Функціональне Магнітно-резонансно-томографічне (ФМРТ) картування кори головного мозку при захворюваннях центральної нервової системи, перспективи розвитку (огляд літератури)

Функціональні здібності мозку до теперішнього часу залишаются до кінця не вивченими, незважаючи на велику кількість робіт, виконаних у цьому напрямку. Проблема взаємодії розуму та ємоцій обговорюється до сьогодення. Для з’ясування механізмів, що лежать у основі функціональної активності, ураженний мозок широко вивчався патоморфологами. Подальше вивчення цієї проблеми стало можливим завдяки функціональним дослідженням in vivo з використанням магнітно-резонансної томографії (МРТ), результатом яких є зображення специфічних зон мозку, що залучаються до процесу виконання різноманітних завдань [14]. За допомогою МРТ-картування можливе неінвазивне отримання інформації про фізіологію мозку, побудова карт активності мозку.

На початку, коли можливості МРТ щодо візуалізації функціональних областей мозку не були відомі, вивчення функціональної активностї мозку обмежувалося радіологічним дослідженням розподілу крові у мозковій речовині. Відкриття явища зміни інтенсивності магнітно-резонансного (МР) сигналу засноване на локальних змінах діоксігемоглобіну у еритроцитах було використане для функціонального картування областей мозку, залучених до виконання певних завдань [60]. Дані функціональної магнітно-резонансної томографії (ФМРТ) були ретельно перевірені за допомогою інвазивного картування на протязі оперативного втручання з прямою стимуляцією кори та використанням чутливих викликаних потенціалів. У всіх випадках дані інвазивного картування співпадали з даними ФМРТ. Робота Mima Т. із співавт. (1999) свідчить про схожість результатів ФМРТ та позитронно-емісійої томографії (ПЕТ), що пов’язано з оптимізацією одержання інформації із забезпеченням роздільної здатності меньше за 1 мм [37].

Розуміння можливостей клінічного використання ФМРТ-картування потребує знання не тільки методу, фізики та техніки ФМРТ, але й також фізіології мозку та його патофізіології. Формування зображень при ФМРТ засновано на підвищенні інтенсивності МР-сигналу, що відображає зниження концентрації діоксігемоглобіну у мікроциркуляційному руслі, яке є результатом локального збільшення оксигенації крові у період активації тканини мозку [57]. Підвищення інтенсивності МР-сигналу на тлі відносної магнітної однорідності носить назву BOLD-ефекту (залежність від рівня оксигенації крові). BOLD-ефект зумовленний вмістом діоксігемоглобіну у венозній частині капілярної мережі також, як й у більшості великих венозних структур [33]. Проведені дослідження Frahm J. із співавт. (1993) розкрили роль різних венозних структур та ефекту, що пов’язанний зі зміною швидкості току крові у формуванні зображень, а також вивчили вплив методики й вибору різноманітних індивідуальних параметрів дослідження на якість зображень, які одержуються. Клінічно ФМРТ можлива на високопольних системах з напруженістю магнітного поля 1,5 Тесла, що надають можливість побудови ехо-планарних зображень (ЕПЗ) та на звичайних системах з використанням методики градієнт-ехо[44,45,46,65]. Результати ФМРТ-картування засновані на прямому порівнянні з даними досліджень головного мозку здорових осіб.

Методика ФМРТ-картування розробленна для вирішення специфічних активаційних завдань, які особливо залежать від часу реконструкції зображення, індексу накопичування повторень та топографії зони зацікавлення. На якість результатів , що отримуються (т.б. на співвідношення показників сигнал-шум) суттево впливають однорідність магнітного поля та рухи пацієнта. Проблема імобілізації є суттевою при обстеженні пацієнтів, у яких можлива поява мимовільних рухів під час обстеження, наприклад синкінезій, а також у педіатричній практиці, де для подібних досліджень необхідна пасивна стимуляція [62]. Одержані зображення охоплюють протилежні за суттю періоди спокою та стимуляції, функціональну та структурну інформації. Зображення збираються послідовно на протязі певного періоду, з активацією певних зон. Порівняння зображень у стані спокою із зображеннями, що були отримані в процесі виконання простих завдань визначає ділянки мозку, які залучені до їх виконання. Хоча теоретично виконання завдань не потребує тривалого часу для гемодинамічних змін (зміни діоксігемоглобіну тривають декілька секунд), вплив специфічного стимулу повинен тривати не меньше 30с для того щоб надати можливість мозку пацієнта розпочати кожну фазу. Функціональні послідовності повторюються декілька разів (таким чином верифікується чи дійсно зміни сигналу є наслідком зміни фази спокою на активацію), что дає преревагу у порівнянні з методикою, що використовує введення радіоактивних речовин, такої як ПЕТ, яка обмежена кількістю можливих фаз активації.

Особливо важливим для проведення ФМРТ є етап наступної обробки. Функціональні зміни дуже малі та коливаються між 15-25% у первинно активованій корі та меньш ніж 2% при асоціативній активації. Ці зміни потребують складного статистичного аналізу для виявлення та уточнення локалізації відповідних ділянок. Прояв активації різних відділів кори порівнюється зі станом кори у спокої шляхом відніманння груп протилежних серій.

Важливим кроком у наступній обробці є співставлення даних про анатомічні та функціональні ділянки. Це дозволяє при отриманні зображень зон активації зберігати високу просторову роздільну здатність в анатомічному зображенні й відкриває шлях для індивідуального підходу до кожного дослідження для вияву окремої патології[31], що дуже важливо для планування оперативного втручання, коли необхідно не тільки відокремити здорову тканину від ураженної, але й визначити ступень їх функціональної активності. У цьому зв’язку вивчення функціональних здатностей мозку представляє більший інтерес, ніж вивчення його анатомічних змін.

З’являється все більша кількість робіт, присвячених вивченню можливостей клінічного використання МРТ-картування мозку при різних патологічних процесах. Функціональні дослідження мозку підтвердили своє значення у дослідженнях пацієнтів з патологією розвитку, такою як артеріо-венозні мальформації (АВМ) або при пухлинах, що повільно ростуть для вивчення феномену кіркової реорганізації. Дослідники підтвердили здатність ФМРТ-картування до неінвазивного виділення власне моторної або чутливої ділянок у пацієнтів з пухлинами мозку перед видаленням останніх, перед оперативними втручаннями з приводу епілепсії, радіохірургічними втучаннями, ендоваскулярними втручаннями, лікуванням больових синдромів. Виявлення залишкової функції дуже важливо для нейрохірурга т.я. його рішення про максимальний об’єм оперативного втучання у майбутньому буде залежати й від показників функціонального картування.

Вивчається можливість використання ФМРТ-картування для дослідження головного мозку пацієнтів, що страждають на демієлінізуючі процеси, в тому числі розсіяний склероз (PC). Наявність високоінтенсивних вогнищ на Т2-зважених нативних зображеннях визначає зміни у хімічному складі нормальної білої речовини, не враховуючи інформацію, яка має відношення до функціональної активності вогнищ. Чіткі кореляції, знайдені між вогнищами PC та клінічними порушеннями, що виявлялись при попередніх дослідженнях, зараз підлягають перегляду. Більш того, демієлінізація характеризуєтся низкою фізіологічних рис: порушення провідності у вигляді зниження швидкості, десинхронізація спалахів рухової активності. При PC анатомо-клінічні кореляції не виражені і причини багатьох симптомів, таких як втома або нейропсихологічний розлад недостатньо вивчені і не можуть бути пояснені за допомогою звичайних МР-зображень, що дають уяву про морфологічну структуру мозку. Розвиток ФМРТ обіцяє пролити світло на джерело порушень, що виникають при PC . ФМРТ таким чином можливо розглядати як інструмент, що дозволяє диференціювати зворотні функціональні зміни, які є наслідком часткової демієлінізації, та незворотні зміни, що є наслідком зменшення кількості аксонів. Дуже важливо також вивчення механізмів відновлення функцій у хворих на PC у процесі лікування, де розглядається двобічна наявність активності та розширення спеціалізованих областей. Таким чином, ФМРТ дає можливість відкривати нові шляхи для подальшого вивчення та вдосконалення напрямків у лікуванні РС[1].

Різними є свідчення про результати отримані при МРТ-картуванні у хворих на шизофренію. Частина авторів визначає зменшення зон активності у корі при виконанні різних активаційних завдань, а також уповільнення активації[52,54,59] на протязі захворювання. Друга група авторів свідчить про збереження деяких функцій та вказує лише на незначне їх порушення при загостренні процесу[47]. У пацієнтів зі слуховими галюцинаціями була виявлена активація кори звивини Гершля[25]. Curtis V.A. із співавт. (1999) вказує на різний ступінь активації моторної кори в залежності від ступеня складності активаційного завдання (вербальне та візуальне) і роблять висновок, що збіднення активації моторної кори у дослідженнях інших авторів можливо зумовлене складністю схеми спілкування з пацієнтом у процесі дослідження.

Найбільша кількість робіт з використанням ФМРТ-картування відноситься до досліджень активації саме моторної кори при різних видах подразнень, як активних, так і пасивних. Boroojerdi В. із співавт. (1999) описує моторну кору, як таку що має омега- або епсілон-подібну форму на аксіальних зображеннях та форму у вигляді «ключки» на сагітальних зображеннях і пропонує для оцінки зони активації використовувати кількісну оцінку «активованих» пікселів на зображеннях. Відмічається більш широка зона активації кори при самостійному виконанні пацієнтом активаційних завдань, ніж при виконанні цих завдань з використанням візуального подразника[23,24], при цьому бімануальна активність викликає меньш виражену та більш пізню активацію моторної кори в обох півкулях мозку, ніж активність тольки однієї руки[36]. Дослідження Lee K.M. із співавт. (1999) показали, що в активованій моторній корі у процесі виконання активаційних завдань можна виділити дві зони: передню, що відповідає за підготовчий період та задню, що контролює власне рухи, при цьому кожний палець кисті представлений власною зоною у моторній корі.

У пацієнтів, що страждають на судинну дисциркуляторну енцефалопатію дослідження моторної функції, що проведені під час виконання пацієнтами визначених активаційних завдань та у період пасивного реагування на стимуляцію показали, що для даної категорії хворих характерна кіркова реорганізація у вигляді розширення зони активності. У пацієнтів з обширними ішемічними ураженнями реорганізація проявлялася у вигляді появи нової зони активності у здоровій півкулі мозку.