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

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ

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

Επιστημονικό Κέντρο Νευρολογίας της Ρωσικής Ακαδημίας Ιατρικών Επιστημών (Μόσχα)

Από τη δεκαετία του '90. Τον 20ο αιώνα, η λειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI) είναι μια από τις κορυφαίες μεθόδους χαρτογράφησης των λειτουργικών περιοχών του εγκεφάλου λόγω της μη επεμβατικής της ικανότητας, της απουσίας 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 της κατάλληλης τεχνικής υποστήριξης (τομογραφία MRI υψηλού πεδίου, ειδικός εξοπλισμός για την εκτέλεση εργασιών), η ανάπτυξη ενός βέλτιστου σχεδιασμού μελέτης και η μετεπεξεργασία των δεδομένων που λαμβάνονται. . Επί του παρόντος, η τεχνική χρησιμοποιείται όχι μόνο για επιστημονικούς σκοπούς, αλλά και στην πρακτική ιατρική. Ωστόσο, ορισμένοι περιορισμοί και αντενδείξεις θα πρέπει πάντα να λαμβάνονται υπόψη, ειδικά κατά τη διενέργεια fMRI σε ασθενείς με διάφορες παθολογίες. Για τον σωστό σχεδιασμό της μελέτης και την ερμηνεία των αποτελεσμάτων της, είναι απαραίτητη η συμμετοχή διαφόρων ειδικών: νευροακτινολόγων, βιοφυσικών, νευρολόγων, ψυχολόγων, καθώς η fMRI είναι μια πολυεπιστημονική τεχνική.

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

Για 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. Σε αυτό το άρθρο, θα επικεντρωθούμε 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 κύριες έννοιες: νευροαγγειακή αλληλεπίδραση και BOLD αντίθεση.

Το fMRI δεν επιτρέπει να δούμε την ηλεκτρική δραστηριότητα των νευρώνων άμεσα, αλλά το κάνει έμμεσα, μέσω μιας τοπικής αλλαγής 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 πολύπλοκης αλληλουχίας διασυνδεδεμένων αντιδράσεων που συμβαίνουν στους νευρώνες, στα γύρω τους γλοία (αστροκύτταρα) και στο ενδοθήλιο του αγγειακού τοιχώματος, καθώς με αυξημένη δραστηριότητα, οι νευρώνες χρειάζονται περισσότερο οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά που φέρονται με την κυκλοφορία του αίματος. Η τεχνική fMRI καθιστά δυνατή την άμεση αξιολόγηση των αλλαγών στην αιμοδυναμική.

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

σύγχρονη λειτουργική νευροαπεικόνιση και αποτέλεσε τη βάση των περισσότερων μελετών fMRI. Η αντίθεση BOLD (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, οι οποίες, όταν σαρωθούν, οδηγούν σε τοπική διαταραχή του μαγνητικού πεδίου και μείωση του σήματος στην ακολουθία «κλίσης ηχούς». Με την αύξηση της ροής του αίματος ως απόκριση στην ενεργοποίηση των νευρώνων, η δεοξυαιμοσφαιρίνη ξεπλένεται από τους ιστούς και αντικαθίσταται από οξυγονωμένο αίμα, το οποίο είναι παρόμοιο σε μαγνητικές ιδιότητες 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 της 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, η οποία καταγράφεται κατά τη διάρκεια του fMRI ως BOLD σήμα - το προϊόν της νευρωνικής δραστηριότητας και της αιμοδυναμικής απόκρισης (Εικ. 1Β).

ρύζι. 1: Α - σχηματική απεικόνιση της αντίθεσης VOS στο πείραμα Oda\ha με μια αλλαγή στο ποσοστό οξυγόνου στο αίμα των αρουραίων. Όταν εισπνέεται συνηθισμένος αέρας (21% οξυγόνο), προσδιορίζονται περιοχές μείωσης του σήματος στον φλοιό (στο επάνω μέρος του σχήματος), που αντιστοιχούν σε αγγεία με αυξημένη περιεκτικότητα σε δεοξυαιμοσφαιρίνη. Όταν εισπνέεται καθαρό οξυγόνο, σημειώνεται ένα ομοιογενές σήμα MR από τον εγκεφαλικό φλοιό (στο κάτω μέρος του σχήματος). Β - γενικό σχήμα για το σχηματισμό του σήματος VOS

Σχεδιασμός πειράματος

Για τη διεξαγωγή μιας μελέτης fMRI, είναι απαραίτητο να έχετε έναν τομογράφο MRI υψηλού πεδίου (το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου είναι 1,5 Τ και μεγαλύτερο), διάφορο εξοπλισμό για την εκτέλεση εργασιών κατά τη σάρωση (ακουστικά, γυαλιά βίντεο, προβολέας, διάφορα τηλεχειριστήρια και joysticks για ανατροφοδότηση από τα θέματα, κ.λπ. .). Ένας σημαντικός παράγοντας είναι η προθυμία του υποκειμένου για συνεργασία.

Σχηματικά, η ίδια η διαδικασία σάρωσης (στο παράδειγμα της οπτικής διέγερσης) έχει ως εξής (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 στην οθόνη μέσω βιντεοπροβολέα. Για ανατροφοδότηση (αν υπονοείται στην εργασία), ο ασθενής πατά ένα κουμπί στο τηλεχειριστήριο. Η παροχή ερεθισμάτων και ο έλεγχος της εργασίας 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 (κατά μέσο όρο, 20–30 δευτερόλεπτα), εναλλάξ 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, ιδίως για γνωστικές εργασίες.

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

Χονδρός

Διακριτικό (σχετικό με συμβάν)

A 11 i A D1 iil iiitU I I,

ρύζι. 3: Κύριοι τύποι σχεδίων μελέτης fMRI

Λειτουργική μαγνητική τομογραφία

Για αυτό, υπάρχει ένας διακριτός σχεδιασμός, όταν τα ερεθίσματα δίνονται με χαοτικό τρόπο 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 ένα μπλοκ και προετοιμάζεται ήδη για αυτό εκ των προτέρων, και δεύτερον, εάν το ίδιο ερέθισμα παρουσιαστεί για μεγάλο χρονικό διάστημα, η αντίδραση σε αυτό γίνεται θαμπή. Είναι διακριτικός σχεδιασμός που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο fMRI ως ανιχνευτής ψεύδους ή σε έρευνα μάρκετινγκ, όταν παρουσιάζονται στους εθελοντές διάφορες επιλογές προϊόντων (συσκευασία, σχήματα, χρώματα) και παρατηρείται η ασυνείδητη αντίδρασή τους.

Έτσι, επιλέξαμε το σχέδιο της εργασίας, το σαρώσαμε. Τι παίρνουμε ως αποτέλεσμα; Πρώτον, είναι μια σειρά 4D λειτουργικών δεδομένων στην ακολουθία "gradient echo", η οποία είναι πολλαπλές επαναλαμβανόμενες σαρώσεις ολόκληρου του όγκου της εγκεφαλικής ουσίας κατά τη διάρκεια της εργασίας. Και δεύτερον, όγκος ανατομικών δεδομένων 3D 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 στις περιοχές ενεργοποίησης του εγκεφάλου υπό διάφορες συνθήκες είναι μόνο 3-5%, είναι άπιαστες στο ανθρώπινο μάτι. Επομένως, περαιτέρω, τα ληφθέντα λειτουργικά δεδομένα υποβάλλονται σε στατιστική ανάλυση: μια καμπύλη εξάρτησης της έντασης του σήματος MR από το χρόνο κατασκευάζεται για κάθε voxel εικόνας σε διάφορες καταστάσεις - πειραματική (παροχή ερεθίσματος) και έλεγχος. Ως αποτέλεσμα, παίρνουμε έναν στατιστικό χάρτη ενεργοποίησης σε συνδυασμό με ανατομικά δεδομένα.

Αλλά πριν από τη διεξαγωγή απευθείας 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 πολλαπλών σταδίων και είναι πολύ σημαντικός για την κατανόηση πιθανών αστοχιών και λαθών στην ερμηνεία των αποτελεσμάτων. Αυτή τη στιγμή υπάρχουν διάφορα προγράμματα

Ш -.V w<# %>

40 4"r h® F 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, σφιγκτήρες 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 να λαμβάνεται όχι περισσότερο από 1 mm ως η βέλτιστη μετατόπιση της κεφαλής. Σε αυτήν 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. Συνκαταχώριση 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 κεφαλής ασθενούς κατά τη σάρωση κατά την εκτέλεση του παραδείγματος κινητήρα. Στο επάνω μέρος του σχήματος, υπάρχει ένα γράφημα της κίνησης του κεφαλιού του ατόμου σε τρία αμοιβαία κάθετα επίπεδα: η μεσαία καμπύλη αντικατοπτρίζει τη μετατόπιση του ασθενούς κατά μήκος του άξονα z (κατεύθυνση "κεφάλι-πόδι") και αποκλίνει σαφώς στο στην αρχή του κινήματος και στο τέλος του. Στο κάτω μέρος - στατιστικοί χάρτες ενεργοποίησης του ίδιου θέματος χωρίς διόρθωση κίνησης. Τα τυπικά τεχνουργήματα από την κίνηση προσδιορίζονται με τη μορφή ημικυκλίων κατά μήκος της άκρης της εγκεφαλικής ουσίας

Επιπλέον, ελαχιστοποιούνται οι διαφορές που σχετίζονται με διαφορετικούς τρόπους σάρωσης (συνήθως για λειτουργικά δεδομένα αυτή είναι η λειτουργία "gradient echo", για ανατομικά δεδομένα είναι 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 πολύ. Για τη σύγκριση των 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. - με την επακόλουθη αναγωγή των δομικών δεδομένων σε ένα ενιαίο χωρικό σύστημα συντεταγμένων.

Επί του παρόντος, τα πιο κοινά στην fMRI είναι δύο συστήματα χωρικών συντεταγμένων: το σύστημα Taleras 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 τα δεδομένα για έναν μόνο εγκέφαλο. Επομένως, το πιο δημοφιλές σύστημα είναι αυτό που αναπτύχθηκε στο Νευρολογικό Ινστιτούτο του Μόντρεαλ (MNI) με βάση έναν συνολικό υπολογισμό δεδομένων εικόνας Τ1 από 152 Καναδούς.

Αν και και τα δύο συστήματα μετρώνται 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 θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη σύγκριση των ληφθέντων αποτελεσμάτων με τα δεδομένα των εργασιών 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 ως εκ τούτου οι ζώνες ενεργοποίησής τους, δεν αντιστοιχούν 100% μεταξύ τους. Προκειμένου να επιτευχθεί χωρική επικάλυψη παρόμοιων ζωνών ενεργοποίησης σε μια ομάδα θεμάτων, να βελτιωθεί η αναλογία σήματος προς θόρυβο και έτσι να ενισχυθεί η αξιοπιστία των δεδομένων, εφαρμόζεται μια λειτουργία εξομάλυνσης Gauss. Η ουσία αυτού του σταδίου επεξεργασίας είναι το «θάμπωμα» των ζωνών ενεργοποίησης κάθε υποκειμένου, με αποτέλεσμα να αυξάνονται οι περιοχές επικάλυψης τους στην ομαδική ανάλυση. Το μειονέκτημα είναι ότι χάνεται η χωρική ανάλυση.

Τώρα, επιτέλους, μπορούμε να πάμε απευθείας στη στατιστική ανάλυση, ως αποτέλεσμα της οποίας λαμβάνουμε δεδομένα για ζώνες ενεργοποίησης με τη μορφή έγχρωμων χαρτών που επιτίθενται σε 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 (Y ^ 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 των αποτελεσμάτων της στατιστικής μετα-επεξεργασίας. Αριστερά - ζώνες ενεργοποίησης κατά την εκτέλεση του κινητικού παραδείγματος (ανύψωση - κατέβασμα του δεξιού δείκτη), σε συνδυασμό με ογκομετρική ανακατασκευή του εγκεφάλου. Δεξιά - στατιστικά στοιχεία για κάθε ζώνη ενεργοποίησης

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

Εφαρμογή fMRI_

Πότε γίνεται η fMRI; Πρώτον, για καθαρά επιστημονικούς σκοπούς: αυτή είναι η μελέτη του φυσιολογικού εγκεφάλου και της λειτουργικής του ασυμμετρίας. Αυτή η τεχνική αναζωογόνησε το ενδιαφέρον των ερευνητών για τη χαρτογράφηση των εγκεφαλικών λειτουργιών: χωρίς να καταφύγει κανείς σε επεμβατικές παρεμβάσεις, μπορεί κανείς να δει ποιες περιοχές του εγκεφάλου είναι υπεύθυνες για μια συγκεκριμένη διαδικασία. Ίσως η μεγαλύτερη ανακάλυψη έχει γίνει στην κατανόηση 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, στην έρευνα μάρκετινγκ κ.λπ.).

Επιπλέον, η fMRI χρησιμοποιείται ενεργά στην πρακτική ιατρική. Επί του παρόντος, αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται ευρέως στην κλινική πράξη για την προεγχειρητική χαρτογράφηση των κύριων λειτουργιών (κινητική, ομιλία) πριν από νευροχειρουργικές επεμβάσεις για εγκεφαλικές μάζες 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 σε διάφορες νευρολογικές και ψυχιατρικές παθήσεις. Ο κύριος στόχος πολυάριθμων 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 απόκριση σε συνεχιζόμενη φαρμακευτική θεραπεία, θεραπεία ή/και μέτρα αποκατάστασης.

Τελικά, οι μελέτες fMRI που πραγματοποιούνται σε ασθενείς διαφόρων κατηγοριών μπορούν να βοηθήσουν στον προσδιορισμό της προγνωστικής αξίας διαφόρων παραλλαγών λειτουργικής αναδιάταξης του φλοιού για την αποκατάσταση των μειωμένων λειτουργιών και στην ανάπτυξη βέλτιστων αλγορίθμων θεραπείας.

Πιθανές αποτυχίες σπουδών_

Όταν σχεδιάζετε μια fMRI, θα πρέπει πάντα να έχετε κατά νου τις διάφορες αντενδείξεις, περιορισμούς και πιθανές

πηγές σφαλμάτων στην ερμηνεία των δεδομένων που λαμβάνονται τόσο από υγιείς εθελοντές όσο και από 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 παραβίασης 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 των 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 σε όλα τα θέματα προς ολοκλήρωση· Μια πιθανή λύση για ασθενείς που δεν μπορούν να εκτελέσουν μόνοι τους εργασίες που σχετίζονται με την κίνηση είναι η χρήση παθητικών παραδειγμάτων χρησιμοποιώντας διάφορες συσκευές για την κίνηση των άκρων.

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

Εσφαλμένη ρύθμιση των παραμέτρων 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 σκιαγραφικά μέσα.

ενίσχυση και έκθεση σε ακτινοβολία. Ωστόσο, αυτή η τεχνική είναι πολύ περίπλοκη και για την επιτυχή ολοκλήρωση των εργασιών που ανατίθενται σε έναν ερευνητή που εργάζεται με fMRI, απαιτείται μια διεπιστημονική προσέγγιση - που περιλαμβάνει όχι μόνο νευροακτινολόγους, αλλά και βιοφυσικούς, νευροφυσιολόγους, ψυχολόγους, λογοθεραπευτές, κλινικούς ιατρούς και μαθηματικούς η 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., Howard R. 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 προσομοιώσεις εικόνας. Magn. Reson. Med. 1990; 16(1):9-18.

Η μαγνητική τομογραφία είναι απαραίτητη στη διάγνωση πολλών ασθενειών και σας επιτρέπει να έχετε μια 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 περισσότεροι από 35 τύποι μελετών μαγνητικού συντονισμού.

Μετά τη διάγνωση με μαγνητική τομογραφία, ο γιατρός συνομιλεί με τον ασθενή και εκδίδει έναν δίσκο με ηχογράφηση. Το συμπέρασμα αποστέλλεται με e-mail.

Εκπαίδευση

Οι περισσότερες μελέτες μαγνητικής τομογραφίας δεν απαιτούν ειδική εκπαίδευση. Ωστόσο, για παράδειγμα, για μαγνητική τομογραφία της κοιλιακής κοιλότητας και των 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

Εάν έχετε εγκαταστήσει μεγάλες μεταλλικές κατασκευές (για παράδειγμα, μια ενδοπροσθετική άρθρωση), θα χρειαστείτε ένα έγγραφο που να επιβεβαιώνει τη δυνατότητα και την ασφάλεια της διεξαγωγής 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 ιατρικό τιτάνιο, το οποίο δεν παρεμβαίνει στη διαδικασία. Αλλά, σε κάθε περίπτωση, πριν από τη μελέτη, ενημερώστε τον γιατρό του ακτινολογικού τμήματος για την παρουσία ξένων αντικειμένων στο σώμα - κορώνες στη στοματική κοιλότητα, τρυπήματα και ακόμη και τατουάζ (στο τελευταίο θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν χρώματα που περιέχουν μέταλλο ).

Η τιμή της μαγνητικής τομογραφίας εξαρτάται από το μέρος του σώματος που εξετάζεται και την ανάγκη για πρόσθετες διαδικασίες (για παράδειγμα, την εισαγωγή σκιαγραφικού). Έτσι, μια μαγνητική τομογραφία εγκεφάλου θα κοστίσει περισσότερο από μια τομογραφία του ενός χεριού. Εγγραφείτε για μια 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 εμπίπτει στο οπτικό πεδίο. Ωστόσο, για να σχηματιστεί μια πλήρης εικόνα των εν εξελίξει διεργασιών, δεν υπάρχουν αρκετά στοιχεία για τη λειτουργική δραστηριότητα. Και για αυτό, υπάρχει BOLD-λειτουργική μαγνητική τομογραφία (BOLD - εξαρτώμενη από το επίπεδο οξυγόνωσης του αίματος αντίθεση, ή αντίθεση ανάλογα με τον βαθμό κορεσμού του οξυγόνου του αίματος).

Το BOLD fMRI είναι μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες και ευρέως γνωστές μεθόδους για τον προσδιορισμό της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Η ενεργοποίηση οδηγεί σε αύξηση της τοπικής ροής του αίματος με αλλαγή της σχετικής συγκέντρωσης οξυγονωμένης (εμπλουτισμένης σε οξυγόνο) και αποοξυγονωμένης (φτωχής σε οξυγόνο) αιμοσφαιρίνης στην τοπική ροή αίματος.

Εικ.1.Σχέδιο αντιδράσεις εγκεφαλικός ροή του αίματος σε απάντηση στο διέγερση νευρώνες.

Το αποξυγονωμένο αίμα είναι παραμαγνητικό (μια ουσία που μπορεί να μαγνητιστεί) και οδηγεί σε πτώση του επιπέδου 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 εγκεφαλικός προμήθεια αίματος (ένα) και ΤΟΛΜΗΡΟΣ-απάντηση fMRI (σι) στο δραστηριοποίηση πρωταρχικός μοτέρ φλοιόςο άνθρωπος. Σήμα περνάει σε 4 στάδια. 1 στάδιο – εξαιτίας δραστηριοποίηση νευρώνες ανεβαίνει κατανάλωσηοξυγόνο, αυξάνει ποσό αποοξυγονωμένο αίμα, ΤΟΛΜΗΡΟΣ— σήμα λίγο μειώνεται (στο διάγραμμαδεν απεικονίζεται, μείωση ασήμαντος). σκάφη επεκτείνεται, εξαιτίας τι αρκετά μειώνεταιπρομήθεια αίματος εγκεφαλικός υφάσματα. Στάδιο 2 – παρατεταμένος αυξάνουν σήμα. Δυνητικός Ενέργειες νευρώνεςτελειώνει, αλλά ροή οξυγονωμένο αίμα αυξάνει αδρανειακά, Μπορεί εξαιτίας επίπτωσηβιοχημική μαρκαδόροι υποξία. Στάδιο 3 – παρατεταμένος πτώση σήμα εξαιτίας ομαλοποίησηπρομήθεια αίματος. 4 στάδιο – μετα-ερέθισμα ύφεση – που ονομάζεται αργός αποκατάσταση αρχικόςπρομήθεια αίματος.

Για την ενεργοποίηση της εργασίας των νευρώνων σε ορισμένες περιοχές του φλοιού, υπάρχουν ειδικές εργασίες ενεργοποίησης. Ο σχεδιασμός εργασιών είναι συνήθως δύο τύπων: "μπλοκ" και "σχετικός με συμβάντα". Κάθε τύπος προϋποθέτει την παρουσία δύο εναλλασσόμενων φάσεων - ενεργής κατάστασης και ανάπαυσης. Στην κλινική fMRI, οι εργασίες του τύπου «μπλοκ» χρησιμοποιούνται συχνότερα. Εκτελώντας τέτοιες ασκήσεις, το υποκείμενο εναλλάσσει τις λεγόμενες περιόδους ON- (ενεργή κατάσταση) και OFF- (κατάσταση ανάπαυσης) ίδιας ή άνισης διάρκειας. Για παράδειγμα, κατά τον προσδιορισμό 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 περίπου 20 δευτερόλεπτα κατά μέσο όρο. Τα βήματα επαναλαμβάνονται πολλές φορές για να αυξηθεί η ακρίβεια του αποτελέσματος fMRI. Στην περίπτωση της εργασίας «σχετική με το συμβάν», το υποκείμενο εκτελεί μια σύντομη ενέργεια (για παράδειγμα, κατάποση ή σφίξιμο της γροθιάς του), ακολουθούμενη από μια περίοδο ανάπαυσης, ενώ οι ενέργειες, σε αντίθεση με το σχέδιο του μπλοκ, εναλλάσσονται άνισα και ασυνεπώς.

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

Εικ.3.

ένα – τρισδιάστατη MRI— εικόνα κεφάλι εγκέφαλος. Βέλος δηλωθείς τοποθεσία μοτέρ φλοιός σεπροκεντρική γύρος.

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

Η μέθοδος είναι πολύ αποτελεσματική στη μελέτη εκφυλιστικών ασθενειών όπως το Αλτσχάιμερ και το Πάρκινσον, ιδιαίτερα στα αρχικά στάδια. Δεν περιλαμβάνει τη χρήση ιονίζουσας ακτινοβολίας και ακτινοσκιερών ουσιών, επιπλέον, 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 την αποφυγή της αφαίρεσης 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 ψυχιατρικής θεραπείας - αυτή δεν είναι μια πλήρης λίστα των πιθανών εφαρμογών του fMRI. Επιπλέον, υπάρχει επίσης fMRI ηρεμίας, στην οποία η σύνθετη επεξεργασία δεδομένων σας επιτρέπει να βλέπετε 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. Η χρήση λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας στην κλινική. Επιστημονική ανασκόπηση. Belyaev A., Peck Kyung K., Brennan N., Kholodny A. Russian electronic journal of radiology. Τόμος 4 Νο. 1 2014
4. Εγκέφαλος, Γνώση, Νους: Εισαγωγή στη Γνωσιακή 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, 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, συζήτηση, κίνηση των ποδιών).

Στο τελικό στάδιο, το λογισμικό δημιουργεί μια εικόνα συνοψίζοντας συμβατικές τομογραφίες σε στρώματα και εικόνες του εγκεφάλου με λειτουργικό φορτίο. Το σύμπλεγμα πληροφοριών εμφανίζει ένα τρισδιάστατο μοντέλο. Η χωρική μοντελοποίηση επιτρέπει στους ειδικούς να μελετήσουν το αντικείμενο λεπτομερώς.

Μαζί με τη φασματοσκοπία MRI, η μελέτη αποκαλύπτει όλα τα χαρακτηριστικά του μεταβολισμού 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 συστατικά μαλακών ιστών. Για τη βελτίωση της ορατότητας των αιμοφόρων αγγείων, πραγματοποιείται ενδοφλέβια αντίθεση με παραμαγνητικό γαδολίνιο.

Η λειτουργική μαγνητική τομογραφία καταγράφει τη δραστηριότητα μεμονωμένων περιοχών του εγκεφαλικού φλοιού λαμβάνοντας υπόψη τη μαγνητική επίδραση της αιμοσφαιρίνης. Η ουσία, μετά την επιστροφή του μορίου οξυγόνου στους ιστούς, γίνεται παραμαγνήτης, η ραδιοσυχνότητα του οποίου συλλαμβάνεται 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 αυξάνεται επιπλέον με την οξείδωση της γλυκόζης. Η ουσία είναι απαραίτητη για τη διασφάλιση των διαδικασιών ιστικής αναπνοής των νευρώνων. Η αλλαγή της μαγνητικής επαγωγής καταγράφεται από τους αισθητήρες της συσκευής και επεξεργάζεται από την εφαρμογή λογισμικού. Οι συσκευές υψηλού πεδίου δημιουργούν ανάλυση υψηλού επιπέδου ποιότητας. Στο τομογράφημα, μπορεί να εντοπιστεί μια λεπτομερής εικόνα λεπτομερειών με διάμετρο έως και 0,5 mm σε διάμετρο.

Η λειτουργική μελέτη μαγνητικής τομογραφίας καταγράφει ένα σήμα όχι μόνο από τα βασικά γάγγλια, τον φλοιό, 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, το βάθος διείσδυσης του όγκου στη λευκή ή φαιά ουσία.

Η λειτουργική διάγνωση της μαγνητικής τομογραφίας εγκεφάλου απαιτεί το προσόν ιατρού ακτινοδιαγνωστικής. Διαφορετικές ζώνες του φλοιού χαρακτηρίζονται από διαφορετική μικροκυκλοφορία. Ο κορεσμός με αιμοσφαιρίνη, γλυκόζη επηρεάζει την ποιότητα του σήματος. Θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η δομή του μορίου του οξυγόνου, 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 ρυθμίσεις δεν μπορούν να μην διερευνήσουν τη λειτουργική δραστηριότητα του εγκεφάλου.

Η μεταβολική ένταση της παροχής αίματος στον όγκο προσδιορίζεται καλύτερα χρησιμοποιώντας εξοπλισμό υψηλού πεδίου ισχύος 3 Tesla. Η υψηλή ανάλυση θα σας επιτρέψει να καταχωρήσετε μια μικρή εστίαση.

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 την πρόσθετη χορήγηση γλυκόζης. Μετά τη διέγερση, η κορυφή κορεσμού εμφανίζεται μετά από 5 δευτερόλεπτα, όταν εκτελείται η σάρωση.

Τεχνικά χαρακτηριστικά της λειτουργικής μελέτης μαγνητικής τομογραφίας εγκεφάλου

Η λειτουργική διάγνωση της μαγνητικής τομογραφίας βασίζεται στην αύξηση της δραστηριότητας των νευρώνων μετά από διέγερση της εγκεφαλικής δραστηριότητας εκτελώντας μια συγκεκριμένη εργασία από ένα άτομο. Ένα εξωτερικό ερέθισμα προκαλεί διέγερση της αισθητηριακής ή κινητικής δραστηριότητας ενός συγκεκριμένου κέντρου.

Για την παρακολούθηση της περιοχής, ενεργοποιείται η λειτουργία βαθμίδωσης ηχούς με βάση την ηχοεπίπεδη ακολουθία παλμών.

Η ανάλυση του βασικού σήματος στην μαγνητική τομογραφία γίνεται γρήγορα. Η καταγραφή μιας τομογραφίας πραγματοποιείται σε μεσοδιάστημα 100 ms. Η διάγνωση γίνεται μετά από διέγερση και κατά την περίοδο ανάπαυσης. Το λογισμικό χρησιμοποιεί τομογραφήματα για να υπολογίσει τις εστίες νευρωνικής δραστηριότητας, υπερθέτοντας 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 δείχνει περισσότερα από απλώς περιοχές αυξημένης λειτουργικής διέγερσης. Οι εικόνες απεικονίζουν τις ζώνες της αισθητικοκινητικής, 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 εξετάσεις συνταγογραφείται σύμφωνα με τις ενδείξεις, όταν είναι απαραίτητο να μελετηθούν τα παθοφυσιολογικά θεμέλια της λειτουργίας των κινητικών, αισθητήριων, οπτικών και ακουστικών περιοχών του εγκεφαλικού φλοιού. Οι νευροψυχολόγοι χρησιμοποιούν έρευνα σε ασθενείς με μειωμένη ομιλία, προσοχή, μνήμη και γνωστικές λειτουργίες.

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

Η λειτουργική διάγνωση σε διαφορετικά ιατρικά κέντρα εκτελείται σε διαφορετικές μονάδες. 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. Σημαντικό είναι το προσόν ενός ειδικού, ο οποίος πρέπει να έχει γνώση του λειτουργικού, δομικού συστατικού του εγκεφάλου.

Το μέλλον της λειτουργικής διάγνωσης MRI στην ιατρική

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

Οι επιστήμονες αναπτύσσουν τεχνικές οπτικοποίησης ονείρων, ανάγνωσης σκέψεων χρησιμοποιώντας λειτουργική μαγνητική τομογραφία. Υποτίθεται ότι χρησιμοποιεί τομογραφία για να αναπτύξει μια μέθοδο 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 πάνω από 3mm.
3. Ικανότητα μελέτης του εγκεφάλου πριν και μετά τη διέγερση.
4. Αβλαβές (σε σύγκριση με το PET).
5. Χωρίς επεμβατικότητα.

Η μαζική χρήση της λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας εγκεφάλου περιορίζεται από το υψηλό κόστος του εξοπλισμού, την κάθε εξέταση, την αδυναμία άμεσης μέτρησης της νευρωνικής δραστηριότητας, η οποία 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 είναι ακριβής δείκτης για τη δυναμική εκτίμηση των αλλαγών στον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια της θεραπείας, μετά την 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 είναι δυνατό να υποβληθεί σε εξέταση χρησιμοποιώντας μια τέτοια συσκευή σε πολλές σύγχρονες κλινικές. Ωστόσο, οι επιστήμονες συνεχίζουν να εργάζονται για τη βελτίωση της ακρίβειας της τεχνολογίας και την ανάπτυξη νέων, πιο αποτελεσματικών συστημάτων. , Ανώτερος Ερευνητής στο Ινστιτούτο Max Planck στο Tübingen (Γερμανία), είναι ένας από τους κορυφαίους ειδικούς που αναπτύσσει νέους αισθητήρες για πειραματική μαγνητική τομογραφία υπερυψηλού πεδίου. Την προηγούμενη μέρα, πραγματοποίησε ένα ειδικό μάθημα για το μεταπτυχιακό πρόγραμμα " Συστήματα και συσκευές ραδιοσυχνοτήτων» από το Πανεπιστήμιο ITMO, και σε συνέντευξή του στο ITMO.NEWS, μίλησε για τη δουλειά του και πώς η νέα έρευνα στον τομέα της μαγνητικής τομογραφίας θα βοηθήσει να γίνει πιο αποτελεσματική η διάγνωση της νόσου.

Τα τελευταία χρόνια εργάζεστε στο Τμήμα Μαγνητικού Συντονισμού Υψηλού πεδίου του Ινστιτούτου Max Planck. Παρακαλώ πείτε μας ποια είναι η τρέχουσα έρευνά σας;

Αναπτύσσω νέους αισθητήρες ραδιοσυχνοτήτων (RF) για μαγνητική τομογραφία. Τι είναι η μαγνητική τομογραφία, πιθανώς, είναι ήδη γνωστό στους περισσότερους ανθρώπους, επειδή 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 αποκτήσει μια τρισδιάστατη εικόνα. Αλλά πριν δημιουργήσετε αυτήν την εικόνα, πρέπει να κάνετε πολλή ερευνητική δουλειά. Διεξάγεται από μηχανικούς, φυσικούς, γιατρούς και άλλους ειδικούς. Είμαι ένας από τους κρίκους αυτής της αλυσίδας και κάνω έρευνα στη διασταύρωση της φυσικής και της μηχανικής. Πιο συγκεκριμένα, αναπτύσσουμε αισθητήρες για πειραματική μαγνητική τομογραφία υπερυψηλού πεδίου, ο οποίος χρησιμοποιείται στο στάδιο της διέγερσης, λήψης και επεξεργασίας ενός σήματος που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα της φυσικής επίδρασης NMR.

Μία από τις κύριες κατευθύνσεις είναι η ανάπτυξη νέων πειραματικών συστημάτων MRI εξαιρετικά υψηλού πεδίου, δηλαδή με χρήση υψηλότερου σταθερού μαγνητικού πεδίου, που βελτιώνει την ανάλυση εικόνας ή μειώνει τον χρόνο 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 μαγνητικό πεδίο 7 Τ και άνω. Συνηθίζεται να καλούμε τομογράφους 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, έχουμε ένα μηχάνημα μαγνητικής τομογραφίας 9,4 Τ στο Ινστιτούτο Max Planck στο Tübingen.

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 αισθητήρων MRI νέας γενιάς.

Ποιες είναι αυτές οι δυσκολίες;

Η αύξηση του σταθερού μαγνητικού πεδίου έχει ως αποτέλεσμα την αντίστοιχη αύξηση της συχνότητας των αισθητήρων ραδιοσυχνοτήτων. Για παράδειγμα, οι κλινικοί σαρωτές 3 Τ χρησιμοποιούν μορφοτροπείς με συχνότητα συντονισμού περίπου 120 MHz, ενώ ένας σαρωτής 7 Τ απαιτεί μετατροπείς με συχνότητα 300 MHz. Αυτό οδηγεί κυρίως σε μείωση του μήκους κύματος του πεδίου RF στους ανθρώπινους ιστούς. 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 σοβαρά κατά την εξέταση 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. 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 - εκδ. ).

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 προσφέρει 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 μικρότερου σήματος.

Επιπλέον, μπορεί κανείς να παρατηρήσει 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 μικρότερης 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 τον οποίο η αυξημένη ευαισθησία είναι κρίσιμη, είναι η λειτουργική μαγνητική τομογραφία, η οποία είναι 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 δεν μπορούν ακόμη να ονομαστούν πλήρως κλινικοί. Αυτό που κάλεσα είναι μια προκλινική επιλογή, αλλά αυτή η συσκευή είναι ήδη πιστοποιημένη, δηλαδή μπορεί ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί σε κλινικές.

Είναι ακόμη πιο δύσκολο να προβλέψουμε πότε θα εμφανιστούν οι τομογράφοι 9,4 Τ στις κλινικές. 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 υπερυψηλού 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 καταφέρει να επιτύχετε;

Το έργο προχωράει πολύ καλά. Τώρα ένας μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο ITMO συνεργάζεται μαζί μας. 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 για τη βελτίωση της ευαισθησίας 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 ένα ταξίδι 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 είναι αφιερωμένο σε διάφορα τεχνικά χαρακτηριστικά της ανάπτυξης αισθητήρων για μαγνητική τομογραφία. Υπάρχουν πολλές λεπτές αποχρώσεις σε αυτόν τον τομέα που πρέπει να γνωρίζετε, 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 του μεταπτυχιακού βρίσκονται τώρα 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 για εκπαίδευση στον τομέα των τεχνολογιών μαγνητικής τομογραφίας γενικά, τι είδους 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 μαθήματα μηχανικής που να εκπαιδεύουν ειδικούς υψηλής εξειδίκευσης που να ασχολούνται με την κατασκευή πηνίων για μαγνητική τομογραφία. Υπήρχε ένα κενό. Και νομίζω ότι μαζί μπορούμε απλά να το γεμίσουμε.

Έλενα Μενσίκοβα

Εκδοτικό γραφείο της πύλης ειδήσεων