Совмещенная позитронно-эмиссионной томография/ магнитно-резонансная томография

Сравнение 3,0Т ( слева ) и 7,0Т ( справа ) МРТ в области ствола мозга. На 7,0Т МРТ визуализируются заметно отличающиеся детали, такие как детали таламуса и ствола мозга, включая средний мозг и мост (Cho et al., 2014, Elsevier). 

История

Какие гибридные методы нейровизуализации были первыми моделями исследований психических расстройств?

Система позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и компьютерной томографии (КТ) была одной из первых успешных гибридных моделей, успешно предоставляя анатомические и молекулярные изображения высокого разрешения и одновременную функциональную и молекулярную информацию (Townsend, D., et.al., 1998). Многие врачи ожидали, что слитые изображения ПЭТ-МРТ могут быть более полезными в применении к мозгу, чем слитые изображения ПЭТ-КТ, поскольку МРТ может обеспечить более высокий контраст между серым веществом и белым веществом в мозге, чем КТ. 

В каком направлении развивались методы магнитно-резонасной томографии в психоневрологии? 

За последние десятилетия МРТ развивалась в основном за счет внедрения ее сверхвысокопольной производительности. В настоящее время широко используемая напряженность поля МРТ для клинического использования составляет 1,5 и 3,0 тесла (Тл) вместе с сверхвысокопольной производительностью, например, 7,0-Т МРТ для исследований. В 2017 году Управление по контролю за продуктами и лекарствами США одобрило 7,0-Т МРТ для клинического использования. Изображения, полученные с помощью 7,0-Т МРТ, показали заметно улучшенные изображения с высоким отношением сигнал/шум (SNR) и другими методами визуализации, такими как трактография (Cho, Z. et.al., 2017). Это улучшение позволило визуализировать многие структуры, ранее недоступные в системах с более низким магнитным полем. Особенно важна была визуализация в областях, требующих высокого пространственного разрешения, таких как ствол мозга, гиппокамп и таламус, которые имеют сложные подструктуры.

Почему при разных психоневрологических расстройствах важно выбирать различные методы МРТ?

 В зависимости от области интереса (ROI) можно выбирать различные методы МРТ. Для визуализации субъядер таламуса T1-взвешенная МРТ с инверсионным восстановлением, по-видимому, более подходит для максимизации контраста субъядер путем аннулирования сигнала определенного ядра. T2*-взвешенная визуализация с последовательностью импульсов градиентного эха может обеспечить лучший контраст между белым и серым веществом. Дальнейшее разделение белого и серого вещества можно также провести с помощью других методов, таких как диффузионно-взвешенная визуализация. С увеличением магнитного поля были достигнуты высокое SNR и пространственное разрешение, а также однородность и линейность магнитного поля. Однако в сильном поле, таком как восприимчивость, она выше, чем в слабом поле. 

Гибридные системы нейровизуализации мозга в психиатрии

Почему для исследования психических расстройств необходима функциональная и молекулярная визуализация с высоким анатомическим разрешением? 

В отличие от опухолей мозга, где анатомические особенности поражений различимы, для многих психических расстройств необходима функциональная и молекулярная визуализация с высоким анатомическим разрешением, поскольку они требуют точного анатомического расположения и информации, особенно для лечения пациентов с психическими расстройствами. 

Гибридная система позитронно-эмиссионной томографии и магнитно-резонансной томографии

Чем полезны гибридные системы позитронно=эмиссионной томографии и магнитно-резонасной томографии в психиатрии?

Гибридная система позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ) была разработана для повышения точности молекулярной визуализации со структурной визуализацией. Однако несоответствие в пространственном разрешении между двумя системами препятствует использованию гибридной системы. Поскольку магнитное поле МРТ увеличилось до 7,0 тесла в коммерческой системе, производительность системы МРТ значительно улучшилась. Однако, высокое разрешение системы слияния ПЭТ-МРТ позволяет количественно оценивать метаболизм и молекулярную информацию в небольших подструктурах ствола мозга, гиппокампа и таламуса. Исследования психических расстройств, которые трудно диагностировать с помощью медицинской визуализации, были выполнены с использованием различных радиолигандов, но только несколько исследований были проведены с использованием системы слияния ПЭТ-МРТ.  Однако, поскольку мозг компактно заполнен очень маленькими областями, если пространственное разрешение ПЭТ и МРТ не совпадает при слиянии ПЭТ–МРТ, предоставляется молекулярная информация, не относящаяся к структурному расположению, что делает точность количественного анализа ненадежной.Поэтому важно сопоставить пространственное разрешение между двумя изображениями при слиянии ПЭТ–МРТ-изображений мозга.

В чем сложности совмещения ПЭТ-МРТ?

Возмущения магнитного поля часто приводят к искажению изображения и смещению анатомических структур. Проблема однородности связана с однородностью основного магнитного поля и локальной линейностью градиентного магнитного поля, создаваемого градиентной катушкой. Эти проблемы могут быть особенно выделены и оспорены при разработке систем ПЭТ-МРТ, в которых модуль ПЭТ вставляется и интегрируется в отверстие МРТ (Vandenberghe S., Marsden P.K., 2015). 

Гибридная диагностики нейродегенеративных заболеваний 

Какие преимущества гибрижной нейровизуализации при нейродегенеративных заболеваниях?

Ранняя диагностика – ПЭТ/МРТ позволяет выявить болезнь Альцгеймера  на ранних стадиях, когда симптомы еще могут быть минимальными или неочевидными. Это важно для своевременного начала лечения и замедления прогрессирования заболевания.

Высокая точность –  ПЭТ с [18F]FDG точно оценивает метаболическую активность мозга, что позволяет выявить снижение метаболизма в областях, характерных для конкретных заболеваний, задолго до структурных изменений

Комбинированный подход – сочетание ПЭТ и МРТ объединяет преимущества обоих методов. ПЭТ определяет метаболические нарушения, а МРТ — структурные изменения, что делает диагностику более информативной по сравнению с изолированными методами.

Дифференциальный диагноз – ПЭТ/МРТ помогает исключить другие причины деменции, такие как сосудистая патология, опухоли или воспалительные процессы, что помогает точнее определить природу заболеваний.

Меньшая радиационная нагрузка – в отличие от ПЭТ/КТ, где используется компьютерная томография с ионизирующим излучением, ПЭТ/МРТ снижает радиационную нагрузку на пациента, так как магнитно-резонансная томография не использует рентгеновское излучение.

Точная оценка динамики – ПЭТ/МРТ может использоваться для мониторинга прогрессирования заболевания и оценки эффективности проводимой терапии, что важно для коррекции лечения.

Лучший выбор для пациентов с непереносимостью контрастных препаратов МРТ часто проводится без необходимости введения контрастного вещества, что делает его подходящим для пациентов с аллергией на контрастные препараты или противопоказаниями к ним.

Литература

Cho, Z. H., Calamante, F., & Chi, J. G. (Eds.). (2014). 7.0 Tesla MRI brain white matter atlas. Springer.

Townsend, D. W., Beyer, T., Kinahan, P. E., Brun, T., Roddy, R., Nutt, R., & Byars, L. G. (1998, November). The SMART scanner: a combined PET/CT tomograph for clinical oncology. In 1998 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record. 1998 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (Cat. No. 98CH36255) (Vol. 2, pp. 1170-1174). IEEE.

Vandenberghe S., Marsden P.K. PET–MRI: A Review of Challenges and Solutions in the Development of Integrated Multimodality Imaging. Phys. Med. Biol. 2015;60:R115–R154.