Funkcionális mágneses rezonancia képalkotás. Nikolai Avdievich - az új MRI-készülékekről és azok képességeiről Az agy funkcionális mágneses rezonancia képalkotása

TECHNOLÓGIÁK

E.I. Kremneva, R.N. Konovalov, M.V. Krotenkova

Az Orosz Orvostudományi Akadémia Neurológiai Tudományos Központja (Moszkva)

A 90-es évek óta. A 20. században a funkcionális mágneses rezonancia képalkotás (fMRI) az egyik vezető módszer az agy funkcionális területeinek feltérképezésére non-invazivitása, a sugárterhelés hiánya és viszonylag széles körben elterjedtsége miatt. Ennek a technikának a lényege, hogy mérjük a hemodinamikai változásokat a neuronális aktivitás hatására (BOLD-effektus). Az fMRI-kísérlet sikeréhez szükséges: megfelelő technikai támogatás rendelkezésre állása (nagyterű MRI-tomográfia, speciális feladatok elvégzésére szolgáló eszközök), optimális vizsgálati terv kialakítása, a kapott adatok utófeldolgozása. Jelenleg a technikát nem csak tudományos célokra használják, hanem a gyakorlati gyógyászatban is. Mindazonáltal bizonyos korlátozásokat és ellenjavallatokat mindig szem előtt kell tartani, különösen amikor fMRI-t végeznek különböző patológiás betegeknél. A vizsgálat helyes megtervezéséhez és eredményeinek értelmezéséhez különböző szakemberek bevonása szükséges: neuroradiológusok, biofizikusok, neurológusok, pszichológusok, mivel az fMRI egy multidiszciplináris technika.

Kulcsszavak: fMRI, BOLD kontraszt, tanulmányterv, utófeldolgozás

A tudósokat és orvosokat évszázadok óta érdekli az emberi agy működése. A tudományos és technológiai fejlődés fejlődésével lehetővé vált ennek a rejtélynek a fátyol fellebbentése. És különösen értékessé vált egy olyan non-invazív módszer feltalálása és bevezetése a klinikai gyakorlatba, mint a mágneses rezonancia képalkotás (MRI). Az MRI viszonylag fiatal módszer: az első kereskedelmi forgalomban kapható 1,5 T-s tomográf csak 1982-ben kezdte meg a munkát, 1990-re azonban a módszer folyamatos technikai fejlesztése lehetővé tette, hogy ne csak az agy szerkezeti sajátosságainak, hanem működésének vizsgálatára is felhasználják. Ebben a cikkben egy olyan technikára összpontosítunk, amely lehetővé teszi az agy különböző funkcionális területeinek feltérképezését - a funkcionális mágneses rezonancia képalkotást (fMRI).

Az fMRI technika alapelvei_

Az fMRI egy olyan MRI-technika, amely a neuronális aktivitással kapcsolatos hemodinamikai választ (a véráramlás változását) méri. Két fő koncepción alapul: a neurovaszkuláris interakción és a BOLD kontraszton.

Az fMRI nem teszi lehetővé a neuronok elektromos aktivitásának közvetlen megtekintését, hanem közvetetten, a véráramlás lokális változásán keresztül. Ez a neurovaszkuláris interakció jelensége miatt lehetséges - a véráramlás regionális változása a közeli neuronok aktiválódása következtében. Ezt a hatást az idegsejtekben, az őket körülvevő gliasejtekben (asztrocitákban) és az érfal endotéliumában fellépő, egymással összefüggő reakciók összetett sorozatán keresztül érik el, mivel a megnövekedett aktivitással a neuronoknak több oxigénre és tápanyagra van szükségük, amelyet a vérárammal visznek be. Az fMRI technika lehetővé teszi a hemodinamika változásainak közvetlen értékelését.

Ez 1990-ben vált lehetségessé, amikor Seiji Ogawa és munkatársai a Bell Laboratories-tól (USA) javasolták a BOLD kontraszt használatát az agy fiziológiájának MRI segítségével történő tanulmányozására. Felfedezésük egy korszak kezdetét jelentette

modern funkcionális neuroimaging és a legtöbb fMRI vizsgálat alapját képezte. A BOLD kontraszt (szó szerint - a vér oxigénellátásának szintjétől függő, a vér oxigenizációjának szintjétől függően) a dezoxihemoglobin százalékától függő gradiens szekvenciákat használó képek MR-jelének különbsége. A dezoxihemoglobin a környező szövetektől eltérő mágneses tulajdonságokkal rendelkezik, ami beolvasáskor a mágneses tér helyi perturbációjához és a jel csökkenéséhez vezet a „gradiens echo” szekvenciában. A neuronok aktiválódása következtében megnövekedett véráramlással a dezoxihemoglobin kimosódik a szövetekből, és oxigénnel dúsított vér váltja fel, amely mágneses tulajdonságaiban hasonló a környező szövetekhez. Ekkor a térzavar csökken, és a jel nem lesz elnyomva – és látjuk a helyi erősítését (1A. ábra).

Összegezve tehát a fentieket, az fMRI általános sémája a következőképpen ábrázolható: az idegsejtek aktiválódása egy inger hatására és metabolikus szükségleteik növekedése a véráramlás helyi növekedéséhez vezet, amelyet az fMRI során BOLD jelként rögzítenek - az idegi aktivitás és a hemodinamikai válasz terméke (1B ábra).

rizs. 1. ábra: A - a VOS-kontraszt sematikus ábrázolása az Oda\ha kísérletben patkányok vérében lévő oxigén százalékos változásával; a közönséges levegő (21% oxigén) belélegzése esetén a jelcsökkenés területeit meghatározzák a kéregben (az ábra felső részében), amelyek megfelelnek a megnövekedett dezoxihemoglobin tartalmú edényeknek; tiszta oxigén belégzésekor az agykéreg homogén MR-jelét észleljük (az ábra alján); B - általános séma a VOS jel kialakítására

Kísérleti tervezés

Az fMRI-vizsgálat elvégzéséhez szükség van egy nagy látószögű MRI-tomográfra (a mágneses tér indukciójának mértéke 1,5 T és nagyobb), a szkennelés során végzett feladatok elvégzésére szolgáló különféle berendezésekre (fejhallgató, videoszemüveg, projektor, különféle távirányítók és joystickok az alanyokkal való visszajelzéshez stb.). Fontos tényező az alany együttműködési hajlandósága.

Sematikusan maga a szkennelési folyamat (a vizuális stimuláció példáján) a következő (2. ábra): az alany a tomográfban van; a feje fölé rögzített speciális tükörrendszeren keresztül egy videovetítőn keresztül fér hozzá a képernyőn megjelenő képekhez. Visszajelzéshez (ha a feladatban szerepel) a páciens megnyomja a távirányító gombját. Az ingerellátás és a feladat irányítása a vezérlőteremben található konzol segítségével történik.

Az alany által elvégzett feladatok különbözőek lehetnek: vizuális, kognitív, motoros, beszéd stb., a kitűzött céloktól függően. Az ingerek bemutatásának két fő típusa van egy feladatban: blokkok formájában - blokktervezés, és különálló, egymástól eltérő ingerek formájában - diszkrét kialakítás (3. ábra). Mindkét lehetőség kombinációja is lehetséges - vegyes kialakítás.

A legelterjedtebb, különösen a motoros feladatoknál a blokktervezés, amikor ugyanazokat az ingereket egymással váltakozó blokkokban gyűjtik össze. Példa erre a feladat, hogy egy gumilabdát (minden egyes szorítás külön inger) bizonyos ideig (átlagosan 20-30 mp-ig) szorítsunk, azonos időtartamú pihenőkkel váltakozva. Ez a kialakítás rendelkezik a legnagyobb statisztikai erővel, mivel az egyes BOLD jelek összegzésre kerülnek. Ez azonban általában kiszámítható a betegek számára, és nem teszi lehetővé egyetlen ingerre adott válasz értékelését, ezért nem alkalmas bizonyos feladatokra, különösen kognitív feladatokra.

rizs. 2: Az fMRI-kísérlet vázlata (a http://psychology.uwo.ca/fmri4newbies webhelyről adaptálva, változtatásokkal)

Kockás

Diszkrét (eseményhez kapcsolódó)

A 11 i A D1 iil iiitU I I,

rizs. 3: Az fMRI vizsgálati tervek fő típusai

Funkcionális mágneses rezonancia képalkotás

Erre van egy diszkrét kialakítás, amikor különböző időintervallumokban kaotikusan adnak ingert. Például egy arachnofóbiában szenvedő alanynak semleges képeket mutatnak (virágok, épületek stb.), amelyek között időről időre megjelennek egy pók képei, ami lehetővé teszi a kellemetlen ingerekre adott agyi aktiváció értékelését. Blokktervezéssel ez nehéz lenne: egyrészt az alany tudja, hogy mikor jelenik meg egy blokk, és már előre felkészül rá, másrészt ha ugyanazt az ingert hosszabb ideig adják elő, akkor a reakció eltompul. Ez egy diszkrét dizájn, amely használható az fMRI-ben hazugságvizsgálóként vagy marketingkutatásban, amikor az önkénteseknek különféle terméklehetőségeket mutatnak be (csomagolása, formája, színe), és megfigyelik öntudatlan reakciójukat.

Tehát a feladat tervét választottuk, beszkenneltük. Mit kapunk ennek eredményeként? Először is, ez egy 4D-s funkcionális adatsor a „gradiens visszhang” szekvenciában, amely az agy anyagának teljes térfogatának többszöri, ismételt szkennelése a feladat során. Másodszor pedig nagy felbontású 3D anatómiai adatmennyiség: például 1 x 1 x 1 mm (4. ábra). Ez utóbbi szükséges az aktiválási zónák pontos feltérképezéséhez, mivel a funkcionális adatok alacsony térbeli felbontásúak.

Utófeldolgozás_

Az MR-jel változása az agy aktivációs területein különböző körülmények között mindössze 3-5%, az emberi szem számára megfoghatatlan. Ezért a továbbiakban a kapott funkcionális adatokat statisztikai elemzésnek vetjük alá: az MR-jel intenzitásának időfüggőségi görbéjét minden egyes képvoxelhez különböző állapotokban - kísérleti (ingerellátás) és vezérlésben - megszerkesztjük. Ennek eredményeként egy statisztikai aktivációs térképet kapunk anatómiai adatokkal kombinálva.

De az ilyen elemzés közvetlen elvégzése előtt elő kell készíteni a szkennelés végén kapott „nyers” adatokat, és csökkenteni kell az eredmények variabilitását, amely nem kapcsolódik a kísérleti feladathoz. Az előkészítési algoritmus egy többlépcsős folyamat, és nagyon fontos az eredmények értelmezésének esetleges meghibásodásainak, hibáinak megértéséhez. Jelenleg különféle programok vannak

Ш -.V w<# %>

40 4"r h® F W

rizs. 4: A szkennelés végén kapott funkcionális (A) és anatómiai (B) adatok sorozata

A kapott adatok előzetes feldolgozására szolgáló szoftver, amelyet mind az MRI-tomográf gyártók, mind a független fMRI kutatólaboratóriumok készítenek. De az alkalmazott módszerek, elnevezések és adatmegjelenítés különbségei ellenére az előkészítés minden szakasza néhány alapvető lépésből áll.

1. Az alany fejmozgásának korrekciója. A feladatok elvégzése során ez elkerülhetetlen, annak ellenére, hogy különféle fejrögzítő eszközöket használnak (maszkok, kapcsok a fejtekercsen stb.). Már a minimális mozgás is az MR jel intenzitásának kifejezett mesterséges változásához vezethet az egymást követő adatmennyiségek között, különösen, ha a fej mozgása a kísérleti feladat végrehajtásához kapcsolódik. Ebben az esetben nehéz különbséget tenni az „igazi” BOLD aktiválás és a „mesterséges” között, amely az alany mozgása következtében jön létre (5. ábra).

Általánosan elfogadott, hogy a fej optimális elmozdulásaként legfeljebb 1 mm-t használnak. Ebben az esetben a pásztázási síkra merőleges elmozdulás („fej-lábak” irány) szignifikánsan rosszabb az eredmények helyes statisztikai feldolgozása szempontjából, mint a pásztázási síkban történő elmozdulás. Ebben a szakaszban a merev test transzformációs algoritmust használjuk - egy térbeli transzformációt, amelyben csak az objektum helyzete és tájolása változik, mérete vagy alakja pedig állandó. A gyakorlatban a feldolgozás a következő: a referencia (általában az első) képek funkcionális kötetét kiválasztjuk, és minden további funkcionális kötetet matematikailag kombinálunk vele, hasonlóan ahhoz, ahogy a papírlapokat egy kötegbe igazítjuk.

2. Funkcionális és anatómiai adatok együttes nyilvántartása.

Az alany fejének helyzetében a különbségek minimálisak. A nagy felbontású anatómiai adatok és a nagyon alacsony felbontású funkcionális adatok számítógépes feldolgozása és összehasonlítása is történik az aktiválási zónák utólagos lokalizálásának lehetőségére.

rizs. 5: Példa a páciens fejének elmozdulására szkennelés közben a motoros paradigma végrehajtása közben. Az ábra felső részén a vizsgált személy fejmozgásának grafikonja látható három, egymásra merőleges síkban: a középső görbe a páciens z tengely mentén történő elmozdulását ("fej-lábak" irány) tükrözi, és a mozgás elején és végén egyértelműen eltér. Az alsó részben - ugyanazon alany aktiválásának statisztikai térképei mozgáskorrekció nélkül. A mozgásból származó tipikus műtermékek az agy anyagának széle mentén félkörök formájában vannak meghatározva

Ezen túlmenően a különböző szkennelési módokhoz kapcsolódó különbségek minimálisra csökkennek (általában funkcionális adatoknál ez a „gradiens echo” mód, anatómiai adatoknál T1). Így a gradiens visszhang mód némi nyúlást adhat a képnek az egyik tengely mentén a nagy felbontású szerkezeti képekhez képest.

3. Térbeli normalizálás. Ismeretes, hogy az emberi agy alakja és mérete jelentősen különbözik. A különböző betegektől kapott adatok összehasonlítására, valamint a teljes csoport egészének feldolgozására matematikai algoritmusokat alkalmaznak: az úgynevezett affin transzformációt. Ebben az esetben az agy egyes régióinak képei átalakulnak - nyújtás, tömörítés, nyújtás stb. - a szerkezeti adatok utólagos redukálásával egyetlen térbeli koordináta-rendszerré.

Jelenleg az fMRI-ben a legelterjedtebb két térbeli koordinátarendszer: a Taleras rendszer és a Montreal Neurological Institute rendszer. Az elsőt Jean Talairach francia idegsebész dolgozta ki 1988-ban, egy 60 éves francia nő agyának halálozás utáni mérései alapján. Ezután megadtuk az agy összes anatómiai régiójának koordinátáit az elülső és hátsó commissura összekötő referenciavonalhoz viszonyítva. Bármely agy elhelyezhető ebbe a sztereotaxikus térbe, és az érdeklődésre számot tartó területeket le lehet írni egy háromdimenziós koordinátarendszer (x, y, z) segítségével. Egy ilyen rendszer hátránya, hogy csak egy agyra vonatkoznak az adatok. Ezért a népszerűbb rendszer a Montreali Neurológiai Intézetben (MNI) kifejlesztett rendszer, amely 152 kanadai T1 képadatainak teljes számításán alapul.

Bár mindkét rendszert az elülső és a hátsó commissura összekötő vonalról hivatkozunk, ezeknek a rendszereknek a koordinátái nem azonosak, különösen, ha az agy konvexitális felületéhez közelítenek. Ezt szem előtt kell tartani, amikor a kapott eredményeket összehasonlítjuk más kutatók munkáinak adataival.

Meg kell jegyezni, hogy a feldolgozás ezen szakaszát nem használják az idegsebészet funkcionális aktivációs zónáinak preoperatív feltérképezésére, mivel az fMRI célja ilyen helyzetben az, hogy pontosan felmérje e zónák elhelyezkedését egy adott betegben.

4. Simítás. A térbeli normalizálás soha nem pontos, így a homológ régiók, és így azok aktivációs zónái sem felelnek meg 100%-ban egymásnak. A hasonló aktiválási zónák térbeli átfedésének elérése egy alanycsoportban, a jel-zaj arány javítása és ezáltal az adatok megbízhatóságának növelése érdekében Gauss-féle simító függvényt alkalmazunk. Ennek a feldolgozási szakasznak a lényege az egyes alanyok aktivációs zónáinak „elmosódása”, aminek következtében a csoportelemzésben megnőnek az átfedésük területei. Hátránya, hogy elveszik a térbeli felbontás.

Most végre közvetlenül a statisztikai elemzésre térhetünk át, melynek eredményeként az aktiválási zónák adatait kapjuk az anatómiai adatokra ráhelyezett színtérképek formájában. Ugyanazok az adatok

Funkcionális mágneses rezonancia képalkotás

Statisztika: p-va/ues a keresési mennyiséghez igazítva

beállított szintű, nem lsotroplc korrigált fürtszintű voxelszint

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

^ csatlakoztatva "E ^ javítatlan PFWE-con ^ FDR-con T (Y ^ nem csatlakoztatva

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

rizs. 6: Példa a statisztikai utófeldolgozás eredményeinek bemutatására. A bal oldalon - az aktiválási zónák a motoros paradigma végrehajtása során (a jobb mutatóujj felemelése - leengedése), kombinálva az agy térfogati rekonstrukciójával. Jobb oldal - statisztika minden egyes aktiválási zónához

digitális formátumban kell bemutatni, jelezve az aktiválási zóna statisztikai jelentőségét, térfogatát és koordinátáit a sztereotaxikus térben (6. ábra).

fMRI alkalmazás_

Mikor végeznek fMRI-t? Először is, tisztán tudományos célokra: ez a normál agy és annak funkcionális aszimmetriájának tanulmányozása. Ez a technika felélénkítette a kutatók érdeklődését az agyi funkciók feltérképezése iránt: invazív beavatkozások igénybevétele nélkül látható, hogy az agy mely területei felelősek egy adott folyamatért. Talán a legnagyobb áttörést a magasabb szintű kognitív folyamatok megértésében érték el, beleértve a figyelmet, a memóriát és a végrehajtó funkciókat. Az ilyen vizsgálatok lehetővé tették az fMRI gyakorlati felhasználását az orvostudománytól és idegtudományoktól távol (hazugságvizsgálóként, marketingkutatásban stb.).

Ezenkívül az fMRI-t aktívan használják a gyakorlati gyógyászatban. Jelenleg ezt a technikát széles körben alkalmazzák a klinikai gyakorlatban a fő funkciók (motoros, beszéd) preoperatív feltérképezésére agytömegek vagy gyógyíthatatlan epilepszia esetén végzett idegsebészeti beavatkozások előtt. Az USA-ban még egy hivatalos dokumentum is létezik - az American College of Radiology és az American Society for Neuroradiology által összeállított gyakorlati útmutató, amely részletesen leírja a teljes eljárást.

A kutatók az fMRI-t különféle neurológiai és pszichiátriai betegségekben is igyekeznek bevezetni a rutin klinikai gyakorlatba. Az ezen a területen végzett számos munka fő célja az agy működésében bekövetkezett változások értékelése az egyik vagy másik terület károsodására válaszul - a zónák elvesztése és (vagy) váltása, eltolódása stb., valamint az aktiválási zónák szerkezetátalakításának dinamikus megfigyelése a folyamatban lévő gyógyszeres terápia és (vagy) rehabilitációs intézkedések hatására.

Végső soron a különböző kategóriájú betegeken végzett fMRI-vizsgálatok segíthetnek meghatározni a funkcionális kérgi átrendeződés különböző változatainak prognosztikai értékét a károsodott funkciók helyreállítása érdekében, és optimális kezelési algoritmusokat dolgoznak ki.

Lehetséges tanulmányi kudarcok_

Az fMRI tervezésénél mindig szem előtt kell tartani a különféle ellenjavallatokat, korlátokat és lehetségeseket

hibaforrások az egészséges önkéntesektől és betegektől kapott adatok értelmezésében.

Ezek tartalmazzák:

Minden olyan tényező, amely befolyásolja a neurovaszkuláris interakciót és a hemodinamikát, és ennek eredményeként a BOLD kontrasztot; ezért mindig figyelembe kell venni az agyi véráramlás lehetséges változásait, például a fej és a nyak fő artériáinak elzáródása vagy súlyos szűkülete, vazoaktív gyógyszerek szedése; ismertek olyan tények is, amelyek a BOLD-válasz csökkenését vagy akár inverzióját mutatják néhány rosszindulatú gliomában szenvedő betegnél az autoreguláció károsodása miatt;

Ellenjavallatok jelenléte az alanyban, amelyek minden MRI-vizsgálatra jellemzőek (pacemakerek, klausztrofóbia stb.);

Fémszerkezetek a koponya arc (agyi) részeinek területén (nem eltávolítható fogsorok, klipek, lemezek stb.), amelyek kifejezett műtermékeket adnak a "gradiens visszhang" módban;

Együttműködés hiánya (nehézsége) az alany részéről a feladat során, amely mind a kognitív állapotával, mind a látás-, hallás- stb. csökkenésével, valamint a motiváció és a feladatra való kellő figyelem hiányával jár;

Az alany kifejezett mozgása a feladatok végrehajtása során;

Helytelenül megtervezett tanulmányterv (kontrollfeladat kiválasztása, blokkok vagy a teljes vizsgálat időtartama stb.);

A feladatok gondos kidolgozása, ami különösen fontos a klinikai fMRI-nél, valamint egy embercsoport vagy ugyanazon alany dinamikai vizsgálatánál, hogy össze lehessen hasonlítani az így létrejövő aktivációs zónákat; a feladatoknak reprodukálhatónak kell lenniük, azaz azonosnak kell lenniük a tanulmány teljes időtartama alatt, és minden tantárgy számára elérhetőnek kell lenniük; Az egyik lehetséges megoldás azoknak a betegeknek, akik nem képesek önállóan elvégezni a mozgással kapcsolatos feladatokat, a passzív paradigmák alkalmazása különböző eszközökkel a végtagok mozgatására;

A pásztázási paraméterek helytelen kiválasztása (visszhangidő - TE, ismétlési idő - TR);

Az adatok utófeldolgozási paramétereinek helytelen beállítása a különböző szakaszokban;

A kapott statisztikai adatok hibás értelmezése, az aktiválási zónák helytelen feltérképezése.

Következtetés

A fenti korlátok ellenére az fMRI egy fontos és sokoldalú modern neuroimaging technika, amely egyesíti a nagy térbeli felbontás és a non-invazivitás előnyeit az intravénás kontrasztanyag szükségességének hiányával.

erősítés és sugárzásnak való kitettség. Ez a technika azonban nagyon bonyolult, és az fMRI-vel dolgozó kutatóra háruló feladatok sikeres elvégzéséhez multidiszciplináris megközelítésre van szükség – nemcsak a neuroradiológusok, hanem a biofizikusok, neurofiziológusok, pszichológusok, logopédusok, klinikai orvosok és matematikusok bevonásával is. Csak ebben az esetben lehetséges az fMRI teljes potenciáljának kihasználása és igazán egyedi eredmények elérése.

Bibliográfia

1. Ashburner J., Friston K. Multimodális képkoregisztráció és particionálás – egységes keretrendszer. Neurolmage 1997; 6(3):209-217.

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

3. Chen C.M., HouB.L., Holodny A.I. Az életkor és a tumorfokozat hatása a BOLD funkcionális MR képalkotásra gliómás betegek preoperatív értékelésében. Radiológia 2008; 3:971-978.

4. Filippi M. fMRI technikák és protokollok. Humana press 2009: 25.

5. Friston K. J., Williams S., Howard R. et al. Mozgással kapcsolatos hatások az fMRI idősorokban. 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. Az fMRI buktatói. Eur. Radiol. 2009; 19:2689-2706.

8. Hsu Y.Y., Chang C.N., Jung S.M. et al. Agyi gliómák véroxigenizációs szinttől függő MRI-je légzésvisszatartás közben. J. Magn. Reson Imaging 2004; 2:160-167.

9. Huettel S.A., Song A.W., McCarthy G. Funkcionális mágneses rezonancia képalkotás. Sinauer Associates Inc. 2004: 295-317.

10. Ogawa S., Lee T.M. Vérerek mágneses rezonancia képalkotása nagy térerőn: In vivo és in vitro mérések és képszimulációk. Magn. Reson. Med. 1990; 16(1):9-18.

A mágneses rezonancia képalkotás elengedhetetlen számos betegség diagnosztizálásában, és lehetővé teszi a belső szervek és rendszerek részletes megjelenítését.

A moszkvai NAKFF klinika MRI részlege nyitott alagút kialakítású, nagy látóterű Siemens MAGNETOM Aera tomográffal van felszerelve. A tomográf teljesítménye 1,5 Tesla. A berendezés lehetővé teszi akár 200 kg súlyú személyek vizsgálatát, a készülék alagútjának (nyílásának) szélessége 70 cm Rendelőnkben elvégezhető a gerinc, ízületek, belső szervek MRI vizsgálata, beleértve a kontrasztanyag bevezetését, valamint az agy mágneses rezonancia képalkotása. A diagnosztika költsége megfizethető, míg a kapott eredmények értéke hihetetlenül magas. Összesen több mint 35 féle mágneses rezonancia vizsgálatot végeznek.

Az MRI diagnosztika után az orvos beszélgetést folytat a pácienssel, és lemezt bocsát ki a felvétellel. A következtetést e-mailben küldik el.

Készítmény

A legtöbb mágneses rezonancia képalkotás nem igényel speciális képzést. Azonban például a hasi és a kismedencei szervek MRI-vizsgálatánál a vizsgálat előtt 5 órával ajánlott tartózkodni az evéstől és az ivástól.

A mágneses rezonancia képalkotás központjának látogatása előtt (a vizsgálat napján) kényelmes, fémelem nélküli ruhát kell viselnie.

Ellenjavallatok

A mágneses rezonancia képalkotás ellenjavallata annak a ténynek köszönhető, hogy a vizsgálat során erős mágneses mező képződik, amely hatással lehet az elektronikára és a fémekre. Ennek alapján az MRI abszolút ellenjavallata a következők jelenléte:

• pacemaker;
• neurostimulátor;
• elektronikus középfül implantátum;
• fém kapcsok az edényeken;
• inzulinpumpák.

Beépített pacemaker, neurostimulátor, elektronikus középfül implantátum, fém kapcsok az ereken, inzulinpumpák.

Korlátozások

Ha nagy fémszerkezeteket szerelt fel (például ízületi endoprotézist), akkor szüksége lesz egy dokumentumra, amely megerősíti az MRI elvégzésének lehetőségét és biztonságát. Ez lehet az implantátum igazolása (általában a műtét után adják ki), vagy a beavatkozást végző sebész igazolása. A legtöbb ilyen szerkezet orvosi titánból készül, ami nem zavarja az eljárást. De mindenesetre a vizsgálat előtt tájékoztassa a radiológiai osztály orvosát a testben lévő idegen tárgyak jelenlétéről - koronák a szájüregben, piercingek és még tetoválások (utóbbiaknál fémtartalmú festékek is használhatók).

A mágneses rezonancia képalkotás ára függ a vizsgált testrésztől és a további eljárások szükségességétől (például kontraszt bevezetése). Tehát az agy MRI-je többe kerül, mint egy kéz tomográfiája. Jelentkezzen be egy tanulmányra telefonon Moszkvában: +7 495 266-85-01, vagy hagyjon kérést a weboldalon.

Sok információt ad a kutatónak a látómezőbe eső szerv, szövet vagy egyéb tárgy anatómiai felépítéséről. Ahhoz azonban, hogy a folyamatban lévő folyamatokról teljes kép alakuljon ki, nem áll rendelkezésre elegendő adat a funkcionális tevékenységről. Erre pedig csak a BOLD-funkciós mágneses rezonancia képalkotás (BOLD - vér oxigenizációs szinttől függő kontraszt, vagy kontraszt, a vér oxigéntelítettségének mértékétől függően).

A BOLD fMRI az egyik legszélesebb körben használt és legszélesebb körben ismert módszer az agyi aktivitás meghatározására. Az aktiválás a helyi véráramlás növekedéséhez vezet, és megváltozik az oxigénnel dúsított (oxigénben dúsított) és az oxigénszegény (oxigénszegény) hemoglobin relatív koncentrációja a helyi véráramlásban.

1. ábra.Rendszer reakciók agyi- véráram V válasz tovább gerjesztés neuronok.

Az oxigénmentesített vér paramágneses (egy mágnesezhető anyag), és az MRI jelszint csökkenéséhez vezet. Ha több oxigéndús vér van az agyterületen, az MRI jel szintje megnő. Így a vérben lévő oxigén endogén kontrasztanyagként működik.

2. ábra.Hangerő agyi- vérellátás (A) És BÁTOR-válasz fMRI (b) nál nél aktiválás elsődleges motor ugatemberi. Jel passzol V 4 szakasz. 1 színpad – következtében aktiválás neuronok emelkedik fogyasztásoxigén, növeli Mennyiség oxigénmentesített vér, BÁTOR— jel Egy kis csökken (tovább diagramNem Látható, csökken jelentéktelen). Hajók bővülő, következtében mit néhány csökkenvérellátás agyi- szövetek. Színpad 2 – meghosszabbított növekedés jel. Lehetséges akciókat neuronokvéget ér, De folyam oxigénezett vér növeli inerciálisan, Talán következtében hatásbiokémiai markerek hypoxia. Színpad 3 – meghosszabbított hanyatlás jel következtében normalizálásvérellátás. 4 színpad – utóinger recesszió – hívott lassú felújítás a kezdetivérellátás.

A kéreg bizonyos területein a neuronok munkájának aktiválásához speciális aktiválási feladatok vannak. A feladattervezés általában kétféle: „blokk” és „eseményhez kapcsolódó”. Mindegyik típus két váltakozó fázis jelenlétét feltételezi - aktív állapot és pihenés. A klinikai fMRI-ben gyakrabban alkalmazzák a „blokk” típusú feladatokat. Az ilyen gyakorlatok végrehajtása során az alany váltogatja az ún. ON- (aktív állapot) és OFF- (nyugalmi állapot) periódusokat azonos vagy nem egyenlő időtartamú. Például a kéreg kézmozgásokért felelős területének meghatározásakor a feladatok váltakozó ujjmozdulatokból és inaktivitási időszakokból állnak, amelyek átlagosan körülbelül 20 másodpercig tartanak. A lépéseket többször megismételjük az fMRI eredmény pontosságának növelése érdekében. Az „eseményhez kapcsolódó” feladatnál az alany egy rövid cselekvést hajt végre (például nyel vagy ökölbe szorít), majd pihenő következik, miközben a cselekvések a blokktervezéstől eltérően egyenetlenül és következetlenül váltakoznak.

A gyakorlatban a BOLD fMRI-t a daganatok reszekciójának (eltávolításának) preoperatív tervezésében, az érrendszeri malformációk diagnosztizálásában, az epilepszia súlyos formái és egyéb agyi elváltozások műtéteiben használják. Az agyműtét során fontos az elváltozás minél pontosabb eltávolítása, ugyanakkor elkerülhető a szomszédos, funkcionálisan fontos agyterületek szükségtelen károsodása.

3. ábra.

A – háromdimenziós MRI— kép fej agy. Nyíl jelzett elhelyezkedés motor ugat Vprecentrális gyrus.

b – térkép fMRI—tevékenység agy V precentrális gyrus nál nél mozgalom kéz.

A módszer nagyon hatékony az olyan degeneratív betegségek vizsgálatában, mint az Alzheimer- és a Parkinson-kór, különösen a korai stádiumban. Nem jár ionizáló sugárzás és radiopaque szerek alkalmazásával, ráadásul non-invazív. Ezért meglehetősen biztonságosnak tekinthető olyan betegek számára, akiknek hosszú távú és rendszeres fMRI vizsgálatra van szükségük. Az fMRI felhasználható az epilepsziás rohamok kialakulásának mechanizmusainak tanulmányozására, és elkerülhető a funkcionális kéreg eltávolítása kezelhetetlen frontális lebeny epilepsziában szenvedő betegeknél. Az agyi felépülés nyomon követése a stroke után, a gyógyszerek vagy más terápiák hatásának tanulmányozása, a pszichiátriai kezelés monitorozása és monitorozása - ez nem teljes lista az fMRI lehetséges alkalmazási területeiről. Ezen kívül van még nyugalmi fMRI is, amelyben a komplex adatfeldolgozás lehetővé teszi a nyugalmi agyi hálózatok működését.

Források:

1. Mennyire értjük az fMRI BOLD jel idegi eredetét? Owen J. Arthur, Simon Boniface. TRENDS in Neurosciences Vol.25 No.1 2002. január
2. A funkcionális mágneses rezonancia képalkotás (fMRI) fizikája R. B. Buxton. Ismétlés. Prog. Phys. 76 (2013)
3. Funkcionális mágneses rezonancia képalkotás alkalmazása a klinikán. Tudományos áttekintés. Belyaev A., Peck Kyung K., Brennan N., Kholodny A. Russian electronic Journal of Radology. 4. évfolyam 2014. 1. szám
4. Agy, megismerés, elme: Bevezetés a kognitív idegtudományba. 2. rész . B. Baars, N. Gage. M.: Binom. 2014 353-360.

Szöveg: Daria Prokudina

A véráramlási aktivitás változásait funkcionális mágneses rezonancia képalkotás (fMRI) rögzíti. A módszert az artériák lokalizációjának meghatározására, a látás-, beszéd-, mozgásközpontok, néhány más funkcionális központ kéregének mikrokeringésének felmérésére használják. A térképezés sajátossága, hogy a pácienst olyan feladatok elvégzésére kérik, amelyek növelik a kívánt agyközpont aktivitását (olvasás, írás, beszélgetés, lábmozgatás).

Az utolsó szakaszban a szoftver a hagyományos réteges tomogramok és a funkcionális terhelésű agy képeinek összegzésével állít elő képet. Az információ komplexum egy háromdimenziós modellt jelenít meg. A térbeli modellezés lehetővé teszi a szakemberek számára az objektum részletes tanulmányozását.

Az MRI-spektroszkópiával együtt a tanulmány feltárja a kóros formációk metabolizmusának összes jellemzőjét.

A funkcionális agyi MRI alapelvei

A mágneses rezonancia képalkotás a hidrogénatomok megváltozott rádiófrekvenciájának rögzítésén alapul folyékony közegben erős mágneses tér hatásának kitéve. A klasszikus vizsgálat lágyrész-komponenseket mutat. Az erek láthatóságának javítása érdekében intravénás kontrasztot végzünk paramágneses gadolíniummal.

A funkcionális MRI a hemoglobin mágneses hatásának figyelembevételével rögzíti az agykéreg egyes területeinek aktivitását. Az anyag az oxigénmolekula szövetekbe való visszajutása után paramágnesessé válik, melynek rádiófrekvenciáját a készülék érzékelői veszik fel. Minél intenzívebb az agyi parenchyma vérellátása, annál jobb a jel.

A szövet mágnesezettségét a glükóz oxidációja is fokozza. Az anyag szükséges a neuronok szöveti légzési folyamatainak biztosításához. A mágneses indukció változását a készülék érzékelői rögzítik, és a szoftveralkalmazás feldolgozza. A nagy térerejű eszközök magas fokú minőségi felbontást hoznak létre. A tomogramon akár 0,5 mm átmérőjű részletek részletes képe nyomon követhető.

A funkcionális MRI vizsgálat nemcsak a bazális ganglionokból, a cingulate cortexből, a thalamusból, hanem a rosszindulatú daganatokból is észlel jelet. A neoplazmák saját érhálózattal rendelkeznek, amelyen keresztül a glükóz és a hemoglobin belép a formációba. A jelkövetés lehetővé teszi a daganat körvonalainak, átmérőjének, a fehér vagy szürkeállományba való behatolás mélységének tanulmányozását.

Az agy MRI funkcionális diagnosztikája sugárdiagnosztikai orvos képesítését igényli. A kéreg különböző zónáit eltérő mikrocirkuláció jellemzi. A hemoglobinnal, glükózzal való telítettség befolyásolja a jel minőségét. Figyelembe kell venni az oxigénmolekula szerkezetét, az atomok alternatív helyettesítőinek jelenlétét.

Az erős mágneses tér megnöveli az oxigén felezési idejét. A hatás akkor működik, ha az eszköz teljesítménye meghaladja az 1,5 Teslát. A gyengébb beállítások nem hagyhatják figyelmen kívül az agy funkcionális aktivitásának vizsgálatát.

A daganat vérellátásának metabolikus intenzitását a legjobban 3 Tesla teljesítményű, nagy térerősségű berendezéssel lehet meghatározni. A nagy felbontás lehetővé teszi egy kis fókusz rögzítését.

A jel hatékonyságát tudományosan "hemodinamikai válasznak" nevezik. A kifejezést az idegi folyamatok sebességének leírására használják 1-2 másodperces intervallumban. A szövetek vérellátása nem mindig elegendő a funkcionális vizsgálatokhoz. Az eredmény minőségét a glükóz további adagolása javítja. A stimulációt követően a telítési csúcs 5 másodperc után következik be, amikor a vizsgálatot végrehajtják.

Az agy MRI funkcionális vizsgálatának technikai jellemzői

Az MRI funkcionális diagnosztikája a neuronok aktivitásának növekedésén alapul, miután egy személy egy bizonyos feladatot stimulál az agyi aktivitásban. Egy külső inger stimulálja egy bizonyos központ szenzoros vagy motoros aktivitását.

A terület követéséhez a gradiens visszhang mód aktiválódik az impulzus echoplanáris szekvencia alapján.

Az MRI magjelének elemzése gyorsan megtörténik. Egy tomogram regisztrálása 100 ms időközönként történik. A diagnózis a stimuláció után és a pihenőidő alatt történik. A szoftver tomogramokat használ a neuronális aktivitás gócainak kiszámításához, felerősítve a jelek területeit a nyugalmi agy 3D-s modelljére.

A kezelőorvosok számára az ilyen típusú MRI olyan kórélettani folyamatokról nyújt információt, amelyek más diagnosztikai módszerekkel nem követhetők nyomon. A kognitív funkciók tanulmányozása szükséges a neuropszichológusok számára a mentális és pszichológiai betegségek megkülönböztetéséhez. A vizsgálat segít az epilepsziás gócok ellenőrzésében.

A végső térképezési térkép nemcsak a fokozott funkcionális stimuláció területeit mutatja. A képek a szenzomotoros, auditív beszédtevékenység zónáit jelenítik meg a patológiás fókusz körül.

Az agycsatornák elhelyezkedését bemutató térképek felépítését traktográfiának nevezik. A vizuális, piramis traktus elhelyezkedésének funkcionális jelentősége a műtét megtervezése előtt lehetővé teszi az idegsebészek számára a bemetszések helyének helyes megtervezését.

Mit mutat az fMRI?

Funkcionális vizsgálatokkal nagymezős MRI-t írnak elő az indikációknak megfelelően, ha szükséges az agykéreg motoros, szenzoros, vizuális és hallási területeinek működésének patofiziológiai alapjainak tanulmányozása. A neuropszichológusok beszéd-, figyelem-, memória- és kognitív funkciókkárosodott betegeknél végeznek kutatásokat.

Az fMRI segítségével számos betegséget észlelnek a kezdeti szakaszban - Alzheimer-kórt, Parkinson-kórt, demyelinizációt a sclerosis multiplexben.

A funkcionális diagnosztikát a különböző egészségügyi központokban különböző egységeken végzik. Tudja, mit mutat az agy MRI, az orvos-diagnosztikus. A vizsgálat előtt szakorvosi konzultáció kötelező.

Kiváló minőségű eredmények érhetők el az erős mágneses térrel végzett szkenneléssel. Az orvosi központ kiválasztása előtt javasoljuk, hogy tájékozódjon a telepített készülék típusáról. Fontos a szakember képzettsége, akinek ismernie kell az agy funkcionális, szerkezeti összetevőit.

A funkcionális MRI diagnosztika jövője az orvostudományban

A funkcionális kutatást a közelmúltban vezették be a gyakorlati orvostudományba. A módszer lehetőségeit nem használják ki eléggé.

A tudósok technikákat fejlesztenek az álmok vizualizálására, a gondolatok olvasására funkcionális MRI segítségével. Feltételezhető, hogy tomográfiát használ a bénult emberekkel való kommunikációs módszer kidolgozására.

• idegi ingerlékenység;
• mentális tevékenység;
• Az agykéreg telítettségi foka oxigénnel, glükózzal;
• A dezoxilált hemoglobin mennyisége a kapillárisokban;
• A véráramlás bővülésének területei;
• Az oxihemoglobin szintje az edényekben.

A tanulmány előnyei:

1. Kiváló minőségű ideiglenes kép;
2. 3 mm feletti térbeli felbontás;
3. Képesség az agy tanulmányozására a stimuláció előtt és után;
4. Ártalmatlanság (a PET-hez képest);
5. Nincs invazivitás.

A funkcionális agyi MRI tömeges alkalmazását korlátozza a magas felszerelési költség, minden egyes vizsgálat, a neuronális aktivitás közvetlen mérésének lehetetlensége, ami nem végezhető el olyan betegeknél, akiknél fémzárványok vannak a szervezetben (érkapcsok, fülimplantátumok).

Az agykéreg funkcionális anyagcseréjének regisztrálása nagy diagnosztikai értékű, de nem pontos indikátor a kezelés során, műtét utáni agyi változások dinamikus felmérésére.

A mágneses rezonancia képalkotás (MRI) a belső szervek és szövetek non-invazív vizsgálatára szolgáló tomográfiás orvosi képek készítésének módszere, amely a mágneses magrezonancia (NMR) jelenségén alapul. A technológia több évtizeddel ezelőtt jelent meg, és ma már számos modern klinikán lehetséges egy ilyen eszközzel végzett vizsgálat. A tudósok azonban továbbra is dolgoznak a technológia pontosságának javításán és új, hatékonyabb rendszerek kifejlesztésén. , tudományos főmunkatárs a tübingeni Max Planck Intézetben (Németország), az egyik vezető specialista, aki új szenzorokat fejleszt kísérleti ultrahigh-field MRI-hez. Előző napon egy speciális tanfolyamot tartott a mesterképzésről " RF rendszerek és eszközök» ITMO Egyetem, és az ITMO.NEWS-nak adott interjújában beszélt munkájáról, és arról, hogy az MRI területén új kutatások hogyan segítik majd a betegségek diagnosztizálását hatékonyabbá.

Az elmúlt néhány évben a Max Planck Intézet nagymezős mágneses rezonancia osztályán dolgozott. Kérem, mondja el, miről szól a jelenlegi kutatása?

Új rádiófrekvenciás (RF) érzékelőket fejlesztek MRI-hez. Valószínűleg a legtöbb ember már tudja, hogy mi az MRI, mert az elmúlt 40 évben, amióta ez a technológia kifejlesztették, rengeteg klinikára sikerült eljutnia, és nélkülözhetetlen diagnosztikai eszközzé vált. Az emberek azonban még ma is azon dolgoznak, hogy új MRI-rendszerek kifejlesztésével javítsák ezt a technológiát.

Az MRI elsősorban egy hatalmas hengeres mágnes, amelybe egy pácienst vagy önkéntest helyeznek, hogy 3D képet készítsenek. De mielőtt létrehozná ezt a képet, sok kutatómunkát kell végeznie. Mérnökök, fizikusok, orvosok és más szakemberek végzik. Ennek a láncnak az egyik láncszeme vagyok, és a fizika és a mérnöki tudományok metszéspontjában kutatok. Pontosabban, ultranagy terű kísérleti MRI-hez fejlesztünk szenzorokat, amelyeket az NMR fizikai hatás eredményeként kapott jel gerjesztésének, vételének és feldolgozásának szakaszában használnak.

Az egyik fő irány az új kísérleti ultra-nagyterű MRI-rendszerek fejlesztése, vagyis a nagyobb állandó mágneses tér alkalmazása, ami javítja a képfelbontást vagy csökkenti a szkennelési időt, ami számos klinikai vizsgálat és diagnosztika szempontjából nagyon fontos.

A hagyományos klinikai tomográfok 3 T-ig konstans mezőt használnak, de most megjelennek a 7 T vagy annál nagyobb mágneses térerősségű kísérleti tomográfok. A 7 T és annál nagyobb mágneses térerősségű tomográfokat ultramagas térerősségnek szokás hívni. A világon már mintegy száz 7 T-es térerősségű tomográf létezik, de folynak a fejlesztések a mágneses tér további növelésére. Például van egy 9,4 T-s MRI-készülékünk a tübingeni Max Planck Intézetben.

De még a 7-ről 9,4 T-ra való átálláskor is számos technikai probléma merül fel, amelyek komoly tudományos és műszaki fejlesztéseket igényelnek, beleértve az új generációs MRI-hez szükséges szenzorok számítását és tervezését.

Mik ezek a nehézségek?

Az állandó mágneses tér növekedése az RF érzékelők frekvenciájának megfelelő növekedését eredményezi. Például a klinikai 3 T szkennerek körülbelül 120 MHz rezonanciafrekvenciájú jelátalakítókat használnak, míg a 7 T szkennerekhez 300 MHz frekvenciájú jelátalakítók szükségesek. Ez elsősorban az RF mező hullámhosszának lerövidüléséhez vezet az emberi szövetekben. Ha a 120 MHz-es frekvencia hozzávetőlegesen 35-40 centiméteres hullámhossznak felel meg, akkor 300 MHz-en körülbelül 15 cm-es értékre csökken, ami jóval kisebb, mint az emberi test mérete.

E hatás következtében az RF érzékelők érzékenysége erősen torzulhat nagy (hullámhossznál nagyobb) objektumok vizsgálatakor. Ez nehézségekhez vezet a képek értelmezésében és a klinikai betegségek és patológiák diagnosztizálásában. A 9,4 T-os mezőben, amely 400 MHz-es szenzorfrekvenciának felel meg, mindezek a problémák még kritikusabbá válnak.

Vagyis az ilyen képek gyakorlatilag olvashatatlanná válnak?

Nem mondanám. Pontosabban, bizonyos esetekben ez megnehezíti azok értelmezését. Vannak azonban olyan csoportok, amelyek olyan technikákat fejlesztenek ki, amelyekkel a teljes emberi test MR-képeit lehet készíteni. Csoportunk feladatai azonban elsősorban az agy vizsgálatára irányulnak.

Milyen lehetőségek nyílnak meg az orvostudomány előtt az ultrahigh-field MRI területén?

Tudniillik az MRI során az embernek mozdulatlanul kell feküdnie: ha a mérés közben mozogni kezd, a kép torz lesz. Ugyanakkor egyes MRI-technikák akár egy órát is igénybe vehetnek, és nyilvánvaló, hogy ennyi idő alatt nehéz nem mozogni. Az ultra-nagy látóterű tomográfok megnövekedett érzékenysége nemcsak nagyobb felbontású, hanem sokkal gyorsabb képek készítését is lehetővé teszi. Ez különösen fontos gyermekek és idős betegek vizsgálatánál.

Nem is beszélhetünk a mágneses rezonancia spektroszkópia lehetőségeiről ( MRS, egy olyan módszer, amely lehetővé teszi a szövetek biokémiai változásainak meghatározását különböző betegségekben bizonyos metabolitok koncentrációja alapján - szerk. ).

Az MRI-ben a fő jelforrás a vízmolekulák hidrogénatomja. De ezen kívül más hidrogénatomok is megtalálhatók más molekulákban, amelyek fontosak az emberi test működéséhez. Ilyenek például a különféle metabolitok, neurotranszmitterek stb. Ezen anyagok térbeli eloszlásának MRS-sel történő mérése hasznos információkkal szolgálhat az emberi szervezetben előforduló anyagcserezavarokkal összefüggő patológiák tanulmányozásához. Gyakran előfordul, hogy a klinikai tomográfok érzékenysége nem elegendő a vizsgálatukhoz alacsony koncentrációjuk és ennek következtében kisebb jelük miatt.

Ezen túlmenően nemcsak a hidrogénatomok, hanem más mágneses atomok NMR jelei is megfigyelhetők, amelyek szintén nagyon fontosak a betegségek diagnosztizálásában és az orvosi kutatásban. Egyrészt azonban NMR-jelük jóval gyengébb a kisebb giromágneses arány miatt, másrészt pedig természetes tartalmuk az emberi szervezetben jóval kisebb, mint a hidrogénatomoké. Az ultra-nagymezős MRI fokozott érzékenysége rendkívül fontos az MRS számára.

Az MRI technikák másik fontos területe, amelynél a megnövekedett érzékenység kritikus, a funkcionális MRI, amely az emberi agy kognitív vizsgálatainak fontos technikája.

Eddig a világ klinikáinak túlnyomó többsége nem rendelkezik nagylátószögű tomográfokkal. Milyen kilátások vannak a 7 T és később a 9 T tomográfoknak a hagyományos diagnosztikában történő alkalmazására?

Ahhoz, hogy a tomográf a rendelőbe kerüljön, hitelesíteni kell, ellenőrizni kell a biztonsági feltételeket, és megfelelő dokumentációt kell készíteni. Ez egy meglehetősen bonyolult és hosszadalmas eljárás. Eddig egyetlen olyan cég van a világon, amely nemcsak az általunk gyártott érzékelőket, hanem magát az eszközt is tanúsítani kezdte. Ez a Siemens.

7 T-tomográf van, nem is olyan sok, és még nem nevezhetők teljesen klinikainak. Amit én hívtam, az egy preklinikai lehetőség, de ez a készülék már tanúsított, vagyis potenciálisan klinikákon is használható.

Még nehezebb megjósolni, hogy mikor jelennek meg a 9,4 T-s tomográfok a klinikákon. A fő probléma itt a szövetek esetleges helyi felmelegedése az érzékelő RF mezője által a hullámhossz erős csökkenése miatt. Az ultra-nagy látóterű MRI mérnöki kutatásának egyik fontos területe ennek a hatásnak a részletes numerikus szimulációja a betegbiztonság érdekében. Annak ellenére, hogy az ilyen kutatásokat tudományos intézmények keretein belül végzik, a klinikai gyakorlatra való áttérés további kutatásokat igényel.

Hogyan épül fel most az együttműködés a Max Planck Intézet és az ITMO Egyetem között? Milyen közös eredményeket sikerült már elérni?

A munka nagyon jól halad. Jelenleg az ITMO Egyetem posztgraduális hallgatója dolgozik velünk. Nemrég jelentettünk meg egy cikket az egyik vezető folyóiratban az MRI területén elért technikai fejlesztésekről. Ebben a munkában kísérletileg megerősítettük korábbi elméleti vizsgálatok eredményeit, amelyek módosított és optimalizált dipólantennák használatával javítják az ultranagy terű RF érzékelők érzékenységét. Ennek a munkának az eredménye, véleményem szerint, nagyon ígéretesnek bizonyult.

Most több olyan cikken is dolgozunk, amelyek hasonló módszerek használatára vonatkoznak, de más feladatokra. Nemrég pedig Georgiy támogatást kapott egy németországi utazásra. A következő hónapban hat hónapra érkezik hozzánk, és továbbra is együtt fogunk dolgozni az MRI szenzorok továbbfejlesztésén.

Ezen a héten egy speciális tanfolyamot tartott a „Rádiófrekvenciás rendszerek és eszközök” mesterképzésben. Melyek a főbb témák, amikkel foglalkoztál?

A kurzus az MRI szenzorok fejlesztésének különféle műszaki jellemzőivel foglalkozik. Ezen a területen sok finomság van, amelyeket tudnia kell, ezért bemutattam számos alapvető technikát, amelyeket ezeknek az érzékelőknek a tervezésére és gyártására használnak. Emellett előadást tartottam a legújabb fejlesztéseimről. A kurzus összesen nyolc, két akadémiai órás előadást tartalmaz, amelyek négy napra szólnak. A végén egy bemutató is található, amely segít világosabban elmagyarázni ezeket a technikákat.

A mesterképzésben részt vevő hallgatók jelenleg a jövő irányának megválasztása előtt állnak, ezért úgy gondolom, hogy ez a kurzus további információkkal szolgál majd számukra kilátásaik felméréséhez.

És ha általánosságban beszélünk az MRI-technológiák területén végzett oktatásról, Ön szerint milyen ismereteket és készségeket követelnek meg ma elsősorban az ilyen szakemberektől?

Annak ellenére, hogy szakterületünk mára nagyon népszerűvé és ígéretessé vált a klinikai diagnosztikában, nincsenek olyan mérnöki képzések, amelyek az MRI tekercsek gyártásával foglalkozó, magasan képzett szakembereket képeznék. Volt egy rés. És úgy gondolom, hogy együtt meg tudjuk tölteni.

Jelena Mensikova

A hírportál szerkesztősége