Томографические методы исследования мозга

Суть томографических методов исследования — получение сре­зов мозга искусственным путем. Для построения срезов использу­ют либо просвечивание, например, рентгеновскими лучами, либо излучение от мозга, исходящее от изотопов, введенных предвари­тельно в мозг. Последний принцип используется в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

Общий принцип томографии был сформулирован в 1927 г. ав­стрийским физиком Дж. Родоном (КоОоп.1.), занимавшимся про­блемой гравитации. Он доказал, что, имея множество изображе­ний срезов объекта, можно восстановить всю его структуру и при желании получить изображение тех его срезов, которые исходно не были получены. Операции, которые выполняются при томогра­фии, получили название прямого и обратного преобразования Родона: описание объекта множеством изображений — прямое пре­образование Родона, восстановление всей внутренней структуры объекта по набору его проекций — обратное преобразование.

Различают структурную и функциональную томографию. Рент­геновская томография относится к структурной. ПЭТ, которую еще называют прижизненным методом функционального изотопного картирования мозга, относится к функциональной.

Позитронно-эмиссионная томография основана на выявлении распределения в мозге различных химических веществ, которые принимают участие в метаболической активности мозга. Для этого используют короткоживущие радиоизотопы элементов, входящих в молекулы биоорганических соединений. Так, замещение в моле­куле какого-либо вещества атома углерода, кислорода, азота или фтора соответственно изотопом "С, 'Ю, '^, ^Р не влияет на хи­мические свойства вещества, но позволяет проследить его движе­ние методом ПЭТ. Во время исследования меченое вещество вво­дят в вену или ингаляционно, и оно с током крови поступает в мозг, где включается в соответствующий физиологический процесс.

Перечисленные изотопы являются позитронизлучающими. Явле­ние позитронной эмиссии -~ это исход из ядра позитронов, в кото­ром нарушен баланс между позитроном и электроном. Позитрон после свободного пробега (1—10 мм) взаимодействует со своей

Рис. 5. Схематичное расположение в одном кольце детекторов гамма-из­лучения (радиационных датчиков) для исследования методом ПЭТ. Для локализации источника активации в мозге используются контуры совпа­дения, создаваемые парами детекторов, одновременно фиксирующими появление фотонов. Отрицательное заключение выносится, когда возбуж­дается только один из детекторов пары.

а — положительное, б — отрицательное заключение о детекции на основе совпадения эффектов (по К. N53.1311011, 1992).

античастицей — электроном. При их воссоединении (аннигиля­ции) выделяются 2 гамма-кванта, которые разлетаются в прямо противоположных направлениях под углом 180°. Это позволяет вве­сти счетчики совпадения, которые стоят на противоположных сто­ронах кольца по многим линиям (рис. 5). ПЭТ-камера содержит детекторы гамма-излучения, собранные в кольца (обычно 8—16). Голова человека находится внутри колец. При сборе данных и последующем расчете определяют плотность актов аннигиляции позитрона с электроном по каждой линии за время сканирования. Множество линий, образованных счетчиками совпадения, дают воз­можность получить распределение плотности аннигиляции в одном срезе мозга. По полученным горизонтальным срезам строят трехмер­ное отображение плотности аннигиляции; так создается трехмер­ный образ объекта для дальнейшего визуального или статистическо­го анализа. Позитронно-эмиссионная установка для функциональ­ной томографии мозга в течение многих лет эксплуатируется для клинической диагностики и в исследовательских целях в Институте мозга человека РАН Санкт-Петербурга (Медведев С.В. и др., 1996).