پزشکی بالینی

در مغز چه مي گذرد؟ عملكرد مغز در تصوير برداري عملكردي

تصاويري كه در زمينه تهيه نقشه تغييرات عملكردي مغز به وسيله تصويربرداري تشديد مغناطيسي(MRI)گرفته مي شود بر عملكردهاي مغزي و تصاوير آناتوميك موجود منطبق است. توانايي نمايان ساختن ساختارهايي كه در عملكردهاي خاص مغز نقش دارند با استفاده از تكنيك جديدي به نام تصويربرداري تشديد مغناطيسي عملكردي (fMRI)  امكان‌پذيراست كه تصاوير آن رزولوشن بالايي داشته و فعاليت هاي مغزي را با روش هاي غير تهاجمي از طريق ثبت سيگنال‌هاي وابسته به سطح اكسيژن خون فراهم مي كند. اين توانايي نمايش مستقيم عملكرد مغزي ، برداشت و درك انسان را از روند فعاليت هاي مغزي و وضعيت عصبي و ريسك هاي عصبي افزايش مي دهد.

بافت در يك ميدان مغناطيسي خارجي
در هر سانتي متر مكعب از بافت نرم، ميلياردها هسته هيدروژن (پروتون) وجود دارد. ابتدا اين پروتون ها يا مغناطيس‌هاي كوچك به طور نامرتب در امتدادهاي مختلفي قرار دارند به طوري كه برايند نيروهاي مغناطيسي آن‌ها برابر صفر است.
پس از قرار گرفتن در يك ميدان مغناطيسي خارجي قوي، پروتون‌ها سعي مي كنند خود را در راستاي ميدان مغناطيسي خارجي قرار دهند. تعداد پروتون هايي كه در جهت ميدان مغناطيسي خارجي قرار مي گيرند، اندكي بيش از تعداد پروتون هايي است كه در جهت خلاف ميدان مغناطيسي خارجي قرار مي گيرند. لذا برايند ميدان مغناطيسي پروتون ها، برداري در جهت ميدان مغناطيسي خارجي خواهد بود كه به آن بردار مغناطيسي برايند، ( Magnetization Vector ) مي گويند.
با اعمال ميدان هاي مغناطيسي گرادياني به ميدان يكنواخت خارجي، ميدان مغناطيسي برايند در هر جزء كوچك از جسم (Voxel ) با اجزاء كناري  تفاوت كرده و لذا فركانس لارمور در هر وكسل مقدار خاصي خواهد شد كه با فركانس لارمور وكسل هاي اطراف آن متفاوت است.
اعمال موج با فركانس راديويي 
(RF Waves)
زماني كه اين امواج بافركانس لارمور بر هر وكسل در جسم تابيده شود،يك ميدان مغناطيسي متناوب بروكسل مورد نظراعمال شده ودر نتيجه بردار برايند(M)در آن وكسل منحرف مي شود.زاويه انحراف (Rotation  Angle) بستگي به شدت امواج RF و مدت زمان تابش (Duration Pulse) دارد. ميدان مغناطيسي امواج RF عمود بر ميدان خارجي، اعمال مي شود.
با قطع امواج RF، بردار برايند (M) با يك حركت تقديمي ( فرفره اي ) خود را در جهت ميدان مغناطيسي خارجي ( راستاي قبل از اعمال امواج ) RF قرار مي‌دهد.اين بازگشت در يك سيم پيچ، يك جريان القايي  بوجود مي‌آورد كه همان سيگنال الكتريكي MR  است و به آن سيگنال " واپاشي القايي آزاد ( Free Induction Decay, FID )گويند.
از سيگنال FID سه پارامتر زير را مي توان به دست آورد:
1- تراكم ( دانسيته ) پروتوني (PD)
2- زمان استراحت اسپين - شبكه (Spin - Lattice Relaxation Time  (T1
3- زمان استراحت اسپين - اسپين (Spin - Spin Relaxation Time (T2   
تراكم پروتوني(PD)
اين پارامتر در حقيقت ميزان تراكم هسته هاي هيدروژن در بافت مورد نظر (وكسل مورد نظر) را نشان مي دهد. بافت هاي با مقدار آب بيشتر، تراكم پروتوني (PD)بيشتري دارند. تصاويري كه براساس اختلاف تراكم پروتوني به دست مي آيد  را PD-Weighted   Image  مي‌گويند. تراكم پروتوني را تراكم اسپين (Spin Density) نيز ناميده مي شود.
زمان استراحت اسپين - شبكه  (T1)
با حذف موج RF، پروتون هايي كه تحت تاثير اين امواج از وضعيت تعادل خود خارج شده بودند، با يك حركت به وضعيت اول خود بر مي گردند و در نتيجه شبكه اتم‌هاي موجود در هر وكسل به وضعيت اول خود برمي گردد. زمان لازم براي اين بازگشت شبكه اتم ها به حالت اول را زمان استراحت اسپين - شبكه گويند و با پارامتر 1T معرفي مي شود.1T  مدت زماني است كه 63 درصد شبكه به وضعيت تعادل خود برمي‌گردد.
عوامل مؤثر در T1:
1- عناصر تشكيل دهنده بافت
2-  ساختمان بافت
3- عناصر اطراف بافت
4- شدت ميدان مغناطيسي
زمان استراحت اسپين - اسپين (T2)
پس از قطع امواج  RF، پروتون هاي تحريك شده ، به حالت اول خود برمي گردند. زمان برگشت پروتون ها به حالت اول را زمان استراحت اسپين - اسپين گويند و با پارامتر 2T بيان مي‌شود.
2T مدت زماني است كه 37 درصد پروتون هاي تحريك شده هنوز در حالت تحريكي باقي هستند.
تصويربرداري تشديد مغناطيسي  (MRI)
MRI تست‌ ‌بدون‌ ‌درد‌ ‌تشخيصي‌ ‌است‌ ‌كه‌ ‌با‌ ‌استفاده‌ ‌از‌ ‌يك‌ ‌ميدان‌ ‌مغناطيسي‌ ‌قوي‌ ‌باعث‌ ‌ايجاد‌ ‌تصاوير‌ ‌بسيار‌ ‌دقيق‌ ‌و‌ ‌همراه‌ ‌با‌ ‌جزئيات‌ ‌از‌ ‌ساختارهاي‌ ‌داخل‌ ‌بدن‌ ‌مي‌‌شود. تكنولوژي‌  MRI  قادر‌ ‌است‌ ‌بافت هاي‌ ‌درون‌ ‌استخوان‌ ‌( ‌مغز‌ ‌استخوان)‌ ‌‌ ‌را‌ ‌به‌ ‌تصوير‌ ‌بكشد‌ ‌همچنان كه‌ ‌بافت هايي‌ ‌را‌ ‌كه‌ ‌در‌ ‌پشت‌ ‌استخوان‌ ‌قرار‌ ‌دارد‌ ‌را‌ ‌به خوبي‌ ‌نشان‌ ‌مي‌ ‌دهد‌ ‌( استخوان‌ ‌مانعي‌ ‌بر‌ ‌سر‌ ‌راه‌ ‌اين‌ ‌نوع‌ ‌تصويربرداري‌ ‌نيست.)
 MRI  يك‌ ‌وسيله‌ ‌بسيار‌ ‌كارآمد‌ ‌براي‌ ‌تشخيص‌ ‌تومور‌ ‌مغزي،‌ ‌علائم‌ ‌سكته‌‌هاي‌ ‌مغزي‌ ‌قبلي،‌ ‌خونريزي‌ ‌و‌ ‌اختلالات‌ ‌ساختار‌ ‌در‌ ‌مغز‌ ‌و‌ ‌طناب‌ ‌نخاعي،‌ ‌سرطان‌ ‌خون،‌ ‌صدمات‌ ‌وارده‌ ‌به‌ ‌استخوان،‌ ‌مفاصل‌ ‌و‌ ‌بافت‌ ‌نرم‌ ‌است.
همچنين‌ ‌براي‌ ‌تشخيص‌ ‌بعضي‌ ‌بيماري هاي‌ ‌سيستم‌ ‌عصبي‌ ‌مثل‌ ‌اسكلروز‌ ‌متعدد(MS) به كار‌ ‌مي‌‌رود، گاهي‌ ‌نيز‌ ‌براي‌ ‌تشخيص‌ ‌بعضي‌ ‌از‌ ‌بيماري‌هاي‌ ‌قلبي‌ ‌و‌ ‌اختلالات‌ ‌چشم‌ ‌،‌ ‌بيني‌ ‌و‌ ‌گوش‌ ‌كاربرد‌ ‌دارد.
MRI وقتي‌ ‌انجام‌ ‌مي‌ ‌شود‌ ‌كه‌ ‌عكس هاي‌ ‌ساده‌ ‌راديوگرافي‌ ‌نتوانند‌ ‌اطلاعات‌ ‌كافي‌ ‌را‌ ‌از‌ ‌بافت‌ ‌مورد‌ ‌مطالعه‌ ‌به‌ ‌پزشك معالج‌ ‌دهند‌ ‌يا‌ هنگامي‌ ‌كه‌ ‌براي‌ ‌اين‌ ‌اطلاعات‌ نياز‌به‌  CT اسكن هاي‌ ‌مكرر‌ ‌بيمار‌ ‌وجود داشته باشد‌ ‌كه‌ ‌آن‌ ‌هم‌ ‌باعث‌ ‌در‌ ‌معرض‌ ‌اشعه‌ ‌قرار‌ ‌گرفتن‌ ‌بيمار‌ ‌به‌ ‌مقدار‌ ‌زياد‌ ‌شده‌ ‌و‌ ‌بنابراين‌ ‌به جاي‌  CT اسكن‌ ‌از‌  MRI  استفاده‌ ‌مي‌ ‌شود‌ ‌كه‌ ‌اشعه‌ ‌مضر‌ ‌ندارد.
گر‌ ‌چه‌  MRI  بسيار‌ ‌ساده‌ ‌بوده‌ ‌و‌ نيازي ‌به‌ ‌هيچگونه‌ ‌آمادگي‌ ‌براي‌ ‌انجام‌ ‌آن‌ ‌نيست‌ ‌اما‌ ‌بعضي‌ ‌افراد‌ ‌بايد‌ ‌از‌ ‌انجام‌ ‌آن‌ ‌خودداري‌ ‌كنند:
1. اگر فرد قلب مصنوعي‌ ‌يا درون كاشت فلزي  يا به طور‌ ‌كلي فلز در بدن خود داشته باشد(مانند معلولين و جانبازان جنگ تحميلي)، نبايد از‌  MRI   استفاده كنند، زيرا‌ ‌ميدان مغناطيسي مي‌تواند باعث جابجايي آن ها‌ ‌مي‌شود.
2. كساني كه‌ ‌ضربان‌ ‌ساز‌ ‌قلبي (Pacemaker) دارند‌ ‌زيرا‌ ‌ميدان‌ ‌مغناطيسي‌ ‌باعث‌ ‌آسيب‌ ‌رساندن‌ ‌به‌ ‌ضربان‌ ‌ساز‌ ‌مي‌ ‌شود.
كساني كه‌ ‌ترس‌ ‌از‌ ‌محيط هاي‌ ‌بسته‌ ‌و‌ ‌كوچك‌ ‌دارند‌ ‌ ،زيرا‌ ‌در‌  MRI  مدت‌ ‌طولاني‌ ‌بايد‌ ‌در‌ ‌يك‌ ‌فضاي‌ ‌كوچك‌ ‌دراز‌ ‌كشيد  و همچنين‌ ‌زناني كه‌ ‌باردار‌ ‌هستند‌ ‌قبل‌ ‌از‌ ‌انجام‌  MRI بايد‌ ‌شرايط‌ ‌خود‌ ‌را‌ ‌به‌ ‌پزشك‌ ‌اطلاع‌ ‌دهند، گرچه در‌ ‌اين‌ ‌تكنيك‌ ‌اشعه‌ ‌استفاده‌ ‌نمي‌‌شود‌ ‌اما‌ ‌تأثير‌ ‌امواج‌ ‌مغناطيسي‌ ‌بر‌ ‌روي‌ ‌جنين‌ ‌هنوز‌ ‌مشخص‌ ‌نشده‌ ‌است. 
  MRIو نحوه انجام آن‌ ‌
پيش‌ ‌از‌ ‌شروع‌  MRI    از‌ ‌بيمار‌ ‌خواسته‌ ‌مي‌ ‌شود‌ ‌هرگونه‌ ‌لباسي‌را ‌كه‌ ‌در‌ ‌آن‌ ‌فلز‌ ‌به كار‌ ‌رفته‌ ‌‌ ‌از‌ ‌تن‌ ‌خود‌ ‌بيرون‌ ‌آورد‌ ‌و‌ ‌لباس‌ ‌يك‌دست‌ ‌بيمارستاني‌ ‌(گان) ‌ ‌به‌ ‌تن‌ ‌كند.
مبدل هاي‌ ‌كوچكي‌ ‌كه‌ ‌كار‌ ‌آن ها‌ ‌فرستادن‌ ‌و‌ ‌دريافت‌ ‌كردن‌ ‌امواج‌ ‌مغناطيسي‌ ‌است‌ ‌در‌ ‌اطراف‌ ‌ناحيه‌ ‌اي‌ ‌كه‌ ‌قرار‌ ‌است‌  MRI  شود‌ ‌قرار‌ ‌دارند. اگر‌ ‌قرار‌ ‌است‌ ‌فقط‌ ‌از‌ ‌سر‌ ‌و‌ ‌گردن‌  MRI  گرفته‌ ‌شود،‌ ‌ممكن‌ ‌است‌ ‌فقط‌ ‌به‌ ‌بيمار‌ ‌يك‌ ‌وسيله‌ ‌به‌ ‌شكل‌ ‌كلاه‌ ‌خود‌ ‌داده‌ ‌شود‌ ‌كه‌ ‌آن را‌ ‌روي‌ ‌سر‌ ‌خود‌ ‌بگذارد‌ ‌(مبدل ها‌ ‌در‌ ‌اين‌ ‌كلاه‌ ‌خود‌ ‌هستند) ولي‌ ‌اگر‌  MRI  ساير‌ ‌نقاط‌ ‌بدن‌ ‌مورد‌ ‌نياز‌ ‌باشد‌ ‌فرد‌ ‌برروي‌ ‌تختي‌ ‌كه‌ ‌تعبيه‌ ‌شده‌ ‌دراز‌ ‌مي‌ ‌كشد‌ ‌و‌ ‌تخت‌ ‌به‌ ‌آهستگي‌ ‌وارد‌ ‌لوله‌ ‌تو‌ ‌خالي‌ ‌دستگاه‌ ‌مي‌ ‌شود.
بايد‌ ‌در‌ ‌هنگام‌ ‌انجام‌  MRI  كاملا‌ ‌بي‌ ‌حركت‌ ‌بوده‌ ‌ در غير اين صورت‌ ‌تصاوير‌ ‌مبهم‌ ‌مي‌ ‌شوند‌ ‌و‌ ‌گاهي‌ ‌فرد‌ ‌را‌ ‌به وسيله‌ ‌بندهاي‌ ‌كنار‌ ‌تخت‌ ‌مي‌ ‌بندد‌ ‌تا‌ ‌به‌ ‌بي‌ ‌حركتي‌ ‌او‌ ‌كمك‌ ‌شود. بيرون‌ ‌اتاق‌ ‌دستگاه‌  MRI   يك‌ ‌اتاق‌ ‌كوچك‌ ‌وجود‌ ‌دارد‌ ‌كه‌ ‌راديولوژيست‌ ‌از‌ ‌پشت‌ ‌پنجره‌ ‌همه‌ ‌مراحل‌ ‌انجام MRI   را‌ ‌زير‌ ‌نظر‌ ‌دارد‌ ‌و‌ ‌به وسيله‌ ‌يك‌ ‌ميكروفون‌ ‌با‌ ‌بيمار‌ ‌در‌ ‌حال‌ ‌انجام‌  MRI   صحبت‌ ‌مي‌ ‌كند.
در‌ ‌طول‌ ‌انجام‌  MRI  امواج‌ ‌مغناطيسي‌ ‌از‌ ‌بدن‌ ‌فرد‌ ‌عبور‌ ‌كرده‌ ‌ولي‌ ‌فرد‌ ‌چيزي‌ ‌را‌ ‌حس‌ ‌نمي‌ ‌كند‌ ‌اما‌ ‌تصوير‌ ‌حاصله‌ ‌بر‌ ‌روي‌ ‌نمايشگر‌ ‌كامپيوتر‌ ‌قابل‌ ‌رويت‌ ‌است‌ ‌و‌ ‌به‌ ‌اين‌ ‌ترتيب‌ ‌تصاوير‌ ‌زيادي‌ ‌را‌ ‌مي‌ ‌توان‌ ‌از‌ ‌يك‌ ‌نقطه‌ ‌از‌ ‌بدن‌ ‌گرفت.
چون‌ ‌دستگاه‌  MRI  پر‌ ‌سر‌ ‌و‌ ‌صدا‌ ‌است،‌ ‌ممكن‌ ‌است‌ ‌يك‌ ‌گوشي‌ ‌به‌ ‌بيمار‌ ‌داده‌‌شود‌ ‌تا‌ ‌در‌ ‌طول‌ ‌انجام‌ ‌تست‌ ‌به‌ ‌موسيقي‌ ‌گوش‌ ‌كند. به‌ ‌فردي‌ ‌كه‌ ‌دچار‌ ‌ترس‌ ‌از‌ ‌مكان هاي‌ ‌كوچك‌ ‌و‌ ‌بسته‌ ‌است‌ ‌مي‌ ‌توان‌ ‌قبل‌ ‌از‌ ‌انجام‌ ‌تست‌ ‌مقداري‌ ‌‌داروي‌ ‌آرام بخش‌ ‌تزريق‌ ‌كرد‌ ‌يا‌ ‌اينكه‌ ‌از‌  MRI  باز‌ ‌)Open MRI( استفاده‌ ‌كرد‌ ‌كه‌ ‌نيازي‌ ‌نيست‌ ‌فرد‌ ‌داخل‌ ‌يك‌ ‌لوله‌ ‌بخوابد.
به‌ ‌بعضي‌ ‌از‌ ‌بيماران‌ ‌ماده‌ ‌حاجب‌ ‌تزريق‌ ‌مي‌ ‌شود‌ ‌تا‌ ‌تصوير‌ ‌بهتري‌ ‌از‌ ‌قسمت‌ ‌خاصي‌ ‌از‌ ‌بدن‌ ‌به دست‌ ‌بيايد. اگر‌ ‌فرد‌ ‌به‌ ‌اين‌ ‌مواد‌ ‌قبلا‌ ‌حساسيت‌ ‌نشان‌ ‌داده‌ ‌بايد‌ ‌حتما‌ ‌پزشك‌ ‌خود‌ ‌را‌ ‌مطلع‌ ‌سازد. در‌ ‌بسياري‌ ‌از‌ ‌موارد‌  MRI  حدود90-30 دقيقه‌ ‌بسته‌ ‌به‌ ‌ميزان‌ ‌عكس‌ ‌و‌ ‌ناحيه‌ ‌اي‌ ‌از‌ ‌بدن‌ ‌كه MRI   مي‌ ‌شود‌ ‌زمان‌ ‌مي‌ ‌برد.
موارد كاربرد‌ MRI
موارد كاربرد‌  MRI بسيار زياد است از اين روش مي‌توان براي تشخيص ، درمان و دنبال كردن مسير‌ ‌بيماري استفاده كرد. مثلا تمام ناهنجاري هاي‌ ‌مغز‌ ‌و‌ نخاع ‌به وسيله‌  MRI  نشان داده مي‌شود. با اين روش مي‌توان تشخيص داد كه‌ درد‌ ‌كمر ‌به علت‌ ‌درد عضله‌ ‌است يا به علت‌ ‌فشار روي عصب‌ ‌است. همچنين در درمان و تشخيص و روند توسعه‌ سرطان و نيز بيماري هاي قلبي عروقي از اين تكنيك استفاده مي‌شود.
كيفيت تصوير‌  MRI
چهار پارامتر در كيفيت تصوير MRI تاثير دارند.
1)   نرخ سيگنال به نويز (Signal    to    Nois     Ratio     (SNR 
 عبارت است از: نسبت دامنه سيگنال به دامنه متوسط نويز سيستم ، سيگنال جريان الكتريكي يا ولتاژي است كه در اثر چرخش بردار مغناطيس عرضي داخل كويل گيرنده القا مي شود.
نويز، سيگنال‌هاي زمينه و مزاحمي هستند كه در اثر عوامل مختلف از جمله نويز الكتريكي زمينه سيستم ايجاد مي شود.
عواملي كه بر SNR  تاثير دارند عبارتند از:
دانسيته پروتوني ناحيه مورد آزمايش:(Proton    Density) تعداد پروتون هاي موجود در ناحيه مورد بررسي دامنه سيگنال دريافتي را كنترل مي كند . نواحي داراي دانسيته پروتوني كم داراي سيگنال كوچك‌تر و SNR پايين‌تري هستند. در حالي كه نواحي با دانسيته پروتوني بالا (مثل لگن) داراي سيگنال قوي‌تر لذا SNR بالاتري هستند.

2) نرخ كنتراست به نويز(Contrast to Nois Ratio-CNR)

3)رزولوشن مكاني (Spatial Resolution)

4)زمان اسكن(Scan Time) 

حجم وكسل (Volume Voxel) 

واحد ساختماني يك تصوير ديجيتال Pixel است روشنايي Pixel معرف شدت سيگنال توليد شده توسط واحد حجم بافت بدن بيمار يا Voxel است . هر وكسل معرف حجمي از بافت داخل بدن بيمار است و حجم آن طبيعتا وابسته به مساحت Pixel و ضخامت مقطع است . هر چه حجم Voxel بيشتر باشد ازآنجا كه تعداد پروتون بيشتري داخل آن قرار مي گيرد سيگنال قوي‌تر مي‌دهد و SNR بيشتر مي شود .
مزايا و معايب روش MRI
برخي مزاياي روش MRI عبارتند از:
 *تصاوير با كنتراست بالا
 *تصوير برداري از جهت هاي مختلف بدن
 *عدم استفاده از پرتوهاي يونيزان
 *نداشتن آرتيفكت سختي دسته اشعه ( به خصوص در مواردي كه ضايعه در كنار استخوان قرار دارد.)
 *قابل پيش بيني بودن آرتيفكت ناشي از جسم فلزي در بدن
 *بيمار نياز به آمادگي خاصي ندارد.
 *از معايب روش MRI   نيز مي توان به موارد زير اشاره كرد:
 *گران‌تر و كمتر در دسترس بودن
 *مدت زمان تصوير برداري طولاني تر است
 *قدرت تفكيك فضايي كمتر
 *آرتيفكت جريان بدن بيمار
اهميت تصويربرداري تشديد مغناطيسي عملكردي (fMRI)
fMRI  بر پايه افزايش جريان خون عروق ( Localمحل هايي كه فعاليت هاي عصبي مغز را سازماندهي مي كنند) عمل مي كند. اين نتيجه در اثر كاهش Local و موضعي در دي‌اكسي‌هموگلوبين (deoxyhemoglobin)پارامگنتيك است و سيگنال‌هاي با رزولوشن تصويري 2weighted T را تغيير مي دهد. بنابراين اين ماده گاهي به عنوان يك ماده كنتراست زاي خودبه‌خودي داخلي عمل مي كند و به عنوان منبع سيگنال در fMRI عمل مي كند و با استفاده از يك سكانس تصويري مناسب عملكردهاي Cortical مغز انسان بدون استفاده از مواد كنتراست زاي بيروني در اسكنر پزشكي نمايان مي شود. فعاليت‌هاي عملكردي مغز كه به وسيله سيگنال‌هاي MR تهيه شده‌اند مشخصات آناتوميك مختلف مغز از جمله قشر مخ، كورتكس حركتي و نواحي Broca صحبت  و فعاليت‌هاي تكلمي را تصديق مي كند. مقايسه fMRI و تكنيك‌هاي electrophysiological معمولي، توانايي فوق العاده fMRI را در بررسي دقيق و تمركز عملكردهاي خاص مغز انسان نشان مي دهد. بنابراين تعداد مراكز پزشكي و تحقيقاتي مربوط به fMRI در حال افزايش است. بزرگ‌ترين مزيت fMRI به عنوان يك تكنيك ثبت تصاوير فعاليت هاي مغزي با توجه به پروسه هاي حساس و دقيق به كارگرفته شده در آن شامل موارد زير است:
1- سيگنال احتياج به تزريق ايزوتوپ راديواكتيو ندارد.
2-  زمان نهايي اسكن مي تواند خيلي كوتاه باشد براي مثال 5/1 تا 2 دقيقه .
3- رزولوشن In-plan تصاوير عملكردي معمولا در حدود mm5/1*5/1 است اگر چه امكان ايجاد رزولوشن كمتر از mm1 وجود دارد.
براي پي بردن به اهميت روش fMRI  مي توان آن را با يكي ديگر از روش هاي تصوير برداري به نام                        PET)    Positron Emission Tomography) مورد مقايسه قرار داد.
PET  احتياج به تزريق مواد راديوايزوتوپ دارد بنابراين زمان تصويربرداري زياد شده و رزولوشن قابل انتظار تصاوير PET    بسيار بزرگ‌تر از اندازه پيكسل در fMRI  است. به علاوه در PET معمولا بايد تصاوير مغزي جداگانه زيادي با هم جمع شوند تا يك سيگنال قابل قبول ايجاد كنند بنابراين اطلاعات سيگنال بيمار به خطر مي افتد و محدود مي شود. با وجود اين محدوديت‌ها، PET  در كارهاي مهمي در مشكلات عصبي كاربرد دارد ولي براي طراحي يك عمل جراحي اعصاب يا نقشه درمان در موارد خاص مناسب نيست.

جدول 1) مقايسه fMRI با دیگر تکنیک‌های تصویربرداری

روش ها
روش هاي تصويربرداري خاص از يك مركز به مركز ديگر متفاوت هستند زيرا هر گروه پيشرفت هاي مستقلي در زمينه روش و روش هاي آناليز حاصل كرده اند و هنوز يك روش واحد و استاندارد براي استفاده در كليه مراكز وجود ندارد ولي فاكتورهاي مورد استفاده در كل و با ميانگين كاربرد بيشتر شامل موارد زير است: در تهيه تصاوير ازweighted 2T با سكانس گراديان اكو،  ms60TE = و  s3TR =، ­90flip angle = و سيستم  T5/1 استفاده مي شود. ضخامت برش mm 5 و گاهي mm 3 با تصاوير همزمان تا 16 برش در كنار هم به دست مي‌آيد‌.‌
در روش fMRI معمولاً 30 تصوير در مدت 90 ثانيه‌ ‌گرفته مي شود. 10 تصوير اول و آخر baseline conditions و 10 تصوير وسط (30 ثانيه) در طي كار گرفته مي شود.
نقش fMRI در Planning عصبي بيماران از آنجا كه فعاليت هاي عصبي در ترسيم صحيح ساختار و عملكرد مغزي بسيار مهم است ، غير قابل انكار است. نياز به نقشه هاي مجزاي مغزي وقتي اهميت خود را نشان مي دهد كه حضور يك تومور مغزي محل مورد انتظار يك فعاليت را تغيير دهد يا وقتي تومور در يك ناحيه با فعاليت نامعلوم باشد. نتايج fMRI گرفته شده با اين هدف، موافق نتايج Electrophysiology، PET، Cortical Stimulation و Encephalography Magneto  است.همچنين انتخاب محل عمل تومور اگر بر پايه اطلاعات عملكردي مغز باشد نتيجه رضايت بخشي حاصل مي شود.
 به دنبال توانايي به تصوير كشيدن سه بعدي مغز، fMRI مي تواند وقايع همزمان و هماهنگ مغز را مجزا كند. نمايش چند سطحي فعاليت‌هاي مغز مي تواند شامل عملكردهاي ادراكي و كارهاي شناختي همزمان كه از طريق ورودي )Input( بينايي و شنوايي حاصل شده است، باشد. fMRI ساختار مغز را در حين فعاليت‌هاي همزماني چون بينايي ، گفتاري و ادراكي و حل مشكلات و ... بررسي مي كند.
fMRI ، استفاده از MRI را براي اندازه گيري سيگنال هموگلوبين وابسته به فعاليت عصبي در مغز يا نخاع انسان يا هر حيوان ديگري، شرح مي‌دهد.
بيشتر از 100 سال است كه مطالعه حركت خون شديدا به فعاليت هاي عصبي وابسته است. وقتي سلول هاي عصبي فعال هستند، اكسيژن تهيه شده به وسيله مويرگ هاي موضعي را مصرف مي‌كنند. تقريبا‌ 6 - 4 ثانيه پس از يك فعاليت ناگهاني عصبي، يك واكنش جريان خون اتفاق مي افتد و خون سرشار از اكسيژن به نواحي مختلف مغز وارد مي شوند.
اين موضوع هموگلوبين اكسيژن دار را تبديل به ماده ديا مغناطيسي مي كند. درطي از دست رفتن اكسيژن خون اين ماده پارامغناطيس مي شود، بنابراين سيگنال هاي متفاوتي نسبت به MRI ايجاد مي شود. يك MR اسكنري كه مي تواند براي پيدا كردن اين‌ سيگنال‌هاي متفاوت استفاده شود كنتراست وابستگي سطح اكسيــــــژن خون (Blood   Oxygen   Level   Dependent  (BOLD)  Contrast) ناميده مي شود.
اثرات BOLD با استفاده از فرايند تصويري 2T قابل اندازه گيري است در واقع 2T كه با اسكن 1T گرفته شده در تصويربرداري MRI ساختاري فرق مي كند (مورد اخير سرعت تغيير فاز اسپين ها را اندازه گيري مي كند ، در پي آشكار شدن نيمه عمر اسپين وارونه ) تصاوير2T مي‌تواند با فضاي سه بعدي متوسط و  به دست آيند. اسكن ها معمولا هر 5-2 ثانيه تكرار مي شوند و وكسل ها در نتيجه تصاوير ارائه شده به صورت مكعب از بافت ها، تقريبا 3 ميلي متر در هر طرف نمايش داده مي‌شوند.
دانش اجراي fMRI بسيار پيچيده است و موارد زير را شامل مي شود:
 درك صحيحي از فيزيك اسكنرهاي MRI
آناليز آماري نتايج،  از آنجا كه سيگنال ها خيلي دقيق و ظريف هستند، كاربرد صحيح آمار لازمه مشاهدات واقعي و جلوگيري از نتايج مثبت كاذب است.

 طرح مشاهده روانشناختي، هنگامي كه fMRI در مورد انسان براي آزمايش هاي دقيق به كار رود امكان بررسي اختصاصي اثرات عصبي درست را در اختيار  قرار مي‌دهد.
 براي يك اسكن غير تهاجمي، MRI رزولوشن فضايي خوبي دارد . اما رزولوشن Temporal كمي دارد  بنابراين  با تكنيك هاي ديگر از جمله  EEG و MEG  به كار مي رود كه بسامد ضبط بالاتري دارند.
يكپارچگي با ديگر دانش هاي مربوط به علم عصب شناسي از جمله شيمي عصب و بيماري هاي اعصاب براي درك بهتر موقعيت و كار سيگنال هايي كه fMRI نشان مي‌دهد لازم است.
در كنار fMRI روش هاي ديگري براي رديابي فعاليت مغز در استفاده از MRI وجود دارد.
  با استفاده از يك عامل كنتراست براي مثال MION، يك توزيع موضعي در ميدان مغناطيسي ايجاد مي شود كه به وسيله اسكنرهاي MRI قابل اندازه گيري است. سيگنال‌هاي مربوط به اين عوامل كنتراست با حجم خون مغز متناسب هستند.
 استفاده از چيزي كه برچسب اسپين شرياني (Arterial Spin Labeling) (ASL) نام دارد سيگنال هاي مربوط به يك ناحيه جريان خون مغزي يا Perfusion را نشان مي دهد.
تصويربرداري (Magnetic   Resonance    Spectroscopic (MRS روش ديگري است كه فرايندي بر پايهNuclear Magnetic   (Resonance (NMR براي سنجيدن كاركرد مغز سالم است. MRI از اين مزيت كه پروتون ها با توجه به مولكول هاي مختلفي كه در آن‌ها قرار دارند (مثل پروتون موجود‌ ‌در O2)H داراي خواص رزونانسي مختلفي هستند استفاده مي كند. براي يك حجم معين مغز (كمي بيشتر از cm1)، توزيع اين تشديد و رزونانس هيدروژن مي تواند به صورت يك طيف نمايش داده شود. مساحت زير نقطه اوج براي هر رزونانس يك اندازه گيري كمي فراواني نسبي آن به تركيب را نشان مي‌دهد. بيشترين نقطه اوج مربوط به O2H است .
شيوه اسكن
عضو مورد نظر در fMRI بايد كاملا‌ بي‌حركت باشد و معمولا با يك بالشتك نرم جلوي حركات كمي را كه اندازه گيري را مختل مي كند مي گيرند. البته امكان اصلاح حركات خفيف به وسيله برنامه هاي پردازش وجود دارند ولي حركات شديد قابل اصلاح نيست. همواره از وقتي كه اين كار شروع شده است fMRI بايد در برابر اين سؤال كه فعاليت‌هاي مغز كجا اتفاق مي‌افتند پاسخگو باشد.

منابع
1)Duncan, Retinotopic organization of primary visual cortex in glaucoma, Comparing fMRI measurements of cortical function with visual field loss,2007.
2)Brown, G.G., Perthen, J.P.., Liu T.T., Buxton, R.B.   A Primer on Functional Magnetic Resonance Imaging, Neuropsychology Review, 2007.
3)Hagler, D.J. Jr., A.P. Saygin, and M.I. Sereno, Smoothing and
cluster thresholding for cortical surface-based group  analysis of fMRI
data. Neuroimage (epub available), 2006.
4)www.prin.ir.
5)Ogawa, S., Lee, T. M., Nayak., A. S. and Glynn, P. Oxygenation-Sensitive Contrast in Magnetic Resonance Image of Rodent Brain at High Magnetic Fields. Magn. Reson. Med. 14, 68-78.,1990.
6)Ogawa, S. and Lee, T. M, Magnetic Resonance Imaging of Blood Vessels at High Fields: In Vivo and in Vitro Measurements and Image Simulation. Magn. Reson. Med. 16, 9-18, 1990

منبع: نشریه مهندسی پزشکی شماره ۹۷