امآرآی *MRI* و اف ام آر آی *fMRI* و آنژیوگرافی تشدید مغناطیسی*MRA*امآرآی (به انگلیسی:
MRI) که مخفف عبارت (به انگلیسی:
Magnetic Resonance Imaging) است و تصویرسازی تشدید مغناطیسی نامیده میشود، روشی پرتونگارانه در تصویربرداری تشخیصی پزشکی و دامپزشکی است که در دهههای اخیر بسیار فراگیر شدهاست و بر اساس رزنانس مغناطیسی هسته است.
58.JPG
یک دستگاه پویشگر امآرآی ۳ تسلا از نوع Philips Achieva
تشریحبا ام آر آی میتوان در جهات فوقانی-تحتانی (اگزیال)، چپراستی (ساژیتال) و پسوپیش (کورونال) و حتی در جهات اُریب و مایل تصویرگیری نمود. یک سیستم ام آر آی از سه میدان مغناطیسی استفاده میکند:
میدان خارجی ثابت و قوی (
B0)
میدان ضعیف گرادیانی متغیر
میدان حاصل از پالس
RF الکترومغناطیسی (B۱)
59.jpg
چگونگی قرار گرفتن اسپینهای هستهای در میدان مغناطیسی و نوسان با فرکانس لارمور
سیستم های امروزیسیستم های ام آر آی امروزه غالباً دارای قدرت میدانهای 0.2، 1، 1.5، و 3 تسلا میباشند.
در ایالات متحده آمریکا بیمارستانها و مراکز خدمات بهداشتی اجازه استفاده از سیستمهای تا ۴ تسلا را نیز برای یک بیمار دارند. اما از چهار تسلا به بالا صرفاً جنبه و کاربردهای تحقیقاتی دارد.
بزرگترین تولید کنندههای سیستم های ام آر آی امروزه شرکتهای زیمنس (آلمان)، جیای (آمریکا)، توشیبا (ژاپن)، و فیلیپس (هلند) میباشند.
تاریخجایزه نوبل پزشکی سال ۲۰۰۳ به خاطر اختراع ام آر آی به پاول لاتربر از دانشگاه ایلینوی در اوربانا شامپاین و پیتر منزفیلد از انگلستان اعطا گردید. دانشمند آمریکایی ارمنی تبار ریموند دامادیان همچنین از بنیانگذاران این نوع پویشگر میباشد. ابداع این روش به دههٔ ۷۰ میلادی توسط این کسان باز میگردد.
60.jpg
تصویری از آرشیو اداره ثبت اختراعات آمریکا که متعلق
به ریموند دامادیان، دانشمند آمریکایی ارمنی-تبار
و یکی از مخترعین سیستمهای نوین ام آر آی است.
طرز کارردیف ضربانیزمان استراحت اسپین-اسپینزمان استراحت اسپین-لاتیسکد گذاری فضایی (ام آر آی)چگونگی تولید تصویر ام آر آی فرایند بس پیچیده ایست. در این روش از خاصیت ویژه اسپینهای هستههای هیدرژنی در میدان مغناطیسی (
B0) استفاده میشود. پس از انتخاب برش، اسپینها تحت تاثیر میدان مغناطیسی پالسهای الکترومغناطیسی (
B۱) قرار گرفته و سپس از این حالت برانگیختگی به مرور به حالت اولیه خود بازمی گردند. در هر بافتی این مدت زمان متفاوت است. بطور مثال در ۱٫۵ تسلا٫ ثابت
T1 برای بافت چربی ۲۶۰ میلی ثانیه و برای بافت ماده خاکستری مغز ۹۲۰ میلی ثانیه میباشد.
بسته به اینکه چه نوع دنباله پالسیی انتخاب شود، و پارامترهای مثل
TE و
TR چگونه تعیین شوند، میتوان با
T1 و
T2 کنتراست دلخواه را به تصویر کشید و توانایی ام آر آی در همین خاصیت ویژه قرار دارد. بطور مثال در یکی چربی روشن و در دیگری تاریک میشود.
هر برش تصویری توسط فاز و بسامد امواج دریافت شده بترتیب در محورهای
y و
x کدگذاری میگردد. برای انجام کد گذاری احتیاج به میادین مغناطیسی متغیر میباشد که این امر بکمک آهن رباهای از نوع ابررسانا هر لحظه تولید میگردد. اطلاعات دریافتی در فضایی دادهای بنام فضای
k واریز شده و نهایتا بکمک تبدیلات فوریه ای به شکل تصویر در آورده میشوند.
کیفیت تصویری ام آر آیمعمولا بهبود کیفیت تصویری در ام آر آی را با مقیاس هایی همانند قدرت تفکیک می سنجند. و معمولا نیز بهبود قدرت تفکیک با خود عواقبی همانند کاهش سیگنال مفید (
SNR) با خود بهمراه دارد. اما میتوان این مشکلات را با راه حل هایی همانند استفاده از سیستمهای با قدرت میدان
Bo بالاتر، ویا استفاده از ماده حاجب (
contrast agents) مناسب تصحیح نمود.
60.jpg
قلب در حال تپش با دستگاه ۳ تسلا
61.gif
نمونه تصویر ساژیتال از نوع T2
نمونه تصویر T1 (غده سرطانی سفید رنگ از نوع لمفوما است)
62.jpg
توالی برشهای مغزی از بالا به پایین وزن یافته با T1
مقایسهام آر آی از بعضی نقاط برتری و از بعضی جهات دیگر نسبت به ابزار دیگر در فیزیک پزشکی ضعف دارد. در قیاس با سی تی اسکن این موارد عبارتند از:
برتریهای امآرآی در مقایسه با سی تی اسکنتضاد تصویری (سایهروشن) بالاتر از سی تی اسکن.
تهیه مقاطع تصویری از جهات مختلف (از جمله اریب).
عدم استفاده از پرتوهای یونیزان.
مانند سیتیاسکن موجب سخت شدن باریکه پرتوها (آرتیفکت سخت،
beam hardening) نمیشود.
نقاط ضعف ام آر آی در مقایسه با سیتیاسکنپر هزینه تر از سیتیاسکن، کمیابتر، و کار با آن مشکلتر است.
تصویرگیری زمان بیشتری میبرد.
وضوح تصویری کمتری دارد.
بدلیل طولانی تر بودن اسکنها آرتیفکت حرکتی بیشتری دارد.
موجب مشکلات برای بیماران دارای اجسام فلزی در بدن خود میباشد.
بیمار باید در حین انجام اسکن(ام آر آی) بی حرکت باشد. حرکات غیرقابل پیشگیری مانند تنفس، ضربان قلب و پریستالتیسم اغلب تصویر را مخدوش میسازند.
تصویر ام آر آی یک میوهٔ کیوی[/center]
fMRIاف ام آر آی یا تصویرسازی تشدید مغناطیسی کارکردی (به انگلیسی:
Functional Magnetic Resonance Imaging) مشهور به
fmri نام نوعی روش تصویربرداری در ام آر آی است.
یک تصویر افامآرآی دید فوقانی-تحتانی[/center]
در این روش تصاویری متناوب از مغز در حال فعالیت و سپس در حال استراحت گرفته میشود و از یکدیگر بطور دیجیتالی (بکمک نرمافزارهایی همانند اف اس ال) تفریق میگردند، که حاصل این پردازش عملکرد مغزی در اثر تغییرات جریان خونی در مغز را از لحاظ فیزیولوژیکی نشان میدهد.
سه روش تصویربرداری در
fMRI غالباً
DWI، بولد، و
Perfusion میباشند. در تمام این روشها عموماً از دنباله پالسی از نوع
EPI استفاده میگردد.
[/center]
طیفنگاریطیفنگاری با تشدید مغناطیسی (
MR Spectroscopy) تکنیکی است که امروزه برای تصویرگیری از مغز کاربردهای فراوانی دارد. به ویژه از دنبالههای پالسی
PRESS و
STEAM در این روش استفاده میگردد.
آنژیوگرافی تشدید مغناطیسی (MRA)آنژیوگرافی تشدید مغناطیسی (به انگلیسی:
Magnetic Resonance Angiography) و به اختصار
MRA، روشی برای تصویربرداری (رگ نگاری) در پزشکی است. به تصاویر تولید شده بهوسیله این روش آنژیوگرام تشدید مغناطیسی گویند.
یک آنژیوگرام تشدید مغناطیسی که با ماده حاجب تهیه گردیده است.
فلش قرمز رنگ بسمت یک استنوسیس حاد در
شریان زیر ترقوه نشانه رفته است.[/center]
مقدمه: چرا از MRA استفاده می کنیم؟امروزه استاندارد جهانی تصویربرداری برای تشخیص بیماری شریانهای کرونری آنژیوگرافی با اشعه ایکس است، بطوریکه در جوامع پیشرفته سالیانه نزدیک به یک میلیون عمل با کاتتر قلبی (
Cardiac Catheterization) انجام میگیرد.
با این حال آنژیوگرافی با اشعه ایکس پر هزینه و دارای خطرات تشعشعیست (بخصوص برای کسانی که مدام با این نوع دستگاهها سروکار دارند)، گذشته از اینکه تهاجمی (
invasive) نیز میباشد. در عوض
MRA از اینگونه نقاط ضعف عاری است (کاملاً غیر تهاجمی
non-invasive است)، و لذا مدت هاست مورد توجه پزشکان و دیگر متخصصان بوده است.
مشکلات MRAبا وجود پیشرفتهایی که در کنترل ظهور اثرات تحرکی در تصویرگیری، و نیز در سختافزار، نرمافزار، پروتوکولهای اسکن، و عوامل کنتراست در علوم ام آر آی در سالیان اخیر انجام گردیده، با اینحال قدرت تفکیک سیستمهای ام آر آی هنوز به پای آنژیوگرافی با اشعه ایکس (که چیزی در حدود کمتر از ۳۰۰ میکرومتر است) نمیرسد. لیکن MRA در بیمارستانها و در تحقیقات فیزیک پزشکی کاربردهای وسیعی دارد.
کیفیت تصویری در MRAمعمولاً بهبود کیفیت تصویری در
MRA را با مقیاس هایی همانند قدرت تفکیک می سنجند. و معمولاً نیز بهبود قدرت تفکیک با خود عواقبی همانند کاهش سیگنال مفید (
SNR) به همراه دارد. اما میتوان این مشکلات را با راه حل هایی همانند استفاده از سیستمهای ام آر آی با قدرت میدان
Bo بالاتر، ویا استفاده از ماده حاجب مناسب تصحیح نمود.
[/center]
روش های بهبود کنتراست در MRAکنتراست بین خون کرنری (
coronary blood pool) و بافتهای احاطه کننده را میتوان با روشهایی مثل اثر درون-جریانی (
in-flow effect) و یا با بکارگیری پیش-پالسهای تشدید مغناطیسی (
pre-pulse MR) کنترل کرد.
افزایش کنتراست بین شریانهای کرنری و بافتهای اطراف تا کنون با روشهایی مثل استفاده از پیش-پالسهای اشباع چربی (
fat saturation pre-pulses) نشان داده شده است. از روش های بکار رفته دیگر میتوان موارد زیر را نام برد:
پیش-پالسهای کنتراست انتقال مغناطیسی (
Magnetic Transfer Contrast pre-pulses)
پیش-ضربان های
T2 (موسوم به
T2Prep) که از اختلاف ذاتی
T2 بین خون و بافت های میوکاردیوم بهره میبرد.
با بکارگیری این تکنیک ها، لومن کرنری روشن بهنظر رسیده، و میوکاردیوم اطراف با شدت سیگنال کمتری دیده میشود. اما بطور وارونه نیز میتوان عمل کرد: در روش
MRA خون سیاه (
black blood MRA)، سیگنال لومن کرنری است که تضعیف میگردد، و در عوض بافت اطراف دارای شدت سیگنال بالایی است.
استفاده از ماده حاجب در MRAهمانند تصویرگیری در ام آر آی، بهدنبال استفاده از ماده حاجب در آنژیوگرافی تشدید مغناطیسی، زمان
T1 خون کاهش یافته که باعث افزایش کنتراست مفید (
CNR) میشود.
و باز همانند ام آر آی، ماده حاجب MRA عموماً بر دو قسم است:ماده حاجب برون-سلولی (
extracellular contrast agents)
ماده حاجب درون-عروقی (
intravascular contrast agents)
نمونههای ماده حاجب برون-سلولی عبارتاند از:Dotarem. (
Gadoterate meglumin)
Guerbet,
France.
مگنویست (شرکت
Berlex Laboratories، نیوجرزی)
آمنیاسکن (شرکت
Nycomed-Amersham، انگلستان)
پروهانس
Prohance (شرکت
Bracco Diagnostics، نیوجرزی)
و نمونههای ماده حاجب درون-عروقی عبارتاند از:AMI-227 (شرکت
Advanced Magnetics، ماساچوست)
انجیومارک
Angiomark (شرکت
EPIX Medical، ماساچوست)
کلریسکن
Clariscan (شرکت
Nycomed-Amersham، انگلستان)
اسید گدوکولتیک
B-22956 (شرکت
Bracco Imaging SpA، ایتالیا)
از آنجایی که ماده حاجب برون-سلولی نسبتاً بسرعت به فضای خارج از عروق نشت میکند، استفاده از آن مستلزم تصویربرداری دور-اول (
first pass imaging) و در نتیجه نگه داشتن نفس توسط بیمار میباشد.
اخذ
MRA کرنری دور-اول با ماده حاجب برون-سلولی همچنین توام با محدودیت هایی نظیر نیاز مجدد به تکرار به تزریق ماده حاجب میباشد، بخصوص زمانی که بیش از یک مقطع تصویربرداری گردد. در حقیقت با هر تزریق متوالی،
CNR یا کنتراست در واقع کاهش مییابد، چرا که سیگنال ساطع شده از فضای برون-سلولی، مدام پس از تزریق اولیه رفته رفته افزوده میگردد. لذا استفادهٔ از مواد حاجب درون-عروقی این مزیت را بهمراه دارد که اجازه به صرف زمان بیشتری برای اخذ تصویر پس از تزریق ماده حاجب اولیه به ما میدهد. و این بدان معناست که نیازی به استفاده از روشهای حبس نفس دیگر نخواهد بود، و اسکنهای متوالی بدون نیاز به تزریقهای متمادی کمابیش دارای یک
CNR خواهند بود.
کاربردهای MRAاز کاربردهای آنژیوگرافی تشدید مغناطیسی تشخیص استنوسیس کرنری میباشد. با اینکه تکنیکهای فعلی حبس نفس کرنری
MRA دارای قدرت تفکیک محدودی میباشند، لیکن توانایی تشخیص استنوسیس کرنری پروکسیمال را دارند. ردیف تصویرسازی گرادیان اکو استنوسیس را یک ناحیه کم شدت نشان میدهد.
ردیف ضربانی *pulse sequence*ردیف ضربانی یا
دنباله پالسی یا توالی پالس (به انگلیسی:
pulse sequence) به یک سری دستورالعمل رایانهای در فضای ک گویند که میدانهای
Gx ،
Gy، و پالس های
RF یک سیستم ام آر آی را تنظیم و کنترل میکند. بعبارت دیگر روشی که مطابق آن حلقه
RF و میدانهای گرادیانی متوالیاً روشن و خاموش میشوند را ردیف ضربانی میگویند.
75.jpg
نمونهای از یک نمودار زمانی دنباله پالسی از نوع اسپین اکو سریع
اقسامامروزه بیش از صد گونه دنباله پالسی مورد استفاده قرار میگیرد که هر یک برای اهداف متفاوتی بکار میروند. برخی نمونههای رایج مثل مثلاً
FLASH،
HASTE،
DIET،
EPI،
PEPSI،
CHESS، و
PRESS میباشند. اما غالباً دو قسم دنباله پالسی را میتوان در نظر گرفت:
اسپین اکو (Spin Echo)گرادیان اکو (Gradient Echo)توالی پالس های مهم در زیر بطور مشروح بررسی میگردند:ردیف تصویرسازی اسپین اکو (به انگلیسی:
Spin Echo Pulse Sequence) نوعی ردیف ضربانی در ام آر آی است. در این ردیف ضربانی، اکو توسط پالسهای رادیوفرکانسی تولید میشود. در این حالت، اسپینها در صفحه
x-y هم فاز میگردند.
71.jpg
گزینههای TR و TE در ردیف تصویرسازی اسپین اکو
72.png
ردیف تصویرسازی گرادیان اکو (به انگلیسی: Gradient Echo Pulse Sequence) نوعی ردیف ضربانی در ام آر آی است. در این ردیف ضربانی، اکو توسط گرادیان های میدان مغناطیسی تولید میشود. FLASH بطور نمونه نوعی ردیف تصویرسازی گرادیان اکو است.
73.jpg
گزینههای زاویه تکان و TE در ردیف تصویرسازی گرادیان اکو
ردیف تصویرسازی بازیافت معکوس (به انگلیسی: Inversion recovery pulse sequence) نوعی روش در ردیف ضربانی در ام آر آی است. در این روش توالی پالسی، در ابتدا یک پالس ۱۸۰ درجه اعمال میشود که پس از مدتی تاخیر (مثل تاو)، یک پالس ۹۰ درجه اعمال میشود. بهدنبال آن بلافاصله یک سیگنال القای نزولی آزاد دریافت میگردد. پس از دریافت این سیگنال، یک تاخیر دیگر نیز بجهت بازگشتن Mz به مقدار تعادل خود اعمال میشود. توالی پالس FLAIR بر اساس روش بازیافت معکوس کار میکند.
74.png
توالی پالس بازیافت معکوس