Обследование мэг что это

Первый в мире портативный сканер МЭГ

Обследование мэг что это

Слева: обычная 275-канальная криогенная система МЭГ. Она весит около 450 кг, зафиксирована в одном положении и громоздкая, а человек должен длительное время находиться в неподвижном состоянии относительно блока датчика. Справа: прототип шлема OPM-MEG.

Он весит 905 г и настроен так, что датчики непосредственно примыкают к поверхности головы (в этом прототипе они охватывают только правую сенсомоторную кору). Человек может свободно двигать головой Магнитоэнцефалография (МЭГ) — технология, позволяющая измерять и визуализировать магнитные поля, возникающие вследствие электрической активности мозга.

Для полей используются высокоточные сверхпроводниковые квантовые интерферометры (СКВИД-датчики).

Использование сверхпроводников само по себе предполагает, что установки МЭГ должны быть громоздкими и дорогими. Так и есть.

Точнее, так и было до настоящего времени, пока группа исследователей из Ноттингемского университета (Великобритания), Университетского колледжа Лондона и компании QuSpin не представила первый в мире портативный сканер МЭГ.

Для начала нужно в двух словах объяснить, почему сканеры МЭГ такие громоздкие. Дело в том, что в результате электрической активности мозга генерируются чрезвычайно слабые магнитные поля, и зарегистрировать их может только очень чувствительный инструмент. Именно поэтому здесь применяют сверхпроводниковые квантовые интерферометры, которые различают силу поля в несколько фемтотесл. Эти сенсоры работают при сверхнизких температурах, поэтому находятся в жидком гелии, а между ними и черепом пациента размещается вакуумное пространство. Любое движение головы сильно ухудшает качество данных: даже перемещение на 5 мм может сделать результаты измерений непригодными. Критически важно и расстояние от сенсоров до головы, потому что сила сигнала зависит от квадрата расстояния. Всё вышесказанное не только осложняет исследования, но делает затруднительными участие в них людей с маленькой головой (детей и других пациентов). Первый в мире портативный сканер OPM-MEG кардинально меняет ситуацию. Конечно, с ним нельзя ходить по улице, но даже в таком виде он значительно расширяет возможное поле для экспериментов. Впервые учёные могут полноценно сканировать мозг активных детей и людей с двигательными расстройствами. Кроме того, становятся возможными принципиально новые исследования. Например, исследования в области пространственной навигации, которые были крайне затруднены, когда человек должен был находиться в стационарном положении. Теперь можно наконец-то увидеть, что происходит в мозге человека при естественном общении с другими людьми, в том числе противоположного пола.

В новом шлеме сенсоры зафиксированы относительно мозга человека, а не относительно стационарной машины. Датчики — магнитометры с оптической накачкой (OPM) производства американской компании QuSpin — интегрированы непосредственно в поверхность шлема и подключены к системе для подавления внешних магнитных полей.

Чтобы аннулировать влияние магнитного поля Земли, исследователи применили набор из бипланарных электромагнитных катушек. Они генерируют магнитное поле, в точности противоположное земному, чтобы аннулировать его влияние на измерения.

Большое ограничение — что пациенту нельзя выходить за пределы этого защищённого поля: невидимого куба с гранью примерно 40 см.

Точность измерений требует, чтобы шлем идеально прилегал к черепу и лицу пациента, поэтому для каждого человека изделие придётся изготавливать индивидуально. Оно делается с применением 3D-печати. Учёные проверили точность измерений в шлеме OPM-MEG по сравнению с традицонной магнитоэнцефалографией. В ходе экспериментов пациенты выполняли одну и ту же задачу (поднятие пальца) в разных сканерах — и результаты оказались одинаковыми. Кроме того, исследователи впервые изучили активность мозга в задачах, которые принципиально невозможно было исследовать раньше. Это задачи, которые требуют подвижности, в том числе перемещения головы. Например, выпить воды из кружки или набивать шарик на ракетке. Несмотря на оставшиеся ограничения, первый портативный сканер МЭГ позволит сделать значительный шаг вперёд в изучении мозга человека. Интересно, насколько далеко зайдёт прогресс в этом направлении когда появятся первые полноценные МЭГ-интерфейсы для связи с компьютером. Игры и приложения виртуальной реальности, которые реагируют на активность мозга и «понимают», что именно доставляет человеку удовольствие, а что его пугает — и подстраиваются под конкретного игрока. Наверное, беспроводные синхроканалы МЭГ-МЭГ между людьми будут примерно соответствовать тому, что наши предки называли телепатией.

Научная статья опубликована 21 марта 2018 года в журнале Nature (doi: 10.1038/nature26147, pdf).

  • МЭГ
  • магнитоэнцефалография
  • СКВИД
  • MEG
  • OPM-MEG

Хабы:

  • Научно-популярное
  • 3D-принтеры
  • Носимая электроника
  • Мозг
  • Будущее здесь

Источник: https://habr.com/post/411031/

Магнитоэнцефалография часть 0 – блог доктора Минутко

Обследование мэг что это

          Магнитоэнцефалография (MEG) основана на  измерении магнитного поля, генерируемого электрической активностью нейронов. Обычно магнитоэнцефалография сочетается с магнитно-резонансной томографией, чтобы получить то, что называется магнитным источником изображения.

Технология, которая помогает записать эти мельчайшие магнитные поля, представляет собой сверхпроводящий детектор квантовых помех, который подобен высокочувствительному измерителю магнитного поля.  Для ослабления внешнего магнитного шума MEG размещается внутри магнитоэкранированного помещения.

Фактическими датчиками, регистрирующими магнитные поля, являются магнитометры и / или градиометры.  Поля MEG проходят через датчики  без каких-либо искажений. Это значительное преимущество MEG в отношении электроэнцефалографии. MEG обеспечивает высокое пространственное и временное разрешение.

  В настоящее время MEG имеет два одобренных показания, одно предназначено для оперативного картографирования головного мозга, а другое –  для лечения эпилепсии. Исследования MEG дмонстрируют  функциональную ткань головного мозга внутри опухолей головного мозга.

      Измерения магнитного поля проводятся  в диапазоне от фемто-тесла до пико-тесла. MEG обеспечивает очень точное разрешение времени активности нейронов. Комбинация MEG и MRI называется магнитным источником изображения (MSI).

Магнитная проницаемость биологических тканей почти такая же, как у пустого пространства, и поэтому магнитное поле не искажается скальпом или черепом. Однако магнитные поля уменьшаются как 1 / r 3 с расстоянием « r ».

  Когда нейроны активируются синхронно, они генерируют электрические токи и, следовательно, магнитные поля, которые затем регистрируются MEG вне головы.

 Как и при электроэнцефалографии (ЭЭГ), источником магнитных полей является дендритный ток пирамидальных нейронов, которые генерируют вспышки активности  синхронно и параллельно. Аксональные и синаптические токи и их магнитные поля обычно компенсируются.

       Обычная амплитуда магнитных полей, создаваемых мозгом, чрезвычайно мала, они не превышают нескольких сотен фемто-тесла ( 10-15 Т). По сравнению с этим магнитное поле Земли находится между 10 -4 и 10 -5 Т, а МРТ обычно составляет 1,5-3 Т.

Существуют две основные проблемы при записей MEG :: записывать эти небольшие магнитные поля и  – экранировать относительно более сильные магнитные поля Земли.

Технология, которая помогла записать эти мельчайшие магнитные поля, представляет собой сверхпроводящий детектор квантовых помех, который подобен высокочувствительному измерителю магнитного поля.

  Для функционирования  сверхпроводников необходимо обеспечить чрезвычайно холодную среду, которая достигается за счет использования жидкого гелия, который составляет всего 3 ° от абсолютного нуля (-452 ° F или -270 ° C).

       MEG не обнаруживает радиальные диполи, но на MEG видны тангенциальные диполи, это связано с тем, что соответствующее магнитное поле радиального диполя остается в пределах полости черепа и, следовательно, не может быть обнаружено датчиками снаружи.  У MEG есть основная проблема –  идентификации источника.

 Определение активного сайта в мозге из магнитных полей, записанных вне головы, представляет собой «обратную задачу». Эта проблема не имеет уникального решения. Таким образом, локализация источника представляет собой приближения, основанные на определенных предположениях, которые должны быть первоначально сделаны.

 Обычно используется предположение, касающееся  упрощенных моделей нейронных генераторов , как эквивалентного тока диполя (ECD).

       Распад магнитных полей как функция расстояния более выражен, чем для электрических полей.

 Поэтому МEG более чувствительна к поверхностной кортикальной активности, что должно быть полезно для изучения неокортикальной эпилепсии.

  Данные MEG всегда регистрируются совместно с MRI Brain для предоставления MSI. Это обеспечивает уникальную комбинацию хороших анатомических деталей с нейрофизиологическими данными.

      Итак, ЭЭГ регистрирует электрическую активность, а MEG регистрирует магнитную активность мозга. В ЭЭГ электроды помещают на кожу головы. MEG выполняется с использованием дьюара, который содержит несколько сенсорных катушек, не касающихся головы пациента.

MEG прежде всего обнаруживает магнитные поля, индуцируемые внутриклеточными токами, тогда как ЭЭГ кожи головы чувствительна к электрическим полям, генерируемым внеклеточными токами. Несмотря на то , что  MEG более чувствительна к обнаружению токов, которые касаются поверхности кожи головы, ЭЭГ чувствительна к тангенциальным и радиальным вспышкам нейронов.

 MEG требует 3-4 см 2синхронной кортикальной эпилептической активности для обнаружения эпилептического спайка, тогда как для скальпирования EIG-шипов требуется не менее 6-20 см 2 синхронизированной области коры.

 Магнитные поля не искажаются тканевой проводимостью головы, черепа, цереброспинальной жидкости (CSF) и мозга; напротив, электрические поля могут быть искажены костями черепа и CSF. MEG обеспечивает лучшее пространственное разрешение локализации источника (2-3 мм), чем ЭЭГ (7-10 мм).

        При хирургическом лечении эпилепсии наиболее важной частью информации является выявление местоположение очага эпилептиформной активности , и MEG может существенно способствовать этой локализации.

 MEG также помогает идентифицировать активную  кору, и это помогает определить область, которую можно безопасно удалить во время операции по поводу эпилепсии. ЭЭГ почти всегда регистрируется одновременно с MEG.

 И поэтому данные EEG и MEG доступны для анализа во всех спонтанных MEG-записях, сделанных для эпилепсии.

Источник: https://minutkoclinic.com/blog-doktora-minutko/magnitoencefalografiya-0

Методы нейронаук: магнитоэнцефалография

Обследование мэг что это

Нервные клетки активно генерируют и проводят слабые электрические импульсы, и это напрямую связано с процессом обработки мозгом полученной информации. Из-за этой работы образуется электромагнитное поле, у которого, конечно же, есть важная составляющая – магнитное поле.

Вклад каждого отдельного нейрона мал, но находясь на конкретном участке в большом количестве (например, 50000 – 100000 нейронов), они способны создавать такое поле, которое уже могут зафиксировать высокочувствительные магнитометры.

Активность этого поля отличается в клетках здорового мозга и при отклонениях, например, во время приступа эпилепсии или постинсультном состоянии, поэтому её необходимо изучать. И вот этим занимается магнитоэнцефалография.

Рисунок 1. МЭГ можно делать даже детям

Действие самого метода можно себе представить как огромный стетоскоп (в виде магнитометров и градиометров), который способен улавливать магнитные «ритмы» мозга.

“Намагниченный” холод

Считается, что первым зарегистрировал магнитные поля у живого организма Дэвид Коэн. Правда, первым органом стал не мозг, а сердце, что понятно – магнитные поля, создаваемые клетками сердцечной мускулатуры, «сильнее», чем поля нервных клеток (Рис. 2).

Рисунок 2. Место биомагнитных сигналов организма человека в шкале магнитных полей. Также показаны характерные уровни помех и частотные диапазоны сигналов. (Из [1]).

Почти в то же время Брайан Джозефсон обнаружил, что если расположить среди двух сверхпроводников диэлектрик, то при его нахождении рядом с электромагнитным полем между ними возникает ток.

На основе этого открытия сконструированы сверхпроводящие сверхчувствительные квантовые интерферометры СКВИДы (от английского SQUID, Superconducting Quantum Interference Device), способные измерять даже очень слабые магнитные поля.

И на настоящий момент СКВИДы используются в медицине и в науке для регистрации магнитного поля мозга.

Чтобы обеспечить качественную детекцию такими интерферометрами, необходима сверхпроводимость сенсоров, для чего прибор охлаждают жидким гелием с температурой ~ 269о С.

Если говорить упрощённо, СКВИД – это индукционная катушка, помещённая в сосуд с жидким гелием и способная детектировать магнитное поле, расположенное в нескольких сантиметрах от неё.

Самый первый магнитометр был одноканальным, а сейчас число каналов перевалило за 300.

Чуть позже в качестве альтернативы затратному и достаточно сложному в использовании СКВИДу предложили магнитометры с оптической накачкой (МОН), где вместо жидкого гелия, который постоянно требовалось восполнять, использовались пары цезия.

Голова-магнит

Метод МЭГ – неинвазивный и бесконтактный. Прибор представляет собой «шлем», в который «надевается» сверху на голову пациента. По сути, это – сканер, который имеет множество экранированных датчиков или сенсоров, считывающих магнитные поля мозга.

В МЭГ используются в качестве сенсоров магнитометры и/или градиометры. Магнитометры улавливают сигнал и более чувствительны к полям более глубоких участков мозга, но при этом они и хорошо “ловят” посторонний шум.

Градиометры лучше фильтруют этот шум, но, как легко догадаться, чуть менее чувствительны и к магнитному полю мозга [2].

Рисунок 3. Процедура МЭГ в NIMH

Интересно, что мозговые поля не превышают нескольких сотен фемто-тесла 10-15 Т. Для сравнения магнитное поле Земли где-то между 10-4 – 10-5 Т, то есть поле Земли больше в 100 млн раз [2].

Для того, чтобы снизить шум от других магнитных полей, МЭГ проводят в специальной комнате, которая экранирована и защищает слабые магнитные поля мозга от воздействия таких же полей извне.

Метод МЭГ используется и в научных исследованиях активности мозга, и в медицине для контроля за состоянием пациентов.

В мозге всегда присутствует фоновая активность, но бывает и активность, вызыванная внешним воздействием. Учёным интересно исследовать, на какие стимулы и как она изменяется.

Также любопытно понять, как развивается и учится детский мозг, какие процессы происходят при взрослении человека и при его старении.

Как тайное становится явным

Для врачей во время лечения пациентов с эпилепсией зачастую важно увидеть очаги такой активности, чтобы грамотно назначать лечение и проводить операции. Как мы уже сказали, нервные клетки генерируют и проводят электрические импульсы.

Но если группы нейронов начинают генерировать импульсы большей силы, чем необходимо, это может приводить к эпилептическим припадкам. Частые “вспышки” электрических импульсов приводят к возникновению возмущений в магнитном поле головного мозга, и как раз это можно зарегистрировать.

По результату можно судить о местонахождении источника.

Рисунок 4. Расположенные вокруг мозга сенсоры (белые точки) способны детектировать активность мозга. Красные/синие участки показывают места, в которых у этого метода лучшее/худшее качество распознавания активности.

Перед операцией можно и нужно посмотреть и проанализировать мозг разными методами – фМРТ, ЭЭГ, ПЭТ. Но, в отличие от них, МЭГ позволяет точнее увидеть локализации эпилептического очага. Необходим метод и в мониторинге состояния людей после травм головного мозга и после инсультов.

Одно из важнейших преимуществ МЭГ перед другими методами (ПЭТ, фМРТ, ЭЭГ) состоит в его меньшей сложности для пациента: не нужно надевать на голову шапочку, не нужно замирать неподвижно, простоте и при этом –m большой точности.

Во время регистрации магнитного поля мозга необязательно находиться в неподвижном состоянии, как в случае фМРТ, поэтому МЭГ-исследование не вызывает сложностей при работе с детьми и более приятно для всех пациентов.

Метод магнитоэнцефалографии позволяет довольно аккуратно (с точностью до 1 мм) детектировать расположение источников магнитного поля в мозге, причём, сделать это с течением времени с точностью до миллисекунды. Последним как раз “хвалёный” фМРТ похвастаться не может.

МЭГ лучше распознаёт источники тока, расположенные в областях, которые образуют борозды.

Но есть в этом методе и свои недостатки. Во-первых, это высокая стоимость аппарата (например, стоимость СКВИД гораздо больше стоимости ЭЭГ-системы) и небходимость постоянного его обслуживания.

Во-вторых, метод очень чувствителен ко внешним электромагнитным волнам, поэтому необходимо проводить исследование в специально экранированном кабинете.

В-третьих, метод не регистрирует активность подкорковых структур и не реагирует на источники, расположенные перпендикулярно.

Если рассмотреть достоинства и недостатки МЭГ в совокупности, становится ясно, что он полезен и необходим для уточнения диагнозов, которые уже поставили с использованием других методов.

Процедура проведения МЭГ

Надежда Потапова

Литература

[1] В.Л. Введенский, В.И. Ожогин. Сверхчувствительная магнитометрия и биомагнетизм. М.: Наука, 1986. — 200 с.

[2] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4001219/

Источник: http://neuronovosti.ru/meg/

СекретЗдоровья
Добавить комментарий