ZÁKLADY NEUROPSYCHOLOGIE: ZOBRAZOVACÍ METODY Ing. Alžběta Minsterová Podzim 2018 Zobrazovací metody CNS • EEG - elektroencefalografie • CT – počítačová tomografie • MRI – magnetická rezonance • fMRI (funkční MR zobrazování) • DTI (difusní MR zobrazování) • MRS (MR spektroskopie) • SPECT – jednofotonová emisní počítačová tomografie • PET – pozitronová emisní tomografie Zobrazovací metody CNS • Diagnostika • Změna struktury nebo funkce CNS • Indikace! • Invazivní x neinvazivní • Strukturní x funkční EEG - elektroencefalografie • Sleduje bioelektrické potenciály mozku • Snímání z povrchu hlavy • Multimodální přístup – možné použít dohromady s MRI • Diagnostika epilepsie, spánkových poruch • Terapie EEG biofeedback • Nevýhody: • Náchylnost k artefaktům (vlivem pocení, mrkání, vnějších elektromagnetických vlivů) • Nepřesnost (signál prochází přes lebku) EEG – elektrický potenciál • Vzniká přesuny Na+ a K+ iontů • Klidový stav -70 mV (Na+ extra, K+ intracelulárně) • Stimuly zvyšují napětí • Podprahová stimulace • Nadprahová stimulace (-55 mV) • Depolarizace (Na+ do buňky, až 50 mV) • Repolarizace (K+ z buňky, až -90 mV) • Obnovení původního klidového stavu (Na+/K+ ATPáza=sodno-draselná pumpa) • 1 Hz = 1 kmit za sekundu • EEG čepice s elektrodami (19 – 256 svodů) • Systém 10 /20 • F – frontal • T – temporal • C – central • P – parietal • O – occipital • Lichá čísla – levá hemisféra • Sudá čísla – pravá hemisféra • Referenční elektroda EEG - provedení EEG - výstupy • Elektroencefalogram • Odstranění artefaktů • Vyhodnocení • Spektrální analýza – zastoupení jednotlivých frekvencí Evokované potenciály • Sledování odezvy mozku na vnější stimul (vizuální, zvukový, senzorický) • Charakteristické křivky – na základě abnormalit (amplituda, latence) lze hodnotit poškození zapojených drah • Vizuální EP • Stimulus – záblesk, šachovnice • N75 – negativní kmit 75 ms po stimulu • P100 – pozitivní kmit 100 ms po stimulu… CT – počítačová tomografie • Computer tomography (CAT scan) • Strukturní, neinvazivní • Možno s kontrastní látkou – jód, xenon • Indikace: Krvácení, ischemie, nádory • Urgentní medicína • Nevýhody: rentgenové záření, nízký kontrast šedá/bílá hmota • Výhody: rychlost, i pro klaustrofobiky • Kontraindikace: těhotenství CT - princip • Zobrazuje útlum rentgenového záření • Rentgenka – zdroj záření • Scintilační detektor • Gantry CT - zdravý / krvácení / ischemie CT - zajímavosti • Matematickou teorii vymyslel rodák z Děčína Johann Radon 1917 – tzv. Radonova transformace • Nobelova cena za lékařství a fyziologii 1979 – Allan Cormack, Godfrey Hounsfield CT – další použití Sochy • Odhalení skrytých defektů nebo materiálového složení • 2004 a 2016 skenování věstonické Venuše • „Výsledky potvrdily, že Venuše je z jemné hlíny smíchané s vodou. Jsou v ní ale navíc i malá bílá zrníčka, což může být vysrážený vápenec nebo úlomky kostí. Objevil se také pikantní detail: na hýždích sošky se zachoval otisk prstu dítěte starého asi deset let.“ Mumie • Zkoumání anatomie, antropometrie, patologií a procesu mumifikace • “Mummies don’t move, so that makes them relatively cooperative patients.” MR – magnetická rezonance • MRI – magnetic resonance imaging, NMR – nukleární magnetická rezonance, MRJ – magnetická rezonance jader) • Strukturní i funkční, neinvazivní • Možno s kontrastní látkou • Indikace • Nevýhody: drahá • Výhody: Bez ionizujícího záření, dobrý kontrast šedá/bílá hmota • Kontraindikace: kardiostimulátory, kovové implantáty/svorky/stenty, první trimestr těhotenství MR - princip • Zobrazuje změnu magnetických vlastností tkáně v silném vnějším magnetickém poli • Vnější pole 1.5 – 3T (magnetické pole Země – desetiny µT) • Molekuly vodíku se chovají jako magnetické dipóly • Budící radiofrekvenční puls • Přijímací cívka • Různé měřicí sekvence – zvýšení kontrastu mezi tkáněmi, potlačení signálu z jednoho typu tkáně, … MR – anatomické (strukturní) snímky • T1 kontrast – vychýlení protonů z klidové pozice, rozdílný čas návratu pro různé tkáně • T2 kontrast – rozdílná rychlost rozfázování protonů • FLAIR –T2, ale s potlačený signálem mozkomíšního moku MR – anatomické (strukturní) snímky • Použití např. diagnostika Alzheimerovy choroby • Atrofie komor, kortexu, hippocampů (paměť) • A – zdravý, B – mírná kognitivní porucha, C – Alzheimerova choroba fMRI – funkční MRI • Zobrazuje aktivitu mozku na základě prokrvení tkáně • Detekce oblastí s různou funkcí – motorická centra, řečová centra, … • BOLD signál • Oxyhemoglobin (magnetické vlastnosti) • Deoxyhemoglobin (nemagnetické vlastnosti) • Aktivace oblasti mozku → vyšší potřeba kyslíku → vyšší koncentrace oxyhemoglobinu → využití → odchází deoxyhemoglobin • Perfusní zobrazování • Nutnost kontrastní látky (s magnetickými vlastnostmi) Resting-state fMRI • Identifikace oblastí, které jsou aktivní v klidovém stavu • Zavřené oči, na nic intenzivně nemyslet, nespat • Obrázek: Default Mode Network (DMN), typická pro resting-state DTI – diffusion tensor imaging MRI • Sleduje difusi molekul vody v mozkové tkáni • Mozkomíšní mok – bez překážek, volná difuse všemi směry • Šedá hmota – dendrity, stejné ve všech směrech • Bílá hmota – trakty, volná difuse podél, omezená kolmo na trakty DTI MRI - traktografie • Celý mozek • Žádná klinická informace • Ventrální visuální dráha • Možné srovnat mezi skupinami nebo použít při plánování operace MRS – MR spektroskopie • Zhodnocení metabolitů v dané oblasti • Voxel = 3D pixel • Spektroskopická křivka • Neinvazivní verze biopsie • Např. MRS hippocampů u AD detekce úbytku neurotransmiterů Animální MRI • V Brně MR 9.4T na ÚPT AV ČR • myši, potkani • …i jiná zvířata Ovocné MRI Granátové jablko Okurka Rajče SPECT – jednofotonová emisní počítačová tomografie • Single photon emission computed tomography • Zobrazení průtoku krve • Radioaktivní kontrastní látka (γ zářič) nitrožilně nebo vdechováním • Rozdílné KL dle indikace • Nevýhody: horší časové i prostorové rozlišení, radioaktivní KL SPECT - princip • KL v krvi → emituje γ záření → záření dopadá na detektor (krystal NaI) a přeměňuje se na slabý záblesk světla → záblesk zesílen multiplikačními trubicemi a zaznamenán • Detektor γ kamera se otáčí kolem hlavy a detekuje záření z různých směrů. PET – pozitronová emisní tomografie • Zobrazení metabolické aktivity • Radiofarmakum (β+ zářič) nitrožilně, např. značená glukóza (18FDG) • Metabolicky aktivní/neaktivní oblasti mají větší/menší spotřebu glukózy → hromadění/nehromadění radiofarmaka • Indikace: nádory,AD • Nevýhody: radioaktivní KL, jejich nedostupnost a rychlý poločas rozpadu • Kontraindikace: probíhající chemoterapie/radioterapie PET - princip • PET kamera – prstenec s tisíci detektory • Radiofarmakum produkuje β+ (pozitron), což je antičástice β- (elektron) • Interakce antičástic → anihilace = zánik obou částic za vyzáření energie • Energie = 2 stejné fotony opačnými směry → podle míst detekce lze dopočítat, odkud byly vyzářeny • Statisíce anihilací za sekundu Multimodální přístup MR – SPECT MR - PET Zdroje • Pro všechny Kulišťák, P. (2011). Neuropsychologie. Praha: Portál (49 -68) • Pro zájemce o technickou stránku věci a sebemrskače Jan, J. (2006), Medical Image Processing, Reconstruction and Restoration. Boca Raton: CRCTaylor and Francis CF MAFIL, CEITEC MU • Multimodal and Functional Imaging Laboratory • Za tři roky fungování laboratoře jí prošlo na pět tisíc pacientů i dobrovolníků, kteří se účastnili stovek vědeckých studií. • „Kromě pacientů se zkoumanou nemocí jsou vždy potřeba i zdraví lidé jako takzvaný kontrolní vzorek, který umožňuje hledat rozdíly ve struktuře mozku. Právě tito lidé se ale výzkumníkům těžko hledají.Vytvořením databáze dobrovolníků, které budou moci oslovovat s prosbou o účast na konkrétní studii, bychom mohli vědcům výrazně pomoci,“ vysvětlil celý záměr LubomírVojtíšek z laboratoře MAFIL. • Dotazy ohledně výzkumů a zařazení do databáze se na nás obracejte na adrese volunteers.mafil@ceitec.muni.cz. • https://www.ceitec.cz/ceitec-mu-hleda-dobrovolniky-na-zkoumani-mozku/t9918 alzbeta.minsterova@ceitec.muni.cz