История нейровизуализации

Нейровизуализация — это медицинский метод, который позволяет врачам и исследователям фотографировать внутреннюю работу тела или мозга пациента. Он может показать области с повышенной активностью, области с высоким или низким кровотоком, структуру мозга/тела пациента, а также определенные аномалии. Нейровизуализация чаще всего используется для определения конкретного местоположения определенных заболеваний или врожденных дефектов, таких как опухоли, рак или закупорка артерий. Нейровизуализация впервые появилась как медицинский метод в 1880-х годах с изобретением баланса кровообращения человека и с тех пор привела к другим изобретениям, таким как рентген , воздушная вентрикулография, церебральная ангиография , ПЭТ /ОФЭКТ-сканирование, магнитоэнцефалография и ксеноновая компьютерная томография. .

Методы нейровизуализации

Баланс кровообращения человека

«Баланс кровообращения человека» был неинвазивным способом измерения притока крови к мозгу во время умственной деятельности. ^[1] Этот метод работал путем помещения пациентов на стол, который поддерживался точкой опоры, что позволяло столу раскачиваться в зависимости от уровня активности. Когда пациенты подвергались воздействию более когнитивно сложных стимулов, стол наклонялся к голове. ^[1] «Баланс кровообращения человека», изобретенный в 1882 году Анджело Моссо , считается первым созданным методом нейровизуализации и тем, чем Моссо наиболее известен. ^[2]^[3]

рентген

В 1895 году Вильгельм Рентген разработал первую рентгенограмму, более известную как рентген. ^[4] В 1901 году Рентген был удостоен Нобелевской премии мира за свое открытие. Сразу после его выпуска рентгеновские аппараты начали производиться и использоваться в медицине по всему миру. ^[5] Однако это был лишь первый шаг в развитии нейровизуализации. Мозг почти полностью состоит из мягких тканей, которые не являются рентгеноконтрастными, а это означает, что он остается практически невидимым для обычных или обычных рентгеновских исследований. Это также верно в отношении большинства аномалий головного мозга, хотя есть и исключения. Например, кальцинированную опухоль (например, менингиому , краниофарингиому и некоторые типы глиомы можно легко увидеть ).

Воздушная вентрикулография

Чтобы бороться с этим, в 1918 году нейрохирург Уолтер Денди разработал метод, названный воздушной вентрикулографией. Этот метод впрыскивал фильтрованный воздух непосредственно в боковые желудочки, чтобы лучше делать снимки желудочковых систем мозга. ^[4] Благодаря местной анестезии процедура была не болезненной, но существенно рискованной. Кровотечение, тяжелая инфекция и резкие изменения внутрипочечного давления представляли угрозу для процедуры. Несмотря на это, Денди не остановился на достигнутом. В 1919 году он приступил к открытию энцефалографии — медицинской процедуры, используемой для регистрации электрической активности мозга. ^[6] Этот метод заключался в прикреплении к мозгу датчиков, которые обнаруживают и измеряют электрические сигналы мозга. Эти сигналы затем преобразуются в изображение, показывающее закономерности активности мозга. Благодаря этим ранним достижениям нейровизуализацию начали использовать для диагностики таких состояний, как эпилепсия, травмы головного мозга и нарушения сна. Предоставление бесценной информации о функциях мозга, которая однажды будет добавлена с развитием современной нейровизуализации. ^{[ нужна ссылка ]}

Церебральная ангиография

Введенная в 1927 году церебральная ангиография позволила врачам точно выявлять и диагностировать аномалии головного мозга, такие как опухоли и окклюзии внутренней сонной артерии. В течение года Эгаш Мониш , изобретатель церебральной ангиографии, проводил эксперименты с растворами красителей различной концентрации, которые вводились в артерии, чтобы лучше визуализировать кровеносные сосуды головного мозга, прежде чем обнаружил, что раствор, состоящий из 25% йодида натрия, самый безопасный для пациентов, а также самый эффективный при визуализации кровеносных сосудов и артерий головного мозга. ^[7]

ПЭТ/ОФЭКТ-сканы

ПЭТ-сканирование всего тела взрослой женщины.

Позитронно-эмиссионная томография или ПЭТ-сканирование — это сканирование, которое показывает области высокой активности в организме. Принцип его работы заключается в том, что пациенту сначала вводят радиоактивное вещество (называемое индикатором) посредством инъекции в руку или руку. Затем индикатор циркулирует по организму и прикрепляется к определенному веществу, которое орган или ткань вырабатывает в ходе метаболизма, например, к глюкозе. В результате создаются позитроны, которые сканируются ПЭТ-камерой. После сканирования компьютер создает 2D- или 3D-изображение активности, происходящей внутри органа или ткани. ^[8] Идея ПЭТ-сканирования была первоначально предложена Уильямом Свитом в 1950-х годах, но первый ПЭТ-сканер всего тела был фактически разработан только в 1974 году Майклом Фелпом. ^[9]

Точно так же однофотонная эмиссионная компьютерная томография или сканирование ОФЭКТ также работает путем сканирования индикатора внутри пациента. Разница, однако, состоит в том, что ОФЭКТ сканирует непосредственно гамма-лучи, откуда прикрепляется индикатор, а не позитроны, которые сканирует ПЭТ. В результате изображения, получаемые при ОФЭКТ-сканировании, не такие четкие, как изображения, полученные при ПЭТ-сканировании, но обычно эта процедура обходится дешевле. ^[10] ОФЭКТ был разработан Дэвидом Кулем в 1950-х годах. Куль также помог заложить основу для ПЭТ-сканирования. ^[11]

Магнитоэнцефалография

Магнитоэнцефалография (МЭГ) — это метод, который ищет области активности в мозге путем обнаружения больших групп электрически заряженных ионов, движущихся через клетки. ^[12] Первоначально он был разработан физиком Дэвидом Коэном в начале 1970-х годов как неинвазивная процедура. ^[13] Чтобы быть неинвазивным, МЭГ был спроектирован как гигантский шлем, внутрь которого пациент помещал голову и после включения считывал электромагнитные импульсы, исходящие из его мозга. Позже, в 1972 году, Коэн изобрел СКВИД (сверхпроводящее устройство квантовой интерференции), которое дало МЭГ возможность обнаруживать чрезвычайно малые изменения в ионах и магнитных полях в мозге. ^[14]

Ксеноновая компьютерная томография

Ксеноновая компьютерная томография — это современный метод сканирования, позволяющий выявить приток крови к областям головного мозга. Сканирование позволяет проверить постоянный и достаточный приток крови ко всем областям мозга. Пациенты вдыхают газ ксенон, контрастное вещество , чтобы выявить области повышенного и пониженного кровотока. Хотя в процессе разработки компьютерной томографии было проведено множество пробных сканирований и тестов, британский биомедицинский инженер Годфри Хаунсфилд является основателем этой техники и изобрел первый компьютерный томограф в 1967 году, за который он получил Нобелевскую премию в 1979 году. Большинство сканеров в Соединенных Штатах появилось только шесть лет спустя, в 1973 году. Тем не менее, компьютерный томограф уже заранее завоевал заметную репутацию и популярность.

Магнитно-резонансная томография

Вскоре после первоначального развития КТ была разработана магнитно-резонансная томография (МРТ или МР-сканирование). Вместо использования ионизирующего или рентгеновского излучения МРТ использует изменение сигналов, производимых протонами в организме, когда голова помещается в сильное магнитное поле . С ранним применением базовой техники к человеческому телу связаны имена Джексона (в 1968 году), Дамадьяна (в 1972 году), а также Эйба и Пола Лотербуров (в 1973 году). Лаутербур и сэр Питер Мэнсфилд были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине 2003 года за открытия в области МРТ. Поначалу с появлением МРТ структурная визуализация получила больше преимуществ, чем функциональная визуализация. В 1980-е годы произошел настоящий взрыв технических усовершенствований и диагностических приложений МРТ, позволивший даже новичкам в неврологии диагностировать патологии головного мозга, которые всего десять или два года назад были неуловимы или не могли быть продемонстрированы у живого человека. ^[15]

Ссылки

Болл, Филип. «Объяснение изображений мозга». На сайте http://www.nature.com/nsu/010712/010712-13.html.
Сандроне Стефано; и др. (2014). «Взвешивание мозговой деятельности на весах: обнаруживаются оригинальные рукописи Анджело Моссо» . Мозг . 137 (2): 621–633. дои : 10.1093/brain/awt091 . hdl : 2318/141932 . ПМИД 23687118 .
Бомонт, Дж. Грэм. Введение в нейропсихологию. Нью-Йорк: Guilford Press, 1983. 314 страниц.
Шанжё, Жан-Пьер. Нейронный человек: биология разума. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, 1985. 348 страниц.
Донохью, Джон П. «Соединение коры головного мозга с машинами: последние достижения в области мозговых интерфейсов». На сайте http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/neuro/journal/v5/n11s/full/nn947.html.
Хук, К. Кристофер. «Техно Сапиенс приближается». На сайте www.Christianitytoday.com/ct/2004/001/1.36.html.
Дживс, Малькольм. Поля разума: размышления о науке о разуме и мозге. Гранд-Рапидс, Мичиган: Baker Books, 1994. 141 страница.
Джонсон, Кейт А. «Учебник по нейровизуализации». На сайте http://www.med.harvard.edu/AANLIB/hms1.html.
Левентон, Майкл. «Транскраниальная магнитная стимуляция». Совместно с MIT AI Lab. Онлайн по адресу http://www.ai.mit.edu/projects/medical-vision/surgery/tms.html.
Листер, Ричард Г. и Герберт Дж. Вайнгартнер. Перспективы когнитивной нейронауки. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, 1991. 508 страниц.
Мэттсон, Джеймс и Меррилл Саймон. Пионеры ЯМР и магнитного резонанса в медицине. США: Dean Books Company, 1996. 838 страниц.
Нильссон, Ларс-Горан и Ханс Дж. Маркович . Когнитивная нейронаука памяти. Сиэтл: Hogrefe & Huber Publishers, 1999. 307 страниц.
Норман, Дональд А. Перспективы когнитивной науки. Нью-Джерси: Издательская корпорация Ablex, 1981. 303 страницы.
Поттс Г.; Гуджино Л.; Левентон, Мэн; Гримсон ВЕЛ; Кикинис Р.; Кот В.; Александр Е.; Андерсон Дж.; Эттингер Г.Дж.; Аглио Л.; Шентон М. (1998). «Визуальное картирование полуполей с использованием транскраниальной магнитной стимуляции, зарегистрированной на корковых поверхностях, полученной на основе магнитно-резонансных изображений» . Журнал клинической нейрофизиологии . 15 (4): 344–350. дои : 10.1097/00004691-199807000-00006 . ПМИД 9736468 . Архивировано из оригинала 6 января 2001 года . Проверено 17 декабря 2004 г.
Прейсс, Пауль. «Обнаружение на расстоянии для более чувствительной МРТ». На сайте http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/MSD-remote-detection-MRI.html. Архивировано 16 июля 2012 г. в Wayback Machine.
Рэпп, Бренда. Справочник по когнитивной нейропсихологии. Анн-Арбор, Мичиган: Psychology Press, 2001. 652 страницы.
Ромен, Гейб. «Прорыв в визуализации мозга при болезни Альцгеймера». Последнее редактирование: 23.01.2004. На сайте https://web.archive.org/web/20041208120231/http://www.betterhumans.com/News/news.aspx?articleID=2004-01-23-4 .
Шульдер, Майкл. «Функциональная хирургия опухолей головного мозга под визуальным контролем». На сайте http://www.virtualtrials.com/Schulder.cfm.
Университет Шеффилда Халлама, Школа естественных наук и математики. «Ядерно-магнитно-резонансная спектроскопия». На сайте http://www.shu.ac.uk/schools/sci/chem/tutorials/molspec/nmr1.htm. Архивировано 9 декабря 2004 г. в Wayback Machine.
Шори, Джейми. «Основы фМРТ». На сайте https://web.archive.org/web/20041209175202/http://www.ee.duke.edu/~jshorey/MRIHomepage/MRImain.html.
Сверчински, Деннис П. «Криминалистика мозга». Последний раз редактировалось 11.07.01. На сайте https://web.archive.org/web/20041208062245/http://www.brainsource.com/brainforensics.htm.
Томпсон, Пол. «Исследователи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе составляют карту роста мозга в четырех измерениях, выявляя закономерности роста детей на определенных стадиях». На сайте https://web.archive.org/web/20041204085436/http://www.loni.ucla.edu/~thompson/MEDIA/press_release.html и https://web.archive.org/web/20041204083259. /http://www.loni.ucla.edu/~thompson/JAY/Growth_REVISED.html
Томпсон, Пол М. «Биоинформатика и визуализация мозга: последние достижения и приложения в области нейробиологии». Онлайн по адресу https://web.archive.org/web/20050118095748/http://www.loni.ucla.edu/~thompson/SFN2002/SFN2002coursePT_v4.pdf.
Цвиллих, Тодд. «Технология сканирования мозга готова сыграть в политику». На сайте https://web.archive.org/web/20041204084542/http://www.loni.ucla.edu/~thompson/MEDIA/RH/rh.html.

Примечания

^ Перейти обратно: ^а ^б «Взвешивание мозговой деятельности на весах: обнаруживаются оригинальные рукописи Анджело Моссо» . Academic.oup.com . Проверено 11 октября 2023 г.
^ Колб, Брайан; Уишоу, Ян К. (1980). «Основы нейропсихологии человека» (PDF) . БрейнМастер Технологии . Проверено 11 октября 2023 г.
^ Ланкфорд, Харви В. (сентябрь 2015 г.). «Тупые мозги, альпинисты и моссо: гипоксические слова свыше» . Исследовательские ворота . Проверено 11 октября 2023 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «История нейровизуализации | Американское общество нейровизуализации» . www.asnweb.org . Проверено 4 октября 2023 г.
^ Шорвон, Саймон Д. (март 2009 г.). «История нейровизуализации при эпилепсии 1909–2009» . Эпилепсия . 50 (с3): 39–49. дои : 10.1111/j.1528-1167.2009.02038.x . ISSN 0013-9580 . ПМИД 19298431 .
^ Шорвон, Саймон Д. (март 2009 г.). «История нейровизуализации при эпилепсии 1909–2009» . Эпилепсия . 50 (с3): 39–49. дои : 10.1111/j.1528-1167.2009.02038.x . ISSN 0013-9580 . ПМИД 19298431 .
^ Тан, Сян Ён; Ага, Анжела (2014). «Антониу Эгаш Мониш (1874–1955): пионер лоботомии и лауреат Нобелевской премии» . Сингапурский медицинский журнал . 55 (4): 175–176. дои : 10.11622/smedj.2014048 . ПМК 4291941 . ПМИД 24763831 .
^ «Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — Энциклопедия здоровья — Медицинский центр Университета Рочестера» . www.urmc.rochester.edu . Проверено 21 октября 2023 г.
^ «Радиация в биологии и медицине: позитронно-эмиссионная томография» . Химия LibreTexts . 2 октября 2013 года . Проверено 21 октября 2023 г.
^ «ОФЭКТ | Радиология | Медицинский факультет Университетского университета» . Medicine.utah.edu . 10 ноября 2021 г. Проверено 21 октября 2023 г.
^ Прочтите «Продвижение ядерной медицины посредством инноваций» на NAP.edu . 2007. дои : 10.17226/11985 . ISBN 978-0-309-11067-9 . ПМИД 20669430 .
^ Уолла, Питер (30 ноября 2011 г.), «Бессознательные мозговые процессы, выявленные с помощью магнитоэнцефалографии (МЭГ)» , Магнитоэнцефалография , InTech, doi : 10.5772/28211 , hdl : 1959.13/1050838 , ISBN 978-953-307-255-5 , получено 6 октября 2023 г.
^ «Лаборатория МЭГ Дэвида Коэна» . Проверено 10 октября 2023 г.
^ кле (8 сентября 2014 г.). «МЭГ имеет значение» . Институт Макговерна Массачусетского технологического института . Проверено 6 октября 2023 г.
^ Филлер АГ (2009). «История, развитие и влияние компьютерной визуализации в неврологической диагностике и нейрохирургии: КТ, МРТ, DTI» . Предшественники природы . дои : 10.1038/npre.2009.3267.4 .

[:7-1] Перейти обратно: ^а ^б «Взвешивание мозговой деятельности на весах: обнаруживаются оригинальные рукописи Анджело Моссо» . Academic.oup.com . Проверено 11 октября 2023 г.

[:4-2] Колб, Брайан; Уишоу, Ян К. (1980). «Основы нейропсихологии человека» (PDF) . БрейнМастер Технологии . Проверено 11 октября 2023 г.

[:6-3] Ланкфорд, Харви В. (сентябрь 2015 г.). «Тупые мозги, альпинисты и моссо: гипоксические слова свыше» . Исследовательские ворота . Проверено 11 октября 2023 г.

[:02-4] Перейти обратно: ^а ^б «История нейровизуализации | Американское общество нейровизуализации» . www.asnweb.org . Проверено 4 октября 2023 г.

[:1-5] Шорвон, Саймон Д. (март 2009 г.). «История нейровизуализации при эпилепсии 1909–2009» . Эпилепсия . 50 (с3): 39–49. дои : 10.1111/j.1528-1167.2009.02038.x . ISSN 0013-9580 . ПМИД 19298431 .

[:12-6] Шорвон, Саймон Д. (март 2009 г.). «История нейровизуализации при эпилепсии 1909–2009» . Эпилепсия . 50 (с3): 39–49. дои : 10.1111/j.1528-1167.2009.02038.x . ISSN 0013-9580 . ПМИД 19298431 .

[7] Тан, Сян Ён; Ага, Анжела (2014). «Антониу Эгаш Мониш (1874–1955): пионер лоботомии и лауреат Нобелевской премии» . Сингапурский медицинский журнал . 55 (4): 175–176. дои : 10.11622/smedj.2014048 . ПМК 4291941 . ПМИД 24763831 .

[:5-8] «Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — Энциклопедия здоровья — Медицинский центр Университета Рочестера» . www.urmc.rochester.edu . Проверено 21 октября 2023 г.

[:8-9] «Радиация в биологии и медицине: позитронно-эмиссионная томография» . Химия LibreTexts . 2 октября 2013 года . Проверено 21 октября 2023 г.

[:9-10] «ОФЭКТ | Радиология | Медицинский факультет Университетского университета» . Medicine.utah.edu . 10 ноября 2021 г. Проверено 21 октября 2023 г.

[:10-11] Прочтите «Продвижение ядерной медицины посредством инноваций» на NAP.edu . 2007. дои : 10.17226/11985 . ISBN 978-0-309-11067-9 . ПМИД 20669430 .

[:2-12] Уолла, Питер (30 ноября 2011 г.), «Бессознательные мозговые процессы, выявленные с помощью магнитоэнцефалографии (МЭГ)» , Магнитоэнцефалография , InTech, doi : 10.5772/28211 , hdl : 1959.13/1050838 , ISBN 978-953-307-255-5 , получено 6 октября 2023 г.

[13] «Лаборатория МЭГ Дэвида Коэна» . Проверено 10 октября 2023 г.

[:3-14] кле (8 сентября 2014 г.). «МЭГ имеет значение» . Институт Макговерна Массачусетского технологического института . Проверено 6 октября 2023 г.

[Filler2009b-15] Филлер АГ (2009). «История, развитие и влияние компьютерной визуализации в неврологической диагностике и нейрохирургии: КТ, МРТ, DTI» . Предшественники природы . дои : 10.1038/npre.2009.3267.4 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]