом или аудиокнигой.

Выпрыгнуть из аппарата нельзя, поэтому на всякий случай в руку пациенту вкладывают грушу (правильно — сигнальное устройство). При приступах паники или по каким-либо другим причинам достаточно сжать ее, и у рентгенолаборанта, контролирующего процесс в помещении рядом (в так называемой пультовой), сработает чрезвычайно громкая сигнализация.

Достаточно часто встречаются и люди с клаустрофобией, паническими расстройствами. В этом случае рекомендуют узнать у специалиста обо всех этапах исследования и посмотреть сам аппарат.

К слову, звучание томографа зависит от задействованных типов катушек и текущей программы.

После всего пережитого появилось желание сделать как в кино — подойти к томографу с пистолетом (в боевиках такое показывают регулярно). Но оружия под рукой не оказалось, поэтому эксперимент остался мечтой — проверить, примагнитится ли пистолет, не получилось.

Мрт головного мозга: что показывает, как проводится

Нервная система человека – сложный элемент, отвечающий за жизнедеятельность организма. Магнитно-резонансная томография относится к наиболее точным способам диагностики этого органа. Ниже приводится информация о том, что показывает МРТ головного мозга.

Подобные методы сканирования считаются одними из основных в вопросах диагностики разных болезней. Процедура часто выполняется по назначению специалистов. Когда у пациентов для этого присутствуют соответствующие показания, назначается МРТ.

Показания к проведению:

1. Процедуру нужно выполнять пациентам, у которых постоянно болит голова, прослеживается периодичность возникновения болезней, причины подобных расстройств до сегодняшнего дня не были.
2. МРТ проводится в ситуации, когда у пациентов были определены новообразования нервной системы или возникают подозрения в их развитии.
3. Процедура часто назначается при эпилепсии, в момент ее возникновения или при развитии хронической формы.
4. К прямым показаниям для назначения данных видов сканирования частичная утрата слуха и зрения, характер которых еще не определен.
5. Процедура зачастую проводится во время инсульта, для определения состояния организма.
6. К показаниям для МРТ относится потеря сознания без характерных причин.
7. К показаниям для МРТ относится менингит в разных формах и несколько стадий развития.
8. Данная разновидность диагностики в перечне других методик может использоваться для контроля состояния пациентов с болезнями Паркинсона и Альцгеймера.
9. МРТ можно применять для определения причин синуситов, назначения их терапии.
10. Часто сканирование используется для пациентов с рассеянным склерозом.
11. Проблемы с работой сосудов в разных фрагментах организма.