Az 1992-es bevezetése óta a funkcionális mágneses rezonancia képalkotó vizsgálati módszer (fMRI) robbanásszerű elterjedése folytán egyre szélesebb körben kerül alkalmazásra az idegrendszer kutatásában, a klinikai kérdések megválaszolásában, illetve a gyógyszerkutatásban. A nagy térbeni és időbeli felbontás a módszert elsősorban a motoros működés, a beszéd, a percepció kutatására teszi alkalmassá. A rohamosan sokasodó vizsgálati eredmények négy területet ölelnek fel: a normál agyi működésért felelős struktúrák pontos meghatározása (ez fontos a minimalisan invazív műtéti technika megtervezéséhez), a kóros funkciókért felelős agyi területek meghatározása (epilepsziás fókusz kimutatása), az idegrendszer reparatív folyamatainak, az agyi plaszticitásnak a kutatása és végezetül gyógyszerhatás, terápiás válasz vizsgálata. A fMRI által nyert információk mennyiségét és minőségét jelentősen lehet növelni más, funkcionális vizsgálatokkal, mint a nagy felbontású EEG, PET, SPECT.
A regisztrálást követően fogja tudni megtekinteni a cikk tartalmát!
A megadott cikk nem elérhető!
Tisztelt Felhasználónk!
Az Ön által megtekinteni kívánt cikk nem elérhető a rendszerben!
A megadott cikk nem elérhető!
Tisztelt Felhasználónk!
Az Ön által megtekinteni kívánt cikk nem elérhető a rendszerben!
Sikeresen szavazott a cikkre!
Tisztelt Felhasználónk!
Köszönjük a szavazatát!
A szavazás nem sikerült!
Tisztelt Felhasználónk!
Ön már szavazott az adott cikkre!
Cikk megtekintése
Tisztelt Felhasználónk!
A cikk több nyelven is elérhető! Kérjük, adja meg, hogy melyik nyelven kívánja megtekinteni az adott cikket!
Cikk megtekintésének megerősítése!
Tisztelt Felhasználónk!
Az Ön által megtekintetni kívánt cikk tartalma fizetős szolgáltatás.
A megtekinteni kívánt cikket automatikusan hozzáadjuk a könyvespolcához!
A cikket bármikor elérheti a könyvespolcok menüpontról is!
KÉPALKOTÓ KLINIKAI ÚJDONSÁG A funkcionális MRI helye az idegrendszer kutatásában és a betegellátásban Dr. Nagy Zoltán, Agyérbetegségek Országos Központja, Országos Pszichiátriai és Neurológiai Intézet, Budapest Az 1992-es bevezetése óta a funkcionális mágneses rezonancia képalkotó vizsgálati módszer (fMRI) robbanásszerű elterjedése folytán egyre szélesebb körben kerül alkalmazásra az idegrendszer kutatásában, a klinikai kérdések megválaszolásában, illetve a gyógyszerkutatásban. A nagy térbeni és időbeli felbontás a módszert elsősorban a motoros működés, a beszéd, a percepció kutatására teszi alkalmassá. A rohamosan sokasodó vizsgálati eredmények négy területet ölelnek fel: a normál agyi működésért felelős struktúrák pontos meghatározása (ez fontos a minimalisan invazív műtéti technika megtervezéséhez), a kóros funkciókért felelős agyi területek meghatározása (epilepsziás fókusz kimutatása), az idegrendszer reparatív folyamatainak, az agyi plaszticitásnak a kutatása és végezetül gyógyszerhatás, terápiás válasz vizsgálata. A fMRI által nyert információk mennyiségét és minőségét jelentősen lehet növelni más, funkcionális vizsgálatokkal, mint a nagy felbontású EEG, PET, SPECT. lamint az agyszövet oxigén felhasználásának komplex interakciója eredményét fejezi ki. Az ASL fMRI a véráramlás direkt mérésére alkalmas, hasonlóan a 15O-PET, illetve más diffúzibilis jelzőanyag használatához. Ez a módszer elsősorban a statikus áramlási körülmények elemzésére, illetve az agyi keringés rezerv kapacitás kóros változásának leírására használható, például olyan pathológia leírására, amely a véráramlásban tartós változást okoz (stroke állapotok, daganatok és környezetük). A BOLD módszer funkcionális állapotváltozásokat detektál (motorikus aktivitás, beszéd stb.). A BOLD technika tehát dinamikus változások detektálására alkalmas. A BOLD kontraszt előállítása technikailag könnyebb, magasabb a szignál/zaj arány, ezért általában ezt a modalitást használják eseményfüggő fMRI vizsgálatokhoz. Az ASL módszer érzékenysége a térerő növelésével fokozható. A BOLD-fMRI módszer alapját az az alapvető agyfiziológiai jelenség képezi, hogy az idegsejtek aktiválódása mind transzmittereken keresztül, mind metabolikus úton hatással van a helyi vérkeringésre, ezen keresztül a vérmennyiségre és oxigenizációra (activation-flow coupling, AFC) (1. ábra). BEVEZETÉS Az agyi funkciók és az azt reprezentáló struktúrák meghatározása és vizsgálata az idegrendszeri kutatásban évszázadok óta előtérben áll. A klasszikus neurológia törekvéseitől a neuropathológiai elemzéseken át az agyműtétek során végzett ingerléses vizsgálatokig, az agy-sérüléseket követő lebenyelemzésektől a különböző elektrofiziológiai vizsgálatokig mind módszertanában, mind kérdésfelvetéseiben más-más, de azonos törekvésű, célú kutatások folytak, amelyek az agyműködés teljesebb megismerését tűzték ki célul. A képalkotó módszerek megjelenése és elterjedése ezen a területen is változást hozott. Elsősorban a pozitronemissziós tomográf, a PET, illetve a funkcionális mágneses rezonancia képalkotó (fMRI) alkalmazása az agyi funkcionális-morfológiai vizsgálatokban új lehetőségeket hozott. A fMRI a nagy felbontású képalkotáson túl az aktivált működésű területek, régiók jelölésére is alkalmas. A fMRI elsősorban az echo-planar képalkotásra (EPI) támaszkodik, ahol a jelfokozódást két módon éri el, az első a „susceptibility contrast” technika, mely oxigén tartalom-függő, ez a BOLD (blood oxygen level-dependent) fMRI, illetve a perfúzió változás mérésén alapuló ASL (arterial spin labeling) fMRI, amelyben az artériás vér víztartalmától függ a szignál erőssége. Az első, a BOLD-fMRI, a regionális deoxiglukóz tartalom változásával detektálja a funkcióváltozást (1. ábra). A deoxiglukóz koncentráció a véráramlás, a vérvolumen, va- 20 1. ábra A BOLD, illetve ASL fMRI szignál keletkezésének elvét összegezi a sematikus ábra. Az alapot a coupling jelenség adja, azaz mind a neuronalis (szinaptikus) aktivitás, mind a glia elemek befolyásolják a mikrokeringést, az értónust, a véráramlást, a vér volument, illetve az oxigenizációt, amely faktorok szerepet játszanak az fMRI szignál generálásában. A gyógyszerhatás (ph) számos ponton megvalósulhat, ami a farmakológiai vizsgálatok tervezésénél jól hasznosítható MÓDSZERTANI KÉRDÉSEK, ADATFELDOLGOZÁS, STATISZTIKAI ELEMZÉS A legtöbb vizsgálatban a BOLD technikát alkalmazzák, de itt is a jel/zaj szint arány olyan közel van, hogy a néhány százalékosos változást nehéz kimutatni. Az MR rendszerben a képalkotó idő spontán fluktuációjának sokkal alacsonyabbnak kell lennie, mint a várt szignál változás. A műtermékek kiküszöbölésére a minőséget biztosító egységesített protokollok bevezetésére számos kezdeményezés történt a közelmúltban [5]. IME V. ÉVFOLYAM KÉPALKOTÓ DIAGNOSZTIKAI KÜLÖNSZÁM 2006. SZEPTEMBER KÉPALKOTÓ KLINIKAI ÚJDONSÁG A vizsgálat során az agyi perfúzió, vagy az oxigenizáció változása könnyen műterméket eredményezhet. Az adatprocesszálásra számos software elérhető a piacon (interneten), így az FMRIB, SPM, AFNI, FEAT, SMM, FDT, FWER, MELODIC . A módszerek sensitivitását és specificitását az alkalmazott módszer és számítástechnikai feltételek pontos ismerete befolyásolja. A funkcionális szegregáció (az agyfunkciók lokalizációja) mértékét a statisztikai módszer érzékenységével lehet fokozni, míg a kiterjedés meghatározásához a módszer specificitása fontos tényező. Az adatok azt igazolják, hogy mind az agykárosodást követően, például stroke után, mind pedig az öregedés során a motorium organizációja változik, az elsődleges motoros mező kiterjed a premotoros, supplementer motoros területek kárára (2. 3. ábrák). fMRI HELYE AZ IDEGRENDSZER KUTATÁSÁBAN, A DIAGNOSZTIKÁBAN A fMRI a funcionális szegregació vizsgálatának legjobb eszköze. A normális agyműködéshez tartozó struktúra kutatásában a legtöbb közlemény a mozgásszerveződés vizsgálatának területén született. A mozgás organizációjának hierarchikus felépítése, annak átépülése, vagy a beszéd, továbbá a különböző percepcióhoz tartozó struktúrák elemzése mind a klinikai vizsgálatokban, mind állat kisérletekben számos új eredményt hozott. A kóros funkció lokalizációjának kérdése a következő területe a fMRI vizsgálatoknak. Ezen a területen a legfontosabb az epilepsziás fókusz meghatározása, amely a műtét előtti kivizsgálásához tartozik. Újabban egyre intenzívebben kutatott terület az agyi plaszticitás, az agy reparatív folyamatainak elemzése. Végezetül a gyógyszerkutatásban kap egyre nagyobb szerepet a BOLD- fMRI [2,8,9,12]. A vizsgálatoknál figyelembe kell venni, hogy a vizsgálati helyzetben a kognitív, vagy szenzo-motoros teszt feladat releváns kell, hogy legyen a klinikai helyzetekhez. A tesztekben az adott válasznak kell, hogy legyen következménye az fMRI által vizualizálható területen. A motorium fMRI vizsgálatainak értelmezéséhez figyelembe kell venni a következő tényezőket: • Somatotopia (primer motoros kéreg, premotoros és szupplementer motoros kéreg). Egymást fedő reprezentáció, mely a működéshez kötötten nő vagy csökken. • A centrumok hierarchiájának rendje (primer-szekundertercier központok aktiválódnak a működéskor) • Minden motoros szintnek megvan a saját gerincvelői kapcsolata • A motoros működés kétoldali szerveződésű, párhuzamosan processzált. A leggyakoribb módszer a motoros kéreg vizsgálatára a ritmusos kézmozgás vizsgálata, a hüvelykujj és a többi ujjak egymás utáni összeérintése. Ez az egyszerű feladat a motoros rendszer teljes aktiválódását előidézi, így az elsődleges szenzo-motoros és másodlagos motoros kéreg (a convexitás dorzális és ventrális premotoros területei) a szupplemeter motoros területek, a gyrus cinguli területe, basális ganglion valamint a másodlagos szenzoros kéreg. 2. ábra Jobb oldali bénulást elszenvedett 75 éves jobb kezes stroke beteg BOLD fMRI vizsgálatának eredménye a rehabilitáció során. Eredetileg a beteg jobb keze teljesen bénult volt, a mozgás a rehabilitáció során jelent meg. Ujjbillentéses teszt (fingers-tapping) során történt a vizsgálat. Az agyi ischaemiás károsodást a nyílhegyek jelzik. Az infarktust övező területen a penumbra régióban jól látható az aktiválódás, ami az agyi plaszticitás eredményeként új agyterületek aktivitásának megjelenését igazolja. (Cramer és Chopp ábrája, Cramer S.C., Chopp M.: Recovery recapitulates ontogeny in TINS 2000.6.265-271) 3. ábra A motoros rendszer reorganizációja sclerosis multiplex-es visszaesést(MS), illetve stroke-ot követően. A fMRI vizsgálat az agyfelszínre vetítve jelzi az aktivált területet a szokványos jobb kéz hüvelykujj/többi ujj érintési teszt során. A kontrol 10 egészséges személy átlagát reprezentálja. Az MS képek ugyancsak 10 beteg jobb oldali bénulást követő vizsgálatának átlagát tünteti fel, míg a vizsgált stroke beteg fMRI vizsgálata a capsularis károsodást követően a rehabilitáció fázisában készült, ugyancsak jobb oldali bénulást követően. A rehabilitáció során a betegeknél ugyanaz a teszt-feladat lényegesen kiterjedtebb aktivációval jár, mint a kontrol, egészséges személyeknél, utalva arra, hogy a premotoros és szupplementer motoros áreák is aktiválódnak mindkét oldalon. Feltűnő a hasonlóság az MS, illetve stroke eredmények között, ami az agyi reorganizáció (plaszticitás) azonos jellegű folyamatára utal. (Az ábra Weiller C., May A., Sach M., Buhmann C., Rijntjes M.: Role of functional imaging in neurological disorders. J.Magn.Res. Imag.2006.23:840-850, a stroke eset Weiller C., Ramsay S.C., Wise R.J.S., Friston K.J., Frackowiak R.S.J Individual patterns of functional reorganisation in the human cerebral cortex after capsular infarction. Ann. Neuro 1993.33:181-189 közleményéből származik.) Az átrendeződés sejtbiológiai alapja ma még távol van a teljes megértéstől. Az aktív sejt-tevékenységhez kötött „programozott” sejtpusztulással (apoptosissal) párhuzamosan a sejt plaszticitást, a pusztult sejtek körüli megmaradt sejtekben – az agyi infarctus körül- a sejt-kapcsolatok átrendeződését szabályozó fehérjéket (géneket) egyre részletesebben IME V. ÉVFOLYAM KÉPALKOTÓ DIAGNOSZTIKAI KÜLÖNSZÁM 2006. SZEPTEMBER 21 KÉPALKOTÓ KLINIKAI ÚJDONSÁG ismerjük. Ezek közül úgy tűnik, a growth associated protein 43-nak (GAP 43) van kitüntetett szerepe. Ismeretesek azok a módszerek, farmakonok, amelyek az átrendeződést, a reparatív folyamatokat felgyorsítják az agyban, feltehetően a GAP-43 expresszió fokozásával. Ezek funkcionális vizsgálatára a rehabilitáció folyamat követésére a fMRI az egyik legalkalmasabb módszer [5]. A fMRI a klinikai kutatásokban már egyre szélesebb körben kerül felhasználásra, de a klinikai kivizsgálásban is nő a szerepe [1,3,5,10,11]. A döntési algoritmusba a fMRI ott épül be könnyen, ahol a technikai feltételek mellett megfelelő tapasztalattal rendelkező munkacsoport is rendelkezésre áll. A fMRI a daganatok műtéti eltávolításának tervezésénél a minimális invázív stratégia kialakításánál, az epilepsziás fókusz meghatározásánál [1], a különböző eredetű percepciós za- varok elemzésénél, beszéd vizsgálatokban is értékes információt szolgáltathat. A pszichiátriai kutatásokban akár a depresszió, vagy skizofrénia kutatásban, vagy a demencia vizsgálatokban ma még csak a fMRI alkalmazás kezdeteinél vagyunk. A nagy térerejű, nagy felbontású fMRI vizsgálatok elsősorban az állatkisérletekben nyertek alkalmazást [4, 6, 7]. A látáskutatásban a látókéreg organizációjának feltárásában kontrasztanyagok alkalmazásával az új információk ugrásszerű megsokszorozódásának vagyunk tanúi. A kutatások másik irányú kiterjesztése a fMRI és más funkcionális nagy felbontású vizsgálómódszerek integrált adatbázisainak létrehozásával kíván új ismeretekhez jutni. Ilyen törekvés a fMRI és a nagyfelbontású (128 csatornás) EEG jelek integrációjának kidolgozása. IRODALOMJEGYZÉK [1] Bartsch A.J., Homola G., Biller A., Solymosi L., Bendszus M.: Diagnostic functional MRI: Illustrated clinical application and dicision-making. J Magn Res Imaging 2006.23:921-932 [2] Buhmann C, Glauche V, Sturenburg HJ, Oechsner M, Weiller C, Buchel C. Pharmacologically modulated fMRIcortical responsiveness to levodopa in drug-naive hemiparkinsonian patients. Brain 2003;126(Pt 2):451-461 [3] Cramer S.C., Chopp M.: Recovery recapitulates ontogeny TINS 2000.6.265-271 [4] Duong TQ, Kim DS, Ugurbil K, Kim SG. Localized cerebral blood flow response at submillimeter columnar resolution. Proc Natl Acad Sci USA. 2001;98:10904-10909 [5] Friedman L., Glover G.H.: Report on multicenter fMRI quality assurance protocol. J Magn Reson Imaging 2006. in press [6] Harel N, Zhao F, Wang P, Kim S-G. Cortical layer specificity of BOLD and CBV fMRI signals at ultra-high resolution. In: Proceedings of the 10th Annual Meeting of ISMRM, Honolulu, HI, USA, 2002 p. 9, [7] Harel N, Lin J, Moeller S, Ugurbil K, Yacoub E. Combined imaging-histological study of cortical laminar specificity of fMRI signals. NeuroImage 2006;29:879-88 A SZERZÔ BEMUTATÁSA Prof. Dr. Nagy Zoltán az MTA doktora, tanszékvezető egyetemi tanár. Neurológus, pszichiáter, pathológus és neuropathológus. A Semmelweis Egyetem ÁOK Vasculáris Neurológia Tanszékének vezetője. Az Országos Pszichiátriai és Neurológiai Intézet fő- 22 igazgatója. Az Agyérbetegségek Országos Központja igazgatója. A Magyar Stroke Társaság elnöke. A KözépKelet-Európai Stroke Társaság elnöke. A magyarországi stroke-ellátás megszervezője, irányítója. A PhD képzésben végzett munkájáért állami kitüntetésben részesült. Az elméleti kutatásban és a klinikumban egyaránt iskolát teremtett. IME V. ÉVFOLYAM KÉPALKOTÓ DIAGNOSZTIKAI KÜLÖNSZÁM 2006. SZEPTEMBER
