Magnetresonantstomograafia aju. Funktsionaalne magnetresonantstomograafia (MRI). Aju funktsionaalne MRI uuring - kliinilised katsed

TEHNOLOOGIA

E.I. Kremneva, R.N. Konovalov, M.V. Krotenkova

Teaduskeskus neuroloogia RAMS (Moskva)

Alates 90ndatest. XX sajandil on funktsionaalne magnetresonantstomograafia (fMRI) üks juhtivaid meetodeid aju funktsionaalsete piirkondade kaardistamiseks selle mitteinvasiivsuse, kiirguskiirguse puudumise ja suhteliselt laialdase levimuse tõttu. Selle tehnika põhiolemus on hemodünaamiliste muutuste mõõtmine vastusena neuronite aktiivsusele (BOLD-efekt). FMRI-katse õnnestumiseks on vajalik: asjakohase tehnilise toe olemasolu (kõrgvälja MR-tomograafia, spetsiaalne varustus ülesannete täitmiseks), optimaalse uuringukava väljatöötamine ja saadud andmete järeltöötlus. Praegu kasutatakse seda tehnikat mitte ainult teaduslikel eesmärkidel, vaid ka praktilises meditsiinis. Siiski tuleks alati meeles pidada mõningaid piiranguid ja vastunäidustusi, eriti fMRI läbiviimisel erinevate patoloogiatega patsientidel. Uuringu õigeks planeerimiseks ja tulemuste tõlgendamiseks on vaja kaasata erinevaid spetsialiste: neuroradiolooge, biofüüsikuid, neurolooge, psühholooge, kuna fMRI on multidistsiplinaarne tehnika.

Märksõnad: fMRI, JULG kontrast, õppekujundus, järeltöötlus

Sajandeid on teadlasi ja arste huvitanud, kuidas inimese aju toimib. Teaduse ja tehnika arenguga sai võimalikuks selle saladuse loori kergitada. Eriti väärtuslikuks sai sellise mitteinvasiivse meetodi nagu magnetresonantstomograafia (MRI) leiutamine ja kliinilisse praktikasse viimine. MRI on suhteliselt noor meetod: esimene kaubanduslik 1,5 T-tomograaf hakkas tööle alles 1982. Kuid 1990. aastaks võimaldas meetodi pidev tehniline täiustamine seda kasutada mitte ainult aju struktuuriliste tunnuste, vaid ka selle toimimise uurimiseks. See artikkel keskendub tehnikale, mis võimaldab kaardistada aju erinevaid funktsionaalseid piirkondi - funktsionaalne magnetresonantstomograafia (fMRI).

FMRI tehnika põhiprintsiibid_

fMRI on MRT tehnika, mis mõõdab neuronite aktiivsusega seotud hemodünaamilist vastust (verevoolu muutust). See põhineb kahel põhimõistel: neurovaskulaarne interaktsioon ja JULG kontrast.

fMRI ei võimalda otseselt näha neuronite elektrilist aktiivsust, kuid teeb seda kaudselt verevoolu kohaliku muutuse kaudu. See on võimalik neurovaskulaarse interaktsiooni nähtuse tõttu - piirkondlik muutus verevoolus vastusena lähedal asuvate neuronite aktiveerimisele. See efekt saavutatakse neuronites, ümbritsevas glias (astrotsüütides) ja vaskulaarseina endoteelis toimuvate omavahel seotud reaktsioonide keeruka järjestuse kaudu, kuna suurenenud aktiivsusega vajavad neuronid verevooluga kaasnevat rohkem hapnikku ja toitaineid. FMRI tehnika võimaldab otseselt hinnata hemodünaamika muutust.

See sai võimalikuks 1990. aastal, kui Seiji Ogawa ja tema kolleegid Bell Laboratories'ist (USA) tegid ettepaneku kasutada BOLD-kontrasti aju füsioloogia uurimiseks MRI abil. Nende avastus tähistas ajastu algust

tänapäevane funktsionaalne neurokujutis ja see oli enamiku fMRI uuringute alus. BOLD-kontrast (sõna otseses mõttes - vere hapnikuga varustatuse tase sõltub vere hapnikuga varustatuse tasemest) on MR-signaali erinevus piltidel, kasutades gradientjärjestusi, sõltuvalt deoksühemoglobiini protsendist. Deoksühemoglobiinil on ümbritsevatest kudedest erinevad magnetilised omadused, mis skaneerimisel toob kaasa magnetvälja lokaalse häire ja signaali vähenemise "gradientkaja" järjestuses. Suurenenud verevooluga vastusena neuronite aktiveerimisele pestakse deoksühemoglobiin kudedest välja ja selle asemele tuleb hapnikuga varustatud veri, mis on magnetiliste omaduste poolest sarnane ümbritsevate kudedega. Siis väheneb väljahäire ja signaal ei ole alla surutud - ja me näeme selle lokaalset võimendust (joonis 1A).

Seega võib fMRI üldskeemi kokkuvõtvalt kujutada järgmiselt: neuronite aktiveerimine vastusena stiimulile ja nende metaboolsete vajaduste suurenemine viib fMRI ajal fikseeritud verevoolu lokaalse suurenemiseni BOLD signaali kujul - neuronite aktiivsuse ja hemodünaamilise reaktsiooni produkt ( joonis 1B).

joon. 1: A - skemaatiline näide VOS-kontrastsusest Oda / ha katses hapniku protsendi muutusega rottide veres; tavalise õhu (21% hapnikku) sissehingamisel määratakse ajukoores signaali vähenemise piirkonnad (joonise ülemises osas), mis vastavad suurenenud sisu deoksühemoglobiin; sissehingamisel puhas hapnik, on ajukoorest (joonise alumises osas) homogeenne MR-signaal; B - VOS-signaali moodustamise üldine skeem

Katse planeerimine

FMRI uuringu läbiviimiseks on vajalik kõrgetasemeline MR-tomograaf (magnetiline induktsioon 1,5 T ja rohkem), erinevad seadmed skaneerimise ajal ülesannete täitmiseks (kõrvaklapid, videoprillid, projektor, erinevad konsoolid ja juhtkangid subjektidega tagasiside saamiseks jne). .) Oluline tegur on teadlase koostöövalmidus.

Skemaatiliselt näeb skaneerimisprotsess ise (visuaalse stimulatsiooni näitel) välja järgmine (joonis 2): subjekt on tomograafis; spetsiaalse pea kohale kinnitatud peeglite süsteemi kaudu on tal juurdepääs ekraanil videoprojektori kaudu kuvatavatele piltidele. Tagasiside saamiseks (kui see on ülesandes kaudne) vajutab patsient kaugjuhtimispuldil asuvat nuppu. Stiimulite kohaletoimetamine ja ülesannete täitmine toimub juhtimisruumis asuva konsooli abil.

Katsealuse täidetavad ülesanded võivad olenevalt eesmärkidest olla erinevad: visuaalsed, kognitiivsed, motoorsed, kõne jms. Ülesandes on stiimulite esitamisel kaks peamist tüüpi: plokkide kujul - plokkide kujundus ja eraldi erinevate stiimulite kujul - diskreetne kujundus (joonis 3). Võimalik on ka mõlema võimaluse kombinatsioon - segatud disain.

Kõige levinum, eriti motoorsete ülesannete puhul, on plokkide kujundus, kui samad stiimulid kogutakse üksteisega vaheldumisi plokkidena. Näide on kummipalli (iga pigistamine on eraldi stiimul) pigistamine teatud aja jooksul (keskmiselt 20–30 s), vaheldumisi sama kestusega puhkeperioodidega. Sellel disainil on suurim statistiline jõud, kuna üksikud BOLD-signaalid on kokku võetud. Kuid see on tavaliselt patsientide jaoks ennustatav ega võimalda hinnata reaktsiooni ühele stiimulile ja seetõttu ei sobi see mõne ülesande jaoks, eriti kognitiivsete ülesannete jaoks.

joon. 2: fMRI katse skeem (põhineb ressursi http://psychology.uwo.ca/fmri4newbies materjalidel, muudatustega)

Blokeeri

Diskreetne (seotud sündmustega)

A 11 i A D1 iil iiitU I I,

joon. 3: fMRI uuringute põhitüübid

Funktsionaalne magnetresonantstomograafia

Selleks on diskreetne kujundus, kui stiimuleid antakse kaootiliselt erinevate intervallidega. Näiteks näidatakse arahnofoobiaga subjektile neutraalseid pilte (lilled, ehitised jne), mille vahel ilmuvad aeg-ajalt ämblikupildid, mis võimaldab hinnata aju aktiveerumist vastusena ebameeldivatele stiimulitele. Plokkide kavandamise korral oleks see keeruline: esiteks, katsealune teab, millal plokk ilmub, ja valmistub selleks juba ette ja teiseks, kui sama stiimulit esitatakse pikka aega, muutub reaktsioon sellele tuhmiks. Just diskreetset disaini saab kasutada fMRI-s valedetektorina või turundusuuringutes, kui vabatahtlikele näidatakse erinevaid tootevalikuid (pakendeid, kujundeid, värve) ja jälgitakse nende teadvustamata reaktsioone.

Niisiis, oleme valinud ülesande kujunduse, viinud läbi skannimise. Mida me lõpuks saame? Esiteks on see 4D rea funktsionaalandmeid "gradientkaja" järjestuses, mis esindab kogu aju aine mahu mitmekordset skaneerimist ülesande ajal. Ja teiseks anatoomiliste andmete suure eraldusvõimega 3D-maht: näiteks 1 x 1 x 1 mm (joonis 4). Viimane on vajalik aktivatsioonitsoonide täpseks kaardistamiseks, kuna funktsionaalsetel andmetel on madal ruumiline lahutusvõime.

Andmete järeltöötlus_

MR-signaali muutused aju aktivatsioonitsoonides erinevates tingimustes on vaid 3-5%, need on inimsilmale märkamatud. Seetõttu allutatakse saadud funktsionaalsed andmed statistilisele analüüsile: graafiline joonis joonistatakse pildi igale vokslile erinevates olekutes - eksperimentaalne (stiimuli edastamine) ja kontroll - MR-signaali intensiivsuse ajast sõltuvuse kõver. Selle tulemusena saame statistilise aktivatsioonikaardi koos anatoomiliste andmetega.

Kuid enne sellise analüüsi otsest läbiviimist on vaja ette valmistada skannimise lõpus saadud "toored" andmed ja vähendada tulemuste varieeruvust, mis pole seotud eksperimentaalse probleemiga. Ettevalmistusalgoritm on mitmeastmeline protsess ja on väga oluline mõista võimalikke tõrkeid ja vigu saadud tulemuste tõlgendamisel. Praegu on erinevaid programme -

Щ -.V w<# %>

40 4 "r h® F W

joon. 4: skaneerimise lõpus saadud funktsionaalsete (A) ja anatoomiliste (B) andmete seeria

saadud andmete eeltöötlemise tarkvara, mille on tootnud nii MR-tomograafide tootjad kui ka sõltumatud fMRI-laborid. Vaatamata kasutatavate meetodite, nende nimede ja andmete esitamise erinevustele vähendatakse kõik ettevalmistusetapid mitmeks põhietapiks.

1. Uuritava pea liikumise korrigeerimine. See on tööülesannete täitmisel vältimatu, hoolimata mitmesuguste seadmete kasutamisest pea kinnitamiseks (maskid, klambrid peapoolil jne). Isegi minimaalne liikumine võib põhjustada MR-signaali intensiivsuse väljendunud kunstliku muutuse järjestikuste andmekogumite vahel, eriti kui pea nihe on seotud eksperimentaalse ülesande täitmisega. Sel juhul on raske eristada "tõelist" BOLD-aktiveerimist "kunstlikust" - subjekti liikumisest tulenevast (joonis 5).

Üldiselt aktsepteeritakse pea optimaalseks nihkeks mitte rohkem kui 1 mm. Sellisel juhul on skaneerimistasandiga risti olev nihe (suund "pea - jalad") tulemuste korrektseks statistiliseks töötlemiseks oluliselt halvem kui nihe skaneerimistasandil. Selles etapis kasutatakse jäiga keha teisendamise algoritmi - ruumilist teisendust, milles muutub ainult objekti asukoht ja suund ning selle suurus või kuju on konstantne. Praktikas näeb töötlemine välja selline: valitud on viide (tavaliselt esimene) piltide funktsionaalne maht ja kõik järgnevad funktsionaalsed mahud joondatakse sellega matemaatiliselt, nii nagu joondame paberilehed virnas.

2. Funktsionaalsete ja anatoomiliste andmete korrelatsioon.

Erinevused subjekti pea asendis on minimaalsed. Samuti tehakse aktivatsioonitsoonide hilisema lokaliseerimise võimaluseks arvuti lahus töötlemist ning kõrge lahutusvõimega ja väga madalate funktsionaalsete andmete anatoomiliste andmete võrdlust.

joon. 5: näide patsiendi pea nihutamisest skaneerimise ajal motoorse paradigma teostamise ajal. Joonise ülemises osas on graafik uuritava pea liikumisest kolmes üksteise suhtes risti asetsevas tasapinnas: keskmine kõver peegeldab patsiendi nihet piki z-telge ("pea-jalgade" suund) ning see kaldub liikumise alguses ja lõpus selgelt kõrvale. Allosas - statistilised kaardid sama subjekti aktiveerimisest ilma liikumiskorrektsioonita. Tuvastatakse tüüpilised artefaktid liikumisest poolrõngaste kujul mööda aju aine serva

Lisaks minimeeritakse erinevate skaneerimisrežiimidega seotud erinevused (tavaliselt funktsionaalsete andmete puhul on see režiim "gradientkaja", anatoomiliste andmete puhul - T1). Seega võib gradiendi kajarežiim anda pildi mõnele teljele venituse võrreldes kõrglahutusega struktuuripiltidega.

3. Ruumiline normaliseerimine. Inimese aju kuju ja suurus on teadaolevalt väga erinevad. Erinevatelt patsientidelt saadud andmete võrdlemiseks ja kogu rühma tervikuna töötlemiseks kasutavad nad matemaatilisi algoritme: nn afiinset transformatsiooni. Sellisel juhul muudetakse aju üksikute piirkondade kujutised - venitamine, kokkusurumine, venitamine jne. - järgneva struktuuriandmete taandamisega ühele ruumilisele koordinaatsüsteemile.

Praegu on fMRI-s kõige levinumad kaks ruumilist koordinaatsüsteemi: Thalerashi süsteem ja Montreali Neuroloogiainstituudi süsteem. Esimese töötas välja Prantsuse neurokirurg Jean Talairach 1988. aastal 60-aastase prantslanna postuumsete aju mõõtmiste põhjal. Seejärel anti kõigi aju anatoomiliste piirkondade koordinaadid võrdlusjoone suhtes, mis ühendab eesmist ja tagumist komissuuri. Sellesse stereotaksilisse ruumi saab paigutada mis tahes aju ja huvipakkuvaid piirkondi saab kirjeldada kolmemõõtmelise koordinaatsüsteemi (x, y, z) abil. Sellise süsteemi puuduseks on ainult ühe aju andmed. Seetõttu on populaarsem Montreali Neuroloogiainstituudis (MNI) välja töötatud süsteem, mis põhineb 152 kanadalase T1 andmete üldarvutamisel.

Kuigi mõlemas süsteemis loendatakse eesmist ja tagumist komissuuri ühendavast joonest, pole nende süsteemide koordinaadid identsed, eriti kui nad lähenevad aju kumeratele pindadele. Seda tuleb meeles pidada, kui võrrelda saadud tulemusi teiste teadlaste tööde andmetega.

Tuleb märkida, et seda töötlemisetappi ei kasutata funktsionaalsete aktivatsioonitsoonide operatsioonieelseks kaardistamiseks neurokirurgias, kuna fMRI eesmärk on sellises olukorras täpselt hinnata nende tsoonide asukohta konkreetsel patsiendil.

4. silumine. Ruumiline normaliseerimine pole kunagi täpne, seetõttu ei vasta homoloogsed piirkonnad ja järelikult ka nende aktivatsioonivööndid üksteisele 100%. Et saavutada subjektide rühmas sarnaste aktivatsioonitsoonide ruumiline kattuvus, parandada signaali ja müra suhet ning suurendada seeläbi andmete usaldusväärsust, rakendatakse Gaussi silumisfunktsiooni. Selle töötlemisetapi põhiolemus seisneb iga subjekti aktivatsioonitsoonide "erosioonis", mille tulemusel suurenevad nende kattumise alad grupianalüüsis. Puudus - ruumiline lahutus on kadunud.

Nüüd võime lõpuks minna otse statistilise analüüsi juurde, mille tulemusena saame andmed aktivatsioonitsoonide kohta anatoomiliste andmete peal asetatud värvikaartide kujul. Samad andmed saavad

Funktsionaalne magnetresonantstomograafia

Statistika: otsingumahuga kohandatud p-va / ues

seatud taseme mitte-lsotroplc kohandatud klastritaseme vokslitase

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

^ conected "E ^ parandamata PFWE-con ^ FDR-con T (Y ^ ühenduseta

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

joon. 6: Näide statistilise järeltöötluse tulemuste esitamisest. Vasak - aktivatsioonitsoonid motoorse paradigma teostamise ajal (parema nimetissõrme tõstmine - langetamine) koos aju mahulise rekonstrueerimisega. Parem - statistika iga aktiveerimistsooni kohta

esitatakse digitaalsel kujul, mis näitab aktivatsioonivööndi statistilist olulisust, selle mahtu ja koordinaate stereotaksilises ruumis (joonis 6).

FMRI_ rakendus

Millistel juhtudel tehakse fMRI? Esiteks puhtalt teaduslikel eesmärkidel: see on uuring normaalse aju toimimise ja selle funktsionaalse asümmeetria kohta. See tehnika on taaselustanud teadlaste huvi aju funktsioonide kaardistamiseks: invasiivsete sekkumistena pöördumata näete, millised ajupiirkonnad vastutavad konkreetse protsessi eest. Võib-olla on suurim läbimurre olnud kõrgemate kognitiivsete protsesside, sealhulgas tähelepanu, mälu ja täidesaatva funktsiooni mõistmisel. Sellised uuringud on võimaldanud fMRI-d kasutada praktilistel eesmärkidel, mis on kaugel meditsiinist ja neuroteadustest (valedetektorina, turundusuuringutes jne).

Lisaks kasutatakse fMRI-d aktiivselt praktilises meditsiinis. Praegu kasutatakse seda tehnikat kliinilises praktikas laialdaselt peamiste funktsioonide (motoorse, kõne) operatsioonieelseks kaardistamiseks enne neurokirurgilisi sekkumisi aju masside või ravimatu epilepsia korral. Ameerika Ühendriikides on olemas isegi ametlik dokument - Ameerika Radioloogiakolledži ja Ameerika Neuroradioloogia Seltsi koostatud praktiline juhend, kus kogu protseduuri on üksikasjalikult kirjeldatud.

Teadlased üritavad fMRI-d juurutada ka mitmesuguste neuroloogiliste ja vaimuhaiguste tavapärases kliinilises praktikas. Selle valdkonna arvukate tööde põhieesmärk on hinnata aju funktsioneerimise muutusi vastusena selle ühe või teise osa kahjustusele - tsoonide kadumine ja (või) ümberlülitamine, nende nihkumine jms, samuti aktiveerimistsoonide restruktureerimise dünaamiline jälgimine vastusena käimasolevale käimasolevale toimele ravimiteraapia ja / või rehabilitatsioonimeetmed.

Lõppkokkuvõttes võivad erinevate kategooriate patsientidega läbi viidud fMRI uuringud aidata kindlaks määrata ajukoore funktsionaalse ümberkorraldamise erinevate võimaluste prognostilist väärtust kahjustatud funktsioonide taastamiseks ja optimaalsete ravialgoritmide väljatöötamiseks.

Võimalikud uuringute ebaõnnestumised

FMRI planeerimisel peate alati meeles pidama erinevaid vastunäidustusi, piiranguid ja võimalikke

vigade allikad nii tervete vabatahtlike kui ka patsientide kohta saadud andmete tõlgendamisel.

Need sisaldavad:

Kõik neurovaskulaarset interaktsiooni ja hemodünaamikat mõjutavad tegurid ning sellest tulenevalt BOLD-kontrast; seetõttu tuleb alati arvestada aju verevoolu võimalike muutustega, näiteks oklusioonide või raske stenoosi tõttu peamised arterid pea ja kael, vasoaktiivsete ravimite võtmine; teatakse ka fakte BOLD-vastuse vähenemisest või isegi inversioonist mõnel pahaloomuliste glioomidega patsiendil autoregulatsiooni rikkumise tõttu;

Uuringus osalejal on vastunäidustused, mis on ühised MRI uuringute jaoks (südamestimulaatorid, klaustrofoobia jne);

Kolju näo (aju) osade piirkonnas asuvad metallkonstruktsioonid (eemaldamatud proteesid, klambrid, plaadid jne), mis annavad "gradientkaja" režiimis väljendunud esemeid;

Katseisiku koostöö puudumine (raskus) ülesande ajal, mis on seotud nii tema kognitiivse seisundi kui ka nägemise, kuulmise jne vähenemisega, samuti motivatsiooni puudumine ja ülesandele piisava tähelepanu pööramine;

Subjekti väljendatud liikumine ülesannete täitmisel;

Valesti kavandatud uuringu ülesehitus (kontrollülesande valik, plokkide või kogu uuringu kestus jne);

Ülesannete hoolikas väljatöötamine, mis on eriti oluline kliinilise fMRI puhul, samuti inimgrupi või sama subjekti uurimisel dünaamikas, et võrrelda saadud aktivatsioonitsoone; ülesanded peaksid olema taasesitatavad, see tähendab, et need peaksid olema kogu uuringu vältel ühesugused ja kättesaadavad kõigile õppeainetele; üks võimalikke lahendusi patsientidele, kes ei saa iseseisvalt täita liikumisega seotud ülesandeid, on passiivsete paradigmade kasutamine jäsemete liikuma panemiseks mitmesuguste seadmete abil;

Skaneerimisparameetrite vale valik (kaja aeg - TE, kordamisaeg - TR);

Andmete järeltöötluse valesti määratud parameetrid erinevates etappides;

Saadud statistiliste andmete vale tõlgendamine, aktiveerimistsoonide vale kaardistamine.

Järeldus

Vaatamata ülaltoodud piirangutele on fMRI oluline ja mitmekülgne kaasaegne neurovõtete tehnika, mis ühendab kõrge ruumilise eraldusvõime ja mitteinvasiivsuse eelised ilma intravenoosse kontrastsuse vajaduseta

võimendamine ja kokkupuude kiirgusega. Kuid see tehnika on väga keeruline ja fMRI-ga töötavale teadlasele seatud ülesannete edukaks täitmiseks on vaja multidistsiplinaarset lähenemist - kaasates uuringusse lisaks neuroradioloogidele ka biofüüsikud, neurofüsioloogid, psühholoogid, logopeedid, kliinilised praktikud ja matemaatikud. Ainult sel juhul on võimalik kasutada fMRI kogu potentsiaali ja saada tõeliselt ainulaadseid tulemusi.

Bibliograafia

1. Ashburner J., Friston K. Multimodaalse pildi registreerimine ja jaotamine - ühtne raamistik. Neurolmage 1997; 6 (3): 209-217.

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

3. Chen C.M., HouB.L., Holodny A.I. Vanuse ja kasvaja astme mõju BOLD funktsionaalsele MR-pildistamisele glioomiga patsientide operatsioonieelsel hindamisel. Radioloogia 2008; 3: 971-978.

4. Filippi M. fMRI tehnikad ja protokollid. Humana press 2009: 25.

5. Friston K. J., Williams S., Howard R. jt. Liikumisega seotud efektid fMRI aegridades. Magn. Reson. Med. 1996; 35: 346-355.

6. Glover, G. H., Lai S. Ise navigeeritav spiraal fMRI: põimitud versus ühe lasuga. Magn. Reson. Med. 1998; 39: 361-368.

7. Haller S, Bartsch A.J. FMRI lõkse. Eur. Radiol. 2009; 19: 2689-2706.

8. Hsu Y.Y., Chang C.N., Jung S.M. jt. Aju glioomide vere hapnikuga varustatuse tasemest sõltuv MRI hinge kinnipidamise ajal. J. Magn. Reson Imaging 2004; 2: 160-167.

9. Huettel S.A., Song A.W., McCarthy G. Funktsionaalne magnetresonantstomograafia. Sinauer Associates, Inc. 2004: 295-317.

10. Ogawa S., Lee T.M. Veresoonte magnetresonantstomograafia kõrgetel väljadel: in vivo ja in vitro mõõtmised ning kujutiste simulatsioon. Magn. Reson. Med. 1990; 16 (1): 9-18.

Verevoolu aktiivsuse muutused registreeritakse funktsionaalse magnetresonantstomograafia (fMRI) abil. Meetodit kasutatakse arterite lokaliseerimise määramiseks, mõne muu funktsionaalse keskuse nägemiskeskuste, kõne, liikumise, ajukoorte mikrotsirkulatsiooni hindamiseks. Kaardistamise eripära - patsiendil palutakse täita teatud ülesandeid, mis suurendavad soovitud ajukeskuse aktiivsust (lugeda, kirjutada, rääkida, jalgu liigutada).

Viimases etapis moodustab tarkvara pildi, summeerides tavapärase kiht-kihi tomogrammi ja funktsionaalse koormusega aju pildid. Teabekompleks kuvab kolmemõõtmelise mudeli. Ruumiline modelleerimine võimaldab spetsialistidel objekti üksikasjalikult uurida.

Koos MRI spektroskoopiaga paljastab uuring kõik patoloogiliste moodustumiste ainevahetuse tunnused.

Aju funktsionaalse MRI põhimõtted

Magnetresonantstomograafia põhineb vesinikuaatomite muutunud raadiosageduse registreerimisel vedelas keskkonnas pärast tugeva magnetväljaga kokkupuudet. Klassikalised skaneeringud näitavad pehmete kudede komponente. Laevade nähtavuse parandamiseks tehakse intravenoosne kontrastsus paramagnetilise gadoliiniumiga.

Funktsionaalne MRI registreerib ajukoore üksikute piirkondade aktiivsust, võttes arvesse hemoglobiini magnetilist toimet. Pärast hapniku molekuli vabanemist kudedesse muutub aine paramagnetiliseks, mille raadiosagedust püüavad aparaadi andurid. Mida intensiivsem on aju parenhüümi verevarustus, seda parem on signaal.

Kudede magnetiseerumist suurendab veelgi glükoosi oksüdeerumine. Aine on vajalik neuronite kudede hingamise protsesside tagamiseks. Magnetilise induktsiooni muutust registreerivad seadme andurid ja tarkvararakendus töötleb neid. Kõrgvälja seadmed loovad eraldusvõime kõrge aste kvaliteeti. Tomogramm näitab kuni 0,5 mm läbimõõduga detailide üksikasjalikku pilti.

Funktsionaalne MRI uuring registreerib signaali mitte ainult basaalganglionidest, tsingulaarkoorest, taalamusest, vaid ka pahaloomulised kasvajad... Neoplasmidel on oma veresoonte võrk, mille kaudu glükoos ja hemoglobiin sisenevad moodustumisse. Signaali jälgimine võimaldab teil uurida kasvaja kontuure, läbimõõtu, sügavust valgesse või halli ainesse.

Aju MRI funktsionaalne diagnostika nõuab radioloogi kvalifikatsiooni. Koorte erinevaid tsoone iseloomustab erinev mikrotsirkulatsioon. Küllastumine hemoglobiiniga, glükoos mõjutab signaali kvaliteeti. Tuleks arvestada hapniku molekuli struktuuri, alternatiivsete aatomite asendajate olemasolu.

Tugev magnetväli suurendab hapniku poolestusaega. Efekt toimib, kui seadme võimsus on üle 1,5 Tesla. Nõrgem suhtumine ei saa jätta uurimata aju funktsionaalset aktiivsust.

Kasvaja verevarustuse metaboolne intensiivsus on parem kindlaks määrata 3 Tesla võimsusega kõrgvälja seadmetega. Kõrge eraldusvõime võimaldab teil registreerida väikese fookuse.

Signaali efektiivsust nimetatakse teaduslikult "hemodünaamiliseks reaktsiooniks". Terminit kasutatakse närviprotsesside kiiruse kirjeldamiseks 1-2 sekundilise intervalliga. Kudede verevarustus ei ole funktsionaalsete uuringute jaoks alati piisav. Tulemuse kvaliteeti parandab glükoosi täiendav manustamine. Pärast stimulatsiooni saabub küllastumise tipp 5 sekundi pärast, kui skaneerimine viiakse läbi.

Aju MRI funktsionaalse uurimise tehnilised omadused

MRI funktsionaalne diagnostika põhineb neuronite aktiivsuse suurenemisel pärast ajutegevuse stimuleerimist konkreetse ülesande täitja poolt. Väline stiimul põhjustab konkreetse keskuse sensoorse või motoorse aktiivsuse stimulatsiooni.

Saidi jälgimiseks on gradiendi kaja režiim aktiveeritud pulseeritud ehoplanaarse järjestuse põhjal.

MRI põhisignaali analüüs tehakse kiiresti. Ühe tomogrammi registreerimine toimub 100 ms intervalliga. Diagnostika viiakse läbi pärast stimulatsiooni ja puhkuse ajal. Tarkvara kasutab tomogrammide abil neuronaalse aktiivsuse fookuste arvutamist, kattes võimendatud signaali piirkonnad puhkeolekus oleva aju 3D-mudelis.

Seda tüüpi MRI annab raviarstidele teavet patofüsioloogiliste protsesside kohta, mida ei saa teiste diagnostiliste meetoditega jälgida. Kognitiivsete funktsioonide uurimine on neuropsühholoogide jaoks vajalik vaimsete ja psühholoogiliste haiguste eristamiseks. Uuring aitab kontrollida epileptilisi koldeid.

Lõplik kaardistuskaart näitab mitte ainult funktsionaalse stimulatsiooni suurenemise piirkondi. Pildid visualiseerivad sensomotoorse, kuulmiskõne aktiivsuse tsoone ümber patoloogilise fookuse.

Ajukanalite asukoha kaardistamist nimetatakse traktograafiaks. Optilise, püramiidse trakti asukoha funktsionaalne tähendus enne operatsiooni planeerimist võimaldab neurokirurgidel sisselõigete asukohta õigesti planeerida.

Mida fMRI näitab

Funktsionaalsete testidega kõrgetasemeline MRI määratakse vastavalt näidustustele, kui on vaja uurida ajukoore motoorsete, sensoorsete, visuaalsete, kuulmispiirkondade toimimise patofüsioloogilisi aluseid. Neuropsühholoogid kasutavad uuringut kõne, tähelepanu, mälu, kognitiivsete funktsioonide häiretega patsientidel.

FMRI abil tuvastatakse mitmed haigused algstaadium - Alzheimeri, Parkinsoni tõbi, demüeliniseerumine hulgiskleroosi korral.

Funktsionaalne diagnostika erinevates meditsiinikeskustes viiakse läbi erinevates rajatistes. Teab, mida näitab aju MRI, diagnostik. Enne uuringut on vajalik spetsialisti konsultatsioon.

Kõrge kvaliteediga tulemused saavutatakse tugeva magnetväljaga skannimisega. Enne meditsiinikeskuse valimist soovitame teil välja selgitada installitud seadme tüüp. Oluline on spetsialisti kvalifikatsioon, kellel peavad olema teadmised aju funktsionaalsest, struktuurilisest komponendist.

Funktsionaalse MRI diagnostika tulevik meditsiinis

Funktsionaalseid uuringuid on hiljuti rakendatud aastal praktiline meditsiin... Meetodi võimalusi pole piisavalt kasutatud.

Teadlased töötavad välja unenägude visualiseerimise tehnikaid, mõtete lugemist funktsionaalse MRI abil. Paralüüsitud inimestega suhtlemise meetodi väljatöötamiseks tehakse ettepanek kasutada tomograafiat.

• Närviline erutuvus;
• Vaimne tegevus;
• Ajukoore küllastumise aste hapniku, glükoosiga;
• Deoksüleeritud hemoglobiini kogus kapillaarides;
• Suurenenud verevooluga alad;
• Oksühemoglobiini tase veresoontes.

Uuringute eelised:

1. Kvaliteetne ajutine pilt;
2. Ruumiline eraldusvõime üle 3 mm;
3. Oskus uurida aju enne ja pärast stimulatsiooni;
4. Kahjutus (võrreldes PET-iga);
5. Invasiivsuse puudumine.

Aju funktsionaalse MRI massilist kasutamist piirab seadmete kõrge hind, iga üksiku uuringu läbiviimine, neuronaalse aktiivsuse otsese mõõtmise võimatus, seda on võimatu teha patsientide jaoks, kellel on kehas metallkinnitused (vaskulaarsed klambrid, kõrvaimplantaadid).

Ajukoore funktsionaalse ainevahetuse registreerimine on suur diagnostiline väärtus, kuid ei ole täpne näitaja aju muutuste dünaamiliseks hindamiseks ravi ajal, pärast operatsiooni.

Funktsionaalne magnetresonantstomograafia on klassikalise MRI tüüp. Nende kahe sarnase tehnika erinevus seisneb selles, et esimest versiooni on vaja hemodünaamiliste parameetrite tuvastamiseks. See on verevoolu võimalike muutuste kontrollimine, kui ajus asuvad spetsiaalsed tsoonid on aktiveeritud.

Uuring põhineb uuritava piirkonna suurenenud aktiivsuse jälgimise põhimõttel, võttes arvesse verevoolu suurenemist või vähenemist teatud punktis. Niipea, kui aktiivsus pärsib või vastupidi - suureneb, muutuvad vere liikumise parameetrid uuritud vaskulaarses voodis.

Tänu sellisele delikaatsele tööle on võimalik koguda esmast teavet neurodegeneratiivsete kahjustustega seotud haiguste kohta. Me räägime vaimsetest häiretest, kuni skisofreeniani ja mõnest konkreetsest motoorsest patoloogiast.

Uuringu tulemused muutuvad sageli omamoodi navigaatoriks operatsioonide hilisemaks kavandamiseks onkoloogilise iseloomuga ajukasvajate eemaldamiseks. Spetsiaalse "kaardi" abil vähendavad arstid operatsiooni ajal motoorika- ja kõnekeskuse kahjustamise ohtu, mis välistab kõrvaltoimete riski.

FMRI eelised

Tehnoloogia areng selles suunas võttis meditsiinimaailma üle umbes kolmkümmend aastat tagasi. Sellest ajast alates on neurokujutamine, mida nimetatakse ka funktsionaalseks magnetresonantstomograafiaks, väga nõutud. Meetodi üks olulisemaid eeliseid on mitteinvasiivsus. See tähendab, et manipuleerimise ajal puuduvad valulikud aistingud.

Muude positiivsete aspektide hulgas tasub esile tuua katsealuse ohutust. Erinevalt paljudest muudest diagnostikavormingutest, kus on tegemist kahjuliku kiirgusega kokkupuutumisega, pole seda siin esitatud.

Arstid hindavad uuringut kõrgelt selle võime eest pakkuda head ruumilist ja ajalist eraldusvõimet. Selle abiga kogutud andmeid saab edaspidi kasutada edasiseks uurimiseks. Eelkõige huvitavad neid psühholoogia, psühhoteraapia, psühhoanalüüsi valdkonna arstid.

Sellist teavet kogudes oleme viimastel aastatel õppinud mõistma mälestuste kujunemise olemust, keeletaju, õppimisvõimet ning kogema ka emotsioone või valu.

Kui arst on määranud sellise protseduuri läbimise, on hädavajalik valida ainult uusimad seadmete mudelid, et pakkuda teile mitmeid eeliseid:

• paranenud visualiseerimise kvaliteet;
• suurendas eksamikiirust üksikasjalikuma lõpliku pildiga.

Vajaliku teabe kogumise protsessi kiirendamiseks saadakse magnetvälja kõrgepinge tõttu, mis vähendab skanneri all veedetud aega. Esitatud ese tundub eriti asjakohane patsientidele, kes kannatavad neurodegeneratiivsete kõrvalekallete või psühholoogilise keskuse häirete all.

Lisaks sellele, et kogutud teave saab läbiviimise aluseks kirurgiline sekkumineneid on vaja ka mitmel muul kasulikul eesmärgil. See seisneb testitulemuste kasutamises patsiendi hetkeseisundi kontrollimiseks. Kasutades informatiivseid markereid dünaamika kontrollimiseks ja neurodegeneratiivsete haiguste progresseerumise hindamiseks, on võimalik jälgida ettenähtud ravi efektiivsust. Vajadusel saab spetsialist otsustada varem väljakujunenud ravikuuri korrigeerida, mis on tüüpiline neile, kes kannatavad:

• parkinsoni tõbi;
• alzheimeri tõbi;
• vaimsed häired.

Kõik ülaltoodu sai võimalikuks tänu sellele, et tehnoloogia on õppinud määrama konkreetse ajupiirkonna aktivatsiooni selle tüüpilise toimimise etapis. Kuid samal ajal saab arst ühendada kolmandate isikute füüsilisi tegureid, näiteks uuringu positsiooni muutus.

Kuidas see töötab?

Arstid ise nimetavad täieõiguslikku neurokujutist mitte ainult fMRI-ks, vaid kogu kompleksset lähenemist, mille eesmärk on aju aktiivsuse hindamine. Selleks on vaja visuaalset vormi, mis võimaldab registreerida selle eluea struktuuri tunnused koos funktsiooni eristavate tunnustega. Klassikaliste röntgenikiirte asemel eelistatakse tuumamagnetresonantsi nähtust.

Skeemiliselt on pildi jäädvustamise seade tomograaf, kuhu on peidetud tohutu suure võimsusega elektromagnet. See asub seadme silindrikujulises torus. Keskmine skaneerimistase on väljatugevus umbes 3 Tesla. See on umbes 50 tuhat korda rohkem kui see, mida Maa magnetväli suudab pakkuda.

Aktiveerituna hakkab mehhanism mõjutama aatomite tuuma. Siin on aluseks aatomituumade kaootiline paigutus, mis magnetvälja mõjul hakkavad joonduma määratud välja suunaga. Mida suurem on väljatugevus, seda selgemaks muutub konsistents.

Kui kõigi tuumade väikesed magnetsignaalid on kokku viidud, muutub signaal võimsamaks, võimaldades seda jälgida ja mõõta. Esitatud tehnika jaoks võetakse aluseks vesiniku tuumad, mis pakuvad seejärel visualiseerimist:

• hall aine;
• valge aine;
• tserebrospinaalvedelik.

Füsioloogilisest vaatepunktist seletatakse aju aktiivsuse mõõtmise võimalust hapniku reaktsiooniga hemoglobiini abil kapillaarvõrgust neuronitesse sisenemisel. Niipea kui neuronite aktiivsus suureneb, on suurenenud hapniku vajadus. Füsioloogiliselt reageerib keha vajadusele suurema närviaktiivsusega hapniku annuse järele.

Kuidas toimib funktsionaalne MRI?

MRI funktsionaalne analoog viiakse läbi veidi teisiti kui protseduuri klassikaline lugemine. Esiteks saadetakse patsient skanneri tunnelisse ja palutakse seejärel järgida laborandi juhiseid. Selleks on seadmel kahepoolne side, mis hõlbustab meditsiinipersonaliga ühenduse võtmist ka ettenägematutes olukordades.

Samaaegselt ülesannete täitmisega salvestab programm anatoomilisi lõike ja funktsionaalseid T2-kaalutud pilte. Ülesanded näevad ette puhkuse vaheldumise motoorse, vaimse tegevusega.

Uuringu peamisi põhjusi nimetatakse:

• operatsioonieelsed ettevalmistavad meetmed;
• komplikatsioonide riski hindamine pärast operatsiooni;
• psüühiliste kõrvalekallete diagnoosimine;
• ettevalmistus aju uuringu invasiivseks faasiks - ajukoore kaardistamine.

Vaatamata märkimisväärsetele eelistele on tehnikal mitmeid olulisi vastunäidustusi. Testimist ei tehta, kui ohvril on kehasse kinnitatud elektroonilised mehhanismid. Me ei räägi mitte ainult südamestimulaatorist, vaid ka keskkõrva aktiivsuse stabiliseerimiseks mõeldud elektroonilistest implantaatidest.

Samuti on keelatud patsiendid, kellele on paigaldatud hemostaatilised klambrid või kellel on võõrkehasid. Teine vastunäidustus, kuid juba suhtelise iseloomuga, on neerupuudulikkus.

Mul on hea meel, et patsiendilt pole vaja spetsiaalset ettevalmistust. Piisab ainult eelnevalt kirjeldatud juhiste reeglite järgimisest, järgides laborandi juhiseid.

Eriala: lastearst, nakkushaiguste spetsialist, allergoloog-immunoloog.

Üldine kogemus: 7 aastat.

Haridus:2010, Siberi Riiklik Meditsiiniülikool, pediaatria, pediaatria.

Üle 3-aastane kogemus nakkushaiguste spetsialistina.

Omab patenti teemal "Meetod adeno-mandlite süsteemi kroonilise patoloogia tekkimise kõrge riski ennustamiseks sageli haigetel lastel". Ja ka VAK-i ajakirjade publikatsioonide autor.

Aju funktsionaalne magnetresonantstomograafia on uuringutüüp, mis mõõdab elundi toimimisest tingitud verevoolu hemodünaamilisi reaktsioone.

AT kaasaegne meditsiin - see on üks peamisi meetodeid aju protsesside uurimiseks.

Aju funktsionaalse MRI põhimõtted

Funktsionaalne MRI aitab tuvastada aju olulistes piirkondades esinevaid patoloogiaid. Aparaadi tööpõhimõte on üsna lihtne: aju tarbib energiat ja mida aktiivsem see protsess on, seda rohkem toitaineid ja hapnikku ta vajab. Kõik see satub elundisse koos vereringega. See on MRI, mis aitab näha aeglase ja suurenenud vereringega piirkondi ning mõista, kuidas aju selle või selle probleemiga toime tuleb.

Tuumamagnetresonantsiga seotud diagnostilistel meetmetel, sealhulgas funktsionaalsel tomograafial, on järgmised eelised:

1. Seadme ekraanil kuvatav pilt on väga selge. Uuringut ei peeta mitte ainult üheks kõige täpsemaks, vaid see annab ka parima kvaliteediga pildi.
2. Lühike uurimisaeg. Magnetväljal on kõrge intensiivsus, mis võimaldab oluliselt vähendada diagnostilist aega. See on eriti mugav neurodegeneratiivsete patoloogiate all kannatavatele inimestele, vaimuhaigus, (BAR).
3. Tulemuste kõrge täpsus. Kui sa tahad kirurgia elundil on arstil oluline saada usaldusväärset teavet kasvaja seisundi ja lokaliseerimise kohta, mis võimaldab välistada motoorseid, kõne-, nägemis- ja muid häireid pärast selle eemaldamist. Funktsionaalse MRI abil on võimalik täpselt hinnata selliste tagajärgede riski ja teha lõplik otsus kasvaja operatiivsuse kohta.

Mis on funktsionaalse magnetresonantstomograafia abil tuvastatud muutuste tunnused, on võimalik kindlaks teha konkreetse haiguse prognoos, ravi efektiivsus.

Tehnilised omadused

Magnetresonantstomograafia seade koosneb:

• patsiendi laud;
• monitoriga arvuti, millele pilti antakse;
• raadiosagedus- ja gradientsüsteem;
• magnet.

Magnetist antakse pidev magnetväli Teslas (T) väljendatud jõuga. Tugevust arvestades on aparaat jagatud madalapõhjaliseks, keskmise väljaga, suure väljaga, eriti kõrgeks väljaks. Kaasaegses meditsiinis on kõige populaarsem kõrgvälja tomograaf võimsusega 1,5 Tesla.

Arvestades disaini, on seade jagatud suletud ja avatud. Esimene esitatakse tunneli kujul, kuhu asetatakse voodihaigega laud. Avatud seadmetes puudub tunnel, mis võimaldab määrata diagnostika isikutele, kellel on piiratud ruumi foobia.

FMRI näidustused ja vastunäidustused

MRI klassifitseerimine funktsionaalsete omaduste järgi võimaldab teil jagada uuringu mitut tüüpi:

• aju uurimine: selle abil saadakse üksikasjalik pilt poolkeradest, pagasiruumist neoplasmide, nakkuslike ja põletikuliste kahjustuste, kaasasündinud anomaaliate esinemiseks;
• uuringud: MRI abil uurivad nad aju sisemist struktuuri, tuvastavad kasvajasarnaseid neoplasme näärmes;
• pea uuring (sealhulgas MRI emakakaela lülisamba funktsionaalsete testidega, temporomandibulaarsete liigeste MRI koos funktsionaalsete testidega): sel juhul saab diagnoosida põhjuse, kui see pole andnud täpset tulemust.

Lisaks sellele on diagnostika ette nähtud fookuste tuvastamiseks, selliste funktsioonide nagu mälu, kõne, tähelepanu rikkumise põhjuse väljaselgitamiseks. Funktsionaalne MRI - tõhus meetod, mis võimaldab teil tuvastada mõningaid patoloogiaid, mis esinevad 1. etapis, näiteks tuvastada piirkonnad, diagnoosida haigusi jne.

Vaatamata meetodi levimusele on sellel määramisel vastunäidustused, mis on jagatud absoluutseks ja suhteliseks. Esimeste hulgas:

• südamestimulaatori olemasolu;
• ferromagnetiliste või elektrooniliste implantaatide olemasolu keskkõrvas;
• ferromagnetilise Ilizarovi aparaadi olemasolu.

Suhteliste vastunäidustuste hulka kuuluvad:

• mitteferromagnetilise implantaadi olemasolu sisekõrvas;
• hemostaatiliste klambrite olemasolu;
• südamepuudulikkuse areng dekompensatsiooni staadiumis;
• rasedus 1. trimestril;
• hirm kinnises ruumis viibimise ees (foobia);
• raske vaimne häire või üldine seisund;
• tätoveeringu olemasolu, mis on valmistatud metalliühendeid sisaldava värvaine abil;
• proteeside ja trakside olemasolu.

Kontrastaine abil pildistamist ei tehta samaaegse hemolüütilise aneemiaga, ülitundlikkus kontrasti suhtes krooniline puudulikkus maks, raseduse ajal.

Protseduuri etapid

Enne fMRI-d on vajalik kreatiniini, selle kvantitatiivse näitaja vereanalüüs. Kontorisse peate võtma passi, arsti saatekirja ja varasemate diagnostikameetmete tulemused.

Protseduuri ajal ei füüsilised aistingud ja muud ebamugavust ei teki. On ainult müra, mida spetsiaalsete kõrvatroppide või kõrvaklappide abil ei kuule.

Inimene peab kõik metallesemed endast eemaldama, jätma need selleks ettenähtud kohta. Seejärel lamab subjekt aparaadi lauale, paneb kõrvatropid (või kõrvaklapid). Vajadusel fikseeritakse vajalik kehaosa.

Erandjuhtudel, kui inimene ei suuda liikumatust säilitada, manustatakse teda üldanesteesia... Tulemuste infosisu suurendamiseks võib osutuda vajalikuks intravenoosse kontrastaine manustamine.

Uuringu kestus varieerub vahemikus 10 kuni 30 minutit. Diagnostilisi tulemusi saab mõne minutiga.

Kust saab funktsionaalset MRI-d ja kui palju see maksab?

Aparaat kompuutertomograafia installitud paljudesse era- ja avalikesse raviasutused... Uuringute maksumus algab 4-5 tuhandest rublast. Kui on vaja kontrastsuse analüüsi, tõuseb hind 7-8 tuhande rubla juurde.

Funktsionaalne magnetresonantstomograafia on tõhus meetod aju diagnoosimiseks, võimaldades organi üksikasjalikku uurimist konkreetsete patoloogiate suhtes. Kuid enne selle teostamist on vaja kaaluda kõiki plusse ja miinuseid ning välistada ka vastunäidustused. See on ainus viis usaldusväärse tulemuse saamiseks.

See annab uurijale palju teavet vaatevälja langeva elundi, koe või muu objekti anatoomilise struktuuri kohta. Käimasolevate protsesside tervikpildi kujundamiseks pole funktsionaalse aktiivsuse kohta aga piisavalt andmeid. Ja selleks on olemas BOLD-funktsionaalne magnetresonantstomograafia (BOLD - vere hapnikuga varustatuse tasemest sõltuv kontrast ehk kontrastsus, sõltuvalt vere hapnikuga varustatuse astmest).

BOLD fMRI on üks kõige enam kasutatavaid ja tunnustatud meetodeid ajutegevuse mõõtmiseks. Aktiveerimine viib kohaliku verevoolu suurenemiseni koos hapnikuga (hapnikurikka) ja hapnikuvaese (hapnikuvaese) hemoglobiini suhtelise kontsentratsiooni muutusega kohalikus verevoolus.

Joonis 1.Skeem reaktsioonid aju vere voolamine kell vastus peal erutus neuronid.

Deoksüdeeritud veri on paramagnetiline (aine, mida saab magnetiseerida) ja see viib MRI signaali taseme languseni. Kui aju piirkonnas on rohkem hapnikku sisaldavat verd, suureneb MRI signaali tase. Seega toimib veres olev hapnik endogeense kontrastainena.

Joonis 2.Köide aju verevarustus (ja) ja JULGE-vastus fMRI (b) kell aktiveerimine esmane mootor koorinimlik. Signaal möödub kell 4 etapid. 1 etapp – tõttu aktiveerimine neuronid tõuseb tarbiminehapnik, suureneb kogus hapnikuvaene veri, JULGE— signaal vähe väheneb (peal graafikamitte näidatud, vähenemine tähtsusetu). Laevad laienema, tõttu mida mõned vähenebverevarustus aju kangad. Etapp 2 – pikk suurendama signaal. Potentsiaal tegevused neuronidlõpeb, aga voolama hapnikuga veri suureneb inerts, võimalik tõttu mõjubiokeemiline markerid hüpoksia. Etapp 3 – pikk langus signaal tõttu normaliseerimineverevarustus. 4 etapp – stimulatsioonijärgne majanduslangus – kokku kutsutud aeglane ümberehitamine initsiaalverevarustus.

Neuronite töö aktiveerimiseks ajukoore teatud piirkondades on spetsiaalsed aktiveerivad ülesanded. Ülesannete kujundamine võib reeglina olla kahte tüüpi: "blokeerida" ja "seotud sündmustega". Iga liik eeldab kahe vahelduva faasi olemasolu - aktiivset seisundit ja puhkust. Kliinilises fMRI-s kasutatakse sagedamini "blokeerimise" tüüpi ülesandeid. Selliseid harjutusi sooritades vaheldub subjekt sama või ebavõrdse kestusega nn ON- (aktiivne seisund) ja OFF (puhkeseisund) perioodidel. Näiteks käte liigutuste eest vastutava ajukoore piirkonna määramisel koosnevad ülesanded sõrme liigutuste vaheldumisest ja tegevusetusperioodidest, mis kestavad keskmiselt umbes 20 sekundit. FMRI tulemuse täpsuse suurendamiseks korratakse samme mitu korda. "Üritusega seotud" ülesande korral täidab subjekt ühe lühike tegevus (näiteks rusika neelamine või kokkumurdmine), millele järgneb puhkeaeg koos toimingutega, erinevalt ploki kujundusest, vaheldumisi ebaühtlaselt ja ebajärjekindlalt.

Praktikas kasutatakse BOLD fMRI-d kasvaja resektsiooni (eemaldamise) operatsioonieelsel planeerimisel, veresoonte väärarengute diagnoosimisel, epilepsia raskete vormide ja muude ajukahjustuste operatsioonidel. Ajuoperatsiooni ajal on oluline kahjustatud piirkond võimalikult täpselt eemaldada, vältides samas asetsevate funktsionaalselt oluliste ajupiirkondade asjatut kahjustamist.

Joonis 3.

ja – kolmemõõtmeline MRI— pilt pea aju. Nool näidatud asukoht mootor koor kelleelkeskne gyrus.

b – kaart fMRI—aktiivsus aju kell eelkeskne gyrus kell liikumine käsi.

Meetod on õppimisel väga tõhus degeneratiivsed haigused, näiteks Alzheimeri ja Parkinsoni tõved, eriti varajases staadiumis. See ei hõlma ioniseeriva kiirguse ja röntgenkontrastainete kasutamist, pealegi on see mitteinvasiivne. Seetõttu võib seda pidada üsna ohutuks patsientidele, kes vajavad pikaajalist ja regulaarset fMRI uuringut. FMRI-d saab kasutada epilepsiahoogude tekkemehhanismide uurimiseks ja funktsionaalse ajukoore eemaldamise vältimiseks raskesti otsmikusagara epilepsiaga patsientidel. Aju taastumise jälgimine pärast insulti, ravimite või muude ravimeetodite mõju uurimine, psühhiaatriliste haiguste ravi jälgimine ja jälgimine - see ei ole täielik loetelu fMRI võimalikest kasutusaladest. Lisaks on puhkeolekus fMRI, mille keerukas andmetöötlus võimaldab näha ajuvõrke puhkeolekus.

Allikad:

1. Kui hästi me mõistame fMRI BOLD signaali neuronaalset päritolu? Owen J. Arthur, Simon Boniface. TRENDS in Neurosciences Vol.25 No.1 January 2002
2. Funktsionaalse magnetresonantstomograafia (fMRI) füüsika R. B. Buxton. Esindaja Prog. Füüsiline 76 (2013)
3. Funktsionaalse magnetresonantstomograafia kasutamine kliinikus. Teaduslik ülevaade. Beljajev A., Peck Kung K., Brennan N., Kholodny A. Vene elektrooniline radioloogiaajakiri. 4. köide nr 1 2014
4. Aju, tunnetus, mõistus: sissejuhatus kognitiivsesse neuroteadusesse. 2. osa. B. Baars, N. Gage. M.: Binom. 2014 S. 353-360.

Tekst: Daria Prokudina