Funkční zobrazování magnetickou rezonancí

funkční zobrazování magnetickou rezonancí (fMRIje metoda zobrazování magnetickou rezonancí pro vizuální znázornění fyziologických změn v těle. Je založen na fyzikálních principech nukleární magnetické rezonance. V užším slova smyslu se tento termín používá ve spojení s vyšetřením aktivovaných oblastí mozku.

Co je funkční magnetická rezonance?

Na základě magnetické rezonanční tomografie (MRT) vyvinul fyzik Kenneth Kwong funkční magnetickou rezonanční tomografii (fMRI), aby vizualizoval změny aktivity v různých oblastech mozku. Tato metoda měří změny v toku krve mozkem, které jsou spojeny se změnami aktivity v odpovídajících oblastech mozku prostřednictvím neurovaskulární vazby.

Tato metoda používá odlišné chemické prostředí měřených jader vodíku v hemoglobinu krve chudé na kyslík a bohaté na kyslík. Oxygenovaný hemoglobin (oxyhemoglobin) je diamagnetický, zatímco hemoglobin bez kyslíku (deoxyhemoglobin) má paramagnetické vlastnosti. Rozdíly v magnetických vlastnostech krve jsou také označovány jako efekt BOLD (efekt závislosti na hladině kyslíku v krvi). Funkční procesy v mozku se zaznamenávají ve formě řady obrazů v řezu.

Tímto způsobem mohou být změny aktivity v jednotlivých oblastech mozku zkoumány pomocí specifických úkolů na testovaném subjektu. Tato metoda se zpočátku používá pro základní výzkum k porovnání modelů činnosti u zdravých kontrolních osob s mozkovými aktivitami osob s duševními poruchami. V širším slova smyslu pojem funkční magnetická rezonanční tomografie také zahrnuje kinematickou magnetickou rezonanční tomografii, která popisuje pohyblivé znázornění různých orgánů.

Funkce, účinek a cíle

Funkční magnetická rezonance je dalším vývojem magnetické rezonance (MRT). U klasické MRI jsou zobrazeny statické obrazy odpovídajících orgánů a tkání, zatímco fMRI ukazuje změny aktivity v mozku prostřednictvím trojrozměrných obrazů, když jsou prováděny určité činnosti.

Pomocí tohoto neinvazivního postupu lze mozek pozorovat v různých situacích. Stejně jako u klasické MRI je fyzikální základ měření původně založen na jaderné magnetické rezonanci. Použitím statického magnetického pole se otočení protonů hemoglobinu vyrovná podélně. Vysokofrekvenční střídavé pole aplikované příčně na tento směr magnetizace zajišťuje příčné vychýlení magnetizace na statické pole až do rezonance (Lamorova frekvence). Pokud je vysokofrekvenční pole vypnuto, trvá to určitou dobu, zatímco se uvolňuje energie, dokud se magnetizace znovu vyrovná podél statického pole.

Tato doba odpočinku se měří. Ve fMRI se využívá skutečnost, že deoxyhemoglobin a oxyhemoglobin jsou magnetizovány odlišně. Výsledkem jsou různé naměřené hodnoty pro obě formy, které lze přičíst vlivu kyslíku. Protože se však poměr oxyhemoglobinu k deoxyhemoglobinu neustále mění během fyziologických procesů v mozku, sériové záznamy se provádějí jako součást fMRI, která zaznamenává změny po celou dobu. Tímto způsobem lze aktivity nervových buněk zobrazit s milimetrovou přesností v časovém okně několika sekund. Poloha nervové aktivity je stanovena experimentálně měřením magnetického rezonančního signálu ve dvou různých časových bodech.

Nejprve se měření provádí v klidovém stavu a poté v excitovaném stavu. Poté je provedeno srovnání záznamů statistickým testovacím postupem a statisticky významné rozdíly jsou přiřazeny prostorově. Pro experimentální účely může být stimul podán zkušební osobě několikrát. To obvykle znamená, že úkol se mnohokrát opakuje. Rozdíly z porovnání dat ze stimulační fáze s výsledky měření ze zbytkové fáze se vypočítají a pak se znázorní graficky. Tímto postupem bylo možné určit, které oblasti mozku jsou aktivní ve které činnosti. Kromě toho lze určit rozdíly mezi určitými oblastmi mozku u psychických onemocnění a zdravých mozků.

Kromě základního výzkumu, který poskytuje důležité poznatky o diagnostice psychologických onemocnění, se tato metoda používá také přímo v klinické praxi. Hlavní klinickou oblastí aplikace fMRI je lokalizace jazykově relevantních oblastí mozku při přípravě operací na mozkových nádorech. Tím je zajištěno, že tato oblast bude během provozu do značné míry ušetřena. Další klinické oblasti aplikace funkčního zobrazování magnetickou rezonancí se týkají hodnocení pacientů s poruchou vědomí, jako je kóma, vegetativní stav nebo MCS (minimální stav vědomí).

Rizika, vedlejší účinky a nebezpečí

Navzdory velkému úspěchu funkční magnetické rezonanční tomografie by tato metoda měla být také vnímána kriticky z hlediska její informativní hodnoty. Bylo možné navázat zásadní souvislosti mezi určitými činnostmi a aktivací odpovídajících oblastí mozku. Význam některých oblastí mozku pro psychická onemocnění se také vyjasnil.

Zde se však měří pouze změny koncentrace kyslíku v hemoglobinu. Protože tyto procesy mohou být lokalizovány do určitých oblastí mozku, předpokládá se na základě neurovaskulárního spojení, že tyto oblasti mozku jsou také aktivovány. Mozek tedy nelze při myšlení přímo pozorovat. Je třeba poznamenat, že ke změně průtoku krve dochází až po latentním období několika sekund po nervové aktivitě. Proto je přímé přiřazení někdy obtížné. Výhodou fMRI oproti jiným neinvazivním neurologickým vyšetřovacím metodám je mnohem lepší prostorová lokalizace aktivit.

Časové rozlišení je však mnohem nižší. Určitá nejistota také vytváří nepřímé stanovení neuronálních aktivit pomocí měření krevního toku a oxygenace hemoglobinu. Předpokládá se latence přes čtyři sekundy. Zbývá prozkoumat, zda lze s kratšími stimuly předpokládat spolehlivé neurální aktivity. Existují však i technické aplikační limity funkční tomografie s magnetickou rezonancí, které jsou založeny mimo jiné na skutečnosti, že účinek BOLD není způsoben pouze krevními cévami, ale také buněčnou tkání sousedící s cévami.