Τετάρτη, 13 Απριλίου 2016

Επανάσταση στη λειτουργική απεικόνιση..

Από:  Dr. Lawrence Frank, UC San Diego
Η τεχνική του MRI, η γνωστή μας μαγνητική τομογραφία, χρησιμοποιείται για την απεικόνιση των μαλακών ιστών στο εσωτερικό του ανθρωπίνου σώματος (και όχι μόνο). Χρησιμοποιεί την ιδιότητα των πυρήνων Υδρογόνου να παράγουν "μουσική" όταν διεγερθούν και αποδιεγερθούν με μαγνητικό τρόπο. Τελικά καταγράφοντας τους "ήχους" αυτούς, παράγονται τρισδιάστατες εικόνες, η αντίθεση των οποίων οφείλεται στη διαφορετική συγκέντρωση νερού στους ιστούς. 
Απο:   Dr. Richard Buxton, UC San Diego
Το f-MRI (Functional Magnetic Resonance Imaging) (Λειτουργική Απεικόνιση Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού), είναι μία σχετικά νέα τεχνική που αναπτύχθηκε με σκοπό την παρακολούθηση της λειτουργίας των νεύρων. 
Η βασική ιδέα προτάθηκε από τον Angelo Mosso το 1890, ο οποίος παρατήρησε ότι κατά τη διάρκεια συναισθηματικής ή διανοητικής δραστηριότητας, το βάρος του εγκεφάλου αυξανόταν, εξαιτίας της ιδιαίτερης κατανομής του αίματος στο ανθρώπινο σώμα. Παρόμοια αποτελέσματα παρατήρησαν και οι Charles S. Roy και Charles S. Sherrington, μελετώντας την εγκεφαλική κυκλοφορία του αίματος σε σκύλους. 
Το 1948, οι Seymour Kety και Carl Schmidt επιβεβαίωσαν ότι η κυκλοφορία του αίματος στον εγκέφαλο σχετίζεται άμεσα με την εγκεφαλική δραστηριότητα. Απέδειξαν, ότι όταν νευρόνες χρησιμοποιούν περισσότερο οξυγονό, χημικά σήματα προκαλούν τη διαστολή γειτονικών αγγείων. Η διαστολή τους, έχει σαν αποτέλεσμα την άυξηση της αιματικής ροής στην περιοχή των νευρόνων αυτών. 
Η ανάπτυξη του f-MRI ξεκίνησε τη δεκαετία του 1990 από τους Seiji Ogawa και Ken Kwong. Η τεχνική αυτή έχει τα εξής πλεονεκτήματα:
  • Είναι μη επεμβατική τεχνική
  • Δεν εμπλέκει τη χρήση ακτινοβολίας
  • Έχει τέλεια χωρική και σχετικά καλή χρονική διακριτική ικανότητα
  • Είναι εύκολη στη χρήση
Το οξυγόνο, μεταφέρεται στους νευρόνες μέσω της αιμογλοβίνης που περιέχεται στα κύτταρα του αίματος. Την αντίθεση στη λειτουργικότητα των νευρόνων, δίνει η διαφορετική συγκέντρωση οξυγόνου στην αιμογλοβίνη, καθώς είναι είτε διαμαγνητική όταν είναι οξυγονομένη είτε παραμαγνητική όταν είναι από-οξυγονομένη. Αυτή η ιδιότητα έχει  ως αποτέλεσμα μικρές διαφορές στην αντίθεση της εικόνας. 

Η διαφορά στο λαμβανόμενο σήμα μεταξύ οξυγονομένης και απο-οξυγονομένης αιμογλοβίνης είναι της τάξης του 1% ή λιγότερο, αναλόγως της έντασης του εφαρμοζόμενου μαγνητικού πεδίου. Αυτός είναι και ο λόγος που συνεχώς αναπτύσσονται πιο ισχυροί μαγνήτες. Προβλέπεται επομένως, ότι καθώς το σήμα εξαρτάται από τις διαφορές στη ροή του αίματος και οι διαφορές αυτές εξαρτόνται από πολλές παραμέτρους. 
Οι περισσότερες απεικονιστικές μέθοδοι, είναι στιγμιαίες, δηλαδή απεικονίζουν κάτι το οποίο συμβαίνει μία συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Η εξέλιξη της τεχνολογίας επέτρεψε την παραγωγή του f-MRI, κατά το οποίο λαμβάνονται συνεχόμενες φωτογραφίες, κάθε 50–100 ms, και έτσι μπορεί να δημιουργηθεί βίντεο, στο οποίο να είναι κινηματογραφημένη η λειτουργία οργάνου ή οργάνων. Οι εικόνες που παράγουν το βίντεο αυτό έχουν βέβαια χαμηλότερη ανάλυση από τις εικόνες του MRI, αλλά η απεικόνιση της λειτουργικότητας είναι κάποιες φορές σημαντικότερη. Συνεχώς γίνονται δοκιμές για τη βελτιστοποίηση της ποιότητας του βίντεο.
Οι περισσότερες εφαρμογές του f-MRI έχουν εστιάσει στη νευρολογία. Λειτουργική απεικόνιση εγκεφάλου. Μεγάλη προσοχή έχει δοθεί στη μελέτη της νόσου του Alzheimer. Παράλληλα, μελέτες γίνονται και στον τομές της ψυχιατρικής, όπου μελετώνται σήματα από διαφορετικά ερεθίσματα. 
Λειτουργική απεικόνιση μέρους του εγκεφάλου, κατά τη διάρκεια ερεθίσματος.
Οι δοκιμασίες που γίνονται, στοχεύουν στην ενίσχυση διαφορών κατά την ύπαρξη διαφορετικών ερεθισμάτων. Για την ακρίβεια και την αντικειμενικότητα των αποτελεσμάτων, ώστε να μην υπάρχουν υποκειμενικά οπτικά κριτήρια παράγονται καμπύλες όπως η ακόλουθη.
Εν κατακλείδι, η λειτουργική απεικόνιση υψηλής ανάλυσης μπορεί να απεικονίζει ασθένειες σε πρώιμο στάδιο, έτσι ώστε να μπορούμε ακολουθώντας γνωστές αγωγές να καθυστερούμε την εξέλιξη τους, ή ακόμη να γίνεται δυνατή θεραπεία τους. Μελέτες γίνονται συνεχώς ώστε με τη τεχνολογική εξέλιξη των ανιχνευτών να βελτιωθεί η ανάλυση των εικόνων και να πλησιάσουμε τη λειτουργική μοριακή απεικόνιση.

About the Author

Κωνσταντίνος Χατζηπαπάς

Author

Φυσικός

 
Φυσική Επιστήμη - Physics Mag © 2015 - Designed by Templateism.com
Επικοινωνία: info@physicsmag.com