Inżynier i Fizyk Medyczny 6/2015 vol. 4
315
radiologia
/
radiology
artykuł naukowy
/
scientific paper
informacji o jego metabolizmie, a także integralności i funkcjo-
nowaniu struktur nerwowych [1, 9, 15]. Technika ta może zatem
wspomóc diagnostykę i prognozowanie patologii w centralnym
systemie nerwowym. Umożliwia często określenie, jaki jest sto-
pień złośliwości guzów, pozwala na szerszą diagnostykę udarów
mózgu oraz stwardnienia rozsianego, a także na poszerzenie
diagnostyki chorób neurodegeneracyjnych. Pozwala na rozróż-
nienie zmian neoplastycznych od nieneoplastycznych i guzów
pierwotnych od przerzutów. Ponadto ułatwia ocenę dynamiki
procesu patologicznego [16]. Przykładowo wzrost stężenia NAA
świadczy o chorobie Canavana, natomiast jego spadek może być
oznaką degradacji neuronów przy nowotworze złośliwym lub
chorobach istoty białej. Z kolei zmiany stężenia Cr wskazywać
mogą na choroby ogólnoustrojowe, np. choroby nerek (ponie-
waż kreatyna i fosfokreatyna są przetwarzane do kreatyniny,
a ona jest wydalana z organizmu z moczem) [5-6, 8].
Niezaprzeczalną zaletą tej metody jest fakt, iż informacje
o składzie biochemicznym pozyskiwane są bez konieczności
wykonywania biopsji [7, 10]. Wadami tej techniki są relatywnie
długi czas akwizycji danych oraz niski SNR spowodowany dużą
czułością na występowanie artefaktów.
Badanie funkcjonalne (fMRI)
Obrazowanie czynnościowe MR fMRI (
functional Magnetic Re-
sonanse Imaging
) aktywnej kory mózgowej zostało opisane
pierwszy raz w 1990 roku [7]. W standardowej technice MRI
wykorzystuje się właściwości magnetyczne jąder atomów wo-
doru, natomiast metoda fMRI bazuje na detekcji zmian hemo-
dynamicznych w naczyniach włosowatych. Istnieje bowiem
silna korelacja pomiędzy lokalną intensywnością przepływu
krwi a aktywnością tkanek nerwowych w ośrodkowym układzie
nerwowym. Każda aktywność neuronalna wymaga dostarczenia
energii, która jest produkowana w reakcjach chemicznych wyko-
rzystujących glukozę i tlen. Aby możliwe było dostarczenie tych
składników, pobudzeniu lokalnemu kory mózgowej towarzyszy
lokalne zwiększenie przepływu krwi oraz jej objętości. W związ-
ku z tym obserwuje się lokalny wzrost objętości krwi i w konse-
kwencji lokalne podniesienie poziomu tlenu [3, 11, 13, 18]. Roz-
wój tej metody możliwy był dzięki opracowaniu ultraszybkiej
sekwencji EPI (
Echo-Planar Imaging
), ponieważ zmiany aktywno-
ści następują bardzo szybko, a zmiana natężenia sygnału wynosi
ok. 2-5% dla skanerów 1,5T i 15% dla skanerów 4T [19].
Zjawisko zależności kontrastu od stężenia tlenu we krwi jest
podstawą metody BOLD (
Blood Oxygen Level Dependent
). Wy-
korzystuje ona fakt, iż hemoglobina utlenowana (oksyhemo-
globina) i hemoglobina nieutlenowana (deoksyhemoglobina)
wykazują różne właściwości magnetyczne. Oksyhemoglobina
jest diamagnetykiem, natomiast deoksyhemoglobina parama-
gnetykiem. Obecność deoksyhemoglobiny stanowi naturalny
kontrast dla sygnału MRI, ponieważ wzmacnia ona sygnał emi-
towany przez molekuły wody skupione wokół naczyń krwiono-
śnych [9, 13-14, 19-21].
Lokalny wzrost poziomu tlenu podczas aktywności neuro-
nalnej powoduje zwiększenie stosunku oksyhemoglobiny do
deoksyhemoglobiny w porównaniu ze stanem spoczynkowym
neuronów. W rezultacie przez cewki odbiorcze rejestrowany jest
inny sygnał w przypadku hemoglobiny utlenowanej i nieutleno-
wanej – wzrost stężenia oksyhemoglobiny w kapilarach i żyłach
odzwierciedlany jest przez wzrost intensywności sygnału. To po-
zwala stwierdzić, gdzie w badanym narządzie zachodzą procesy
związane z intensywną produkcją energii [3, 7, 14].
fMRI wykorzystuje ultraszybkie metody obrazowania EPI
w celu zebrania informacji na temat zmian utlenowania krwi lub
zmian w jej przepływie występujących w odpowiedzi na zadane
bodźce. W sekwencji tej stosuje się czasy TE zbliżone do czasów
relaksacji T2 [7, 9]. Podczas badania stymuluje się poszczególne
rejony mózgu z użyciem uprzednio zdefiniowanego paradygma-
tu, czyli algorytmu określającego, kiedy i jakie zadania ma wy-
konywać pacjent. Najczęściej stosowane są schematy blokowe,
w których blok aktywności przeplata się z blokiem odpoczynku,
a wszystkie bloki są równej długości i trwają kilkadziesiąt sekund
[11]. Rzadziej stosuje się metodę związaną z wystąpieniemwyda-
rzenia (
event related method
), która jest bardziej skomplikowana
i niepolecana w praktyce klinicznej [19]. Następnie obraz wyniko-
wy konstruowany jest z otrzymanego sygnału przy użyciu metod
statystycznych. Tworzone są kolorowe mapy aktywności, które
prezentowane są po naniesieniu na obrazy strukturalne [9].
Rozwój tej techniki pozwolił na dokładne i nieinwazyjne
monitorowanie dynamicznych procesów w mózgu człowieka.
Możliwe jest określenie lokalizacji ośrodków sensorycznych
i motorycznych, a także ośrodków związanych z wyższymi ko-
gnitywnymi funkcjami, np. pamięcią, nauką języków obcych.
Ponadto dzięki tej technice możliwe jest ocenienie lateralizacji
tych funkcji [3, 19-20]. Standardowo w praktyce klinicznej wyko-
nywane są badania czynnościowe mózgu w zakresie kory rucho-
wej kończyn górnych oraz dolnych, kory słuchowej i wzrokowej
oraz ośrodków rozumienia mowy.
fMRI wykazuje szerokie spektrum zastosowań ze względu na
liczne zalety: jest to badanie nieinwazyjne o wysokiej rozdzielczo-
ści przestrzennej i powtarzalności. Badanie to wykorzystywane
jest przede wszystkim przed interwencjami neurochirurgicznymi
(np. resekcją guza), ponieważ może dostarczyć informacji po-
trzebnych neurochirurgowi w celu minimalizacji defektu pozabie-
gowego ośrodków korowych pacjenta [5, 19-20]. Ponadto fMRI
wykorzystywane jest przy farmakologicznych badaniach klinicz-
nych [7]. Tym samym, gdzie tylko to możliwe, metoda ta powoli
zastępuje techniki medycyny nuklearnej, takie jak PET [11].
Dyfuzja (DWI)
Dyfuzja MR DWI (
Diffusion Weighted Imaging
) to obrazowanie
ruchów cząsteczek wody w przestrzeni zewnątrzkomórkowej
[21‑22]. Pierwsze obrazy tą techniką zostały wykonane w 1985
roku. W tym czasie była to bardzo wolna metoda o dużej czułości
na występowanie artefaktów. Znaczne polepszenie parametrów
