Czym jest rezonans magnetyczny?

The rezonans magnetyczny (RM) jest techniką neuroobrazowania najczęściej stosowaną w neuronaukach ze względu na jej liczne zalety, z których najważniejsze to technika nieinwazyjna i technika rezonansu magnetycznego o najwyższej rozdzielczości przestrzennej.

Jako technika nieinwazyjna nie jest konieczne otwieranie żadnej rany, aby ją wykonać, a także jest bezbolesne. Rozdzielczość przestrzenna pozwala na identyfikację struktur na milimetr, ma również dobrą rozdzielczość czasową, niższą niż druga, choć nie jest tak dobra jak inne techniki, takie jak elektroencefalografia (EEG).

Wysoka rozdzielczość przestrzenna pozwala zbadać aspekty i cechy morfologiczne na poziomie tkanki. Jak metabolizm, objętość krwi lub hemodynamika.

Ta technika jest uważana za nieszkodliwą, to znaczy, nie powoduje żadnych uszkodzeń w organizmie osoby, dla której została stworzona, dlatego też jest bezbolesna. Chociaż uczestnik musi wejść w pole magnetyczne, nie stanowi to zagrożenia dla jednostki, ponieważ pole to jest bardzo małe, zwykle równe lub mniejsze niż 3 teslasy (3 T).

Ale nie wszystkie są zaletami, RM jest trudną techniką do wykonania i analizy, więc profesjonaliści muszą przeprowadzić wcześniejsze szkolenie. Ponadto konieczne są drogie instalacje i maszyny, dlatego ma on wysokie koszty przestrzenne i ekonomiczne.

Będąc tak złożoną techniką, potrzebny jest multidyscyplinarny zespół. Zespół ten zwykle obejmuje fizyka, kogoś, kto zna fizjopatologię (jak neuroradiolog) i kogoś, kto projektuje eksperymenty, na przykład neuropsychologa.

W tym artykule wyjaśnione zostaną fizyczne podstawy rezonansu magnetycznego, ale skupią się one głównie na podstawach psychofizjologicznych i praktycznych informacjach dla osób, które muszą wykonać test MRI..

Psychofizjologiczne podstawy rezonansu magnetycznego

Funkcjonowanie mózgu opiera się na wymianie informacji poprzez synapsy chemiczne i elektryczne.

Aby wykonać tę czynność, konieczne jest jej spożycie, a zużycie energii odbywa się w złożonym procesie metabolicznym, co w skrócie przekłada się na wzrost substancji zwanej trójfosforanem adenozyny, lepiej znanej jako ATP, która jest źródło energii, którego mózg używa do funkcjonowania.

ATP powstaje z utleniania glukozy, dlatego mózg musi działać, a tlen i glukoza muszą być dostarczane. Aby dać ci pomysł, mózg w spoczynku zużywa 60% całej zużywanej glukozy, około 120 g. Gdyby więc przerwano dostarczanie glukozy lub tlenu, mózg doznałby uszkodzeń.

Substancje te docierają do neuronów, które wymagają ich przez perfuzję krwi, przez warstwy naczyń włosowatych. Dlatego im większa aktywność mózgu, tym większe zapotrzebowanie na glukozę i tlen oraz wzrost mózgowego przepływu krwi w sposób zlokalizowany.

Aby sprawdzić, który obszar mózgu jest aktywny, możemy przyjrzeć się zużyciu tlenu lub glukozy, wzrostowi regionalnego przepływu mózgu i zmianom objętości krwi mózgowej.

Rodzaj wskaźnika, który ma być użyty, będzie zależał od wielu czynników, wśród których są cechy zadania, które ma zostać wykonane.

Kilka badań wykazało, że gdy stymulacja mózgu zachodzi przez dłuższy czas, pierwsze zaobserwowane zmiany to glukoza i tlen, następnie następuje wzrost regionalnego przepływu mózgowego, a jeśli stymulacja będzie kontynuowana, nastąpi wzrost całkowitej objętości mózgu (Clarke i Sokoloff, 1994, Gross, Sposito, Pettersen, Panton i Fenstermacher, 1987, Klein, Kuschinsky, Schrock i Vetterlein, 1986).

Tlen jest transportowany przez mózgowe naczynia krwionośne przymocowane do hemoglobiny. Gdy hemoglobina zawiera tlen, nazywana jest oksyhemoglobiną, a gdy jest bez niej, dezoksyhemoglobina. Tak więc, gdy zaczyna się aktywacja mózgu, występuje miejscowy wzrost stężenia oksyhemoglobiny i spadek deoksyhemoglobiny..

Ta równowaga powoduje zmianę magnetyczną w mózgu, która jest gromadzona w obrazach MR.

Jak wiadomo, wewnątrznaczyniowy tlen jest transportowany do hemoglobiny. Gdy to białko jest pełne tlenu, nazywane jest oksyhemoglobiną, a gdy zostanie uwolnione, zostaje przekształcone w dezoksyhemoglobinę.

Podczas aktywacji mózgu nastąpi lokoregionalny wzrost oksyhemoglobiny tętniczej i kapilarnej, jednak stężenie deoksyhemoglobiny zmniejszy się, jak wyjaśniono powyżej, do zmniejszenia transportu tlenu w tkance..

Ten spadek stężenia deoksyhemoglobiny, ze względu na jego właściwości paramagnetyczne, spowoduje wzrost sygnału w obrazach fMRI.

Podsumowując, MRI opiera się na identyfikacji zmian hemodynamicznych tlenu we krwi, dzięki efektowi BOLD, chociaż poziomy przepływu krwi można również wywnioskować pośrednio za pomocą metod takich jak obrazowanie i perfuzja oraz ASL (etykietowanie spinów tętniczych).

Mechanizm efektu BOLD

Najczęściej stosowaną obecnie techniką MRI jest technika oparta na efekcie BOLD. Ta technika pozwala zidentyfikować zmiany hemodynamiczne dzięki zmianom magnetycznym wytwarzanym w hemoglobinie (Hb).

Ten efekt jest dość złożony, ale postaram się go wyjaśnić w najprostszy możliwy sposób.

Pierwszy opisujący ten efekt to Ogawa i jego zespół. Naukowcy ci zdali sobie sprawę, że gdy Hb nie zawiera tlenu, deoksyhemoglobina jest paramagnetyczna (przyciąga pola magnetyczne), ale gdy w pełni utleniona (oksyHb) zmienia się i staje się diamagnetyczna (odpycha pola magnetyczne) (Ogawa i in. ., 1992).

Gdy występuje większa obecność deoksyhemoglobiny, lokalne pole magnetyczne ulega zmianie, a jądra potrzebują mniej czasu na powrót do swojej pierwotnej pozycji, więc występuje niższy sygnał T2 i odwrotnie, im więcej oxiHb, tym wolniejszy odzysk jąder i otrzymywany jest znak minus T2.

Podsumowując, wykrywanie aktywności mózgu za pomocą mechanizmu efektu BOLD następuje w następujący sposób:

1. Wzrasta aktywność mózgu w określonym obszarze.
2. Aktywowane neurony wymagają tlenu, dla energii, którą pozyskują z otaczających je neuronów.
3. Obszar wokół aktywnych neuronów traci tlen, dlatego na początku wzrasta deoksyhemoglobina, a T2 maleje.
4. Po upływie czasu (6-7s) strefa odzyskuje i zwiększa oksyHb, więc T2 wzrasta (między 2 a 3% przy użyciu pól magnetycznych 1,5 T).

Funkcjonalny rezonans magnetyczny

Dzięki efektowi BOLD można wykonywać funkcjonalne rezonanse magnetyczne (fMRI). Funkcjonalny rezonans magnetyczny różni się od suchego rezonansu magnetycznego tym, że w pierwszym uczestnik wykonuje ćwiczenie podczas wykonywania MRI, dzięki czemu ich aktywność mózgu może być mierzona podczas wykonywania funkcji, a nie tylko w spoczynku.

Ćwiczenia składają się z dwóch części, podczas pierwszej uczestnik wykonuje zadanie, a następnie pozostaje w spoczynku w czasie odpoczynku. Analiza fMRI jest wykonywana przez porównanie woksela do woksela obrazów otrzymanych podczas wykonywania zadania iw czasie odpoczynku.

Dlatego technika ta pozwala powiązać aktywność funkcjonalną z anatomią mózgu z dużą precyzją, co nie dzieje się z innymi technikami, takimi jak EEG lub magnetoencefalografia.

Chociaż fMRI jest dość dokładną techniką, pośrednio mierzy aktywność mózgu i istnieje wiele czynników, które mogą zakłócać uzyskane dane i modyfikować wyniki, zarówno wewnętrzne, jak i zewnętrzne, takie jak charakterystyka pola magnetycznego lub przetwarzanie końcowe..

Praktyczne informacje

Ta sekcja wyjaśni niektóre informacje, które mogą być interesujące, jeśli musisz wziąć udział w badaniu MRI, zarówno pacjenta, jak i zdrowej kontroli.

MRI można wykonać w niemal każdej części ciała, najczęściej są to brzuch, szyjka macicy, klatka piersiowa, mózg lub czaszka, serce, odcinek lędźwiowy i miednicy. Tutaj mózg zostanie wyjaśniony, ponieważ jest najbliższy mojej dziedzinie studiów.

Jak przeprowadza się test?

Badania MRI powinny być przeprowadzane w wyspecjalizowanych ośrodkach i wyposażonych w niezbędne urządzenia, takie jak szpitale, centra radiologiczne lub laboratoria.

Pierwszym krokiem jest odpowiednie ubranie, musisz usunąć wszystkie rzeczy, które mają metal, aby nie przeszkadzały w MRI.

Następnie zostaniesz poproszony o położenie się na poziomej powierzchni, która jest wstawiona do rodzaju tunelu, którym jest skaner. Niektóre badania wymagają, abyś położył się w określony sposób, ale zazwyczaj zwykle jest wyprostowany.

Podczas wykonywania MRI nie będziesz sam, lekarz lub osoba kontrolująca urządzenie zostanie umieszczona w pomieszczeniu chronionym przed polem magnetycznym, które zwykle ma okno, aby zobaczyć wszystko, co dzieje się w pokoju MRI. Ten pokój ma również monitory, na których osoba odpowiedzialna może sprawdzić, czy wszystko jest w porządku podczas wykonywania MRI.

Test trwa od 30 do 60 minut, chociaż może trwać dłużej, zwłaszcza jeśli jest to fMRI, w którym musisz wykonać ćwiczenia, które wskazujesz, podczas gdy MRI podnosi aktywność twojego mózgu.

Jak przygotować się do testu?

Gdy zostaniesz poinformowany, że należy wykonać badanie rezonansem magnetycznym, lekarz powinien upewnić się, że w ciele nie ma metalowych urządzeń, które mogłyby zakłócać rezonans magnetyczny, takich jak:

• Sztuczne zastawki serca.
• Klipsy do tętniaka mózgu.
• Defibrylator lub rozrusznik serca.
• Implanty w uchu wewnętrznym (ślimak).
• Nefropatia lub dializa.
• Sztuczne stawy niedawno umieszczone.
• Stenty naczyniowe.

Ponadto powinieneś poinformować lekarza, jeśli pracowałeś z metalem, ponieważ możesz potrzebować badania, aby sprawdzić, czy masz na przykład cząsteczki metalu w oczach lub nozdrzach..

Powinieneś również powiadomić swojego lekarza, jeśli cierpisz na klaustrofobię (obawa przed zamkniętymi przestrzeniami), ponieważ jeśli to możliwe, twój lekarz doradzi Ci wykonanie otwartego rezonansu magnetycznego, który jest bardziej oddzielony od ciała. Jeśli nie jest to możliwe i jesteś bardzo niespokojny, możesz przepisać leki przeciwlękowe lub nasenne..

W dniu badania nie należy spożywać pokarmu lub napoju przed badaniem, około 4 lub 6 godzin wcześniej.

Musi próbować przynieść minimum przedmiotów metalowych do badania (biżuteria, zegarki, telefon komórkowy, pieniądze, karta kredytowa ...), ponieważ mogą one zakłócać działanie RM. Jeśli je weźmiesz, będziesz musiał zostawić je wszystkie poza pokojem, w którym znajduje się maszyna RM.

Jak to się czuje?

Badanie MRI jest całkowicie bezbolesne, ale może być trochę denerwujące lub niewygodne.

Po pierwsze, może powodować niepokój, gdy tak długo musisz leżeć w zamkniętej przestrzeni. Ponadto maszyna musi być tak nieruchoma jak to możliwe, ponieważ jeśli nie może powodować błędów w obrazach. Jeśli nie jesteś w stanie stać tak długo przez dłuższy czas, możesz otrzymać lekarstwa na relaks.

Po drugie, urządzenie wytwarza serię ciągłych dźwięków, które mogą być denerwujące, aby zmniejszyć dźwięk, można założyć zatyczki do uszu, zawsze wcześniej konsultując się z lekarzem.

Maszyna ma interkom, dzięki któremu możesz komunikować się z osobą odpowiedzialną za egzamin, więc jeśli czujesz coś, co wydaje się nienormalne, możesz to sprawdzić.

Nie jest konieczne pozostawanie w szpitalu, po wykonaniu testu możesz wrócić do domu, zjeść, jeśli chcesz i normalnie żyć.

Do czego to służy??

MRI jest używany wraz z innymi testami lub dowodami, aby postawić diagnozę i ocenić stan osoby cierpiącej na chorobę.

Informacje, które należy uzyskać, zależą od miejsca, w którym zostanie wykonany rezonans. Rezonanse magnetyczne mózgu są przydatne do wykrywania objawów mózgu charakterystycznych dla następujących stanów:

• Wrodzona anomalia mózgu
• Krwawienie w mózgu (krwotok podpajęczynówkowy lub śródczaszkowy)
• Infekcja mózgu
• Guzy mózgu
• Zaburzenia hormonalne (takie jak akromegalia, mlekotok i zespół Cushinga)
• Stwardnienie rozsiane
• Udar

Ponadto przydatne może być również określenie przyczyny takich warunków, jak:

• Osłabienie mięśni lub drętwienie i mrowienie
• Zmiany w myśleniu lub zachowaniu
• Utrata słuchu
• Bóle głowy, gdy występują inne objawy lub objawy
• Trudności z mówieniem
• Problemy ze wzrokiem
• Demencja

Czy masz ryzyko?

Rezonans magnetyczny wykorzystuje pola magnetyczne i, w przeciwieństwie do promieniowania, nie został jeszcze znaleziony w żadnym badaniu, które powoduje jakiekolwiek uszkodzenia.

Kontrastowe badania MRI, które wymagają użycia barwnika, są zwykle wykonywane przy użyciu gadolinu. Ten barwnik jest bardzo bezpieczny i rzadko występują reakcje alergiczne, chociaż może być szkodliwy dla osób z zaburzeniami czynności nerek. Dlatego, jeśli cierpisz na jakikolwiek problem z nerkami, powinieneś poinformować o tym lekarza przed przeprowadzeniem badania..

Magnetyczne obrazowanie MR może być niebezpieczne, jeśli osoba nosi metalowe urządzenia, takie jak rozruszniki serca i implanty, ponieważ może to spowodować, że nie będą działać tak dobrze jak wcześniej..

Ponadto należy przeprowadzić badanie, jeśli istnieje ryzyko, że w ciele znajdą się wióry metalowe, ponieważ pole magnetyczne może spowodować ich ruch i spowodować uszkodzenie organiczne lub tkankowe..

Referencje

1. Álvarez, J., Ríos, M., Hernández, J., Bargalló, N., i Calvo-Merino, B. (2008). Rezonans magnetyczny I: Funkcjonalny rezonans magnetyczny. W F. Maestú, M. Ríos i R. Cabestrero, Techniki i procesy poznawcze (str. 27-64). Barcelona: Elsevier.
2. Clarke, D. i Sokoloff, L. (1994). Krążenie i metabolizm energii w mózgu. W G. Siegel i B. Agranoff, Podstawowa neurochemia (str. 645-680). Nowy Jork: Raven.
3. Gross, P., Sposito, N., Pettersen, S., Panton, D., i Fenstermacher, J. (1987). Topografia gęstości naczyń włosowatych, metabolizmu glukozy i funkcji mikronaczyniowych w dolnej części móżdżku. J Cereb Blood Flow Metab, 154-160.
4. Klein, B., Kuschinsky, W., Schrock, H., i Vetterlein, F. (1986). Współzależność lokalnej gęstości naczyń włosowatych, przepływu krwi i metabolizmu w mózgach szczurów. Am J Physiol, H1333-H1340.
5. Levy, J. (22 października 2014 r.). MRI głowy. Pobrane z MedlinePlus.
6. Levy, J. (22 października 2014 r.). MRI. Pobrane z MedlinePlus.
7. Ogawa, S., Tank, D., Menon, R., Ellermann, J., Kim, S., i Merkle, H. (1992). Wewnętrzne zmiany sygnału towarzyszące stymulacji sensorycznej: funkcjonalne mapowanie mózgu za pomocą rezonansu magnetycznego. Proc Natl Acad Sci U.S.A., 5951-5955.
8. Puigcerver, P. (s.f.). Podstawy rezonansu magnetycznego. Walencja, Wspólnota Walencji, Hiszpania. Źródło: 8 czerwca 2016 r.