Λειτουργική μαγνητική τομογραφία. Nikolay Avdievich - σχετικά με τις νέες συσκευές MRI και τις δυνατότητές τους Λειτουργική μαγνητική τομογραφία εγκεφάλου

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ

Ε.Ι. Kremneva, R.N. Konovalov, M.V. Κροτένκοβα

Επιστημονικό Κέντρο Νευρολογίας της Ρωσικής Ακαδημίας Ιατρικών Επιστημών (Μόσχα)

Από τη δεκαετία του '90. XX αιώνα, η λειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI) είναι μια από τις κορυφαίες μεθόδους χαρτογράφησης των λειτουργικών περιοχών του εγκεφάλου λόγω της μη επεμβατικής της, της έλλειψης έκθεσης σε ακτινοβολία και της σχετικά ευρείας χρήσης της. Η ουσία αυτής της τεχνικής είναι η μέτρηση των αιμοδυναμικών αλλαγών σε απόκριση στη νευρωνική δραστηριότητα (εφέ BOLD). Για την επιτυχία ενός πειράματος fMRI, είναι απαραίτητο: η διαθεσιμότητα κατάλληλης τεχνικής υποστήριξης (σαρωτής μαγνητικής τομογραφίας υψηλού πεδίου, ειδικός εξοπλισμός για την εκτέλεση εργασιών), ανάπτυξη βέλτιστου σχεδιασμού μελέτης, μετεπεξεργασία των δεδομένων που λαμβάνονται. Επί του παρόντος, η τεχνική χρησιμοποιείται όχι μόνο για επιστημονικούς σκοπούς, αλλά και στην πρακτική ιατρική. Ωστόσο, θα πρέπει πάντα να θυμάστε ορισμένους περιορισμούς και αντενδείξεις, ειδικά όταν κάνετε fMRI σε ασθενείς με διάφορες παθολογίες. Για τον σωστό σχεδιασμό μιας μελέτης και την ερμηνεία των αποτελεσμάτων της, είναι απαραίτητο να συμμετάσχουν διάφοροι ειδικοί: νευροακτινολόγοι, βιοφυσικοί, νευρολόγοι, ψυχολόγοι, καθώς η fMRI είναι μια πολυεπιστημονική τεχνική.

Λέξεις-κλειδιά: fMRI, BOLD αντίθεση, σχεδιασμός μελέτης, μετα-επεξεργασία

Για πολλούς αιώνες, οι επιστήμονες και οι γιατροί ενδιαφέρονται για το πώς λειτουργεί ο ανθρώπινος εγκέφαλος. Με την ανάπτυξη της επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου, κατέστη δυνατή η άρση του πέπλου αυτού του μυστηρίου. Και η εφεύρεση και η εισαγωγή στην κλινική πρακτική μιας τέτοιας μη επεμβατικής μεθόδου όπως η μαγνητική τομογραφία (MRI) έχει γίνει ιδιαίτερα πολύτιμη. Η μαγνητική τομογραφία είναι μια σχετικά νέα μέθοδος: ο πρώτος εμπορικός τομογράφος 1,5 Τ άρχισε να λειτουργεί μόλις το 1982. Ωστόσο, μέχρι το 1990, η συνεχής τεχνική βελτίωση της μεθόδου κατέστησε δυνατή τη χρήση της όχι μόνο για τη μελέτη των δομικών χαρακτηριστικών του εγκεφάλου, αλλά και για μελετήσει τη λειτουργία του. Αυτό το άρθρο θα επικεντρωθεί σε μια τεχνική που επιτρέπει τη χαρτογράφηση διαφόρων λειτουργικών περιοχών του εγκεφάλου - λειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI).

Βασικές αρχές της τεχνικής fMRI_

Η fMRI είναι μια τεχνική μαγνητικής τομογραφίας που μετρά την αιμοδυναμική απόκριση (αλλαγή στη ροή του αίματος) που σχετίζεται με τη νευρωνική δραστηριότητα. Βασίζεται σε δύο βασικές έννοιες: νευροαγγειακή αλληλεπίδραση και BOLD αντίθεση.

Η fMRI δεν μας επιτρέπει να δούμε την ηλεκτρική δραστηριότητα των νευρώνων άμεσα, αλλά το κάνει έμμεσα, μέσω τοπικών αλλαγών στη ροή του αίματος. Αυτό είναι δυνατό λόγω του φαινομένου της νευροαγγειακής αλληλεπίδρασης - μια περιφερειακή αλλαγή στη ροή του αίματος ως απόκριση στην ενεργοποίηση των κοντινών νευρώνων. Αυτό το αποτέλεσμα επιτυγχάνεται μέσω μιας σύνθετης αλληλουχίας αλληλοσυνδεόμενων αντιδράσεων που συμβαίνουν στους νευρώνες, στα γύρω γλοία (αστροκύτταρα) και στο ενδοθήλιο του αγγειακού τοιχώματος, καθώς με αυξημένη δραστηριότητα, οι νευρώνες χρειάζονται περισσότερο οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά που φέρνει η κυκλοφορία του αίματος. Η τεχνική fMRI επιτρέπει σε κάποιον να αξιολογήσει άμεσα τις αλλαγές στην αιμοδυναμική.

Αυτό έγινε δυνατό το 1990, όταν ο Seiji Ogawa και οι συνάδελφοί του από τα Bell Laboratories (ΗΠΑ) πρότειναν τη χρήση BOLD αντίθεσης για τη μελέτη της φυσιολογίας του εγκεφάλου χρησιμοποιώντας μαγνητική τομογραφία. Η ανακάλυψή τους σηματοδότησε την αρχή της εποχής

σύγχρονη λειτουργική νευροαπεικόνιση και αποτέλεσε τη βάση των περισσότερων μελετών fMRI. Η έντονη αντίθεση (κυριολεκτικά - εξαρτάται από το επίπεδο οξυγόνωσης του αίματος, ανάλογα με το επίπεδο οξυγόνωσης του αίματος) είναι η διαφορά στο σήμα MR στις εικόνες που χρησιμοποιούν διαβαθμισμένες ακολουθίες ανάλογα με το ποσοστό της δεοξυαιμοσφαιρίνης. Η δεοξυαιμοσφαιρίνη έχει διαφορετικές μαγνητικές ιδιότητες από τους περιβάλλοντες ιστούς, γεγονός που κατά τη σάρωση οδηγεί σε τοπική διαταραχή του μαγνητικού πεδίου και μείωση του σήματος στην αλληλουχία ηχούς βαθμίδωσης. Όταν η ροή του αίματος αυξάνεται ως απόκριση στην ενεργοποίηση των νευρώνων, η δεοξυαιμοσφαιρίνη ξεπλένεται από τους ιστούς και αντικαθίσταται από οξυγονωμένο αίμα, το οποίο έχει μαγνητικές ιδιότητες παρόμοιες με τους περιβάλλοντες ιστούς. Τότε η διαταραχή του πεδίου μειώνεται και το σήμα δεν καταστέλλεται - και βλέπουμε την τοπική του ενίσχυση (Εικ. 1Α).

Έτσι, συνοψίζοντας όλα τα παραπάνω, το γενικό σχήμα fMRI μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής: η ενεργοποίηση των νευρώνων ως απόκριση στη δράση ενός ερεθίσματος και η αύξηση των μεταβολικών τους αναγκών οδηγεί σε τοπική αύξηση της ροής του αίματος, που καταγράφεται κατά τη διάρκεια της fMRI στο τη μορφή ενός σήματος BOLD - το προϊόν της νευρωνικής δραστηριότητας και της αιμοδυναμικής απόκρισης (Εικ. 1Β).

ρύζι. 1: A - σχηματική απεικόνιση της αντίθεσης VOS στο πείραμα Oda\ga με αλλαγές στο ποσοστό οξυγόνου στο αίμα των αρουραίων. κατά την εισπνοή συνηθισμένου αέρα (21% οξυγόνο), προσδιορίζονται περιοχές μειωμένου σήματος στον φλοιό (στο πάνω μέρος του σχήματος), που αντιστοιχούν σε αγγεία με υψηλή περιεκτικότητα σε δεοξυαιμοσφαιρίνη. όταν εισπνέεται καθαρό οξυγόνο, σημειώνεται ένα ομοιογενές σήμα MR από τον εγκεφαλικό φλοιό (στο κάτω μέρος του σχήματος). B - γενικό σχήμα για τη δημιουργία σήματος WOS

Σχεδιασμός πειράματος

Για τη διεξαγωγή μιας μελέτης fMRI, πρέπει να έχετε έναν τομογράφο MR υψηλού πεδίου (τιμή επαγωγής μαγνητικού πεδίου - 1,5 Τ και άνω), διάφορους εξοπλισμούς για την εκτέλεση εργασιών κατά τη σάρωση (ακουστικά, γυαλιά βίντεο, προβολέα, διάφορα τηλεχειριστήρια και joysticks για ανατροφοδότηση από θέματα, κ.λπ. .). Ένας σημαντικός παράγοντας είναι η προθυμία του υποκειμένου για συνεργασία.

Σχηματικά, η ίδια η διαδικασία σάρωσης (χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της οπτικής διέγερσης) μοιάζει με αυτό (Εικ. 2): το θέμα βρίσκεται στον τομογράφο. μέσω ενός ειδικού συστήματος καθρεφτών που είναι στερεωμένοι πάνω από το κεφάλι του, έχει πρόσβαση σε εικόνες που εμφανίζονται μέσω βιντεοπροβολέα στην οθόνη. Για ανατροφοδότηση (εάν αυτό υπονοείται στην εργασία), ο ασθενής πατά ένα κουμπί στο τηλεχειριστήριο. Η παροχή κινήτρων και η παρακολούθηση της ολοκλήρωσης των εργασιών πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας την κονσόλα στο δωμάτιο ελέγχου.

Οι εργασίες που εκτελεί το υποκείμενο μπορεί να είναι διαφορετικές: οπτικές, γνωστικές, κινητικές, ομιλίας κ.λπ., ανάλογα με τους στόχους που έχουν τεθεί. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι παρουσίασης ερεθισμάτων σε μια εργασία: με τη μορφή μπλοκ - ένα σχέδιο μπλοκ, και με τη μορφή ξεχωριστών ανόμοιων ερεθισμάτων - ένα διακριτό σχέδιο (Εικ. 3). Ένας συνδυασμός και των δύο αυτών επιλογών είναι επίσης δυνατός - μεικτό σχέδιο.

Το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο, ειδικά για κινητικές εργασίες, είναι η σχεδίαση μπλοκ, όταν τα ίδια ερεθίσματα συλλέγονται σε μπλοκ που εναλλάσσονται μεταξύ τους. Ένα παράδειγμα είναι το έργο της συμπίεσης μιας λαστιχένιας μπάλας (κάθε στύψιμο είναι ένα ξεχωριστό ερέθισμα) για μια ορισμένη χρονική περίοδο (20–30 δευτερόλεπτα κατά μέσο όρο), εναλλάσσοντας με περιόδους ανάπαυσης της ίδιας διάρκειας. Αυτός ο σχεδιασμός έχει τη μεγαλύτερη στατιστική ισχύ, αφού αθροίζονται τα μεμονωμένα σήματα BOLD. Ωστόσο, είναι, κατά κανόνα, προβλέψιμο για τους ασθενείς και δεν επιτρέπει την αξιολόγηση της ανταπόκρισης σε ένα μεμονωμένο ερέθισμα και επομένως δεν είναι κατάλληλο για ορισμένες εργασίες, ιδιαίτερα για γνωστικές.

ρύζι. 2: Σχέδιο του πειράματος fMRI (προσαρμοσμένο από http://psychology.uwo.ca/fmri4newbies, με αλλαγές)

ΟΙΚΟΔΟΜΙΚΟ ΤΕΤΡΑΓΩΝΟ

Διακριτικό (σχετικό με συμβάν)

A 11 i A D1 iil iiitU I I,

ρύζι. 3: Κύριοι τύποι σχεδίων μελέτης fMRI

Λειτουργική μαγνητική τομογραφία

Για το σκοπό αυτό, υπάρχει ένας διακριτός σχεδιασμός, όταν τα ερεθίσματα παρουσιάζονται με χαοτική σειρά σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα. Για παράδειγμα, σε ένα θέμα με αραχνοφοβία εμφανίζονται ουδέτερες εικόνες (λουλούδια, κτίρια κ.λπ.), μεταξύ των οποίων εμφανίζονται κατά καιρούς εικόνες αράχνης, γεγονός που καθιστά δυνατή την αξιολόγηση της ενεργοποίησης του εγκεφάλου ως απόκριση σε δυσάρεστα ερεθίσματα. Με ένα σχέδιο μπλοκ, αυτό θα ήταν δύσκολο: πρώτον, το υποκείμενο γνωρίζει πότε θα εμφανιστεί το μπλοκ και προετοιμάζεται ήδη για αυτό εκ των προτέρων, και δεύτερον, εάν παρουσιαστεί το ίδιο ερέθισμα για μεγάλο χρονικό διάστημα, η αντίδραση σε αυτό είναι αμβλύ. Είναι διακριτός σχεδιασμός που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο fMRI ως ανιχνευτής ψεύδους ή σε έρευνα μάρκετινγκ, όταν παρουσιάζονται στους εθελοντές διαφορετικές εκδόσεις ενός προϊόντος (η συσκευασία, το σχήμα, το χρώμα του) και παρατηρούνται οι ασυνείδητες αντιδράσεις τους.

Έτσι, επιλέξαμε ένα σχέδιο εργασίας και πραγματοποιήσαμε σάρωση. Τι παίρνουμε ως αποτέλεσμα; Πρώτον, υπάρχει μια σειρά 4D λειτουργικών δεδομένων σε μια διαβαθμισμένη ακολουθία ηχούς, η οποία αντιπροσωπεύει πολλαπλές επαναλαμβανόμενες σαρώσεις ολόκληρου του όγκου του εγκεφάλου κατά τη διάρκεια της εργασίας. Και δεύτερον, ένας όγκος 3D ανατομικών δεδομένων υψηλής ανάλυσης: για παράδειγμα, 1 x 1 x 1 mm (Εικ. 4). Το τελευταίο είναι απαραίτητο για την ακριβή χαρτογράφηση των ζωνών ενεργοποίησης, καθώς τα λειτουργικά δεδομένα έχουν χαμηλή χωρική ανάλυση.

Μεταεπεξεργασία_

Οι αλλαγές στο σήμα MR σε περιοχές ενεργοποίησης του εγκεφάλου υπό διάφορες συνθήκες είναι μόνο 3-5%, είναι άπιαστες στο ανθρώπινο μάτι. Επομένως, τα ληφθέντα λειτουργικά δεδομένα υποβάλλονται στη συνέχεια σε στατιστική ανάλυση: μια καμπύλη της εξάρτησης της έντασης του σήματος MR από το χρόνο σχεδιάζεται για κάθε voxel της εικόνας υπό διαφορετικές συνθήκες - πειραματική (παροχή ερεθίσματος) και έλεγχος. Ως αποτέλεσμα, λαμβάνουμε έναν στατιστικό χάρτη ενεργοποίησης σε συνδυασμό με ανατομικά δεδομένα.

Αλλά πριν από την απευθείας διεξαγωγή μιας τέτοιας ανάλυσης, είναι απαραίτητο να προετοιμαστούν τα "ακατέργαστα" δεδομένα που λαμβάνονται στο τέλος της σάρωσης και να μειωθεί η μεταβλητότητα των αποτελεσμάτων που δεν σχετίζονται με την πειραματική εργασία. Ο αλγόριθμος προετοιμασίας είναι μια διαδικασία πολλών βημάτων και είναι πολύ σημαντικός για την κατανόηση πιθανών αστοχιών και σφαλμάτων κατά την ερμηνεία των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται. Επί του παρόντος, υπάρχουν διάφορα προγράμματα -

Ш -.V w<# %>

40 4"r h® Ф W

ρύζι. 4: Σειρά λειτουργικών (Α) και ανατομικών (Β) δεδομένων που ελήφθησαν στο τέλος της σάρωσης

Λογισμικό για την προκαταρκτική επεξεργασία των ληφθέντων δεδομένων, που παράγεται τόσο από κατασκευαστές τομογράφων μαγνητικής τομογραφίας όσο και από ανεξάρτητα ερευνητικά εργαστήρια fMRI. Όμως, παρά τις διαφορές στις μεθόδους που χρησιμοποιούνται, τα ονόματα και την παρουσίαση δεδομένων, όλα τα στάδια προετοιμασίας καταλήγουν σε μερικά βασικά βήματα.

1. Διόρθωση της κίνησης του κεφαλιού του θέματος. Κατά την εκτέλεση εργασιών, αυτό είναι αναπόφευκτο, παρά τη χρήση διαφόρων συσκευών για τη στερέωση της κεφαλής (μάσκες, κλιπ στο πηνίο κεφαλής κ.λπ.). Ακόμη και η ελάχιστη κίνηση μπορεί να οδηγήσει σε μια έντονη τεχνητή αλλαγή στην ένταση του σήματος MR μεταξύ διαδοχικών όγκων δεδομένων, ειδικά εάν η κίνηση της κεφαλής σχετίζεται με την εκτέλεση της πειραματικής εργασίας. Σε αυτή την περίπτωση, είναι δύσκολο να γίνει διάκριση μεταξύ της «αληθινής» ενεργοποίησης BOLD και της «τεχνητής» που προκύπτει ως αποτέλεσμα της κίνησης του θέματος (Εικ. 5).

Είναι γενικά αποδεκτό ότι η βέλτιστη μετατόπιση κεφαλής δεν είναι μεγαλύτερη από 1 mm. Σε αυτή την περίπτωση, η μετατόπιση κάθετα στο επίπεδο σάρωσης (κατεύθυνση «κεφαλής-πόδι») είναι σημαντικά χειρότερη για τη σωστή στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων από τη μετατόπιση στο επίπεδο σάρωσης. Σε αυτό το στάδιο, χρησιμοποιείται ο αλγόριθμος μετασχηματισμού άκαμπτου σώματος - ένας χωρικός μετασχηματισμός στον οποίο αλλάζει μόνο η θέση και ο προσανατολισμός του αντικειμένου και το μέγεθος ή το σχήμα του είναι σταθερό. Στην πράξη, η επεξεργασία είναι η εξής: επιλέγεται ο αριθμός αναφοράς (συνήθως ο πρώτος) λειτουργικός όγκος εικόνων και όλοι οι επόμενοι λειτουργικοί τόμοι συνδυάζονται μαθηματικά με αυτόν, όπως ακριβώς ευθυγραμμίζουμε τα φύλλα χαρτιού σε μια στοίβα.

2. Καταγραφή πυρήνων λειτουργικών και ανατομικών δεδομένων.

Οι διαφορές στη θέση του κεφαλιού του θέματος ελαχιστοποιούνται. Πραγματοποιείται επίσης υπολογιστική επεξεργασία και σύγκριση ανατομικών δεδομένων υψηλής ανάλυσης και λειτουργικών δεδομένων πολύ χαμηλής ανάλυσης, για τη δυνατότητα μετέπειτα εντοπισμού των ζωνών ενεργοποίησης.

ρύζι. 5: Παράδειγμα μετατόπισης της κεφαλής του ασθενούς κατά τη σάρωση κατά την εκτέλεση ενός παραδείγματος κινητήρα. Στο επάνω μέρος του σχήματος είναι ένα γράφημα της κίνησης του κεφαλιού του ατόμου σε τρία αμοιβαία κάθετα επίπεδα: η μεσαία καμπύλη αντανακλά τη μετατόπιση του ασθενούς κατά μήκος του άξονα z (την κατεύθυνση «κεφάλι-δάχτυλα») και αποκλίνει σαφώς στο στην αρχή του κινήματος και στο τέλος του. Στο κάτω μέρος υπάρχουν στατιστικοί χάρτες ενεργοποίησης του ίδιου θέματος χωρίς διόρθωση κίνησης. Τυπικά τεχνουργήματα κίνησης αναγνωρίζονται με τη μορφή μισών δακτυλίων κατά μήκος της άκρης της εγκεφαλικής ύλης

Επιπλέον, ελαχιστοποιούνται οι διαφορές που σχετίζονται με διαφορετικούς τρόπους σάρωσης (συνήθως για τα λειτουργικά δεδομένα αυτή είναι η λειτουργία "gradient echo", για τα ανατομικά δεδομένα - T1). Έτσι, η λειτουργία ντεγκραντέ ηχούς μπορεί να δώσει κάποια έκταση της εικόνας κατά μήκος ενός από τους άξονες σε σύγκριση με δομικές εικόνες υψηλής ανάλυσης.

3. Χωρική ομαλοποίηση. Είναι γνωστό ότι το σχήμα και το μέγεθος του ανθρώπινου εγκεφάλου ποικίλλει σημαντικά. Για τη σύγκριση δεδομένων που λαμβάνονται από διαφορετικούς ασθενείς, καθώς και για την επεξεργασία ολόκληρης της ομάδας στο σύνολό της, χρησιμοποιούνται μαθηματικοί αλγόριθμοι: ο λεγόμενος μετασχηματισμός συγγένειας. Σε αυτή την περίπτωση, οι εικόνες μεμονωμένων περιοχών του εγκεφάλου μετασχηματίζονται - τέντωμα, συμπίεση, διάταση κ.λπ. - ακολουθούμενη από μείωση των δομικών δεδομένων σε ενιαίο χωρικό σύστημα συντεταγμένων.

Επί του παρόντος, τα δύο πιο κοινά συστήματα χωρικών συντεταγμένων στο fMRI είναι το σύστημα Thaleras και το σύστημα Νευρολογικού Ινστιτούτου του Μόντρεαλ. Το πρώτο αναπτύχθηκε από τον Γάλλο νευροχειρουργό Jean Talairach το 1988 με βάση τις μεταθανάτιες μετρήσεις του εγκεφάλου μιας 60χρονης Γαλλίδας. Στη συνέχεια δόθηκαν οι συντεταγμένες όλων των ανατομικών περιοχών του εγκεφάλου σε σχέση με τη γραμμή αναφοράς που συνδέει την πρόσθια και την οπίσθια κοιλότητα. Οποιοσδήποτε εγκέφαλος μπορεί να τοποθετηθεί σε αυτόν τον στερεοταξικό χώρο και οι περιοχές ενδιαφέροντος μπορούν να περιγραφούν χρησιμοποιώντας ένα τρισδιάστατο σύστημα συντεταγμένων (x, y, z). Το μειονέκτημα ενός τέτοιου συστήματος είναι ότι περιέχει δεδομένα μόνο από έναν εγκέφαλο. Επομένως, το πιο δημοφιλές σύστημα αναπτύσσεται στο Νευρολογικό Ινστιτούτο του Μόντρεαλ (MNI) με βάση τον συνολικό υπολογισμό των δεδομένων εικόνας Τ1 από 152 Καναδούς.

Αν και και στα δύο συστήματα η μέτρηση πραγματοποιείται από τη γραμμή που συνδέει την πρόσθια και την οπίσθια κοιλότητα, οι συντεταγμένες αυτών των συστημάτων δεν είναι πανομοιότυπες, ειδικά καθώς πλησιάζουν τις κυρτές επιφάνειες του εγκεφάλου. Αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη σύγκριση των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται με δεδομένα από την εργασία άλλων ερευνητών.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι αυτό το στάδιο επεξεργασίας δεν χρησιμοποιείται για την προεγχειρητική χαρτογράφηση των ζωνών λειτουργικής ενεργοποίησης στη νευροχειρουργική, καθώς ο σκοπός της fMRI σε μια τέτοια κατάσταση είναι να εκτιμήσει με ακρίβεια τη θέση αυτών των ζωνών σε έναν συγκεκριμένο ασθενή.

4. Εξομάλυνση. Η χωρική κανονικοποίηση δεν είναι ποτέ ακριβής, επομένως οι ομόλογες περιοχές και επομένως οι ζώνες ενεργοποίησής τους δεν είναι 100% συνεπείς. Για να επιτευχθεί χωρική επικάλυψη παρόμοιων ζωνών ενεργοποίησης σε μια ομάδα θεμάτων, να βελτιωθεί η αναλογία σήματος προς θόρυβο και έτσι να αυξηθεί η αξιοπιστία των δεδομένων, χρησιμοποιείται μια συνάρτηση εξομάλυνσης Gauss. Η ουσία αυτού του σταδίου επεξεργασίας είναι να «θολώσει» οι ζώνες ενεργοποίησης κάθε θέματος, με αποτέλεσμα να αυξάνονται οι περιοχές επικάλυψης τους κατά την ομαδική ανάλυση. Μειονέκτημα: χάνεται η χωρική ανάλυση.

Τώρα, επιτέλους, μπορούμε να περάσουμε απευθείας στη στατιστική ανάλυση, ως αποτέλεσμα της οποίας λαμβάνουμε δεδομένα για τις ζώνες ενεργοποίησης με τη μορφή έγχρωμων χαρτών που επιτίθενται στα ανατομικά δεδομένα. Τα ίδια δεδομένα μπορούν

Λειτουργική μαγνητική τομογραφία

Στατιστικά: p-va/ues προσαρμοσμένα για τον όγκο αναζήτησης

Προσαρμοσμένο σε επίπεδο συνόλου χωρίς lsotroplc επίπεδο voxel σε επίπεδο συμπλέγματος

R "- - - ---- mm mm mm

^ συνδεδεμένο "E ^ uncorrected PFWE-con ^ FDR-con T (U ^ unconected

0.000 80 0.000 0.000 0.000 6.26 6.04 0.000 -27 -24 60

0.000 0.000 6.00 5.81 0.000 -33 -18 69

0.002 46 0.001 0.009 0.000 5.20 5.07 0.000 27 -57 -21

0.123 0.004 4.54 4.45 0.000 18 -51 -18

0.278 6 0.179 0.076 0.003 4.67 4.58 0.000 51 21 -21

0.331 5 0.221 0.081 0.003 4.65 4.56 0.000 -66 -24 27

0.163 9 0.098 0.099 0.003 4.60 4.51 0.000 -48 -75 -27

0.050 17 0.029 0.160 0.005 4.46 4.38 0.000 -21 33 27

0.135 10 0.080 0.223 0.006 4.36 4.28 0.000 3 -75 -33

0.668 1 0.608 0.781 0.024 3.83 3.77 0.000 6 -60 -9

ρύζι. 6: Παράδειγμα παρουσίασης στατιστικών αποτελεσμάτων μετά την επεξεργασία. Αριστερά - ζώνες ενεργοποίησης κατά την εκτέλεση ενός κινητικού παραδείγματος (ανύψωση - κατέβασμα του δεξιού δείκτη), σε συνδυασμό με ογκομετρική ανακατασκευή του εγκεφάλου. Στα δεξιά - στατιστικά στοιχεία για κάθε ζώνη ενεργοποίησης

να παρουσιαστεί σε ψηφιακή μορφή υποδεικνύοντας τη στατιστική σημασία της ζώνης ενεργοποίησης, τον όγκο και τις συντεταγμένες της στον στερεοταξικό χώρο (Εικ. 6).

Εφαρμογή fMRI_

Σε ποιες περιπτώσεις γίνεται η fMRI; Πρώτον, για καθαρά επιστημονικούς σκοπούς: πρόκειται για μια μελέτη της λειτουργίας του φυσιολογικού εγκεφάλου και της λειτουργικής του ασυμμετρίας. Αυτή η τεχνική έχει αναζωπυρώσει το ενδιαφέρον των ερευνητών για τη χαρτογράφηση των λειτουργιών του εγκεφάλου: χωρίς να καταφύγετε σε επεμβατικές παρεμβάσεις, μπορείτε να δείτε ποιες περιοχές του εγκεφάλου είναι υπεύθυνες για μια συγκεκριμένη διαδικασία. Ίσως η μεγαλύτερη πρόοδος έχει γίνει στην κατανόηση των ανώτερων γνωστικών διαδικασιών, συμπεριλαμβανομένης της προσοχής, της μνήμης και των εκτελεστικών λειτουργιών. Τέτοιες μελέτες κατέστησαν δυνατή τη χρήση του fMRI για πρακτικούς σκοπούς μακριά από την ιατρική και τις νευροεπιστήμες (ως ανιχνευτής ψεύδους, σε έρευνα μάρκετινγκ κ.λπ.).

Επιπλέον, η fMRI χρησιμοποιείται ενεργά στην πρακτική ιατρική. Επί του παρόντος, αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται ευρέως στην κλινική πρακτική για την προεγχειρητική χαρτογράφηση βασικών λειτουργιών (κινητική, ομιλία) πριν από νευροχειρουργικές επεμβάσεις για εγκεφαλικές βλάβες που καταλαμβάνουν χώρο ή ανίατη επιληψία. Στις ΗΠΑ, υπάρχει ακόμη και ένα επίσημο έγγραφο - ένας πρακτικός οδηγός που συντάχθηκε από το Αμερικανικό Κολλέγιο Ακτινολογίας και την Αμερικανική Εταιρεία Νευροακτινολογίας, το οποίο περιγράφει λεπτομερώς την όλη διαδικασία.

Οι ερευνητές προσπαθούν επίσης να εισαγάγουν το fMRI στην κλινική πρακτική ρουτίνας για μια ποικιλία νευρολογικών και ψυχιατρικών παθήσεων. Ο κύριος στόχος πολλών εργασιών σε αυτόν τον τομέα είναι η αξιολόγηση των αλλαγών στη λειτουργία του εγκεφάλου ως απόκριση σε βλάβη σε μία ή την άλλη από τις περιοχές του - απώλεια και (ή) αλλαγή ζωνών, μετατόπισή τους κ.λπ., καθώς και δυναμική παρατήρηση της αναδιάρθρωσης των ζωνών ενεργοποίησης ως απάντηση στη φαρμακευτική θεραπεία και (ή) μέτρα αποκατάστασης.

Τελικά, οι μελέτες fMRI που διεξάγονται σε ασθενείς διαφόρων κατηγοριών μπορούν να βοηθήσουν στον προσδιορισμό της προγνωστικής αξίας διαφόρων επιλογών για λειτουργική αναδιάρθρωση του φλοιού για την αποκατάσταση των μειωμένων λειτουργιών και την ανάπτυξη βέλτιστων αλγορίθμων θεραπείας.

Πιθανές αποτυχίες της μελέτης_

Όταν σχεδιάζετε fMRI, θα πρέπει πάντα να έχετε υπόψη σας διάφορες αντενδείξεις, περιορισμούς και πιθανούς

πηγές σφαλμάτων στην ερμηνεία των δεδομένων που λαμβάνονται τόσο για υγιείς εθελοντές όσο και για ασθενείς.

Αυτά περιλαμβάνουν:

Τυχόν παράγοντες που επηρεάζουν τη νευροαγγειακή αλληλεπίδραση και την αιμοδυναμική και, ως εκ τούτου, την έντονη αντίθεση. Επομένως, είναι πάντα απαραίτητο να λαμβάνονται υπόψη πιθανές αλλαγές στην εγκεφαλική ροή αίματος, για παράδειγμα, λόγω αποφράξεων ή σοβαρών στενώσεων των κύριων αρτηριών της κεφαλής και του λαιμού, λαμβάνοντας αγγειοδραστικά φάρμακα. Υπάρχουν επίσης γνωστά γεγονότα μείωσης ή ακόμη και αναστροφής της απόκρισης BOLD σε ορισμένους ασθενείς με κακοήθη γλοιώματα λόγω διαταραχής της αυτορρύθμισης.

Η παρουσία αντενδείξεων στο υποκείμενο, κοινές σε οποιαδήποτε μελέτη μαγνητικής τομογραφίας (βηματοδότες, κλειστοφοβία κ.λπ.).

Μεταλλικές κατασκευές στην περιοχή των τμημάτων του προσώπου (εγκεφάλου) του κρανίου (μη αφαιρούμενες οδοντοστοιχίες, κλιπ, πλάκες κ.λπ.), δίνοντας έντονα τεχνουργήματα στη λειτουργία "gradient echo".

Έλλειψη (δυσκολία) συνεργασίας από την πλευρά του υποκειμένου κατά τη διάρκεια της εργασίας, που σχετίζεται τόσο με τη γνωστική του κατάσταση όσο και με τη μείωση της όρασης, της ακοής κ.λπ., καθώς και με την έλλειψη κινήτρων και τη δέουσα προσοχή στην εργασία.

Έντονη κίνηση του θέματος κατά την εκτέλεση εργασιών.

Λανθασμένα προγραμματισμένος σχεδιασμός μελέτης (επιλογή εργασίας ελέγχου, διάρκεια μπλοκ ή ολόκληρης της μελέτης κ.λπ.)

Προσεκτική ανάπτυξη εργασιών, η οποία είναι ιδιαίτερα σημαντική για την κλινική fMRI, καθώς και για τη μελέτη μιας ομάδας ατόμων ή του ίδιου θέματος στη δυναμική, προκειμένου να είναι δυνατή η σύγκριση των προκυπτουσών ζωνών ενεργοποίησης. οι εργασίες θα πρέπει να είναι αναπαραγώγιμες, δηλαδή ίδιες καθ' όλη τη διάρκεια της μελέτης και διαθέσιμες για ολοκλήρωση όλων των θεμάτων. Μια πιθανή λύση για ασθενείς που δεν μπορούν να εκτελέσουν μόνοι τους εργασίες που σχετίζονται με την κίνηση είναι η χρήση παθητικών παραδειγμάτων που χρησιμοποιούν διάφορες συσκευές για την κίνηση των άκρων.

Λανθασμένη επιλογή παραμέτρων σάρωσης (χρόνος ηχούς - TE, χρόνος επανάληψης - TR).

Εσφαλμένες παράμετροι μετά την επεξεργασία δεδομένων σε διάφορα στάδια.

Εσφαλμένη ερμηνεία των ληφθέντων στατιστικών δεδομένων, εσφαλμένη χαρτογράφηση ζωνών ενεργοποίησης.

συμπέρασμα

Παρά τους παραπάνω περιορισμούς, η fMRI είναι μια σημαντική και ευέλικτη σύγχρονη τεχνική νευροαπεικόνισης που συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της υψηλής χωρικής ανάλυσης και της μη επεμβατικότητας με την απουσία της ανάγκης για ενδοφλέβια αντίθεση.

ενίσχυση και έκθεση σε ακτινοβολία. Ωστόσο, αυτή η τεχνική είναι πολύ περίπλοκη και για την επιτυχή ολοκλήρωση των εργασιών που έχουν ανατεθεί σε έναν ερευνητή fMRI, απαιτείται μια διεπιστημονική προσέγγιση - με τη συμμετοχή όχι μόνο νευροακτινολόγων, αλλά και βιοφυσικών, νευροφυσιολόγων, ψυχολόγων, λογοθεραπευτών, κλινικών ιατρών και μαθηματικών στη μελέτη. . Μόνο σε αυτή την περίπτωση είναι δυνατό να αξιοποιήσετε πλήρως τις δυνατότητες του fMRI και να επιτύχετε πραγματικά μοναδικά αποτελέσματα.

Βιβλιογραφία

1. Ashburner J., Friston K. Multimodal coregistration and partitioning image - ένα ενοποιημένο πλαίσιο. Neurolmage 1997; 6(3):209-217.

2. Brian N. Pasley, Ralph D. Freeman. νευροαγγειακή σύζευξη. Scholarpedia 2008; 3(3):5340.

3. Chen C.M., HouB.L., Holodny A.I. Επίδραση της ηλικίας και του βαθμού όγκου στην BOLD λειτουργική απεικόνιση MR στην προεγχειρητική εκτίμηση ασθενών με γλοίωμα. Ακτινολογία 2008; 3:971-978.

4. Filippi M. Τεχνικές και πρωτόκολλα fMRI. Humana press 2009: 25.

5. Friston K.J., Williams S., HowardR. et al. Επιδράσεις που σχετίζονται με την κίνηση σε χρονοσειρές fMRI. Magn. Reson. Med. 1996; 35:346-355.

6. Glover, G.H., Lai S. Self-navigated spiral fMRI: Interleaved versus single-shot. Magn. Reson. Med. 1998; 39: 361-368.

7. Haller S, Bartsch A.J. Παγίδες στο fMRI. Ευρώ. Radiol. 2009; 19: 2689-2706.

8. Hsu Y.Y., Chang C.N., Jung S.M. et al. MRI εγκεφαλικών γλοιωμάτων που εξαρτάται από το επίπεδο οξυγόνωσης του αίματος κατά τη διάρκεια της κράτησης της αναπνοής. J. Magn. Reson Imaging 2004; 2: 160-167.

9. Huettel S.A., Song A.W., McCarthy G. Functional magnetic resonance imaging. Sinauer Associates, Inc. 2004: 295-317.

10. Ogawa S., Lee T.M. Απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού αιμοφόρων αγγείων σε υψηλά πεδία: Μετρήσεις in vivo και in vitro και προσομοίωση εικόνας. Magn. Λόγος. Med. 1990; 16 (1): 9-18.

Η μαγνητική τομογραφία είναι απαραίτητη στη διάγνωση πολλών ασθενειών και επιτρέπει τη λεπτομερή απεικόνιση των εσωτερικών οργάνων και συστημάτων.

Το τμήμα μαγνητικής τομογραφίας της κλινικής NAKFF στη Μόσχα είναι εξοπλισμένο με τομογράφο Siemens MAGNETOM Aera υψηλού πεδίου με σχέδιο ανοιχτής σήραγγας. Η ισχύς του τομογράφου είναι 1,5 Tesla. Ο εξοπλισμός επιτρέπει την εξέταση ατόμων με βάρος έως 200 κιλά, το πλάτος της σήραγγας της συσκευής (άνοιγμα) είναι 70 εκ. εγκέφαλος Το κόστος των διαγνωστικών είναι προσιτό, ενώ η αξία των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται είναι απίστευτα υψηλή. Συνολικά πραγματοποιούνται περισσότερα από 35 είδη εξετάσεων μαγνητικού συντονισμού.

Μετά τη διάγνωση με μαγνητική τομογραφία, ο γιατρός συνομιλεί με τον ασθενή και εκδίδει έναν δίσκο με ηχογράφηση. Το συμπέρασμα μεταδίδεται μέσω email.

Παρασκευή

Οι περισσότερες μελέτες μαγνητικής τομογραφίας δεν απαιτούν ειδική εκπαίδευση. Ωστόσο, για παράδειγμα, για μαγνητική τομογραφία κοιλίας και πυελικών οργάνων, συνιστάται η αποχή από το φαγητό και το ποτό 5 ώρες πριν από την εξέταση.

Πριν επισκεφτείτε το κέντρο μαγνητικής τομογραφίας (την ημέρα της εξέτασης), πρέπει να φοράτε άνετα ρούχα χωρίς μεταλλικά στοιχεία.

Αντενδείξεις

Οι αντενδείξεις στην απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού οφείλονται στο γεγονός ότι κατά τη διάρκεια της μελέτης σχηματίζεται ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο που μπορεί να επηρεάσει ηλεκτρονικά και μέταλλα. Με βάση αυτό, απόλυτη αντένδειξη στη μαγνητική τομογραφία είναι η παρουσία:

• βηματοδότης;
• νευροδιεγέρτης;
• ηλεκτρονικό εμφύτευμα μέσου αυτιού.
• μεταλλικά κλιπ σε δοχεία.
• αντλίες ινσουλίνης

Εγκατεστημένος βηματοδότης, νευροδιεγέρτης, ηλεκτρονικό εμφύτευμα μέσου αυτιού, μεταλλικοί συνδετήρες σε αγγεία, αντλίες ινσουλίνης.

Περιορισμοί στην εκτέλεση

Εάν έχετε εγκαταστήσει μεγάλες μεταλλικές κατασκευές (για παράδειγμα, ενδοπροσθετική άρθρωση), θα χρειαστείτε ένα έγγραφο που να επιβεβαιώνει τη δυνατότητα και την ασφάλεια της πραγματοποίησης μαγνητικής τομογραφίας. Αυτό μπορεί να είναι πιστοποιητικό για το εμφύτευμα (συνήθως εκδίδεται μετά την επέμβαση) ή πιστοποιητικό από τον χειρουργό που πραγματοποίησε την παρέμβαση. Οι περισσότερες από αυτές τις δομές είναι κατασκευασμένες από τιτάνιο ιατρικής ποιότητας, το οποίο δεν παρεμβαίνει στη διαδικασία. Αλλά, σε κάθε περίπτωση, πριν από την εξέταση, ενημερώστε τον γιατρό στο ακτινολογικό τμήμα για την παρουσία ξένων αντικειμένων στο σώμα - κορώνες στη στοματική κοιλότητα, τρυπήματα, ακόμη και τατουάζ (μπορεί να χρησιμοποιηθούν χρώματα που περιέχουν μέταλλο στο τελευταίο) .

Η τιμή της μαγνητικής τομογραφίας εξαρτάται από το μέρος του σώματος που εξετάζεται και την ανάγκη για πρόσθετες διαδικασίες (για παράδειγμα, έγχυση σκιαγραφικού). Έτσι, μια μαγνητική τομογραφία εγκεφάλου θα κοστίσει περισσότερο από μια τομογραφία του ενός χεριού. Εγγραφείτε για τη μελέτη μέσω τηλεφώνου στη Μόσχα: +7 495 266-85-01 ή αφήστε ένα αίτημα στον ιστότοπο.

Δίνει στον ερευνητή πολλές πληροφορίες σχετικά με την ανατομική δομή ενός οργάνου, ιστού ή άλλου αντικειμένου που εμφανίζεται. Ωστόσο, για να αναπτυχθεί μια ολιστική εικόνα των διεργασιών που συμβαίνουν, δεν υπάρχουν αρκετά στοιχεία για τη λειτουργική δραστηριότητα. Και για το σκοπό αυτό υπάρχει BOLD-λειτουργική μαγνητική τομογραφία (BOLD - εξαρτώμενη από το επίπεδο οξυγόνωσης του αίματος αντίθεση, ή αντίθεση ανάλογα με τον βαθμό κορεσμού του αίματος με οξυγόνο).

Το BOLD fMRI είναι μια από τις πιο εφαρμόσιμες και ευρέως γνωστές μεθόδους για τη μέτρηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Η ενεργοποίηση έχει ως αποτέλεσμα αυξημένη τοπική ροή αίματος με αλλαγές στη σχετική συγκέντρωση της οξυγονωμένης (εμπλουτισμένης σε οξυγόνο) και της αποξυγονωμένης (κακής σε οξυγόνο) αιμοσφαιρίνης στην τοπική κυκλοφορία.

Εικ.1.Σχέδιο αντιδράσεις εγκέφαλος ροή του αίματος V απάντηση επί διέγερση νευρώνες.

Το αποξυγονωμένο αίμα είναι παραμαγνητικό (μια ουσία που μπορεί να μαγνητιστεί) και θα προκαλέσει πτώση των επιπέδων σήματος MRI. Εάν υπάρχει περισσότερο οξυγονωμένο αίμα στην περιοχή του εγκεφάλου, το επίπεδο του σήματος MRI αυξάνεται. Έτσι, το οξυγόνο στο αίμα δρα ως ενδογενής παράγοντας αντίθεσης.

Εικ.2.Ενταση ΗΧΟΥ εγκέφαλος προμήθεια αίματος (ΕΝΑ) Και ΤΟΛΜΗΡΟΣ-απάντηση fMRI (σι) στο δραστηριοποίηση πρωταρχικός μοτέρ φλοιόςπρόσωπο. Σήμα περνάει V 4 στάδια. 1 στάδιο – εξαιτίας δραστηριοποίηση νευρώνες ανεβαίνει κατανάλωσηοξυγόνο, αυξάνει ποσότητα αποοξυγονωμένο αίμα, ΤΟΛΜΗΡΟΣ— σήμα Λίγο μειώνεται (επί γραφικάΔεν απεικονίζεται, μείωση ανήλικος). σκάφη επεκτείνονται, εξαιτίας τι μερικοί μειώνεταιπρομήθεια αίματος εγκεφαλικός υφάσματα. Στάδιο 2 – μακροπρόθεσμα αυξάνουν σήμα. Δυνητικός Ενέργειες νευρώνεςτελειώνει, Αλλά ροή οξυγονωμένο αίμα αυξάνει αδρανειακά, Μπορεί εξαιτίας επίπτωσηβιοχημική μαρκαδόροι υποξία. Στάδιο 3 – μακροπρόθεσμα πτώση σήμα εξαιτίας ομαλοποίησηπρομήθεια αίματος. 4 στάδιο – μετα-ερέθισμα ύφεση – που ονομάζεται αργός αποκατάσταση πρωτότυποπρομήθεια αίματος

Για την ενεργοποίηση της εργασίας των νευρώνων σε ορισμένες περιοχές του φλοιού, υπάρχουν ειδικές εργασίες ενεργοποίησης. Η σχεδίαση εργασιών διατίθεται συνήθως σε δύο τύπους: "μπλοκ" και "σχετικό με συμβάντα". Κάθε τύπος προϋποθέτει την παρουσία δύο εναλλασσόμενων φάσεων - μιας ενεργού και μιας κατάστασης ηρεμίας. Στην κλινική fMRI, οι εργασίες του τύπου «μπλοκ» χρησιμοποιούνται συχνότερα. Κατά την εκτέλεση τέτοιων ασκήσεων, το υποκείμενο εναλλάσσει τις αποκαλούμενες περιόδους ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗΣ- (ενεργή κατάσταση) και OFF- (κατάσταση ανάπαυσης) ίσης ή άνισης διάρκειας. Για παράδειγμα, κατά τον εντοπισμό της περιοχής του φλοιού που είναι υπεύθυνη για τις κινήσεις των χεριών, οι εργασίες αποτελούνται από εναλλασσόμενες κινήσεις των δακτύλων και περιόδους αδράνειας, που διαρκούν κατά μέσο όρο περίπου 20 δευτερόλεπτα. Τα βήματα επαναλαμβάνονται πολλές φορές για να αυξηθεί η ακρίβεια του αποτελέσματος fMRI. Στην περίπτωση μιας εργασίας που σχετίζεται με συμβάν, το υποκείμενο εκτελεί μια σύντομη ενέργεια (για παράδειγμα, κατάποση ή σφίξιμο μιας γροθιάς), ακολουθούμενη από μια περίοδο ανάπαυσης, ενώ οι ενέργειες, σε αντίθεση με το σχέδιο του μπλοκ, εναλλάσσονται άνισα και ασυνεπή.

Στην πράξη, το BOLD fMRI χρησιμοποιείται στον προεγχειρητικό σχεδιασμό εκτομής (αφαίρεση) όγκων, στη διάγνωση αγγειακών δυσπλασιών και κατά τη διάρκεια επεμβάσεων για σοβαρές μορφές επιληψίας και άλλες βλάβες του εγκεφάλου. Κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης στον εγκέφαλο, είναι σημαντικό να αφαιρείται η βλάβη όσο το δυνατόν ακριβέστερα, ενώ ταυτόχρονα αποφεύγεται η περιττή βλάβη σε παρακείμενες λειτουργικά σημαντικές περιοχές του εγκεφάλου.

Εικ.3.

ΕΝΑ – τρισδιάστατη MRI— εικόνα κεφάλι εγκέφαλος. Βέλος υποδεικνύεται τοποθεσία μοτέρ φλοιός Vπροκεντρική γύρος.

σι – χάρτης fMRI—δραστηριότητα εγκέφαλος V προκεντρική γύρος στο κίνηση χέρι.

Η μέθοδος είναι πολύ αποτελεσματική στη μελέτη εκφυλιστικών ασθενειών, όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ και του Πάρκινσον, ιδιαίτερα στα αρχικά στάδια. Δεν περιλαμβάνει τη χρήση ιονίζουσας ακτινοβολίας ή ακτινοσκιερών παραγόντων και είναι μη επεμβατική. Ως εκ τούτου, μπορεί να θεωρηθεί αρκετά ασφαλής για ασθενείς που χρειάζονται μακροχρόνιες και τακτικές εξετάσεις fMRI. Η fMRI μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη των μηχανισμών σχηματισμού επιληπτικών κρίσεων και επιτρέπει σε κάποιον να αποφύγει την αφαίρεση του λειτουργικού φλοιού σε ασθενείς με επιληψία ανίατου μετωπιαίου λοβού. Παρακολούθηση της αποκατάστασης του εγκεφάλου μετά από εγκεφαλικά επεισόδια, μελέτη των επιπτώσεων φαρμάκων ή άλλων θεραπειών, παρακολούθηση και παρακολούθηση της θεραπείας ψυχιατρικών παθήσεων - αυτή δεν είναι μια πλήρης λίστα πιθανών εφαρμογών του fMRI. Επιπλέον, υπάρχει επίσης fMRI ηρεμίας, στην οποία η σύνθετη επεξεργασία δεδομένων μας επιτρέπει να βλέπουμε τα δίκτυα του εγκεφάλου να λειτουργούν σε ηρεμία.

Πηγές:

1. Πόσο καλά κατανοούμε τη νευρική προέλευση του σήματος fMRI BOLD; Owen J.Arthur, Simon Boniface. TRENDS in Neurosciences Vol.25 No.1 January 2002
2. Η φυσική της λειτουργικής απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού (fMRI) R. B. Buxton. Μαλλομέταξο ύφασμα. Επαιτώ. Phys. 76 (2013)
3. Εφαρμογή λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας στην κλινική. Επιστημονική ανασκόπηση. Belyaev A., Peck Kung K., Brennan N., Kholodny A. Russian electronic journal of radiology. Τόμος 4 Νο. 1 2014
4. Εγκέφαλος, γνώση, νους: Εισαγωγή στη γνωστική νευροεπιστήμη. Μέρος 2ο . B. Baars, N. Gage. Μ.: Binom. 2014 σελ. 353-360.

Κείμενο: Daria Prokudina

Οι αλλαγές στη δραστηριότητα της ροής του αίματος καταγράφονται με λειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI). Η μέθοδος χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του εντοπισμού των αρτηριών, για την αξιολόγηση της μικροκυκλοφορίας των κέντρων όρασης, ομιλίας, κίνησης και του φλοιού ορισμένων άλλων λειτουργικών κέντρων. Ένα χαρακτηριστικό της χαρτογράφησης είναι ότι ο ασθενής καλείται να εκτελέσει ορισμένες εργασίες που αυξάνουν τη δραστηριότητα του επιθυμητού εγκεφαλικού κέντρου (διάβασμα, γραφή, ομιλία, κίνηση ποδιών).

Στο τελικό στάδιο, το λογισμικό δημιουργεί μια εικόνα αθροίζοντας συμβατικές τομογραφίες στρώμα προς στρώμα και εικόνες του εγκεφάλου με λειτουργικό φορτίο. Το σύμπλεγμα των πληροφοριών εμφανίζεται με ένα τρισδιάστατο μοντέλο. Η χωρική μοντελοποίηση επιτρέπει στους ειδικούς να μελετήσουν το αντικείμενο λεπτομερώς.

Μαζί με τη φασματοσκοπία MRI, η μελέτη αποκαλύπτει όλα τα μεταβολικά χαρακτηριστικά των παθολογικών σχηματισμών.

Αρχές λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας εγκεφάλου

Η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού βασίζεται στην καταγραφή της αλλαγμένης ραδιοσυχνότητας των ατόμων υδρογόνου σε υγρά μέσα μετά από έκθεση σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Η κλασική σάρωση δείχνει στοιχεία μαλακών ιστών. Για τη βελτίωση της ορατότητας των αιμοφόρων αγγείων, γίνεται ενδοφλέβια αντίθεση με το παραμαγνητικό γαδολίνιο.

Η λειτουργική μαγνητική τομογραφία καταγράφει τη δραστηριότητα μεμονωμένων περιοχών του εγκεφαλικού φλοιού λαμβάνοντας υπόψη τη μαγνητική επίδραση της αιμοσφαιρίνης. Μετά την απελευθέρωση μορίων οξυγόνου στους ιστούς, η ουσία γίνεται παραμαγνητική, η ραδιοσυχνότητα της οποίας λαμβάνεται από τους αισθητήρες της συσκευής. Όσο πιο έντονη είναι η παροχή αίματος στο παρέγχυμα του εγκεφάλου, τόσο καλύτερο είναι το σήμα.

Η μαγνήτιση των ιστών ενισχύεται περαιτέρω με την οξείδωση της γλυκόζης. Η ουσία είναι απαραίτητη για τη διασφάλιση των διαδικασιών ιστικής αναπνοής των νευρώνων. Οι αλλαγές στη μαγνητική επαγωγή καταγράφονται από τους αισθητήρες της συσκευής και επεξεργάζονται από μια εφαρμογή λογισμικού. Οι συσκευές υψηλού πεδίου δημιουργούν ανάλυση υψηλής ποιότητας. Η τομογραφία δείχνει μια λεπτομερή εικόνα εξαρτημάτων με διάμετρο έως και 0,5 mm σε διάμετρο.

Οι μελέτες λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας καταγράφουν σήματα όχι μόνο από τα βασικά γάγγλια, τον φλοιό και τον θάλαμο, αλλά και από κακοήθεις όγκους. Τα νεοπλάσματα έχουν το δικό τους αγγειακό δίκτυο, μέσω του οποίου η γλυκόζη και η αιμοσφαιρίνη εισέρχονται στον σχηματισμό. Η παρακολούθηση σήματος σάς επιτρέπει να μελετήσετε τα περιγράμματα, τη διάμετρο και το βάθος της διείσδυσης του όγκου στη λευκή ή φαιά ουσία.

Η λειτουργική διάγνωση της μαγνητικής τομογραφίας εγκεφάλου απαιτεί τα προσόντα ιατρού ακτινολογίας. Διαφορετικές ζώνες του φλοιού χαρακτηρίζονται από διαφορετική μικροκυκλοφορία. Ο κορεσμός με αιμοσφαιρίνη και γλυκόζη επηρεάζει την ποιότητα του σήματος. Θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η δομή του μορίου του οξυγόνου και η παρουσία εναλλακτικών υποκατάστατων ατόμων.

Ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο αυξάνει τον χρόνο ημιζωής του οξυγόνου. Το εφέ λειτουργεί όταν η ισχύς της συσκευής είναι μεγαλύτερη από 1,5 Tesla. Οι πιο αδύναμες εγκαταστάσεις δεν μπορούν να μην μελετήσουν τη λειτουργική δραστηριότητα του εγκεφάλου.

Είναι καλύτερο να προσδιορίσετε τη μεταβολική ένταση της παροχής αίματος στον όγκο χρησιμοποιώντας εξοπλισμό υψηλού πεδίου ισχύος 3 Tesla. Η υψηλή ανάλυση θα σας επιτρέψει να καταγράψετε μια μικρή βλάβη.

Η αποτελεσματικότητα του σήματος ονομάζεται επιστημονικά «αιμοδυναμική απόκριση». Ο όρος χρησιμοποιείται για να περιγράψει την ταχύτητα των νευρικών διεργασιών με ένα διάστημα 1-2 δευτερολέπτων. Η παροχή αίματος στους ιστούς δεν είναι πάντα επαρκής για λειτουργικές μελέτες. Η ποιότητα του αποτελέσματος βελτιώνεται με πρόσθετη χορήγηση γλυκόζης. Μετά τη διέγερση, ο κορυφαίος κορεσμός εμφανίζεται μετά από 5 δευτερόλεπτα, όταν πραγματοποιείται η σάρωση.

Τεχνικά χαρακτηριστικά μιας λειτουργικής μελέτης MRI του εγκεφάλου

Τα λειτουργικά διαγνωστικά MRI βασίζονται σε αύξηση της νευρωνικής δραστηριότητας μετά από διέγερση της εγκεφαλικής δραστηριότητας από ένα άτομο που εκτελεί μια συγκεκριμένη εργασία. Ένα εξωτερικό ερέθισμα προκαλεί διέγερση της αισθητηριακής ή κινητικής δραστηριότητας ενός συγκεκριμένου κέντρου.

Για την παρακολούθηση της περιοχής, ενεργοποιείται μια λειτουργία ντεγκραντέ ηχούς με βάση μια παλμική-επίπεδη ακολουθία ηχούς.

Η ανάλυση του σήματος ενεργής ζώνης στην μαγνητική τομογραφία γίνεται γρήγορα. Η καταγραφή μιας τομογραφίας πραγματοποιείται σε μεσοδιάστημα 100 ms. Τα διαγνωστικά γίνονται μετά από διέγερση και κατά την περίοδο ανάπαυσης. Το λογισμικό χρησιμοποιεί τομογραφήματα για να υπολογίσει τις εστίες νευρωνικής δραστηριότητας, επικαλύπτοντας περιοχές ενισχυμένου σήματος σε ένα τρισδιάστατο μοντέλο του εγκεφάλου σε ηρεμία.

Για τους θεράποντες ιατρούς, αυτός ο τύπος μαγνητικής τομογραφίας παρέχει πληροφορίες σχετικά με παθοφυσιολογικές διεργασίες που δεν μπορούν να εντοπιστούν με άλλες διαγνωστικές μεθόδους. Η μελέτη των γνωστικών λειτουργιών είναι απαραίτητη για τους νευροψυχολόγους για τη διαφοροποίηση των ψυχικών και ψυχολογικών παθήσεων. Η μελέτη βοηθά στην επαλήθευση των επιληπτικών εστιών.

Ο τελικός χάρτης χαρτογράφησης δεν δείχνει μόνο περιοχές αυξημένης λειτουργικής διέγερσης. Οι εικόνες απεικονίζουν ζώνες αισθητηριοκινητικής και ακουστικής δραστηριότητας ομιλίας γύρω από την παθολογική εστία.

Η κατασκευή χαρτών της θέσης των καναλιών του εγκεφάλου ονομάζεται τρακτογραφία. Η λειτουργική σημασία της θέσης της οπτικής πυραμιδικής οδού πριν από τον προγραμματισμό της χειρουργικής επέμβασης επιτρέπει στους νευροχειρουργούς να σχεδιάσουν σωστά τη θέση των τομών.

Τι δείχνει η fMRI;

Η μαγνητική τομογραφία υψηλού πεδίου με λειτουργικές δοκιμασίες συνταγογραφείται σύμφωνα με ενδείξεις όταν είναι απαραίτητο να μελετηθεί η παθοφυσιολογική βάση της λειτουργίας των κινητικών, αισθητήριων, οπτικών και ακουστικών περιοχών του εγκεφαλικού φλοιού. Οι νευροψυχολόγοι χρησιμοποιούν έρευνα σε ασθενείς με διαταραχές του λόγου, της προσοχής, της μνήμης και των γνωστικών λειτουργιών.

Χρησιμοποιώντας fMRI, ανιχνεύονται ορισμένες ασθένειες στο αρχικό στάδιο - Αλτσχάιμερ, Πάρκινσον, απομυελίνωση στη σκλήρυνση κατά πλάκας.

Η λειτουργική διάγνωση σε διαφορετικά ιατρικά κέντρα πραγματοποιείται με χρήση διαφορετικών εγκαταστάσεων. Ξέρει τι δείχνει η μαγνητική τομογραφία εγκεφάλου, ο γιατρός-διαγνώστης. Η διαβούλευση με ειδικό είναι υποχρεωτική πριν την εξέταση.

Αποτελέσματα υψηλής ποιότητας επιτυγχάνονται με σάρωση με ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Πριν επιλέξετε ένα ιατρικό κέντρο, σας συνιστούμε να μάθετε τον τύπο της εγκατεστημένης συσκευής. Τα προσόντα ενός ειδικού που πρέπει να έχει γνώσεις για τα λειτουργικά, δομικά συστατικά του εγκεφάλου είναι σημαντικά.

Το μέλλον της λειτουργικής διάγνωσης MRI στην ιατρική

Η λειτουργική έρευνα εισήχθη πρόσφατα στην πρακτική ιατρική. Οι δυνατότητες της μεθόδου δεν αξιοποιούνται αρκετά.

Οι επιστήμονες αναπτύσσουν τεχνικές για την οπτικοποίηση των ονείρων και την ανάγνωση μυαλών χρησιμοποιώντας λειτουργική μαγνητική τομογραφία. Προτείνεται η χρήση τομογραφίας για την ανάπτυξη μιας μεθόδου επικοινωνίας με παράλυτους.

• νευρική διεγερσιμότητα;
• νοητική δραστηριότητα;
• Βαθμοί κορεσμού του εγκεφαλικού φλοιού με οξυγόνο, γλυκόζη.
• Η ποσότητα της αποοξυλιωμένης αιμοσφαιρίνης στα τριχοειδή αγγεία.
• Περιοχές επέκτασης της ροής του αίματος.
• Το επίπεδο της οξυαιμοσφαιρίνης στα αγγεία.

Πλεονεκτήματα της μελέτης:

1. Προσωρινή εικόνα υψηλής ποιότητας.
2. Χωρική ανάλυση μεγαλύτερη από 3 mm.
3. Δυνατότητα μελέτης του εγκεφάλου πριν και μετά τη διέγερση.
4. Αβλαβές (σε σύγκριση με το PET).
5. Χωρίς επεμβατικότητα.

Η ευρεία χρήση της λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας εγκεφάλου περιορίζεται από το υψηλό κόστος του εξοπλισμού, την κάθε εξέταση, την αδυναμία άμεσης μέτρησης της νευρωνικής δραστηριότητας και δεν μπορεί να γίνει σε ασθενείς με μεταλλικά εγκλείσματα στο σώμα (αγγειακά κλιπ, εμφυτεύματα αυτιών).

Η καταγραφή του λειτουργικού μεταβολισμού του εγκεφαλικού φλοιού έχει μεγάλη διαγνωστική αξία, αλλά δεν αποτελεί ακριβή δείκτη για τη δυναμική αξιολόγηση των αλλαγών στον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια της θεραπείας, μετά από χειρουργική επέμβαση.

Η μαγνητική τομογραφία (MRI) είναι μια μέθοδος λήψης τομογραφικών ιατρικών εικόνων για μη επεμβατική εξέταση εσωτερικών οργάνων και ιστών, με βάση το φαινόμενο του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR). Η τεχνολογία εμφανίστηκε πριν από αρκετές δεκαετίες και σήμερα μπορείτε να υποβληθείτε σε εξέταση χρησιμοποιώντας μια τέτοια συσκευή σε πολλές σύγχρονες κλινικές. Ωστόσο, οι επιστήμονες συνεχίζουν να εργάζονται για να βελτιώσουν την ακρίβεια της τεχνολογίας και να αναπτύξουν νέα, πιο αποτελεσματικά συστήματα. , ανώτερος ερευνητής στο Ινστιτούτο Max Planck στο Tübingen (Γερμανία), είναι ένας από τους κορυφαίους ειδικούς που αναπτύσσει νέους αισθητήρες για πειραματική μαγνητική τομογραφία εξαιρετικά υψηλού πεδίου. Την προηγούμενη μέρα, πραγματοποίησε ένα ειδικό μάθημα στο μεταπτυχιακό πρόγραμμα " Συστήματα και συσκευές RF» Πανεπιστήμιο ITMO, και σε συνέντευξή του στο ITMO.NEWS μίλησε για το έργο του και πώς η νέα έρευνα στον τομέα της μαγνητικής τομογραφίας θα βοηθήσει να γίνει πιο αποτελεσματική η διάγνωση ασθενειών.

Τα τελευταία χρόνια εργάζεστε στο Τμήμα Μαγνητικού Συντονισμού Υψηλού πεδίου του Ινστιτούτου Max Planck. Πείτε μας σε τι επικεντρώνεται η τρέχουσα έρευνά σας;

Αναπτύσσω νέους αισθητήρες ραδιοσυχνοτήτων (RF) για μαγνητική τομογραφία. Τι είναι η μαγνητική τομογραφία, πιθανώς, είναι ήδη γνωστό στους περισσότερους ανθρώπους, γιατί τα τελευταία 40 χρόνια, από τότε που αναπτύχθηκε αυτή η τεχνολογία, κατάφερε να φτάσει σε έναν τεράστιο αριθμό κλινικών και να γίνει ένα απαραίτητο διαγνωστικό εργαλείο. Αλλά ακόμη και σήμερα οι άνθρωποι εργάζονται για τη βελτίωση αυτής της τεχνολογίας αναπτύσσοντας νέα συστήματα μαγνητικής τομογραφίας.

Η μαγνητική τομογραφία είναι κυρίως ένας τεράστιος κυλινδρικός μαγνήτης στον οποίο τοποθετείται ένας ασθενής ή ένας εθελοντής για να παράγει μια τρισδιάστατη εικόνα. Πριν όμως δημιουργηθεί αυτή η εικόνα, χρειάζεται να γίνει τεράστια έρευνα. Διεξάγεται από μηχανικούς, φυσικούς, γιατρούς και άλλους ειδικούς. Είμαι ένας από τους κρίκους αυτής της αλυσίδας και ασχολούμαι με την έρευνα στη διασταύρωση της φυσικής και της μηχανικής. Πιο συγκεκριμένα, αναπτύσσουμε αισθητήρες για πειραματική μαγνητική τομογραφία εξαιρετικά υψηλού πεδίου, που χρησιμοποιείται στο στάδιο της διέγερσης, λήψης και επεξεργασίας του σήματος που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα της φυσικής επίδρασης του NMR.

Μία από τις κύριες κατευθύνσεις είναι η ανάπτυξη νέων πειραματικών συστημάτων MRI υπερυψηλού πεδίου, δηλαδή με χρήση υψηλότερου σταθερού μαγνητικού πεδίου, που επιτρέπει τη βελτίωση της ανάλυσης της εικόνας ή τη μείωση του χρόνου σάρωσης, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για πολλές κλινικές μελέτες και διαγνωστικά.

Οι συμβατικοί κλινικοί τομογράφοι χρησιμοποιούν σταθερά πεδία έως 3 Τ, αλλά τώρα εμφανίζονται πειραματικοί τομογράφοι με μαγνητικά πεδία 7 Τ και άνω. Συνηθίζεται να καλούνται τομογράφοι με μαγνητικό πεδίο 7 Τ και υψηλότερο υπερυψηλού πεδίου. Υπάρχουν ήδη περίπου εκατό τομογράφοι με πεδίο 7 Τ στον κόσμο, αλλά βρίσκονται σε εξέλιξη εξελίξεις για περαιτέρω αύξηση του μαγνητικού πεδίου. Για παράδειγμα, στο Ινστιτούτο Max Planck στο Tübingen έχουμε ένα μηχάνημα μαγνητικής τομογραφίας 9,4 T.

Αλλά ακόμη και με τη μετάβαση από τον 7 στον 9,4 Τ, προκύπτουν πολλά τεχνικά προβλήματα που απαιτούν σοβαρές επιστημονικές και τεχνικές εξελίξεις, συμπεριλαμβανομένου του υπολογισμού και του σχεδιασμού των αισθητήρων για μια νέα γενιά μαγνητικής τομογραφίας.

Ποιες είναι αυτές οι δυσκολίες;

Η αύξηση του σταθερού μαγνητικού πεδίου οδηγεί σε αντίστοιχη αύξηση της συχνότητας των αισθητήρων ραδιοσυχνοτήτων. Για παράδειγμα, οι κλινικοί τομογράφοι 3 Τ χρησιμοποιούν αισθητήρες με συχνότητα συντονισμού περίπου 120 MHz, ενώ ένας τομογράφος 7 Τ απαιτεί αισθητήρες με συχνότητα 300 MHz. Αυτό οδηγεί κυρίως σε μείωση του μήκους κύματος του πεδίου RF στον ανθρώπινο ιστό. Εάν η συχνότητα των 120 MHz αντιστοιχεί περίπου σε μήκος κύματος 35-40 εκατοστών, τότε σε συχνότητα 300 MHz μειώνεται σε μια τιμή περίπου 15 cm, η οποία είναι πολύ μικρότερη από το μέγεθος του ανθρώπινου σώματος.

Ως αποτέλεσμα αυτού του φαινομένου, η ευαισθησία των αισθητήρων ραδιοσυχνοτήτων μπορεί να παραμορφωθεί πολύ κατά τη μελέτη μεγάλων αντικειμένων (μεγαλύτερο από το μήκος κύματος). Αυτό οδηγεί σε δυσκολίες στην ερμηνεία των εικόνων και στη διάγνωση κλινικών ασθενειών και παθολογιών. Σε ένα πεδίο 9,4 Τ, που αντιστοιχεί σε συχνότητα αισθητήρα 400 MHz, όλα αυτά τα προβλήματα γίνονται ακόμη πιο κρίσιμα.

Δηλαδή, τέτοιες εικόνες γίνονται ουσιαστικά αδιάβαστες;

Δεν θα το έλεγα αυτό. Πιο συγκεκριμένα, σε ορισμένες περιπτώσεις αυτό τους δυσκολεύει την ερμηνεία τους. Ωστόσο, υπάρχουν ομάδες που αναπτύσσουν τεχνικές για τη λήψη εικόνων μαγνητικής τομογραφίας ολόκληρου του ανθρώπινου σώματος. Ωστόσο, τα καθήκοντα της ομάδας μας επικεντρώνονται κυρίως στη μελέτη του εγκεφάλου.

Ποιες ευκαιρίες για την ιατρική ανοίγουν την έρευνα στον τομέα της μαγνητικής τομογραφίας εξαιρετικά υψηλού πεδίου;

Όπως γνωρίζετε, κατά τη διάρκεια μιας μαγνητικής τομογραφίας, ένα άτομο πρέπει να βρίσκεται ακίνητο: εάν αρχίσετε να κινείστε κατά τη διάρκεια των μετρήσεων, η εικόνα θα παραμορφωθεί. Ταυτόχρονα, ορισμένες τεχνικές μαγνητικής τομογραφίας μπορεί να διαρκέσουν έως και μία ώρα και είναι σαφές ότι είναι δύσκολο να μην κινηθείς όλο αυτό το διάστημα. Η αυξημένη ευαισθησία των τομογράφων εξαιρετικά υψηλού πεδίου καθιστά δυνατή τη λήψη εικόνων όχι μόνο με υψηλότερη ανάλυση, αλλά και πολύ πιο γρήγορη. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό στη μελέτη παιδιών και ηλικιωμένων ασθενών.

Είναι επίσης αδύνατο να μην αναφέρουμε τις δυνατότητες για φασματοσκοπία μαγνητικού συντονισμού ( MRS, μια μέθοδος που σας επιτρέπει να προσδιορίσετε τις βιοχημικές αλλαγές στους ιστούς σε διάφορες ασθένειες από τη συγκέντρωση ορισμένων μεταβολιτών - σημείωση του συντάκτη ).

Στη μαγνητική τομογραφία, η κύρια πηγή σήματος είναι τα άτομα υδρογόνου των μορίων του νερού. Αλλά εκτός από αυτό, υπάρχουν και άλλα άτομα υδρογόνου που βρίσκονται σε άλλα μόρια που είναι σημαντικά για τη λειτουργία του ανθρώπινου σώματος. Παραδείγματα περιλαμβάνουν διάφορους μεταβολίτες, νευροδιαβιβαστές κ.λπ. Η μέτρηση της χωρικής κατανομής αυτών των ουσιών με χρήση MRS μπορεί να παρέχει χρήσιμες πληροφορίες για τη μελέτη παθολογιών που σχετίζονται με μεταβολικές διαταραχές στο ανθρώπινο σώμα. Συχνά η ευαισθησία των κλινικών τομογράφων είναι ανεπαρκής για τη μελέτη τους λόγω της χαμηλής συγκέντρωσής τους και, κατά συνέπεια, του χαμηλότερου σήματος.

Επιπλέον, είναι δυνατό να παρατηρηθεί το σήμα NMR όχι μόνο από άτομα υδρογόνου, αλλά και από άλλα μαγνητικά άτομα, τα οποία είναι επίσης πολύ σημαντικά για τη διάγνωση ασθενειών και την ιατρική έρευνα. Ωστόσο, πρώτον, το σήμα NMR τους είναι πολύ ασθενέστερο λόγω της χαμηλότερης γυρομαγνητικής αναλογίας και, δεύτερον, η φυσική τους περιεκτικότητα στο ανθρώπινο σώμα είναι πολύ μικρότερη από τα άτομα υδρογόνου. Η αυξημένη ευαισθησία της μαγνητικής τομογραφίας εξαιρετικά υψηλού πεδίου είναι εξαιρετικά σημαντική για την MRS.

Ένας άλλος σημαντικός τομέας των τεχνικών μαγνητικής τομογραφίας για τις οποίες η αυξημένη ευαισθησία είναι κρίσιμη είναι η λειτουργική μαγνητική τομογραφία, μια σημαντική τεχνική για τις γνωστικές μελέτες του ανθρώπινου εγκεφάλου.

Μέχρι στιγμής, η συντριπτική πλειοψηφία των κλινικών στον κόσμο δεν διαθέτει τομογράφους υψηλού πεδίου. Ποιες είναι οι προοπτικές για τους τομογράφους 7 Τ και αργότερα 9 Τ που θα χρησιμοποιηθούν στη συμβατική διαγνωστική;

Για να έρθει ο τομογράφος στην κλινική πρέπει να είναι πιστοποιημένος, να ελεγχθεί για συνθήκες ασφαλείας και να συνταχθεί η κατάλληλη τεκμηρίωση. Αυτή είναι μια αρκετά περίπλοκη και χρονοβόρα διαδικασία. Μέχρι στιγμής, υπάρχει μόνο μία εταιρεία στον κόσμο που έχει αρχίσει να πιστοποιεί όχι μόνο τους αισθητήρες που κατασκευάζουμε, αλλά και την ίδια τη συσκευή. Αυτή είναι η Siemens.

Υπάρχουν 7 Τ τομογράφοι, δεν είναι τόσοι πολλοί και μέχρι στιγμής δεν μπορούν να ονομαστούν εντελώς κλινικοί. Αυτό που κάλεσα είναι μια προκλινική επιλογή, αλλά αυτή η συσκευή είναι ήδη πιστοποιημένη, δηλαδή μπορεί ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί σε κλινικές.

Η πρόβλεψη του πότε θα εμφανιστούν οι τομογράφοι 9,4 Τ στις κλινικές είναι ακόμη πιο δύσκολη. Το κύριο πρόβλημα εδώ είναι η πιθανή τοπική θέρμανση των ιστών από το πεδίο RF του αισθητήρα λόγω της έντονης μείωσης του μήκους κύματος. Ένας από τους σημαντικούς τομείς της μηχανικής έρευνας στην μαγνητική τομογραφία εξαιρετικά υψηλού πεδίου είναι η λεπτομερής αριθμητική προσομοίωση αυτού του φαινομένου για τη διασφάλιση της ασφάλειας των ασθενών. Παρά το γεγονός ότι τέτοιες έρευνες διεξάγονται στο πλαίσιο επιστημονικών ιδρυμάτων, η μετάβαση στην κλινική πρακτική απαιτεί πρόσθετη έρευνα.

Πώς χτίζεται τώρα η συνεργασία μεταξύ του Ινστιτούτου Max Planck και του Πανεπιστημίου ITMO; Ποια κοινά αποτελέσματα έχετε ήδη επιτύχει;

Το έργο προχωράει πολύ καλά. Τώρα εργάζεται μαζί μας, μεταπτυχιακός φοιτητής από το Πανεπιστήμιο ITMO. Πρόσφατα δημοσιεύσαμε ένα άρθρο σε ένα από τα κορυφαία περιοδικά σχετικά με τις τεχνικές εξελίξεις στον τομέα της μαγνητικής τομογραφίας. Σε αυτή την εργασία, επιβεβαιώσαμε πειραματικά τα αποτελέσματα προηγούμενων θεωρητικών μελετών που βελτιώνουν την ευαισθησία των αισθητήρων ραδιοσυχνοτήτων υπερυψηλού πεδίου μέσω της χρήσης τροποποιημένων και βελτιστοποιημένων διπολικών κεραιών. Το αποτέλεσμα αυτής της δουλειάς, κατά τη γνώμη μου, αποδείχθηκε πολλά υποσχόμενο.

Τώρα εργαζόμαστε επίσης σε πολλά ακόμη άρθρα που είναι αφιερωμένα στη χρήση παρόμοιων μεθόδων, αλλά για άλλες εργασίες. Και πρόσφατα ο Georgy έλαβε επιχορήγηση για να ταξιδέψει στη Γερμανία. Τον επόμενο μήνα, έρχεται σε εμάς για έξι μήνες και θα συνεχίσουμε να εργαζόμαστε μαζί για την περαιτέρω ανάπτυξη αισθητήρων για μαγνητική τομογραφία.

Αυτή την εβδομάδα πραγματοποιήσατε ένα ειδικό μάθημα για το μεταπτυχιακό πρόγραμμα «Συστήματα και συσκευές ραδιοσυχνοτήτων». Ποια είναι τα κύρια θέματα που καλύψατε;

Το μάθημα καλύπτει διάφορες τεχνικές πτυχές της ανάπτυξης αισθητήρων MRI. Υπάρχουν πολλές περιπλοκές που πρέπει να γίνουν γνωστές σε αυτόν τον τομέα, επομένως έχω παρουσιάσει μια σειρά από βασικές τεχνικές που χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό και την κατασκευή αυτών των αισθητήρων. Επιπλέον, παρουσίασα μια διάλεξη για τις τελευταίες μου εξελίξεις. Συνολικά, το μάθημα περιλαμβάνει οκτώ διαλέξεις δύο ακαδημαϊκών ωρών, οι οποίες είναι σχεδιασμένες για τέσσερις ημέρες. Υπάρχει επίσης μια επίδειξη στο τέλος για να εξηγηθούν αυτές οι τεχνικές με μεγαλύτερη σαφήνεια.

Οι φοιτητές μεταπτυχιακών σπουδών βρίσκονται αυτή τη στιγμή στη διαδικασία επιλογής της μελλοντικής τους κατεύθυνσης, οπότε πιστεύω ότι αυτό το μάθημα θα τους δώσει πρόσθετες πληροφορίες για να αξιολογήσουν τις προοπτικές τους.

Και αν μιλάμε γενικά για εκπαίδευση στον τομέα των τεχνολογιών μαγνητικής τομογραφίας, ποιες γνώσεις και δεξιότητες, κατά τη γνώμη σας, απαιτούνται πρωτίστως από τέτοιους ειδικούς σήμερα;

Παρά το γεγονός ότι ο τομέας μας έχει γίνει πλέον πολύ δημοφιλής και πολλά υποσχόμενος για χρήση στην κλινική διάγνωση, δεν υπάρχουν επί του παρόντος μαθήματα μηχανικής που να εκπαιδεύουν ειδικούς υψηλής εξειδίκευσης που να ασχολούνται με την κατασκευή πηνίων μαγνητικής τομογραφίας. Έχει δημιουργηθεί ένα κενό. Και νομίζω ότι μαζί μπορούμε απλά να το γεμίσουμε.

Έλενα Μενσίκοβα

Εκδοτικό γραφείο της πύλης ειδήσεων