Функциональная магнитно-резонансная томография

1. Функциональная магнитно-резонансная томография

Функциональная магнитнорезонансная томография

2.

Разновидность магнитно-резонансной томографии, которая
проводится с целью измерения гемодинамических реакций
(изменений в токе крови), вызванных нейронной активностью
головного или спинного мозга.

3.

• В основе фМРТ лежит BOLD-эффект

4. Что такое сигнал BOLD и с чем его едят.

Когда нейроны разряжаются, они поглощают кислород и глюкозу, а
выделяют метаболические продукты обмена. Активная область мозга
использует запас кислорода в локальном кровотоке, и по мере того, как
кислород поглощается, регистрируется маленькое уменьшение сигнала
BOLD. В течение долей секунды данное снижение локального уровня
кислорода запускает приток богатой кислородом крови в эту область. В
этот момент регистрируется восстановление сигнала. Однако
компенсаторный механизм зашкаливает, вызывая гораздо больший
прилив кислорода, чем требуется, поэтому мы наблюдаем увеличение
сигнала выше начального уровня. И наконец, когда неиспользованный
кислород вымывается из исследуемой области, регистрируется
возвращение сигнала BOLD к начальному уровню.

5. Почему сигнал BOLD регистрируется?

Гемоглобин отличается тем, как он реагирует на магнитные поля, в
зависимости от того, имеет ли он привязку к молекуле
кислорода. Молекула оксигемоглобина лучше реагирует на действие
магнитного поля. Следовательно, она искажает окружающее ее
магнитное поле, индуцированного магнитно-резонансного сканера,
вызывая потерю намагниченности ядер быстрее через период
полураспада. Таким образом, сигнал МРТ лучше в тех областях мозга,
где кровь сильно насыщается кислородом и меньше, где
кислорода нет. Этот эффект возрастает, как квадрат напряженности
магнитного поля. У фМРТ-сигнала, следовательно, проявляется
необходимость в сильном магнитном поле (1.5 Т и выше) и
последовательности импульсов, таких как ЭПИ, которая чувствительна к
периоду полураспада.

6.

7.

Таким образом, по мере того как меняется BOLD-сигнал вслед за
изменением уровня кислорода в кровотоке, можно непрямым
способом регистрировать активацию нервной ткани. Время
возникновения сигнала BOLD равно примерно 6 с после
предъявления стимула.

8. Плюсы по сравнению с ПЭТ

Дешевле
Необходимость радиоактивной метки
VS

9. Не все так радужно

10. Пространственное разрешение

Пространственное разрешение фМРТ исследований определяется, как
способность оборудования различать границы мозга и близлежащие
места. Она измеряется размером вокселей, как в МРТ. При полном
исследовании мозга используются более крупные воксели, а те, которые
специализируются на конкретных регионах, представляющие интерес,
как правило, используют меньшие размеры. Размеры варьируются от 45 мм до 1мм. Таким образом размеры вокселей напрямую зависят от
области измерения. Вместе с тем время сканирования напрямую
увеличивается с увеличением количества вокселей, зависящих от среза
и количества срезов. Это может привести к дискомфорту для субъекта
внутри сканера и к потере намагниченности сигнала. Вокселя, как
правило, содержат несколько миллионов нейронов каждый и десятки
миллиардов синапсов.

11. Временное разрешение

Временное разрешение - это наименьший период времени
нейронной активности который с высокой точностью можно
определить с помощью фмрт.

12.

Активность нейронов, связанных с актом видения длится чуть
больше 100 мс. Быстрые реакции, такие как резкий поворот, чтобы
избежать аварии, занимает около 200 мс. Реакция происходит
приблизительно во вторую половину осознания и осмысления
произошедшего. Вспоминание подобного события может занять
несколько секунд, и эмоциональные или физиологические
изменения, такие как страх, возбуждение могут длиться минуты
или часы. Распознавание лиц, событий могут длиться дни, месяцы
или годы.

13.

На сегодняшний момент невозможно одновременно иметь и
высокую пространственную разрешающую способность, и высокое
временное разрешение при использовании только одного метода
фМРТ.

14. Компромисс

Такие методы, как фМРТ и ПЭТ, указывают нам, где в мозге
происходят определенные процессы. ЭЭГ, МЭГ и регистрация
одиночных нейронов показывают миллисекундные изменения
активности.
+

15. Пространственное разрешение фМРТ судя по всему несколько ниже, чем у МРТ.

Структурное МРТ позволяет нам картировать строение мозга,
включая аксонные (белое вещество) связи между различными
регионами мозга. МРТ показывает только структуру, но не
функциональные особенности. Во время процесса совместной
регистрации функциональные и структурные картинки
совмещаются. Совместная регистрация гарантирует, что два
изображения в итоге будут точно совмещены в одинаковой
размерности. Имея большее пространственное разрешение, мы
можем решать вопросы об анатомической специфичности.

16. Поиск в мозге – задача не из легких

Одним из выходов является первоначальное выделение
определенной области интереса (ОИ) и прогнозирование
ожидаемой активности в ОИ.

17. Пример ОИ

18. Помехи

Из-за того что мозг постоянно активен, до сих пор составляет
значительную трудность выделение мимолетной, связанной с
заданием активности. Одним из широко распространенных
методов является вычитание между двумя фМРТ изображениями,
различающимися по условиям: например, сравнение мозговых
ответов в задаче на понимание арабских чисел (1, 2, 3, ...) и ответов
в такой же задаче, но в которой числа были прописными (один,
два, три, ...)

19.

20.

Вычитание двух условий может, однако, иметь и нежелательное
последствие. Во время этих состояний могут происходить другие
важные процессы. В дополнение различия между
экспериментальными и контрольными условиями могут
варьировать, может существовать перекрестное взаимодействие
между независимыми переменными. Следовательно, другим
подходом могут служить параметрические вариации, при которых
изменение каждого важного параметра и его взаимодействия
могут быть разделены статистически.

21.

Например, если мы изучаем рабочую память (РП) вместо того,
чтобы вычитать мозговую активность во время процессов рабочей
памяти из активности без нее, можно исследовать, как
постепенное увеличение загрузки рабочей памяти отражается на
нейронной активации. А так как статистические проверки должны
быть выполнены для каждой области интереса в каждый момент
времени, получается очень большой объем данных.

22. Помехи

Гемоглобин вносит свой вклад в фМРТ-сигнал от обоих капилляров
вблизи зоны деятельности крупных и дренирующих вен. Для
хорошего пространственного разрешения, сигнал от крупных вен
должен быть подавлен, поскольку он не соответствует площади
участка нейронной активности. Это может быть достигнуто либо с
помощью сильного постоянного магнитного поля или с помощью
спин-Эхо последовательности импульсов.

23. Он умер ради науки

24. Явление миру Лосося

25. Использование фМРТ

Наука
Клиника

26.

• фМРТ может применяться не только для исследования опухолей
головного мозга, но и возможно потенциальное применение для
диагностики инсультов, повреждений мозга и таких
дегенеративных заболеваний, как болезнь Альцгеймера .

27.

фМРТ может применяться для исследования механизмов
приступов, процессов происходящих при восстановлении мозга
после инсульта, для изучения полезных свойств лекарств и
применимости определенного типа терапии, а также для описания
таких расстройств, как депрессия. Мозг пациентов, вылеченных от
депрессии, имеет картину фМРТ, отличающуюся от нормальной,
что может говорить о возможности рецидива.

28.

Применение фМРТ в исследовании болей может улучшить
клинические подходы к лечению хронической и острой боли

29. фМРТ в клинике

Основным клиническим применением функциональной магнитнорезонансной томографии (фМРТ) является предоперационное
планирование удаления опухолей мозга.

30. Проблемы

• Нарушения ауторегуляции мозгового кровотока в
глиобластомах.

31. Функциональная МРТ для пациентов в коме.

Так же планируется использовать фМРТ для прогнозирования
исходов коматозных состояний.

32. Спасибо за внимание