ZÁKLADY NEUROPSYCHOLOGIE: ZOBRAZOVACÍ METODY Ing. Alžběta Šejnoha Minsterová Podzim 2019 Zobrazovací metody CNS •EEG - elektroencefalografie •CT – počítačová tomografie •MRI – magnetická rezonance •MRS (MR spektroskopie) •fMRI (funkční MR zobrazování) •DTI (difusní MR zobrazování) •SPECT – jednofotonová emisní počítačová tomografie •PET – pozitronová emisní tomografie • Post image Rentgen? •Mozková tkáň není vidět •Všechno záření pohltí kosti Výsledek obrázku pro skull on x ray Zobrazovací metody CNS •Diagnostika •Změna struktury nebo funkce CNS •Indikace! • •Invazivní x neinvazivní •Strukturní x funkční SouvisejÃcà obrázek EEG - elektroencefalografie •Sleduje bioelektrické potenciály mozku •Snímání z povrchu hlavy •Multimodální přístup – možné použít dohromady s MRI •Diagnostika epilepsie, spánkových poruch •Terapie EEG biofeedback •Video EEG • •Nevýhody: •Náchylnost k artefaktům (vlivem pocení, mrkání, vnějších elektromagnetických vlivů) •Nepřesnost (signál prochází přes lebku) • EEG – elektrický potenciál •Vzniká přesuny Na+ a K+ iontů (Na+/K+ ATPáza=sodno-draselná pumpa) •Klidový stav -70 mV (Na+ extra, K+ intracelulárně) •Stimuly zvyšují napětí •Podprahová stimulace •Nadprahová stimulace (-55 mV) •Depolarizace (Na+ do buňky, až 50 mV, spotřeba ) •Repolarizace (K+ z buňky, až -90 mV) •Obnovení původního klidového stavu • Výsledek obrázku pro eeg waves SouvisejÃcà obrázek 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 Výsledek obrázku pro eeg rozměřenà EEG - provedení WaveGuard Connect - 19 Channel EEG Cap EEG - výstupy •Elektroencefalogram •Odstranění artefaktů •Vyhodnocení •Spektrální analýza – zastoupení jednotlivých frekvencí Výsledek obrázku pro eeg rozměřenà https://www.researchgate.net/profile/M_Moshrefi-Torbati/publication/263320048/figure/fig1/AS:296539 521077252@1447711939813/Common-EEG-artefacts-A-50-Hz-mains-interference-appears-as-a-thickened-sign al-caused_W640.jpg 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… https://visionhelp.files.wordpress.com/2011/04/vep-waveform.jpg?w=687 CT – počítačová tomografie •Computer tomography (CAT scan) •Strukturní zobrazení •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 SouvisejÃcà obrázek CT - princip •Zobrazuje útlum rentgenového záření •Rentgenka – zdroj záření •Scintilační detektor •Gantry • Výsledek obrázku pro computer tomography construction CT - zdravý / krvácení / ischemie Výsledek obrázku pro healthy brain ct scan SouvisejÃcà obrázek SouvisejÃcà obrázek 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 Výsledek obrázku pro johan radon Výsledek obrázku pro hounsfield and cormack nobel Výsledek obrázku pro hounsfield and cormack nobel https://skullsinthestars.files.wordpress.com/2008/08/hounsfield-final.jpg 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.” • • Výsledek obrázku pro computer tomography statues A Night Out of the Museum: Mummies In The CT Scanner MR – magnetická rezonance •MRI – magnetic resonance imaging, NMR – nukleární magnetická rezonance, MRJ – magnetická rezonance jader) •Strukturní i funkční •Možno s kontrastní látkou - gadolinium •Indikace • •Nevýhody: drahá •Výhody: Bez ionizujícího záření, dobrý kontrast šedá/bílá hmota •Kontraindikace: kardiostimulátory, kovové implantáty/svorky/stenty, první trimestr těhotenství Nenà dostupný žádný alternativnà text. MR - princip •Zobrazuje změnu magnetických vlastností tkáně v silném vnějším magnetickém poli •Vnější pole 1.5 – 3 T (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, … • • Výsledek obrázku pro magnetic resonance warning sign https://external-preview.redd.it/vCVIME1yR72KR-P9EhkWm9vafrmG6wvT2Z_uSsj9DJ8.jpg?s=6d1233d192792971 92e4719ca3730e480ccfaba1 Výsledek obrázku pro magnetic resonance accident Výsledek obrázku pro magnetic resonance scaner fireman 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 • http://casemed.case.edu/clerkships/neurology/web%20neurorad/t1t2flairbrain.jpg MR – anatomické (strukturní) snímky •Použití např. diagnostika Alzheimerovy choroby •Atrofie komor, kortexu, hippocampů (paměť) •A – zdravý, B – mírná kognitivní porucha, C – Alzheimerova choroba • Výsledek obrázku pro MRI healthy MCI alzheimers 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 https://lh3.googleusercontent.com/6kRYSW5d40rPGl3oUWeNR3dmmbWnhSrm2VFfoCxPe0dQqaUzqRrPhCIOVFi9WxdqE 1C4HO84L0AdmqfDHoRP4eAKiFOtYNnLd9Vv_gn6T_VXwFMNqWedlMYYYKmJJuQ6XfpecKF8-l-31ByBpw DTI MRI - traktografie •Ventrální visuální dráha •Možné srovnat mezi skupinami nebo použít při plánování operace • Výsledek obrázku pro dti tractography https://lh5.googleusercontent.com/7q_KvGFk4clOcP53kkeb4jsjwQ6bZngoDw2t7C-M0MU_5YrHLmc4TvJLZEbanzY39 gA-PrRi4VVy81TCIQ8pKqtfobuegONZs4QpENNtJO7aOx_B4yAYra3lwruGUWRWIVqA9yu-PgXOsw https://lh4.googleusercontent.com/KeQ3xmM0XVsGbFHzSF1IquWgs7ogRwp2-6NnN1hpUaxGYwtdAfD9BZ-1PI7YlpRvV KwfJBQcz2I1DOkkC2pRUE4uUlGmzF_q70Uuof8jGZeDJV6x3FCJq6u_lS0Y0ZBoXKk2fu3VS-ZFYw •Desítky hodin výpočtů •Žádná klinická informace •Vizuálně atraktivní •Vhodné do prezentací MRS – MR spektroskopie •Zhodnocení metabolitů v dané oblasti •Voxel = 3D pixel •Spektroskopická křivka •Neinvazivní verze biopsie •Např. MRS hippocampů u AD - detekce úbytku neurotransmiterů Výsledek obrázku pro magnetic resonance spectroscopy Animální MRI •V Brně MR 9.4T na ÚPT AV ČR •myši, potkani •…i jiná zvířata Výsledek obrázku pro animal magnetic resonance Výsledek obrázku pro animal magnetic resonance https://3c1703fe8d.site.internapcdn.net/newman/gfx/news/hires/2-mousebrainse.jpg https://pbs.twimg.com/media/CdRiWAtUIAEiF_2.jpg Výsledek obrázku pro sealion magnetic resonance scans SouvisejÃcà obrázek Ovocné MRI https://static.businessinsider.com/image/4fe4e34669bedd975400000a-1200/image.jpg https://static.businessinsider.com/image/4fe4e3956bb3f7ca02000015-1200/image.jpg https://static.businessinsider.com/image/4fe9d0c66bb3f75259000003-1200/image.jpg https://static.businessinsider.com/image/4fe4e3aa6bb3f70007000001-1200/image.jpg 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 • SouvisejÃcà obrázek 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. • • • https://www.researchgate.net/profile/James_Mountz/publication/235990849/figure/fig1/AS:350258711285 761@1460519592379/Ictal-and-interictal-SPECT-scans-with-manual-injection-in-3-y-old-male-with-intra ctable_W640.jpg 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, lokalizace epileptického ložiska •Nevýhody: radioaktivní KL, jejich nedostupnost a rychlý poločas rozpadu •Kontraindikace: probíhající chemoterapie/radioterapie • https://www.sciencedaily.com/images/2009/07/090714085812_1_540x360.jpg 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 Výsledek obrázku pro MRI PET CT brain •MR – SPECT MR - PET FIGURE 4. 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: CRC Taylor and Francis CF MAFIL, CEITEC MU •Multimodal and Functional Imaging Laboratory •„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 Lubomír Vojtíšek z laboratoře MAFIL. •http://mafil.ceitec.cz/informace-pro-dobrovolniky/ •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 Nenà dostupný žádný alternativnà text. •alzbeta.minsterova@ceitec.muni.cz SouvisejÃcà obrázek