The funkcionalno slikanje z magnetno resonanco (fMRI) je metoda slikanja z magnetno resonanco za vizualno predstavitev fizioloških sprememb v telesu. Temelji na fizikalnih načelih jedrske magnetne resonance. V ožjem pomenu se izraz uporablja v povezavi s pregledom aktiviranih predelov možganov.
Kaj je funkcionalno slikanje z magnetno resonanco?
Fizik Kenneth Kwong je na podlagi magnetnoresonančne tomografije (MRT) razvil funkcionalno magnetnoresonančno tomografijo (fMRI) za vizualizacijo sprememb aktivnosti na različnih področjih možganov. Ta metoda meri spremembe v možganskem krvnem pretoku, ki so povezane s spremembami aktivnosti v ustreznih predelih možganov prek nevrovaskularne sklopke.
Ta metoda uporablja različno kemijsko okolje izmerjenih vodikovih jeder v hemoglobinu krvi, ki je slaba s kisikom in kisika. Oksigenirani hemoglobin (oksihemoglobin) je diamagnetni, medtem ko ima hemoglobin brez kisika (deoksihemoglobin) paramagnetne lastnosti. Razlike v magnetnih lastnostih krvi imenujemo tudi učinek BOLD (odvisen učinek ravni oksigenacije krvi). Funkcionalni procesi v možganih se beležijo v obliki serije presekov.
Na ta način lahko spremembe aktivnosti v posameznih možganskih predelih preučimo s pomočjo določenih nalog na preizkušancu. Ta metoda se v začetku uporablja za temeljne raziskave za primerjavo vzorcev aktivnosti pri zdravih osebah, ki nadzorujejo možgane, z možganskimi aktivnostmi oseb z duševnimi motnjami. V širšem pomenu izraz funkcionalna magnetnoresonančna tomografija vključuje tudi kinematično magnetnoresonančno tomografijo, ki opisuje gibljivo predstavitev različnih organov.
Funkcija, učinek in cilji
Funkcijsko slikanje z magnetno resonanco je nadaljnji razvoj slikanja z magnetno resonanco (MRT). S klasičnim MRI se prikažejo statične slike ustreznih organov in tkiv, medtem ko fMRI prikazuje spremembe v možganih s pomočjo tridimenzionalnih slik, ko se izvajajo določene aktivnosti.
S pomočjo tega neinvazivnega postopka lahko možgane opazujemo v različnih situacijah. Tako kot pri klasični MRI fizikalna osnova meritve sprva temelji na jedrski magnetni resonanci. Z uporabo statičnega magnetnega polja se vreteni protonov hemoglobina poravnajo vzdolžno. Visokofrekvenčno izmenično polje, ki se uporablja prečno v tej smeri magnetizacije, zagotavlja prečni odmik magnetizacije do statičnega polja do resonance (Lamorjeva frekvenca). Če se visokofrekvenčno polje izklopi, traja nekaj časa, medtem ko se sprošča energija, dokler se namagnetizacija ne ustali vzdolž statičnega polja.
Ta čas sprostitve se meri. Pri fMRI se izkorišča dejstvo, da se deoksihemoglobin in oksihemoglobin magnetizirata različno. To ima za posledico različne izmerjene vrednosti za obe obliki, ki jih je mogoče pripisati vplivu kisika. Ker pa se razmerje med oksihemoglobinom in deoksihemoglobinom med fiziološkimi procesi v možganih nenehno spreminja, se serijski posnetki izvajajo kot del fMRI, ki beleži spremembe v katerem koli trenutku. Dejavnosti živčnih celic je mogoče prikazati z milimetrsko natančnostjo v nekaj sekundnem časovnem oknu. Lokacija nevronske aktivnosti se določi eksperimentalno z merjenjem signala magnetne resonance v dveh različnih časovnih točkah.
Najprej merjenje poteka v stanju mirovanja in nato v vznemirjenem stanju. Nato se primerjava posnetkov izvede v statističnem preskusnem postopku in so statistično pomembne razlike prostorsko dodeljene. Za eksperimentalne namene lahko dražljaj preizkusni osebi večkrat predstavi. To običajno pomeni, da se naloga večkrat ponovi. Razlike od primerjave podatkov iz faze dražljaja z rezultati meritev iz preostale faze so izračunane in nato predstavljene grafično. S tem postopkom je bilo mogoče ugotoviti, katera področja možganov so aktivna, v kateri dejavnosti. Poleg tega bi lahko določili razlike med določenimi možganskimi področji pri psiholoških boleznih in zdravih možganih.
Poleg osnovnih raziskav, ki omogočajo pomemben vpogled v diagnozo psiholoških bolezni, se metoda uporablja tudi neposredno v klinični praksi. Glavno klinično področje uporabe fMRI je lokalizacija jezikovnih možganskih področij pri pripravi operacij na možganskih tumorjih. To bo zagotovilo, da je to območje med obratovanjem v veliki meri prizaneseno. Druga klinična področja uporabe funkcionalnega slikanja z magnetno resonanco se nanašajo na oceno bolnikov z oslabljeno zavestjo, kot so koma, vegetativno stanje ali MCS (minimalno stanje zavesti).
Tveganja, neželeni učinki in nevarnosti
Kljub velikemu uspehu funkcionalne magnetne resonančne tomografije je treba to metodo kritično gledati tudi glede njene informativne vrednosti. Vzpostaviti je bilo mogoče bistvene povezave med določenimi aktivnostmi in aktiviranjem ustreznih možganskih področij. Pomembnost določenih možganskih področij za psihične bolezni je postala tudi jasnejša.
Tu pa se merijo le spremembe koncentracije hemoglobina v kisiku. Ker se ti procesi lahko lokalizirajo na določena področja možganov, se na podlagi nevrovaskularnega sklopa domneva, da se tudi ta področja možganov aktivirajo. Torej možganov ni mogoče opazovati neposredno med razmišljanjem. Upoštevati je treba, da se sprememba krvnega pretoka pojavi šele po nekaj sekundah latenci po nevronski aktivnosti. Zato je direktna dodelitev včasih težka. Prednost fMRI pred drugimi neinvazivnimi metodami nevrološkega pregleda je veliko boljša prostorska lokalizacija aktivnosti.
Vendar je časovna ločljivost precej nižja. Posredna določitev nevronskih aktivnosti z meritvami krvnega pretoka in oksigenacijo hemoglobina prav tako ustvarja določeno negotovost. Predvideva se, da je zamuda daljša od štirih sekund. Preučiti je treba še, ali lahko s krajšimi dražljaji domnevamo zanesljive nevronske aktivnosti. Vendar obstajajo tudi tehnične omejitve funkcionalne magnetnoresonančne tomografije, ki med drugim temeljijo na dejstvu, da BOLD učinka ne ustvarjajo samo krvne žile, temveč tudi celično tkivo, ki meji na žile.
.jpg)
.jpg)
