Funktsionaalse magnetresonantstomograafia

funktsionaalse magnetresonantstomograafia (fMRI) on magnetresonantstomograafia meetod kehas esinevate füsioloogiliste muutuste visuaalseks esitamiseks. See põhineb tuumamagnetresonantsi füüsikalistel põhimõtetel. Kitsamas tähenduses kasutatakse seda terminit seoses aju aktiveeritud piirkondade uurimisega.

Mis on funktsionaalne magnetresonantstomograafia?

Füüsik Kenneth Kwong töötas magnetresonantstomograafia (MRT) alusel välja funktsionaalse magnetresonantstomograafia (fMRI), et visualiseerida aktiivsuse muutusi erinevates ajupiirkondades. Selle meetodiga mõõdetakse aju verevoolu muutusi, mis on seotud aktiivsuse muutustega aju vastavates piirkondades neurovaskulaarse sideme kaudu.

See meetod kasutab hapnikuvaese ja hapnikurikka vere hemoglobiinis mõõdetud vesiniku tuumade erinevat keemilist keskkonda. Hapnikuga rikastatud hemoglobiin (oksühemoglobiin) on diamagnetiline, hapnikuvabal hemoglobiinil (desoksühemoglobiin) on paramagneetilised omadused. Vere magnetiliste omaduste erinevustele viidatakse ka kui BOLD-efektile (vere hapniku tasemest sõltuv efekt). Aju funktsionaalsed protsessid registreeritakse lõigupiltide seeriana.

Sel viisil saab aktiivsuse muutusi üksikute ajupiirkondade vahel uurida katsealusel konkreetsete ülesannete kaudu. Seda meetodit kasutatakse algselt alusuuringute tegemiseks, et võrrelda tervislike kontrollrühma kuuluvate inimeste tegevusharjumusi psüühikahäiretega inimeste ajutegevustega. Laiemas tähenduses hõlmab funktsionaalse magnetresonantstomograafia ka kinemaatilist magnetresonantstomograafiat, mis kirjeldab erinevate organite liikuvat kujutist.

Funktsioon, mõju ja eesmärgid

Funktsionaalne magnetresonantstomograafia on magnetresonantstomograafia (MRT) edasiarendus. Klassikalise MRI abil kuvatakse vastavate elundite ja kudede staatilised kujutised, samas kui fMRI näitab aju aktiivsuse muutusi kolmemõõtmeliste piltide kaudu, kui teatud toimingud läbi viiakse.

Selle mitteinvasiivse protseduuri abil saab aju jälgida erinevates olukordades. Nagu klassikalise MRT puhul, põhineb mõõtmise füüsiline alus algselt tuumamagnetresonantsil. Staatilise magnetvälja rakendamisel joondatakse hemoglobiini prootonite spinnid pikisuunas. Sellele magnetiseerimissuunale ristisuunas rakendatud kõrgsageduslik vahelduv väli tagab magnetiseerimise põikisuunalise läbipainde staatiliseks väljaks resonantsini (Lamori sagedus). Kui kõrgsagedusväli on välja lülitatud, võtab energia vabastamine teatud aja, kuni magnetiseerimine joondub jälle staatilise välja suhtes.

Seda lõdvestusaega mõõdetakse. FMRI-s kasutatakse asjaolu, et desoksühemoglobiini ja oksühemoglobiini magneeritakse erinevalt. Selle tulemuseks on mõlemal kujul erinevad mõõdetud väärtused, mille võib omistada hapniku mõjule. Kuna aga aju füsioloogiliste protsesside ajal muutub oksühemoglobiini ja desoksühemoglobiini suhe pidevalt, viiakse fMRI osana läbi seeriasalvestused, mis registreerib muutused igal ajahetkel. Närvirakkude tegevust saab kuvada millimeetri täpsusega mõne sekundi pikkuses ajaaknas. Neuraalse aktiivsuse asukoht määratakse eksperimentaalselt, mõõtes magnetresonantssignaali kahel erineval ajahetkel.

Esiteks toimub mõõtmine puhkeolekus ja seejärel erutatud olekus. Seejärel viiakse salvestuste võrdlus läbi statistilise katsemenetlusega ja statistiliselt olulised erinevused määratakse ruumiliselt. Eksperimentaalsetel eesmärkidel võib stiimulit testivale isikule mitu korda esitada. Tavaliselt tähendab see, et ülesannet korratakse mitu korda. Arvutatakse erinevused stiimulifaasi andmete võrdlemisel puhkefaasi mõõtmistulemustega ja seejärel graafiliselt. Selle protseduuri abil oli võimalik kindlaks teha, millised ajupiirkonnad on aktiivsed. Lisaks oleks võimalik kindlaks teha psühholoogiliste haiguste ja aju tervete ajuosade erinevused.

Lisaks alusuuringutele, mis pakuvad olulist teavet psühholoogiliste haiguste diagnoosimisel, kasutatakse meetodit ka otse kliinilises praktikas. FMRI peamine kliiniline rakendusala on keelega seotud ajupiirkondade lokaliseerimine ajukasvajatega seotud operatsioonide ettevalmistamisel. Selle eesmärk on tagada, et see piirkond oleks operatsiooni ajal suures osas säästetud. Muud funktsionaalse magnetresonantstomograafia kliinilised rakendusalad on seotud teadvushäiretega patsientide, näiteks kooma, vegetatiivse seisundi või MCS-i (minimaalne teadvusseisund) hindamisega.

Riskid, kõrvaltoimed ja ohud

Vaatamata funktsionaalse magnetresonantstomograafia suurtele edusammudele tuleks seda meetodit vaadata ka selle informatiivse väärtuse osas kriitiliselt. Oli võimalik kindlaks teha olulised seosed teatud tegevuste ja vastavate ajupiirkondade aktiveerimise vahel. Samuti on selgemaks saanud aju teatud piirkondade tähtsus psühholoogiliste haiguste korral.

Siin mõõdetakse aga ainult hemoglobiini hapniku kontsentratsiooni muutusi. Kuna neid protsesse saab lokaliseerida teatud ajupiirkondadesse, eeldatakse, et need ajupiirkonnad aktiveeruvad ka neurovaskulaarse sideme tõttu. Nii et aju ei saa mõtlemise ajal vahetult jälgida. Tuleb märkida, et verevoolu muutus toimub alles pärast mõne sekundi pikkust latentsusaega pärast närvide aktiivsust. Seetõttu on otsene määramine mõnikord keeruline. FMRI eeliseks teiste mitteinvasiivsete neuroloogiliste uuringumeetodite ees on tegevuste palju parem ruumiline lokaliseerimine.

Ajaline eraldusvõime on aga palju madalam. Teatud määramatust tekitab ka neuronite aktiivsuse kaudne määramine verevoolu mõõtmise ja hemoglobiini hapnikuga varustamise kaudu. Eeldatakse, et latentsusaeg on üle nelja sekundi. Jääb veel uurida, kas lühemate stiimulite korral saab eeldada usaldusväärset närvitegevust. Kuid funktsionaalse magnetresonantstomograafia jaoks on olemas ka tehnilised rakenduse piirid, mis muu hulgas põhinevad asjaolul, et BOLD-efekti ei loo mitte ainult veresooned, vaid ka veresoontega külgnev rakukoe.