Funkcjonalny rezonans magnetyczny fMRI - co to takiego?

Zastosowania fMRI

Zaawansowane technologicznie techniki neuroobrazowania wprowadziły zupełnie nową jakość badaniach funkcjonowania mózgu. Znalazły zastosowanie nie tylko w praktyce klinicznej, ale pozwoliły również na bezpieczną obserwację pracy żywego mózgu w trakcie wykonywania różnych operacji umysłowych. 

Do czasu wynalezienia i wdrożenia takich procedur jak elektroencefalografia (EEG), pozytonowa tomografia emisyjna (PET) czy funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI), jedynym sposobem zbadania, za co odpowiada dana część mózgu, była obserwacja pacjenta z uszkodzonym lub usuniętym określonym jego fragmentem oraz późniejsza pośmiertna sekcja zwłok.

Czym jest funkcjonalny rezonans magnetyczny?

Funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI – functional magnetic rezonance imaging) to technika obrazowania, opierająca się na wykorzystaniu magnetycznych właściwości atomów budujących komórki tkanek mózgu. W uproszczeniu chodzi o to, że jądra atomowe, posiadające słabe właściwości magnetyczne (tzw. niezerowy pin), umieszczone w polu magnetycznym, zachowują się jak mikroskopijne magnesy. W rezonansie funkcjonalnym źródłem sygnału jest zachowywanie się w polu magnetycznym zawierającej cząsteczki żelaza hemoglobiny. Obszary mózgu, zaangażowane w określony typ zadania (np. mówienie, zapamiętywanie czy poruszanie ręką), mają większe zapotrzebowanie na tlen – wymagają go pracujące komórki nerwowe. Za jego transport wraz z krwią do komórek odpowiedzialna jest hemoglobina. Różnica w sygnale rejestrowanym przez skaner między obszarami aktywnymi i nieaktywnymi bierze się stąd, iż jej forma związana z tlenem (oksyhemoglobina) posiada inne właściwości magnetyczne niż niezwiązana (deoksyhemoglobina).

Funkcjonalny rezonans magnetyczny mózgu - na czym polega?

Badanie rezonansem magnetycznym fMRI polega na tym, że osobę badaną umieszcza się w skanerze, wytwarzającym bardzo silne, lecz nieszkodliwe dla organizmu, pole magnetyczne a następnie rejestruje zmiany w zorientowaniu magnetycznym atomów w poszczególnych częściach mózgu. W tym celu cewki wbudowane w skaner wysyłają w jego kierunku krótkotrwałe impulsy elektromagnetyczne z określoną częstotliwością. Wzbudzają one spiny (moment pędu cząstki) jąder atomów badanej tkanki poprzez szybkie zmiany pola magnetycznego, a następnie rejestrację promieniowania elektromagnetycznego powstającego na skutek powrotu spinów do stanu niewzbudzonego. Różne typy tkanek mają odmienne tzw. czasy relaksacji, czyli powrotu spinów do stanu sprzed wzbudzenia, co wizualnie objawia się różnymi odcieniami szarości poszczególnych obszarów mózgu po przetworzeniu sygnału.

Standardowe badanie z wykorzystaniem funkcjonalnego rezonansu magnetycznego składa się z kilku tzw. sekwencji: skanowania lokalizacyjnego, T1, skanowania funkcjonalnego oraz pobierania obrazów strukturalnych. Przeskanowanie mózgu w kilkunastu-kilkudziesięciu warstwach o grubości kilku milimetrów pozwala na stworzenie jego trójwymiarowego obrazu w różnych płaszczyznach oraz rejestrację zmiany aktywności mózgu podczas wykonywania określonego zadania przez osobę badaną. Jednorazowe zeskanowanie wybranego obszaru mózgu trwa - przy zastosowaniu zalecanych standardów - około 2-3 sekund. Skanowanie powtarzane jest kilkadziesiąt razy, aby uzyskać odpowiednią ilość danych do późniejszej analizy.

Wskazania do fMRI

Funkcjonalny rezonans magnetyczny to zaawansowana technika obrazowania mózgu, która pozwala na obserwację aktywności neuronalnej w czasie rzeczywistym. Dzięki fMRI możliwe jest zrozumienie, które obszary mózgu są zaangażowane w określone funkcje, takie jak mowa, ruch czy pamięć. Poniżej przedstawiamy najważniejsze wskazania do fMRI.

Diagnostyka przedoperacyjna w neurochirurgii

• Mapowanie funkcji mózgu: fMRI jest kluczowym narzędziem w planowaniu zabiegów neurochirurgicznych. Pozwala na precyzyjne zlokalizowanie obszarów odpowiedzialnych za kluczowe funkcje (np. mowa, ruch), co minimalizuje ryzyko uszkodzeń podczas operacji.
• Ocena ryzyka neurologicznego: Dzięki fMRI chirurg może ocenić potencjalne konsekwencje usunięcia określonych struktur mózgowych.

Diagnostyka i badania neurologiczne

• Epilepsja: fMRI pomaga w identyfikacji ognisk padaczkowych oraz ocenie funkcji mózgu przed zabiegami usuwania tych ognisk.
• Choroby neurodegeneracyjne: W chorobach takich jak choroba Alzheimera czy Parkinsona, fMRI umożliwia obserwację zmian funkcjonalnych w mózgu na wczesnym etapie.
• Stwardnienie rozsiane: Badanie pozwala na ocenę aktywności choroby i monitorowanie postępu leczenia.

Badania psychiatryczne

• Depresja i zaburzenia nastroju: fMRI pomaga w zrozumieniu mechanizmów leżących u podstaw zaburzeń psychicznych oraz w ocenie skuteczności terapii.
• Schizofrenia: Badanie pozwala na identyfikację nieprawidłowości w aktywności mózgu związanych z objawami schizofrenii.

Ocena urazów mózgu

• Urazy czaszkowo-mózgowe: fMRI jest używane do oceny skutków urazów, takich jak wstrząsy mózgu czy krwiaki, oraz do planowania rehabilitacji.
• Śpiączka i stany wegetatywne: Badanie może pomóc w ocenie stopnia świadomości pacjenta oraz prognozowaniu powrotu do zdrowia.

Badania naukowe i poznawcze

• Badanie funkcji poznawczych: fMRI jest niezastąpione w badaniach nad procesami takimi jak pamięć, uwaga czy percepcja.

Inne wskazania

• Ból przewlekły: Ocena mechanizmów bólu i skuteczności interwencji terapeutycznych.
• Zaburzenia mowy i słuchu: fMRI pomaga w diagnostyce afazji oraz innych zaburzeń komunikacji.

Funkcjonalne obrazowanie - zalety

Najważniejszą zaletą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego jest niewątpliwie jest nieinwazyjność i bezpieczeństwo – pacjentowi nie aplikuje się żadnych znaczników radioaktywnych (jak w przypadku PET), ani innych substacji mogących ingerować w funkcjonowanie organizmu. Emitowane przez skaner pole magnetyczne jest nieszkodliwe dla tkanek a samo badanie znacznie mniej uciążliwe niż PET czy EEG.

Ograniczenia fMRI

Wśród przeciwwskazań do przeprowadzenia fMRI wymienić można m.in. klaustrofobię osoby badanej (typowe urządzenie wazy kilka ton i ma rozmiar niewielkiego pokoju z przeznaczonym dla pacjenta tunelem szerokości ok. 60 cm). Badania nie przeprowadza się także u osób posiadających w organizmie urządzenia elektroniczne lub stalowe elementy (np. rozruszniki serca, neurostymulatory, sztuczne implanty ślimakowe ucha, klipsy tętniaków, śruby w kościach). Wytwarzane przez rezonans silne pole magnetyczne mogłoby doprowadzić do wyrwania drobnych elementów oraz przepalenia układów elektronicznych. Nie dotyczy to coraz powszechniej stosowanych elementów tytanowych lub z tworzyw sztucznych.