funkčné magnetická rezonancia (fMRI) je metóda zobrazovania magnetickou rezonanciou používaná na zobrazenie fyziologických zmien v tele. Je založený na fyzikálnych princípoch nukleárnej magnetickej rezonancie. V užšom zmysle sa tento výraz používa v súvislosti s vyšetrením aktivovaných mozog oblastiach.
Čo je to funkčné zobrazovanie magnetickou rezonanciou?
Klasická MRI zobrazuje statické obrazy zodpovedajúcich orgánov a tkanív, zatiaľ čo fMRI reprodukuje zmeny aktivity v mozog prostredníctvom trojrozmerných obrazov počas vykonávania konkrétnych činností. Založené na magnetická rezonancia (MRI), fyzik Kenneth Kwong vyvinul funkčné zobrazovanie magnetickou rezonanciou (fMRI) na zobrazovanie zmien aktivity v rôznych mozog oblastiach. Táto metóda Opatrenia zmeny v mozgových krv tok, ktoré sú spojené so zmenami aktivity v zodpovedajúcich mozgových oblastiach prostredníctvom neurovaskulárnej väzby. Táto metóda využíva výhody rozdielneho chemického prostredia meraného prostriedku vodík jadrá v hemoglobín of kyslík-chudobnený a okysličený krv. Okysličené hemoglobín (oxyhemoglobín) je diamagnetický, zatiaľ čo kyslíkvoľný hemoglobín (deoxyhemoglobín) má paramagnetické vlastnosti. Rozdiely v magnetických vlastnostiach krv sú tiež známe ako BOLD (Závislý účinok na úrovni kyslíka v krvi). Funkčné procesy v mozgu sa zaznamenávajú vo forme prierezových obrazových sérií. Týmto spôsobom je možné skúmať zmeny aktivity v jednotlivých mozgových oblastiach pomocou špecifických úloh vykonávaných na testovaných osobách. Táto metóda sa pôvodne používa na základný výskum na porovnanie vzorcov aktivít u zdravých kontrolných subjektov s mozgovými aktivitami jedincov s duševnými poruchami. V širšom zmysle však pojem funkčný magnetická rezonancia stále obsahuje kinematické zobrazovanie magnetickou rezonanciou, ktoré popisuje pohyblivé znázornenie rôznych orgánov.
Funkcia, účinok a ciele
Funkčná magnetická rezonancia je ďalší vývoj v oblasti magnetickej rezonancie (MRI). Klasická MRI zobrazuje statické obrazy zodpovedajúcich orgánov a tkanív, zatiaľ čo fMRI odráža zmeny aktivity v mozgu prostredníctvom trojrozmerných obrazov počas vykonávania konkrétnych činností. Pomocou tejto neinvazívnej metódy teda možno mozog pozorovať v rôznych situáciách. Rovnako ako pri klasickom MRI je fyzikálny základ merania spočiatku založený na nukleárnej magnetickej rezonancii. Tu sa točia protóny z hemoglobín sú pozdĺžne zarovnané pôsobením statického magnetického poľa. Vysokofrekvenčné striedavé pole aplikované priečne na tento smer magnetizácie zaisťuje priečne vychýlenie magnetizácie na statické pole, kým sa nedosiahne rezonancia (Lamorova frekvencia). Ak je vysokofrekvenčné pole vypnuté, stratu energie určitý čas trvá, kým sa magnetizácia znova vyrovná pozdĺž statického poľa. Toto relaxácie čas sa meria. Vo fMRI sa využívajú okolnosti rozdielnej magnetizácie deoxyhemoglobínu a oxyhemoglobínu. To má za následok odlišné odčítania pre tieto dve formy v dôsledku vplyvu kyslík. Pretože sa však pomer oxyhemoglobínu k deoxyhemoglobínu počas fyziologických procesov v mozgu neustále mení, uskutočňujú sa sériové záznamy ako súčasť fMRI, ktorá registruje zmeny v každom časovom okamihu. Takže v časovom okne niekoľkých sekúnd možno neuronálnu aktivitu vizualizovať s presnosťou na milimetre. Experimentálne je umiestnenie neuronálnej aktivity určené meraním signálu magnetickej rezonancie v dvoch rôznych časových bodoch. Najskôr sa meranie uskutoční v pokojovom stave a potom v excitovanom stave. Potom sa vykoná porovnanie záznamov v postupe štatistického testu a priestorovo sa priradia štatisticky významné rozdiely. Na experimentálne účely môže byť stimul subjektu predstavený viackrát. To zvyčajne znamená, že sa úloha často opakuje. Vypočítajú sa rozdiely z porovnania údajov zo stimulačnej fázy s výsledkami merania zo zvyšnej fázy, ktoré sa následne zobrazia obrazovo. Pomocou tohto postupu bolo možné určiť, ktoré oblasti mozgu sú aktívne počas ktorej činnosti. Ďalej bolo možné určiť rozdiely medzi určitými oblasťami mozgu pri psychologických poruchách a zdravom mozgu. Okrem základného výskumu, ktorý poskytuje dôležité poznatky pre diagnostiku psychologických porúch, sa metóda využíva aj priamo v klinickej praxi. Hlavnou klinickou aplikáciou fMRI je lokalizácia jazykových oblastí mozgu pri príprave operácií pre nádory mozgu. Cieľom je zabezpečiť, aby bola táto oblasť počas operácie z veľkej časti ušetrená. Ďalšie klinické aplikácie funkčného zobrazovania magnetickou rezonanciou súvisia s hodnotením pacientov s poruchami vedomia, ako napr kóma, prebúdzajúca sa kóma alebo MCS (stav minimálneho vedomia).
Riziká, vedľajšie účinky a nebezpečenstvá
Napriek veľkému úspechu zobrazovania funkčnou magnetickou rezonanciou by sa malo na túto metódu pozerať kriticky aj z hľadiska jej platnosť. Mohli by sa zistiť významné korelácie medzi určitými činnosťami a aktiváciou zodpovedajúcich oblastí mozgu. Jasnejšie sa ukázal aj význam určitých oblastí mozgu pre psychologické poruchy. Merajú sa tu však iba zmeny v kyslíkovej náplni hemoglobínu. Pretože tieto procesy môžu byť lokalizované do konkrétnych oblastí mozgu, predpokladá sa, že tieto oblasti mozgu sú tiež aktivované v dôsledku neurovaskulárnej väzby. Mozog teda nemožno priamo pozorovať pri premýšľaní. Je potrebné poznamenať, že zmena prietoku krvi nastáva až po dobe latencie niekoľkých sekúnd po neurónovej aktivite. Preto je priame mapovanie niekedy ťažké. Výhodou pre fMRI v porovnaní s inými neinvazívnymi neurologickými vyšetrovacími metódami je však oveľa lepšia priestorová lokalizácia aktivít. Časové rozlíšenie je však oveľa nižšie. Určitú neistotu tiež vyvoláva nepriame stanovenie neurónových aktivít meraním prietoku krvi a okysličením hemoglobínu. Predpokladá sa teda latencia dlhšia ako štyri sekundy. Či je možné predpokladať spoľahlivé neuronálne aktivity pre kratšie podnety, je potrebné ešte preskúmať. Stále však existujú aj technické obmedzenia pri uplatňovaní funkčného zobrazovania magnetickou rezonanciou, čiastočne založené na skutočnosti, že BOLD účinok nie je spôsobený iba krvou plavidlá ale aj bunkovým tkanivom susediacim s cievami.
