دانشجویان مهندسی پزشکی ایران

خبرهای ویژه

» ام آر آی » MRI تخصصی در اسکن مغزی با FMRI قسمت اول

تاریخ انتشار : ۱۳۹۶/۰۳/۱۹ - ۵:۰۰

MRI تخصصی در اسکن مغزی با FMRI قسمت اول

MRI تخصصی در اسکن مغزی با FMRI قسمت اول اف‌ام‌آرآی یا تصویرسازی تشدید مغناطیسی کارکردی: مغز همانند دیگر به مقدار ثابتی از اکسیژن برای سوخت و ساز نیاز دارد. این مقدار اکسیژن با عناصری در خون که هموگلوبین نامیده می شود جابجا می شوند. تقریباً از سال ۱۹۳۵ نشان دادند که خواص مغناطیسی هموگلوبین به مقدار اکسیژنی […]

MRI تخصصی در اسکن مغزی با FMRI قسمت اول

اف‌ام‌آرآی یا تصویرسازی تشدید مغناطیسی کارکردی:

مغز همانند دیگر به مقدار ثابتی از اکسیژن برای سوخت و ساز نیاز دارد. این مقدار اکسیژن با عناصری در خون که هموگلوبین نامیده می شود جابجا می شوند. تقریباً از سال ۱۹۳۵ نشان دادند که خواص مغناطیسی هموگلوبین به مقدار اکسیژنی که حمل می کند بستگی دارد. این وابستگی باعث شده است که بتوان با استفاده از MRI ازمیزان فعالیت مغز آگاهی پیدا کرد.

تاریخچه:

واکنش های بیوشیمی که پیام های عصبی را از طریق پتانسیل عمل و نیز نوروترنسمیتر ها منتقل می کنند، همگی به انرژی نیاز دارند. این انرژی در فرم ATP است، که از گلوکز و درحین فرایند اکسید و فسفری شدن در چرخه ی kreb تامین می شود. با هیدرولیز شدن ATP به ADP ، انرژی آزاد می شود، که می تواند باعث به راه اندازی واکنش های شیمیایی شود. ایجاد ATP از ADP با فرایندهای اکسیدشدن و فسفری شدن بر اساس نیاز بدن مراقبت می شود، بنابراین میزان ذخیره انرژی همواره ثابت می ماند. می توان گفت سرعت واکنش عمدتاً وابسته به مقدار ADP موجود است. به این معنی است که نرخ مصرف اکسیژن از طریق فرایندهای اکسیدشدن و فسفری شدن یک معیار خوب برای اندازه‌گیری انرژی استفاده شده در آن ناحیه است. اکسیژن مورد نیاز برای متابولیسم در خون تولید می شود. از آنجایی که اکسیژن در خونانحلال پذیری خوبی ندارد، پروتیینی به نام هموگلوبین در خون وجود دارد که از قضا به خوبی هم با اکسیژن باند می شود. بخش جالب توجه در مورد هموگلوبین وجود اتمهای آهن درآن است، که در یک ساختار ارگانیک باند شده است و رنگ خون هم به دلیل همین اتم هاست. وقتی اکسیژن با هموگلوبین ترکیب می شود، به آن اکسی هموگلوبین و زمانیکه اکسیژنی با آن ترکیب نشده است داکسی هموگلوبین گفته می شود. جهت تامین میزان انرژی زیادی که برای فعالیت های مغز لازم است، میزان اکسیژن و خون ارسالی به مغز بالاست. با اینکه مغز تنها ۲% از وزن بدن را دارد، نرخ مصرف اکسیژن در آن ۲۰% است و جریان خون آن ۱۵% کل مقدار موجود است. جریان خون به ماده خاکستری، که یک ناحیه ی پر از سیناپس است، ۱۰ برابر ماده ی سفید مغز در واحد حجم است. درک ضعیفی از نحوه تنظیم جریان خون محلی وجود دارد، اما می دانیم که فعالیت های الکتریکی محلی باعث افزایش سریع انتخابی جریان خون در آن ناحیه می شود. افزایش موضعی در فعالیت عصبی در مغز منجر به اتساع عروق خونی و افزایش جریانCBF می شود. افزایش غلظت پتاسیم داخل سلولی به عنوان عاملی که سبب گشاد شدن سرخرگ های مغز می شود شناخته شده است. مطالعات اخیر پیشنهاد کرده اند که آزاد شدن پتاسیم توسط نورون های فعال از درون سلول های گلیا astrocyte منتقل شده و از پایه های انتهایی این سلول ها به روی رگ های خونی آزاد می شود. نتایج شبیه سازی های کامپیوتری دینامیک پتاسیم در مغز بیان کننده ی این است که آزاد شدن پتاسیم از پایه های انتهایی astrocyte ها باعث بالا رفتن غلظت پتاسیم با سرعت زیاد و سطوح بالاتری از انتشار پتاسیم از طریق فضای خارج سلولی است، خصوصاً زمانی که محل افزایش پتاسیم از دیواره رگ در فاصله ی دورتری قرار دارد. بر اساس این یافته ها، فرض می شود آزاد شدن پتاسیم از پایه های انتهایی Astrocyte ها نقش مهمی در تنظیم جریان خون مغزی منطقه ای در پاسخ به تغییرات در فعالیت های عصبی ایفا می کند

در این روش تصاویری متناوب از مغز در حال فعالیت و سپس در حال استراحت گرفته می‌شود و از یکدیگر بطور دیجیتالی (بکمک نرم‌افزارهایی همانند اف اس ال) تفریق می‌گردند، که حاصل این پردازش عملکرد مغزی در اثر تغییرات جریان خونی در مغز را از لحاظ فیزیولوژیکی نشان میدهد.

BOLD FMRI:

این ایده که جریان خون مغزی(CBF)می تواند فعالیت های عصبی را منعکس کند با آزمایش‌های Roy وSherrington در سال ۱۸۹۰ شروع شد . این مفهوم پایه ی تمام تکنیک های تصویربرداری امروزی است که براساس همودینامیک از مغز انجام می شود. تغییرات جریان خون و میزان اکسیژن خون مغز ( همراه با هم همودینامیک نامیده می شوند) که به خوبی با فعالیت های عصبی مرتبط هستند. افزایش محلی CBF می تواند مستقیماً مرتبط با فعالیت الکتریکی باشد، زیرا متابولیسم گلوکز و تغییرات CBF به خوبی کوپل هستند. بنابراین، اندازه‌گیری تغییرات CBF ایجاد شده توسط یک محرک می تواند برای نگاشتن عملکرد مغز استفاده شود. از آنجاییکه نرخ متابولیک مغزی گلوکز (CMRglu) و تغییرات CBF کوپل هستند، به نظر می رسد نرخ متابولیک مغزی اکسیژن (CMRO2) و تغییرات CBF نیز کوپل هستند. بر اساس اندازه‌گیری های CBF و CMRO2 توسط PET نشان داده شد که میزان افزایش در افزایش CBF به میزان افزایش در CMRO2 برتری دارد. در نتیجه، یک عدم تطبیق بین تغییرات CMRO2 و CBF باعث افزایش سطح اکسیژن خون در سرخرگ ها و سیاهرگ ها می شود، که یک پارامتر جدید را ( علاوه بر CBF) برای نگاشتن فعالیت های مغز معرفی می کند. BOLD یک کنتراست MRI از دی اکسی هموگلوبین خون است. که برای اولین بار توسط Ogawa و همکارانش در آزمایشگاه Bell دانشگاه AT&T در سال ۱۹۹۰ کشف شد. کنتراست BOLD وابسته به تغییرات دی اکسی هموگلوبین(dHb) خون است ، که به عنوان یک ماده کنتراست پارامغناطیس درونی عمل می کند. بنابراین، تغییر در میزان غلظت dHb محلی در مغز نماینده ای از میزان شدت سیگنال MRI خوهد بود. روش تصویربرداری BOLD به دلیل حساسیت بالا و اجراساده ی آن به طور وسیعی استفاده می شود. اما سیگنال BOLD به پارامترهای آناتومیکی، فیزیولوژیکی و تصویربرداری وابسته است و تفسیر آن با توجه به پارامترهای فیزیولوژیک به صورت کیفی و نیمه کمی است. بنابراین، مقایسه نتایج ازمایشگاههای مختلف با میدان های مغناطیسی مختلف، با هم مشکل است. در مقابل تغییرات CBF نیز توسط MRI قابل اندازه‌گیری است و چون سیگنال های fMRI وابسته به یک پارامتر فیزیولوزیک است، تفسیر کمی آن سر راست تر است.

6s5d4f6ds 300x208 - MRI تخصصی در اسکن مغزی با FMRI قسمت اول

محققان سیگنال BOLD را با هر دو سیگنال های بدست آمده از الکترودهای کاشته شده (در مغز میمون) و سیگنال های میدان پتانسیل (که میدان های الکتریکی یا مغناطیسی از فعالیت مغز است و خارج از جمجمه اندازه‌گیری می‌شود) از EEG و MEG، مقایسه و برسی کرده اند. میدان پتانسیل محلی، که شامل هر دو فعالیت های پس سیناپسی نورونی و پردازش های نورونی داخلی است، بهتر می‌تواند پاسخ BOLD را پیش بینی کند. بنابراین کنتراست BOLD غالباً ورودی به نورون هاست و کمتر مرتبط به خروجی آتش نورون ها. در انسان ها، الکترودها را فقط می توان در بیمارانی که نیاز به جراحی برای درمان دارند کار گذاشت، اما شواهد رابطه مشابهی را حداقل برای قشر بینایی و شنوایی نشان داده‌اند. شناسایی مکان های فعال شده توسط BOLD fMRI در نواحی قشری (نواحی سطحی مغز) بر حسب نگاشت کارکردی براساس CBF در تصاویر PET است. برخی نواحی که اندازه آن ها فقط چند میلی متر است، نظیر lateral geniculate nucleus (LGN) در تالاموس که تصاویر مشاهده شده توسط چشم ها را به قشر بینایی رله می کند، نشان داده شده که سیگنال BOLD درستی را زمانیکه به آن ورودی بینایی می دهند، ایجاد می کند. نواحی همسایه نظیر pulvinar nucleus که برای چنین تکلیفی تحریک نشده اند، رزولوشن میلی متری را برای گسترش فضایی پاسخ BOLD، حداقل در هسته های تالاموس بیان می کند. با این حال، سیگنال BOLD قادر نیست شبکه های فعال فیدبک و جلوسو را در یک ناحیه از هم تمییز دهد؛ کندی پاسخ رگ ها به این معنی است که سیگنال نهایی نسخه جمع شده تمام شبکه های ناحیه است؛ جریان خون در حالیکه فرایند پیش می رود در حال جنبش ناگهانی نیست. هم چنین، هر دوی ورودی های مهاری و تحریکی به نورون از تورون های دیگر جمع می شوند و در ایجاد سیگنال BOLD نقش دارند. و در داخل یک نورون امکان دارد که همدیگر را از بین ببرند. دامنه سیگنال BOLD لزوماً شکل آن را تحت تاثیر نمی‌گذارد. دامنه بالاتر سیگنال در فعالیت های قویتر و شدیدتر نورونی دیده می شود، اما در همان ناحی می تواند جهش اندکی داشته باشد وو به عنوان سیگنال ضعیف شناخته شود. هم چنین، دامنه سیگنال لزوماً نحوه رفتار را منعکس نمی‌کند. یک تکلیف شناختی پیجیده ممکن است در ابتدا سیگنالی با دامنه بزرگ ایجاد کند که در ارتباط با عملکرد خوب باشد، اما در حالیکه سوژه در انجام آن مهارت پیدا می کند، ممکن است دامنه سیگنال کاهش پدا کند در حالیکه عملکرد در همان سطح قبلی است. این اتفاق انتظار می رود که به دلیل نورون های رهبر با بازده بالا مغز باشد که تکلیف را انجام می دهند و مصرف انرژی و هزینه اضافی را کم کنند. پاسخ BOLD از نواحی مغزی را نمی توان حتی برای یک تکلیف به طور مستقیم مقایسه کرد، زیرا چگالی نورون ها و مشخصه میزان مصرف خون در مغز ثابت نیست. با این حال، اغلب پاسخ BOLD سوژه ها برای یک ناحیه مغزی و یک تکلیف با هم مقایسه می‌شود.

این مطلب ادامه دارد…



دسته بندی : ام آر آی , تصویر برداری پزشکی
ارسال دیدگاه

موسسه خیریه نسیم وصالموسسه خیریه نسیم وصال

ثبت شده در وزارت کشور

تبلیغات
تبلیغات
تبلیغات