Функциональная магнитно-резонансная томография является разновидностью классического МРТ. Разница между этими двумя похожими методиками заключается в том, что первая версия необходима для выявления параметров гемодинамики. Речь идет о проверке возможных изменений в токе крови при активации специальных зон, расположенных в головном мозге.
Обследование базируется на принципе слежения за повышенной активностью изучаемой зоны за счет учета увеличения или ослабления притока крови к определенной точке. Как только деятельность тормозит, либо наоборот – усиливается, следом изменяются параметры движения крови в исследуемом сосудистом русле.
Благодаря столь тонкой работе, получается собрать первичную информацию касательно заболеваний, относящихся к нейродегенеративных поражениям. Речь идет о психических расстройствах, вплоть до шизофрении и некоторых специфичных двигательных патологий.
Результаты исследования часто превращаются в своеобразный навигатор для последующего планирования операций по удалению мозговых новообразований онкологического характера. С помощью специфичной «карты» медики снижают риски повреждения двигательного и речевого центра во время хирургической операции, что нивелирует риски развития побочных эффектов.
Преимущества фМРТ
Развитие технологий в этом направлении захватило мир медицины приблизительно тридцать лет назад. С тех пор нейровизуализация, которую еще называют подразделением функциональной магнитно-резонансной томографии, пользуется стабильно высоким спросом. Одним из самых важным преимуществ способа числится неинвазивность. Это означает отсутствие любых болезненных ощущений во время проведения манипуляции.
Среди прочих положительных аспектов стоит выделить безопасность для испытуемого. В отличие от множества других форматов диагностики, где привлекается вредная лучевая нагрузка, здесь ее не предусмотрено.
Медики высоко ценят исследование за то, что оно способно предоставить хорошее пространственно и временное разрешение. Собранные с его помощью данные получится использовать в дальнейшем для последующих исследований. Больше всего ими интересуются медики из сферы психологии, психотерапии, психоанализа.
За счет сбора информации такого рода в последние годы научились понимать природу формирования воспоминаний, восприятия языка, способности обучаться, а также испытывать эмоции или болевые ощущения.
Если доктор назначил прохождение подобной процедуры, обязательно нужно выбирать только самые новые модели оборудования, чтобы обеспечить себя рядом преимуществ:
- повышенным качеством визуализации;
- увеличенной скоростью обследования при более развернутой финальной картине.
Ускорить процесс сбора необходимой информации получается за счет высокого напряжения магнитного поля, что сокращает время нахождения под сканером. Особенно актуальным представленный пункт покажется больным, которые страдают нейродегенеративными отклонениями, либо расстройствами психологического центра.
Помимо того что собранные сведения становятся основанием для проведения хирургического вмешательства, они нужны и для ряда других полезных целей. Речь идет о привлечении итогов тестирования для проверки текущего состояния больного. Используя информативные маркеры для контроля динамики и оценки прогрессирования нейродегенеративных недугов, получается следить за эффективностью назначенного лечения. При надобности специалист может принять решение провести коррекцию ранее установленного курса терапии, что свойственно страдающим:
- болезнью Паркинсона;
- болезнью Альцгеймера;
- психическими расстройствами.
Все перечисленное стало возможным благодаря тому, что технология научилась определять активацию определенной области головного мозга на стадии его типичного функционирования. Но одновременно с этим врач может подключать для обследования сторонние физические факторы вроде смены положения.
Как это работает?
Сами медики полноценной нейровизуализацией называют не только фМРТ, а целый комплексный подход, направленный на оценивание мозговой деятельности. Для этого нужна наглядная форма, позволяющая регистрировать особенности его прижизненной структуры вместе с отличительными чертами по функционированию. Вместо классических рентгеновских лучей предпочтение тут отдается явлению ядерно-магнитного резонанса.
Схематически устройство для улавливания картинки представляет собой томограф, где спрятан огромный электромагнит с большой мощностью. Он дислоцируется в цилиндрической трубке устройства. Среднестатистический уровень сканирования составляет напряженность поля около 3 Тесла. Это приблизительно в 50 тысяч раз больше, нежели способно предложить магнитное поле Земли.
При активации механизм начинается влияние на ядра атомов. За основу тут берется хаотичное расположение атомных ядер, которые при влиянии магнитного поля начинаются совмещаться с направлением указанного поля. Чем выше показатель силы поля, тем яснее становится согласованность.
После того как маленькие магнитные сигналы от всех ядер собираются вместе, сигнал становится более мощным, что позволяет его отследить и измерить. Для представленной методики за базу берутся водородные ядра, которые предоставляют потом визуализацию:
- серого вещества;
- белого вещества;
- спинномозговой жидкости.
С физиологической точки зрения возможность провести измерение мозговой активности объясняется реакцией кислорода при поступлении в нейроны из капиллярной сети с помощью гемоглобина. Как только активная деятельность нейронов повышается, возникает повышенный спрос на кислород. Физиологически организм отвечает на потребность повышенной дозы кислорода высокой нервной активностью.
Как проводится функциональная МРТ?
Функциональный аналог МРТ проводится немного по-другому, нежели классическое прочтение процедуры. Сначала пациента отправляют в туннель томографа, а потом попросят следовать командам лаборанта. Для этого в аппарате установлена двухсторонняя связь, чтобы было проще связаться с медперсоналом даже в непредвиденных ситуациях.
Одновременно с выполнением заданий программа производит регистрацию анатомических срезов и функциональных Т2-взвешенных изображений. Задания предусматривают чередование покоя с двигательной, умственной активностью.
Основными причинами для осуществления обследования называют:
- предоперационные подготовительные меры;
- оценку рисков осложнения после хирургического вмешательства;
- диагностирование психических аномалий;
- подготовку к инвазивному этапу изучения мозга – картирование коры.
Несмотря на существенную пользу, методика имеет несколько важных противопоказаний. Тестирование не проводится, если у пострадавшего в организме имеются вмонтированные электронные механизмы. Речь идет не только о кардиостимуляторе, но и электронных имплантатах для стабилизации деятельности среднего уха.
Также под запрет попали пациенты, у которых установлены кровоостанавливающие клипсы, либо имеются инородные металлические объекты. Еще одним противопоказанием, но уже относительного характера, числится почечная недостаточность.
Радует, что никакой специфической подготовки от пациента не требуется. Достаточно просто следовать правилам ранее изложенного инструктажа, выполняя команды лаборанта.
Специальность: врач педиатр, инфекционист, аллерголог-иммунолог .
Общий стаж: 7 лет .
Образование: 2010, СибГМУ, педиатрический, педиатрия .
Опыт работы инфекционистом более 3 лет.
Имеет патент по теме «Способ прогнозирования высокого риска формирования хронической патологии адено-тонзиллярной системы у часто болеющих детей». А также автор публикаций в журналах ВАК.
Магнитно-резонансная томография (МРТ) - способ получения томографических медицинских изображений для неинвазивного исследования внутренних органов и тканей , основанный на явлении ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Технология появилась несколько десятков лет назад, и сегодня пройти обследование на таком аппарате можно во многих современных клиниках. Однако ученые продолжают работать над повышением точности технологии и разработкой новых, более эффективных систем. , старший научный сотрудник Института Макса Планка в Тюбингене (Германия) , - один из ведущих специалистов, который разрабатывает новые датчики для экспериментальных сверхвысокопольных МРТ. Накануне он провел спецкурс на программе магистратуры « Радиочастотные системы и устройства » Университета ИТМО, а в интервью ITMO.NEWS рассказал о своей работе и о том, как новые исследования в области МРТ помогут сделать диагностику заболеваний эффективнее.
Последние несколько лет вы работаете в департаменте High-field Magnetic Resonance Института Макса Планка. Расскажите, пожалуйста, чему посвящены ваши текущие исследования?
Я занимаюсь разработкой новых радиочастотных (РЧ) датчиков для МРТ. Что такое МРТ, наверное, сейчас известно уже большинству людей, поскольку за последние 40 лет, с тех пор как эту технологию разработали, она успела прийти в огромное количество клиник и стать незаменимым инструментом диагностики. Но и сегодня люди работают над улучшением этой технологии, разрабатывая новые системы МРТ.
МРТ - это в первую очередь огромный цилиндрический магнит, в который помещается пациент или волонтер для получения трехмерного изображения. Но прежде чем это изображение создать, нужно провести огромную исследовательскую работу. Ее ведут инженеры, физики, врачи и другие специалисты. Я являюсь одним из звеньев в этой цепи и занимаюсь исследованиями на стыке физики и инженерии. Более конкретно - мы разрабатываем датчики для сверхвысокопольного экспериментального МРТ, которое используется на стадии возбуждения, приема и обработки сигнала, полученного в результате физического эффекта ЯМР.
Одно из основных направлений - разработка новых экспериментальных сверхвысокопольных систем МРТ, то есть использующих более высокое постоянное магнитное поле, что позволяет улучшить разрешение изображения или уменьшить время сканирования, что очень важно для многих клинических исследований и диагностики.
Обычные клинические томографы используют постоянные поля до 3 Т, но сейчас появляются экспериментальные томографы с магнитным полем 7 Т и выше. Принято называть томографы с магнитным полем 7 Т и выше сверхвысокопольными. Томографов с полем в 7 Т в мире уже насчитывается около ста, но ведутся разработки по дальнейшему увеличению магнитного поля. Например, у нас в Институте Макса Планка в Тюбингене есть МРТ аппарат 9,4 Т.
Но даже при переходе от 7 к 9,4 Т, возникает много технических проблем, требующих серьезных научно-технических разработок, включая расчет и конструирование датчиков для МРТ нового поколения.
В чем заключаются эти сложности?
Увеличение постоянного магнитного поля приводит к соответствующему увеличению частоты РЧ-датчиков. Например, клинические 3 Т томографы используют датчики с резонансной частотой около 120 МГц, тогда как 7 Т томограф требует датчики с частотой в 300 МГц. Это в первую очередь приводит к укорочению длины волны РЧ-поля в тканях человека. Если частота 120 МГц соответствует примерно длине волны в 35-40 сантиметров, то на частоте 300 МГц она уменьшается до величины около 15 см, что гораздо меньше размеров тела человека.
В результате этого эффекта чувствительность РЧ-датчиков может сильно искажаться при изучении больших объектов (больше длины волны). Это приводит к трудностям в интерпретации изображений и диагностики клинических заболеваний и патологий. В поле 9,4 Т, что соответствует частоте датчиков в 400 МГц, все эти проблемы становятся еще более критичными.
То есть такие снимки становятся фактически нечитаемыми?
Я бы так не сказал. Выражаясь точнее, в некоторых случаях это затрудняет их интерпретацию. Тем не менее, существуют группы, разрабатывающих методики для получения МР-изображений всего тела человека. Однако задачи нашей группы, сосредоточены в первую очередь на исследовании головного мозга.
Какие именно возможности для медицины открывают исследования в области сверхвысокопольного МРТ?
Как вы знаете, при МРТ человек должен лежать неподвижно: если вы начинаете двигаться во время измерений, картинка получится искаженной. При этом какие-то методики МРТ могут занимать до часа, и понятно, что не двигаться в течение всего этого времени сложно. Повышенная чувствительность сверхвысокопольных томографов дает возможность получать изображения не только с более высоким разрешением, но и гораздо быстрее. Это в первую очередь важно при исследовании детей и пациентов пожилого возраста.
Нельзя также не сказать о возможностях для магнитно-резонансной спектроскопии (МРС, метод, позволяющий определить биохимические изменения тканей при различных заболеваниях по концентрации определенных метаболитов - прим.ред. ).
В МРТ основным источником сигнала являются атомы водорода молекул воды. Но, кроме этого, существуют и другие атомы водорода, находящиеся в других молекулах, которые важны для функционирования человеческого организма. В качестве примера можно привести различные метаболиты, нейромедиаторы и т.д. Измерение пространственного распределения этих веществ с помощью МРС может дать полезную информацию для изучения патологий связанных с нарушением метаболизма в организме человека. Часто чувствительность клинических томографов недостаточна для их изучения из-за их низкой концентрации и, как следствие, меньшего сигнала.
В дополнение к этому можно наблюдать ЯМР-сигнал не только от атомов водорода, но и других магнитных атомов, которые тоже очень важны для диагностики заболеваний и медицинских исследований. Однако, во-первых, их ЯМР-сигнал гораздо слабее за счет меньшего гиромагнитного отношения и, во-вторых, их естественное содержание в теле человека гораздо меньше чем атомов водорода. Повышенная чувствительность сверхвысокопольного МРТ исключительно важна для МРС.
Еще одним важным направлением МРТ-методик, для которых критически важна повышенная чувствительность, является функциональная МРТ – важная методика для когнитивных исследований мозга человека.
Пока в подавляющем большинстве клиник мира нет высокопольных томографов. Каковы перспективы того, что томографы 7 Т, а после и 9 Т смогут использоваться в обычной диагностике?
Чтобы томограф пришел в клинику, он должен быть сертифицирован, проверен по условиям безопасности, должна быть составлена соответствующая документация. Это достаточно сложная и длительная процедура. Пока существует только одна компания в мире, которая начала сертифицировать не только датчики, которые мы делаем, но и сам прибор. Это компания Siemens.
Томографы 7 Т есть, их не так много, и полностью клиническими их пока назвать нельзя. То, что я назвал, это предклинический вариант, но это устройство уже сертифицировано, то есть потенциально может использоваться в клиниках.
Предсказать, когда в клиниках появятся томографы 9,4 Т, еще сложнее. Основная проблема здесь заключается в возможном локальном нагрева тканей РЧ-полем датчика за счет сильного уменьшения длины волны. Один из важных направлений инженерных исследований сверхвысокопольной МРТ является детальное численное моделирование этого эффекта для обеспечения безопасности пациентов. Несмотря на то, что подобные исследования ведутся в рамках научных учреждений, переход в клиническую практику требует дополнительных изысканий.
Как сейчас строится сотрудничество между Институтом Макса Планка и Университетом ИТМО? Какие совместные результаты вам уже удалось получить?
Работа продвигается очень успешно. Сейчас с нами работает , аспирант Университета ИТМО. Недавно мы опубликовали статью в одном из ведущих журналов, посвященную техническим разработкам в области МРТ. В этой работе мы экспериментально подтвердили результаты предыдущих теоретических исследований, позволяющих улучшить чувствительность сверхвысокопольных РЧ-датчиков за счет использования модифицированных и оптимизированных дипольных антенн. Итог этой работы, на мой взгляд, получился очень многообещающий.
Сейчас мы также работаем еще над несколькими статьями, которые посвящены использованию подобных методов, но уже для других задач. А недавно Георгий получил грант на поездку в Германию. В следующем месяце он приезжает к нам на полгода, и мы продолжим совместную работу по дальнейшей разработке датчиков для МРТ.
На этой неделе вы провели спецкурс на программе магистратуры «Радиочастотные системы и устройства». Какие главные темы вы затронули?
Курс посвящен различным техническим особенностям разработки датчиков для МРТ. В этой сфере есть много тонкостей, которые необходимо знать, поэтому я представил ряд базисных методик, которые используются для разработки и изготовления этих датчиков. Кроме того, я представил лекцию о своих последних разработках. Всего курс включает восемь лекций по два академических часа, которые рассчитаны на четыре дня. В конце также проводится демонстрация, которая позволяет более доходчиво объяснить эти методики.
Студенты магистратуры сейчас находятся в процессе выбора своего будущего направления, поэтому, думаю, этот курс даст им дополнительную информацию для оценки своих перспектив.
А если говорить в целом об образовании в области МРТ технологий, какие, на ваш взгляд, сегодня знания и навыки прежде всего требуются от таких специалистов?
Несмотря на то, что наша область сейчас стала очень популярной и перспективной для использования в клинической диагностике, каких-то инженерных курсов, которые готовили бы узкоспециализированных специалистов, занимающихся изготовлением катушек для МРТ, сейчас не существует. Образовалась некая брешь. И думаю, что мы вместе как раз можем ее заполнить.
Елена Меньшикова
Редакция новостного портала
Дает исследователю очень много информации об анатомическом строении органа, ткани или другого объекта, который попадает в поле видимости. Однако, чтобы сложилась целостная картина происходящих процессов, не хватает данных о функциональной активности. И для этого как раз существует BOLD-функциональная магнитно-резонансная томография (BOLD - blood oxygenation level dependent contrast, или контрастность, зависящая от степени насыщения крови кислородом).
BOLD фМРТ - это один из наиболее применимых и широко известных способов определять мозговую активность. Активация приводит к усилению местного кровотока с изменением относительной концентрации оксигенированного (обогащенного кислородом) и дезоксигенированного (бедного кислородом) гемоглобина в местном кровотоке.
Рис.1. Схема реакции мозгового кровотока в ответ на возбуждение нейронов.
Дезоксигенированная кровь является парамагнетиком (веществом, способным намагничиваться) и ведет к падению уровня сигнала МРТ. Если же в области мозга больше оксигенированной крови – уровень МРТ-сигнала увеличивается. Таким образом, кислород в крови выполняет роль эндогенного контрастного вещества.
Рис.2. Объём мозгового кровоснабжения (а ) и BOLD- ответ фМРТ (b ) при активации первичной моторной коры человека . Сигнал проходит в 4 стадии . 1 стадия – вследствие активации нейронов повышается потребление кислорода , увеличивается количество дезоксигенированной крови , BOLD — сигнал немного уменьшается (на графике не показано , уменьшение незначительное ). Сосуды расширяются , вследствие чего несколько уменьшается кровоснабжение мозговой ткани . Стадия 2 – длительное увеличение сигнала . Потенциал действия нейронов заканчивается , но поток оксигенированной крови увеличивается инерционно , возможно вследствие воздействия биохимических маркеров гипоксии . Стадия 3 – длительное снижение сигнала вследствие нормализации кровоснабжения . 4 стадия – постстимульный спад – вызван медленным восстановлением первоначального кровоснабжения.
Для активации работы нейронов в определённых областях коры существуют специальные активирующие задания. Дизайн заданий, как правило, бывает двух видов: «block» и «event-related». Каждый вид предполагает наличие двух чередующихся фаз - активного состояния и покоя. В клинической фМРТ чаще используются задания вида «block». Выполняя такие упражнения, испытуемый чередует так называемые ON- (активное состояние) и OFF- (состояние покоя) периоды одинаковой или неравной продолжительности. Например, при определении области коры, отвечающей за движения рук, задания состоят из чередующихся движений пальцами и периодов бездействия, продолжительностью в среднем около 20 секунд. Действия повторяют несколько раз для увеличения точности результата фМРТ. В случае задания «event-related» испытуемый выполняет одно короткое действие (например, глотание или сжатие кулака), за которым следует период покоя, при этом действия, в отличие от блокового дизайна, чередуются неравномерно и непоследовательно.
На практике BOLD фМРТ используется при предоперационном планировании резекции (удаления) опухолей, диагностике сосудистых мальформаций, при операциях при тяжелых формах эпилепсии и других поражений головного мозга. В ходе операции на головном мозге важно максимально точно удалить участок поражения, в то же время избегая излишнего повреждения соседних фунционально важных участков головного мозга.
Рис.3.
а – трёхмерное МРТ — изображение головного мозга . Стрелкой указано расположение моторной коры в прецентральной извилине .
b – карта фМРТ —активности мозга в прецентральной извилине при движении рукой.
Метод очень эффективен при изучении дегенеративных заболеваний, например, болезней Альцгеймера и Паркинсона, особенно на ранних стадиях. Он не предполагает использования ионизирующего излучения и рентгеноконтрастных веществ, к тому же, он неинвазивен. Поэтому его можно считать довольно безопасным для пациентов, которые нуждаются в длительных и регулярных фМРТ-обследованиях. ФМРТ можно применять для исследования механизмов формирования эпилептических приступов и позволяет избежать удаления функциональной коры у больных с трудноизлечимой эпилепсией лобной доли. Наблюдение за восстановлением мозга после инсультов, изучение влияния лекарственных средств или другой терапии, наблюдение и контроль лечения психиатрических заболеваний – это далеко не полный перечень возможного применения фМРТ. Кроме этого, существует еще фМРТ покоя, в которой сложная обработка данных позволяет увидеть сети мозга, функционирующие в состоянии покоя.
Источники:
- How well do we understand the neural origins of the fMRI BOLD signal? Owen J.Arthur, Simon Boniface. TRENDS in Neurosciences Vol.25 No.1 January 2002
- The physics of functional magnetic resonance imaging (fMRI) R. B. Buxton. Rep. Prog. Phys. 76 (2013)
- Применение функциональной магнитно-резонансной томографии в клинике. Научный обзор. Беляев А., Пек Кюнг К., Бреннан Н., Холодный А. Russian electronic journal of radiology. Том 4 №1 2014г.
- Мозг, познание, разум: введение в когнитивные нейронауки. Часть2 . Б. Баарс, Н. Гейдж. М.: Бином. 2014г. С. 353-360.
Текст: Дарья Прокудина
Магнитно-резонансная томография незаменима в диагностике множества заболеваний и позволяет получить детальную визуализацию внутренних органов и систем.
Отделение МРТ клиники НАКФФ в Москве оснащено высокопольным томографом Siemens MAGNETOM Aera с открытым дизайном туннеля. Мощность томографа составляет 1,5 Тесла. Оборудование позволяет проводить обследование людям весом до 200 кг, ширина туннеля аппарата (апертура) - 70 см. В нашей клинике Вы можете сделать МРТ позвоночника, суставов, внутренних органов, в том числе с введением контрастного вещества, а также пройти магнитно-резонансную томографию головного мозга. Стоимость диагностики доступная, при этом ценность полученных результатов невероятно высока. Всего выполняется более 35 видов магнитно-резонансных исследований.
После МРТ диагностики врач проводит беседу с пациентом и выдает диск с записью. Заключение передается посредством электронной почты.
Подготовка
Большинство магнитно-резонансных исследований не требуют специальной подготовки. Однако, например, для проведения МРТ брюшной полости и органов малого таза рекомендуется воздерживаться от еды и питья за 5 часов до исследования.
Перед посещением центра магнитно-резонансной томографии (в день исследования) необходимо надеть удобную одежду без каких-либо металлических элементов.
Противопоказания
Противопоказания к проведению магнитно-резонансной томографии связаны с тем, что во время исследования образуется мощное магнитное поле, способное влиять на электронику, металлы. Исходя из этого, абсолютным противопоказанием к МРТ является наличие:
- кардиостимулятора;
- нейростимулятора;
- электронного имплантата среднего уха;
- металлических клипс на сосудах;
- инсулиновых помп.
Установленный кардиостимулятор, нейростимулятор, электронный имплантат среднего уха, металлические клипсы на сосудах, инсулиновые помпы.
Ограничения при проведении
Если у Вас установлены крупные металлические конструкции (например, эндопротез сустава), понадобится документ о возможности и безопасности выполнения МРТ. Это может быть сертификат на имплантат (как правило, выдается после проведенной операции) или справка от хирурга, выполнившего вмешательство. Большинство подобных конструкций изготавливаются из медицинского титана, который не препятствует проведению процедуры. Но, в любом случае, перед исследованием расскажите врачу отделения лучевой диагностики о наличии инородных предметов в организме - коронок в полости рта, пирсинге, и даже татуировках (в последних могли быть использованы металлосодержащие краски).
Цена магнитно-резонансной томографии зависит от исследуемой части тела и необходимости проведения дополнительных процедур (например, введения контраста). Так МРТ головного мозга будет стоить дороже томографии одной кисти руки. Запишитесь на исследование по телефону в Москве: +7 495 266-85-01 или оставьте заявку на сайте.
