Neurosnimanje je upotreba kvantitativnih (računarskih) tehnika za proučavanje neuroanatomske strukture i funkcije centralnog nervnog sistema, razvijene kao objektivan način naučnog proučavanja zdravog ljudskog mozga na neinvazivan način. Sve se više koristi i za kvantitativna istraživanja bolesti mozga i psihijatrijskih bolesti. Neurosnimanje je visoko multidisciplinarna grana koja uključuje neuronauku, računarstvo, psihologiju i statistiku i nije medicinska specijalnost. Neurosnimanje se ponekad miješa s neuroradiologijom.
Neuroradiologija je medicinska specijalnost koja koristi nestatističko snimanje mozga u kliničkom okruženju, koju prakticiraju radiolozi koji su ljekari. Neuroradiologija se prvenstveno fokusira na prepoznavanje moždanih lezija, kao što su vaskularne bolesti, moždani udari, tumori i upalne bolesti. Za razliku od neurosnimanja, neuroradiologija je kvalitativna (zasnovana na subjektivnim utiscima i opsežnoj kliničkoj obuci), ali ponekad koristi osnovne kvantitativne metode. Tehnike funkcionalnog snimanja mozga, kao što je funkcionalna magnetna rezonanca (fMRI), uobičajene su u neurosnimanju, ali se rijetko koriste u neuroradiologiji. Neurosnimanje se dijeli u dvije široke kategorije: Strukturno snimanje, koje se koristi za kvantifikaciju strukture mozga korištenjem npr. morfometrije zasnovane na vokselima. Funkcionalno snimanje, koje se koristi za proučavanje funkcije mozga, često korištenjem fMRI i drugih tehnika kao što su PET i MEG (vidi dolje).
Historija
thumb|Strukturna magnetna rezonanca (strukturna MRI) glave, od vrha do baze lobanje Prvo poglavlje historije neurosnimanja seže do italijanskog neuroznanstvenika Angela Mossa koji je izumio 'ravnotežu ljudske cirkulacije', koja je mogla neinvazivno mjeriti preraspodjelu krvi tokom emocijske i intelektualne aktivnosti.
U 1918., Američki neurohirurg Walter Dandy uveo je tehniku ventrikulografije. Rendgenske slike ventrikularnog sistema unutar mozga dobijene su ubrizgavanjem filtriranog zraka direktno u jednu ili obje lateralne komore mozga. Dandy je također primijetio da zrak unesen u subarahnoidni prostor putem lumbalne spinalne punkcije može ući u moždane komore i također prikazati odjeljke cerebrospinalne tekućine oko baze mozga i preko njegove površine. Ova tehnika je nazvana pneumoencefalografija.
Godine 1927., Egas Moniz uveo je cerebralnu angiografiju, pomoću koje su se i normalni i abnormalni krvni sudovi u i oko mozga mogli vizualizirati s velikom preciznošću.
Početkom 1970-ih, Allan McLeod Cormack i Godfrey Newbold Hounsfield uveli su kompjuteriziranu aksijalnu tomografiju (CAT ili CT skeniranje), te su sve detaljnije anatomske slike mozga postale dostupne u dijagnostičke i istraživačke svrhe. Cormack i Hounsfield su za svoj rad 1979. godine osvojili Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu. Ubrzo nakon uvođenja CAT-a početkom 1980-ih, razvoj radioliganda omogućio je jednofotonsku emisionu kompjuteriziranu tomografiju (SPECT) i pozitronsku emisionu tomografiju (PET) mozga.
Manje-više istovremeno, istraživači, uključujući Petera Mansfielda i Paula Lauterbura, koji su 2003. godine dobili Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu, razvili su magnetnu rezonancu (MRI ili MR skeniranje). Početkom 1980-ih MRI je uveden u kliničku praksu, a tokom 1980-ih dogodila se prava eksplozija tehničkih usavršavanja i dijagnostičkih MR primjena. Naučnici su ubrzo saznali da se velike promjene protoka krvi mjerene PET-om mogu snimiti i ispravnom vrstom MRI. Funkcionalna magnetna rezonanca (fMRI) je rođena i od 1990-ih, fMRI je dominirala u oblasti mapiranja mozga zbog svoje niske invazivnosti, nedostatka izloženosti zračenju i relativno široke dostupnosti.
Početkom 2000-ih, oblast neurosnimanja dostigla je fazu u kojoj su ograničene praktične primjene funkcionalnog snimanja mozga postale izvodljive. Glavno područje primjene su grubi oblici interfejsa mozak-računar.
Svjetski rekord u prostornoj rezoluciji MRI slike cijelog mozga bio je volumen (slika) od 100 mikrometara postignut 2019. godine. Akvizicija uzorka trajala je oko 100 sati. Prostorni svjetski rekord za cijeli ljudski mozak bilo kojim metodom bio je rendgenski tomografski snimak izveden u ESRF-u (Evropskom postrojenju za sinhrotronsko zračenje), koji je imao rezoluciju od oko 25 mikrona i trajao je oko 22 sata. Ovaj snimak bio je dio atlasa ljudskih organa koji sadrži rendgenske tomografske snimke drugih organa u ljudskom tijelu s istom rezolucijom.
Ključna ideja za magnetnu rezonancu je da se vektor neto magnetizacije može pomicati izlaganjem spin sistema energiji frekvencije jednake energetskoj razlici između spinskih stanja (npr. radiofrekventnim impulsom). Ako se sistemu dostavi dovoljno energije, moguće je učiniti vektor neto magnetizacije ortogonalnim u odnosu na vektor vanjskog magnetnog polja.
Indikacije Neuroradiologija često slijedi nakon neurološkog pregleda u kojem je ljekar pronašao razlog za detaljnije istraživanje pacijenta koji ima ili može imati neurvni poremećaj.
Uobičajene kliničke indikacije za neurosnimanje uključuju traumu glave, simptome slične moždanom udaru, npr.: iznenadna slabost/utrnulost u jednoj polovini tijela, poteškoće s govorom ili hodanjem; napadi, iznenadna pojava jake glavobolje, iznenadna promjena nivoa svijesti iz nejasnih razloga.
Druga indikacija za neuroradiologiju je CT, MRI i PET-vođena stereotaktička hirurgija ili radiohirurgija za liječenje intrakranijalnih tumora, arteriovenskih malformacija i drugih hirurški izlječivih stanja.
Jedan od češćih neuroloških problema koje osoba može iskusiti je jednostavna sinkopa., which cites
U slučajevima jednostavne sinkope u kojoj pacijentova anamneza ne ukazuje na druge neurološke simptome, dijagnoza uključuje neurološki pregled, ali rutinsko neurološko snimanje nije indicirano jer je vjerovatnoća pronalaska uzroka u centralnom nervnom sistemu izuzetno mala i pacijent vjerovatno neće imati koristi od postupka.
Neuroradiologija nije indicirana za pacijente sa stabilnim glavoboljama koje su dijagnosticirane kao migrena., koji citiraju
Studies indicate that presence of migraine does not increase a patient's risk for intracranial disease. Dijagnoza migrene koja ukazuje na odsustvo drugih problema, poput papiledema, ne bi ukazivala na potrebu za radiološkim istraživanjima. Tokom provođenja pažljive dijagnoze, ljekar treba razmotriti da li glavobolja ima uzrok osim migrene i da li bi mogla biti potrebna radiološka istraživanja.
Tehnike snimanja mozga
Kompjuterizovana aksijalna tomografija
Kompjuterizovana tomografija (CT) ili Kompjuterizovana aksijalna tomografija (CAT) skeniranje koristi seriju rengenska kristalografijarendgenskih snimaka glave snimljenih iz mnogo različitih pravaca. CT skeniranje, koje se obično koristi za brzi pregled povreda mozga, koristi kompjuterski program koji izvodi numerički integralni proračun (inverzna Radonova transformacija) na izmjerenoj seriji rendgenskih snimaka kako bi se procijenilo koliko se rendgenskog snopa apsorbuje u malom volumenu mozga. Informacije se obično prikazuju kao poprečni presjeci mozga.
Magnetna rezonanca
right|thumbnail|Sagittal MRI presjek na srednjoj liniji Magnetna rezonanca (MRI) koristi magnetna polja i radio talase za dobijanje visokokvalitetnih dvodimenzijskih ili trodimenzijskih slika moždanih struktura bez upotrebe jonizujućeg zračenja (X-zraka) ili radioaktivnih trasera.
Rekord za najveću prostornu rezoluciju cijelog intaktnog mozga (postmortem) je 100 mikrona, iz Opće bolnice Massachusetts. Podaci su objavljeni u Scientific Data 30. oktobra 2019. godine.
Pozitronska emisiona tomografija Pozitronska emisiona tomografija (PET) i pozitronska emisiona tomografija mozga mjere emisije radioaktivno obilježenih metabolički aktivnih hemikalija koje su ubrizgane u krvotok. Podaci o emisiji se računarski obrađuju kako bi se dobile dvodimenzijske ili trodimenzijske slike distribucije hemikalija u mozgu. Pozitroni koji emituju radioizotope koji se koriste proizvode se ciklotronom, a hemikalije se označavaju ovim radioaktivnim atomima. Označeni spoj, nazvan "radiotraser", ubrizgava se u krvotok i na kraju stiže do mozga. Senzori u PET skeneru detektuju radioaktivnost dok se spoj akumulira u različitim regijama mozga. Računar koristi podatke koje su prikupili senzori za stvaranje višebojnih dvodimenzijskih ili trodimenzijskih slika koje pokazuju gdje spoj djeluje u mozgu. Posebno su korisni širok spektar liganada koji se koriste za mapiranje različitih aspekata aktivnosti neurotransmitera, pri čemu je daleko najčešće korišteni PET traser označeni oblik glukoze (vidi Fludeoksiglukoza (18F) (FDG)).
Najveća korist od PET skeniranja je što različiti spojevi mogu prikazati protok krvi i kisik i glukozni metabolizam u tkivima radnog mozga. Ova mjerenja odražavaju količinu moždane aktivnosti u različitim regijama mozga i omogućavaju da se sazna više o tome kako mozak funkcioniše. PET skeniranje je bilo superiornije u odnosu na sve ostale metode metaboličkog snimanja u smislu rezolucije i brzine završetka (samo 30 sekundi) kada je prvi put postalo dostupno. Poboljšana rezolucija omogućila je bolje proučavanje područja mozga aktiviranog određenim zadatkom. Najveći nedostatak PET skeniranja je taj što je, zbog brzog opadanja radioaktivnosti, ograničeno na praćenje kratkih zadataka. Prije pojave fMRI tehnologije, PET skeniranje je bila preferirana metoda funkcionalnog (za razliku od strukturnog) snimanja mozga i nastavlja da daje veliki doprinos neuroznanosti.
PET skeniranje se također koristi za dijagnosticiranje bolesti mozga, a najznačajniji su tumori mozga, epilepsija i bolesti koje oštećuju neurone i uzrokuju demenciju (poput Alzheimerove bolesti), a sve one uzrokuju velike promjene u metabolizmu mozga, što zauzvrat uzrokuje lako uočljive promjene na PET snimcima. PET je vjerovatno najkorisniji u ranim slučajevima određenih demencija (klasični primjeri su Alzheimerova bolest i Pickova bolest) gdje je rano oštećenje previše difuzno i ne pravi veliku razliku u volumenu i bruto strukturi mozga da bi dovoljno promijenilo CT i standardne MRI snimke kako bi se pouzdano razlikovalo od "normalnog" raspona kortikalne atrofije koja se javlja sa starenjem (kod mnogih, ali ne svih) osoba, a koja "ne" uzrokuje kliničku demenciju.
FDG-PET skeniranje se također često koristi u procjeni pacijenata s epilepsijom koji i dalje imaju napade uprkos adekvatnom medicinskom tretmanu. Kod fokalne epilepsije, gdje napadi počinju u malom dijelu mozga prije nego što se prošire na druga mjesta, to je jedna od mnogih modaliteta koji se koriste za identifikaciju regije mozga odgovorne za početak napada. Tipično, područje mozga gdje napadi počinju je disfunkcionalno čak i kada pacijent nema napad i unose manje glukoze, stoga i manje FDG u poređenju sa zdravim regijama mozga.. Ove informacije mogu pomoći u planiranju operacije epilepsije kao tretmana za epilepsiju otpornu na lijekove.
Drugi radiotraseri su također korišteni za identifikaciju područja početka napadaja, iako nisu komercijalno dostupni za kliničku upotrebu. To uključuje 11C-flumazenil, 11C-alfa-metil-L-triptofan, 11C-metionin, 11C-cerfentanil.
Jednofotonska emisiona kompjuterizovana tomografija