Nörogörüntüleme, merkezi sinir sisteminin yapısını ve işlevini araştırmak için niceliksel (hesaplamalı) metodolojilerin uygulanmasını kapsar. Bu alan, sağlıklı insan beyninin invazif olmayan bilimsel incelemesi için objektif bir yaklaşım olarak ortaya çıktı. Beyin hastalıkları ve psikiyatrik bozukluklarla ilgili niceliksel araştırma çalışmalarında da giderek artan bir şekilde kullanılmaktadır. Nörogörüntüleme doğası gereği multidisiplinerdir; nörobilim, bilgisayar bilimi, psikoloji ve istatistik ilkelerini bütünleştirir ve tıbbi bir uzmanlık oluşturmaz.
Nörogörüntüleme zaman zaman nöroradyoloji ile birleştirilir. Farklı bir tıbbi uzmanlık alanı olan nöroradyoloji, tıbbi radyologlar tarafından uygulanan, klinik bağlamda istatistiksel olmayan beyin görüntülemeyi kullanır. Birincil odak noktası, vasküler patolojiler, felçler, tümörler ve inflamatuar durumlar dahil olmak üzere beyin lezyonlarının tanımlanmasıdır. Nörogörüntülemenin niceliksel vurgusunun aksine, nöroradyoloji ağırlıklı olarak nitelikseldir; öznel yorumlara ve kapsamlı klinik uzmanlığa dayanır, ancak temel niceliksel teknikleri de kapsayabilir. Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) gibi fonksiyonel beyin görüntüleme yöntemleri nörogörüntülemede yaygındır ancak nöroradyolojide nadiren kullanılır.
Nörogörüntüleme genel olarak iki ana türe ayrılır: yapısal ve fonksiyonel nörogörüntüleme. Yapısal nörogörüntüleme, beynin yapısal MRI ve voksel bazlı morfometri ile örneklenen ayrıntılı anatomik görüntülerini ölçmek ve oluşturmak için kullanılır. Fonksiyonel nörogörüntüleme ise bunun tersine, beyin fonksiyonlarını araştırmak için sıklıkla fMRI, pozitron emisyon tomografisi (PET) ve manyetoensefalografi (MEG) gibi teknikler kullanılarak uygulanır.
Tarihsel Gelişim
Nörogörüntülemenin temel kökenleri, 'insan dolaşım dengesini' geliştiren İtalyan sinir bilimci Angelo Mosso'ya kadar izlenebilir. Bu cihaz, duygusal ve entelektüel etkileşim dönemlerinde kanın yeniden dağılımının invazif olmayan bir şekilde ölçülmesini mümkün kıldı.
1918'de Amerikalı beyin cerrahı Walter Dandy, beynin ventriküler sisteminin X-ışını görüntülerini elde etmek için filtrelenmiş havanın doğrudan bir veya her iki yan ventriküle enjeksiyonunu içeren bir teknik olan ventrikülografiyi tanıttı. Dandy daha sonra lomber spinal ponksiyon yoluyla subaraknoid boşluğa verilen havanın serebral ventriküllere erişebildiğini ve beynin tabanını ve yüzeyini çevreleyen beyin omurilik sıvısı bölmelerini tanımlayabildiğini gözlemledi. Bu yöntem daha sonra pnömoensefalografi olarak adlandırıldı.
1927'de Egas Moniz, beyin içindeki ve çevresindeki hem normal hem de anormal kan damarlarının hassas bir şekilde görüntülenmesine olanak tanıyan serebral anjiyografiye öncülük etti.
1970'lerin başında, Allan McLeod Cormack ve Godfrey Newbold Hounsfield, artık bilgisayarlı tomografi (BT taraması) olarak bilinen bilgisayarlı aksiyal tomografiyi (CAT taraması) tanıttı. Bu yenilik, hem teşhis hem de araştırma uygulamaları için giderek daha ayrıntılı anatomik beyin görüntülerinin elde edilmesini kolaylaştırdı. Cormack ve Hounsfield, katkılarından dolayı 1979 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'nü ortaklaşa aldılar. 1980'lerin başında CAT'nin ortaya çıkmasının ardından, radyoligandların gelişimi, beyin görüntüleme için tek foton emisyonlu bilgisayarlı tomografinin (SPECT) ve pozitron emisyon tomografisinin (PET) ortaya çıkmasını sağladı.
Aynı zamanda, manyetik rezonans görüntüleme (MRI veya MR taraması), aralarında 2003 yılında Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü alan Peter Mansfield ve Paul Lauterbur'un da bulunduğu araştırmacılar tarafından geliştirildi. 1980'lerin başında klinik olarak kullanılmaya başlandı ve bu on yıl boyunca teknik iyileştirmelerde ve tanısal MR uygulamalarında önemli ilerlemelere yol açtı. PET tarafından tespit edilebilen önemli kan akışı değişikliklerinin spesifik MRI teknikleri kullanılarak da görüntülenebileceği ve böylece fonksiyonel manyetik rezonans görüntülemenin (fMRI) geliştirilmesine yol açabileceği kısa sürede anlaşıldı. 1990'lardan beri fMRI minimal invazivliği, radyasyona maruz kalmaması ve nispeten yaygın kullanılabilirliği nedeniyle beyin haritalamasında baskın bir yöntem haline geldi.
2000'li yılların başında, nörogörüntüleme alanı, işlevsel beyin görüntülemenin sınırlı pratik uygulamalarının geçerli hale geldiği bir noktaya ilerledi. Başlıca uygulama alanı, beyin-bilgisayar arayüzlerinin ilkel biçimlerini içeriyordu.
100 mikrometrelik bir hacmi ölçen tüm beyin MRI görüntüsünde uzamsal çözünürlük açısından dünya rekoru, numune alımının yaklaşık 100 saat sürmesiyle 2019 yılında kırıldı. Görüntüleme yönteminden bağımsız olarak tam bir insan beyni için genel mekansal çözünürlük kaydı, Avrupa Sinkrotron Radyasyon Tesisi'nde (ESRF) gerçekleştirilen bir X-ışını tomografi taramasıyla elde edildi ve 22 saatlik bir süre boyunca yaklaşık 25 mikrometrelik bir çözünürlük elde edildi. Bu özel tarama, eşdeğer çözünürlükte diğer çeşitli insan organlarının X-ışını tomografi taramalarını içeren daha geniş bir insan organ atlasına katkıda bulunmuştur.
Manyetik rezonans görüntülemenin altında yatan temel prensip, spin sistemine enerji uygulanması yoluyla net mıknatıslanma vektörünün manipülasyonunu içerir. Tipik olarak bir radyo frekansı darbesi yoluyla iletilen bu enerjinin, dönüş durumları arasındaki enerji farkına tam olarak uyan bir frekansa sahip olması gerekir. Sisteme yeterli enerji girişi, net mıknatıslanma vektörünün yeniden yönlendirilmesine olanak tanır ve onu hakim dış manyetik alana dik hale getirir.
Göstergeler
Bir klinisyen, nörolojik bir durumla başvuran veya nörolojik bir durum olduğundan şüphelenilen bir hasta hakkında daha fazla araştırma yapılmasına yönelik gerekçeleri belirlediğinde nöroradyolojik değerlendirme sıklıkla nörolojik muayenenin ardından gelir.
Nörogörüntüleme için yaygın klinik endikasyonlar arasında kafa travması, felç benzeri semptomlar (ör. akut hemiparezi veya hemianestezi, disfazi veya yürüme bozuklukları), nöbetler, ani başlayan şiddetli baş ağrısı ve düzeyde açıklanamayan akut değişiklikler yer alır. bilinç.
Nöroradyoloji aynı zamanda intrakraniyal tümörlerin, arteriyovenöz malformasyonların ve cerrahi olarak tedavi edilebilir diğer patolojilerin tedavisinde kullanılan BT, MRI ve PET kılavuzluğunda stereotaktik cerrahi veya radyocerrahide de önemli bir bileşen olarak hizmet eder.
Basit senkop, sıklıkla karşılaşılan bir nörolojik tabloyu temsil eder. Hastanın tıbbi geçmişinin ek nörolojik semptomlara işaret etmediği basit senkop vakalarında nörolojik muayene tanı sürecinin bir parçasıdır; ancak rutin nörogörüntüleme genellikle dayanaksızdır. Bunun nedeni, merkezi sinir sistemi etiyolojisini belirleme olasılığının son derece düşük olması ve böyle bir prosedürden beklenen minimum hasta faydasıdır.
Migren olarak teşhis edilen stabil baş ağrıları yaşayan hastalar için nöroradyolojik değerlendirme genellikle endike değildir. Araştırmalar, yalnızca migrenin varlığının hastanın intrakraniyal patoloji riskini artırmadığını göstermektedir. Sonuç olarak, özellikle papilödem gibi diğer endişe verici belirtilerin olmadığı durumlarda migren tanısı genellikle radyolojik incelemelerin gerekliliğini ortadan kaldırır. Bununla birlikte, kapsamlı bir tanısal değerlendirme sırasında klinisyenlerin baş ağrısı için radyolojik inceleme gerektirebilecek alternatif etiyolojileri göz önünde bulundurması gerekir.
Beyin görüntüleme teknikleri
Kafanın bilgisayarlı tomografisi
Kafa bilgisayarlı tomografisi (BT taraması), birden fazla açıdan elde edilen bir dizi X-ışını projeksiyonunu kullanır. Öncelikle serebral travmanın hızlı değerlendirilmesi için kullanılan BT taraması, elde edilen X-ışını verileri üzerinde sayısal integral hesaplamaları (özellikle ters Radon dönüşümü) yürüten hesaplamalı algoritmalara dayanır. Bu süreç, X-ışını ışınının ayrı beyin hacimlerindeki zayıflamasını ölçer. Ortaya çıkan veriler genellikle beynin eksenel kesit görüntüleri olarak işlenir.
Manyetik rezonans görüntüleme
Beyin manyetik rezonans görüntüleme (MRI), özellikle iyonlaştırıcı radyasyon (X-ışınları) veya radyoaktif izleyiciler uygulanmadan, beynin ve onun karmaşık yapılarının yüksek çözünürlüklü iki veya üç boyutlu tasvirlerini oluşturmak için manyetik alanlardan ve radyofrekans dalgalarından yararlanır.
Massachusetts Genel Hastanesi'ndeki araştırmacılar tarafından, sağlam bir ölüm sonrası beynin tamamı için 100 mikrometrelik uzaysal çözünürlük kaydı oluşturuldu. Bu bulgular 30 Ekim 2019'da Scientific Data'da yayımlandı.
Pozitron emisyon tomografisi
Pozitron emisyon tomografisi (PET), beyin uygulaması da dahil olmak üzere, kan dolaşımına giren radyoaktif etiketli, metabolik açıdan aktif kimyasallardan kaynaklanan emisyonları ölçer. Bu emisyon verilerinin bilgisayarda işlenmesi, beyindeki kimyasal dağılımını gösteren iki veya üç boyutlu görüntüler üretir. Bir siklotron tarafından üretilen pozitron yayan radyoizotoplar, kimyasalları etiketlemek için kullanılır. Elde edilen ve radyotracer olarak bilinen etiketli bileşik intravenöz olarak enjekte edilir ve ardından beyne ulaşır. PET tarayıcısındaki sensörler, bileşiğin çeşitli serebral bölgelerde birikmesiyle radyoaktiviteyi tespit eder. Daha sonra bir bilgisayar bu sensör verilerini işleyerek bileşiğin beyindeki aktivitesini gösteren çok renkli iki veya üç boyutlu görüntüler oluşturur. Nörotransmiter aktivitesinin farklı yönlerini haritalamak için kullanılan çeşitli ligandlar dizisi özellikle faydalıdır. Glukozun etiketli bir formu olan florodeoksiglukoz (FDG), en sık kullanılan PET izleyiciyi temsil eder.
PET taramasının temel avantajı, aktif beyin dokularındaki kan akışını, oksijen metabolizmasını ve glukoz metabolizmasını görselleştirmek için çeşitli bileşikleri kullanma kapasitesinde yatmaktadır. Bu ölçülebilir ölçümler, farklı serebral bölgelerdeki nöral aktivite düzeyine ilişkin bilgiler sağlar ve böylece beyin fonksiyonunun anlaşılmasını geliştirir. PET taramaları ilk kullanıma sunulduğunda hem çözünürlük hem de çekim hızı açısından diğer tüm metabolik görüntüleme yöntemlerini geride bıraktı ve bazı prosedürler 30 saniye kadar kısa bir sürede tamamlandı. Bu gelişmiş çözünürlük, belirli görevler sırasında etkinleştirilen belirli beyin alanlarına yönelik daha hassas araştırmaları kolaylaştırdı. Tersine, PET taramasının önemli bir sınırlaması, radyoaktivitenin hızlı azalmasından kaynaklanmaktadır ve bu da, uygulamasını kısa süreli görevlerin izlenmesiyle sınırlamaktadır. FMRI teknolojisinin ortaya çıkmasından önce, PET taraması, işlevsel (yapısaldan farklı olarak) beyin görüntüleme için tercih edilen yöntem olarak hizmet ediyordu ve sinir bilimine önemli ölçüde katkıda bulunmaya devam ediyor.
PET taraması ayrıca serebral patolojilerin, özellikle beyin tümörlerinin, epilepsi ve Alzheimer hastalığı gibi demansa yol açan nörodejeneratif durumların teşhisinde de önemli bir rol oynar. Bu hastalıklar, beyin metabolizmasında, PET taramalarıyla kolayca fark edilebilecek önemli değişikliklere neden olur. PET'in Alzheimer ve Pick hastalığı gibi klasik örnekler de dahil olmak üzere bazı demansların erken evrelerinde özellikle değerli olduğu kanıtlanmıştır. Bu durumlarda, başlangıçtaki hasar genellikle çok yaygındır ve beyin hacminde ve kaba yapısında minimal değişikliklere neden olur ve bilgisayarlı tomografi (BT) veya standart manyetik rezonans görüntüleme (MRI) kullanılarak yaşa bağlı kortikal atrofiden (her bireyde olmasa da pek çok kişide meydana gelir ve klinik demansla sonuçlanmaz) güvenilir bir şekilde ayırt edilmeyi zorlaştırır.
FDG-PET taraması, yeterli tedavi almasına rağmen ısrarcı nöbetler yaşayan epilepsi hastalarının değerlendirilmesinde sıklıkla kullanılır. tıbbi tedavi. Yayılmadan önce lokalize bir beyin bölgesinden kaynaklanan nöbetlerle karakterize edilen fokal epilepsi için, FDG-PET, nöbet başlangıcından sorumlu alanı belirlemek için kullanılan çeşitli yöntemlerden biridir. Karakteristik olarak, epileptojenik bölge, interiktal dönemlerde bile disfonksiyon sergiler, bu da sağlıklı serebral bölgelerle karşılaştırıldığında glukoz alımının azaldığını ve sonuç olarak FDG birikiminin azaldığını gösterir. Bu tanısal bilgi, ilaca dirençli epilepsi için terapötik bir seçenek olarak epilepsi cerrahisinin planlanmasında etkilidir.
Klinik uygulama için henüz ticari olarak mevcut olmasalar da, nöbet başlangıç bölgelerini belirlemek için ek radyotraktörler araştırılmıştır. Bunlar arasında 11C-flumazenil, 1§23§C-alfa-metil-L-triptofan, 11C-metiyonin ve 11C-serfentanil
bulunur.Tek foton emisyonlu bilgisayarlı tomografi
Tek foton emisyonlu bilgisayarlı tomografi (SPECT), veri toplamak için gama ışını yayan radyoizotoplar ve bir gama kamerası kullanan pozitron emisyon tomografisi (PET) ile benzerlikler taşır. Daha sonra bir bilgisayar bu verileri işleyerek aktif beyin bölgelerinin iki veya üç boyutlu görüntülerini oluşturur. SPECT, daha sonra yeniden dağıtılmadan beyin tarafından hızla emilen bir radyoaktif izleyicinin veya "SPECT ajanının" enjekte edilmesiyle çalışır. Bu SPECT ajanının alımı 30 ila 60 saniye içinde neredeyse %100 tamamlanır, böylece enjeksiyonun tam anında serebral kan akışını (CBF) yansıtır. Bu özellikler SPECT'i özellikle epilepsi görüntülemesi için uygun kılar; bu alan genellikle hasta hareketi ve nöbet tiplerinin değişken doğası nedeniyle karmaşık hale gelir. SPECT, serebral kan akışının bir "anlık görüntüsünü" etkili bir şekilde yakalar; çünkü taramalar, radyoaktif izleyicinin nöbet olayı sırasında uygulanması koşuluyla nöbetin kesilmesinden sonra gerçekleştirilebilir. SPECT'in kayda değer bir sınırlaması, özellikle manyetik rezonans görüntüleme (MRI) ile karşılaştırıldığında, yaklaşık 1 cm olan nispeten zayıf çözünürlüğüdür. Çağdaş SPECT sistemleri genellikle İkili Dedektör Kafalarını kullanır, ancak Üçlü Dedektör Kafalı makineler de ticari olarak mevcuttur. Öncelikle işlevsel beyin "anlık görüntüleri" için kullanılan tomografik yeniden yapılandırma, insan kafatasının etrafında dönen Dedektör Kafalarından birden fazla projeksiyon yapılmasını gerektirir. Sonuç olarak, bazı araştırmacılar görüntüleme süresini kısaltmak ve çözünürlüğü artırmak için 6 ve 11 Dedektör Başlıklı SPECT makineleri geliştirdiler.
PET'e benzeyen SPECT, demansa yol açan çeşitli hastalık süreçlerini de ayırt edebiliyor ve bu amaçla kullanımı giderek artıyor. Spesifik olarak, I-123 ile işaretlenmiş Isoflupane'in (DaT taraması olarak da bilinir) kullanıldığı SPECT taramaları, Parkinson hastalığını diğer titreme etiyolojilerinden ayırmada değerlidir.
Ayrıca SPECT taraması, ilaca dirençli epilepsinin değerlendirilmesinde de kullanılır. Bu teknik, radyotraktörler olarak Tc99-etiketli heksametil-propilen amin oksim (Tc99HMPAO) veya etil sisteinat dimer (Tc99 ECD) kullanır. Radyotracer, nöbetin başlamasından hemen sonra hastaya intravenöz olarak enjekte edilir ve tarama, nöbet bittikten birkaç saat sonra gerçekleştirilir. İktal SPECT olarak adlandırılan bu yöntem, nöbet olayı sırasında nöbet başlangıç bölgelerinde serebral kan akışında (CBF) gözlenen artışa dayanır. Buna karşılık interiktal SPECT, aynı izleyicilerle ancak hastanın nöbet geçirmediği bir dönemde gerçekleştirilen bir taramayı içerir. İnteriktal fazlar sırasında, nöbetin başlangıç bölgelerinde CBF'de bir azalma gözlenir, ancak bu azalma, iktal bir olay sırasında görülen kan akışı artışından daha az belirgindir.
Kraniyal ultrason
Kranyal ultrason genellikle açık fontanelleri beynin ultrasonla görüntülenmesini kolaylaştıran akustik pencereler sağlayan bebeklere yöneliktir. Bu yöntemin avantajları arasında iyonlaştırıcı radyasyonun bulunmaması ve yatak başı taramanın yapılabilirliği yer alır. Ancak yumuşak doku detayının sınırlı olması, çoğu zaman belirli durumların tanısında MR'ın tercih edilmesine yol açmaktadır.
İşlevsel manyetik rezonans görüntüleme
Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) ve arteriyel spin etiketleme (ASL), nöral aktiviteyle ilişkili serebral kan akışındaki dinamik değişiklikleri görselleştirmek için oksijenli ve oksijensiz hemoglobinin paramanyetik özelliklerinden yararlanır. Bu yetenek, çeşitli görevlerin yerine getirilmesi sırasında veya dinlenme durumunda hangi beyin yapılarının ne ölçüde etkinleştirildiğini gösteren görüntülerin oluşturulmasını sağlar. Oksijenasyon hipotezine göre, bilişsel veya davranışsal faaliyetler sırasında bölgesel serebral kan akışı ve oksijen kullanımındaki değişiklikler, bu spesifik görevlerdeki nöronların katılımıyla doğrudan ilişkilidir.
Çoğu fMRI tarayıcısı, deneklere çeşitli görsel görüntüler, işitsel uyaranlar ve dokunsal hisler sunacak ve ayrıca düğmeye basma veya joystick hareketleri gibi çeşitli eylemleri kaydedecek donanıma sahiptir. Sonuç olarak fMRI, algı, biliş ve motor eylemin altında yatan beyin yapılarını ve süreçlerini aydınlatmak için güçlü bir araç olarak hizmet eder. fMRI'nin mevcut çözünürlüğü yaklaşık 2-3 milimetredir; bu, nöral aktiviteye hemodinamik yanıtın uzaysal yayılımının dayattığı bir sınırlamadır. Bu teknik, beyin aktivasyon modellerinin araştırılmasında büyük ölçüde PET'in yerini almıştır. Bununla birlikte PET, radyo-etiketli reseptör "ligandlarını" (reseptörlere bağlanan kimyasallar) görüntüleme yeteneği sayesinde, belirli beyin reseptörlerini veya belirli nörotransmitterlerle ilişkili taşıyıcıları tanımlama kapasitesi açısından önemli bir avantajı korur. Ayrıca, fMRI analizlerinde kullanılan belirli istatistiksel metodolojilerin geçerliliğine ilişkin önemli endişeler devam etmekte ve bu da çok sayıda fMRI çalışmasından elde edilen sonuçların güvenilirliğini etkilemektedir.
fMRI teknikleri, bir deneğin önceden tanımlanmış bir kümeden hangi belirli görüntüyü gözlemlediğini belirleme yeteneğini gösterir; %72 ile %90 arasında değişen bir doğruluk elde ederek %0,8'lik şans düzeyini önemli ölçüde aşar.
Psikiyatrik makine öğrenimindeki çağdaş araştırmalar, intihar davranışı sergileyen bireyler ile göstermeyen bireyler arasında ayrım yapabilen modeller oluşturmak için fMRI'dan yararlanmıştır. Görüntüleme çalışmalarının makine öğrenimi algoritmalarıyla entegrasyonu, hastaların intihar riskine göre sınıflandırılmasını kolaylaştırabilecek ve kişiselleştirilmiş terapötik müdahalelerin geliştirilmesine bilgi verebilecek yeni nörogörüntüleme belirteçlerinin keşfedilmesine yönelik potansiyel barındırıyor.
Dağıtılmış Optik Görüntüleme
Yaygın optik tomografi (DOT) olarak da bilinen yaygın optik görüntüleme (DOI), bedensel görüntüler üretmek için yakın kızılötesi ışık kullanan bir tıbbi görüntüleme yöntemini temsil eder. Bu teknik, hemoglobinin optik absorpsiyonunu ölçerek, hemoglobinin absorpsiyon spektrumunun oksijenlenme durumuna bağlı değişkenliğinden yararlanır. Yüksek yoğunluklu dağınık optik tomografi (HD-DOT), özellikle her iki yöntem kullanılarak incelenen deneklerde görsel uyarıma verilen yanıtların değerlendirilmesinde fMRI ile doğrudan karşılaştırmalı çalışmalara tabi tutulmuş ve sürekli olarak benzer sonuçlar elde edilmiştir. Ayrıca HD-DOT, dil görevleri ve dinlenme durumu işlevsel bağlantısı açısından fMRI'ye göre değerlendirilmiştir.
Olayla İlgili Optik Sinyal
Olayla İlgili Optik Sinyal (EROS), serebral korteks içindeki etkinleştirilmiş bölgelerin optik özelliklerindeki değişiklikleri ölçmek için optik fiberler yoluyla iletilen kızılötesi ışığı kullanan bir beyin tarama metodolojisidir. Hemoglobinin optik emilimini değerlendiren ve dolayısıyla kan akışına bağlı olan yaygın optik görüntüleme (DOT) ve yakın kızılötesi spektroskopinin (NIRS) aksine, EROS, nöronların içsel saçılma özelliklerinden yararlanır ve böylece hücresel aktivitenin daha doğrudan bir değerlendirmesini sunar. EROS, beyin aktivitesini milimetrik uzamsal hassasiyet ve milisaniyelik zamansal çözünürlükle lokalize etme kapasitesine sahiptir. EROS'un önemli bir sınırlaması, birkaç santimetre derinliğin ötesindeki aktiviteyi tespit edememesidir. Bu nispeten yeni ve uygun maliyetli teknik, denek için invaziv değildir ve şu anda Dr. Gabriele Gratton ve Dr. Monica Fabiani tarafından Bilişsel Nörogörüntüleme Laboratuvarı'nda kullanılmakta olan Urbana-Champaign'deki Illinois Üniversitesi'nde ortaya çıkmıştır.
Manyetoensefalografi
Manyetoensefalografi (MEG), süperiletken kuantum girişim cihazları (SQUID'ler) veya spin-değişim gevşemesiz (SERF) manyetometreler gibi son derece hassas enstrümanlar kullanılarak beynin elektriksel aktivitesi tarafından oluşturulan manyetik alanları ölçmek için kullanılan bir görüntüleme yöntemidir. MEG, fMRI gibi tekniklere kıyasla üstün zamansal çözünürlük sunarak sinirsel elektriksel aktivitenin son derece doğrudan bir değerlendirmesini sağlar, ancak nispeten daha düşük uzaysal çözünürlüğe sahiptir. Nöral aktiviteden kaynaklanan manyetik alanları ölçmenin önemli bir faydası, elektroensefalografi (EEG) tarafından tespit edilen elektrik alanlarının aksine, çevre dokular, özellikle de kafatası ve kafa derisi tarafından bozulmaya karşı duyarlılığın azalmasıdır. Spesifik olarak, teorik modeller, kafa her biri izotropik, homojen bir iletken gibi davranan eşmerkezli küresel kabuklar olarak kavramsallaştırıldığında, elektriksel aktiviteden kaynaklanan manyetik alanların çevredeki kafa dokusundan etkilenmediğini göstermektedir. Bununla birlikte, gerçek insan kafaları küresel değildir ve özellikle beyaz maddede ve kafatasında önemli anizotropik iletkenlikler sergiler. Kafatası anizotropisinin MEG üzerinde ihmal edilebilir bir etkisi olsa da, EEG'den farklı olarak beyaz madde anizotropisi hem radyal hem de derin kaynaklar için MEG ölçümlerini önemli ölçüde etkiler. Bazı çalışmalarda tekdüze anizotropik kafatası varsayımının, diploe ve masa katmanlarının mutlak ve göreceli kalınlıklarının kafatası kemikleri arasında ve içinde değişiklik gösterdiği bir insan kafasının gerçekliğini yansıtmadığını belirtmek önemlidir. Sonuç olarak, MEG muhtemelen EEG'den daha az düzeyde olsa da kafatası anizotropisinden de etkilenmektedir.
MEG, diğer kullanımların yanı sıra cerrahlara patolojik lokalizasyon konusunda yardımcı olmak, araştırmacılara çeşitli beyin bölgelerinin işlevlerini açıklama konusunda yardımcı olmak ve nörofeedback müdahalelerini kolaylaştırmak gibi çok sayıda uygulamaya sahiptir.
Fonksiyonel Ultrason Görüntüleme
Fonksiyonel ultrason görüntüleme (fUS), esas olarak kan akışını veya hemodinamik değişiklikleri ölçerek beyin aktivitesinin yerlerini belirlemek gibi nöral aktivite veya metabolizmadaki değişiklikleri tespit etmek veya ölçmek için tasarlanmış bir tıbbi ultrason tekniğidir. Bu işlevsel ultrason yaklaşımı, ultra hassas Doppler ve ultra hızlı ultrason görüntüleme yeteneklerinden yararlanarak yüksek hassasiyetli kan akışı görselleştirmesine olanak tanır.
Kuantum Optik Olarak Pompalanan Manyetometreler
Haziran 2021'de, araştırmacılar tarafından manyetik görüntüleme kullanan ve potansiyel olarak tüm beyin taraması için yeni bir metodoloji sunan ilk modüler kuantum beyin tarayıcısının duyurulduğu bildirildi.
Nöro Görüntüleme Tekniklerinin Avantajları ve Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar
Fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme (fMRI)
Fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme (fMRI) genellikle şu şekilde kategorize edilir: Alternatif görüntüleme yöntemleriyle karşılaştırıldığında öncelikle invaziv olmayan doğası nedeniyle, minimal ila orta derecede riskli bir prosedür. Bu teknik, karakteristik görüntüleri oluşturmak için kan oksijen düzeyine bağlı (BOLD) kontrastı kullanır. BOLD kontrastının içsel bir fizyolojik süreç olduğu göz önüne alındığında, fMRI, karşılaştırılabilir görselleştirme için radyoaktif izleyiciler gerektiren görüntüleme yaklaşımlarına göre sıklıkla tercih edilir. Ancak fMRI uygulamasına ilişkin önemli bir endişe tıbbi implant, cihaz veya metalik yabancı cisim bulunan hastalarla ilgilidir. Ekipman tarafından üretilen manyetik rezonans (MR) alanları, tıbbi cihazlarda arızaya neden olabilir ve yeterli tarama protokollerine titizlikle uyulmadığı takdirde vücuttaki metalik nesneler üzerinde çekici kuvvetler uygulayabilir. Şu anda Gıda ve İlaç İdaresi (FDA), tıbbi implantları ve cihazları MR uyumluluklarına göre üç farklı sınıfa ayırmaktadır: MR için güvenli (tüm MR ortamlarında izin verilir), MR için güvenli değildir (herhangi bir MR ortamında kontrendikedir) ve MR koşullu (belirli çevresel koşullar altında uyumlu, ek veri gerektirir).
Bilgisayarlı Tomografi (BT) Taraması
1970'lerde kullanılmaya başlanan bilgisayarlı tomografi (BT) taraması, hızla yaygın bir görüntüleme yöntemi olarak ortaya çıktı. BT taramaları bir saniyeden daha kısa sürede tamamlanabiliyor ve bu da klinisyenlere anında teşhis bilgisi sağlıyor; bu operasyonel basitlik, Amerika Birleşik Devletleri'nde gerçekleştirilen BT prosedürlerinde önemli bir artışa katkıda bulundu ve bu sayı 1980'de 3 milyondan 2007'de 62 milyona çıktı. Klinik uygulamada, sıklıkla birden fazla tarama elde ediliyor; BT taraması kullanımına ilişkin bir çalışma, bireylerin %30'unun en az üç taramadan geçtiğini gösteriyor. BT taramasına tabi tutulan hastalar, artan radyasyon dozlarının tipik olarak gelişmiş görüntü çözünürlüğü ile ilişkili olduğu geleneksel X-ışınlarından 100 ila 500 kat daha fazla radyasyon seviyelerine maruz kalabilir. Operasyonel kolaylıklarına rağmen, özellikle asemptomatik hastalarda BT taramalarının giderek artan kullanımı, önemli ölçüde radyasyona maruz kalma nedeniyle önemli endişelere yol açmaktadır.
Pozitron Emisyon Tomografisi (PET)
Pozitron Emisyon Tomografisi (PET) görüntüleme endojen biyolojik süreçlere bağlı değildir; bunun yerine, kan dolaşımına enjekte edilen ve daha sonra beyne yer değiştiren eksojen bir maddeyi kullanır. Hastalara beyinde metabolize edilen ve pozitronlar yayan radyoizotop enjeksiyonları yapılıyor ve böylece sinirsel aktivitenin görselleştirilmesi sağlanıyor. PET taraması sırasında hastanın maruz kaldığı radyasyon dozu nispeten düşüktür, bu da bir bireyin yıllık çevresel radyasyona maruz kalmasına yakındır. PET radyoizotopları vücutta sınırlı bir kalma süresi sergiler; tipik olarak çok kısa yarı ömürlere sahiptir (yaklaşık 2 saat) ve hızlı bozunmaya uğrar. Şu anda fMRI, iyonlaştırıcı olmayan yapısı, üstün zamansal çözünürlüğü ve çoğu klinik ortamda daha fazla erişilebilirliği nedeniyle beyin aktivitesini görüntülemede genellikle PET'e tercih edilmektedir.
Manyetoensefalografi (MEG) ve Elektroensefalografi (EEG)
Manyetoensefalografi (MEG) ve Elektroensefalografi (EEG), yüksek zamansal çözünürlük sunarak beyin aktivitesinin milisaniye hassasiyetinde ölçülmesine olanak tanır. Ne MEG ne de EEG, operasyonları için hastanın iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalmasını gerektirmez. EEG elektrotları, beyin aktivitesini değerlendirmek için nöronlar tarafından üretilen elektrik sinyallerini kaydederken MEG, bu nöronal elektrik akımlarından kaynaklanan manyetik alanlardaki salınımları tespit eder. MEG'in yaygın olarak benimsenmesinin önündeki önemli bir engel, sistemlerin sıklıkla milyonlarca doları aşan yüksek maliyetidir. Tersine, EEG sistemlerinin MEG sistemlerinden önemli ölçüde daha ucuz olduğu göz önüne alındığında, EEG karşılaştırılabilir zamansal çözünürlük elde etmek için çok daha yaygın bir yöntemdir. Ancak hem EEG hem de MEG'in dikkate değer bir dezavantajı, fMRI ile yan yana getirildiğinde nispeten zayıf uzaysal çözünürlükleridir.
Referanslar
Referanslar
- Tüm Beyin Atlası @ Harvard
- "Transkranial Manyetik Stimülasyon". Michael Leventon tarafından MIT Yapay Zeka Laboratuvarı ile birlikte hazırlanmıştır.
- NeuroDebian – nörogörüntülemeyi hedefleyen eksiksiz bir işletim sistemi