7. Neurozobrazovací metody
princíp DTI
- difúzne zobrazovanie - vizualizácia a meranie pohybu molekúl H2O, bielej hmoty - využíva gradienty MP v rôznych smeroch k meraniu difúzie - dá sa tým zistiť akým smerom sa molekuly pohybujú najrýchlejšie - výsledok = tenzory (popisujú smer a rýchlosť difúzie v každom bode zobrazenia) - konektom = komplexná mapa neuronálnych spojení v mozgu
princíp SPECT
- podobný princíp ako PET, ale využívajú sa radioaktívne izotopy, ktorých pozitrony emitujú jednofotónovú radiáciu - Xe-133, Technetium-99 - na detekciu sa používajú gama kamery (scintilačné kamery) ktoré sa točia okolo pacienta
iontoforéza
- technika, kt. využíva el. prúd k presunu iónov a ich molekúl cez biologické membrány - v praxi sa využíva napr. pri lokálnom podaní liečiv a neurotransmiterov priamo do špecifickej oblasti mozgu
princíp PET s receptorovými ligandami
- vizualizácia a kvantifikácia receptorov v mozgu - meranie a vizualizácia biochemických procesov in vivo - hodnotenie farmakokinetiky a dynamiky nových liečiv v závislosti ich schopnosti viazania na špecifické receptory a dosiahnutia cieľového miesta - detekcia špecifických proteínov ako napr. Abeta alebo Tau = väzba radiofarmak na amyloidné plaky alebo Tau vlákna
princíp CT
- využíva RTG žiarenie a tvorí priečne snímky tela - rôzne tkanivá absorbujú RTG rôzne = radiologická hustota/atenuace - RTG trubica a detektory rotujú okolo pacienta - snímka jedného tkaniva z viacerych pohľadov - data zo skenerov rekonštruujú 2D obraz = tomografická rekonštrukcia
pozitron
- častica s rovnakou molekulovou hmotnosťou ako elektrón ale s opačným nábojom - vzniká pri radioaktívnom rozpade jadier - keď sa pozitron stretne s elektrónom = anihilácia = poz. aj e- sa konvertijú na fotóny = uvoľnenie E
delta rytmus EEG
0,5-4Hz variabilná oblasť ospalosť a bdenie
význam neurozobrazovacích metód
1. Štruktúra a funkcia 2. Diagnostika 3. Výzkum 4. Liečba
typy neurozobrazovacích metód
1. štrukturálne 2. funkčné 3. chemické a molekulárne 4. difúzne
beta rytmus EEG
18-30Hz frontálna oblasť bdenie, motorický kľud
aký izotop sa používa najčastejšie pre PET?
18F-deoxyglukóza - je vstrebávana neurónami ale nie je metabolizovaná - úroveň nahromadenej 18F-deoxyglukózy určuje mieru glukózového metabolizmu v bunke
gama rytmus EEG
30-50Hz frontálna oblasť bdenie
theta rytmus EEG
5-7Hz frontálna a temporálna oblasť vzrušenie a stres
alfa rytmus EEG
8-12Hz okcipitálna a parietálna oblasť bdenie, relaxácia
princíp fMRI
BOLD (blood oxygen level detection) - zmeny v pomere oxyhemoglobin/deoxyhemoglobin - ich hladiny sa menia bežne zmenov krvného V, toku, metabolizmu, perfuzie oxyhemoglobín = dimagnetický = nespôsobuje lokálne zmeny v MP deoxyhemoglobín = paramagnetický = spôsobuje lokálne zmeny v MP a MRI ho dokáže detekovať - aktívna oblasť mozgu - viac krvi, prekysličenie - zmena pomeru OHb/dOHb
2 časy v procese relaxácie H+
T1 (spin-mřížková relaxace, longitudální) - čas, kým sa H+ vrátia do pôvodného E stavu, ovplyvnený interakciou medzi ostatnými H+ a prostredím T2 (spin-spinová relaxace) - čas, kým H+ stratia fázovú koherenciu medzi sebou, ovplynený interakciami medzi samotnými H+
pohyb molekúl vody v bielej hmote
anizotropný (uľahčený alebo obmedzený napr. axónami neurónov) - neni rovnako pravdepodobný vo všetkých smeroch
princíp PET
pozitronová emisná tomografia = vizualizácia metabolických a biochem. procesov v tele - použitie radiofarmak (napr. glukóza) označených radioaktívnym izotopom (F-18) - emitujú pozitrony - ozančené radiofarmaká sú vpustené do krvného obehu - zobrazovanie regionálnych zmien v prietoku krvi a metabolizme glukózy v rôznych oblastiach v mozgu - pozitron stretne elektron - emisia 2 gama fotónov do presne opačných smerov - detekcia pomocou kryštálových fotonásobičov - výsledok = 3D obraz
precesia
rotácia protónu okolo osi MP do kuželu
EEG a technologický vývoj
v budúcnosti možnosť ovládania počítača len pomocou. myšlienok
využitie fMRI
štúdium kognitívnych funkcii - pamäť, jazyk, rozhodovanie...
princíp MRS
- MR spektroskopia - meria koncentrácie rôznych molekúl v mozgu - miesto vytvárania obrazov ako MR, meria chemické zloženie tkanív - študovanie metabolických zmien v tkanivách - každá molekula má špecifickú rezonančnú frekvenciu ktorú MRS detekuje - energia uvoľňovaná pri relaxácii molekuly je prevádzana na spektrum kde sa molekuly dajú identifikovať
princíp MRI
- atóm H = jeden protón v jadre ktorý sa vďaka svojmu spinu správa ako malý magnet - má mag. moment - v bežnom stave sú protóny H orientované náhodne a ich mag. p. sa vzájomne rušia = nízkoenergetický stav = žiadne elektormagnetické vlny - telo vložené do magnetického pola = všetky protóny sa orientujú do jedného smeru - po smere pola = nízkoenergetický stav - proti smeru pola = vysokoenergetický stav - nie sú s polom zarovnané úplne = precesujú - do tohto pola sa vpustí krátky budiaci impulz EM pola (frek. zhodná s precesiou) = vyosenie H+ - po ukončení budiaceho impulzu sa H+ vracajú späť do smeru pôvodného MP (nízkoenergetický stav) = vyžiarenie E
príklad difúzneho neurozobrazovania
DTI (MR zobrazenie tenzorov difúzie) - cesty bielej hmoty v mozgu
atómy v tele vhodné pre MRI
H - najviac C-13 P-31 N-15
príklady chemického a molekulárneho neurozobrazovania
MR spektroskopia PET s receptorovými ligandmi
príklady štrukturálneho neurozobrazovania
MRI (magnetická rezonancia) CT (počítačová tomografia)
princíp EEG
elektroencefalografia - elektródy umiestnené na povrchu hlavy - zachytáva elektrické potenciály neurónov, hlavne v pyramídových bunkách mozgovej kôry - analýza signálov z hladiska frekvencie, amlitúdy, fázy - el. signály rozdelené do niekoľko frekvenčných pásiem (delta, theta, alfa, beta, gama)
príklady funkčného neurozobrazovania
fMRI (funkčná MR) PET (pozitronová emisná tomografia) SPECT (single photon emission computed tomography) MEG (magnetoencefalografie) EEG (elektroencefalografie)
Elektrokortikogram ECoG
intrakraniálny EEG - elektródy priamo na povrchu mozgu
konektom
komplexná mapa neuronálnych spojení v mozgu - vytvára sa pomocou DTI
princíp MEG
magnetoencefalografia - neinvazívna metóda - zobrazovanie magnetických polí generovaných elektrickou aktivitou mozgu - mapovanie funkčných oblastí mozgu - elektrické signály neurónov = slabé MP - detekcia pomocou prístrojov SQUID v supravodivom stave (zabezpečuje sa kvapalným He, ktorý ich chladí na teplotu blízku absolútnej 0)
