Инсульт и творчество в одной томографии

В лаборатории ПЭТ (позитронно-эмиссионной томографии) Института мозга человека РАН в Санкт-Петербурге проводятся уникальные для нашей страны исследования для проникновения в тайны работы мозга человека, а также для диагностики его заболеваний.

Что такое ПЭТ

«Принцип этого метода состоит в слежении за распределением в организме ничтожно малых количеств радиофармпрепарата, меченого каким-либо ультракороткоживущим изотопом, -- объясняет корреспондентам Infox.ru старший научный сотрудник Галина Катаева, заместитель заведующего лабораторией. -- Радиофармпрепарат выбирается так, чтобы его поведение отражало ту или иную биохимическую функцию в организме. Например, накопление фтордезоксиглюкозы, меченой фтором 18 (ФДГ), отражает уровень потребления глюкозы как основного поставщика энергии для мозга. Метионин, меченый углеродом 11, избирательно накапливается в опухолевой ткани. Вода, меченая кислородом 15, показывает состояние мозгового кровотока».

Перед исследованием радиофармпрепарат вводят внутривенно, из сосудистого русла он попадает в мозг. Период полураспада радиоактивных изотопов-меток очень короток -- 110 секунд для кислорода 15, 20 минут -- для углерода 11, 110 минут -- для фтора 18.Изотопы подвергаются позитронному бета-распаду, и при столкновении вылетающих позитронов с электронами в окружающих тканях происходит их аннигиляция, в результате которой образуются два гамма-кванта, разлетающиеся в противоположных направлениях. «Эти-то пары гамма-квантов и регистрируются датчиками томографа, плотно упакованными в слои, образующие цилиндр глубиной 10-20 см, -- говорит Галина Катаева. -- Поэтому получающееся после компьютерной обработки ПЭТ-изображение также разделено на слои, составляющие вместе трехмерную картину накопления радиофармпрепарата в тканях мозга (или всего тела)».

Цифровая матрица ПЭТ-изображения, где каждый элемент отражает уровень накопления препарата в маленьком (порядка 2-3 мм) кубике пространства, на экране монитора представлена в цветовой шкале. Темно-синему цвету соответствуют малые значения накопленной радиоактивности, а ярко-красному и даже белому -- большие значения. Ориентируясь на цвет, врач обрисовывает зону интереса -- например, опухоль. Уровень накопления радиофармпрепарата в данной области высчитывается автоматически, его сравнивают с контрольным уровнем накопления и на основании этих измерений делают вывод о функциональном состоянии интересующей области.

Можно увидеть злокачественность опухоли

Метионин -- аминокислота, необходимая для синтеза белка, поэтому чем больше метионина накапливают клетки опухоли, тем интенсивнее идет ее рост. По данным собственных исследований сотрудники лаборатории ПЭТ выработали критерии ПЭТ-диагностики в нейроонкологии. Они обращают внимание не только на уровень накопления метионина, но и на его неоднородность и на соотношение площадей с разным накоплением. Эти критерии позволяют определить гистологические особенности опухоли.

На основе ПЭТ с 11-С-метионином можно оценить и эффективность лечения опухоли. «Только этим методом можно отличить, происходит ли после лучевой терапии некроз опухоли или продолжается ее рост, -- объясняет Галина Катаева. -- На МРТ это будут области одинаково измененного сигнала, а ПЭТ покажет, что в случае некроза ткань перестает накапливать метионин».

И дать прогноз на восстановление после инсульта

Еще одна область эффективного применения ПЭТ-диагностики -- сосудистые изменения в мозге. Очаг ишемического инсульта при диагностике с ФДГ выглядит как темно-синее пятно, потому что клетки, лишенные кислорода, отмирают и не потребляют глюкозу. Вокруг очага расположена область пониженного потребления глюкозы, где ткань частично жизнеспособна, и для прогноза очень важно состояние этой области.

«Мы может дать прогноз, что ожидает эту ткань в будущем, -- объясняет Галина Катаева. -- Если накопление глюкозы по сравнению с нормой снижено менее чем на 30%, ткань, скорее всего, восстановится сама. Если на 70%, то шансов на это нет. А снижение в пределах от 30 до 70% -- это та область, в которой ткань нуждается в интенсивном лечении. Если лечение будет правильным, то ткань вернется к норме».

В «экологическую нишу» ПЭТ-диагностики входят также поражения мозга при травмах, эпилепсия, паркинсонизм, болезнь Альцгеймера, задержки развития у детей, депрессии.

Плюсы и минусы разной томографии

В нашей стране на сегодня работают пять диагностических ПЭТ-центров: три в Санкт-Петербурге и два в Москве. Заканчивается строительство центра в Челябинске и планируется строительство в Магнитогорске. В то же время в США их 500, в Европе -- 400 и 200 -- в Китае.

Поэтому в лабораторию ПЭТ в Институте мозга человека едут со всей страны. За 2008 год диагностику прошли 1070 пациентов, а с начала этого года -- уже более 500. «На сегодня только мы работаем с 11-С- метионином», -- говорит Галина Катаева.

По сравнению с МРТ и КТ (рентгеновской томографией), у ПЭТ есть и плюсы и минусы. Самое главное, что ПЭТ -- это не анатомическая, а функциональная диагностика. Она показывает изменения, которые еще не отразились на анатомическом уровне. Они могут проявляться еще до того, как возникли клинические симптомы, допустим, человек еще чувствует себя вполне хорошо, но уже снижена активность каких-то зон мозга. Но по сравнению с МРТ ПЭТ дает изображение с меньшим разрешением.

Наилучший выход состоит в том, чтобы совместить преимущества того и другого методов. Новая установка, которая уже появилась в лаборатории, объединяет ПЭТ и рентгеновский томографы в одном приборе. Пациента на кушетке сначала прокатывают через один, а затем через другой сканер. Полученные изображения мозга накладывают друг на друга. И в результате получают более точную анатомическую локализацию функциональных нарушений в мозге.

ПЭТ для изучения законов мозга

Нейрофизиологи ИМЧ РАН используют ПЭТ для исследования не только больного, но и здорового мозга. Известно, что локальный уровень мозгового кровотока коррелирует с нейронной активностью. Поэтому, сканируя мозг несколько раз в тот момент, когда испытуемый выполняет специально подобранные тестовые задачи, можно оценить участие тех или иных областей мозга в какой-то деятельности или каком-то состоянии.

Так, в совместном научном проекте сотрудники лаборатории ПЭТ и их шведские коллеги впервые получили данные о различии зон мозга, отвечающих за восприятие реального движения, и тех, в которых происходит отражение двигательных иллюзий. Другое исследование этого же международного коллектива касалось восприятия мышечной боли. В содружестве с финскими учеными исследовались центральные механизмы селективного внимания.

Наконец, этим методом можно изучать и высшие функции человеческого мозга, такие как речь и творчество. Например, было показано, что в синтаксической обработке текста, в том числе и тогда, когда она происходит автоматически, участвуют области височной коры. А при осознанном восприятии смысловой паузы увеличивается активность в правой нижней префронтальной области и в заднем медиальном отделе правого полушария мозжечка. Что касается творчества, то методом ПЭТ показано, что наиболее значимая область для вербального творчества -- поле Бродмана 39, а при решении творческих задач путем внезапного озарения (инсайт) -- поле Бродмана 40.