Методы прижизненного исследования структур и функций головного мозга

Общим для методов нейровизуализации является получение изображения мозговых структур, представленных в виде его срезов. К нейровизуализационным методам относятся компьютерная томография, магнитно-резонансная томография, магнитно-резонансная спектроскопия, позитронно-эмиссионная томография, однофотонно-эмиссионная томография и функциональная магнитно-резонансная визуализация. Первые два из них называют "анатомическими" или "структурными", поскольку они воспроизводят изображение структур мозга, остальные — "функциональными", так как они позволяют визуализировать различные параметры его физиологической деятельности (кровоток, биохимические процессы) с их количественной оценкой.

Компьютерная томография (Computed tomography; общепринятые русск. и англ. сокращения — КТ, СТ) была первой среди других методов нейровизуализации и явилась фактически основой для их развития. Получение изображения при КТ достигается путем пропускания узкого пучка рентгеновских лучей через исследуемый слой (срез) мозга (по существу это рентгеновское исследование, но в отличие от общего обзорного изучения мозга при КТ получают его серийное послойное изображение. Поэтому правильнее было бы в этом случае использовать термин "компьютерная рентгеновская томография", так как понятие "компьютерная томография" может быть отнесено ко всем другим томографическим методам, которые будут здесь представлены). Перемещаясь во многих направлениях вокруг головы пациента, источник рентгеновского излучения дает возможность получить информацию о плотности (определяющейся степенью поглощения рентгеновских лучей) структур мозга, составляющих исследуемый слой. Эта информация улавливается детекторным устройством, находящимся на противоположной стороне от источника рентгеновского пучка. Далее она обрабатывается с помощью ЭВМ и поступает на экран монитора в виде серо-белого изображения поперечного среза мозга, приближающегося по своей характеристике к картине, которую можно видеть при вскрытии. Помимо вещества мозга, на томограмме видны ликворные пространства, кости черепа. Современные томографы дают возможность получать изображения мозговых срезов толщиной от 1 до 10 мм при пространственном разрешении до 0,3—0,6 мм. Изучаемые слои часто располагаются в аксиальной (параллельной основанию черепа) плоскости, но возможно получение изображений в сагиттальной и коронарной плоскостях.

На рис. 22 и 23 представлены примеры снижения плотности белого вещества мозга (явление лейкоараиозиса) и патологии ликворных пространств.

При магнитно-резонансной томографии (МРТ) (в литературе ранее употреблялось также сокращение ЯМР (ядерно-магнитно-резонансная томография)) получение изображения органа основано на использовании электромагнитных свойств атомных элементов с нечетным числом электронов или протонов. Такие элементы имеют угловой момент вращения (так называемый спин) и соответственно собственное магнитное поле. Если поместить орган, в структуру которого входят эти элементы, в постоянное достаточно мощное магнитное поле, то происходит выравнивание их микромагнитных полей параллельно силовым линиям внешнего поля.

Это равновесие может быть нарушено при воздействии радиочастотными импульсами на микромагнитные поля элементов, находящиеся внутри постоянного магнитного поля. Вместе с тем эти элементы начинают резонировать. После прекращения такого воздействия в течение определенного времени (время релаксации) микромагнитные поля возвращаются в исходное состояние, выделяя определенное количество энергии, совокупная характеристика которой и несет информацию о состоянии живой ткани, в том числе и о ее плотности. Различают спин-решетчатое (Т1) время релаксации, требующееся для исходной ориентации спинов по отношению к магнитному полю, и спин-спиновое время релаксации (Т2), которое необходимо для преодоления эффекта взаимодействия спинов различных элементов друг с другом. На основании этого выделяются Т1 и Т2 — взвешенные образы, т.е. изображения той или иной структуры органа, полученные преимущественно в режиме Т1-или Т2-сигнала.

По качеству изображений срезов головного мозга МРТ, несомненно, превосходит КТ. Магнитно-резонансные изображения значительно контрастнее, с более четкой различимостью белого и серого вещества, лучшей визуализацией базальных, стволовых и конвекситальных структур, гиппокампа, височной доли (рис. 24). МРТ в несколько раз превосходит КТ по эффективности выявления мелких (лакунарных) инфарктов, в частности при деменциях позднего возраста [Медведев А.В. и др., 1995].

Рис. 24. Опухоль лобной доли головного мозга, имитирующая болезнь Пика. Магнитно-резонансная томограмма — сагиттальное (А) и аксиальное (Б) сечения.

При МРТ отсутствуют нередкие для КТ артефакты изображения, возникающие в областях, пограничных между мозговой тканью и костями черепа; отсутствует присущее КТ радиационное воздействие на организм. Вместе с тем МРТ, будучи более чувствительным методом, при выявлении некоторых патологических состояний мозговой ткани и прежде всего белого подкоркового вещества, оказывается иногда менее специфичной. МРТ не выявляет кальцификаты. К тому же МРТ противопоказана больным с металлическими телами в черепе (послеоперационные клипсы, осколки), с кардиостимулятором. Поскольку процедура получения изображения мозга посредством КТ требует обычно меньше времени, чем при МРТ, первая предпочтительна в ургентной ситуации, у больных с психомоторным возбуждением или ступором, с расстройством сознания и т.п. Однако при проведении научных исследований, нередко сопряженных с необходимостью количественной оценки различных структур мозга, МРТ, безусловно, является приоритетной. Она имеет также неоспоримое преимущество при получении объемных показателей и их приспособлении к поставленным задачам исследования как целого мозга, так и отдельных его областей из-за большего контраста и мультиплановости [Aichner E.T. и др., 1994].

В повседневной практике анализ рентгеновских компьютерных и магнитно-резонансных томограмм ограничивается в основном общей визуальной их оценкой. При этом учитываются размеры и конфигурация, степень симметрии ликворных пространств (желудочковой системы, цистерн, подпаутинного пространства, субарахноидальных пространств больших полушарий головного мозга и мозжечка), а также состояние вещества мозга (мозговой паренхимы), которое оценивается на основании наличия или отсутствия изменений его плотности — диффузного либо очагового характера. Более предпочтительными, естественно, являются количественные методы оценки томограмм. В этом случае речь идет о подсчитывании абсолютных или относительных (индексов) размеров той или иной области паренхимы мозга (включая и патологически измененные участки) и ликворной системы в линейных, плоскостных (планиметрических) или объемных (волюметрических) показателях. К наиболее распространенным количественным показателям размеров ликворных пространств, используемых для оценки мозговой атрофии, относятся желудочковые индексы: индекс передних отделов (отношение максимального расстояния между наиболее удаленными наружными отделами передних рогов и наибольшим поперечником между внутренними краями костей черепа на том же срезе);индекс центральных отделов боковых желудочков (отношение наименьшего расстояния между их наружными стенками в области углубления к максимальному внутреннему поперечнику черепа на этом же срезе);индекс III желудочка (отношение его максимальной ширины в задней трети на уровне шишковидного тела к наибольшему поперечному диаметру черепа на том же срезе).

К компьютерно-томографическим и магнитно-резонансным феноменам патологических изменений мозговых структур, имеющих наибольшее значение в клинике психических заболеваний, относятся мозговая атрофия, а также снижение плотности мозговой ткани. Мозговая атрофия проявляется увеличением размеров желудочковой системы (центральная или преимущественно подкорковая атрофия) и субарахноидальных пространств больших полушарий (преимущественно корковая атрофия). В зависимости от характера заболевания возможна региональная акцентуация мозговой атрофии. К разновидностям снижения мозговой плотности, часто встречающимся при различных формах психических заболеваний, в первую очередь относитсяфеномен лейкоараиозиса (отгреч. leukos — белый и araiosis — разряженный). Он характеризуется снижением плотности белого вещества в перивентрикулярной области или в семиовальном центре на изображениях срезов мозга при рентгеновской компьютерной томографии и повышением интенсивности Т2 сигнала перивентрикулярно или в глубоком белом веществе при магнитно-резонансном обследовании. Выделенный первоначально при сосудистой деменции [Hachinski V.C. et al., 1987] лейкоараиозис, как оказалось, является морфологически весьма гетерогенным и может встречаться при самых различных органических и так называемых функциональных и психических заболеваниях, а также у психически здоровых лиц старческого возраста. Другимфеноменом снижения мозговой плотности, встречающимся у лиц с психической патологией (главным образом позднего возраста), являются крупные, средней величины и мелкие (лакунарные) очаги ишемического характера.

Следует особо подчеркнуть, что оценка диагностического значения вышеуказанных томографических феноменов (мозговой атрофии, лейкоараиозиса и ишемических очагов), встречающихся при психических заболеваниях, должна проводиться не только при обязательном сопоставлении с их клинической картиной, но и с учетом возраста больного.

Магнитно-резонансная спектроскопия (МРС).Суть метода заключается в спектральном анализе резонансных сигналов (резонансных частот) ряда атомов [таких как фосфор (³¹Р), натрий (²³Na), углерод (¹³С) и др.], входящих в состав соединений, осуществляющих важнейшие мозговые функции. Благодаря этому с помощью МРС можно получать количественную информацию о фундаментальных аспектах мозгового метаболизма и судить о характере нейрохимических процессов в той или иной области мозга. Метод используется в научных исследованиях.

Позитронная эмиссионная томография (ПЭТ)— метод прижизненного изучения обменных процессов в ткани головного мозга с возможностью одновременного получения данных о мозговом кровотоке. Он основывается на использовании феномена позитронной эмиссии, происходящей во введенном в организм меченном радиоизотопами веществе при его распределении и накоплении в мозговых структурах. Для изучения мозгового метаболизма используются следующие изотопы:¹⁸F,^ПС,¹³N или¹⁵О (чаще всего используется радиоактивно меченная глюкоза). Для исследования регионального мозгового кровотока чаще применяют¹⁵О (маркированная вода) или инертный газ¹⁸F — флюорметан. Соответствующее вещество, будучи введенным в организм, с током крови распределяется по органам, достигает мозга и излучаемые им позитроны улавливаются детекторами (ПЭТ-камерами), которые расположены кольцеобразно вокруг головы. Изотопы накапливаются прежде всего в сером веществе, где плотность нейронов наиболее высокая — в коре, базальных ганглиях, таламусе и мозжечке. Изменения в накоплении изотопов в какой-либо области мозга позволяют предполагать нарушение нейрональной активности. Подобным же образом могут прослеживаться пути лигандов нейрорецепторов, белков обратного захвата (reuptake proteins), лекарственных препаратов и т.д. Позитронно-эмиссионные томографы последних моделей могут одновременно определять и подсчитывать показатели различных метаболических процессов по меньшей мере на 15 аксиальных мозговых срезах при минимальном размере участка среза 5—6 мм. При проведении ПЭТ нередко используются психологические тесты, позволяющие определить особенности функционирования различных областей мозга. Комбинация ПЭТ с МРТ дает возможность уточнить анатомическую локализацию региональных функциональных параметров мозга, что имеет существенное значение для углубления знаний о функционально-морфологических связях.

Применение ПЭТ, однако, имеет ограничения для его широкого применения не только в клинических, но и научных исследованиях, так как он требует дорогостоящего оборудования, включающего атомный реактор (используемые радиоизотопы являются короткоживущими и должны изготовляться на месте их применения). Поэтому исследования с применением ПЭТ имеют возможность проводить лишь немногие научные центры.

Однофотонная эмиссионная томография (ОФЭТ) позволяет получать информацию о региональном мозговом кровотоке. При исследовании в кровь вводятся испускающие фотоны радионуклиды, которые после их прохождения через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) обнаруживаются вращающейся вокруг головы гамма-камерой либо кольцевыми детекторами. В качестве изотопов используют радиоактивные газы криптон (⁸⁵Кг) или ксенон (¹³³Хе), а в последнее время — гексаметил-пропиленаминоксин (ГМПАО), маркированный по "Тс. Локализация введенных радиоизотопов в заданном поперечном слое мозга определяется в первую очередь мозговым кровотоком. Поэтому ОФЭТ может оценивать изменения кровотока в тех или иных областях (корковых и глубинных) мозга в норме и при различных патологических состояниях, в том числе и при функциональной нагрузке, например, в условиях психологического эксперимента. ОФЭТ уступает ПЭТ по своей информативности, но гораздо экономичнее и может использоваться не только при проведении научных исследований, но и в клинической практике.

Функциональная магнитно-резонансная визуализация (ФМРВ). Новейший и, по-видимому, наиболее перспективный метод нейровизуализации. Позволяет одновременно получать данные о метаболизме, кровотоке и структурной характеристике мозга, причем его разрешающая возможность превосходит соответствующие показатели других методов нейровизуализации. Рассматривается как метод изучения "функциональной архитектуры" мозга. Суть ФМРВ заключается в регистрации изменений электромагнитного сигнала от элементов различных областей мозга в условиях его активации сенсорными, когнитивными и фармакологическими стимулами. Превосходя по информативности ПЭТ, ФМРВ лишена такого ее недостатка, как радиационное воздействие на организм пациента. Сегодня этот метод находится в стадии внедрения.