การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กที่ใช้งานได้

การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กที่ใช้งานได้ (fMRI) เป็นวิธีการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กสำหรับการแสดงภาพของการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาในร่างกาย มันขึ้นอยู่กับหลักการทางกายภาพของเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ ในความหมายที่แคบกว่าคำนี้ใช้ในการตรวจสอบพื้นที่เปิดใช้งานของสมอง

การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กที่ใช้งานได้คืออะไร?

จากการตรวจเอกซเรย์คลื่นสนามแม่เหล็ก (MRT) นักฟิสิกส์ Kenneth Kwong ได้พัฒนาเอกซเรย์คลื่นสนามแม่เหล็กเชิงหน้าที่ (fMRI) เพื่อให้เห็นภาพการเปลี่ยนแปลงของกิจกรรมในบริเวณต่างๆของสมอง วิธีนี้จะวัดการเปลี่ยนแปลงของการไหลเวียนของเลือดในสมองที่เชื่อมโยงกับการเปลี่ยนแปลงของกิจกรรมในบริเวณที่เกี่ยวข้องของสมองผ่านการมีเพศสัมพันธ์ของระบบประสาท

วิธีนี้ใช้สภาพแวดล้อมทางเคมีที่แตกต่างกันของนิวเคลียสของไฮโดรเจนที่วัดได้ในฮีโมโกลบินของเลือดที่มีออกซิเจนน้อยและมีออกซิเจน ฮีโมโกลบินที่ให้ออกซิเจน (oxyhemoglobin) เป็นไดอะแมกเนติกในขณะที่เฮโมโกลบินที่ปราศจากออกซิเจน (deoxyhemoglobin) มีคุณสมบัติเป็นพาราแมกเนติก ความแตกต่างของคุณสมบัติทางแม่เหล็กของเลือดเรียกอีกอย่างว่าผล BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent Effect) กระบวนการทำงานในสมองจะถูกบันทึกในรูปแบบของภาพตัดขวาง

ด้วยวิธีนี้การเปลี่ยนแปลงของกิจกรรมในพื้นที่สมองแต่ละส่วนสามารถตรวจสอบได้โดยใช้งานเฉพาะในหัวข้อทดสอบ วิธีนี้ใช้สำหรับการวิจัยขั้นพื้นฐานเพื่อเปรียบเทียบรูปแบบกิจกรรมในผู้ควบคุมที่มีสุขภาพดีกับกิจกรรมทางสมองของผู้ที่มีความผิดปกติทางจิต ในความหมายที่กว้างขึ้นคำว่าการตรวจเอกซเรย์ด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กที่ใช้งานได้นั้นรวมถึงการตรวจเอกซเรย์ด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งอธิบายถึงการเคลื่อนไหวของอวัยวะต่างๆ

ฟังก์ชั่นผลและเป้าหมาย

การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กที่ใช้งานได้เป็นการพัฒนาเพิ่มเติมของการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRT) ด้วย MRI แบบคลาสสิกจะแสดงภาพนิ่งของอวัยวะและเนื้อเยื่อที่เกี่ยวข้องในขณะที่ fMRI จะแสดงการเปลี่ยนแปลงของกิจกรรมในสมองผ่านภาพสามมิติเมื่อมีการทำกิจกรรมบางอย่าง

ด้วยความช่วยเหลือของขั้นตอนที่ไม่รุกรานนี้สมองสามารถสังเกตได้ในสถานการณ์ต่างๆ เช่นเดียวกับ MRI แบบคลาสสิกพื้นฐานทางกายภาพของการวัดเริ่มต้นโดยอาศัยการสะท้อนแม่เหล็กนิวเคลียร์ ด้วยการใช้สนามแม่เหล็กสถิตการหมุนของโปรตอนของเฮโมโกลบินจะเรียงตัวตามแนวยาว สนามไฟฟ้ากระแสสลับความถี่สูงที่นำไปใช้ในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของการทำให้เป็นแม่เหล็กช่วยให้มั่นใจได้ว่าการเบี่ยงเบนตามขวางของการทำให้เป็นแม่เหล็กไปยังสนามสถิตจนถึงการสั่นพ้อง (ความถี่ของ Lamor) หากสนามความถี่สูงปิดอยู่จะต้องใช้เวลาระยะหนึ่งในขณะที่ปล่อยพลังงานจนกว่าการทำให้เป็นแม่เหล็กจะจัดแนวอีกครั้งตามสนามสถิต

เวลาพักผ่อนนี้วัดได้ ใน fMRI ความจริงที่ว่า deoxyhemoglobin และ oxyhemoglobin ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กแตกต่างกันจะถูกใช้ประโยชน์ ส่งผลให้ค่าที่วัดได้แตกต่างกันสำหรับทั้งสองรูปแบบซึ่งอาจเป็นผลมาจากอิทธิพลของออกซิเจน อย่างไรก็ตามเนื่องจากอัตราส่วนของ oxyhemoglobin ต่อ deoxyhemoglobin มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาระหว่างกระบวนการทางสรีรวิทยาในสมองการบันทึกแบบอนุกรมจะดำเนินการโดยเป็นส่วนหนึ่งของ fMRI ซึ่งจะบันทึกการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ด้วยวิธีนี้กิจกรรมของเซลล์ประสาทสามารถแสดงด้วยความแม่นยำระดับมิลลิเมตรในช่วงเวลาไม่กี่วินาที ตำแหน่งของกิจกรรมประสาทถูกกำหนดโดยการทดลองโดยการวัดสัญญาณเรโซแนนซ์แม่เหล็กที่จุดสองจุดที่แตกต่างกันในช่วงเวลา

ขั้นแรกการวัดจะเกิดขึ้นในสถานะพักและจากนั้นอยู่ในสถานะตื่นเต้น จากนั้นการเปรียบเทียบการบันทึกจะดำเนินการในขั้นตอนการทดสอบทางสถิติและกำหนดความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติเชิงพื้นที่ สำหรับวัตถุประสงค์ในการทดลองสามารถนำเสนอสิ่งกระตุ้นต่อผู้ทดสอบได้หลายครั้ง ซึ่งมักจะหมายความว่ามีการทำซ้ำงานหลายครั้ง ความแตกต่างจากการเปรียบเทียบข้อมูลจากระยะกระตุ้นกับผลการวัดจากระยะที่เหลือจะถูกคำนวณแล้วแสดงในรูปแบบกราฟิก ด้วยขั้นตอนนี้ทำให้สามารถระบุได้ว่าส่วนใดของสมองที่ทำงานอยู่ในกิจกรรม นอกจากนี้ยังสามารถระบุความแตกต่างระหว่างพื้นที่สมองบางส่วนในโรคทางจิตใจและสมองที่แข็งแรงได้

นอกเหนือจากการวิจัยขั้นพื้นฐานซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญในการวินิจฉัยโรคทางจิตใจแล้ววิธีนี้ยังใช้โดยตรงในการปฏิบัติทางคลินิก พื้นที่ทางคลินิกหลักของการประยุกต์ใช้ fMRI คือการแปลพื้นที่สมองที่เกี่ยวข้องกับภาษาในการเตรียมการผ่าตัดเนื้องอกในสมอง ทั้งนี้เพื่อให้แน่ใจว่าพื้นที่นี้ส่วนใหญ่ได้รับการช่วยเหลือในระหว่างการดำเนินการ พื้นที่ทางคลินิกเพิ่มเติมของการประยุกต์ใช้การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กที่ใช้งานได้นั้นเกี่ยวข้องกับการประเมินผู้ป่วยที่มีสติสัมปชัญญะบกพร่องเช่นโคม่าสภาวะของพืชหรือ MCS (สภาวะความรู้สึกตัวน้อยที่สุด)

ความเสี่ยงผลข้างเคียงและอันตราย

แม้จะประสบความสำเร็จอย่างมากในการตรวจเอกซเรย์คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แต่วิธีนี้ก็ควรได้รับการพิจารณาในแง่ของคุณค่าทางข้อมูลด้วย เป็นไปได้ที่จะสร้างการเชื่อมต่อที่สำคัญระหว่างกิจกรรมบางอย่างและการกระตุ้นของพื้นที่สมองที่เกี่ยวข้อง ความสำคัญของพื้นที่บางส่วนของสมองสำหรับความเจ็บป่วยทางจิตใจก็ชัดเจนขึ้นเช่นกัน

อย่างไรก็ตามจะมีการวัดเฉพาะการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของออกซิเจนของฮีโมโกลบินที่นี่ เนื่องจากกระบวนการเหล่านี้สามารถแปลเป็นภาษาท้องถิ่นไปยังพื้นที่บางส่วนของสมองจึงมีการสันนิษฐานจากการมีเพศสัมพันธ์ของระบบประสาทว่าพื้นที่เหล่านี้ของสมองจะถูกกระตุ้นด้วย ดังนั้นสมองจึงไม่สามารถสังเกตได้โดยตรงในขณะที่คิด ต้องสังเกตว่าการเปลี่ยนแปลงการไหลเวียนของเลือดจะเกิดขึ้นหลังจากช่วงเวลาแฝงไม่กี่วินาทีหลังจากกิจกรรมของระบบประสาท ดังนั้นบางครั้งการมอบหมายงานโดยตรงจึงเป็นเรื่องยาก ข้อได้เปรียบของ fMRI เหนือวิธีการตรวจระบบประสาทอื่น ๆ ที่ไม่รุกรานคือการแปลกิจกรรมเชิงพื้นที่ที่ดีกว่ามาก

อย่างไรก็ตามความละเอียดชั่วคราวจะต่ำกว่ามาก การกำหนดกิจกรรมของเซลล์ประสาทโดยอ้อมผ่านการวัดการไหลเวียนของเลือดและการให้ออกซิเจนของฮีโมโกลบินยังทำให้เกิดความไม่แน่นอน จะถือว่าเวลาในการตอบสนองนานกว่าสี่วินาที ยังคงต้องตรวจสอบว่ากิจกรรมทางประสาทที่เชื่อถือได้สามารถสันนิษฐานได้ด้วยสิ่งเร้าที่สั้นกว่าหรือไม่ อย่างไรก็ตามยังมีข้อ จำกัด ในการใช้งานทางเทคนิคของการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กที่ใช้งานได้ซึ่งขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าผลกระทบของ BOLD ไม่เพียง แต่สร้างขึ้นโดยหลอดเลือดเท่านั้น แต่ยังเกิดจากเนื้อเยื่อของเซลล์ที่อยู่ติดกับหลอดเลือดด้วย