Funkčné zobrazovanie magnetickou rezonanciou. Nikolai Avdievich - o nových MRI prístrojoch a ich možnostiach Funkčné zobrazovanie mozgu magnetickou rezonanciou

TECHNOLÓGIE

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

Vedecké centrum neurológie Ruskej akadémie lekárskych vied (Moskva)

Od 90. rokov. Funkčná magnetická rezonancia (fMRI) je v 20. storočí jednou z popredných metód mapovania funkčných oblastí mozgu vďaka svojej neinvazívnosti, absencii radiačnej záťaže a pomerne širokému použitiu. Podstatou tejto techniky je meranie hemodynamických zmien v reakcii na aktivitu neurónov (BOLD efekt). Pre úspech fMRI experimentu je potrebná: dostupnosť vhodnej technickej podpory (vysokopoľná MRI tomografia, špeciálne vybavenie na vykonávanie úloh), vypracovanie optimálneho dizajnu štúdie a následné spracovanie získaných údajov . V súčasnosti sa technika využíva nielen na vedecké účely, ale aj v praktickej medicíne. Vždy je však potrebné pamätať na niektoré obmedzenia a kontraindikácie, najmä pri vykonávaní fMRI u pacientov s rôznymi patológiami. Pre správne plánovanie štúdie a interpretáciu jej výsledkov je potrebné zapojiť rôznych odborníkov: neurorádiológov, biofyzikov, neurológov, psychológov, keďže fMRI je multidisciplinárna technika.

Kľúčové slová: fMRI, BOLD kontrast, dizajn štúdie, post-processing

Po stáročia sa vedci a lekári zaujímali o to, ako funguje ľudský mozog. S rozvojom vedeckého a technologického pokroku bolo možné poodhaliť závoj tohto tajomstva. A obzvlášť cenným sa stal vynález a zavedenie do klinickej praxe takej neinvazívnej metódy, akou je zobrazovanie magnetickou rezonanciou (MRI). MRI je relatívne mladá metóda: prvý komerčný tomograf 1,5 T začal fungovať až v roku 1982. Avšak od roku 1990 neustále technické zdokonaľovanie metódy umožnilo jej použitie nielen na štúdium štrukturálnych vlastností mozgu, ale aj na študovať jeho fungovanie. V tomto článku sa zameriame na techniku, ktorá umožňuje mapovanie rôznych funkčných oblastí mozgu – funkčnú magnetickú rezonanciu (fMRI).

Základné princípy techniky fMRI_

fMRI je technika MRI, ktorá meria hemodynamickú odpoveď (zmenu prietoku krvi) spojenú s aktivitou neurónov. Je založený na dvoch hlavných konceptoch: neurovaskulárna interakcia a TUČNÝ kontrast.

fMRI neumožňuje vidieť elektrickú aktivitu neurónov priamo, ale robí to nepriamo, prostredníctvom lokálnej zmeny prietoku krvi. Je to možné vďaka fenoménu neurovaskulárnej interakcie - regionálnej zmene prietoku krvi v reakcii na aktiváciu blízkych neurónov. Tento efekt sa dosahuje komplexným sledom vzájomne súvisiacich reakcií, ktoré sa vyskytujú v neurónoch, ich okolitých gliách (astrocytoch) a endoteli cievnej steny, keďže so zvýšenou aktivitou neuróny potrebujú viac kyslíka a živín privádzaných krvným obehom. Technika fMRI umožňuje priamo posúdiť zmeny v hemodynamike.

To sa stalo možným v roku 1990, keď Seiji Ogawa a jeho kolegovia z Bell Laboratories (USA) navrhli použitie BOLD kontrastu na štúdium fyziológie mozgu pomocou MRI. Ich objav znamenal začiatok jednej éry

moderné funkčné neurozobrazovanie a tvorili základ väčšiny fMRI štúdií. TUČNÝ kontrast (doslova - závislý od úrovne okysličenia krvi, v závislosti od úrovne okysličenia krvi) je rozdiel v MR signáli na snímkach pomocou gradientových sekvencií v závislosti od percenta deoxyhemoglobínu. Deoxyhemoglobín má odlišné magnetické vlastnosti ako okolité tkanivá, čo pri skenovaní vedie k lokálnej poruche magnetického poľa a zníženiu signálu v sekvencii „gradient echo“. So zvýšením prietoku krvi v reakcii na aktiváciu neurónov sa deoxyhemoglobín vymýva z tkanív a je nahradený okysličenou krvou, ktorá má podobné magnetické vlastnosti ako okolité tkanivá. Potom sa rušenie poľa zníži a signál nie je potlačený - a vidíme jeho lokálne zosilnenie (obr. 1A).

Ak teda zhrnieme všetky vyššie uvedené skutočnosti, všeobecnú schému fMRI možno znázorniť takto: aktivácia neurónov v reakcii na pôsobenie stimulu a zvýšenie ich metabolických potrieb vedie k lokálnemu zvýšeniu prietoku krvi, ktorý sa zaznamenáva počas fMRI vo forme BOLD signálu - produktu neuronálnej aktivity a hemodynamickej odpovede (obr. 1B).

ryža. 1: A - schematické znázornenie kontrastu VOS v experimente Oda\ha so zmenou percenta kyslíka v krvi potkanov; pri vdýchnutí bežného vzduchu (21% kyslíka) sa v kortexe (v hornej časti obrázku) určujú oblasti poklesu signálu, ktoré zodpovedajú cievam so zvýšeným obsahom deoxyhemoglobínu; pri vdychovaní čistého kyslíka je zaznamenaný homogénny MR signál z mozgovej kôry (v spodnej časti obrázku); B - všeobecná schéma tvorby signálu VOS

Plánovanie experimentov

Na vykonanie štúdie fMRI je potrebné mať vysokopoľný MRI tomograf (hodnota indukcie magnetického poľa je 1,5 T a viac), rôzne vybavenie na vykonávanie úloh počas skenovania (slúchadlá, video okuliare, projektor, rôzne diaľkové ovládače a joysticky pre spätnú väzbu od subjektov atď.). Dôležitým faktorom je ochota subjektu spolupracovať.

Schematicky je samotný proces skenovania (na príklade zrakovej stimulácie) nasledovný (obr. 2): subjekt je v tomografe; cez špeciálny systém zrkadiel upevnených nad hlavou má prístup k obrazom zobrazovaným na obrazovke cez videoprojektor. Pre spätnú väzbu (ak je zahrnutá v úlohe) pacient stlačí tlačidlo na diaľkovom ovládači. Prísun podnetov a riadenie úlohy sa vykonáva pomocou konzoly v riadiacej miestnosti.

Úlohy, ktoré subjekt vykonáva, môžu byť rôzne: vizuálne, kognitívne, motorické, rečové atď., V závislosti od stanovených cieľov. Existujú dva hlavné typy prezentácie podnetov v úlohe: vo forme blokov - blokový dizajn a vo forme samostatných nesúrodých podnetov - diskrétny dizajn (obr. 3). Je možná aj kombinácia oboch týchto možností - zmiešané prevedenie.

Najpoužívanejšie, najmä pri motorických úlohách, je blokový dizajn, kedy sa rovnaké podnety zhromažďujú v blokoch, ktoré sa navzájom striedajú. Príkladom je úloha stláčať gumenú loptičku (každé stlačenie je samostatným stimulom) na určitý čas (v priemere 20–30 s), striedavo s rovnako dlhými obdobiami odpočinku. Tento dizajn má najväčšiu štatistickú silu, pretože jednotlivé signály BOLD sú sčítané. Spravidla je však pre pacientov predvídateľný a neumožňuje posúdiť reakciu na jeden podnet, a preto nie je vhodný na niektoré úlohy, najmä na kognitívne úlohy.

ryža. 2: Schéma experimentu fMRI (upravené z http://psychology.uwo.ca/fmri4newbies, so zmenami)

Hranatý

Diskrétne (súvisiace s udalosťou)

A 11 i A D1 iil iiitU I I,

ryža. 3: Hlavné typy návrhov štúdie fMRI

Funkčné zobrazovanie magnetickou rezonanciou

Na tento účel existuje diskrétny dizajn, keď sú stimuly podávané chaotickým spôsobom v rôznych časových intervaloch. Napríklad subjektu s arachnofóbiou sa zobrazujú neutrálne obrázky (kvety, budovy atď.), medzi ktorými sa z času na čas objavia obrázky pavúka, čo umožňuje posúdiť aktiváciu mozgu v reakcii na nepríjemné podnety. S blokovým dizajnom by to bolo ťažké: po prvé, subjekt vie, kedy sa blok objaví, a už sa na to vopred pripravuje, a po druhé, ak je rovnaký podnet prezentovaný dlhší čas, reakcia naň sa stáva nudnou. Práve diskrétny dizajn sa dá využiť vo fMRI ako detektor lži alebo v marketingovom výskume, kedy dobrovoľníkom predvádzajú rôzne možnosti produktu (jeho obaly, tvary, farby) a pozorujú ich nevedomé reakcie.

Vybrali sme teda dizajn úlohy, naskenovali ju. Čo získame ako výsledok? Po prvé, ide o 4D sériu funkčných údajov v sekvencii „gradient echo“, čo sú viacnásobné opakované skenovania celého objemu mozgovej substancie počas úlohy. A po druhé, objem anatomických údajov 3D s vysokým rozlíšením: napríklad 1 x 1 x 1 mm (obr. 4). Ten je potrebný na presné mapovanie aktivačných zón, pretože funkčné údaje majú nízke priestorové rozlíšenie.

Následné spracovanie_

Zmeny MR signálu v oblastiach aktivácie mozgu za rôznych podmienok sú len 3-5%, pre ľudské oko sú nepolapiteľné. Preto sa získané funkčné dáta ďalej podrobujú štatistickej analýze: pre každý obrazový voxel sa zostrojí krivka závislosti intenzity MR signálu na čase v rôznych stavoch – experimentálnom (prísun stimulu) a kontrolnom. Výsledkom je štatistická aktivačná mapa kombinovaná s anatomickými údajmi.

Pred priamym vykonaním takejto analýzy je však potrebné pripraviť „surové“ údaje získané na konci skenovania a znížiť variabilitu výsledkov, ktorá nesúvisí s experimentálnou úlohou. Algoritmus prípravy je viacstupňový proces a je veľmi dôležitý pre pochopenie možných zlyhaní a chýb pri interpretácii výsledkov. V súčasnosti existujú rôzne programy

Ш -.V w<# %>

40 4"r h® F W

ryža. 4: Séria funkčných (A) a anatomických (B) údajov získaných na konci skenovania

Softvér na predbežné spracovanie získaných údajov od výrobcov MRI tomografov a nezávislých výskumných laboratórií fMRI. Ale napriek rozdielom v použitých metódach, ich názvoch a prezentácii údajov sa všetky fázy prípravy skladajú do niekoľkých základných krokov.

1. Korekcia pohybu hlavy subjektu. Pri vykonávaní úloh je to nevyhnutné, napriek použitiu rôznych zariadení na upevnenie hlavy (masky, svorky na hlavovej cievke atď.). Aj minimálny pohyb môže viesť k výraznej umelej zmene intenzity signálu MR medzi po sebe nasledujúcimi objemami údajov, najmä ak je pohyb hlavy spojený s vykonávaním experimentálnej úlohy. V tomto prípade je ťažké rozlíšiť medzi „pravou“ TUČNOU aktiváciou a „umelou“, ktorá vzniká v dôsledku pohybu subjektu (obr. 5).

Všeobecne sa uznáva, že ako optimálne posunutie hlavy sa neberie viac ako 1 mm. V tomto prípade je posunutie kolmo na rovinu skenovania (smer „hlava-nohy“) výrazne horšie pre správne štatistické spracovanie výsledkov ako posunutie v rovine skenovania. V tejto fáze sa používa algoritmus transformácie tuhého telesa - priestorová transformácia, pri ktorej sa mení iba poloha a orientácia objektu a jeho veľkosť alebo tvar sú konštantné. V praxi je spracovanie nasledovné: vyberie sa referenčný (zvyčajne prvý) funkčný objem obrázkov a s ním sa matematicky skombinujú všetky nasledujúce funkčné objemy, podobne ako zarovnávame papierové listy do stohu.

2. Spoluregistrácia funkčných a anatomických údajov.

Rozdiely v polohe hlavy subjektu sú minimalizované. Vykonáva sa aj počítačové spracovanie a porovnanie anatomických údajov s vysokým rozlíšením a funkčných údajov s veľmi nízkym rozlíšením pre možnosť následnej lokalizácie aktivačných zón.

ryža. 5: Príklad posunu hlavy pacienta počas skenovania pri vykonávaní motorickej paradigmy. V hornej časti obrázku je graf pohybu hlavy subjektu v troch na seba kolmých rovinách: stredná krivka odráža posun pacienta pozdĺž osi z (smer "hlava-nohy") a zreteľne sa odchyľuje v začiatok pohybu a jeho koniec. V spodnej časti - štatistické mapy aktivácie toho istého subjektu bez korekcie pohybu. Typické artefakty z pohybu sú určené vo forme polkruhov pozdĺž okraja mozgovej substancie

Okrem toho sa minimalizujú rozdiely spojené s rôznymi režimami skenovania (zvyčajne pre funkčné údaje je to režim „gradient echo“, pre anatomické údaje T1). Režim gradientnej odozvy teda môže poskytnúť určité roztiahnutie obrazu pozdĺž jednej z osí v porovnaní so štrukturálnymi obrazmi s vysokým rozlíšením.

3. Priestorová normalizácia. Je známe, že tvar a veľkosť ľudského mozgu sa značne líšia. Na porovnanie údajov získaných od rôznych pacientov, ako aj na spracovanie celej skupiny ako celku, sa používajú matematické algoritmy: takzvaná afinná transformácia. V tomto prípade sa transformujú obrazy jednotlivých oblastí mozgu – natiahnutie, stlačenie, natiahnutie atď. - s následnou redukciou štrukturálnych údajov na jediný priestorový súradnicový systém.

V súčasnosti sú vo fMRI najbežnejšie dva priestorové súradnicové systémy: systém Taleras a systém Montrealského neurologického inštitútu. Prvú vyvinul francúzsky neurochirurg Jean Talairach v roku 1988 na základe posmrtných meraní mozgu 60-ročnej Francúzky. Potom boli uvedené súradnice všetkých anatomických oblastí mozgu vzhľadom na referenčnú čiaru spájajúcu prednú a zadnú komizúru. Do tohto stereotaktického priestoru možno umiestniť akýkoľvek mozog a oblasti záujmu možno opísať pomocou trojrozmerného súradnicového systému (x, y, z). Nevýhodou takéhoto systému sú dáta len pre jeden mozog. Preto je populárnejší systém vyvinutý v Montrealskom neurologickom inštitúte (MNI) na základe celkového výpočtu obrazových údajov T1 od 152 Kanaďanov.

Aj keď sa oba systémy odvolávajú na čiaru spájajúcu prednú a zadnú komizúru, súradnice týchto systémov nie sú identické, najmä keď sa približujú ku konvexitným povrchom mozgu. Toto treba mať na pamäti pri porovnávaní získaných výsledkov s údajmi prác iných výskumníkov.

Je potrebné poznamenať, že tento stupeň spracovania sa nepoužíva na predoperačné mapovanie funkčných aktivačných zón v neurochirurgii, keďže účelom fMRI v takejto situácii je presne posúdiť umiestnenie týchto zón u konkrétneho pacienta.

4. Vyhladzovanie. Priestorová normalizácia nie je nikdy presná, takže homológne oblasti, a teda ich aktivačné zóny, nezodpovedajú na 100 %. Aby sa dosiahlo priestorové prekrytie podobných aktivačných zón v skupine subjektov, aby sa zlepšil pomer signálu k šumu a tým sa zvýšila spoľahlivosť údajov, používa sa funkcia Gaussovho vyhladzovania. Podstatou tejto fázy spracovania je „rozmazanie“ aktivačných zón každého subjektu, v dôsledku čoho sa v skupinovej analýze zväčšujú oblasti ich prekrývania. Nevýhodou je, že sa stráca priestorové rozlíšenie.

Teraz konečne môžeme prejsť priamo k štatistickej analýze, v dôsledku ktorej získame údaje o zónach aktivácie vo forme farebných máp superponovaných na anatomické údaje. Rovnaké údaje môžu

Funkčné zobrazovanie magnetickou rezonanciou

Štatistika: p-va/ues upravené pre objem vyhľadávania

set-level non-lsotroplc adjustovaný cluster-level voxel-level

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

^ pripojený "E ^ neopravené PFWE-con ^ FDR-con T (Y ^ nepripojené

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

ryža. 6: Príklad prezentácie výsledkov štatistického dodatočného spracovania. Vľavo - zóny aktivácie počas vykonávania motorickej paradigmy (zdvíhanie - spúšťanie pravého ukazováka), v kombinácii s objemovou rekonštrukciou mozgu. Vpravo – štatistiky pre každú aktivačnú zónu

byť prezentované v digitálnom formáte s uvedením štatistickej významnosti aktivačnej zóny, jej objemu a súradníc v stereotaxickom priestore (obr. 6).

Aplikácia fMRI_

Kedy sa vykonáva fMRI? Po prvé, na čisto vedecké účely: ide o štúdium normálneho mozgu a jeho funkčnej asymetrie. Táto technika oživila záujem výskumníkov o mapovanie funkcií mozgu: bez použitia invazívnych zásahov je možné zistiť, ktoré oblasti mozgu sú zodpovedné za konkrétny proces. Snáď najväčší prielom sa dosiahol v pochopení vyšších kognitívnych procesov, vrátane pozornosti, pamäte a výkonných funkcií. Takéto štúdie umožnili použiť fMRI na praktické účely ďaleko od medicíny a neurovied (ako detektor lži, v marketingovom výskume atď.).

Okrem toho sa fMRI aktívne používa v praktickej medicíne. V súčasnosti je táto technika široko používaná v klinickej praxi na predoperačné mapovanie hlavných funkcií (motorika, reč) pred neurochirurgickými intervenciami pre mozgové hmoty alebo neliečiteľnú epilepsiu. V USA dokonca existuje oficiálny dokument – ​​praktická príručka zostavená American College of Radiology a American Society for Neuroradiology, ktorá podrobne popisuje celý postup.

Výskumníci sa tiež snažia zaviesť fMRI do bežnej klinickej praxe pri rôznych neurologických a psychiatrických ochoreniach. Hlavným cieľom mnohých prác v tejto oblasti je zhodnotiť zmeny vo fungovaní mozgu v reakcii na poškodenie jednej alebo druhej z jeho oblastí - strata a (alebo) prepínanie zón, ich posunutie atď., Ako aj dynamické pozorovanie reštrukturalizácie aktivačných zón v reakcii na prebiehajúcu liekovú terapiu, terapiu a/alebo rehabilitačné opatrenia.

V konečnom dôsledku môžu štúdie fMRI vykonané na pacientoch rôznych kategórií pomôcť určiť prognostickú hodnotu rôznych variantov funkčného kortikálneho preskupenia na obnovu poškodených funkcií a vyvinúť optimálne liečebné algoritmy.

Možné zlyhania štúdia_

Pri plánovaní fMRI treba mať vždy na pamäti rôzne kontraindikácie, obmedzenia a možné

zdroje chýb pri interpretácii údajov získaných od zdravých dobrovoľníkov a pacientov.

Tie obsahujú:

Akékoľvek faktory ovplyvňujúce neurovaskulárnu interakciu a hemodynamiku a v dôsledku toho TUČNÝ kontrast; preto je vždy potrebné brať do úvahy možné zmeny prekrvenia mozgu, napríklad v dôsledku uzáverov alebo závažných stenóz hlavných tepien hlavy a krku, užívanie vazoaktívnych liekov; sú známe aj fakty o znížení alebo dokonca inverzii BOLD odpovede u niektorých pacientov s malígnymi gliómami v dôsledku zhoršenej autoregulácie;

Prítomnosť kontraindikácií u subjektu, spoločných pre akúkoľvek štúdiu MRI (kardiostimulátory, klaustrofóbia atď.);

Kovové štruktúry v oblasti tvárových (mozgových) častí lebky (neodnímateľné zubné protézy, spony, platničky atď.), ktoré vytvárajú výrazné artefakty v režime „gradient echo“;

Nedostatok (ťažkosti) spolupráce zo strany subjektu počas úlohy, spojený tak s jeho kognitívnym stavom, ako aj so zhoršením zraku, sluchu atď., ako aj s nedostatkom motivácie a náležitej pozornosti venovanej úlohe;

Vyjadrený pohyb subjektu pri plnení úloh;

Nesprávne naplánovaný dizajn štúdie (výber kontrolnej úlohy, trvanie blokov alebo celej štúdie a pod.);

Starostlivý vývoj úloh, ktorý je obzvlášť dôležitý pre klinickú fMRI, ako aj pri štúdiu skupiny ľudí alebo toho istého subjektu v dynamike, aby bolo možné porovnať výsledné aktivačné zóny; úlohy by mali byť reprodukovateľné, t. j. rovnaké počas celého obdobia štúdie a dostupné na splnenie všetkým subjektom; jedným z možných riešení pre pacientov, ktorí nie sú schopní samostatne vykonávať úlohy súvisiace s pohybom, je použitie pasívnych paradigiem pomocou rôznych zariadení na pohyb končatín;

Nesprávny výber parametrov skenovania (čas ozveny - TE, čas opakovania - TR);

Nesprávne nastavené parametre následného spracovania údajov v rôznych fázach;

Chybná interpretácia získaných štatistických údajov, nesprávne mapovanie aktivačných zón.

Záver

Napriek vyššie uvedeným obmedzeniam je fMRI dôležitá a všestranná moderná neurozobrazovacia technika, ktorá kombinuje výhody vysokého priestorového rozlíšenia a neinvazívnosti s absenciou potreby intravenóznych kontrastných látok.

zosilnenie a vystavenie žiareniu. Táto technika je však veľmi komplikovaná a na úspešné splnenie úloh zadaných výskumníkovi pracujúcemu s fMRI je potrebný multidisciplinárny prístup – zahŕňajúci nielen neurorádiológov, ale aj biofyzikov, neurofyziológov, psychológov, logopédov, klinických lekárov a matematikov. štúdium. Iba v tomto prípade je možné využiť plný potenciál fMRI a získať skutočne jedinečné výsledky.

Bibliografia

1. Ashburner J., Friston K. Multimodálna koregistrácia a rozdelenie obrazu – jednotný rámec. Neurolmage 1997; 6(3):209-217.

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

3. Chen C.M., HouB.L., Holodny A.I. Vplyv veku a stupňa nádoru na BOLD funkčné MR zobrazenie pri predoperačnom hodnotení pacientov s gliómom. Rádiológia 2008; 3:971-978.

4. Filippi M. fMRI techniky a protokoly. Humana Press 2009: 25.

5. Friston K. J., Williams S., Howard R. a kol. Účinky súvisiace s pohybom v časových radoch 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. Úskalia fMRI. Eur. Radiol. 2009; 19:2689-2706.

8. Hsu Y.Y., Chang C.N., Jung S.M. a kol. MRI mozgových gliómov počas zadržiavania dychu v závislosti od úrovne okysličovania krvi. J. Magn. Reson Imaging 2004; 2:160-167.

9. Huettel S.A., Song A.W., McCarthy G. Funkčné zobrazovanie magnetickou rezonanciou. Sinauer Associates Inc. 2004: 295-317.

10. Ogawa S., Lee T.M. Magnetické rezonančné zobrazovanie krvných ciev vo vysokých poliach: In vivo a in vitro merania a simulácie obrazu. Magn. Reson. Med. 1990; 16(1):9-18.

Magnetická rezonancia je nepostrádateľná pri diagnostike mnohých chorôb a umožňuje vám získať podrobnú vizualizáciu vnútorných orgánov a systémov.

MRI oddelenie kliniky NAKFF v Moskve je vybavené vysokopoľným tomografom Siemens MAGNETOM Aera s dizajnom otvoreného tunela. Výkon tomografu je 1,5 Tesla. Zariadenie umožňuje vyšetrenie osôb s hmotnosťou do 200 kg, šírka tunela (otvoru) prístroja je 70 cm mozgu. Náklady na diagnostiku sú dostupné, pričom hodnota získaných výsledkov je neuveriteľne vysoká. Celkovo sa vykonáva viac ako 35 typov štúdií magnetickej rezonancie.

Po diagnostike MRI lekár vedie rozhovor s pacientom a vydáva disk s nahrávkou. Záver sa zasiela e-mailom.

Školenie

Väčšina štúdií magnetickej rezonancie nevyžaduje špeciálne školenie. Avšak napríklad pre MRI brucha a panvových orgánov sa odporúča zdržať sa jedenia a pitia 5 hodín pred vyšetrením.

Pred návštevou centra magnetickej rezonancie (v deň vyšetrenia) si musíte obliecť pohodlné oblečenie bez akýchkoľvek kovových prvkov.

Kontraindikácie

Kontraindikácie zobrazovania magnetickou rezonanciou sú spôsobené tým, že počas štúdie sa vytvára silné magnetické pole, ktoré môže ovplyvniť elektroniku a kovy. Na základe toho je absolútnou kontraindikáciou MRI prítomnosť:

• kardiostimulátor;
• neurostimulátor;
• elektronický stredoušný implantát;
• kovové spony na nádoby;
• inzulínové pumpy.

Inštalovaný kardiostimulátor, neurostimulátor, elektronický stredoušný implantát, kovové spony na cievach, inzulínové pumpy.

Obmedzenia

Ak máte nainštalované veľké kovové konštrukcie (napríklad kĺbovú endoprotézu), budete potrebovať dokument potvrdzujúci možnosť a bezpečnosť vykonania MRI. Môže to byť osvedčenie o implantáte (zvyčajne vydané po operácii) alebo osvedčenie od chirurga, ktorý zákrok vykonal. Väčšina týchto štruktúr je vyrobená z lekárskeho titánu, ktorý pri zákroku neprekáža. V každom prípade však pred štúdiom povedzte lekárovi rádiologického oddelenia o prítomnosti cudzích predmetov v tele - korunky v ústnej dutine, piercingy a dokonca aj tetovanie (v druhom prípade možno použiť farby obsahujúce kov ).

Cena magnetickej rezonancie závisí od vyšetrovanej časti tela a potreby ďalších procedúr (napríklad zavedenie kontrastu). Takže MRI mozgu bude stáť viac ako tomografia jednej ruky. Prihláste sa na štúdium telefonicky v Moskve: +7 495 266-85-01 alebo zanechajte žiadosť na webovej stránke.

Poskytuje výskumníkovi veľa informácií o anatomickej štruktúre orgánu, tkaniva alebo iného objektu, ktorý spadá do zorného poľa. Na vytvorenie úplného obrazu o prebiehajúcich procesoch však nie je dostatok údajov o funkčnej činnosti. A práve na to existuje magnetická rezonancia s funkciou BOLD (BOLD - kontrast závislý od úrovne okysličovania krvi alebo kontrast, v závislosti od stupňa saturácie krvi kyslíkom).

BOLD fMRI je jednou z najpoužívanejších a široko známych metód na stanovenie mozgovej aktivity. Aktivácia vedie k zvýšeniu lokálneho prekrvenia so zmenou relatívnej koncentrácie okysličeného (obohateného o kyslík) a odkysličeného (na kyslík chudobného) hemoglobínu v lokálnom prekrvení.

Obr.1.Schéma reakcie cerebrálne prietok krvi v odpoveď na excitácia neuróny.

Deoxygenovaná krv je paramagnetická (látka schopná magnetizácie) a vedie k poklesu úrovne signálu MRI. Ak je v oblasti mozgu viac okysličenej krvi, zvyšuje sa hladina signálu MRI. Kyslík v krvi teda pôsobí ako endogénna kontrastná látka.

Obr.2.Objem cerebrálne zásobovanie krvou (a) a TUČNÉ-odpoveď fMRI (b) pri aktivácia primárny motor štekaťčlovek. Signál prechádza v 4 etapy. 1 etapa – kvôli aktivácia neuróny stúpa spotrebakyslík, zvyšuje čiastka odkysličený krvi, TUČNÉ— signál málo klesá (na grafnie zobrazené, znížiť bezvýznamný). Plavidlá rozširujúce sa, kvôli čo niekoľko klesázásobovanie krvou cerebrálne tkaniny. Etapa 2 – predĺžený zvýšiť signál. Potenciál akcie neurónykončí, ale tok okysličený krvi zvyšuje zotrvačne, Možno kvôli vplyvbiochemické značky hypoxia. Etapa 3 – predĺžený pokles signál kvôli normalizáciezásobovanie krvou. 4 etapa – post-stimulu recesia – volal pomaly reštaurovanie počiatočnézásobovanie krvou.

Na aktiváciu práce neurónov v určitých oblastiach kôry existujú špeciálne aktivačné úlohy. Návrh úloh je zvyčajne dvoch typov: „blok“ a „súvisiaci s udalosťou“. Každý typ predpokladá prítomnosť dvoch striedajúcich sa fáz - aktívny stav a odpočinok. V klinickej fMRI sa častejšie používajú úlohy typu „blok“. Pri vykonávaní takýchto cvičení subjekt strieda takzvané ON- (aktívny stav) a OFF- (pokojový stav) s rovnakou alebo nerovnakou dĺžkou. Napríklad pri určovaní oblasti kôry zodpovednej za pohyby rúk pozostávajú úlohy zo striedania pohybov prstov a období nečinnosti, ktoré v priemere trvajú asi 20 sekúnd. Kroky sa niekoľkokrát opakujú, aby sa zvýšila presnosť výsledku fMRI. V prípade úlohy „súvisiaca s udalosťou“ subjekt vykoná jednu krátku činnosť (napríklad prehltnutie alebo zovretie päste), po ktorej nasleduje odpočinok, pričom činnosti sa na rozdiel od blokového dizajnu striedajú nerovnomerne a nedôsledne.

V praxi sa BOLD fMRI využíva pri predoperačnom plánovaní resekcie (odstránenia) nádorov, diagnostike cievnych malformácií, pri operáciách ťažkých foriem epilepsie a iných mozgových lézií. Pri operácii mozgu je dôležité čo najpresnejšie odstrániť léziu a zároveň sa vyhnúť zbytočnému poškodeniu susedných funkčne dôležitých oblastí mozgu.

Obr.3.

a – trojrozmerný MRI— obrázok hlavu mozgu. Šípka uvedené umiestnenie motor štekať vprecentrálna gyrus.

b – mapa fMRI—činnosť mozgu v precentrálna gyrus pri pohyb ruka.

Metóda je veľmi účinná pri štúdiu degeneratívnych ochorení, ako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba, najmä v počiatočných štádiách. Nezahŕňa použitie ionizujúceho žiarenia a rádioopakných činidiel, navyše je neinvazívne. Preto ho možno považovať za celkom bezpečný pre pacientov, ktorí potrebujú dlhodobé a pravidelné vyšetrenia fMRI. fMRI sa môže použiť na štúdium mechanizmov vzniku epileptických záchvatov a zabráni odstráneniu funkčnej kôry u pacientov s neliečiteľnou epilepsiou frontálneho laloka. Monitorovanie zotavenia mozgu po mozgových príhodách, štúdium účinkov liekov alebo iných terapií, sledovanie a monitorovanie psychiatrickej liečby – to nie je úplný zoznam možných aplikácií fMRI. Okrem toho existuje aj pokojová fMRI, v ktorej komplexné spracovanie údajov umožňuje vidieť mozgové siete fungujúce v pokoji.

Zdroje:

1. Ako dobre chápeme nervový pôvod signálu fMRI BOLD? Owen J. Arthur, Simon Boniface. TRENDS in Neurosciences Vol.25 No.1 január 2002
2. Fyzika funkčnej magnetickej rezonancie (fMRI) R. B. Buxton. Rep. Prog. Phys. 76 (2013)
3. Využitie funkčnej magnetickej rezonancie na klinike. Vedecký prehľad. Belyaev A., Peck Kyung K., Brennan N., Kholodny A. Ruský elektronický rádiologický časopis. Ročník 4 č. 1 2014
4. Mozog, kognícia, myseľ: Úvod do kognitívnej neurovedy. Časť 2 . B. Baars, N. Gage. M.: Binom. 2014 353-360.

Text: Daria Prokudina

Zmeny v aktivite prietoku krvi zaznamenáva funkčná magnetická rezonancia (fMRI). Metóda sa používa na zistenie lokalizácie tepien, na posúdenie mikrocirkulácie centier zraku, reči, pohybu, kôry niektorých ďalších funkčných centier. Charakteristickým rysom mapovania je, že pacient je požiadaný, aby vykonal určité úlohy, ktoré zvyšujú aktivitu požadovaného mozgového centra (čítať, písať, hovoriť, pohybovať nohami).

V záverečnej fáze softvér generuje obraz zhrnutím konvenčných vrstvených tomogramov a obrazov mozgu s funkčným zaťažením. Komplex informácií zobrazuje trojrozmerný model. Priestorové modelovanie umožňuje špecialistom podrobne študovať objekt.

Spolu s MRI spektroskopiou štúdia odhaľuje všetky znaky metabolizmu patologických útvarov.

Princípy funkčného MRI mozgu

Zobrazovanie magnetickou rezonanciou je založené na zaznamenávaní zmenenej rádiovej frekvencie atómov vodíka v tekutých médiách po vystavení silnému magnetickému poľu. Klasické skenovanie zobrazuje zložky mäkkých tkanív. Na zlepšenie viditeľnosti krvných ciev sa vykonáva intravenózne kontrastovanie s paramagnetickým gadolíniom.

Funkčná MRI zaznamenáva aktivitu jednotlivých oblastí mozgovej kôry s prihliadnutím na magnetický účinok hemoglobínu. Z látky sa po návrate molekuly kyslíka do tkanív stáva paramagnet, ktorého rádiofrekvenciu snímajú senzory prístroja. Čím intenzívnejšie je prekrvenie mozgového parenchýmu, tým lepší je signál.

Magnetizácia tkaniva sa dodatočne zvyšuje oxidáciou glukózy. Látka je potrebná na zabezpečenie procesov tkanivového dýchania neurónov. Zmena magnetickej indukcie je zaznamenaná snímačmi zariadenia a spracovaná softvérovou aplikáciou. Zariadenia s vysokým poľom vytvárajú rozlíšenie vysokého stupňa kvality. Na tomograme je možné vysledovať detailný obraz detailov s priemerom do 0,5 mm.

Funkčná MRI štúdia registruje signál nielen z bazálnych ganglií, cingulárnej kôry, talamu, ale aj zo zhubných nádorov. Novotvary majú vlastnú vaskulárnu sieť, cez ktorú vstupuje do tvorby glukóza a hemoglobín. Sledovanie signálu umožňuje študovať obrysy, priemer, hĺbku prieniku nádoru do bielej alebo šedej hmoty.

Funkčná diagnostika MRI mozgu vyžaduje kvalifikáciu lekára radiačnej diagnostiky. Rôzne zóny kôry sa vyznačujú rôznou mikrocirkuláciou. Nasýtenie hemoglobínom, glukózou ovplyvňuje kvalitu signálu. Mala by sa vziať do úvahy štruktúra molekuly kyslíka, prítomnosť alternatívnych náhrad za atómy.

Silné magnetické pole zvyšuje polčas rozpadu kyslíka. Efekt funguje, keď je výkon zariadenia väčší ako 1,5 Tesla. Slabšie nastavenia nemôžu zlyhať pri skúmaní funkčnej aktivity mozgu.

Metabolická intenzita prekrvenia nádoru sa najlepšie určí pomocou vysokopoľného zariadenia s výkonom 3 Tesla. Vysoké rozlíšenie vám umožní zaregistrovať malé ohnisko.

Účinnosť signálu sa vedecky nazýva „hemodynamická odozva“. Termín sa používa na opis rýchlosti nervových procesov s intervalom 1-2 sekúnd. Prívod krvi do tkanív nie je vždy dostatočný na funkčné štúdie. Kvalitu výsledku zlepšuje dodatočné podávanie glukózy. Po stimulácii nastane vrchol saturácie po 5 sekundách, keď sa vykoná skenovanie.

Technické vlastnosti funkčnej štúdie MRI mozgu

Funkčná diagnostika MRI je založená na zvýšení aktivity neurónov po stimulácii mozgovej aktivity vykonaním určitej úlohy človekom. Vonkajší podnet vyvoláva stimuláciu zmyslovej alebo motorickej aktivity určitého centra.

Na sledovanie oblasti sa aktivuje režim gradientnej odozvy na základe impulznej echoplanárnej sekvencie.

Analýza základného signálu na MRI sa vykonáva rýchlo. Registrácia jedného tomogramu sa vykonáva v intervale 100 ms. Diagnóza sa vykonáva po stimulácii a počas obdobia odpočinku. Softvér používa tomogramy na výpočet ohnísk neurónovej aktivity, pričom oblasti zosilneného signálu prekrývajú na 3D modeli mozgu v pokoji.

Pre ošetrujúcich lekárov tento typ MRI poskytuje informácie o patofyziologických procesoch, ktoré nie je možné sledovať inými diagnostickými metódami. Štúdium kognitívnych funkcií je pre neuropsychológov nevyhnutné na rozlíšenie duševných a psychických chorôb. Štúdia pomáha overiť epileptické ložiská.

Konečná mapovacia mapa ukazuje viac než len oblasti zvýšenej funkčnej stimulácie. Obrázky znázorňujú zóny senzomotorickej, sluchovej rečovej aktivity okolo patologického ohniska.

Konštrukcia máp umiestnenia mozgových kanálov sa nazýva traktografia. Funkčný význam umiestnenia vizuálneho, pyramídového traktu pred plánovaním operácie umožňuje neurochirurgom správne naplánovať umiestnenie rezov.

Čo ukazuje fMRI?

High-field MRI s funkčnými testami je predpísané podľa indikácií, keď je potrebné študovať patofyziologické základy fungovania motorickej, senzorickej, vizuálnej a sluchovej oblasti mozgovej kôry. Neuropsychológovia využívajú výskum u pacientov s poruchou reči, pozornosti, pamäti a kognitívnych funkcií.

Pomocou fMRI sa v počiatočnom štádiu zisťuje množstvo ochorení – Alzheimerova, Parkinsonova, demyelinizácia pri skleróze multiplex.

Funkčná diagnostika v rôznych zdravotníckych centrách sa vykonáva na rôznych jednotkách. Vie, čo ukazuje magnetická rezonancia mozgu, lekár-diagnostik. Pred vyšetrením je povinná konzultácia so špecialistom.

Vysoko kvalitné výsledky sa dosahujú skenovaním so silným magnetickým poľom. Pred výberom zdravotného strediska odporúčame zistiť typ inštalovaného zariadenia. Dôležitá je kvalifikácia špecialistu, ktorý musí mať znalosti o funkčnej, štrukturálnej zložke mozgu.

Budúcnosť funkčnej MRI diagnostiky v medicíne

V praktickej medicíne sa nedávno zaviedol funkčný výskum. Možnosti metódy nie sú dostatočne využívané.

Vedci vyvíjajú techniky na vizualizáciu snov, čítanie myšlienok pomocou funkčnej MRI. Má pomocou tomografie vyvinúť spôsob komunikácie s ochrnutými ľuďmi.

• nervová excitabilita;
• duševná aktivita;
• Stupne nasýtenia mozgovej kôry kyslíkom, glukózou;
• Množstvo deoxylovaného hemoglobínu v kapilárach;
• Oblasti rozšírenia prietoku krvi;
• Hladina oxyhemoglobínu v cievach.

Výhody štúdia:

1. Dočasný obraz vysokej kvality;
2. Priestorové rozlíšenie nad 3 mm;
3. Schopnosť študovať mozog pred a po stimulácii;
4. Neškodnosť (v porovnaní s PET);
5. Žiadna invazívnosť.

Masové využitie funkčnej magnetickej rezonancie mozgu je limitované vysokými nákladmi na prístrojové vybavenie, každým jedným vyšetrením, nemožnosťou priameho merania aktivity neurónov, čo nie je možné u pacientov s kovovými inklúziami v tele (cievne klipy, ušné implantáty).

Registrácia funkčného metabolizmu mozgovej kôry má veľkú diagnostickú hodnotu, ale nie je presným ukazovateľom pre dynamické hodnotenie zmien v mozgu počas liečby, po operácii.

Zobrazovanie magnetickou rezonanciou (MRI) je metóda získavania tomografických lekárskych snímok na neinvazívne vyšetrenie vnútorných orgánov a tkanív, založená na fenoméne nukleárnej magnetickej rezonancie (NMR). Technológia sa objavila pred niekoľkými desaťročiami a dnes je možné podstúpiť vyšetrenie pomocou takéhoto zariadenia na mnohých moderných klinikách. Vedci však naďalej pracujú na zlepšovaní presnosti technológie a vývoji nových, efektívnejších systémov. , hlavný výskumník v Inštitúte Maxa Plancka v Tübingene (Nemecko), je jedným z popredných špecialistov, ktorí vyvíjajú nové senzory pre experimentálnu MRI v ultravysokom poli. Deň predtým viedol špeciálny kurz magisterského programu " RF systémy a zariadenia» Univerzita ITMO a v rozhovore pre ITMO.NEWS hovoril o svojej práci a o tom, ako nový výskum v oblasti MRI pomôže zefektívniť diagnostiku chorôb.

Posledných pár rokov pracujete na oddelení magnetickej rezonancie vysokého poľa Inštitútu Maxa Plancka. Povedzte nám, o čom je váš súčasný výskum?

Vyvíjam nové rádiofrekvenčné (RF) senzory pre MRI. Čo je to MRI, pravdepodobne už väčšina ľudí pozná, pretože za posledných 40 rokov, odkedy bola táto technológia vyvinutá, sa jej podarilo dostať na veľké množstvo kliník a stať sa nevyhnutným diagnostickým nástrojom. Ale aj dnes ľudia pracujú na zlepšení tejto technológie vývojom nových MRI systémov.

Magnetická rezonancia je predovšetkým obrovský valcový magnet, do ktorého je pacient alebo dobrovoľník umiestnený, aby získal 3D obraz. Pred vytvorením tohto obrázka však musíte vykonať veľa výskumnej práce. Vedú ho inžinieri, fyzici, lekári a iní odborníci. Som jedným z článkov tohto reťazca a robím výskum na priesečníku fyziky a inžinierstva. Presnejšie povedané, vyvíjame senzory pre experimentálnu MRI v ultravysokom poli, ktorá sa používa v štádiu excitácie, príjmu a spracovania signálu získaného ako výsledok fyzikálneho efektu NMR.

Jedným z hlavných smerov je vývoj nových experimentálnych MRI systémov s ultravysokým poľom, teda s využitím vyššieho konštantného magnetického poľa, ktoré zlepšuje rozlíšenie obrazu alebo skracuje čas skenovania, čo je veľmi dôležité pre mnohé klinické štúdie a diagnostiku.

Bežné klinické tomografy využívajú konštantné polia do 3 T, no v súčasnosti sa objavujú experimentálne tomografy s magnetickým poľom 7 T a vyšším. Je zvykom nazývať tomografy s magnetickým poľom 7 T a vyšším ultravysokým poľom. Na svete už existuje asi stovka tomografov s poľom 7 T, no prebieha vývoj na ďalšie zvyšovanie magnetického poľa. Napríklad máme 9,4 T MRI prístroj v Inštitúte Maxa Plancka v Tübingene.

Ale aj pri prechode zo 7 na 9,4 T vzniká veľa technických problémov, ktoré si vyžadujú seriózny vedecký a technický vývoj, vrátane výpočtu a návrhu senzorov pre MRI novej generácie.

Aké sú tieto ťažkosti?

Zvýšenie konštantného magnetického poľa má za následok zodpovedajúce zvýšenie frekvencie RF senzorov. Napríklad klinické 3T skenery používajú prevodníky s rezonančnou frekvenciou približne 120 MHz, zatiaľ čo skener 7T vyžaduje prevodníky s frekvenciou 300 MHz. To vedie predovšetkým ku skráteniu vlnovej dĺžky RF poľa v ľudských tkanivách. Ak frekvencia 120 MHz zodpovedá približne vlnovej dĺžke 35-40 centimetrov, tak pri frekvencii 300 MHz klesá na hodnotu asi 15 cm, čo je oveľa menšia veľkosť ľudského tela.

V dôsledku tohto efektu môže byť pri skúmaní veľkých objektov (väčších ako vlnová dĺžka) značne skreslená citlivosť RF senzorov. To vedie k ťažkostiam pri interpretácii obrázkov a diagnostike klinických chorôb a patológií. V poli 9,4 T, čo zodpovedá frekvencii snímača 400 MHz, sú všetky tieto problémy ešte kritickejšie.

To znamená, že takéto obrázky sa stanú prakticky nečitateľné?

To by som nepovedal. Presnejšie, v niektorých prípadoch to sťažuje ich interpretáciu. Existujú však skupiny, ktoré vyvíjajú techniky na získanie MR snímok celého ľudského tela. Úlohy našej skupiny sú však primárne zamerané na štúdium mozgu.

Aké príležitosti pre medicínu otvárajú výskum v oblasti ultravysokého poľa MRI?

Ako viete, počas MRI musí človek ležať pokojne: ak sa počas meraní začnete pohybovať, obraz bude skreslený. Niektoré techniky magnetickej rezonancie zároveň môžu trvať aj hodinu a je jasné, že počas celej tejto doby je ťažké sa nepohnúť. Zvýšená citlivosť tomografov s ultravysokým poľom umožňuje získať snímky nielen s vyšším rozlíšením, ale aj oveľa rýchlejšie. Toto je obzvlášť dôležité pri štúdiu detí a starších pacientov.

Nemožno nespomenúť ani možnosti magnetickej rezonančnej spektroskopie ( MRS, metóda, ktorá umožňuje určiť biochemické zmeny v tkanivách pri rôznych ochoreniach koncentráciou určitých metabolitov - vyd. ).

Pri MRI sú hlavným zdrojom signálu atómy vodíka molekúl vody. Ale okrem toho sa v iných molekulách nachádzajú ďalšie atómy vodíka, ktoré sú dôležité pre fungovanie ľudského tela. Príklady zahŕňajú rôzne metabolity, neurotransmitery atď. Meranie priestorovej distribúcie týchto látok pomocou MRS môže poskytnúť užitočné informácie pre štúdium patológií spojených s metabolickými poruchami v ľudskom tele. Často je citlivosť klinických tomografov nedostatočná na ich štúdium kvôli ich nízkej koncentrácii a v dôsledku toho menšiemu signálu.

Okrem toho je možné pozorovať NMR signál nielen z atómov vodíka, ale aj z iných magnetických atómov, ktoré sú tiež veľmi dôležité pre diagnostiku chorôb a lekársky výskum. Avšak po prvé, ich NMR signál je oveľa slabší kvôli menšiemu gyromagnetickému pomeru a po druhé, ich prirodzený obsah v ľudskom tele je oveľa menší ako atómov vodíka. Zvýšená citlivosť ultra-high-field MRI je mimoriadne dôležitá pre MRS.

Ďalšou dôležitou oblasťou techník MRI, pre ktorú je kritická zvýšená citlivosť, je funkčná MRI, ktorá je dôležitou technikou pre kognitívne štúdie ľudského mozgu.

Drvivá väčšina kliník vo svete zatiaľ vysokopoľné tomografy nemá. Aké sú vyhliadky na využitie 7T a neskôr 9T tomografov v konvenčnej diagnostike?

Aby mohol tomograf prísť na kliniku, musí byť certifikovaný, skontrolovaný z hľadiska bezpečnosti a musí byť vyhotovená príslušná dokumentácia. Ide o pomerne zložitý a zdĺhavý postup. Na svete je zatiaľ len jedna spoločnosť, ktorá začala certifikovať nielen senzory, ktoré vyrábame, ale aj samotné zariadenie. Toto je Siemens.

Tomografov T je 7, nie je ich až tak veľa a ešte ich nemožno nazvať plne klinickými. To, čo som nazval, je predklinická možnosť, ale tento prístroj je už certifikovaný, to znamená, že sa môže potenciálne používať na klinikách.

Ešte ťažšie je predpovedať, kedy sa na klinikách objavia 9,4T tomografy. Hlavným problémom je tu možné lokálne zahrievanie tkanív RF poľom snímača v dôsledku silného poklesu vlnovej dĺžky. Jednou z dôležitých oblastí inžinierskeho výskumu v ultra-high-field MRI je podrobná numerická simulácia tohto efektu na zaistenie bezpečnosti pacienta. Napriek tomu, že takýto výskum prebieha v rámci vedeckých inštitúcií, prechod do klinickej praxe si vyžaduje ďalší výskum.

Ako sa teraz buduje spolupráca medzi Inštitútom Maxa Plancka a ITMO University? Aké spoločné výsledky sa vám už podarilo získať?

Práca napreduje veľmi dobre. Teraz s nami pracuje postgraduálny študent na univerzite ITMO. Nedávno sme publikovali článok v jednom z popredných časopisov o technickom vývoji v oblasti MRI. V tejto práci sme experimentálne potvrdili výsledky predchádzajúcich teoretických štúdií, ktoré zlepšujú citlivosť RF senzorov s ultravysokým poľom pomocou modifikovaných a optimalizovaných dipólových antén. Výsledok tejto práce sa podľa mňa ukázal ako veľmi sľubný.

Teraz tiež pracujeme na niekoľkých ďalších článkoch, ktoré sa venujú použitiu podobných metód, ale pre iné úlohy. A nedávno Georgy dostal grant na cestu do Nemecka. Budúci mesiac k nám príde na šesť mesiacov a budeme pokračovať v spolupráci na ďalšom vývoji senzorov pre MRI.

Tento týždeň ste viedli špeciálny kurz v magisterskom programe „Rádiofrekvenčné systémy a zariadenia“. Aké sú hlavné témy, ktorým ste sa venovali?

Kurz je venovaný rôznym technickým vlastnostiam vývoja senzorov pre MRI. V tejto oblasti je veľa jemností, ktoré potrebujete vedieť, preto som predstavil niekoľko základných techník, ktoré sa používajú pri navrhovaní a výrobe týchto snímačov. Okrem toho som predniesol prednášku o mojom najnovšom vývoji. Celkovo kurz zahŕňa osem prednášok po dve akademické hodiny, ktoré sú koncipované na štyri dni. Na konci je aj ukážka, ktorá pomôže tieto techniky jasnejšie vysvetliť.

Študenti magisterského štúdia sú teraz v procese výberu svojho budúceho smerovania, takže si myslím, že tento kurz im poskytne ďalšie informácie na posúdenie ich vyhliadok.

A ak hovoríme o vzdelávaní v oblasti MRI technológií vo všeobecnosti, aké vedomosti a zručnosti sa dnes podľa vás od takýchto špecialistov primárne vyžadujú?

Napriek tomu, že sa náš odbor v súčasnosti stal veľmi populárnym a perspektívnym pre využitie v klinickej diagnostike, neexistujú žiadne inžinierske kurzy, ktoré by školili vysoko špecializovaných špecialistov zaoberajúcich sa výrobou MRI cievok. Bola tam medzera. A myslím si, že spolu to dokážeme naplniť.

Elena Menšiková

Redakcia spravodajského portálu