Funkcionāls magnētiskās rezonanses attēlveidošanas (fMRI) ir magnētiskās rezonanses attēlveidošanas tehnika, ko izmanto ķermeņa fizioloģisko izmaiņu attēlošanai. Tas ir balstīts uz kodolmagnētiskās rezonanses fizikālajiem principiem. Šaurākā nozīmē termins tiek lietots saistībā ar aktivizēto pārbaudi smadzenes apgabali.
Kas ir funkcionālā magnētiskās rezonanses attēlveidošana?
Klasiskā MRI parāda atbilstošu orgānu un audu statiskos attēlus, savukārt fMRI atveido izmaiņas aktivitātē smadzenes izmantojot trīsdimensiju attēlus noteiktu darbību veikšanas laikā. Balstoties uz magnētiskās rezonanses attēlveidošanas (MRI), fiziķis Kenets Kvongs izstrādāja funkcionālo magnētiskās rezonanses attēlveidošanu (fMRI), lai attēlveidotu aktivitātes izmaiņas dažādās smadzenes teritorijas. Šī metode pasākumus izmaiņas smadzenēs asinis plūsma, kas saistīta ar aktivitātes izmaiņām attiecīgajās smadzeņu zonās, izmantojot neirovaskulāru savienojumu. Šī metode izmanto izmērītās atšķirīgās ķīmiskās vides priekšrocības ūdeņradis kodoli hemoglobīns of skābeklis-noplicināts un skābekli saturošs asinis. Skābināta hemoglobīns (oksihemoglobīns) ir diamagnētisks, savukārt skābeklis-brīvajam hemoglobīnam (deoksihemoglobīnam) ir paramagnētiskas īpašības. Atšķirības magnētiskajās īpašībās asinis ir pazīstami arī kā BOLD efekts (asins-skābekļa līmeņa atkarīgais efekts). Smadzeņu funkcionālie procesi tiek ierakstīti šķērsgriezuma attēlu sēriju veidā. Tādā veidā aktivitātes izmaiņas atsevišķās smadzeņu zonās var izpētīt, izmantojot īpašus uzdevumus, kas veikti testa priekšmetiem. Šo metodi sākotnēji izmanto fundamentālajiem pētījumiem, lai salīdzinātu veselīgas kontroles subjektu aktivitātes modeļus ar cilvēku ar garīgiem traucējumiem smadzeņu darbību. Tomēr plašākā nozīmē termins funkcionāls magnētiskās rezonanses attēlveidošanas joprojām ietilpst kinemātiskā magnētiskās rezonanses attēlveidošana, kas apraksta dažādu orgānu kustīgo attēlojumu.
Funkcija, ietekme un mērķi
Funkcionālā magnētiskās rezonanses attēlveidošana ir magnētiskās rezonanses attēlveidošanas (MRI) tālāka attīstība. Klasiskajā MRI tiek parādīti atbilstošu orgānu un audu statiskie attēli, savukārt fMRI atspoguļo aktivitātes izmaiņas smadzenēs, izmantojot trīsdimensiju attēlus noteiktu darbību veikšanas laikā. Tādējādi ar šīs neinvazīvās metodes palīdzību smadzenes var novērot dažādās situācijās. Tāpat kā klasiskā MRI gadījumā, sākotnēji mērījumu fiziskais pamats ir balstīts uz kodolmagnētisko rezonansi. Šeit protonu griezieni hemoglobīns ir izlīdzināti gareniski, pielietojot statisko magnētisko lauku. Augstas frekvences maiņstrāvas lauks, kas tiek piemērots šķērsvirzienā šim magnetizācijas virzienam, nodrošina magnetizācijas šķērsvirziena novirzi uz statisko lauku, līdz tiek sasniegta rezonanse (Lamor frekvence). Ja augstfrekvences lauks ir izslēgts, enerģijas izkliedēšanai nepieciešams zināms laiks, līdz magnetizācija atkal izlīdzinās pa statisko lauku. Šis atpūta tiek mērīts laiks. FMRI tiek izmantots apstāklis par atšķirīgu deoksihemoglobīna un oksihemoglobīna magnetizāciju. Rezultātā abiem veidiem ir atšķirīgi rādījumi, pateicoties skābeklis. Tomēr, tā kā oksihemoglobīna un deoksihemoglobīna attiecība smadzeņu fizioloģisko procesu laikā pastāvīgi mainās, fMRI ietvaros tiek veikti sērijveida ieraksti, kas reģistrē izmaiņas katrā laika posmā. Tādējādi dažu sekunžu laika logā neironu darbību var vizualizēt ar milimetru precizitāti. Eksperimentāli neironu aktivitātes atrašanās vietu nosaka, mērot magnētiskās rezonanses signālu divos dažādos laika punktos. Pirmkārt, mērījumu veic miera stāvoklī un pēc tam ierosinātā stāvoklī. Pēc tam statistikas testa procedūrā tiek veikts ierakstu salīdzinājums un telpiski tiek piešķirtas statistiski nozīmīgas atšķirības. Eksperimentālos nolūkos stimulu subjektam var uzrādīt vairākas reizes. Tas parasti nozīmē, ka uzdevums tiek atkārtots bieži. Aprēķina un pēc tam attēlā attēlo atšķirības no stimula fāzes datu salīdzināšanas ar atpūtas fāzes mērījumu rezultātiem. Ar šo procedūru bija iespējams noteikt, kuras smadzeņu zonas ir aktīvas kādas aktivitātes laikā. Turklāt varēja noteikt dažu smadzeņu zonu atšķirības psiholoģiskos traucējumos no veselām smadzenēm. Papildus fundamentālajiem pētījumiem, kas sniedz svarīgus atklājumus psiholoģisko traucējumu diagnosticēšanai, metodi tieši izmanto arī klīniskajā praksē. FMRI galvenais klīniskais pielietojums ir ar valodu saistītu smadzeņu zonu lokalizācija, sagatavojot operācijas smadzeņu audzēji. Mērķis ir nodrošināt, ka operācijas laikā šī zona tiek lielā mērā saudzēta. Citi funkcionālās magnētiskās rezonanses attēlveidošanas klīniskie pielietojumi attiecas uz tādu pacientu novērtēšanu, kuriem ir apziņas traucējumi, piemēram, koma, nomoda koma vai MCS (minimāli apzināts stāvoklis).
Riski, blakusparādības un bīstamība
Neskatoties uz funkcionālās magnētiskās rezonanses attēlveidošanas lielajiem panākumiem, arī šī metode ir kritiski jāaplūko tās ziņā derīguma termiņš. Varēja noteikt būtiskas korelācijas starp noteiktām aktivitātēm un atbilstošo smadzeņu zonu aktivizēšanu. Ir kļuvusi skaidrāka arī atsevišķu smadzeņu zonu nozīme psiholoģiskiem traucējumiem. Tomēr šeit mēra tikai izmaiņas hemoglobīna skābekļa slodzē. Tā kā šos procesus var lokalizēt noteiktās smadzeņu zonās, tiek pieņemts, ka šīs smadzeņu zonas tiek aktivizētas arī neirovaskulāras sakabes dēļ. Tātad smadzenes nevar tieši novērot, domājot. Jāatzīmē, ka asins plūsmas izmaiņas notiek tikai pēc vairāku sekunžu latentuma perioda pēc neironu darbības. Tāpēc dažreiz tiek apgrūtināta tiešā kartēšana. Tomēr fMRI priekšrocība salīdzinājumā ar citām neinvazīvām neiroloģiskās izmeklēšanas metodēm ir daudz labāka aktivitāšu telpiskā lokalizācija. Tomēr laika izšķirtspēja ir daudz zemāka. Neironu darbību netieša noteikšana ar asins plūsmas mērījumiem un hemoglobīna oksigenēšanu arī rada zināmu nenoteiktību. Tādējādi tiek pieņemts, ka latentums ir ilgāks par četrām sekundēm. Vai ir iespējams pieņemt uzticamas neironu aktivitātes īsākiem stimuliem, vēl ir jāizpēta. Tomēr funkcionālās magnētiskās rezonanses attēlveidošanas pielietošanai joprojām ir tehniski ierobežojumi, kas daļēji balstās uz faktu, ka BOLD efektu rada ne tikai asinis kuģi bet arī ar šūnu audiem, kas atrodas blakus traukiem.
