Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme. Nikolai Avdievich - yeni MRI cihazları ve yetenekleri hakkında Beynin fonksiyonel manyetik rezonans görüntülemesi

TEKNOLOJİLER

EI Kremneva, R.N. Konovalov, M.V. Krotenkova

Rusya Tıp Bilimleri Akademisi Nöroloji Bilim Merkezi (Moskova)

90'lardan beri. 20. yüzyılda, işlevsel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI), invaziv olmaması, radyasyona maruz kalmaması ve nispeten yaygın kullanımı nedeniyle beynin işlevsel alanlarını haritalamak için önde gelen yöntemlerden biridir. Bu tekniğin özü, nöronal aktiviteye yanıt olarak hemodinamik değişiklikleri ölçmektir (BOLD etkisi). Bir fMRI deneyinin başarısı için şunlar gereklidir: uygun teknik desteğin mevcudiyeti (yüksek alan MRI tomografisi, görevleri gerçekleştirmek için özel ekipman), optimal bir çalışma tasarımının geliştirilmesi ve elde edilen verilerin sonradan işlenmesi . Şu anda, teknik sadece bilimsel amaçlar için değil, aynı zamanda pratik tıpta da kullanılmaktadır. Bununla birlikte, özellikle çeşitli patolojileri olan hastalarda fMRI yapılırken bazı sınırlamalar ve kontrendikasyonlar her zaman akılda tutulmalıdır. Çalışmanın doğru planlanması ve sonuçlarının yorumlanması için çeşitli uzmanları dahil etmek gerekir: fMRI multidisipliner bir teknik olduğundan nöroradyologlar, biyofizikçiler, nörologlar, psikologlar.

Anahtar Sözcükler: fMRI, BOLD kontrastı, çalışma tasarımı, son işlem

Yüzyıllar boyunca bilim adamları ve doktorlar insan beyninin nasıl çalıştığıyla ilgilendiler. Bilimsel ve teknolojik ilerlemenin gelişmesiyle birlikte bu gizemin perdesini kaldırmak mümkün hale geldi. Ve manyetik rezonans görüntüleme (MRI) gibi invazif olmayan bir yöntemin icadı ve klinik pratiğe girişi özellikle değerli hale geldi. MRG nispeten genç bir yöntemdir: ilk ticari 1.5 T tomografi ancak 1982'de çalışmaya başlamıştır. Ancak, 1990'da yöntemin sürekli teknik gelişimi, onun yalnızca beynin yapısal özelliklerini incelemek için değil, aynı zamanda beynin yapısal özelliklerini incelemek için de kullanılmasını mümkün kılmıştır. işleyişini inceleyin. Bu yazıda, beynin çeşitli işlevsel alanlarının haritalanmasına izin veren bir tekniğe odaklanacağız - işlevsel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI).

fMRI tekniğinin temel ilkeleri_

fMRI, nöronal aktivite ile ilişkili hemodinamik yanıtı (kan akışındaki değişiklik) ölçen bir MRI tekniğidir. İki ana konsepte dayanır: nörovasküler etkileşim ve BOLD kontrast.

fMRI, nöronların elektriksel aktivitesini doğrudan görmenize izin vermez, ancak kan akışındaki yerel bir değişiklik yoluyla dolaylı olarak yapar. Bu, nörovasküler etkileşim fenomeni nedeniyle mümkündür - yakındaki nöronların aktivasyonuna yanıt olarak kan akışında bölgesel bir değişiklik. Bu etki, nöronlarda, onları çevreleyen glialarda (astrositler) ve damar duvarının endotelinde meydana gelen karmaşık bir birbiriyle ilişkili reaksiyonlar dizisi aracılığıyla elde edilir, çünkü artan aktivite ile nöronlar kan akışıyla getirilen daha fazla oksijene ve besine ihtiyaç duyar. fMRI tekniği, hemodinamideki değişiklikleri doğrudan değerlendirmeyi mümkün kılar.

Bu, 1990 yılında Seiji Ogawa ve Bell Laboratories'deki (ABD) meslektaşlarının MRI kullanarak beyin fizyolojisini incelemek için BOLD kontrastının kullanılmasını önermesiyle mümkün oldu. Keşifleri bir çağın başlangıcı oldu.

modern fonksiyonel nörogörüntüleme ve çoğu fMRI çalışmasının temelini oluşturdu. BOLD kontrastı (kelimenin tam anlamıyla - kandaki oksijenlenme düzeyine bağlıdır, kandaki oksijenlenme düzeyine bağlıdır), deoksihemoglobin yüzdesine bağlı olarak gradyan dizileri kullanan görüntülerdeki MR sinyalindeki farktır. Deoksihemoglobin, çevre dokulardan farklı manyetik özelliklere sahiptir ve bu, tarandığında manyetik alanın yerel olarak bozulmasına ve "gradyan eko" dizisindeki sinyalde bir azalmaya yol açar. Nöronların aktivasyonuna yanıt olarak kan akışındaki artışla, deoksihemoglobin dokulardan yıkanır ve yerini, çevre dokulara manyetik özelliklerde benzer olan oksijenli kan alır. Daha sonra alan bozukluğu azalır ve sinyal baskılanmaz - ve yerel amplifikasyonunu görürüz (Şekil 1A).

Bu nedenle, yukarıdakilerin hepsini özetleyerek, fMRI'nin genel şeması şu şekilde temsil edilebilir: bir uyaranın eylemine yanıt olarak nöronların aktivasyonu ve metabolik gereksinimlerindeki bir artış, kaydedilen kan akışında yerel bir artışa yol açar. BOLD sinyali şeklinde fMRI sırasında - nöronal aktivitenin ve hemodinamik tepkinin ürünü ( Şekil 1B).

pilav. 1: A - farelerin kanındaki oksijen yüzdesindeki bir değişiklikle Oda\ha deneyindeki VOS kontrastının şematik gösterimi; sıradan hava (% 21 oksijen) solunduğunda, kortekste (şeklin üst kısmında), artan deoksihemoglobin içeriğine sahip damarlara karşılık gelen sinyal azalma alanları belirlenir; saf oksijen solunduğunda, serebral korteksten homojen bir MR sinyali not edilir (şeklin alt kısmında); B - VOS sinyalinin oluşumu için genel şema

Deney planlama

Bir fMRI çalışması yapmak için, yüksek alanlı bir MRI tomografisine (manyetik alan endüksiyon değeri 1,5 T ve daha yüksek), tarama sırasında görevleri gerçekleştirmek için çeşitli ekipmanlara (kulaklık, video gözlük, projektör, çeşitli uzaktan kumandalar ve konulardan geri bildirim almak için oyun çubukları vb.). Önemli bir faktör, öznenin işbirliği yapma isteğidir.

Şematik olarak, tarama işleminin kendisi (görsel stimülasyon örneğinde) aşağıdaki gibidir (Şekil 2): ​​özne tomografide; başının üzerine sabitlenmiş özel bir ayna sistemi aracılığıyla, bir video projektör aracılığıyla ekranda görüntülenen görüntülere erişebilir. Geri bildirim için (görevde ima edilmişse), hasta uzaktan kumandadaki bir düğmeye basar. Uyaranların sağlanması ve görevin kontrolü, kontrol odasındaki konsol kullanılarak gerçekleştirilir.

Konunun gerçekleştirdiği görevler farklı olabilir: belirlenen hedeflere bağlı olarak görsel, bilişsel, motor, konuşma vb. Bir görevde iki ana uyaran sunumu türü vardır: bloklar şeklinde - bir blok tasarımı ve ayrı farklı uyaranlar şeklinde - ayrı bir tasarım (Şekil 3). Bu seçeneklerin her ikisinin bir kombinasyonu da mümkündür - karma bir tasarım.

Özellikle motor görevler için en yaygın kullanılanı, aynı uyaranların birbiri ile dönüşümlü olarak bloklar halinde toplandığı blok tasarımıdır. Bir örnek, bir lastik topu (her sıkma ayrı bir uyarıcıdır) belirli bir süre (ortalama 20-30 s) boyunca aynı süredeki dinlenme dönemleriyle dönüşümlü olarak sıkma görevidir. Bireysel BOLD sinyalleri toplandığından, bu tasarım en yüksek istatistiksel güce sahiptir. Bununla birlikte, kural olarak, hastalar için öngörülebilirdir ve tek bir uyarana verilen yanıtın değerlendirilmesine izin vermez ve bu nedenle bazı görevler, özellikle bilişsel görevler için uygun değildir.

pilav. 2: fMRI deneyinin şeması (değişikliklerle http://psychology.uwo.ca/fmri4newbies adresinden uyarlanmıştır)

bloklu

Ayrık (olayla ilgili)

A 11 i A D1 iil iiitU I I,

pilav. 3: Ana fMRI çalışma tasarımı türleri

Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme

Bunun için uyaranların farklı zaman aralıklarında kaotik bir şekilde verildiği ayrık bir tasarım vardır. Örneğin, arachnophobia'lı bir özneye, aralarında zaman zaman bir örümceğin görüntülerinin göründüğü, hoş olmayan uyaranlara yanıt olarak beyin aktivasyonunu değerlendirmeyi mümkün kılan nötr görüntüler (çiçekler, binalar vb.) gösterilir. Bir blok tasarımıyla bu zor olacaktır: birincisi, denek bir bloğun ne zaman görüneceğini bilir ve buna önceden hazırlanır ve ikincisi, aynı uyaran uzun süre sunulursa buna verilen tepki donuklaşır. Gönüllülere çeşitli ürün seçenekleri (ambalajları, şekilleri, renkleri) gösterildiğinde ve bilinçsiz tepkilerinin gözlemlendiği fMRI'da yalan dedektörü olarak veya pazarlama araştırmalarında kullanılabilecek ayrık tasarımdır.

Böylece görevin tasarımını seçtik, taradık. Sonuç olarak ne elde ederiz? Birincisi, görev sırasında beyin maddesinin tüm hacminin birden çok tekrarlanan taraması olan "gradyan yankı" dizisindeki bir 4B işlevsel veri dizisidir. İkincisi, yüksek çözünürlüklü 3D anatomik veri hacmi: örneğin, 1 x 1 x 1 mm (Şekil 4). İkincisi, işlevsel verilerin düşük bir uzamsal çözünürlüğe sahip olması nedeniyle, aktivasyon bölgelerinin doğru şekilde haritalanması için gereklidir.

Rötuş_

Beynin çeşitli koşullar altında aktivasyon alanlarındaki MR sinyalindeki değişiklikler sadece% 3-5'tir, insan gözü için anlaşılmazdır. Bu nedenle, ayrıca, elde edilen fonksiyonel veriler istatistiksel analize tabi tutulur: MR sinyalinin yoğunluğunun zamana bağlı bir eğrisi, çeşitli durumlarda - deneysel (uyaran kaynağı) ve kontrol - her görüntü voksel için oluşturulur. Sonuç olarak, anatomik verilerle birleştirilmiş istatistiksel bir aktivasyon haritası elde ederiz.

Ancak böyle bir analizi doğrudan yapmadan önce, tarama sonunda elde edilen “ham” verileri hazırlamak ve deneysel görevle ilgili olmayan sonuçların değişkenliğini azaltmak gerekir. Hazırlama algoritması çok aşamalı bir süreçtir ve sonuçların yorumlanmasında olası arıza ve hataların anlaşılması açısından oldukça önemlidir. Şu anda çeşitli programlar var

Ø -.V w<# %>

40 4"r h® F W

pilav. 4: Tarama sonunda elde edilen fonksiyonel (A) ve anatomik (B) veriler serisi

Hem MRI tomografi üreticileri hem de bağımsız fMRI araştırma laboratuvarları tarafından üretilen, elde edilen verilerin ön işlenmesi için yazılım. Ancak, kullanılan yöntemlerdeki, adlarındaki ve veri sunumlarındaki farklılıklara rağmen, tüm hazırlık aşamaları birkaç temel adıma iner.

1. Deneğin baş hareketinin düzeltilmesi. Görevleri yerine getirirken, kafayı sabitlemek için çeşitli cihazların (maskeler, kafa bobinindeki kelepçeler vb.) kullanılmasına rağmen bu kaçınılmazdır. Minimal hareket bile, özellikle başın hareketi deneysel görevin performansıyla ilişkiliyse, ardışık veri hacimleri arasında MR sinyalinin yoğunluğunda belirgin bir yapay değişikliğe yol açabilir. Bu durumda, konunun hareket etmesi sonucu ortaya çıkan "gerçek" BOLD aktivasyonu ile "yapay" aktivasyonu ayırt etmek zordur (Şekil 5).

Başın optimum yer değiştirmesi olarak genellikle 1 mm'den fazla alınmaması kabul edilir. Bu durumda, tarama düzlemine dik yer değiştirme (“baş-bacaklar” yönü), sonuçların istatistiksel olarak doğru işlenmesi için tarama düzlemindeki yer değiştirmeye göre önemli ölçüde daha kötüdür. Bu aşamada katı cisim dönüşüm algoritması kullanılır - nesnenin yalnızca konumunun ve yönünün değiştiği ve boyutunun veya şeklinin sabit olduğu bir uzamsal dönüşüm. Uygulamada, işleme şu şekildedir: görüntülerin referans (genellikle ilk) işlevsel hacmi seçilir ve sonraki tüm işlevsel hacimler, kağıt sayfalarını bir yığın halinde hizalamamıza benzer şekilde matematiksel olarak onunla birleştirilir.

2. İşlevsel ve anatomik verilerin birlikte kaydı.

Öznenin başının pozisyonundaki farklılıklar en aza indirilir. Aktivasyon bölgelerinin daha sonra lokalizasyonu olasılığı için yüksek çözünürlüklü anatomik verilerin ve çok düşük çözünürlüklü fonksiyonel verilerin bilgisayarda işlenmesi ve karşılaştırılması da gerçekleştirilir.

pilav. 5: Motor paradigmasını gerçekleştirirken tarama sırasında hasta kafasının yer değiştirmesine örnek. Şeklin üst kısmında, deneğin baş hareketinin karşılıklı olarak üç dikey düzlemde bir grafiği vardır: ortadaki eğri, hastanın z ekseni ("baş-bacaklar" yönü) boyunca yer değiştirmesini yansıtır ve açıkça sapmaktadır. Hareketin başında ve sonunda. Alt kısımda - hareket düzeltmesi olmadan aynı konunun aktivasyonunun istatistiksel haritaları. Hareketten kaynaklanan tipik eserler, beyin maddesinin kenarı boyunca yarım daire şeklinde belirlenir.

Ek olarak, farklı tarama modlarıyla ilişkili farklılıklar en aza indirilir (genellikle işlevsel veriler için bu, anatomik veriler için "gradyan eko" modudur, T1). Bu nedenle, gradyan eko modu, yüksek çözünürlüklü yapısal görüntülere kıyasla görüntünün eksenlerden biri boyunca biraz gerilmesini sağlayabilir.

3. Mekansal normalleştirme. İnsan beyninin şeklinin ve boyutunun oldukça değişken olduğu bilinmektedir. Farklı hastalardan elde edilen verileri karşılaştırmak ve tüm grubu bir bütün olarak işlemek için matematiksel algoritmalar kullanılır: sözde afin dönüşüm. Bu durumda, beynin ayrı bölgelerinin görüntüleri dönüştürülür - germe, sıkıştırma, germe vb. - daha sonra yapısal verilerin tek bir uzamsal koordinat sistemine indirgenmesi ile.

Şu anda, fMRI'de en yaygın olanı iki uzamsal koordinat sistemidir: Taleras sistemi ve Montreal Nöroloji Enstitüsü sistemi. İlki, 1988 yılında Fransız beyin cerrahı Jean Talairach tarafından, 60 yaşındaki bir Fransız kadının beyninin ölüm sonrası ölçümlerine dayanarak geliştirildi. Daha sonra ön ve arka komissürleri birleştiren referans çizgisine göre beynin tüm anatomik bölgelerinin koordinatları verildi. Bu stereotaksik alana herhangi bir beyin yerleştirilebilir ve ilgi alanları üç boyutlu bir koordinat sistemi (x, y, z) kullanılarak tanımlanabilir. Böyle bir sistemin dezavantajı, verilerin yalnızca bir beyin için olmasıdır. Bu nedenle, daha popüler olan sistem, 152 Kanadalıdan alınan toplam T1 görüntü verilerinin hesaplanmasına dayalı olarak Montreal Nöroloji Enstitüsünde (MNI) geliştirilen sistemdir.

Her iki sistem de ön ve arka komissürleri birleştiren hattan referans alınsa da, bu sistemlerin koordinatları, özellikle beynin dışbükey yüzeylerine yaklaştıkça aynı değildir. Elde edilen sonuçlar diğer araştırmacıların çalışmalarının verileriyle karşılaştırılırken bu akılda tutulmalıdır.

Böyle bir durumda fMRI'nin amacı, belirli bir hastada bu bölgelerin konumunu doğru bir şekilde değerlendirmek olduğundan, bu işleme aşamasının beyin cerrahisinde fonksiyonel aktivasyon bölgelerinin ameliyat öncesi haritalanması için kullanılmadığına dikkat edilmelidir.

4. Düzleştirme. Mekansal normalleştirme hiçbir zaman kesin değildir, bu nedenle homolog bölgeler ve dolayısıyla aktivasyon bölgeleri birbirine %100 karşılık gelmez. Bir grup öznede benzer aktivasyon bölgelerinin uzamsal örtüşmesini sağlamak, sinyal-gürültü oranını iyileştirmek ve böylece verilerin güvenilirliğini artırmak için bir Gauss yumuşatma işlevi uygulanır. Bu işleme aşamasının özü, her konunun aktivasyon bölgelerinin "bulanıklaşması" ve bunun sonucunda grup analizinde örtüşme alanlarının artmasıdır. Dezavantajı, uzamsal çözünürlüğün kaybolmasıdır.

Şimdi, son olarak, doğrudan istatistiksel analize geçebiliriz, bunun sonucunda aktivasyon bölgeleri hakkında anatomik verilerin üzerine bindirilmiş renkli haritalar şeklinde veriler elde ederiz. Aynı veriler

Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme

İstatistikler: arama hacmi için ayarlanan p-değer/u'lar

set seviyesi lsotroplc olmayan ayarlanmış küme seviyesi voksel seviyesi

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

^ bağlantılı "E ^ düzeltilmemiş PFWE-con ^ FDR-con T (Y ^ bağlantısız)

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

pilav. Şekil 6: İstatistiksel sonradan işleme sonuçlarının sunumuna bir örnek. Solda - motor paradigmanın yürütülmesi sırasında aktivasyon bölgeleri (sağ işaret parmağını kaldırma - alçaltma), beynin hacimsel rekonstrüksiyonu ile birlikte. Sağ - her aktivasyon bölgesi için istatistikler

aktivasyon bölgesinin istatistiksel önemini, hacmini ve stereotaksik uzaydaki koordinatlarını gösteren dijital formatta sunulmalıdır (Şekil 6).

fMRI uygulaması_

fMRI ne zaman yapılır? İlk olarak, tamamen bilimsel amaçlar için: bu, normal beyin ve onun işlevsel asimetrisinin incelenmesidir. Bu teknik, araştırmacıların beyin fonksiyonlarını haritalandırmaya olan ilgisini yeniden canlandırdı: İstilacı müdahalelere başvurmadan, beynin hangi bölgelerinin belirli bir süreçten sorumlu olduğu görülebilir. Belki de en büyük atılım, dikkat, hafıza ve yürütme işlevleri dahil olmak üzere daha yüksek bilişsel süreçleri anlamada yapılmıştır. Bu tür çalışmalar, fMRI'nin tıp ve nörobilimden uzak pratik amaçlarla (yalan dedektörü olarak, pazarlama araştırmalarında vb.) kullanılmasını mümkün kılmıştır.

Ek olarak, fMRI pratik tıpta aktif olarak kullanılmaktadır. Şu anda bu teknik, beyin kitleleri veya tedavi edilemeyen epilepsi için nöroşirürjik müdahalelerden önce ana fonksiyonların (motor, konuşma) ameliyat öncesi haritalandırılması için klinik uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. ABD'de resmi bir belge bile var - Amerikan Radyoloji Koleji ve Amerikan Nöroradyoloji Derneği tarafından derlenen ve tüm prosedürü ayrıntılı olarak açıklayan pratik bir kılavuz.

Araştırmacılar ayrıca fMRI'yi çeşitli nörolojik ve psikiyatrik hastalıklarda rutin klinik uygulamaya sokmaya çalışıyorlar. Bu alandaki çok sayıda çalışmanın temel amacı, beynin işleyişindeki değişiklikleri, alanlarından birine veya diğerine verilen hasara yanıt olarak değerlendirmektir - bölgelerin kaybı ve (veya) değiştirilmesi, yer değiştirmeleri vb. devam eden ilaç tedavisine yanıt olarak aktivasyon bölgelerinin yeniden yapılandırılmasının gözlemlenmesi, terapi ve/veya rehabilitasyon önlemleri.

Nihayetinde, çeşitli kategorilerdeki hastalar üzerinde gerçekleştirilen fMRI çalışmaları, bozulmuş fonksiyonların restorasyonu için fonksiyonel kortikal yeniden düzenlemenin çeşitli varyantlarının prognostik değerinin belirlenmesine ve optimal tedavi algoritmalarının geliştirilmesine yardımcı olabilir.

Olası çalışma başarısızlıkları_

Bir fMRI planlarken, çeşitli kontrendikasyonlar, sınırlamalar ve olası durumlar daima akılda tutulmalıdır.

hem sağlıklı gönüllülerden hem de hastalardan elde edilen verilerin yorumlanmasındaki hata kaynakları.

Bunlar şunları içerir:

Nörovasküler etkileşimi ve hemodinamiği etkileyen herhangi bir faktör ve sonuç olarak BOLD kontrastı; bu nedenle, serebral kan akışındaki olası değişiklikleri, örneğin vazoaktif ilaçlar alarak baş ve boynun ana arterlerinin tıkanması veya şiddetli darlığı nedeniyle her zaman hesaba katmak gerekir; bozulmuş otoregülasyon nedeniyle malign gliomaları olan bazı hastalarda BOLD yanıtının azaldığına ve hatta tersine çevrildiğine dair bilinen gerçekler vardır;

Herhangi bir MRG çalışmasında ortak olan konuda kontrendikasyonların varlığı (kalp pili, klostrofobi vb.);

Kafatasının yüz (beyin) bölgelerindeki metal yapılar (çıkarılamaz takma dişler, klipsler, plakalar vb.), "gradyan yankı" modunda belirgin eserler verir;

Görev sırasında öznenin işbirliği eksikliği (zorluğu), hem bilişsel durumu hem de görme, işitme vb.

görevlerin yerine getirilmesi sırasında konunun ifade edilen hareketi;

Yanlış planlanmış çalışma tasarımı (bir kontrol görevinin seçimi, blokların süresi veya tüm çalışma vb.);

Ortaya çıkan aktivasyon bölgelerini karşılaştırabilmek için, özellikle klinik fMRI için ve bir grup insanın veya aynı öznenin dinamik olarak incelenmesinde önemli olan görevlerin dikkatli bir şekilde geliştirilmesi; görevler tekrarlanabilir olmalı, yani çalışmanın tüm süresi boyunca aynı olmalı ve tüm deneklerin tamamlaması için mevcut olmalıdır; hareketle ilgili görevleri kendi başlarına yerine getiremeyen hastalar için olası bir çözüm, uzuvları hareket ettirmek için çeşitli cihazlar kullanan pasif paradigmaların kullanılmasıdır;

Yanlış tarama parametreleri seçimi (yankı süresi - TE, tekrarlama süresi - TR);

Çeşitli aşamalarda yanlış ayarlanmış veri işleme sonrası parametreleri;

Elde edilen istatistiksel verilerin hatalı yorumlanması, aktivasyon bölgelerinin yanlış haritalanması.

Çözüm

Yukarıdaki sınırlamalara rağmen, fMRI, yüksek uzamsal çözünürlük ve non-invazivlik avantajlarını intravenöz kontrast madde ihtiyacının olmaması ile birleştiren önemli ve çok yönlü modern bir beyin görüntüleme tekniğidir.

amplifikasyon ve radyasyona maruz kalma. Bununla birlikte, bu teknik çok karmaşıktır ve fMRI ile çalışan bir araştırmacıya verilen görevleri başarıyla tamamlamak için, yalnızca nöroradyologları değil, aynı zamanda biyofizikçileri, nörofizyologları, psikologları, konuşma terapistlerini, klinik pratisyenleri ve matematikçileri de içeren çok disiplinli bir yaklaşım gereklidir. çalışma. Ancak bu durumda fMRI'nin tüm potansiyelini kullanmak ve gerçekten benzersiz sonuçlar elde etmek mümkündür.

Kaynakça

1. Ashburner J., Friston K. Çok modlu görüntü eş kayıt ve bölümleme - birleşik bir çerçeve. Beyin Görüntüsü 1997; 6(3):209-217.

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

3. Chen C.M., HouB.L., Holodny A.I. Gliomalı hastaların ameliyat öncesi değerlendirmesinde yaş ve tümör derecesinin BOLD fonksiyonel MR görüntülemeye etkisi. Radyoloji 2008; 3:971-978.

4. Filippi M. fMRI teknikleri ve protokolleri. Humana basını 2009: 25.

5. Friston KJ, Williams S., Howard R. et al. fMRI zaman serisinde hareketle ilgili etkiler. Magn. yankı. Med. 1996; 35:346-355.

6. Glover, G.H., Lai S. Kendi kendine yönlendirilen spiral fMRI: Aralıklıya karşı tek atış. Magn. yankı. Med. 1998; 39:361-368.

7. Haller S, Bartsch A.J. fMRI'daki tuzaklar. Avro. Radyol. 2009; 19:2689-2706.

8. Hsu Y.Y., Chang C.N., Jung S.M. et al. Nefes tutma sırasında serebral gliomaların kan oksijenasyon düzeyine bağlı MRG'si. J Magn. Rezon Görüntüleme 2004; 2:160-167.

9. Huettel S.A., Song A.W., McCarthy G. Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme. Sinauer Ortakları A.Ş. 2004: 295-317.

10. Ogawa S., Lee T.M. Yüksek alanlarda kan damarlarının manyetik rezonans görüntüleme: in vivo ve in vitro ölçümler ve görüntü simülasyonları. Magn. yankı. Med. 1990; 16(1):9-18.

Manyetik rezonans görüntüleme birçok hastalığın teşhisinde vazgeçilmezdir ve iç organ ve sistemlerin detaylı bir şekilde görüntülenmesini sağlar.

Moskova'daki NAKFF kliniğinin MRI bölümü, açık tünel tasarımına sahip yüksek alanlı Siemens MAGNETOM Aera tomografi cihazı ile donatılmıştır. Tomografinin gücü 1.5 Tesla'dır. 200 kg'a kadar olan kişilerin muayenesine olanak sağlayan cihaz, aparatın tünel genişliği (açıklık) 70 cm beyindir. Teşhis maliyeti karşılanabilirken, elde edilen sonuçların değeri inanılmaz derecede yüksektir. Toplamda 35'ten fazla manyetik rezonans çalışması yapılmaktadır.

MRI teşhisinden sonra, doktor hastayla bir konuşma yapar ve kayıtlı bir disk verir. Sonuç e-posta ile gönderilir.

Eğitim

Manyetik rezonans görüntüleme çalışmalarının çoğu özel eğitim gerektirmez. Ancak örneğin karın ve pelvik organların MR'ı için tetkikten 5 saat önce yemek ve içmekten kaçınılması önerilir.

Manyetik rezonans görüntüleme merkezini ziyaret etmeden önce (tetkik günü) herhangi bir metal unsur içermeyen rahat kıyafetler giymelisiniz.

Kontrendikasyonlar

Manyetik rezonans görüntülemeye kontrendikasyonlar, çalışma sırasında elektronik ve metalleri etkileyebilecek güçlü bir manyetik alanın oluşmasından kaynaklanmaktadır. Buna dayanarak, MRI için mutlak bir kontrendikasyon, aşağıdakilerin varlığıdır:

• kalp pili;
• nörostimülatör;
• elektronik orta kulak implantı;
• gemilerde metal klipsler;
• insülin pompaları.

Takılı kalp pili, nörostimülatör, elektronik orta kulak implantı, damarlara metal klipsler, insülin pompaları.

Kısıtlamalar

Takılı büyük metal yapılarınız varsa (örneğin, eklem endoprotezi), MRG gerçekleştirme olasılığını ve güvenliğini onaylayan bir belgeye ihtiyacınız olacaktır. Bu, implant için bir sertifika (genellikle ameliyattan sonra verilir) veya müdahaleyi yapan cerrahtan bir sertifika olabilir. Bu yapıların çoğu, işleme müdahale etmeyen tıbbi titanyumdan yapılmıştır. Ancak, her durumda, çalışmadan önce, radyoloji bölümünün doktoruna vücuttaki yabancı cisimlerin varlığından bahsedin - ağız boşluğundaki taçlar, piercingler ve hatta dövmeler (ikincisinde metal içeren boyalar kullanılabilir) ).

Manyetik rezonans görüntülemenin fiyatı, vücudun incelenen kısmına ve ek prosedürlere olan ihtiyaca (örneğin, kontrast eklenmesi) bağlıdır. Yani beyin MR'ı tek elin tomografisinden daha pahalıya mal olacak. Moskova'da telefonla bir eğitim için kaydolun: +7 495 266-85-01 veya web sitesinde bir istek bırakın.

Araştırmacıya görüş alanına giren bir organ, doku veya başka bir cismin anatomik yapısı hakkında birçok bilgi verir. Ancak, devam eden süreçlerin tam bir resmini oluşturmak için fonksiyonel aktivite hakkında yeterli veri yoktur. Ve bunun için sadece BOLD-fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme vardır (BOLD - kan oksijenasyon düzeyine bağlı kontrast veya kan oksijen doygunluğunun derecesine bağlı olarak kontrast).

BOLD fMRI, beyin aktivitesini belirlemek için en yaygın kullanılan ve yaygın olarak bilinen yöntemlerden biridir. Aktivasyon, yerel kan akışındaki oksijenli (oksijenle zenginleştirilmiş) ve deoksijenli (oksijen açısından fakir) hemoglobin bağıl konsantrasyonundaki bir değişiklikle birlikte yerel kan akışında bir artışa yol açar.

Şekil 1.şema reaksiyonlar serebral kan akışı içinde Cevap üzerinde heyecan nöronlar.

Oksijensiz kan paramanyetiktir (manyetikleşebilen bir madde) ve MRI sinyal seviyesinde bir düşüşe yol açar. Beyin bölgesinde daha fazla oksijenli kan varsa, MR sinyalinin seviyesi artar. Böylece kandaki oksijen, endojen bir kontrast madde görevi görür.

İncir. 2.Ses serebral Kan temini (a) ve GÖZÜ PEK-Cevap fMRI (b) de aktivasyon öncelik motor bağırmakinsan. sinyal geçer içinde 4 aşamalar. 1 sahne – Nedeniyle aktivasyon nöronlar yükselir tüketimoksijen, artışlar tutar oksijensiz kan, GÖZÜ PEK— sinyal bir miktar azalır (üzerinde çizelgeolumsuzluk gösterilen, azalmak önemsiz). Gemiler genişleyen, Nedeniyle ne birçok azalırKan temini serebral kumaşlar. Sahne 2 – uzun süreli arttırmak sinyal. Potansiyel hareketler nöronlarbiter, ancak akış oksijenli kan artışlar atalet olarak, Belki Nedeniyle darbebiyokimyasal işaretçiler hipoksi. Sahne 3 – uzun süreli reddetmek sinyal Nedeniyle normalleşmeKan temini. 4 sahne – uyaran sonrası durgunluk – aranan yavaş restorasyon ilkKan temini.

Korteksin belirli bölgelerindeki nöronların çalışmasını harekete geçirmek için özel aktive edici görevler vardır. Görev tasarımı genellikle iki türdendir: "blok" ve "olayla ilgili". Her tip, iki alternatif fazın varlığını varsayar - aktif durum ve dinlenme. Klinik fMRI'de, "blok" tipindeki görevler daha sık kullanılır. Bu tür alıştırmaları gerçekleştiren kişi, aynı veya eşit olmayan sürelerdeki ON- (aktif durum) ve OFF- (dinlenme durumu) dönemlerini değiştirir. Örneğin, el hareketlerinden sorumlu korteks alanı belirlenirken, görevler, ortalama olarak yaklaşık 20 saniye süren, dönüşümlü parmak hareketleri ve hareketsizlik sürelerinden oluşur. Adımlar, fMRI sonucunun doğruluğunu artırmak için birkaç kez tekrarlanır. "Olayla ilgili" görev durumunda, özne kısa bir eylem gerçekleştirir (örneğin, yumruğunu yutmak veya sıkmak), ardından bir dinlenme süresi gelirken, eylemler, blok tasarımının aksine, düzensiz bir şekilde değişir ve tutarsız

Uygulamada BOLD fMRI, tümörlerin rezeksiyonunun (çıkarılmasının) preoperatif planlanmasında, vasküler malformasyonların teşhisinde, şiddetli epilepsi formları ve diğer beyin lezyonları için yapılan operasyonlarda kullanılır. Beyin ameliyatı sırasında, lezyonu olabildiğince doğru bir şekilde çıkarmak ve aynı zamanda beynin işlevsel olarak önemli komşu bölgelerine gereksiz zarar vermekten kaçınmak önemlidir.

Şek. 3.

a – 3 boyutlu MR— görüntü kafa beyin. Ok belirtilen yer motor bağırmak içindemerkezi olmayan girus.

b – harita fMRI—aktivite beyin içinde merkezi olmayan girus de hareket el.

Yöntem, özellikle erken evrelerde Alzheimer ve Parkinson gibi dejeneratif hastalıkların araştırılmasında çok etkilidir. İyonlaştırıcı radyasyon ve radyoopak ajanların kullanımını içermez, ayrıca non-invazivdir. Bu nedenle uzun süreli ve düzenli fMRI incelemelerine ihtiyaç duyan hastalar için oldukça güvenli kabul edilebilir. fMRI, epileptik nöbet oluşum mekanizmalarını incelemek için kullanılabilir ve dirençli frontal lob epilepsisi olan hastalarda fonksiyonel korteksin çıkarılmasını önler. İnmelerden sonra beyin iyileşmesini izlemek, ilaçların veya diğer terapilerin etkilerini incelemek, psikiyatrik tedaviyi izlemek ve izlemek - bu, fMRI'nin olası uygulamalarının tam listesi değildir. Ek olarak, karmaşık veri işlemenin, beyin ağlarının dinlenme halindeyken çalıştığını görmenize izin verdiği dinlenme halindeki fMRI da vardır.

kaynaklar:

1. fMRI BOLD sinyalinin nöral kökenlerini ne kadar iyi anlıyoruz? Owen J.Arthur, Simon Boniface. EĞİLİMLER Nörobilimler Cilt 25 Sayı 1 Ocak 2002
2. Fonksiyonel manyetik rezonans görüntülemenin (fMRI) fiziği R. B. Buxton. temsilci Prog. fizik 76 (2013)
3. Klinikte fonksiyonel manyetik rezonans görüntülemenin kullanımı. Bilimsel inceleme. Belyaev A., Peck Kyung K., Brennan N., Kholodny A. Rus elektronik radyoloji dergisi. Cilt 4 Sayı 1 2014
4. Beyin, Biliş, Zihin: Bilişsel Sinirbilime Giriş. Bölüm 2 . B. Baars, N. Gage. M.: Binom. 2014 sayfa 353-360.

Metin: Daria Prokudina

Kan akışı aktivitesindeki değişiklikler fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) ile kaydedilir. Yöntem, arterlerin lokalizasyonunu belirlemek, görme, konuşma, hareket merkezlerinin mikro sirkülasyonunu, diğer bazı fonksiyonel merkezlerin korteksini değerlendirmek için kullanılır. Haritalamanın bir özelliği, hastadan istenen beyin merkezinin aktivitesini artıran belirli görevleri (okuma, yazma, konuşma, bacaklarını hareket ettirme) gerçekleştirmesinin istenmesidir.

Son aşamada, yazılım, geleneksel katmanlı tomogramları ve fonksiyonel yüklü beyin görüntülerini özetleyerek bir görüntü oluşturur. Bilgi kompleksi, üç boyutlu bir model görüntüler. Uzamsal modelleme, uzmanların nesneyi ayrıntılı olarak incelemesine olanak tanır.

MRI spektroskopisi ile birlikte çalışma, patolojik oluşumların metabolizmasının tüm özelliklerini ortaya koymaktadır.

Fonksiyonel beyin MRG'nin ilkeleri

Manyetik rezonans görüntüleme, güçlü bir manyetik alana maruz kaldıktan sonra sıvı ortamdaki hidrojen atomlarının değişen radyo frekansını kaydetmeye dayanır. Klasik tarama, yumuşak doku bileşenlerini gösterir. Kan damarlarının görünürlüğünü artırmak için paramanyetik gadolinyum ile intravenöz kontrast uygulanır.

Fonksiyonel MRG, hemoglobinin manyetik etkisini hesaba katarak serebral korteksin bireysel alanlarının aktivitesini kaydeder. Madde, oksijen molekülünün dokulara geri dönmesinden sonra, radyo frekansı cihazın sensörleri tarafından toplanan bir paramanyete dönüşür. Beyin parankimine kan akışı ne kadar yoğun olursa, sinyal o kadar iyi olur.

Doku manyetizasyonu ayrıca glikoz oksidasyonu ile artar. Madde, nöronların doku solunumu süreçlerini sağlamak için gereklidir. Manyetik indüksiyondaki değişiklik, cihazın sensörleri tarafından kaydedilir ve yazılım uygulaması tarafından işlenir. Yüksek alanlı cihazlar, yüksek derecede kaliteli bir çözünürlük oluşturur. Tomogram üzerinde, çapı 0,5 mm'ye kadar olan detayların detaylı görüntüsü izlenebilmektedir.

Fonksiyonel MRG çalışması, yalnızca bazal gangliyonlardan, singulat korteksten, talamustan değil, aynı zamanda kötü huylu tümörlerden de bir sinyal kaydeder. Neoplazmaların, glikoz ve hemoglobinin formasyona girdiği kendi damar ağları vardır. Sinyal izleme, tümörün konturlarını, çapını, beyaz veya gri maddeye nüfuz etme derinliğini incelemenizi sağlar.

Beynin MRG'sinin fonksiyonel teşhisi, bir radyasyon teşhisi doktorunun yeterliliğini gerektirir. Korteksin farklı bölgeleri, farklı mikro dolaşım ile karakterize edilir. Hemoglobin ile doygunluk, glikoz sinyalin kalitesini etkiler. Oksijen molekülünün yapısı, atomlar için alternatif ikamelerin varlığı dikkate alınmalıdır.

Güçlü bir manyetik alan, oksijenin yarı ömrünü uzatır. Etki, cihazın gücü 1,5 Tesla'dan fazla olduğunda çalışır. Daha zayıf ayarlar, beynin işlevsel aktivitesini araştırmakta başarısız olamaz.

Tümöre giden kanın metabolik yoğunluğu en iyi şekilde 3 Tesla gücünde yüksek alan ekipmanı kullanılarak belirlenir. Yüksek çözünürlük, küçük bir odak kaydetmenize izin verecektir.

Sinyalin etkinliği bilimsel olarak "hemodinamik yanıt" olarak adlandırılır. Terim, 1-2 saniyelik aralıklarla nöral süreçlerin hızını tanımlamak için kullanılır. Dokulara kan temini, fonksiyonel çalışmalar için her zaman yeterli değildir. Sonucun kalitesi, ek glikoz uygulamasıyla iyileştirilir. Stimülasyondan sonra doygunluk zirvesi, tarama yapıldığında 5 saniye sonra gerçekleşir.

Beynin MRG'sinin fonksiyonel çalışmasının teknik özellikleri

MRG'nin fonksiyonel teşhisi, bir kişi tarafından belirli bir görevi yerine getirerek beyin aktivitesinin uyarılmasından sonra nöronların aktivitesinde bir artışa dayanır. Bir dış uyaran, belirli bir merkezin duyusal veya motor aktivitesinin uyarılmasına neden olur.

Alanı izlemek için, darbe eko-düzlemsel sırasına göre gradyan yankı modu etkinleştirilir.

MRG'deki çekirdek sinyalin analizi hızlı bir şekilde yapılır. Bir tomogramın kaydı, 100 ms'lik bir aralıkta gerçekleştirilir. Teşhis stimülasyondan sonra ve dinlenme döneminde yapılır. Yazılım, nöronal aktivite odaklarını hesaplamak için tomogramları kullanır ve güçlendirilmiş sinyal alanlarını, dinlenme halindeki beynin 3 boyutlu bir modeli üzerine bindirir.

Uzman hekimler için, bu tip MRG, diğer teşhis yöntemleriyle izlenemeyen patofizyolojik süreçler hakkında bilgi sağlar. Bilişsel işlevlerin incelenmesi, nöropsikologların zihinsel ve psikolojik hastalıkları ayırt etmesi için gereklidir. Çalışma, epileptik odakların doğrulanmasına yardımcı olur.

Son haritalama haritası, artan fonksiyonel uyarı alanlarından daha fazlasını gösterir. Resimler duyu-motor bölgelerini, işitsel konuşma aktivitesini patolojik odak etrafında görselleştiriyor.

Beyin kanallarının yerini gösteren haritaların oluşturulmasına traktografi denir. Ameliyatı planlamadan önce görsel, piramidal yolun konumunun işlevsel önemi, beyin cerrahlarının kesilerin konumunu doğru bir şekilde planlamasına olanak tanır.

fMRI neyi gösterir?

Serebral korteksin motor, duyusal, görsel ve işitsel alanlarının işleyişinin patofizyolojik temellerini incelemek gerektiğinde, fonksiyonel testlere sahip yüksek alanlı MRG, endikasyonlara göre reçete edilir. Nöropsikologlar araştırmayı konuşma, dikkat, hafıza ve bilişsel işlevleri bozulmuş hastalarda kullanırlar.

FMRI kullanılarak, ilk aşamada bir dizi hastalık tespit edilir - Alzheimer, Parkinson, multipl sklerozda demiyelinizasyon.

Farklı tıp merkezlerinde fonksiyonel teşhisler farklı birimlerde yapılmaktadır. Beynin MR'ının ne gösterdiğini bilir, doktor-teşhisçi. Muayeneden önce bir uzmana danışmak zorunludur.

Güçlü bir manyetik alan ile tarama yapılarak yüksek kaliteli sonuçlar elde edilir. Bir tıp merkezi seçmeden önce, kurulan cihazın türünü öğrenmenizi öneririz. Beynin işlevsel, yapısal bileşeni hakkında bilgi sahibi olması gereken bir uzmanın niteliği önemlidir.

Tıpta fonksiyonel MRI teşhisinin geleceği

Fonksiyonel araştırma son zamanlarda pratik tıbba girmiştir. Yöntemin imkanları yeterince kullanılmamaktadır.

Bilim adamları, fonksiyonel MRI kullanarak rüyaları görselleştirmek, düşünceleri okumak için teknikler geliştiriyorlar. Felçli insanlarla bir iletişim yöntemi geliştirmek için tomografi kullanılması gerekiyordu.

• sinirsel uyarılabilirlik;
• zihinsel aktivite;
• Serebral korteksin oksijen, glikoz ile doygunluk dereceleri;
• Kılcal damarlardaki deoksile edilmiş hemoglobin miktarı;
• Kan akışının genişleme alanları;
• Damarlardaki oksihemoglobin seviyesi.

Çalışmanın avantajları:

1. Yüksek kaliteli geçici resim;
2. 3 mm'nin üzerinde uzamsal çözünürlük;
3. Stimülasyondan önce ve sonra beyni inceleme yeteneği;
4. Zararsızlık (PET ile karşılaştırıldığında);
5. İstilacılık yok.

Fonksiyonel beyin MRG'nin kitlesel kullanımı, ekipmanın yüksek maliyeti, her bir muayene, vücutta metal kapanımları (vasküler klipsler, kulak implantları) olan hastalarda yapılamayan nöronal aktiviteyi doğrudan ölçmenin imkansızlığı ile sınırlıdır.

Serebral korteksin fonksiyonel metabolizmasının kaydı büyük bir tanısal değere sahiptir, ancak ameliyattan sonra tedavi sırasında beyindeki değişikliklerin dinamik değerlendirmesi için doğru bir gösterge değildir.

Manyetik rezonans görüntüleme (MRI), nükleer manyetik rezonans (NMR) olgusuna dayanan, iç organların ve dokuların non-invaziv muayenesi için tomografik tıbbi görüntüler elde etme yöntemidir. Teknoloji birkaç on yıl önce ortaya çıktı ve bugün birçok modern klinikte böyle bir cihazı kullanarak muayene olmak mümkün. Ancak, bilim adamları teknolojinin doğruluğunu iyileştirmek ve yeni, daha verimli sistemler geliştirmek için çalışmaya devam ediyor. , Tübingen'deki (Almanya) Max Planck Enstitüsü'nde Kıdemli Araştırmacı, deneysel ultra yüksek alan MRI için yeni sensörler geliştiren önde gelen uzmanlardan biridir. Bir gün önce yüksek lisans programında özel bir kurs düzenledi " RF sistemleri ve cihazları» ITMO Üniversitesi ve ITMO.NEWS ile yaptığı bir röportajda çalışmalarından ve MRG alanındaki yeni araştırmaların hastalık teşhisini daha verimli hale getirmeye nasıl yardımcı olacağından bahsetti.

Son birkaç yıldır Max Planck Enstitüsü'nün Yüksek Alan Manyetik Rezonans Departmanında çalışıyorsunuz. Lütfen bize mevcut araştırmanızın ne hakkında olduğunu söyleyin?

MRI için yeni radyo frekansı (RF) sensörleri geliştiriyorum. MRG'nin ne olduğu muhtemelen çoğu insan tarafından zaten biliniyor, çünkü son 40 yılda bu teknoloji geliştirildiğinden beri çok sayıda kliniğe gelmeyi başardı ve vazgeçilmez bir teşhis aracı haline geldi. Ancak bugün bile insanlar yeni MRI sistemleri geliştirerek bu teknolojiyi geliştirmek için çalışıyorlar.

Bir MRI, öncelikle bir hastanın veya gönüllünün 3 boyutlu bir görüntü elde etmek için yerleştirildiği devasa bir silindirik mıknatıstır. Ancak bu imajı oluşturmadan önce çok fazla araştırma yapmanız gerekiyor. Mühendisler, fizikçiler, doktorlar ve diğer uzmanlar tarafından yürütülür. Ben bu zincirin halkalarından biriyim ve fizik ile mühendisliğin kesiştiği noktada araştırmalar yapıyorum. Daha spesifik olarak, NMR fiziksel etkisinin bir sonucu olarak elde edilen bir sinyalin uyarılması, alınması ve işlenmesi aşamasında kullanılan ultra yüksek alanlı deneysel MRI için sensörler geliştiriyoruz.

Ana yönlerden biri, yeni deneysel ultra yüksek alan MRI sistemlerinin geliştirilmesidir; bu, birçok klinik çalışma ve teşhis için çok önemli olan, görüntü çözünürlüğünü artıran veya tarama süresini azaltan daha yüksek bir sabit manyetik alan kullanır.

Geleneksel klinik tomografiler 3 T'ye kadar sabit alanlar kullanır, ancak şimdi 7 T ve daha yüksek manyetik alana sahip deneysel tomografiler ortaya çıkmaktadır. 7 T manyetik alanı ve daha yüksek ultra yüksek alanlı tomografileri çağırmak gelenekseldir. Halihazırda dünyada 7 T alana sahip yüze yakın tomografi var ancak manyetik alanı daha da artırmak için geliştirmeler yapılıyor. Örneğin Tübingen'deki Max Planck Enstitüsü'nde 9.4 T'lik bir MRI makinemiz var.

Ancak 7 T'den 9.4 T'ye geçişte bile, yeni nesil MRG için sensörlerin hesaplanması ve tasarımı da dahil olmak üzere ciddi bilimsel ve teknik geliştirmeler gerektiren birçok teknik sorun ortaya çıkıyor.

Nedir bu zorluklar?

Sabit manyetik alandaki bir artış, RF sensörlerinin frekansında karşılık gelen bir artışla sonuçlanır. Örneğin, klinik 3 T tarayıcılar, yaklaşık 120 MHz rezonans frekansına sahip transdüserler kullanırken, 7 T tarayıcı, 300 MHz frekansa sahip transdüserler gerektirir. Bu öncelikle insan dokularında RF alanının dalga boyunun kısalmasına yol açar. 120 MHz frekansı yaklaşık olarak 35-40 santimetrelik bir dalga boyuna karşılık geliyorsa, 300 MHz frekansında yaklaşık 15 cm'lik bir değere düşer ki bu insan vücudunun boyutundan çok daha küçüktür.

Bu etkinin bir sonucu olarak, büyük nesneleri (dalga boyundan daha büyük) incelerken RF sensörlerinin hassasiyeti ciddi şekilde bozulabilir. Bu durum görüntülerin yorumlanmasında ve klinik hastalık ve patolojilerin teşhisinde zorluklara yol açmaktadır. 400 MHz sensör frekansına karşılık gelen 9,4 T'lik bir alanda, tüm bu sorunlar daha da kritik hale gelir.

Yani, bu tür resimler neredeyse okunamaz hale mi geliyor?

Ben öyle demezdim. Daha doğrusu, bazı durumlarda bu onların yorumlanmasını zorlaştırır. Ancak tüm insan vücudunun MR görüntülerini elde etmek için teknikler geliştiren gruplar da var. Bununla birlikte, grubumuzun görevleri öncelikle beyin çalışmasına odaklanmıştır.

Ultra yüksek alan MRG alanında tıp için hangi araştırma fırsatları açılıyor?

Bildiğiniz gibi, bir MRI sırasında kişi hareketsiz yatmalıdır: ölçümler sırasında hareket etmeye başlarsanız, resim bozulur. Aynı zamanda bazı MR teknikleri bir saati bulabilmektedir ve tüm bu süre boyunca hareket etmemenin zor olduğu açıktır. Ultra yüksek alanlı tomografilerin artan hassasiyeti, yalnızca daha yüksek çözünürlüklü değil, aynı zamanda çok daha hızlı görüntüler elde etmeyi mümkün kılar. Bu, özellikle çocuklar ve yaşlı hastalar üzerinde yapılan çalışmalarda önemlidir.

Manyetik rezonans spektroskopisinin olanaklarından bahsetmemek de imkansızdır ( Çeşitli hastalıklarda dokulardaki biyokimyasal değişiklikleri belirli metabolitlerin konsantrasyonu ile belirlemenizi sağlayan bir yöntem olan MRS - ed. ).

MRG'de ana sinyal kaynağı su moleküllerinin hidrojen atomlarıdır. Ancak bunun yanı sıra, diğer moleküllerde bulunan ve insan vücudunun işleyişi için önemli olan başka hidrojen atomları da vardır. Örnekler arasında çeşitli metabolitler, nörotransmiterler vb. Bu maddelerin uzaysal dağılımının MRS kullanılarak ölçülmesi, insan vücudundaki metabolik bozukluklarla ilişkili patolojilerin incelenmesi için yararlı bilgiler sağlayabilir. Genellikle, klinik tomografilerin duyarlılığı, düşük konsantrasyonları ve sonuç olarak daha küçük bir sinyal nedeniyle çalışmaları için yetersizdir.

Buna ek olarak, NMR sinyali sadece hidrojen atomlarından değil, aynı zamanda hastalıkların teşhisi ve tıbbi araştırmalar için çok önemli olan diğer manyetik atomlardan da gözlemlenebilir. Bununla birlikte, ilk olarak, daha küçük jiromanyetik oran nedeniyle NMR sinyalleri çok daha zayıftır ve ikincisi, insan vücudundaki doğal içerikleri hidrojen atomlarından çok daha azdır. Ultra yüksek alan MRG'nin artan duyarlılığı MRS için son derece önemlidir.

Artan duyarlılığın kritik olduğu MRI tekniklerinin bir diğer önemli alanı, insan beyninin bilişsel çalışmaları için önemli bir teknik olan fonksiyonel MRG'dir.

Şu ana kadar dünyadaki kliniklerin büyük çoğunluğunda yüksek alan tomografisi yok. 7 T ve sonraki 9 T tomografilerin konvansiyonel teşhiste kullanılma olasılıkları nelerdir?

Tomografinin kliniğe gelmesi için mutlaka sertifikalandırılması, güvenlik koşullarının kontrol edilmesi ve uygun evrakların düzenlenmesi gerekmektedir. Bu oldukça karmaşık ve uzun bir prosedürdür. Şimdiye kadar dünyada sadece bizim yaptığımız sensörleri değil, cihazın kendisini de sertifikalandırmaya başlayan tek bir firma var. Bu Siemens'ti.

7 T tomografi var, çok fazla yok ve henüz tam olarak klinik olarak adlandırılamazlar. Benim dediğim klinik öncesi bir seçenek ama bu cihaz zaten sertifikalı, yani potansiyel olarak kliniklerde kullanılabilir.

9.4 T tomografilerin kliniklerde ne zaman çıkacağını tahmin etmek daha da zordur. Buradaki ana sorun, dalga boyundaki güçlü bir düşüş nedeniyle sensörün RF alanı tarafından dokuların olası yerel ısınmasıdır. Ultra yüksek alan MRG'deki önemli mühendislik araştırma alanlarından biri, hasta güvenliğini sağlamak için bu etkinin ayrıntılı sayısal simülasyonudur. Bu tür araştırmaların bilimsel kurumlar çerçevesinde yürütülmesine rağmen klinik pratiğe geçiş ek araştırmaları gerektirmektedir.

Max Planck Enstitüsü ile ITMO Üniversitesi arasındaki işbirliği şu anda nasıl inşa ediliyor? Halihazırda hangi ortak sonuçları elde etmeyi başardınız?

Çalışmalar çok iyi ilerliyor. Şimdi ITMO Üniversitesi'nde bir yüksek lisans öğrencisi bizimle çalışıyor. Yakın zamanda önde gelen dergilerden birinde MRI alanındaki teknik gelişmelerle ilgili bir makale yayınladık. Bu çalışmada, değiştirilmiş ve optimize edilmiş çift kutuplu antenlerin kullanımı yoluyla ultra yüksek alanlı RF sensörlerinin hassasiyetini artıran önceki teorik çalışmaların sonuçlarını deneysel olarak doğruladık. Bu çalışmanın sonucu bence çok umut verici oldu.

Şimdi, benzer yöntemlerin kullanımına ayrılmış, ancak başka görevler için ayrılmış birkaç makale daha üzerinde çalışıyoruz. Ve son zamanlarda Georgy, Almanya gezisi için bir hibe aldı. Gelecek ay altı aylığına bize geliyor ve MRI sensörlerini daha da geliştirmek için birlikte çalışmaya devam edeceğiz.

Bu hafta "Radyo Frekans Sistemleri ve Cihazları" yüksek lisans programında özel bir kurs gerçekleştirdiniz. Ele aldığınız ana konular nelerdir?

Kurs, MRG için sensörlerin geliştirilmesinin çeşitli teknik özelliklerine ayrılmıştır. Bu alanda bilmeniz gereken birçok incelik var, bu yüzden bu sensörleri tasarlamak ve üretmek için kullanılan bir dizi temel teknik sundum. Ek olarak, son gelişmelerim hakkında bir konferans verdim. Toplamda, kurs dört gün için tasarlanmış iki akademik saatten oluşan sekiz ders içerir. Bu teknikleri daha net bir şekilde açıklamaya yardımcı olmak için sonunda bir gösteri de var.

Yüksek lisans öğrencileri şu anda gelecekteki yönlerini seçme sürecindeler, bu yüzden bu kursun onlara geleceklerini değerlendirmeleri için ek bilgi vereceğini düşünüyorum.

Ve genel olarak MRI teknolojileri alanındaki eğitimden bahsedersek, sizce bugün bu tür uzmanlardan öncelikle hangi bilgi ve beceriler isteniyor?

Alanımız artık klinik teşhiste kullanım için çok popüler ve umut verici hale gelmesine rağmen, MRI sarmallarının imalatında yer alan yüksek düzeyde uzmanlaşmış uzmanları eğitecek mühendislik kursları yoktur. Bir boşluk vardı. Ve birlikte onu doldurabileceğimizi düşünüyorum.

Elena Menşikova

Haber portalının yazı işleri ofisi