Magnetoencefalografia PRZYGOTOWAA KINGA BIELENINIK Magnetoencefalografia magnetyczny mzgowy zapis

Magnetoencefalografia PRZYGOTOWAŁA : KINGA BIELENINIK

Magnetoencefalografia magnetyczny mózgowy zapis

Magnetoencefalografia (MEG) jest nieinwazyjną metodą badania czynności biomagnetycznej mózgu. Zapis uzyskany przy pomocy tej metody nazywa się magnetoencefalogramem i odzwierciedla zbiorczą aktywność magnetyczną mózgu. MEG wykorzystywane jest w badaniach naukowych mających na celu określenie funkcji poszczególnych ośrodków w mózgu; diagnostyce klinicznej, jako badanie wykonywane w przedoperacyjnej diagnostyce neurochirurgicznej w celu zlokalizowania rejonów patologicznych.

Ludzkie pole magnetyczne �Choć możemy nie być tego świadomi, nasze ciała wytwarzają pole magnetyczne. Spowodowane to jest tym, że ludzkie ciało składa się głównie z wody, a jądra wodoru w cząsteczkach wody zachowują się jak małe magnesy. Ludzki magnetyzm ma działanie zarówno wewnętrzne jak i zewnętrzne.

Pole magnetyczne Mózg generuję 1 milionową cześć pola megnetycznego ziemi. To jest około 50 -200 femtotesla.

Ludzki mózg Mózgowie jest część ośrodkowego układu nerwowego leżąca w czaszce. Jest to najbardziej złożony narząd człowieka. Stopień jego rozwoju prawdopodobnie warunkuje istnienie świadomości. Między neuronami czuciowymi i ruchowymi rozmieszczone są włókna kojarzeniowe. Wewnątrz mózgowia wyróżnia się skupienia komórek nerwowych – jądra i kora mózgu. Wypustki wychodzące z jąder tworzą wiązki oraz spoidła mózgu.

Ludzki mózg

Warstwy kory mózgu

Droga piramidowa włókna łączące Dendryty apikalne Dendryty podstawne Akony

Pole magnetyczne mózgu Rejestrowane pola magnetyczne są indukowane przez prądy jonowe występujące w komórkach nerwowych (głównie prądy wewnątrzkomórkowe apikalnych dendrytów komórek piramidalnych). Pola te są niezmiernie słabe – rzędu setek femtotesli (f. T – biliardowa część tesli). � Model dipola prądowego

Zasady pomiaru pola magnetycznego �Do pomiaru tak skrajnie małych pól magnetycznych mózgu używa się czujników nadprzewodnikowych SQUID (ang. Superconducting Quantum Interference Device – Nadprzewodzący Interferometr Kwantowy) wykorzystujących efekty kwantowe w nadprzewodzących pierścieniach.

Uzyskanie nadprzewodnictwa wymaga zanurzenia czujników w ciekłym helu (dlatego urządzenie przypomina duży termos), którego temperatura jest zbliżona do zera bezwzględnego (rzędu 4, 2 K czyli ok. – 269°C). Standardowo używa się ponad 200 czujników pomiarowych (magnetometrów lub gradiometrów) rozmieszczonych symetrycznie tak, aby zarejestrować aktywność z całego obszaru mózgu.

Zasady działania i pomiaru MEG wykazuje głównie wkłady od dipoli orientowanych w przybliżeniu prostopadle do promienia kuli przybliżającej głowę.

Zakłócenia pola magnetycznego � Trudności z pomiarem pól magnetycznych mózgu związane są z oddzieleniem pól pochodzących z mózgu od szumów elektromagnetycznych. Pola magnetyczne generowane przez ruch metalowym śrubokrętem w odległości kilku metrów czy przejazd samochodu w odległości kilkudziesięciu metrów są o kilka rzędów wielkości silniejsze niż pola pochodzące z mózgu. � Dlatego pomiar MEG musi się odbywać w pomieszczeniach specjalnie budowanych pod kątem ekranowania pól magnetycznych (ang. shielded room).

Techniki obrazowania czynności mózgu �EEG PET f. MRI MEG

MEG a EEG �MEG i EEG mierzą ślady tych samych procesów elektrycznych zachodzących w mózgu. Jednak propagacja pola magnetycznego jest znacznie mniej zakłócana przez zmienne własności ośrodków pomiędzy źródłami (przybliżanymi zwykle modelem dipola prądowego) a czujnikami.

MEG a EEG �Granice tkanek, czaszki, skóry i powietrza, wpływające bardzo mocno na pole elektryczne, są dla pola magnetycznego przezroczyste. �Dlatego pomiary MEG są bardziej obiecujące dla celów lokalizacji źródeł przestrzennych widocznych w zapisach struktur, również ze względu na większą 200 -306 niż w EEG (20) liczbę mierzonych odprowadzeń

MEG a EEG

Zastosowanie MEG �Mapowanie funkcjonalne MEG czynnościowych ośrodków korowych jest szczególnie pomocne w planowaniu zabiegu chirurgicznego w przypadkach, w których padaczka jest wtórna do lezji (guz, dysplazja, naczyniak jamisty)- planowanym zabiegiem jest lezjonektomia. �W przypadku planowanej implantacji elektrod nad/podtwardówkowych czy też głębokich, MEG pozwala określić trajektorie oraz miejsce docelowe wprowadzanych elektrod, minimalizując inwazyjność metody.

MEG zastosowanie �Magnetoencefalogram przypomina tradycyjny zapis EEG i jest używany w celach diagnostycznych padaczki. Tak jak w klasycznym EEG, stosowany jest do detekcji grafoelemenów padaczkowych w zapisach spontanicznych (iglice, fale ostre i wolne) i w potencjałach wywołanych (PW) do określenia zmian latencji/amplitudy poszczególnych załamków.

MEG w diagnostyce padaczki � Napady nieświadomości w przyjętej nomenklaturze określane są jako pierwotnie uogólnione z obustronnym, synchronicznym początkiem wyładowań. Jednak w literaturze naukowej pojawiają się doniesienia o ogniskowym początku napadów nieświadomości z nagłym uogólnieniem w postaci zespołów iglica-fala wolna. Dr Nowak i wsp. przedstawiają w swojej pracy przypadek pacjenta (wiek 9 lat) z typowymi napadami świadomości z ogniskowym początkiem wyładowań w badaniu MEG. Monitorowanie wideo-EEG potwierdziło diagnozę typowych napadów nieświadomości z licznymi epizodami obustronnych, synchronicznych uogólnionych wyładowań w postaci zespołów iglica fala wolna 3– 3, 5 Hz.

MEG w diagnostyce padaczki cd. � Badania MEG zostały wykonane z jednoczesnym monitorowaniem zapisu EEG. Analiza czasowo- przestrzenna wyładowań napadowych wykazała ogniskowy początek wyładowań z okolicy czołowej lewej półkuli z następującym objęciem wylądowaniem wzgórza, niewidoczne w zapisie EEG, sugerujące ognisko czołowe lewej półkuli z nagłą propagacją poprzez drogę korowowzgórzową. W przypadkach z częstymi napadami świadomości ogniskowy charakter wyładowań może zostać określony z użyciem nieinwazyjnej techniki obrazowania MEG.

MEG w neurochirugii padaczki �Podstawowe zastosowanie to lokalizacja i określenie przebiegu czasowego źródeł aktywności spontanicznej i wywołanej. W przypadkach gdy rozważane jest leczenie padaczki metodą chirurgiczną.

MEG w neurochirugii padaczki �Drugie i podstawowe zastosowanie to lokalizacja i określenie przebiegu czasowego źródeł aktywności spontanicznej i wywołanej. MEG znajduje nieocenione zastosowanie w diagnostyce przedoperacyjnej. Precyzyjna lokalizacja ogniska padaczkowego i struktur mózgu objętych napadem padaczkowym

MEG w neurochirurgii padaczki �Przy użyciu MEG możliwa jest lokalizacja źródła iglic rozpoczynających wyładowanie międzynapadowe jak również napad kliniczny -ciągłe monitorowanie pozycji głowy. �Najlepszą dokładność lokalizacji (czułość ok 70%) uzyskuje się w przypadku padaczki skroniowej �Aktualne badania z użyciem jednoczesnej rejestracji zapisu z elektrod głębokich i MEG potwierdzają możliwość lokalizacji przy użyciu MEG struktur głębokich (np. hipokamp oraz c. migdałowate)

Diagnostyka padaczki czołowej i potylicznej �W przypadku wyładowań synchronicznych z okolic czołowych bądź potylicznych MEG pozwala zlateralizować i zlokalizować anatomicznie okolice rozpoczynające generacje aktywności padaczkowej.

MSI=magnetic source imaging �Przed każdym badaniem i dla każdego pacjenta definiuje się trójwymiarowy układ współrzędnych oparty na punktach anatomicznych głowy w celu późniejszej korejestracji i prezentacji wyników badania MEG na obrazie strukturalnym rezonansu magnetycznego (MRI).

MSI Procedura ta nosi nazwę magnetycznego obrazowania źródłowego (ang. magnetic source imaging) i pozwala połączyć obrazowanie funkcjonalne MEG posiadające rozdzielczość w dziedzinie czasu rzędu 1 ms z wielowarstwowym obrazem anatomicznym MRI o doskonałej rozdzielczości przestrzennej (ok. 1 mm).

Zastosowanie MSI (MEG+MRI) Zmiany lezyjne A: FCD B- nisko zróżnicowany ganglioma C: padaczka ogniskowa bez zmian lezyjnych

MSI przed neurochirurgią �Badanie MSI jest preferowane , ponieważ zapewnia neurochirurgowi precyzyjne zlokalizowanie miejsc uszkodzonych bez naruszenia obszarów kory odpowiedzialnej za mowę, słuch, ruch czy czucie. Celem jest zapobiec powikłaniom jatrogennym np. niedowładom, afazji. Pole Wernickego

Zmienność lokalizacji pola Wernickego From MEG lab, UT Houston

Zmienność lokalizacji pola Wernickego u osób dwujęzycznych From MEG lab, UT Houston

Koszty finansowania MEG �Samo urządzenie kosztuje 2 miliony dolarów a budowa pomieszczenia milion dolarów. �Kolejne koszta generuje utrzymanie i konserwacja urządzenia (hel, uzyskanie temperatury 4 K)

Bibliografia 1) 2) 3) 4) 5) 6) Nowak R. , Russi A. , Gimenez S. : New horizons for magnetoencephalography in epilepsy. Epilepsia 2013 54: 1– 10. Papanicolaou A. , Simos P. , Castillo E. , et al. : Magnetocephalography: A non-invasive alternative to the Wada procedure. J Neurosurg 2004; 100: 867– 876. Santiuste M. , Nowak R. , Russi A. , et al. : Simultaneous magnetoencephalography and intracranial EEG registration: technical and clinical aspects. J Clin Neurophysiol 2008; 25: 331– 339. Stefan H. , Hummel C. , Scheler G. , et al. : Magnetic brain source imaging of focal epileptic activity: a synopsis of 455 cases. Brain 2003; 26: 2396– 405. Nowak R. : Spontaneous MEG brain activity. [w: ] Handbook of Clinical Magnetoencephalography and Magnetic Source Imaging. Ed. By Andrew C. Papanicolaou, Cambridge University Press 2009, 59– 102 Nowe metody w diagnostyce padaczki : magnetoencefalografia Rafał Nowak, Piotr Durka Neurol Dziec 2016; 25, 50: 109 -111 ,

Bibliografia 7) Ogniskowy początek wyładowań w napadach nieświadomości w obrazowaniu czasowo przestrzennym MEG Rafal Nowak, Sandra Gimenez Neurol Dziec 2016; 25, 50: 27 -32 8) Magnetoencephalography as a Research Tool in Neuroscience: State of the Art. Andreas a. Ioannides Neuroscientist 12(6): 524– 544, 2006. 9) Signal Processing in Magnetoencephalography Jiri Vrba and Stephen E. Robinson Methods 25, 249– 271 (2001)