История нейровизуализации

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

История нейровизуализации берёт своё начало в 1880-х годах с изобретением баланса кровообращения человека и с тех пор привела к другим изобретениям, таким как рентген, воздушная вентрикулография, церебральная ангиография, ПЭТ/СПЭКТ-сканирование, магнитоэнцефалография и ксенон-КТ-сканирование[1]. Нейровизуализация — медицинская техника, которая позволяет врачам и исследователям делать снимки внутренних органов или мозга пациента. Она может показать области с повышенной активностью, области с высоким или низким кровотоком, структуру мозга/тела пациента, а также определённые аномалии. Нейровизуализация чаще всего используется для определения конкретного местоположения определённых заболеваний или врождённых дефектов, таких как опухоли, рак или закупорка артерий[2].

Методы нейровизуализации[править]

Баланс кровообращения человека[править]

«Баланс кровообращения человека» был неинвазивным способом измерения кровотока в головном мозге во время умственной деятельности[3]. Этот метод заключался в том, что пациента укладывали на стол, поддерживаемый точкой опоры, что позволяло столу качаться в зависимости от уровня активности. Когда пациенты подвергались более сложным когнитивным стимулам, стол качался в сторону головы[3]. Изобретённый в 1882 году Анджело Моссо, «баланс кровообращения человека» считается первым методом нейровизуализации и является самым известным достижением Моссо[4][5].

«Баланс кровообращения человека» Анджело Моссо.

Рентгеновское излучение[править]

В 1895 году Вильгельм Рентген разработал первый рентгеновский аппарат[6]. В 1901 году Рентген был удостоен Нобелевской премии за своё открытие. Сразу после его публикации рентгеновские аппараты начали производиться и использоваться во всём мире в медицине[7]. Мозг почти полностью состоит из мягких тканей, которые не пропускают рентгеновские лучи, то есть остаются практически невидимыми при обычном рентгеновском исследовании. Это также верно для большинства аномалий мозга, хотя есть исключения. Например, кальцифицированная опухоль (например, менингиома, краниофарингиома и некоторые типы глиом) легко видна.

Вильгельм Рентген, изобретатель рентгеновского излучения.

Воздушная вентрикулография[править]

Тогда нейрохирург Уолтер Денди разработал метод, называемый воздушной вентрикулографией. Этот метод заключался в введении фильтрованного воздуха непосредственно в боковые желудочки для получения более чётких снимков желудочковой системы головного мозга[6]. Благодаря местным анестетикам эта процедура не была болезненной, но была сопряжена со значительным риском. К числу угроз относились кровоизлияние, тяжёлая инфекция и резкие изменения внутрипочечного давления. Несмотря на это, Денди не остановился на достигнутом. В 1919 году он открыл энцефалографию — медицинскую процедуру, используемую для регистрации электрической активности головного мозга[7]. Этот метод заключался в прикреплении к мозгу датчиков, которые регистрировали и измеряли электрические сигналы мозга. Затем эти сигналы преобразовывались в визуальный образ, показывающий паттерны активности мозга. Благодаря этим ранним достижениям нейровизуализация начала использоваться для диагностики таких заболеваний, как эпилепсия, черепно-мозговые травмы и нарушения сна. Она предоставляла ценную информацию о функциях мозга, которая впоследствии была использована при разработке современных методов нейровизуализации.

Церебральная ангиография[править]

Появившаяся в 1927 году, церебральная ангиография позволила врачам точно обнаруживать и диагностировать аномалии головного мозга, такие как опухоли и окклюзии внутренней сонной артерии. В течение года Эгас Мониз, изобретатель церебральной ангиографии, проводил эксперименты с различными концентрациями раствора красителя, который вводился в артерии для лучшей визуализации кровеносных сосудов головного мозга, прежде чем обнаружил, что раствор, состоящий из 25 % йодида натрия, является наиболее безопасным для пациентов, а также наиболее эффективным для визуализации кровеносных сосудов и артерий головного мозга[8].

Церебральная ангиограмма, показывающая поперечную проекцию вертебробазилярного и заднего мозгового кровообращения.

ПЭТ/СПЕКТ-сканирование[править]

Позитронно-эмиссионная томография, или ПЭТ-сканирование, — это сканирование, которое показывает области высокой активности в организме. Принцип его работы заключается в том, что пациенту сначала вводят радиоактивное вещество (называемое трассером) с помощью инъекции в руку или предплечье. Затем трассер циркулирует по организму и присоединяется к определённому веществу, которое орган или ткань производит в процессе метаболизма, например глюкозе. В результате образуются позитроны, которые сканируются ПЭТ-камерой. После сканирования компьютер создаёт двухмерное или трёхмерное изображение активности, происходящей в органе или ткани[9]. Идея ПЭТ-сканирования была впервые предложена Уильямом Свитом в 1950-х годах, но первый ПЭТ-сканер всего тела был разработан только в 1974 году Майклом Фелпом[10].

ПЭТ-сканирование всего тела взрослой женщины.

Аналогичным образом, однофотонная эмиссионная компьютерная томография, или ОФЭКТ-сканирование, также работает путём сканирования трассера внутри пациента. Однако разница заключается в том, что ОФЭКТ непосредственно сканирует гамма-лучи от места прикрепления трассера, а не позитроны, которые сканирует ПЭТ. В результате изображения, получаемые при ОФЭКТ-сканировании, не так чёткие, как при ПЭТ-сканировании, но эта процедура, как правило, дешевле[11]. ОФЭКТ был разработан Дэвидом Кулом в 1950-х годах. Кул также помог заложить основу для ПЭТ-сканирования[12].

Магнитоэнцефалография[править]

Магнитоэнцефалография (МЭГ) — метод, который позволяет обнаруживать области активности в головном мозге путём регистрации больших групп заряжённых ионов, перемещающихся через клетки[13]. Первоначально этот метод был разработан физиком Дэвидом Коэном в начале 1970-х годов как неинвазивная процедура[14]. Чтобы сделать процедуру неинвазивной, МЭГ был разработан в виде гигантского шлема, в который пациент помещал голову, и после включения устройство считывало электромагнитные импульсы, исходящие от его мозга. Позже, в 1972 году, Коэн изобрёл СКВИД (сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство), которое дало МЭГ возможность обнаруживать чрезвычайно малые изменения ионов и магнитных полей в мозге[15].

Устройство МЭГ с пациентом.

Ксеноновая компьютерная томография[править]

Ксеноновая компьютерная томография — это современная техника сканирования, которая показывает кровоток в областях мозга. Сканирование проверяет наличие постоянного и достаточного кровотока во всех областях мозга, предлагая пациентам вдохнуть ксеноновый газ, контрастное вещество, чтобы показать области с высоким и низким кровотоком. Хотя в процессе разработки компьютерной томографии было проведено много пробных сканирований и тестов, британский биомедицинский инженер Годфри Хаунсфилд является основателем этой техники и изобретателем первого компьютерного томографа в 1967 году, за что в 1979 году он получил Нобелевскую премию. Однако внедрение сканеров в США произошло только шесть лет спустя, в 1973 году. Несмотря на это, компьютерный томограф уже заранее завоевал заметную репутацию и популярность.

Годфри Хаунсфилд, изобретатель первого компьютерного томографа

Магнитно-резонансная томография[править]

Вскоре после первоначальной разработки КТ была разработана магнитно-резонансная томография (МРТ или МР-сканирование). Вместо ионизирующего или рентгеновского излучения МРТ использует изменения сигналов, производимых протонами в организме, когда голова помещается в сильное магнитное поле. С ранним применением этой базовой технологии на человеческом теле связаны имена Джексона (в 1968 году), Дамадьяна (в 1972 году) и Абе и Пола Лотербура (в 1973 году). Лотербур и сэр Питер Мэнсфилд были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине 2003 года за свои открытия в области МРТ. Сначала от внедрения МРТ больше выиграла структурная визуализация, чем функциональная. В 1980-е годы произошёл настоящий взрыв технических усовершенствований и диагностических применений МРТ, что позволило даже начинающим неврологам диагностировать патологии головного мозга, которые ещё десятилетие или два назад были бы труднообъяснимыми или невозможными для демонстрации на живом человеке[16].

Примечания[править]

  1. ↑ Мельников Александр Александрович, Климова Наталья Валерьевна, Воронкова Кира Владимировна История и эволюция методов нейровизуализации в эпилептологии // Вестник СурГУ. Медицина. — 2024. — № 1. — DOI:10.35266/2949-3447-2024-1-2
  2. ↑ Успехи физиологических наук. T. 52, Номер 4, 2021. sciencejournals.ru. Проверено 16 августа 2025.
  3. ↑ 3,0 3,1 Weighing brain activity with the balance: Angelo Mosso's original manuscripts come to light. academic.oup.com. Проверено 11 октября 2023.
  4. ↑ Fundamentals of Human Neuropsychology. BrainMaster Technologies (1980). Проверено 11 октября 2023.
  5. ↑ Lankford, Harvey V. Dull Brains, Mountaineers, and Mosso: Hypoxic Words from on High. ResearchGate (September 2015). Проверено 11 октября 2023.
  6. ↑ 6,0 6,1 History of Neuroimaging | The American Society of Neuroimaging. www.asnweb.org. Проверено 4 октября 2023.
  7. ↑ 7,0 7,1 Shorvon, Simon D. (March 2009). «A history of neuroimaging in epilepsy 1909–2009» (en). Epilepsia 50 (s3): 39–49. DOI:10.1111/j.1528-1167.2009.02038.x. ISSN 0013-9580. PMID 19298431.
  8. ↑ (2014) «António Egas Moniz (1874–1955): Lobotomy pioneer and Nobel laureate». Singapore Medical Journal 55 (4): 175–176. DOI:10.11622/smedj.2014048. PMID 24763831.
  9. ↑ Positron Emission Tomography (PET) - Health Encyclopedia - University of Rochester Medical Center. www.urmc.rochester.edu. Проверено 21 октября 2023.
  10. ↑ Radiation in Biology and Medicine: Positron Emission Tomography англ.. Chemistry LibreTexts (2013-10-02). Проверено 21 октября 2023.
  11. ↑ SPECT | Radiology | U of U School of Medicine (en-US). medicine.utah.edu (2021-11-10). Проверено 21 октября 2023.
  12. ↑ Read "Advancing Nuclear Medicine Through Innovation" at NAP.edu. — ISBN 978-0-309-11067-9.
  13. ↑ Walla, Peter (2011-11-30), «Non-Conscious Brain Processes Revealed by Magnetoencephalography (MEG)», InTech, ISBN 978-953-307-255-5, doi:10.5772/28211, <http://dx.doi.org/10.5772/28211>. Проверено 6 октября 2023. 
  14. ↑ The David Cohen MEG Laboratory (en-US). Проверено 10 октября 2023.
  15. ↑ kle MEG matters (en-US). MIT McGovern Institute (2014-09-08). Проверено 6 октября 2023.
  16. ↑ Filler AG (2009). «The history, development, and impact of computed imaging in neurological diagnosis and neurosurgery: CT, MRI, DTI». Nature Precedings. DOI:10.1038/npre.2009.3267.4.

Литература[править]

  • Sandrone Stefano (2014). «Weighing brain activity with the balance: Angelo Mosso's original manuscripts come to light». Brain 137 (2): 621–633. DOI:10.1093/brain/awt091. PMID 23687118.
  • Beaumont, J. Graham. Introduction to Neuropsychology. New York: The Guilford Press, 1983. 314 pages.
  • Changeux, Jean-Pierre. Neuronal Man: The Biology of Mind. New York: Oxford University Press, 1985. 348 pages.
  • Donoghue, John P. «Connecting Cortex to Machines: Recent Advance in Brain Interfaces.»
  • Hook, C. Christopher. «The Techno Sapiens are Coming.»
  • Jeeves, Malcolm. Mind Fields: Reflections on the Science of Mind and Brain. Grand Rapids, MI: Baker Books, 1994. 141 pages.
  • Johnson, Keith A. «Neuroimaging Primer.» Leventon, Michael. «Transcranial Magnetic Stimulation.» In association with MIT AI Lab.
  • Lister, Richard G. and Herbert J. Weingartner. Perspectives on Cognitive Neuroscience. New York: Oxford University Press, 1991. 508 pages.
  • Mattson, James and Merrill Simon. The Pioneers of NMR and Magnetic Resonance in Medicine. United States: Dean Books Company, 1996. 838 pages.
  • Nilsson, Lars-Goran and Hans J. Markowitsch. Cognitive Neuroscience of Memory. Seattle: Hogrefe & Huber Publishers, 1999. 307 pages.
  • Norman, Donald A. Perspectives on Cognitive Science. New Jersey: Ablex Publishing Corporation, 1981. 303 pages.
  • (1998) «Visual Hemifield Mapping Using Transcranial Magnetic Stimulation Coregistered with Cortical Surfaces Derived from Magnetic Resonance Images». Journal of Clinical Neurophysiology 15 (4): 344–350. DOI:10.1097/00004691-199807000-00006. PMID 9736468.
  • Preuss, Paul. «Detection at a Distance for More Sensitive MRI.» Архивировано из первоисточника 16 July 2012.
  • Rapp, Brenda. The Handbook of Cognitive Neuropsychology. Ann Arbor, MI: Psychology Press, 2001. 652 pages.
  • Romain, Gabe. «Brain Imaging Breakthrough for Alzheimer s.» Last edited 1/23/2004.
  • Schulder, Michael. «Functional Image-Guided Surgery for Brain Tumors.»
  • Sheffield Hallam University, School of Science and Mathematics. «Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy.» Архивировано из первоисточника 9 December 2004.
  • Shorey, Jamie. «Foundations of fMRI.»
  • Swiercinsky, Dennis P. «Brain Forensics.» Last edited 7/11/01.
  • Thompson, Paul. «UCLA Researchers Map Brain Growth in Four Dimensions, Revealing Stage-Specific Growth Patterns in Children.»
  • Thompson, Paul M. «Bioinformatics and Brain Imaging: Recent Advances and Neuroscience Applications.»
  • Zwillich, Todd. «Brain Scan Technology Poised to Play Policy Roll.»

Шаблон:История медицины

Рувики

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «История нейровизуализации», расположенная по адресу:

—«https://ru.ruwiki.ru/wiki/История_нейровизуализации»

Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий.

Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».

Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=История_нейровизуализации&oldid=2422062