funkčné zobrazenie magnetickou rezonanciou (fMRIje metóda magnetickej rezonančnej tomografie na vizuálne znázornenie fyziologických zmien v tele. Je založená na fyzikálnych princípoch nukleárnej magnetickej rezonancie. V užšom slova zmysle sa tento termín používa v spojení s vyšetrením aktivovaných oblastí mozgu.
Čo je funkčné zobrazovanie pomocou magnetickej rezonancie?
Na základe magnetickej rezonančnej tomografie (MRT) vyvinul fyzik Kenneth Kwong funkčnú magnetickú rezonančnú tomografiu (fMRI) na vizuálne znázornenie zmien aktivity v rôznych oblastiach mozgu. Táto metóda meria zmeny v mozgovom toku krvi, ktoré sú spojené so zmenami aktivity v zodpovedajúcich oblastiach mozgu prostredníctvom neurovaskulárnej väzby.
Táto metóda využíva rôzne chemické prostredie meraných atómov vodíka v hemoglobíne krvi chudobnej na kyslík a krvi bohatej na kyslík. Oxygenovaný hemoglobín (oxyhemoglobín) je diamagnetický, zatiaľ čo hemoglobín bez obsahu kyslíka (deoxyhemoglobín) má paramagnetické vlastnosti. Rozdiely v magnetických vlastnostiach krvi sa tiež označujú ako efekt BOLD (efekt závislosti od hladiny kyslíka v krvi). Funkčné procesy v mozgu sa zaznamenávajú vo forme série obrazov.
Týmto spôsobom je možné skúmať zmeny aktivity v jednotlivých oblastiach mozgu prostredníctvom špecifických úloh na testovanom subjekte. Táto metóda sa pôvodne používa na základný výskum na porovnanie vzorcov aktivity u zdravých kontrolných osôb s mozgovými činnosťami osôb s duševnými poruchami. V širšom zmysle však pojem funkčná magnetická rezonančná tomografia zahŕňa aj kinematickú magnetickú rezonančnú tomografiu, ktorá opisuje pohyblivé zobrazenie rôznych orgánov.
Funkcia, účinok a ciele
Funkčné zobrazovanie pomocou magnetickej rezonancie je ďalší vývoj zobrazovania pomocou magnetickej rezonancie (MRT). Pri klasickej MRI sa zobrazujú statické obrazy zodpovedajúcich orgánov a tkanív, zatiaľ čo fMRI ukazuje zmeny aktivity v mozgu prostredníctvom trojrozmerných obrazov, keď sa vykonávajú určité činnosti.
Pomocou tohto neinvazívneho postupu je mozog pozorovaný v rôznych situáciách. Podobne ako pri klasickej MRI je fyzikálny základ merania spočiatku založený na jadrovej magnetickej rezonancii. Použitím statického magnetického poľa sa otočky protónov hemoglobínu vyrovnajú pozdĺžne. Vysokofrekvenčné striedavé pole aplikované priečne na tento smer magnetizácie zaisťuje priečne vychýlenie magnetizácie na statické pole až do rezonancie (Lamorova frekvencia). Ak je vysokofrekvenčné pole vypnuté, trvá určitý čas, kým sa uvoľní energia, kým sa magnetizácia opäť vyrovná pozdĺž statického poľa.
Tento relaxačný čas sa meria. Pri fMRI sa využíva skutočnosť, že deoxyhemoglobín a oxyhemoglobín sú magnetizované odlišne. To vedie k rôznym nameraným hodnotám pre obidve formy, ktoré možno pripísať vplyvu kyslíka. Pretože sa však pomer oxyhemoglobínu k deoxyhemoglobínu neustále mení počas fyziologických procesov v mozgu, sériové záznamy sa vykonávajú ako súčasť fMRI, ktorá zaznamenáva zmeny za všetkých okolností. Týmto spôsobom môžu byť aktivity nervových buniek zobrazené s milimetrovou presnosťou v časovom okne niekoľkých sekúnd. Poloha nervovej aktivity sa stanoví experimentálne meraním signálu magnetickej rezonancie v dvoch rôznych časových bodoch.
Najskôr sa meranie uskutoční v pokojovom stave a potom v excitovanom stave. Potom sa porovnávanie záznamov uskutoční štatistickým testovacím postupom a štatisticky významné rozdiely sa priradia priestorovo. Na experimentálne účely sa stimul môže predkladať testovanej osobe niekoľkokrát. Zvyčajne to znamená, že úloha sa mnohokrát opakuje. Vypočítajú sa rozdiely z porovnania údajov z stimulačnej fázy s výsledkami merania zo zvyšnej fázy a potom sa znázornia graficky. Týmto postupom bolo možné určiť, ktoré oblasti mozgu sú aktívne v ktorej aktivite. Okrem toho je možné určiť rozdiely medzi určitými oblasťami mozgu pri psychických chorobách a zdravých mozgoch.
Okrem základného výskumu, ktorý poskytuje dôležité informácie o diagnostike psychologických chorôb, sa táto metóda používa aj priamo v klinickej praxi. Hlavnou klinickou oblasťou aplikácie fMRI je lokalizácia jazykovo relevantných oblastí mozgu pri príprave operácií na mozgové nádory. Tým sa zabezpečí, že táto oblasť bude počas prevádzky do značnej miery ušetrená. Ďalšie klinické oblasti aplikácie funkčného zobrazovania magnetickou rezonanciou súvisia s hodnotením pacientov s poruchou vedomia, ako je kóma, vegetatívny stav alebo MCS (minimálny stav vedomia).
Riziká, vedľajšie účinky a nebezpečenstvá
Napriek veľkému úspechu funkčnej magnetickej rezonančnej tomografie by sa táto metóda mala vnímať aj kriticky z hľadiska jej informačnej hodnoty. Bolo možné zistiť základné súvislosti medzi určitými činnosťami a aktiváciou zodpovedajúcich oblastí mozgu. Objasnil sa aj význam určitých oblastí mozgu pre psychologické choroby.
Tu sa však merajú iba zmeny v okysličovaní hemoglobínu. Pretože tieto procesy môžu byť lokalizované do určitých oblastí mozgu, na základe neurovaskulárneho spojenia sa predpokladá, že tieto oblasti mozgu sú tiež aktivované. Mozog teda nemožno pri myslení priamo pozorovať. Je potrebné poznamenať, že k zmene prietoku krvi dochádza až po období latencie niekoľkých sekúnd po nervovej aktivite. Preto je priame priradenie niekedy ťažké. Výhodou fMRI oproti iným neinvazívnym neurologickým vyšetrovacím metódam je oveľa lepšia priestorová lokalizácia aktivít.
Časové rozlíšenie je však oveľa nižšie. Určitá neistota tiež vytvára nepriame stanovenie neuronálnych aktivít prostredníctvom merania prietoku krvi a oxygenácie hemoglobínu. Predpokladá sa doba latencie viac ako štyri sekundy. Zostáva ešte preskúmať, či je možné s kratšími stimulmi predpokladať spoľahlivé neurónové aktivity. Existujú však aj technické aplikačné limity funkčnej magnetickej rezonančnej tomografie, ktoré sú, okrem iného, založené na skutočnosti, že účinok BOLD je vytváraný nielen krvnými cievami, ale aj bunkovým tkanivom susediacim s cievami.
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
