Funkcionālās magnētiskās rezonanses attēlveidošana

funkcionālās magnētiskās rezonanses attēlveidošana (fMRI) ir magnētiskās rezonanses attēlveidošanas metode ķermeņa fizioloģisko izmaiņu vizuālai attēlošanai. Tā pamatā ir kodolmagnētiskās rezonanses fizikālie principi. Šaurākā nozīmē termins tiek lietots saistībā ar smadzeņu aktivizēto zonu pārbaudi.

Kas ir funkcionālā magnētiskās rezonanses attēlveidošana?

Balstoties uz magnētiskās rezonanses tomogrāfiju (MRT), fiziķis Kenneth Kwong izstrādāja funkcionālās magnētiskās rezonanses tomogrāfiju (fMRI), lai vizualizētu aktivitātes izmaiņas dažādās smadzeņu zonās. Ar šo metodi mēra smadzeņu asins plūsmas izmaiņas, kas saistītas ar aktivitātes izmaiņām attiecīgajos smadzeņu apgabalos, izmantojot neirovaskulāru savienojumu.

Ar šo metodi izmanto atšķirīgo izmērīto ūdeņraža kodolu ķīmisko vidi hemoglobīnā ar skābekli trūcīgām un ar skābekli bagātām asinīm. Skābekļains hemoglobīns (oksihemoglobīns) ir diamagnētisks, savukārt bez skābekļa hemoglobīnam (deoksihemoglobīnam) ir paramagnētiskas īpašības. Asins magnētisko īpašību atšķirības tiek sauktas arī par BOLD efektu (asiņu oksigenēšanas līmeņa atkarīgo efektu). Funkcionālie procesi smadzenēs tiek reģistrēti sekciju attēlu sērijās.

Tādā veidā var pārbaudīt aktivitātes izmaiņas atsevišķās smadzeņu zonās, izmantojot īpašus uzdevumus testa subjektam. Šo metodi sākotnēji izmanto pamatpētījumos, lai salīdzinātu veselīgu kontroles personu aktivitātes modeļus ar smadzeņu darbību personām ar garīgiem traucējumiem. Tomēr plašākā nozīmē termins funkcionālā magnētiskās rezonanses tomogrāfija ietver arī kinemātisko magnētiskās rezonanses tomogrāfiju, kas apraksta dažādu orgānu kustīgu attēlojumu.

Funkcija, efekts un mērķi

Funkcionālās magnētiskās rezonanses attēlveidošana ir magnētiskās rezonanses attēlveidošanas (MRT) turpmāka attīstība. Izmantojot klasisko MRI, tiek parādīti atbilstošo orgānu un audu statiskie attēli, savukārt fMRI parāda smadzeņu aktivitātes izmaiņas, izmantojot trīsdimensiju attēlus, kad tiek veiktas noteiktas darbības.

Ar šīs neinvazīvās procedūras palīdzību smadzenes var novērot dažādās situācijās. Tāpat kā ar klasisko MRI, arī mērījuma fiziskā bāze sākotnēji balstās uz kodolmagnētisko rezonansi. Pielietojot statisku magnētisko lauku, hemoglobīna protonu griezieni tiek izlīdzināti gareniski. Augstas frekvences mainīgs lauks, kas šķērsām tiek piemērots šim magnetizācijas virzienam, nodrošina magnetizācijas šķērsvirziena novirzi uz statisko lauku līdz rezonansei (Lamora frekvence). Ja augstfrekvences lauks ir izslēgts, enerģijas atbrīvošana prasa noteiktu laiku, līdz magnetizācija atkal izlīdzinās pa statisko lauku.

Šis relaksācijas laiks tiek mērīts. FMRI tiek izmantots fakts, ka deoksihemoglobīns un oksihemoglobīns tiek magnetizēti atšķirīgi. Rezultātā abām formām tiek noteiktas atšķirīgas izmērītās vērtības, kuras var attiecināt uz skābekļa iedarbību. Tomēr, tā kā smadzeņu fizioloģisko procesu laikā oksihemoglobīna un deoksihemoglobīna attiecība nepārtraukti mainās, sērijveida ierakstus veic kā fMRI daļu, kas reģistrē izmaiņas jebkurā brīdī. Tādā veidā nervu šūnu aktivitātes var parādīt ar milimetra precizitāti dažu sekunžu laika logā. Neironu aktivitātes atrašanās vieta tiek noteikta eksperimentāli, izmērot magnētiskās rezonanses signālu divos dažādos laika punktos.

Pirmkārt, mērīšana notiek miera stāvoklī un pēc tam satrauktā stāvoklī. Pēc tam reģistrāciju salīdzināšanu veic statistiskās pārbaudes procedūrā un statistiski nozīmīgās atšķirības piešķir telpiski. Eksperimentālos nolūkos stimulu var uzrādīt testa personai vairākas reizes. Tas parasti nozīmē, ka uzdevumu atkārto daudzas reizes. Aprēķina un pēc tam grafiski attēlo atšķirības no stimulēšanas fāzes datu salīdzināšanas ar atpūtas fāzes mērījumu rezultātiem. Ar šīs procedūras palīdzību bija iespējams noteikt, kurās smadzeņu zonās aktīvi darbojas. Turklāt varēja noteikt atšķirības starp atsevišķiem smadzeņu apgabaliem psiholoģisko slimību gadījumā un veselīgām smadzenēm.

Papildus pamatpētījumiem, kas sniedz svarīgu ieskatu psiholoģisko slimību diagnostikā, šo metodi tieši izmanto arī klīniskajā praksē. FMRI galvenā klīniskā piemērošanas joma ir ar valodu saistīto smadzeņu zonu lokalizācija, sagatavojot operācijas ar smadzeņu audzējiem. Tas ir paredzēts, lai operācijas laikā šī teritorija tiktu lielā mērā saudzēta. Citas funkcionālās magnētiskās rezonanses attēlveidošanas klīniskās jomas attiecas uz tādu pacientu novērtējumu, kuriem ir apziņas traucējumi, piemēram, koma, veģetatīvais stāvoklis vai MCS (minimālais samaņas stāvoklis).

Riski, blakusparādības un briesmas

Neskatoties uz funkcionālās magnētiskās rezonanses tomogrāfijas lielajiem panākumiem, šī metode kritiski jāvērtē arī tās informatīvās vērtības ziņā. Varēja noteikt nozīmīgas attiecības starp noteiktām darbībām un atbilstošo smadzeņu zonu aktivizēšanu. Kļūst skaidrāka arī noteiktu smadzeņu zonu nozīme psiholoģiskām slimībām.

Tomēr šeit mēra tikai izmaiņas skābekļa koncentrācijā hemoglobīnā. Tā kā šos procesus var lokalizēt noteiktos smadzeņu apgabalos, tiek pieņemts, ka šie smadzeņu apgabali tiek aktivizēti arī neirovaskulārā savienojuma dēļ. Tātad smadzenes nevar tieši novērot, domājot. Jāatzīmē, ka izmaiņas asins plūsmā notiek tikai pēc dažu sekunžu latentuma perioda pēc neironu aktivitātes. Tāpēc dažreiz ir grūti veikt tiešu piešķiršanu. FMRI priekšrocība salīdzinājumā ar citām neinvazīvām neiroloģiskās izmeklēšanas metodēm ir daudz labāka aktivitāšu telpiskā lokalizācija.

Tomēr laika izšķirtspēja ir daudz zemāka. Neironu aktivitāšu netieša noteikšana, veicot asins plūsmas mērījumus un hemoglobīna skābekļa daudzumu, rada arī zināmu nenoteiktību. Tiek pieņemts latentuma periods, kas pārsniedz četras sekundes. Atliek izpētīt, vai ar īsākiem stimuliem var pieņemt ticamas neironu aktivitātes. Tomēr pastāv arī funkcionālās magnētiskās rezonanses attēlveidošanas tehniskās pielietojuma robežas, kuru pamatā cita starpā ir fakts, ka BOLD efektu rada ne tikai asinsvadi, bet arī asinsvadi blakus esošie šūnu audi.