Page 8 - IFM_201303_vB calosc 150 dpi

vol. 2 3/2013 Inżynier i Fizyk Medyczny

120

artykuł

\

article

neurologia

\

neurology

czynnościowych mózgu. Analizując obserwacje Pierre`a Brocca

(1861) i Carla Wernicke’go (1874) poczynione u pacjentów z uszko-

dzeniami w

zakresie płatów czołowego i

skroniowego, stworzono

aktualny do dzisiaj model organizacji ośrodka mowy. Pierwszą

mapę obejmującą ośrodki ruchowe sporządzili w1938 rokuW. Pen-

field i E. Boldrey, stymulując bezpośrednio koręmózgową u pacjen-

tóww czasie zabiegówneurochirurgicznych. Badania nowoczesny-

mi metodami potwierdziły poprawność wyników tych prac.

Integrację badań struktury i

czynności mózgu, które do tej

pory wykonywane były niezależnie, umożliwiła metoda funkcjo-

nalnego rezonansu magnetycznego fMRI [4, 5].

Postęp techniczny w

rozwoju aparatury do badań metodą

MRI, a

przede wszystkim wprowadzenie szybkich sekwencji,

pozwoliło w

latach 90. XX wieku wykorzystać tę technikę do

badania aktywności mózgu. Metodę funkcjonalnego rezonansu

magnetycznego (fMRI), która umożliwia obrazowanie aktywa-

cji struktur mózgu w

czasie stymulacji, zapoczątkowały prace

S. Ogawy i R. Turnera [2]. Wykorzystuje ona odkrycia dokonane

w badaniach podstawowych prawie sto lat wcześniej. Podstawą

jest zależność sformułowana już w

1890 roku przez brytyjskich

fizjologów Charlesa Roya i Charlesa Sherringtona określająca, że

lokalna intensywność przepływu krwi ma ścisły związek z aktyw-

nością tych struktur mózgu. Drugim zjawiskiem leżącym u

pod-

staw metody fMRI jest opisana w

1935 roku przez P.L. Paulinga

zależność właściwości magnetycznych krwi od jej utlenowania:

oxyhemoglobina jest diamagnetykiem, a

deoxyhemoglobina

jest paramagnetykiem, co umożliwia wykorzystanie hemoglobi-

ny jako naturalnego kontrastu w

różnicowaniu na obrazie MRI

obszarów o

różnym stopniu utlenowania, powodując lokalne

zmiany jednorodności pola magnetycznego uwidaczniane jako

zmiany natężenia sygnału w

obrazach T2 zależnych (w bada-

niach fMRI wykorzystuje się przede wszystkim sekwencje EPI

(

Echo Planar Imaging

)). Wzrost natężenia sygnału nie jest duży

(dla skanerów o

polu 1,5 T wynosi 2-5%), ale wystarczający, aby

zaznaczyć aktywowane struktury mózgu. Technikę niewymaga-

jącą podawania środków kontrastujących nazwano BOLD (

Blood

Oxygenation Level Dependent

) [2].

Jednoczesne badania fMRI i EEG

Jednoczesne badanie aktywacji modułów czynnościowych mó-

zgu w wyniku stymulacji poprzez pomiar zmiany ukrwienia i utle-

nowania oraz zmian czynności bioelektrycznej stało się możliwe

po opracowaniu aparatury do badań EEG, umożliwiającej reje-

strację w

polu magnetycznym. Wymagało to przygotowania

technologii czepka z

elektrodami i przewodami bez zastosowa-

nia elementów ferromagnetycznych. W

badaniach ambulato-

ryjnych EEG stosowane są elektrody srebrne pokryte chlorkiem

srebra Ag/AgCl. W

czepkach do badań EEG w

polu magnetycz-

nym stosowane są elektrody z

proszku spiekanego węgla z

na-

pylonymi cząsteczkami Ag/AgCl, natomiast przewody wykonane

są z włókien węglowych. W

komorze skanera znajduje się tylko

czepek z

elektrodami nieaktywnymi, natomiast aparatura reje-

strująca znajduje się poza pomieszczeniem skanera.

Skala trudności rejestracji czynności EEG w

polu magnetycz-

nym wynika z

zakresów wartości sygnałów. Amplituda czynności

podstawowej jest rzędu kilkudziesięciu μV, a

pomiar odbywa się

w polu 1,5 T lub 3 T. Sygnały rejestrowane są w

jednorodnym polu

magnetycznym skanera 1,5 T lub 3 T, a

także w

czasie ekspozycji

sygnałów w

zakresie częstotliwości radiowych RF (

Radio Frequen-

cy

), w czasie których potencjał może być rzędu miliwoltów.

Najkorzystniejszym rozwiązaniem jest umieszczenie elemen-

tów aktywnych systemu poza pomieszczeniem skanera. W polu

magnetycznym znajduje się wtedy tylko pasywny czepek. W

sys-

temie rejestrującym poza klatką Faradaya umieszczone są ko-

lejno: głowica, filtry RF, wzmacniacze i

komputer z

oprogra-

mowaniem do rejestracji i

analizy sygnałów EEG. Oddzielnym

elementem systemu jest stymulator generujący bodźce, w

któ-

rym programowana jest sekwencja stymulacji bodźcami wzro-

kowymi, słuchowymi lub czuciowymi. Bodźce aplikowane są

poprzez stymulatory przeznaczone do pracy w polu magnetycz-

nym: gogle, słuchawki, pneumatyczny stymulator bodźców czu-

ciowych. System rejestracji i

stymulacji jest zsynchronizowany

ze skanerem w

ten sposób, że impuls ze skanera uruchamia se-

kwencję stymulacji. Zarówno markery bodźców, jak i

impulsy ze

skanera rejestrowane są w

zapisie EEG. W

zapisie EEG znajduje

się pełna informacja o

zdarzeniach w

czasie rejestracji.

W trakcie rejestracji sygnałów EEG w

stałym polu magnetycz-

nym, podczas której generowane są również pola gradientowe

i pola o wysokiej częstotliwości RF, występują artefakty zarówno

techniczne, jak i

biologiczne. Artefakty gradientowe rejestrują

się w

sygnale EEG w postaci wysokonapięciowych sygnałów. Ar-

tefakty balistokardiograficzne związane są z

ruchem ciała spo-

wodowanym falą tętna. Ruch ten powoduje przemieszczanie się

elektrod EEG w

polu magnetycznym skanera, a

zarejestrowana

różnica potencjałów stanowi artefakt w

zapisie. W

systemach

EEG do rejestracji w polu magnetycznym stosowane są zaawan-

sowane metody eliminacji artefaktów.

Istotnym elementem mającym wpływ na jakość zapisu EEG

jest impedancja elektrod. Uzyskanie impedancji w

zalecanym

zakresie < 10 kΩ wymaga przede wszystkim odpowiedniego

przygotowania skóry. W badaniach ambulatoryjnych stosuje się

zwykle żel przewodzący, natomiast w badaniach w polu magne-

tycznym dla zapewnienia dobrego kontaktu elektroda-skóra –

jednorazowe podkładki z

gąbki pod elektrodą w

czepku, które

następnie nasącza się solą fizjologiczną. Cel stosowania tych

Obrazowanie czynnościowe struktury mózgu z jedno-

czesną rejestracją czynności bioelektrycznej umożliwia

neurofizjologom prowadzenie niedostępnych dotych-

czas badań poznawczych, ale także otwiera zupełnie

nowe możliwości diagnostyczne dla badania zmian pato-

logicznych, którym nie towarzyszą zmiany strukturalne.

Ma duży potencjał badawczy w zakresie funkcji poznaw-

czych i zagadnień neuropsychologii. Wneurochirurgii wy-

korzystywana jest w planowaniu zabiegu operacyjnego.