Funkcinis magnetinio rezonanso tomografija

funkcinio magnetinio rezonanso tomografija (fMRI) yra magnetinio rezonanso tomografijos metodas, skirtas vaizdiniam kūno fiziologinių pokyčių vaizdavimui. Jis remiasi fiziniais branduolinio magnetinio rezonanso principais. Siaurąja prasme terminas vartojamas tiriant suaktyvintas smegenų sritis.

Kas yra funkcinis magnetinio rezonanso tomografija?

Remdamasis magnetinio rezonanso tomografija (MRT), fizikas Kennethas Kwongas sukūrė funkcinę magnetinio rezonanso tomografiją (fMRI), skirtą įvairiapusiškiems smegenų srities veiklos pokyčiams vizualiai pavaizduoti. Šis metodas nustato smegenų kraujotakos pokyčius, susijusius su aktyvumo pokyčiais atitinkamose smegenų srityse per neurovaskulinę jungtį.

Šiuo metodu naudojama skirtinga išmatuotų vandenilio branduolių cheminė aplinka, kurioje yra mažai deguonies turinčio ir deguonies turinčio kraujo hemoglobinas. Deguonies prisotintas hemoglobinas (oksihemoglobinas) yra diamagnetinis, o hemoglobinas (deoksihemoglobinas), kuriame nėra deguonies, turi paramagnetines savybes. Kraujo magnetinių savybių skirtumai taip pat vadinami BOLD efektu (priklausomas nuo kraujo deguonies šalinimo efekto). Funkciniai procesai smegenyse yra užfiksuoti sekcijų pav.

Tokiu būdu aktyvumo pokyčius atskirose smegenų srityse galima ištirti atliekant konkrečias užduotis tiriamajam. Šis metodas iš pradžių naudojamas pagrindiniams tyrimams, siekiant palyginti sveikų kontroliuojamų asmenų veiklos modelius su psichinių sutrikimų turinčių asmenų smegenų veikla. Plačiąja prasme terminas funkcinis magnetinio rezonanso tomografija taip pat apima kinematinę magnetinio rezonanso tomografiją, apibūdinančią judamąjį įvairių organų vaizdavimą.

Funkcija, poveikis ir tikslai

Funkcinis magnetinio rezonanso tomografija yra tolesnis magnetinio rezonanso tomografijos (MRT) tobulinimas. Taikant klasikinį MRT, rodomi atitinkamų organų ir audinių statiniai vaizdai, o fMRI rodo smegenų aktyvumo pokyčius trimačiais vaizdais, kai atliekama tam tikra veikla.

Taikant šią neinvazinę procedūrą, smegenys gali būti stebimos įvairiose situacijose. Kaip ir atliekant klasikinį MRT, fizinis matavimo pagrindas iš pradžių pagrįstas branduolio magnetiniu rezonansu. Taikant statinį magnetinį lauką, hemoglobino protonų sukiniai išilgai išlyginti. Aukšto dažnio kintamasis laukas, pritaikytas skersai šiai įmagnetinimo krypčiai, užtikrina skersinį įmagnetinimo įlinkį į statinį lauką iki rezonanso (Lamoro dažnis). Jei aukšto dažnio laukas yra išjungtas, energijos išleidimas užtrunka tam tikrą laiką, kol įmagnetinimas vėl išlygins statinį lauką.

Matuojamas šis atsipalaidavimo laikas. FMRI metu išnaudojama tai, kad deoksihemoglobinas ir oksihemoglobinas įmagnetinami skirtingai. Tai lemia skirtingas abiejų formų išmatuotas vertes, kurias galima priskirti deguonies įtakai. Tačiau kadangi fiziologinių procesų smegenyse metu oksihemoglobino ir deoksihemoglobino santykis nuolat kinta, serijiniai įrašai atliekami kaip fMRI dalis, kuri registruoja pokyčius bet kuriuo laiko momentu. Tokiu būdu nervų ląstelių veikla gali būti rodoma milimetro tikslumu per kelių sekundžių laiką. Neuroninio aktyvumo vieta nustatoma eksperimentiškai, matuojant magnetinio rezonanso signalą dviem skirtingais laiko momentais.

Pirmiausia matavimas atliekamas ramybės būsenoje, o tada susijaudinus. Tuomet įrašai palyginami atliekant statistinę bandymo procedūrą ir nustatomi erdvėje statistiškai reikšmingi skirtumai. Eksperimentiniais tikslais stimulą bandomam asmeniui galima pateikti keletą kartų. Paprastai tai reiškia, kad užduotis pakartojama daugybę kartų. Apskaičiuojami ir stimuliuojamos fazės duomenų palyginimo su poilsio fazės matavimų rezultatais skirtumai, o tada pavaizduoti grafiškai. Taikant šią procedūrą buvo galima nustatyti, kuriose smegenų srityse yra aktyvi veikla. Be to, būtų galima nustatyti tam tikrų smegenų sričių skirtumus tarp psichologinių ligų ir sveikų smegenų.

Be pagrindinių tyrimų, kurie suteikia svarbių įžvalgų apie psichologinių ligų diagnozę, metodas taip pat naudojamas tiesiogiai klinikinėje praktikoje. Pagrindinė klinikinė fMRI taikymo sritis yra kalbai svarbių smegenų sričių lokalizacija ruošiant smegenų navikų operacijas. Tai užtikrinama, kad operacijos metu ši sritis būtų labai nepatenkinta. Kitos klinikinės funkcinio magnetinio rezonanso tomografijos taikymo sritys yra susijusios su sutrikusios sąmonės pacientų, tokių kaip koma, vegetatyvinė būklė ar MCS (minimali sąmonės būsena), vertinimu.

Rizika, šalutinis poveikis ir pavojai

Nepaisant didelės funkcinės magnetinio rezonanso tomografijos sėkmės, šį metodą taip pat reikėtų vertinti kritiškai jo informacinės vertės požiūriu. Buvo įmanoma nustatyti esminius ryšius tarp tam tikros veiklos ir atitinkamų smegenų sričių aktyvavimo. Taip pat tapo aiškesnė tam tikrų smegenų sričių svarba psichologinėms ligoms.

Tačiau čia matuojami tik hemoglobino deguonies koncentracijos pokyčiai. Kadangi šie procesai gali būti lokalizuoti tam tikrose smegenų srityse, manoma, kad šios smegenų sritys taip pat suaktyvėja dėl neurovaskulinio sujungimo. Taigi smegenys negali būti tiesiogiai stebimos galvojant. Reikia pažymėti, kad kraujo tėkmės pokytis įvyksta tik po kelių sekundžių latentinio periodo po nervų veiklos. Todėl kartais sunku atlikti tiesioginį pavedimą. FMRI pranašumas prieš kitus neinvazinius neurologinio tyrimo metodus yra daug geresnė veiklos erdvinė lokalizacija.

Tačiau laiko skiriamoji geba yra daug mažesnė. Netiesioginis neuronų aktyvumo nustatymas atliekant kraujo tėkmės matavimus ir hemoglobino deguonies susidarymą taip pat sukuria tam tikrą neapibrėžtumą. Manoma, kad latencijos laikotarpis viršija keturias sekundes. Belieka ištirti, ar esant trumpesniems dirgikliams galima daryti prielaidą apie patikimą nervų veiklą. Tačiau yra ir techninio funkcinio magnetinio rezonanso tomografijos taikymo ribų, kurios, be kita ko, grindžiamos tuo, kad BOLD efektą sukuria ne tik kraujagyslės, bet ir šalia kraujagyslių esantis ląstelių audinys.