Zobrazovací metody Michal Černík Petra Navrátilová FF MU BRNO, PK FN BRNO Obsah sdělení • Vymezaní a dělení zobrazovacích metod • EEG • MEG • Rtg. • CT • MR • SPECT • PET • (r)TMS Vymezení ZM • Získávání obrazu o stavbě a funkci tkání a orgánů. • Obrazy se získávají různými postupy, s využitím různých druhů energie: záření (ionizující, neionizující), mechanická energie, magnetická energie. • Radiologie Dělení ZM • Strukturální ZM Rtg., CT, MR • Funkční ZM EEG, MEG, Xe/ CT, MRS, fMR, PET, SPECT EEG Elektroencefalografie Stručná charakteristika • EEG zaznamenává elektrickou činnost mozku v podobě vln • Výhody: neužívá ionizující záření, vysoce citlivá k proměnám činnosti mozku v čase • Nevýhoda: nízká prostorová rozlišovací schopnost • Záznam EEG získáváme rozmístěním elektrod po povrchu vlasaté části hlavy Užívá se k diagnostice: • Epilepsie • Encefalopatie • Degenerativní choroby • Předoperační mapování Jak vzniká elektrický rytmus mozku? • Součinností neuronů thalamu a kortexu • Thalamus má funkci generátoru rytmů • Hlavním zdrojem je elektrická aktivita synaptodendritických membrán v povrchních vrstvách kortexu • „Normální“ EEG aktivita je rytmická a má sinusoidní tvar Základní EEG aktivity (rytmy): • Delta rytmus – frekvence 1 až 3 Hz • Théta rytmus – frekvence 4 až 7 Hz • Alfa rytmus – frekvence 8 až 13 Hz • Beta rytmus – frekvence 14 až 30 Hz • Organicky zdravý mozek produkuje hlavně tyto rytmy (s převahou alfa, beta a jejich derivátů) • Dále existuje celá řada méně častých rytmů (gama, kappa, lambda, pí, zeta atd.) Charakteristika některých rytmů Alfa rytmus • Základní rytmus • 8 – 13 Hz (cyklů za vteřinu) • Je vlastností mozku, který je: • Zdravý • Bdělý • Zralý • Při zavřených očích • Má převahu okcipito-parieto-temporálně • Alfa rytmus je mírně asymetrický • Při otevření očí alfa rytmus mizí (mizí i s pozorností a mentálním úsilím) • Někdy se po krátké blokádě vrací, což je spojováno s poruchami koncentrace u dětí (ADHD) a s psychózami • Schopnost koncentrace je tím vyšší, čím lépe je po otevření očí alfa aktivita blokována • Při zavření očí se alfa opět vrací • Někdy s větší amplitudou (tzv. rebound efekt u stavů napětí, ospalosti a u neurotiků) • Patologická alfa: • Bývá monoformní (jako generovaná strojem) • Lehká kortikální vaskulární insuficience • „Hysterie“ • Kortikální léze (ložiskový pokles amplitudy) • Tumor mozku (ložiskově vysoká alfa aktivita) • „Alfa kóma“ (hluboké bezvědomí doprovázené alfa aktivitou – při krvácení v pons varoli) Beta rytmus • 14 – 30 Hz • Převládá nad frontálními krajinami • Nereaguje na otevření očí ani na volní pohyby • Obvykle je fyziologický • Patologicky se objevuje po barbiturátech a benzodiazepinech Théta rytmus • 4 – 7 Hz • Nejčastěji nad temporální krajinou • Nereaguje na otevření očí • Někdy výraznější při emočním vzrušení • U kojenců při kojení a laskání s matkou (polibek od otce bývá neúčinný) • Častý u dětí do 3 až 5 let • U dospělých v synchronním i paradoxním spánku • Může se objevit během hyperventilace a při emočním vzrušení • Patologická théta: • Metabolické poruchy (uremie, hypo- či hyperglykémie, úžeh) • Organické cerebrální léze (meningitis, encefalis, tumory, krvácení do mozku atd.) Delta rytmus • Frekvence pod 4 Hz • Fyziologický: • Ve věku do 3 let • V hlubokém synchronním spánku • Patologický: • „reaktivní“ – pravidelný, neměnící tvar (hluboké organické léze) • „lezionální“ – nepravidelný, měnící tvar, lokalizovaný podle místa poškození Ontogeneze EEG aktivity • 0 – 1 rok • Málo pravidelná delta aktivita • Netlumí se otevřením očí • 1 – 3 roky • Dominuje théta rytmus • 3 – 6 let • Prealfa aktivita o frekvenci 6 až 8 Hz • 5 – 7 let • Objevuje se alfa kolem 8 Hz, která pak zrychluje • Spolu s alfou se objevuje i beta, ale má převahu frontálně MEG Magnetoencefalografie MEG • Metoda umožňující sledovat přímo neuronální aktivitu • Princip - elektrický proud při vzniku neuronální aktivity je doprovázen magnetickým polem a to je detekováno • rozlišení mezi blízkými, ale funkčně rozdílnými oblastmi korové aktivace RTG RTG - princip • Využívá gama záření - při prostupu živým organizmem v závislosti na vlastnostech tkání, kterými prochází, je různě absorbováno Výsledek zobrazení RTG • obrázek odpovídající intenzitě absorbce záření v jednotlivých oblastech lidského těla • Vzhledem k malé absorpci RTG záření v měkkých tkáních je RTG při zobrazení mozku málo citlivé • Speciální situací je pak použití kontrastní látky např. při arteriografii apod. CT Výpočetní tomografie (computed tomography) CT – princip 1 • stejný princip jako RTG • Rentgenové (gama) záření vysíláno pod různými úhly skrz vyšetřovanou tkáň a detekováno detektorem, který ho převede ne elektrický signál, analyzovaný počítačem. CT – princip 2 • Pro zhotovení jednotné vrstvy se rentgenka (R) a detektory (D) otočí kolem pacienta (P) o 360°. Množství prošlého záření je v několika stovkách dílčích měření registrováno detektory, převedeno na el. signál a odesláno do počítače, který vytvoří obraz vrstvy. Výsledek zobrazení CT • Strukturální zobrazení • Počítačový obraz řezů mozkem • Kostěné struktury jsou bílé, struktury obsahující vzduch, či tekutinu jsou černé, měkké tkáně pak, znázorněné s různou intenzitou šedi. • Není přesně rozlišena šedá hmota od hmoty bílé. Dynamické CT (Xe/CT) • Umožňuje zobrazovat funkci mozku • Sleduje změny v prokrvení mozku. • pacient inhaluje směs Xe s kyslíkem. Xenon proniká do krve a postupuje mozkovým parenchymem v závislosti na míře prokrvení v určité části mozku Co diagnostikujeme pomocí CT • Mozkové krvácení • Důsledky úrazu • Různé typy atrofie mozku • Hydrocefalus Výhody a nevýhody CT • Výhody dobré zobrazení kostního krytu téměř 100% detekce krvácení relativně krátká doba vyšetření • Nevýhoda Ionizující záření Špatné rozlišování kontrastu MR Magnetická rezonance MR - možnosti • umožňuje zobrazit jednak anatomické struktury (klasická strukturální (MR), ale i procesy biochemické (MRS) a funkci (fMR) a to vše pomocí jednoho přístroje s využitím jednoho společného principu. MR - princip • Založena na principu změny magnetických vlastností tkáně při jejím umístění do silného stálého magnetického pole. Výsledek zobrazení MR • Strukturální zobrazení. • Dvourozměrné průřezy různými rovinami mozku, nebo trojrozměrné obrazy orgánů a struktur • MR přesnější (ve srovnání s CT) možné rozlišit šedou hmotu od bíle, cévní zásobení, koncentrace chem. látek, průběh nervových vláken, stav hematoencefalické bariéry MR – druhy zobrazení • T1 vážené obrazy – voda znázorněná černě a bílá hmota je světlejší než hmota šedá, vhodnější především pro anatomické vyhodnocení CNS • T2 vážené obrazy – voda světlá, bílá hmota je tmavší ve srovnání s šedou. Vhodné zejména pro zobrazení zánětů a nádorů mozku. T1 T2 Co diagnostikujeme pomocí MR? • Akutní ischemie • Nádory • Demyelinizující onemocnění • Epileptická ohniska • Degenerativní onemocnění • Infekce MRS – Magnetická rezonanční spektroskopie • Využívá principu MR ke zjišťování koncentrace určité sloučeniny v určité části mozku. • Princip - každá molekula má svůj charakteristický spektroskopický otisk. • Výsledek - spektrum složené z různě vysokých vrcholů o různé frekvenci MRS – výhody a nevýhody • Výhody vysoká specificita • Nevýhody technická náročnost nízké rozlišování v čase a prostoru fMR - Funkční magnetická rezonance • Využívá principů MR ke zjišťování fyziologických dějů probíhajících v mozku- perfúze (krevní průtok) • Princip – rozdílné magnetické vlastnosti oxigenovaného a neoxigenovaného hemoglobinu SPECT Jednofotonová emisní počítačová tomografie SPECT - princip • Cílem je: neinvazivní zobrazení krevního průtoku (rCBF – regional cerebral blood flow) • Využívá radioaktivně značenou látku • Přístroj zaznamenává dvoj- či trojrozměrné zobrazení distribuce značené látky SPECT – postup vyšetření • Intravenózně je aplikována látka ^ 99mTc-HMPAO (jaderný izomer – technecium 99 v metastabilním stavu) • Detekce je prováděna gama-kamerou • Kolimátor • Scintilátor (krystal převádějící gama-paprsky na světlo) • Řada fotomultiplikačních trubic • Kamera se otáčí kolem hlavy a signál zpracovává počítač SPECT - výsledek • Zobrazuje intenzitu krevního průtoku sledovanou oblastí • Získáme barevný obraz (spektrum od světle žluté po tmavě červenou) • Často přikládáme výsledek SPECT na obraz z MR Co diagnostikujeme pomocí SPECT? • Ischemické stavy • Degenerativní onemocnění • Epilepsii • Poruchy funkčního systému hybnosti Výhody a nevýhody SPECT • Výhody • Metoda je levná a relativně dostupná • Umožňuje funkční, hemodynamické a chemické mapování mozku dohromady • Nevýhody • Zátěž ionizujícím zářením • Měření je relativní • Nízká časová a prostorová rozlišovací schopnost PET Pozitronová emisní tomografie Srovnání ZM Srovnání funkčních ZM (r)TMS Repetititivní transkraniální magnetická stimulace rTMS – princip 1 • elektromagnetické indukce - lokální elm. pole a proudy = cílené působení • sekundárně ovlivnění dalších transsynaptických struktur PŘÍSTUP K MOZKU PŘES KONVEXITY HEMISFÉR A MOZEČKU rTMS – princip 2 Lokální účinky TMS www.med.harvard.edu/AANLIB/home.htm Děkujeme za pozornost