Funkcionális mágneses rezonancia képalkotás

A funkcionális mágneses rezonancia képalkotás (fMRI) mágneses rezonancia tomográfia módszer a test élettani változásainak vizuális ábrázolására. A nukleáris mágneses rezonancia fizikai alapelvein alapszik. Szűkebb értelemben a kifejezést az agy aktivált területeinek vizsgálatával kapcsolatban használják.

Mi a funkcionális mágneses rezonancia képalkotás?

A mágneses rezonancia tomográfia (MRT) alapján Kenneth Kwong fizikus kifejlesztett funkcionális mágneses rezonancia tomográfiát (fMRI) az aktivitás változásainak megjelenítésére az agy különböző területein. Ez a módszer az agyi véráramlás azon változásait méri, amelyek a neurovaszkuláris csatolás révén az agy megfelelő területein az aktivitás változásaihoz kapcsolódnak.

Ez a módszer az oxigénszegény és oxigénben gazdag vér hemoglobinjának mért hidrogénmagainak eltérő kémiai környezetét használja. Az oxigénezett hemoglobin (oxihemoglobin) diamagnetikus, míg az oxigénmentes hemoglobin (dezoxihemoglobin) paramágneses tulajdonságokkal rendelkezik. A vér mágneses tulajdonságainak különbségeit BOLD-effektusnak (vér oxigénellátási szintjétől függő hatás) is nevezzük. Az agy funkcionális folyamatait szekcionált képek sorozataként rögzítik.

Ily módon az egyes agyi területek aktivitásának változása megvizsgálható a vizsgálati alany specifikus feladataival. Ezt a módszert eredetileg az alapkutatáshoz használják, hogy összehasonlítsák az egészséges kontroll személyek aktivitási mintáit a mentális rendellenességekkel rendelkezők agyi tevékenységeivel. Szélesebb értelemben azonban a funkcionális mágneses rezonancia tomográfia magában foglalja a kinematikus mágneses rezonancia tomográfiát is, amely a különféle szervek mozgó ábrázolását írja le.

Funkció, hatás és célok

A funkcionális mágneses rezonancia képalkotás a mágneses rezonancia képalkotás (MRT) továbbfejlesztése. A klasszikus MRI-vel a megfelelő szervek és szövetek statikus képei jelennek meg, míg az fMRI az agy aktivitásának változásait mutatja háromdimenziós képeken keresztül, bizonyos tevékenységek végrehajtásakor.

A nem invazív eljárás segítségével az agy különféle helyzetekben megfigyelhető. A klasszikus MR-hez hasonlóan, a mérés fizikai alapja kezdetben a nukleáris mágneses rezonancián alapul. Statikus mágneses mező alkalmazásával a hemoglobin protonjai forognak hosszirányban. A mágnesezés ezen irányára keresztirányban alkalmazott nagyfrekvenciás váltakozó mező biztosítja, hogy a mágnesesedés keresztirányú alakváltozása a statikus mezőre rezonanciáig (Lamor frekvencia) legyen. Ha a nagyfrekvenciás mezőt kikapcsolják, akkor egy bizonyos időbe telik, míg energiát szabadít fel, amíg a mágneseztetés a statikus mező mentén igazodik.

Ezt a relaxációs időt mérjük. Az fMRI során kihasználják azt a tényt, hogy a dezoxihemoglobint és az oxihemoglobint eltérően mágnesezik. Ez mindkét formában eltérő mérési értékeket eredményez, amelyeket az oxigén befolyásának tulajdoníthatunk. Mivel azonban az agyi élettani folyamatok során az oxihemoglobin és a dezoxihemoglobin aránya folyamatosan változik, az fMRI részeként sorozatfelvételt készítünk, amely a változásokat bármikor rögzíti. Ilyen módon az idegsejt-tevékenységek milliméter pontossággal megjeleníthetők néhány másodperces időablakban. Az idegi aktivitás helyét kísérletileg meghatározzuk a mágneses rezonancia jel két különböző időpontban történő mérésével.

Először a mérést nyugalmi, majd izgatott állapotban végzik. Ezután a felvételek összehasonlítását egy statisztikai teszt eljárással hajtják végre, és a statisztikailag szignifikáns különbségeket téren meghatározzák. Kísérleti célokra az ingert több alkalommal be lehet mutatni a teszt személynek. Ez általában azt jelenti, hogy egy feladatot többször megismételnek. Az inger fázis adatainak és a pihenő fázis mérési eredményeinek összehasonlítása közötti különbségeket kiszámítják, majd grafikusan ábrázolják. Ezzel az eljárással lehetett meghatározni, hogy az agy mely területei aktívak egy adott tevékenységben. Ezenkívül meg lehet határozni a pszichológiai betegségek és az egészséges agy egyes agyterületei közötti különbségeket.

Az alapkutatáson kívül, amely fontos betekintést nyújt a pszichológiai betegségek diagnosztizálásába, a módszert közvetlenül a klinikai gyakorlatban is alkalmazzák. Az fMRI alkalmazásának fő klinikai területe az agy nyelvi szempontból releváns területeinek lokalizálása az agydaganatok műtétének előkészítése során. Ennek célja annak biztosítása, hogy ez a terület nagyrészt megkímélje a műveletet. A funkcionális mágneses rezonancia képalkotás további klinikai területei a károsodott tudatú betegek, például kóma, vegetatív állapot vagy MCS (minimális tudatállapot) értékelésére vonatkoznak.

Kockázatok, mellékhatások és veszélyek

A funkcionális mágneses rezonancia tomográfia nagy sikere ellenére ezt a módszert informatikai értékük szempontjából is kritikus szempontból kell megvizsgálni. Lehetséges volt meghatározni bizonyos tevékenységek és a megfelelő agyterületek aktiválása közötti alapvető kapcsolatokat. Egyértelműbbé vált az agy bizonyos területeinek a pszichológiai betegségekben betöltött jelentősége is.

Itt azonban csak a hemoglobin oxigénkoncentrációjának változásait mérik. Mivel ezek a folyamatok az agy bizonyos területein lokalizálhatók, feltételezzük, hogy az agy ezen területei a neurovaszkuláris kapcsolat miatt is aktiválódnak. Az agy tehát gondolkodás közben nem figyelhető meg közvetlenül. Meg kell jegyezni, hogy a véráramlás változása csak néhány másodperc késleltetési periódus után következik be az idegi tevékenység után. Ezért a közvetlen megbízás néha nehéz. Az fMRI előnye más nem invazív neurológiai vizsgálati módszerekkel szemben a tevékenységek sokkal jobb térbeli lokalizációja.

Az időbeli felbontás azonban sokkal alacsonyabb. Az idegrendszeri tevékenységek közvetett meghatározása a véráramlás mérésével és a hemoglobin oxigénellátásával szintén bizonyos bizonytalanságot okoz. Négy másodpercnél hosszabb késést feltételeznek. Meg kell még vizsgálni, hogy feltételezhető-e megbízható idegi aktivitás rövidebb ingerekkel. Vannak azonban a funkcionális mágneses rezonancia tomográfia technikai alkalmazási korlátai is, amelyek többek között azon a tényen alapulnak, hogy a BOLD hatást nem csak az erek, hanem az erekkel szomszédos szövet is generálja.