PMC
HVORDAN UTFØRES NEUROIMAGING TESTER og HVA KAN DE FORTELLE OSS?
vanlige filmer av skallen følger samme prinsipp som standard røntgenstråler fra andre organsystemer (en enkelt strålekilde og en enkelt sensor eller film), men de har begrenset nytte. CT-bilder (Figur 1)er opprettet ved å skaffe røntgenstråler i et roterende aksialt plan. Som med røntgenstråler har forskjellige kroppsvev spesifikke dempningsegenskaper med CT-bilder; dette gjør at vann, fett, bein og andre vevstyper vises annerledes på film eller digital sensor. Jo høyere demping, desto lettere vil materialet vises PÅ CT-skanningen. FORDI CT-skannere måler serielle røntgenstråler i et aksialt plan, presenteres CT-bilder vanligvis i aksiale skiver(med en typisk oppløsning på mindre enn 1 mm). Selv om beregningsrekonstruksjonsalgoritmer kan presentere CT-bilder i et sagittalt eller koronalt plan, mister slike datamanipulasjoner romlig oppløsning og detaljer.1
Hodet Datastyrt Tomografi (CT) uten Contrasta
FREMOVER CT oppnådd i løpet av akuttmottaket evaluering. Denne hjerneskanningen ble lest for å være innenfor normale grenser. I ettertid kan Man bruke den t2-vektede magnetresonanstomografi-skanningen til å veilede søket og identifisere et område med svært mild hypoattenuering i høyre frontallapp som svarer til svulsten.
CT-teknologien kan forbedres ved bruk av et kontrastmateriale. Kontrastmidler FOR CT er radiopaque og har en høy røntgendemping; de vises hvite PÅ CT-bilder. Kontrast injiseres vanligvis intravenøst for å muliggjøre avbildning av vaskulære strukturer (F.EKS. CT angiografi) eller lesjoner som forstyrrer blod-hjernebarrieren (f. eks. CT kontrastmidler kan være ioniske eller ikke-ioniske, selv om dagens neuroimaging applikasjoner stole nesten utelukkende på bruk av ikke-ioniske kontraster fordi de har en bedre sikkerhetsprofil.2
MR-teknikkene bruker ikke stråling; i stedet brukes de magnetiske egenskapene til hydrogenioner i kroppen. En pasient inne I MR-skanneren er påvirket av en sterk magnet i standard kliniske applikasjoner, vanligvis 1,5 Eller 3 Tesla. Denne magnetiske kraften justerer en betydelig del av kroppens hydrogenatomer i retning av magnetfeltet. En kort radiofrekvenspuls blir deretter påført for å skifte og feiljustere vektorene til hydrogenatomene. Men etter at pulsen slutter, går hydrogenatomer tilbake til sin opprinnelige justerte posisjon ved en prosess som kalles protonavsla som frigjør energi. I løpet av en skanning brukes flere radiofrekvenspulser (pulssekvens), og elektromagnetiske mottakerspoler måler energien som sendes ut av protonene.3 forskjellige variabler bestemmer protonavslappingsprosessen, som er ansvarlig for typen signal som hvert hydrogenatom utsender. To hovedfaktorer er relevante for klinikeren: miljøet der hydrogenatomet er funnet og pulssekvensen påført.under omstillingsprosessen (protonavsla) avgir atomene energi, men dette varierer som en funksjon av atomets fysiske og kjemiske miljø. Derfor vil protoner sende forskjellige signaler avhengig av vevstypen de er funnet i(f. eks. I tillegg til vevstypen vil parametrene I MR-pulssekvensen også bestemme egenskapene til bildene som er sett. Mekanismen for protonavsla har 2 tidskonstanter: T1 Og T2. Disse konstantene reflekterer relaterte, men uavhengige fysiske mekanismer i protonavslappingsprosessen: T1 forklarer avslapningen mot det opprinnelige planet justert med magnetfeltet, Og T2 forklarer avslapningen vekk fra flyet tvunget av radiofrekvenspulsen. T1 og T2 avslapping komponenter kan manipuleres for å tvinge protoner til å justere på måter som maksimerer T1 Eller T2 ganger.4 Disse FORSKJELLIGE MR-protokollene endrer protonavslappingsprosessen og signalet som sendes ut; derfor dannes forskjellige typer bilder som fremhever spesifikke egenskaper av vevsstruktur. T1-vektede bilder (Figur 2a) til stede med grå materie er mørkere enn hvit materie (reflekterende vev utseende) og med mørk-vises CSF. Disse bildene er ideelle for å visualisere hjernens normale struktur, samt patologisk atrofi, kortikale dysplasier og sklerose. T2-bilder (Figur 3A) viser et mønster motsatt t1-vektede skanninger, med grå materie som er lettere enn hvitt materiale (motsatt vevet) og med lyse CSF. Disse bildene er mer følsomme for patologiske prosesser som vaskulære endringer (inkludert kroniske mikrovaskulære fornærmelser), demyelinering, generell betennelse og ødem.1
T1 Magnetisk Resonansbilde (MRI) Før (A) Og Etter (B) Gadolinium Kontrastinjeksjona
aThis T1-vektet MRI-bilde (A) viser anatomien i stor detalj, og svulsten som en heterogen og mildt hypointense lesjon. Merk at, sammenlignet Med t2-sekvensene, Gir T1 lavere deteksjonsfølsomhet for denne lesjonen. Etter gadoliniumkontrast-injeksjon viser postkontrast-bildet (B) ingen gadoliniumforbedring, noe som tyder på intakt blod-hjernebarriere på dette tidspunktet.
T2 (A) Og T2-FLAIR (B) Magnetisk Resonans Bildesekvenser
athans pulssekvens identifiserer tydelig høyre frontal tumor som en hyperintense lesjon i Både T2 (A) Og T2-FLAIR (B). Legg merke til kontrastforskjellen mellom de 2 bildene: når fluid hyperintense-signalet er undertrykt MED FLAIR, øker lesjonen sin kontrast.
Forkortelse: FLAIR = væske dempet invertert utvinning.
T1 – og T2-vektede bilder kan endres for å øke deres diagnostiske oppløsning med protokoller som undertrykker bestemte signalkilder. For eksempel kan man undertrykke hyperintensesignalet TIL CSF i T2-vektede bilder med væsken dempet invertert gjenoppretting eller FLAIR-sekvens (Figur 3B). Disse T2-bildene presenterer derfor med lysgrå materie, og med mørkere hvitt materiale, og de gir høy diagnostisk verdi for patologisk prosess (som betennelse, ødem eller iskemi). LIKEVEL SER CSF svart ut fordi det vanligvis hyperintense signalet undertrykkes, og dette øker kontrasten og synligheten av patologiske lesjoner, spesielt, men ikke utelukkende, i territorier i kontakt med CSF (f.eks. Med en lignende strategi eksisterer forskjellige fettundertrykkende MR-tilnærminger og brukes når strukturer som inneholder fett, skjuler visualiseringen av en potensiell lesjon (f. eks. Disse tilnærmingene kan brukes med Både T1-og T2-vektede bilder.3Table 1 gir et sammendrag av den visuelle presentasjonen av DE FORSKJELLIGE MR-sekvensene.
Tabell 1.
Visuelt Utseende Av Magnetisk Resonans Bildesekvenser (T1, T2, T2-TEFT)
| Sekvens | grå materie | hvit materie | cerebrospinalvæske |
| t1 | mørk grå (hypointense) | lys grå (hyperintense) | Svart |
| T2 | Lys grå (hyperintense) | mørk grå (hypointense) | Hvit |
| t2-flair | lys grå (hyperintense) | mørk grå (hypointense) | svart |
forkortelse: Flair=fluid dempet invertert gjenoppretting.Diffusjonsvektet bildebehandling (Dwi) Er en distinkt TYPE MR-oppkjøpsmetode som måler bevegelsene til vannmolekyler i hjernen. Et vannmolekyl i et glass vann har isotrop kinetikk, det vil si at den diffunderer fritt i alle mulige retninger. Vannmolekyler i hjernen diffunderer ikke tilfeldig; deres bevegelse er begrenset av begrensningene i cerebral anatomi og den histologiske strukturen. Diffusjonsvektet bildebehandling er i stand til å måle vanndiffusivitet i hver definert voxel (eller volumelement) i hjernen, og jo mer anisotropi (dvs.begrenset diffusivitet), jo mer hyperintense vises voxelen. Denne tilnærmingen har blitt brukt til å kartlegge den strukturelle anatomien til hvite materiekanaler med diffus tensor-avbildning. Dette ikke-invasive verktøyet er av stor betydning for det vitenskapelige studiet av menneskelig anatomi in vivo, men diffus tensor imaging har også økende kliniske applikasjoner, spesielt i nevrokirurgisk planlegging.MER vanlig ER DWI brukt til å diagnostisere en rekke patologiske forhold der vannmolekyler presenterer med redusert diffusivitet. Den vanligste og klinisk relevante applikasjonen er å diagnostisere akutte iskemiske slag. Mangelen på oksygen forårsaker cytotoksisk skade på celler i den berørte regionen, noe som fremkaller hevelse og ødem. Under disse forholdene øker anisotropi på grunn av økt tetthet av molekyler(forårsaker at voxeler ser lysere ut I DWI innen den første timen etter et akutt iskemisk slag). Andre patologiske prosesser (som abscesser, hypercellulære svulster eller eksitotoksisitet) gir også begrensninger for vanndiffusivitet på grunn av økt tetthet av vevstrukturen og kan identifiseres som hyperintense lesjoner i DWI-skanninger.1,3
DWI-skanningene er følsomme ikke bare for endringer i anisotropi, men også For t1-Og T2-avslapningsmekanismer. Derfor kan t1-og T2-signalendringer også ses I dwi-kart og kan feilidentifiseres som endringer i anisotropi. Dette fenomenet har stor relevans når man skiller mellom akutte og kroniske slag. FOR å unngå feilidentifikasjon blir DWI-bilder alltid sammenlignet med kvantitative bilder av diffusjonskoeffisienten, kjent som tilsynelatende diffusjonskoeffisientkart. Det vil si AT DWI skanner har begrenset diagnostisk verdi hvis analysert uavhengig av tilsynelatende diffusjon koeffisient bilder, og man må alltid sammenligne 2 skanner. Sann reduksjon i diffusivitet, som stammer fra enhver patofysiologisk prosess, vil alltid presentere som hyperintense voxels i DWI og hypointense voxels i tilsynelatende diffusjon koeffisient skanner. Hvis dette mønsteret ikke overholdes, vil mekanismen som driver effekten sannsynligvis være forskjellig fra økt anisotropi. Et kjent eksempel, T2-shine through, forekommer i kroniske iskemiske slag. Disse lesjonene er Tilstede Med t2 hyperintensitet og kan også vises som hyperintensiteter i DWI, men med normale eller mer vanlige hyperintensesignaler i tilsynelatende diffusjonskoeffisientkart. Hvis man ser PÅ DWI-bildet isolert, kan lesjonen forveksles med et akutt slag, og pasienten kan få trombolytisk behandling. Men hvis man ser på alle bildene sammen, kan det konkluderes med at endringene I T2-signalet fra det gamle slag «skinner gjennom» DWI-skanningen og kan observeres som hyperintense lesjoner i både dwi og tilsynelatende diffusjonskoeffisientkart, som ikke kan gjenspeile økt anisotropi.4
Gadolinium Er DET MEST brukte mr-kontrastmaterialet på grunn av dets paramagnetiske egenskaper. Som kontrastmidler FOR CT-avbildning injiseres gadolinium intravenøst og brukes til å oppdage eller utelukke lesjoner som bryter blod-hjernebarrieren. MR angiografi av hodet bruker ikke kontrastmidler som brukes I CT angiografi, men i stedet, spesifikke MR puls sekvenser tillate ikke-invasiv visualisering av blodkar.1 Mr-angiografi I Nakken kan bruke enten gadolinium eller samme pulssekvens som brukes ved mr-angiografi i hodet.1
Funksjonell MR (Fmri) Er en avbildningsmodalitet som inntil nylig utelukkende hadde vært brukt som et forskningsverktøy, men det er nå utviklet for visse begrensede, men voksende, kliniske anvendelser5 (Figur 4). I motsetning TIL DE OVENNEVNTE MR-modaliteter, er fMRI optimalisert for å måle funksjonen (ikke strukturen) av hjerneområder og kretser. DENS MR-pulssekvenser er utformet for å oppdage forholdet mellom oksyhemoglobin og deoksyhemoglobin. Når et hjerneområde øker sin aktivitet, for eksempel i sammenheng med en bestemt oppgave, øker den også dens metabolske og oksygeneringsbehov. I denne sammenheng skjer 2 fenomener parallelt. For det første, fordi mer oksygen brukes, blir mer oksyhemoglobin omdannet til deoksyhemoglobin, og den absolutte mengden deoksyhemoglobin øker. For det andre, fordi mer oksygen er nødvendig, aktiveres en koblet nevrovaskulær mekanisme som induserer aktivitetsavhengig lokal vasodilasjon som øker den regionale blodstrømmen med oksyhemoglobin. Summeringen av de 2 prosessene induserer en absolutt og relativ økning av oksyhemoglobin som korrelerer med økningen i hjernens aktivitet. Derfor kan fMRI oppdage endringer i regional blodstrøm og oksyhemoglobinkonsentrasjon dynamisk, og gjennom disse tiltakene gjenspeiler det endringer i hjernens aktivitet med god romlig oppløsning.6
Funksjonell Magnetisk Resonans Bilde Som Viser Finger-Tapping (A) Og Hånd-Knuger (B) Tasksa
aTwo bilder i forskjellige plan ble valgt for å illustrere aktivering av finger-tapping (aksial skive) og hånd-knuger oppgaver (koronal skive). Legg merke til svulsten på høyre precentral gyrus. Aktiveringen for denne venstre motoroppgaven er atypisk: primært i venstre precentral gyrus (ipsilateral til bevegelsen og kontralesional). Aktivering i tilleggsmotorområdet (medial frontal) er også notert.Magnetisk resonansspektroskopi Er EN MR – basert applikasjon som brukes til å måle avslapningsegenskapene til spesifikke kjemiske bindinger utover hydrogenatomer. I motsetning til de tidligere metodene måler den ikke hele hjernen, men velger en forhåndsdefinert region og måler de relative konsentrasjonene av visse kjemiske elementer eller molekyler. Magnetisk resonansspektroskopi brukes derfor ikke til å måle hjernens struktur eller funksjon, men dens kjemiske sammensetning. Metoden er mye brukt i forskning, men finner langsomt sin plass i klinisk setting for påvisning av svulster, epileptiske foci, vaskulære lesjoner eller områder av demyelinering.7
Positronemisjonstomografi (PET) er en nukleærmedisinsk diagnostisk teknikk som brukes til å oppnå funksjonelle hjerneskanninger, lik fMRI og forskjellig fra standard CT-og MR-skanning som gir strukturell informasjon. PET-teknikken kan brukes til å måle 3 primære variabler: regional blodstrøm, metabolske endringer og nevrotransmitterdynamikk. Nye eksperimentelle tilnærminger er i utvikling for å identifisere mer sofistikerte biologiske mekanismer, som proteinsyntese, andre messenger-systemer og genuttrykk.8 I Motsetning til fMRI, som også er en funksjonell neuroimaging-modalitet, krever PET injeksjon av et radioaktivt stoff eller radiofarmaka som selektivt distribueres i hjernen (og alle andre organer), mens det avgir energi i form av γ fotoner. Det regionale opptaket, distribusjonen og utvaskingen av disse fotonene kan kvantifiseres ved hjelp av de spesielle reseptorspolene som er tilstede i skanneren, og den beregnede informasjonen kan brukes til å oppnå tomografiske bilder av hjernen som identifiserer den nevrobiologiske variabelen av interesse(f. eks.Positronemisjonstomografi krever positronemitterende isotoper av kjemiske elementer kalt radioaktive nuklider. Nuklider er opprettet i en syklotron ved å legge positive ladninger til kjernen av kjemiske elementer som ofte finnes i organiske molekyler, for eksempel 11-karbon (11c), 15-oksygen (15O), 18-fluor (18f) og 13-nitrogen (13n). Med disse nuklidene kan man da lage radiofarmaka, som er molekyler av biologisk betydning som bærer 1 av disse radioaktive elementene og derfor avgir radioaktiv energi (γ fotoner). Siden nuklidet har et overskudd av protoner, frigjør det en positivt ladet partikkel (en positron) for å gå tilbake til en mer stabil tilstand. Denne positronen kolliderer med de negativt ladede elektronene som omgir kjernen, og som følge av denne kollisjonen (en utslettelseshendelse) opprettes 2 γ fotoner. Disse 2 γ fotonene drives i motsatt retning (180°) fra hverandre etter kollisjonen til de kommer til detektorene i PET-kameraet. Detektorer i PET-kameraet som er plassert motsatt fra hverandre, er koblet og synkronisert i en tilfeldighetskrets, slik at når de begge mottar en γ foton innen et gitt tidsvindu, kan det identifiseres som et resultat av en utslettshendelse som skjedde på et bestemt punkt i vektoren som forbinder de 2 detektorer. Bildekonstruksjonsalgoritmer kan identifisere den nøyaktige posisjonen der kollisjonen skjedde og illustrere den i det tomografiske hjernebildet.
naturen og kjemisk utforming av radiofarmaka er det som bestemmer den biologiske funksjon som kan måles. FOR å måle blodstrømmen kan MAN velge 15O som har kort halveringstid (ca. 2 minutter) og kan brukes til å lage radioaktive vannmolekyler (H215O) som injiseres intravenøst. MAN kan også bruke 15O til å lage radioaktivt karbondioksid (C15O2), som kan inhaleres. For å måle metabolsk aktivitet kan man opprette og radioaktivt merke en forbindelse som celler vil forveksle med glukose (18f-fluorodeoksyglukose eller 18F-FDG). FDG vil bli absorbert og fosforylert i celler akkurat som glukose, men vil ikke bli behandlet videre i metabolske veier og forblir derfor fanget i cellen. Det er viktig AT FDG absorberes proporsjonalt med cellens metabolske behov, akkurat som glukose. Som et resultat vil metabolisk hyperaktive nevroner (som de av et ictal-fokus) fange mer radioaktiv forbindelse, og hypoaktive nevroner (som de i områder med nevrodegenerasjon) vil avgi en lavere andel av γ fotoner. Disse endringene vil bli reflektert i hjernekartene.Endringer i regional blodstrøm eller metabolisme kan brukes som indirekte tiltak av hjerneaktivitet, som også kan måles med alternative modaliteter (som fMRI). Likevel er søknaden som er unik for nukleærmedisinske teknikker, vurderingen av nevrotransmitterdynamikk. En radioligand er en bestemt type radiofarmaka designet for å ha stor affinitet for et mål av interesse og mye lavere affinitet for alle andre mål, slik at det vil bli fjernet fra blodet og andre strukturer raskt, men vil forbli festet (og påviselig) til målet, vanligvis en nevrotransmitterreseptor. Radioligand må også kunne krysse blod-hjernebarrieren og være biologisk inaktiv.8
Single photon emission computertomografi (SPECT) er også en nukleærmedisinsk modalitet, men den adskiller SEG fra PET i de fysiske reaksjonene og partiklene som sendes ut. SPECT nuklidene selv (i motsetning til utstrålede positroner) vil kollidere med lokale elektroder for å bli stabile, og den reaksjonen vil avgi en enkelt foton (ikke 2 fotoner som I PET). SPECT-teknikken har dårligere romlig oppløsning og følsomhet enn PET, og dette er mest tydelig i dype strukturer DER PET er overlegen. SPECT er også mindre allsidig, da DEN ikke kan bruke det rike utvalget av nuklider som tillater PET måling av et bredt spekter av biologiske prosesser. LIKEVEL ER SPECT mye billigere og generelt mer vanlig tilgjengelig. De høyere kostnadene VED PET er drevet av forskjellige variabler, men mest signifikant av behovet for å ha en syklotron og radiofarmasøytisk syntese evner på stedet (gitt den korte halveringstiden til sine produkter). I kontrast KAN SPECT-forbindelser syntetiseres offsite. Vanlige elementer i SPECT er technetium (99 mTc), jod (123i) eller xenon (133xe). Disse nuklidene kan festes til biologiske molekyler for å skape SPECT radiofarmaka, men passformen er vanskeligere, da technetium, jod eller xenon ikke er naturlig tilstede i vanlige biokjemikalier.8