Imazhe me rezonancë magnetike funksionale. Nikolay Avdievich - për pajisjet e reja MRI dhe aftësitë e tyre Imazhe me rezonancë magnetike funksionale të trurit

TEKNOLOGJIA

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

Qendra Shkencore për Neurologjinë e Akademisë Ruse të Shkencave Mjekësore (Moskë)

Që nga vitet '90. Shekulli XX, imazhi i rezonancës magnetike funksionale (fMRI) është një nga metodat kryesore për hartimin e zonave funksionale të trurit për shkak të joinvazivitetit, mungesës së ekspozimit ndaj rrezatimit dhe përdorimit relativisht të gjerë. Thelbi i kësaj teknike është matja e ndryshimeve hemodinamike në përgjigje të aktivitetit neuronal (efekti BOLD). Për suksesin e një eksperimenti fMRI, është e nevojshme: disponueshmëria e mbështetjes së duhur teknike (skaner MRI në fushë të lartë, pajisje speciale për kryerjen e detyrave), zhvillimi i një dizajni optimal të studimit, pas-përpunimi i të dhënave të marra. Aktualisht, teknika përdoret jo vetëm për qëllime shkencore, por edhe në mjekësinë praktike. Sidoqoftë, duhet të mbani mend gjithmonë disa kufizime dhe kundërindikacione, veçanërisht kur kryeni fMRI në pacientët me patologji të ndryshme. Për të planifikuar siç duhet një studim dhe për të interpretuar rezultatet e tij, është e nevojshme të përfshihen specialistë të ndryshëm: neuroradiologë, biofizikantë, neurologë, psikologë, pasi fMRI është një teknikë multidisiplinare.

Fjalë kyçe: fMRI, kontrast i fortë, dizajn studimi, pas-përpunim

Për shumë shekuj, shkencëtarët dhe mjekët kanë qenë të interesuar se si funksionon truri i njeriut. Me zhvillimin e progresit shkencor dhe teknologjik, u bë e mundur heqja e velit të këtij misteri. Dhe shpikja dhe futja në praktikën klinike e një metode të tillë jo-invazive si imazhi i rezonancës magnetike (MRI) është bërë veçanërisht i vlefshëm. MRI është një metodë relativisht e re: tomografi i parë komercial 1.5 T filloi të funksionojë vetëm në vitin 1982. Megjithatë, deri në vitin 1990, përmirësimi i vazhdueshëm teknik i metodës bëri të mundur përdorimin e saj jo vetëm për të studiuar veçoritë strukturore të trurit, por edhe për studioni funksionimin e tij. Ky artikull do të fokusohet në një teknikë që lejon hartën e zonave të ndryshme funksionale të trurit - imazhe rezonancë magnetike funksionale (fMRI).

Parimet themelore të teknikës fMRI_

fMRI është një teknikë MRI që mat përgjigjen hemodinamike (ndryshimin në rrjedhën e gjakut) të lidhur me aktivitetin neuronal. Ai bazohet në dy koncepte kryesore: ndërveprimi neurovaskular dhe kontrasti BOLD.

fMRI nuk na lejon të shohim drejtpërdrejt aktivitetin elektrik të neuroneve, por e bën këtë në mënyrë indirekte, përmes ndryshimeve lokale në rrjedhën e gjakut. Kjo është e mundur për shkak të fenomenit të ndërveprimit neurovaskular - një ndryshim rajonal në rrjedhën e gjakut në përgjigje të aktivizimit të neuroneve aty pranë. Ky efekt arrihet përmes një sekuence komplekse reaksionesh të ndërlidhura që ndodhin në neurone, glia përreth (astrocitet) dhe endoteli i murit vaskular, pasi me rritjen e aktivitetit, neuronet kanë nevojë për më shumë oksigjen dhe lëndë ushqyese të sjella nga qarkullimi i gjakut. Teknika fMRI ju lejon të vlerësoni drejtpërdrejt ndryshimet në hemodinamikë.

Kjo u bë e mundur në vitin 1990, kur Seiji Ogawa dhe kolegët e tij nga Bell Laboratories (SHBA) propozuan përdorimin e kontrastit BOLD për të studiuar fiziologjinë e trurit duke përdorur MRI. Zbulimi i tyre shënoi fillimin e epokës

neuroimazhimi funksional modern dhe formoi bazën e shumicës së studimeve fMRI. Kontrasti i fortë (fjalë për fjalë - i varur nga niveli i oksigjenimit të gjakut, në varësi të nivelit të oksigjenimit të gjakut) është ndryshimi në sinjalin MR në imazhe duke përdorur sekuenca gradient në varësi të përqindjes së deoksihemoglobinës. Deoksihemoglobina ka veti të ndryshme magnetike nga indet përreth, gjë që gjatë skanimit çon në shqetësim lokal të fushës magnetike dhe një ulje të sinjalit në sekuencën e jehonës gradient. Kur rrjedha e gjakut rritet në përgjigje të aktivizimit të neuroneve, deoksihemoglobina lahet nga indet dhe zëvendësohet nga gjaku i oksigjenuar, i cili ka veti magnetike të ngjashme me indet përreth. Pastaj shqetësimi i fushës zvogëlohet dhe sinjali nuk shtypet - dhe ne shohim amplifikimin e tij lokal (Fig. 1A).

Kështu, duke përmbledhur të gjitha sa më sipër, skema e përgjithshme fMRI mund të përfaqësohet si më poshtë: aktivizimi i neuroneve në përgjigje të veprimit të një stimuli dhe rritja e nevojave të tyre metabolike çon në një rritje lokale të rrjedhës së gjakut, e regjistruar gjatë fMRI në forma e një sinjali BOLD - produkt i aktivitetit neuronal dhe përgjigjes hemodinamike (Fig. 1B).

oriz. 1: A - ilustrim skematik i kontrastit VOS në eksperimentin Oda\ga me ndryshimet në përqindjen e oksigjenit në gjakun e minjve; kur thithni ajrin e zakonshëm (21% oksigjen), zonat e sinjalit të zvogëluar përcaktohen në korteks (në pjesën e sipërme të figurës), që korrespondojnë me enët me një përmbajtje të lartë të deoksihemoglobinës; kur thithet oksigjen i pastër, vihet re një sinjal homogjen MR nga korteksi cerebral (në pjesën e poshtme të figurës); B - skema e përgjithshme për gjenerimin e një sinjali WOS

Planifikimi i eksperimentit

Për të kryer një studim fMRI, duhet të keni një tomografi MR me fushë të lartë (vlera e induksionit të fushës magnetike - 1,5 T dhe më lart), pajisje të ndryshme për kryerjen e detyrave gjatë skanimit (kufje, syze video, një projektor, telekomandë të ndryshëm dhe levë për reagimet nga subjektet, etj.). Një faktor i rëndësishëm është gatishmëria e subjektit për të bashkëpunuar.

Skematikisht, vetë procesi i skanimit (duke përdorur shembullin e stimulimit vizual) duket kështu (Fig. 2): subjekti është në tomografi; përmes një sistemi të veçantë pasqyrash të fiksuara mbi kokën e tij, ai ka akses në imazhet e shfaqura përmes një videoprojektori në ekran. Për reagime (nëse kjo nënkuptohet në detyrë), pacienti shtyp një buton në telekomandë. Furnizimi i stimujve dhe monitorimi i përfundimit të detyrës kryhet duke përdorur tastierën në dhomën e kontrollit.

Detyrat që kryen subjekti mund të jenë të ndryshme: vizuale, njohëse, motorike, të folurit etj., në varësi të qëllimeve të vendosura. Ekzistojnë dy lloje kryesore të paraqitjes së stimujve në një detyrë: në formën e blloqeve - projektimi i bllokut, dhe në formën e stimujve individualë të izoluar - dizajni diskret (Fig. 3). Një kombinim i të dyja këtyre opsioneve është gjithashtu i mundur - një dizajn i përzier.

Më e përhapura, veçanërisht për detyrat motorike, është projektimi i bllokut, kur stimujt identikë mblidhen në blloqe të alternuara me njëri-tjetrin. Një shembull është detyra e shtrydhjes së një topi gome (çdo shtrydhje është një stimul i veçantë) për një periudhë të caktuar kohe (mesatarisht 20-30 s), duke alternuar me periudha pushimi me kohëzgjatje të ngjashme. Ky dizajn ka fuqinë më të madhe statistikore sepse përmbledh sinjalet individuale BOLD. Sidoqoftë, ai, si rregull, është i parashikueshëm për pacientët dhe nuk lejon vlerësimin e përgjigjes ndaj një stimuli të vetëm, dhe për këtë arsye nuk është i përshtatshëm për disa detyra, veçanërisht ato njohëse.

oriz. 2: Skema e eksperimentit fMRI (bazuar në materialet nga burimi http://psychology.uwo.ca/fmri4newbies, me modifikime)

Blloko

Diskret (në lidhje me ngjarjet)

A 11 i A D1 iil iitU I I,

oriz. 3: Llojet kryesore të modeleve të studimit fMRI

Imazhe me rezonancë magnetike funksionale

Për këtë qëllim, ekziston një dizajn diskret, kur stimujt paraqiten në një renditje kaotike në intervale të ndryshme kohore. Për shembull, një subjekti me arachnophobia i shfaqen imazhe neutrale (lule, ndërtesa, etj.), ndër të cilat herë pas here shfaqen imazhe të një merimange, gjë që bën të mundur vlerësimin e aktivizimit të trurit në përgjigje të stimujve të pakëndshëm. Me një dizajn blloku, kjo do të ishte e vështirë: së pari, subjekti e di se kur do të shfaqet blloku dhe tashmë po përgatitet për të paraprakisht, dhe së dyti, nëse i njëjti stimul paraqitet për një kohë të gjatë, reagimi ndaj tij zbehet. Është dizajn diskret që mund të përdoret në fMRI si një detektor gënjeshtre ose në kërkimin e marketingut, kur vullnetarëve u tregohen versione të ndryshme të një produkti (paketimi, forma, ngjyra e tij) dhe vërehen reagimet e tyre të pavetëdijshme.

Pra, ne zgjodhëm një dizajn detyre dhe kryem skanim. Çfarë marrim si rezultat? Së pari, ekziston një seri 4D e të dhënave funksionale në një sekuencë jehone gradient, e cila përfaqëson skanime të shumta të përsëritura të të gjithë vëllimit të trurit gjatë detyrës. Dhe së dyti, një vëllim 3D me rezolucion të lartë të të dhënave anatomike: për shembull, 1 x 1 x 1 mm (Fig. 4). Kjo e fundit është e nevojshme për hartimin e saktë të zonave të aktivizimit, pasi të dhënat funksionale kanë rezolucion të ulët hapësinor.

Pas-përpunimi i të dhënave_

Ndryshimet në sinjalin MR në zonat e aktivizimit të trurit në kushte të ndryshme janë vetëm 3-5%, ato janë të pakapshme për syrin e njeriut. Prandaj, të dhënat funksionale të marra më pas i nënshtrohen analizës statistikore: një kurbë e varësisë së intensitetit të sinjalit MR në kohë është grafikuar për çdo voksell të imazhit në kushte të ndryshme - eksperimentale (dorëzimi i stimulit) dhe kontrolli. Si rezultat, marrim një hartë statistikore aktivizimi të kombinuar me të dhëna anatomike.

Por, përpara se të kryeni drejtpërdrejt një analizë të tillë, është e nevojshme të përgatitni të dhënat "të papërpunuara" të marra në fund të skanimit dhe të zvogëloni ndryshueshmërinë e rezultateve që nuk lidhen me detyrën eksperimentale. Algoritmi i përgatitjes është një proces me shumë hapa dhe është shumë i rëndësishëm për të kuptuar dështimet dhe gabimet e mundshme gjatë interpretimit të rezultateve të marra. Aktualisht, ka programe të ndryshme -

Ш -.V w<# %>

40 4"r h® Ф W

oriz. 4: Seria e të dhënave funksionale (A) dhe anatomike (B) të marra në fund të skanimit

Softuer i ri për përpunimin paraprak të të dhënave të marra, i prodhuar nga prodhuesit e skanerëve MRI dhe laboratorët e pavarur të kërkimit fMRI. Por, pavarësisht dallimeve në metodat e përdorura, emrat e tyre dhe paraqitjen e të dhënave, të gjitha fazat e përgatitjes zbresin në disa hapa bazë.

1. Korrigjimi i lëvizjes së kokës së subjektit. Gjatë kryerjes së detyrave, kjo është e pashmangshme, pavarësisht përdorimit të pajisjeve të ndryshme për fiksimin e kokës (maska, kapëse në spiralen e kokës, etj.). Edhe lëvizja minimale mund të rezultojë në ndryshime të mëdha artificiale në intensitetin e sinjalit MR midis vëllimeve të njëpasnjëshme të të dhënave, veçanërisht nëse lëvizja e kokës shoqërohet me kryerjen e një detyre eksperimentale. Në këtë rast, është e vështirë të dallosh aktivizimin BOLD "të vërtetë" nga aktivizimi "artificial" - që lind si rezultat i lëvizjes së subjektit (Fig. 5).

Në përgjithësi pranohet që zhvendosja optimale e kokës nuk është më shumë se 1 mm. Në këtë rast, zhvendosja pingul me rrafshin e skanimit (drejtimi "kokë - këmbë") është dukshëm më i keq për përpunimin e saktë statistikor të rezultateve sesa zhvendosja në planin e skanimit. Në këtë fazë, përdoret një algoritëm i transformimit të trupit të ngurtë - një transformim hapësinor në të cilin ndryshon vetëm pozicioni dhe orientimi i objektit, dhe dimensionet ose forma e tij janë konstante. Në praktikë, përpunimi duket kështu: zgjidhet një vëllim funksional referent (zakonisht i pari) i imazheve, dhe të gjitha vëllimet funksionale të mëvonshme janë të lidhura matematikisht me të, ngjashëm me mënyrën se si ne rreshtojmë fletët e letrës në një pirg.

2. Regjistrimi bazë i të dhënave funksionale dhe anatomike.

Ndryshimet në pozicionin e kokës së subjektit minimizohen. Përpunimi me kompjuter dhe krahasimi i të dhënave anatomike me rezolucion të lartë dhe të dhënave funksionale me rezolucion shumë të ulët kryhen gjithashtu për të mundësuar lokalizimin e mëvonshëm të zonave të aktivizimit.

oriz. 5: Shembull i zhvendosjes së kokës së pacientit gjatë skanimit gjatë kryerjes së një paradigme motorike. Në pjesën e sipërme të figurës është një grafik i lëvizjes së kokës së subjektit në tre plane reciproke pingule: kurba e mesme pasqyron zhvendosjen e pacientit përgjatë boshtit z (drejtimi "kokë-këmbë") dhe devijon qartë në fillimi i lëvizjes dhe në fund të saj. Në pjesën e poshtme janë hartat statistikore të aktivizimit të të njëjtit subjekt pa korrigjim lëvizjeje. Artefaktet tipike të lëvizjes identifikohen në formën e gjysmë unazave përgjatë skajit të materies së trurit

Për më tepër, dallimet që lidhen me mënyra të ndryshme skanimi minimizohen (zakonisht për të dhënat funksionale kjo është mënyra "echo gradient", për të dhënat anatomike - T1). Kështu, modaliteti i jehonës së gradientit mund të japë njëfarë shtrirjeje të imazhit përgjatë njërit prej akseve në krahasim me imazhet strukturore me rezolucion të lartë.

3. Normalizimi hapësinor. Dihet se forma dhe madhësia e trurit të njeriut ndryshon ndjeshëm. Për të krahasuar të dhënat e marra nga pacientë të ndryshëm, si dhe për të përpunuar të gjithë grupin në tërësi, përdoren algoritme matematikore: i ashtuquajturi transformim afin. Në këtë rast, imazhet e zonave individuale të trurit transformohen - shtrirje, ngjeshje, shtrirje, etj. - e ndjekur nga reduktimi i të dhënave strukturore në një sistem të unifikuar koordinativ hapësinor.

Aktualisht, dy sistemet më të zakonshme të koordinatave hapësinore në fMRI janë sistemi Thaleras dhe sistemi i Institutit Neurologjik të Montrealit. E para u zhvillua nga neurokirurgu francez Jean Talairach në 1988 bazuar në matjet pas vdekjes së trurit të një gruaje franceze 60-vjeçare. Pastaj koordinatat e të gjitha rajoneve anatomike të trurit u dhanë në lidhje me vijën e referencës që lidh komisurat e përparme dhe të pasme. Çdo tru mund të vendoset në këtë hapësirë ​​stereotaksike dhe zonat e interesit mund të përshkruhen duke përdorur një sistem koordinativ tredimensional (x, y, z). Disavantazhi i një sistemi të tillë është se ai përmban të dhëna nga vetëm një tru. Prandaj, sistemi më popullor është zhvilluar në Institutin Neurologjik të Montrealit (MNI) bazuar në llogaritjen totale të të dhënave të imazhit T1 nga 152 kanadezë.

Edhe pse në të dy sistemet numërimi kryhet nga linja që lidh komisurat e përparme dhe të pasme, koordinatat e këtyre sistemeve nuk janë identike, veçanërisht kur afrohen me sipërfaqet konveksitale të trurit. Kjo duhet mbajtur parasysh kur krahasohen rezultatet e marra me të dhënat nga puna e studiuesve të tjerë.

Duhet të theksohet se kjo fazë e përpunimit nuk përdoret për hartimin para operacionit të zonave të aktivizimit funksional në neurokirurgji, pasi qëllimi i fMRI në një situatë të tillë është të vlerësojë me saktësi vendndodhjen e këtyre zonave në një pacient të caktuar.

4. Zbutje. Normalizimi hapësinor nuk është kurrë i saktë, kështu që rajonet homologe, dhe për këtë arsye zonat e tyre të aktivizimit, nuk janë 100% konsistente. Për të arritur mbivendosje hapësinore të zonave të ngjashme aktivizimi në një grup subjektesh, për të përmirësuar raportin sinjal-zhurmë dhe për të rritur besueshmërinë e të dhënave, përdoret një funksion zbutës Gaussian. Thelbi i kësaj faze të përpunimit është "mjegullimi" i zonave të aktivizimit të secilit subjekt, si rezultat i së cilës zonat e mbivendosjes së tyre rriten gjatë analizës në grup. Disavantazhi: rezolucioni hapësinor humbet.

Tani, më në fund, mund të kalojmë drejtpërdrejt në analizën statistikore, si rezultat i së cilës marrim të dhëna për zonat e aktivizimit në formën e hartave me ngjyra të mbivendosura mbi të dhënat anatomike. Të njëjtat të dhëna mund

Imazhe me rezonancë magnetike funksionale

Statistikat: p-va/ues të rregulluara për volumin e kërkimit

niveli i caktuar jo-lsotroplc i rregulluar në nivel grupi në nivel voxel

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

^ e lidhur "E ^ PFWE-con e pakorrigjuar ^ FDR-con T (U ^ e palidhur

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

oriz. 6: Shembull i paraqitjes së rezultateve statistikore të pas-përpunimit. Në të majtë - zonat e aktivizimit kur kryeni një paradigmë motorike (ngritja - ulja e gishtit tregues të djathtë), e kombinuar me rindërtimin vëllimor të trurit. Në të djathtë - të dhëna statistikore për secilën zonë aktivizimi

të paraqitet në format dixhital duke treguar rëndësinë statistikore të zonës së aktivizimit, vëllimin dhe koordinatat e saj në hapësirën stereotaksike (Fig. 6).

Aplikimet e fMRI_

Në cilat raste kryhet fMRI? Së pari, për qëllime thjesht shkencore: ky është një studim i funksionimit të trurit normal dhe asimetrisë së tij funksionale. Kjo teknikë ka ringjallur interesin e studiuesve për hartimin e funksioneve të trurit: pa iu drejtuar ndërhyrjeve invazive, mund të shihni se cilat zona të trurit janë përgjegjëse për një proces të caktuar. Ndoshta përparimet më të mëdha janë bërë në kuptimin tonë të proceseve më të larta njohëse, duke përfshirë vëmendjen, kujtesën dhe funksionet ekzekutive. Studime të tilla kanë bërë të mundur përdorimin e fMRI për qëllime praktike larg mjekësisë dhe neuroshkencës (si një detektor gënjeshtre, në kërkimin e marketingut, etj.).

Përveç kësaj, fMRI po përdoret në mënyrë aktive në mjekësinë praktike. Aktualisht, kjo teknikë përdoret gjerësisht në praktikën klinike për hartëzimin para operacionit të funksioneve bazë (motorike, të folurit) përpara ndërhyrjeve neurokirurgjikale për lezione të trurit që zënë hapësirë ​​ose epilepsi të patrajtueshme. Në SHBA ekziston edhe një dokument zyrtar - një udhëzues praktik i përpiluar nga Kolegji Amerikan i Radiologjisë dhe Shoqëria Amerikane e Neuroradiologjisë, i cili përshkruan të gjithë procedurën në detaje.

Studiuesit po përpiqen gjithashtu të futin fMRI në praktikën rutinë klinike për një sërë sëmundjesh neurologjike dhe psikiatrike. Qëllimi kryesor i punimeve të shumta në këtë fushë është vlerësimi i ndryshimeve në funksionimin e trurit në përgjigje të dëmtimit të njërës prej zonave të tij - humbja dhe (ose) ndërrimi i zonave, zhvendosja e tyre, etj., Si dhe dinamike. vëzhgimi i ristrukturimit të zonave të aktivizimit në përgjigje të terapisë së terapisë me ilaçe dhe (ose) masave rehabilituese.

Në fund të fundit, studimet fMRI të kryera në pacientë të kategorive të ndryshme mund të ndihmojnë në përcaktimin e vlerës prognostike të opsioneve të ndryshme për ristrukturimin funksional të korteksit për të rivendosur funksionet e dëmtuara dhe zhvillimin e algoritmeve optimale të trajtimit.

Dështimet e mundshme të studimit_

Kur planifikoni fMRI, duhet të keni gjithmonë parasysh kundërindikacione të ndryshme, kufizime dhe të mundshme

burimet e gabimeve në interpretimin e të dhënave të marra si për vullnetarët e shëndetshëm ashtu edhe për pacientët.

Kjo perfshin:

Çdo faktor që ndikon në ndërveprimin neurovaskular dhe hemodinamikën dhe, si rezultat, kontrastin e fortë; prandaj, gjithmonë duhet të merren parasysh ndryshimet e mundshme në rrjedhën e gjakut cerebral, për shembull, për shkak të okluzioneve ose stenozave të rënda të arterieve kryesore të kokës dhe qafës, ose marrja e barnave vazoaktive; Janë të njohura edhe fakte të një uljeje apo edhe përmbysjeje të përgjigjes BOLD në disa pacientë me glioma malinje për shkak të autorregullimit të dëmtuar;

Pacienti ka kundërindikacione të zakonshme për çdo ekzaminim MRI (pacemakers, klaustrofobi, etj.);

Strukturat metalike në zonën e pjesëve të fytyrës (cerebrale) të kafkës (proteza jo të lëvizshme, kapëse, pllaka, etj.), Duke prodhuar artefakte të theksuara në modalitetin "echo gradient";

Mungesa (vështirësi) bashkëpunimi nga ana e subjektit gjatë detyrës, e lidhur si me statusin e tij njohës, ashtu edhe me uljen e shikimit, dëgjimit etj., si dhe me mungesën e motivimit dhe vëmendjes së duhur për kryerjen e detyrës;

Lëvizja e theksuar e subjektit gjatë kryerjes së detyrave;

Projektimi i studimit i planifikuar gabimisht (zgjedhja e detyrës së kontrollit, kohëzgjatja e blloqeve ose i gjithë studimit, etj.);

Zhvillimi i kujdesshëm i detyrave, gjë që është veçanërisht e rëndësishme për fMRI klinike, si dhe kur studioni një grup njerëzish ose të njëjtin subjekt me kalimin e kohës për të qenë në gjendje të krahasoni zonat e aktivizimit që rezultojnë; detyrat duhet të jenë të riprodhueshme, domethënë të njëjta gjatë gjithë periudhës së studimit dhe mund të kryhen nga të gjitha lëndët; Një zgjidhje e mundshme për pacientët që nuk mund të kryejnë në mënyrë të pavarur detyra të lidhura me lëvizjen është përdorimi i paradigmave pasive duke përdorur pajisje të ndryshme për të lëvizur gjymtyrët;

Zgjedhja e gabuar e parametrave të skanimit (koha e jehonës - TE, koha e përsëritjes - TR);

Parametrat e pasaktë të të dhënave pas përpunimit në faza të ndryshme;

Interpretim i gabuar i të dhënave statistikore të marra, hartë e gabuar e zonave të aktivizimit.

konkluzioni

Pavarësisht kufizimeve të mësipërme, fMRI është një teknikë e rëndësishme dhe e gjithanshme moderne e neuroimazhimit që kombinon avantazhet e rezolucionit të lartë hapësinor dhe joinvazivitetit me mungesën e nevojës për kontrast intravenoz.

amplifikimi dhe ekspozimi ndaj rrezatimit. Sidoqoftë, kjo teknikë është shumë komplekse dhe për të përfunduar me sukses detyrat e caktuara për një studiues që punon me fMRI, kërkohet një qasje multidisiplinare - duke përfshirë në kërkim jo vetëm neuroradiologë, por edhe biofiziologë, neurofiziologë, psikologë, terapistë të të folurit, mjekë klinikë, dhe matematikanët. Vetëm në këtë rast është e mundur të përdoret potenciali i plotë i fMRI dhe të merren rezultate vërtet unike.

Bibliografi

1. Ashburner J., Friston K. Koregjistrimi multimodal i imazhit dhe ndarja - një kornizë e unifikuar. Neurolmage 1997; 6 (3): 209-217.

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

3. Chen C.M., HouB.L., Holodny A.I. Efekti i moshës dhe shkallës së tumorit në imazhin MR funksional BOLD në vlerësimin paraoperativ të pacientëve me glioma. Radiologji 2008; 3: 971-978.

4. Filippi M. Teknikat dhe protokollet e fMRI. Humana Press 2009: 25.

5. Friston K.J., Williams S., HowardR. et al. Efektet e lidhura me lëvizjen në seritë kohore fMRI. Magn. Arsyeja. Med. 1996; 35: 346-355.

6. Glover, G.H., Lai S. FMRI spirale e vetë-naviguar: Interleaved kundrejt një goditjeje. Magn. Arsyeja. Med. 1998; 39: 361-368.

7. Haller S, Bartsch A.J. Grackat në fMRI. euro. Radiol. 2009; 19: 2689-2706.

8. Hsu Y.Y., Chang C.N., Jung S.M. et al. MRI e varur nga niveli i oksigjenimit të gjakut të gliomave cerebrale gjatë mbajtjes së frymës. J. Magn. Reson Imaging 2004; 2: 160-167.

9. Huettel S.A., Song A.W., McCarthy G. Imazhe me rezonancë magnetike funksionale. Sinauer Associates, Inc. 2004: 295-317.

10. Ogawa S., Lee T.M. Imazhe me rezonancë magnetike të enëve të gjakut në fusha të larta: Matjet in vivo dhe in vitro dhe simulimi i imazhit. Magn. Arsyeja. Med. 1990; 16 (1): 9-18.

Imazhi i rezonancës magnetike është i domosdoshëm në diagnostikimin e shumë sëmundjeve dhe lejon vizualizimin e detajuar të organeve dhe sistemeve të brendshme.

Departamenti i MRI i klinikës NACFF në Moskë është i pajisur me një tomografi të fushës së lartë Siemens MAGNETOM Aera me një dizajn tuneli të hapur. Fuqia e tomografit është 1.5 Tesla. Pajisja lejon ekzaminimin e njerëzve me peshë deri në 200 kg, gjerësia e tunelit të aparatit (apertura) është 70 cm. Në klinikën tonë mund të bëni një MRI të shtyllës kurrizore, nyjeve, organeve të brendshme, duke përfshirë futjen e një agjenti kontrasti , si dhe i nënshtrohen rezonancës magnetike të trurit të kokës Kostoja e diagnostikimit është e përballueshme, ndërsa vlera e rezultateve të marra është tepër e lartë. Në total kryhen më shumë se 35 lloje ekzaminimesh me rezonancë magnetike.

Pas diagnozës MRI, mjeku zhvillon një bisedë me pacientin dhe lëshon një disk me regjistrimin. Përfundimi transmetohet me email.

Përgatitja

Shumica e ekzaminimeve të rezonancës magnetike nuk kërkojnë përgatitje të veçantë. Sidoqoftë, për shembull, për MRI të zgavrës së barkut dhe organeve të legenit, rekomandohet të përmbaheni nga ngrënia dhe pirja 5 orë para ekzaminimit.

Përpara se të vizitoni qendrën e rezonancës magnetike (në ditën e ekzaminimit), duhet të vishni veshje komode pa asnjë element metalik.

Kundërindikimet

Kundërindikimet ndaj imazhit të rezonancës magnetike janë për faktin se gjatë studimit krijohet një fushë magnetike e fuqishme që mund të ndikojë në elektronikën dhe metalet. Bazuar në këtë, një kundërindikacion absolut për MRI është prania e:

• stimulues kardiak;
• neurostimulator;
• implant elektronik i veshit të mesëm;
• kapëse metalike në enë;
• pompat e insulinës

Pacemaker i instaluar, neurostimulator, implant elektronik i veshit të mesëm, kapëse metalike në enët e gjakut, pompa insuline.

Kufizimet për kryerjen

Nëse keni të instaluara struktura të mëdha metalike (për shembull, një endoprotezë të përbashkët), do t'ju duhet një dokument për mundësinë dhe sigurinë e kryerjes së MRI. Kjo mund të jetë një certifikatë për implantin (zakonisht e lëshuar pas operacionit) ose një certifikatë nga kirurgu që ka kryer ndërhyrjen. Shumica e këtyre strukturave janë prej titani të klasës mjekësore, i cili nuk ndërhyn në procedurë. Por, në çdo rast, para ekzaminimit, tregoni mjekut në departamentin e radiologjisë për praninë e objekteve të huaja në trup - kurora në zgavrën me gojë, shpime, madje edhe tatuazhe (në këtë të fundit mund të përdoren bojëra me përmbajtje metali). .

Çmimi i imazhit të rezonancës magnetike varet nga pjesa e trupit që ekzaminohet dhe nevoja për procedura shtesë (për shembull, injektimi i kontrastit). Pra, një MRI e trurit do të kushtojë më shumë se një tomografi e njërës dorë. Regjistrohuni për studimin me telefon në Moskë: +7 495 266-85-01 ose lini një kërkesë në faqen e internetit.

I jep studiuesit shumë informacione rreth strukturës anatomike të një organi, indi ose objekti tjetër që del në pah. Megjithatë, për të krijuar një pamje tërësore të proceseve që ndodhin, nuk ka të dhëna të mjaftueshme për aktivitetin funksional. Dhe për këtë qëllim ekziston rezonanca magnetike funksionale BOLD (BOLD - kontrast i varur nga niveli i oksigjenimit të gjakut, ose kontrast në varësi të shkallës së ngopjes me oksigjen të gjakut).

FMRI BOLD është një nga metodat më të aplikueshme dhe më të njohura për matjen e aktivitetit të trurit. Aktivizimi rezulton në rritjen e qarkullimit lokal të gjakut me ndryshime në përqendrimin relativ të hemoglobinës së oksigjenuar (të pasuruar me oksigjen) dhe të deoksigjenuar (të varfër në oksigjen) në qarkullimin lokal.

Fig.1.Skema reagimet trurit rrjedhje gjaku V përgjigje në ngacmim neuronet.

Gjaku i deoksigjenuar është paramagnetik (një substancë që mund të magnetizohet) dhe do të bëjë që nivelet e sinjalit MRI të ulen. Nëse ka më shumë gjak të oksigjenuar në zonën e trurit, niveli i sinjalit MRI rritet. Kështu, oksigjeni në gjak vepron si një agjent kontrasti endogjen.

Fig.2.Vëllimi trurit furnizimi me gjak (A) Dhe E guximshme -përgjigje fMRI (b) në aktivizimi fillore motorike lehperson. Sinjali kalon V 4 fazat. 1 fazë – për shkak të aktivizimi neuronet ngrihet konsumioksigjen, rritet sasi deoksigjenuar gjaku, E guximshme— sinjal Pak zvogëlohet (në grafikeJo treguar, zvogëlohet e mitur). enët po zgjerohen, për shkak të çfarë disa zvogëlohetfurnizimi me gjak cerebrale pëlhura. Fazë 2 – afatgjatë rrit sinjal. Potenciali veprimet neuronetpërfundon, Por rrjedhin oksigjenuar gjaku rritet në mënyrë inerciale, Ndoshta për shkak të ndikimbiokimike shënues hipoksi. Fazë 3 – afatgjatë rënie sinjal për shkak të normalizimifurnizimi me gjak. 4 fazë – post-stimul recesioni – thirrur i ngadalshëm restaurimi origjinalefurnizimi me gjak.

Për të aktivizuar punën e neuroneve në zona të caktuara të korteksit, ekzistojnë detyra të veçanta aktivizuese. Dizajni i detyrave zakonisht vjen në dy lloje: "bllok" dhe "i lidhur me ngjarjet". Çdo lloj supozon praninë e dy fazave alternative - një gjendje aktive dhe një gjendje pushimi. Në fMRI klinike, detyrat e tipit "bllok" përdoren më shpesh. Gjatë kryerjes së ushtrimeve të tilla, subjekti alternon të ashtuquajturat periudha ON- (gjendje aktive) dhe OFF- (gjendje pushimi) me kohëzgjatje të barabartë ose të pabarabartë. Për shembull, kur identifikoni zonën e korteksit përgjegjës për lëvizjet e duarve, detyrat përbëhen nga lëvizjet e alternuara të gishtërinjve dhe periudhat e pasivitetit, që zgjasin mesatarisht rreth 20 sekonda. Hapat përsëriten disa herë për të rritur saktësinë e rezultatit të fMRI. Në rastin e një detyre të lidhur me ngjarjen, subjekti kryen një veprim të shkurtër (për shembull, gëlltitjen ose shtrëngimin e një grushti), e ndjekur nga një periudhë pushimi, ndërsa veprimet, ndryshe nga modeli i bllokut, alternohen në mënyrë të pabarabartë dhe jokonsistente.

Në praktikë, BOLD fMRI përdoret në planifikimin paraoperativ të resekcionit (heqjes) të tumoreve, diagnostikimin e keqformimeve vaskulare dhe gjatë operacioneve për format e rënda të epilepsisë dhe lezione të tjera të trurit. Gjatë operacionit të trurit, është e rëndësishme që të hiqet lezioni sa më saktë që të jetë e mundur, duke shmangur në të njëjtën kohë dëmtimet e panevojshme të zonave të afërta funksionale të rëndësishme të trurit.

Fig.3.

A – tredimensionale MRI— imazh kokë trurit. Shigjeta treguar vendndodhjen motorike leh Vparaqendrore gyrus.

b – harta fMRI—aktivitet trurit V paraqendrore gyrus në lëvizjes dorë.

Metoda është shumë efektive në studimin e sëmundjeve degjenerative, si sëmundjet Alzheimer dhe Parkinson, veçanërisht në fazat e hershme. Nuk përfshin përdorimin e rrezatimit jonizues ose agjentëve radiopakë dhe është joinvaziv. Prandaj, mund të konsiderohet mjaft i sigurt për pacientët që kërkojnë ekzaminime afatgjatë dhe të rregullta fMRI. fMRI mund të përdoret për të studiuar mekanizmat e formimit të konfiskimeve epileptike dhe ju lejon të shmangni heqjen e korteksit funksional në pacientët me epilepsi të pazgjidhshme të lobit frontal. Monitorimi i rikuperimit të trurit pas goditjeve në tru, studimi i efekteve të medikamenteve ose terapive të tjera, monitorimi dhe monitorimi i trajtimit të sëmundjeve psikiatrike - kjo nuk është një listë e plotë e aplikimeve të mundshme të fMRI. Përveç kësaj, ekziston edhe fMRI në pushim, në të cilën përpunimi kompleks i të dhënave na lejon të shohim rrjetet e trurit që funksionojnë në qetësi.

Burimet:

1. Sa mirë e kuptojmë origjinën nervore të sinjalit fMRI BOLD? Owen J. Arthur, Simon Boniface. TRENDET në Neuroshkenca Vol.25 Nr.1 ​​Janar 2002
2. Fizika e imazhit të rezonancës magnetike funksionale (fMRI) R. B. Buxton. Reps. Prog. Fiz. 76 (2013)
3. Aplikimi i rezonancës magnetike funksionale në klinikë. Rishikim shkencor. Belyaev A., Peck Kung K., Brennan N., Kholodny A. Revista elektronike ruse e radiologjisë. Vëllimi 4 Nr. 1 2014
4. Truri, njohja, mendja: Një hyrje në neuroshkencën njohëse. Pjesa 2 . B. Baars, N. Gage. M.: Binom. 2014 fq 353-360.

Teksti: Daria Prokudina

Ndryshimet në aktivitetin e qarkullimit të gjakut regjistrohen me rezonancë magnetike funksionale (fMRI). Metoda përdoret për të përcaktuar lokalizimin e arterieve, për të vlerësuar mikroqarkullimin e qendrave të shikimit, të folurit, lëvizjes dhe korteksit të disa qendrave të tjera funksionale. Një tipar i hartës është se pacientit i kërkohet të kryejë detyra të caktuara që rrisin aktivitetin e qendrës së dëshiruar të trurit (lexoni, shkruani, flisni, lëvizni këmbët).

Në fazën përfundimtare, softueri gjeneron një imazh duke përmbledhur tomogramet konvencionale shtresë për shtresë dhe imazhet e trurit me ngarkesë funksionale. Kompleksi i informacionit shfaqet nga një model tredimensional. Modelimi hapësinor lejon specialistët të studiojnë objektin në detaje.

Së bashku me spektroskopinë MRI, studimi zbulon të gjitha tiparet metabolike të formacioneve patologjike.

Parimet e MRI funksionale të trurit

Imazhi i rezonancës magnetike bazohet në regjistrimin e frekuencës së ndryshuar radio të atomeve të hidrogjenit në media të lëngshme pas ekspozimit ndaj një fushe të fortë magnetike. Skanimi klasik tregon komponentët e indeve të buta. Për të përmirësuar dukshmërinë e enëve të gjakut, kryhet kontrasti intravenoz me gadoliniumin paramagnetik.

MRI funksionale regjistron aktivitetin e zonave individuale të korteksit cerebral duke marrë parasysh efektin magnetik të hemoglobinës. Pas lëshimit të molekulave të oksigjenit në inde, substanca bëhet paramagnetike, radiofrekuenca e së cilës merret nga sensorët e pajisjes. Sa më intensiv të jetë furnizimi me gjak në parenkimën e trurit, aq më i mirë është sinjali.

Magnetizimi i indeve përmirësohet më tej nga oksidimi i glukozës. Substanca është e nevojshme për të siguruar proceset e frymëmarrjes indore të neuroneve. Ndryshimet në induksionin magnetik regjistrohen nga sensorët e pajisjes dhe përpunohen nga një aplikacion softuerik. Pajisjet me fushë të lartë krijojnë rezolucion me cilësi të lartë. Tomogrami tregon një imazh të detajuar të pjesëve me diametër deri në 0,5 mm në diametër.

Studimet funksionale të MRI regjistrojnë sinjale jo vetëm nga ganglia bazale, korteksi cingulate dhe talamusi, por edhe nga tumoret malinje. Neoplazitë kanë rrjetin e tyre vaskular, përmes të cilit glukoza dhe hemoglobina hyjnë në formim. Gjurmimi i sinjalit ju lejon të studioni konturet, diametrin dhe thellësinë e depërtimit të tumorit në lëndën e bardhë ose gri.

Diagnostifikimi funksional i MRI të trurit kërkon kualifikimin e një mjeku radiologjik. Zona të ndryshme të korteksit karakterizohen nga mikroqarkullim të ndryshëm. Ngopja me hemoglobinë dhe glukozë ndikon në cilësinë e sinjalit. Duhet të merret parasysh struktura e molekulës së oksigjenit dhe prania e atomeve zëvendësuese alternative.

Një fushë e fortë magnetike rrit gjysmën e jetës së oksigjenit. Efekti funksionon kur fuqia e pajisjes është më shumë se 1,5 Tesla. Instalimet më të dobëta nuk mund të mos studiojnë aktivitetin funksional të trurit.

Është më mirë të përcaktohet intensiteti metabolik i furnizimit me gjak të tumorit duke përdorur pajisje të fushës së lartë me fuqi 3 Tesla. Rezolucioni i lartë do t'ju lejojë të regjistroni një lezion të vogël.

Efektiviteti i sinjalit quhet shkencërisht "përgjigja hemodinamike". Termi përdoret për të përshkruar shpejtësinë e proceseve nervore me një interval prej 1-2 sekondash. Furnizimi me gjak në inde nuk është gjithmonë i mjaftueshëm për studime funksionale. Cilësia e rezultatit përmirësohet me administrimin shtesë të glukozës. Pas stimulimit, ngopja maksimale ndodh pas 5 sekondash, kur kryhet skanimi.

Karakteristikat teknike të një studimi funksional MRI të trurit

Diagnostifikimi funksional i MRI-së bazohet në një rritje të aktivitetit neuronal pas stimulimit të aktivitetit të trurit nga një person që kryen një detyrë specifike. Një stimul i jashtëm shkakton stimulimin e aktivitetit shqisor ose motorik të një qendre specifike.

Për të gjurmuar zonën, aktivizohet një modalitet jehonë gradient bazuar në një sekuencë pulsuese eko-planare.

Analiza e sinjalit të zonës aktive në MRI bëhet shpejt. Regjistrimi i një tomogrami kryhet në një interval prej 100 ms. Diagnostifikimi kryhet pas stimulimit dhe gjatë periudhës së pushimit. Softueri përdor tomogramë për të llogaritur vatrat e aktivitetit neuronal, duke mbivendosur zonat e sinjalit të përforcuar në një model tre-dimensional të trurit në pushim.

Për mjekët që trajtojnë, ky lloj MRI ofron informacion në lidhje me proceset patofiziologjike që nuk mund të gjurmohen me metoda të tjera diagnostikuese. Studimi i funksioneve njohëse është i nevojshëm për neuropsikologët për të diferencuar sëmundjet mendore dhe psikologjike. Studimi ndihmon në verifikimin e vatrave epileptike.

Harta përfundimtare e hartës nuk tregon vetëm zonat e rritjes së stimulimit funksional. Imazhet vizualizojnë zonat e aktivitetit të të folurit sensorimotor dhe dëgjimor rreth fokusit patologjik.

Harta e vendndodhjes së kanaleve të trurit quhet traktografi. Rëndësia funksionale e vendndodhjes së traktit piramidal optik përpara planifikimit të ndërhyrjes kirurgjikale lejon neurokirurgët të planifikojnë saktë vendndodhjen e prerjeve.

Çfarë tregon fMRI?

MRI në fushë të lartë me teste funksionale përshkruhet sipas indikacioneve kur është e nevojshme të studiohet baza patofiziologjike e funksionimit të zonave motorike, shqisore, vizuale dhe dëgjimore të korteksit cerebral. Neuropsikologët përdorin kërkime te pacientët me çrregullime të të folurit, vëmendjes, kujtesës dhe funksioneve njohëse.

Duke përdorur fMRI, një numër sëmundjesh zbulohen në fazën fillestare - Alzheimer, Parkinson, demielinizimi në sklerozën e shumëfishtë.

Diagnostifikimi funksional në qendra të ndryshme mjekësore kryhet duke përdorur instalime të ndryshme. Diagnostikuesi e di se çfarë tregon një MRI e trurit. Para ekzaminimit kërkohet një konsultë me një specialist.

Rezultatet me cilësi të lartë arrihen duke skanuar me një fushë magnetike të fortë. Para se të zgjidhni një qendër mjekësore, ju rekomandojmë të zbuloni llojin e pajisjes së instaluar. Janë të rëndësishme kualifikimet e një specialisti që duhet të ketë njohuri për komponentët funksionalë, strukturorë të trurit.

E ardhmja e diagnostikimit funksional të MRI në mjekësi

Studimet funksionale janë futur kohët e fundit në mjekësinë praktike. Aftësitë e metodës nuk përdoren mjaftueshëm.

Shkencëtarët po zhvillojnë teknika për vizualizimin e ëndrrave dhe leximin e mendjeve duke përdorur MRI funksionale. Propozohet përdorimi i tomografisë për të zhvilluar një metodë komunikimi me personat e paralizuar.

• Ngacmueshmëria neuronale;
• Aktiviteti mendor;
• Shkalla e ngopjes së korteksit cerebral me oksigjen dhe glukozë;
• Sasia e hemoglobinës së deoksiluar në kapilarë;
• Zonat e zgjerimit të rrjedhës së gjakut;
• Niveli i oksihemoglobinës në enët e gjakut.

Përparësitë e studimit:

1. Fotografi e përkohshme me cilësi të lartë;
2. Rezolucioni hapësinor më i lartë se 3 mm;
3. Mundësia e studimit të trurit para dhe pas stimulimit;
4. Pademshmëria (kur krahasohet me PET);
5. Mungesa e invazivitetit.

Përdorimi i gjerë i MRI funksionale të trurit kufizohet nga kostoja e lartë e pajisjeve, çdo ekzaminim i vetëm, pamundësia e matjes së drejtpërdrejtë të aktivitetit neuronal dhe nuk mund të bëhet te pacientët me përfshirje metalike në trup (klipe vaskulare, implante veshi).

Regjistrimi i metabolizmit funksional të korteksit cerebral ka vlerë të madhe diagnostikuese, por nuk është një tregues i saktë për vlerësimin dinamik të ndryshimeve në tru gjatë trajtimit, pas operacionit.

Imazhe me rezonancë magnetike (MRI) është një metodë e marrjes së imazheve mjekësore tomografike për ekzaminimin joinvaziv të organeve dhe indeve të brendshme, bazuar në fenomenin e rezonancës magnetike bërthamore (NMR). Teknologjia u shfaq disa dekada më parë, dhe sot ju mund t'i nënshtroheni një ekzaminimi duke përdorur një pajisje të tillë në shumë klinika moderne. Megjithatë, shkencëtarët vazhdojnë të punojnë për të përmirësuar saktësinë e teknologjisë dhe për të zhvilluar sisteme të reja, më efikase. , studiues i lartë në Institutin Max Planck në Tübingen (Gjermani), është një nga specialistët kryesorë që zhvillon sensorë të rinj për MRI eksperimentale me fushë të lartë. Një ditë më parë, ai kreu një kurs special në programin master " Sistemet dhe pajisjet RF» Universiteti ITMO, dhe në një intervistë për ITMO.NEWS ai foli për punën e tij dhe sesi kërkimet e reja në fushën e MRI do të ndihmojnë në bërjen më efektive të diagnostikimit të sëmundjeve.

Vitet e fundit ju keni punuar në Departamentin e Rezonancës Magnetike të Fushës së Lartë të Institutit Max Planck. Ju lutemi na tregoni se në çfarë fokusohet kërkimi juaj aktual?

Unë jam duke zhvilluar sensorë të rinj të radiofrekuencës (RF) për MRI. Ajo që është MRI është ndoshta e njohur për shumicën e njerëzve, pasi gjatë 40 viteve të fundit, që nga zhvillimi i kësaj teknologjie, ajo ka arritur të vijë në një numër të madh klinikash dhe të bëhet një mjet i domosdoshëm diagnostikues. Por edhe sot njerëzit po punojnë për të përmirësuar këtë teknologji duke zhvilluar sisteme të reja MRI.

Një MRI është kryesisht një magnet i madh cilindrik në të cilin vendoset një pacient ose vullnetar për të prodhuar një imazh tredimensional. Por përpara se të krijohet ky imazh, duhet bërë një sasi e madhe kërkimesh. Ai drejtohet nga inxhinierë, fizikanë, mjekë dhe specialistë të tjerë. Unë jam një nga hallkat e këtij zinxhiri dhe jam i angazhuar në kërkime në kryqëzimin e fizikës dhe inxhinierisë. Më konkretisht, po zhvillojmë sensorë për MRI eksperimentale me fushë të lartë, i cili përdoret në fazën e ngacmimit, marrjes dhe përpunimit të sinjalit të marrë si rezultat i efektit fizik të NMR.

Një nga drejtimet kryesore është zhvillimi i sistemeve të reja eksperimentale MRI me fushë të lartë ultra të lartë, domethënë përdorimi i një fushe magnetike konstante më të lartë, e cila lejon përmirësimin e rezolucionit të imazhit ose zvogëlimin e kohës së skanimit, gjë që është shumë e rëndësishme për shumë studime klinike dhe diagnostike.

Tomografët klinik konvencional përdorin fusha konstante deri në 3 T, por tomografët eksperimentalë me fusha magnetike 7 T dhe më të larta tani po shfaqen. Është zakon të quhen tomografë me një fushë magnetike prej 7 T dhe më të lartë me fushë ultra të lartë. Tashmë ka rreth njëqind tomografë me fushë 7 T në botë, por zhvillimet janë duke u zhvilluar për të rritur më tej fushën magnetike. Për shembull, në Institutin Max Planck në Tübingen kemi një aparat MRI 9.4 T.

Por edhe me kalimin nga 7 në 9.4 T, lindin shumë probleme teknike që kërkojnë zhvillime serioze shkencore dhe teknike, duke përfshirë llogaritjen dhe projektimin e sensorëve për një gjeneratë të re të MRI.

Cilat janë këto vështirësi?

Një rritje në fushën magnetike konstante rezulton në një rritje përkatëse në frekuencën e sensorëve RF. Për shembull, tomografët klinik 3 T përdorin sensorë me një frekuencë rezonante prej rreth 120 MHz, ndërsa një tomograf 7 T kërkon sensorë me një frekuencë prej 300 MHz. Kjo kryesisht çon në një shkurtim të gjatësisë së valës së fushës RF në indet njerëzore. Nëse frekuenca prej 120 MHz korrespondon afërsisht me një gjatësi vale prej 35-40 centimetra, atëherë në një frekuencë prej 300 MHz zvogëlohet në një vlerë prej rreth 15 cm, që është shumë më e vogël se madhësia e trupit të njeriut.

Si rezultat i këtij efekti, ndjeshmëria e sensorëve RF mund të shtrembërohet shumë gjatë studimit të objekteve të mëdha (më të gjata se gjatësia e valës). Kjo çon në vështirësi në interpretimin e imazheve dhe diagnostikimin e sëmundjeve dhe patologjive klinike. Në një fushë prej 9,4 T, që korrespondon me një frekuencë sensori prej 400 MHz, të gjitha këto probleme bëhen edhe më kritike.

Domethënë, foto të tilla bëhen praktikisht të palexueshme?

Nuk do ta thosha këtë. Më saktësisht, në disa raste kjo i vështirëson interpretimin e tyre. Megjithatë, ka grupe që zhvillojnë teknika për marrjen e imazheve MR të të gjithë trupit të njeriut. Sidoqoftë, detyrat e grupit tonë janë të përqendruara kryesisht në kërkimin e trurit.

Cilat janë saktësisht mundësitë për mjekësinë që hapin kërkimet në fushën e MRI të fushës ultra të lartë?

Siç e dini, gjatë MRI një person duhet të qëndrojë i qetë: nëse filloni të lëvizni gjatë matjeve, fotografia do të dalë e shtrembëruar. Në të njëjtën kohë, disa teknika MRI mund të zgjasin deri në një orë, dhe është e qartë se është e vështirë të mos lëvizësh gjatë gjithë kësaj kohe. Rritja e ndjeshmërisë së tomografëve me fushë ultra të lartë bën të mundur marrjen e imazheve jo vetëm me rezolucion më të lartë, por edhe shumë më shpejt. Kjo është kryesisht e rëndësishme kur studiohen fëmijët dhe pacientët e moshuar.

Është gjithashtu e pamundur të mos përmenden mundësitë për spektroskopinë e rezonancës magnetike ( MRS, një metodë që ju lejon të përcaktoni ndryshimet biokimike në inde në sëmundje të ndryshme bazuar në përqendrimin e disa metabolitëve - shënimi i redaktorit ).

Në MRI, burimi kryesor i sinjalit janë atomet e hidrogjenit të molekulave të ujit. Por përveç kësaj, ka edhe atome të tjera hidrogjeni që gjenden në molekula të tjera që janë të rëndësishme për funksionimin e trupit të njeriut. Shembujt përfshijnë metabolitë të ndryshëm, neurotransmetues, etj. Matja e shpërndarjes hapësinore të këtyre substancave duke përdorur MRS mund të sigurojë informacion të dobishëm për studimin e patologjive që lidhen me çrregullimet metabolike në trupin e njeriut. Shpesh ndjeshmëria e tomografëve klinikë është e pamjaftueshme për t'i studiuar ato për shkak të përqendrimit të tyre të ulët dhe, si pasojë, sinjalit më të ulët.

Përveç kësaj, është e mundur të vëzhgoni sinjalin NMR jo vetëm nga atomet e hidrogjenit, por edhe nga atomet e tjera magnetike, të cilat janë gjithashtu shumë të rëndësishme për diagnostikimin e sëmundjeve dhe kërkimin mjekësor. Sidoqoftë, së pari, sinjali i tyre NMR është shumë më i dobët për shkak të raportit më të ulët xhiromagnetik dhe, së dyti, përmbajtja e tyre natyrore në trupin e njeriut është shumë më pak se atomet e hidrogjenit. Rritja e ndjeshmërisë së MRI me fushë ultra të lartë është jashtëzakonisht e rëndësishme për MRS.

Një fushë tjetër e rëndësishme e teknikave të MRI për të cilat rritja e ndjeshmërisë është kritike është MRI funksionale, një teknikë e rëndësishme për studimet njohëse të trurit të njeriut.

Deri më tani, shumica dërrmuese e klinikave në botë nuk kanë tomografi të fushës së lartë. Cilat janë perspektivat që tomografët 7 T dhe më vonë 9 T do të mund të përdoren në diagnostikimin rutinë?

Për të ardhur një tomografi në klinikë, duhet të certifikohet, të kontrollohet për kushtet e sigurisë dhe të hartohet dokumentacioni përkatës. Kjo është një procedurë mjaft e ndërlikuar dhe e gjatë. Deri tani është vetëm një kompani në botë që ka filluar të certifikojë jo vetëm sensorët që ne bëjmë, por edhe vetë pajisjen. Ky është Siemens.

Ka 7 T tomografë, por nuk ka shumë prej tyre dhe nuk mund të quhen ende plotësisht klinike. Ajo që unë e quajta është një opsion paraklinik, por kjo pajisje tashmë është certifikuar, domethënë mund të përdoret potencialisht në klinika.

Parashikimi se kur do të shfaqen tomografitë 9.4 T në klinika është edhe më e vështirë. Problemi kryesor këtu është ngrohja e mundshme lokale e indeve nga fusha RF e sensorit për shkak të reduktimit të fortë të gjatësisë së valës. Një nga fushat e rëndësishme të kërkimit inxhinierik në MRI me fushë ultra të lartë është modelimi numerik i detajuar i këtij efekti për të garantuar sigurinë e pacientit. Pavarësisht se studime të tilla kryhen brenda institucioneve shkencore, kalimi në praktikën klinike kërkon kërkime shtesë.

Si po zhvillohet aktualisht bashkëpunimi midis Institutit Max Planck dhe Universitetit ITMO? Çfarë rezultatesh të përbashkëta keni arritur tashmë?

Puna po ecën shumë mirë. Tani ai është duke punuar me ne, një student i diplomuar nga Universiteti ITMO. Kohët e fundit kemi botuar një artikull në një revistë kryesore mbi zhvillimet teknike në MRI. Në këtë punë, ne vërtetuam eksperimentalisht studimet e mëparshme teorike për të përmirësuar ndjeshmërinë e sensorëve RF me fushë të lartë duke përdorur antena dipole të modifikuara dhe të optimizuara. Rezultati i kësaj pune, për mendimin tim, doli të ishte shumë premtues.

Tani po punojmë edhe për disa artikuj të tjerë që i kushtohen përdorimit të metodave të ngjashme, por për detyra të tjera. Dhe së fundmi Georgy mori një grant për të udhëtuar në Gjermani. Muajin tjetër ai vjen tek ne për gjashtë muaj, dhe ne do të vazhdojmë të punojmë së bashku për zhvillimin e mëtejshëm të sensorëve për MRI.

Këtë javë keni zhvilluar një kurs special në programin master “Sistemet dhe pajisjet e frekuencave radiofonike”. Cilat janë temat kryesore që keni trajtuar?

Kursi mbulon aspekte të ndryshme teknike të zhvillimit të sensorëve MRI. Ka shumë ndërlikime që duhet të njihen në këtë fushë, kështu që unë kam paraqitur një sërë teknikash bazë që përdoren për projektimin dhe prodhimin e këtyre sensorëve. Përveç kësaj, kam paraqitur një leksion mbi zhvillimet e mia të fundit. Në total, kursi përfshin tetë leksione me dy orë akademike, të cilat janë të dizajnuara për katër ditë. Ekziston gjithashtu një demonstrim në fund për të ndihmuar në shpjegimin më të qartë të këtyre teknikave.

Studentët e masterit janë aktualisht në procesin e zgjedhjes së drejtimit të tyre të ardhshëm, kështu që mendoj se ky kurs do t'u japë atyre informacion shtesë për të vlerësuar perspektivat e tyre.

Dhe nëse flasim në përgjithësi për arsimin në fushën e teknologjive MRI, cilat njohuri dhe aftësi, sipas mendimit tuaj, kërkohen kryesisht nga specialistë të tillë sot?

Përkundër faktit se fusha jonë tani është bërë shumë e njohur dhe premtuese për përdorim në diagnostikimin klinik, aktualisht nuk ka kurse inxhinierike që do të trajnonin specialistë shumë të specializuar të përfshirë në prodhimin e mbështjelljeve MRI. Është krijuar një hendek. Dhe mendoj se së bashku mund ta plotësojmë.

Elena Menshikova

Redaksia e portalit të lajmeve