الاستوگرافی تشدید مغناطیسی

خواص الاستیک بافت های نرم به بلوک های ملکولی سازنده ی آنها و تشکیلات ساختاری ماکروسکوپی و میکروسکوپی این بلوک ها بستگی دارد

خواص الاستیک بافت‌های نرم به بلوک‌های ملکولی سازنده‌ی آنها و تشکیلات ساختاری ماکروسکوپی و میکروسکوپی این بلوک‌ها بستگی دارد. تغییرات در بافت و آسیب‌های بافتی عموماً با تغییرات در میزان سفتی بافت همراه می‌باشند؛ بسیاری از سرطان‌ها مانند سرطان سینه به صورت نواحی بسیار سفت در بافت‌ نرم ظاهر می‌شوند؛ اگر چه تومورهای خوش خیم نیز ممکن است سفت به نظر برسند ولی این تومورها به سفتی تومورهای سرطانی نمی‌باشند. با وجود تفاوت در میزان سفتی قسمت آسیب دیده‌ی بافت و بافت طبیعی احاطه کننده‌‌ی آن، سایز کوچک قسمت آسیب دیده‌ی بافت و یا موقعیت آن در بدن، در صورتی که نزدیک به سطح بدن قرار نگرفته باشد، تشخیص و ارزیابی آن را به کمک تکنیک لمس در بسیاری موارد سخت یا غیر ممکن می‌سازد.

تکنیک الاستوگرافی یک تکنیک جدید تصویربرداری با قابلیت تعیین مقادیر کمی از برخی خواص مکانیکی مانند خاصیت الاستیک بافت‌های بیولوژیک می‌باشد. این تکنیک که توسط Ophir و همکارانش در سال ۱۹۹۱ با هدف تعیین خوش خیم و بدخیم بودن ضایعات بافت سینه بدون نیاز به انجام عمل بافت برداری (biopsy) مطرح گردید، همانند تکنیک لمس بر این اصل استوار است که میزان بافت ممکن‌است مشخص کننده‌ی وجود تومور در بافت باشد.

تکنیک جدید تصویربرداری که الاستوگرافی تشدید مغناطیسی Magnetic Resonance Elastography (MRE) نامیده می‌شود، توسط Muthupillai و همکارانش در سال ۱۹۹۵ در کلینیک Mayo با هدف اندازه‌گیری غیر تهاجمی و غیر مخرب الاستیسیته‌ی بافت انسانی با استفاده از تکنیک تصویربرداری تشدید مغناطیسی Magnetic Resonance lmaging (MRI) مطرح گردید. تحقیقات و مطالعات انجام گرفته در طول یک دهه‌ی گذشته در زمینه‌ی این تکنیک بر توانایی وکارایی آن در تعیین مقادیر کمی از خواص مکانیکی ارگان‌ها، بافت‌ها، سلول‌ها و بیو مواد دلالت دارد.

تخمین الاستیسیته‌ی یک محیط در پروسه‌ی الاستوگرافی درسه مرحله صورت می‌گیرد:

۱) اعمال فشارمکانیکی ثابت (static) یا متناوب (cyclic) مشخص بر محیط.

۲) اندازه‌گیری میزان تغییر شکل ایجاد شده در محیط در پاسخ به فشار اعمال شده بر آن.

۳) محاسبه ضرایب الاستیک محیط از روی مقادیر به دست آمده از اندازه‌گیری میزان تغییر شکل آن.

در تکنیک الاستوگرافی تشدید مغناطیسی ازامواج صوتی عرضی هارمونیک با فرکانس کم (در محدوده‌ی فرکانسی بین (۱ kHz، ۱۰Hz-۱) به عنوان منبع فشار مکانیکی خارجی استفاده می‌شود. این امواج ارتعاشات خارجی دریک فرکانس مشخص را بر ماده اعمال می‌کنند. در اثر انتشار این امواج صوتی در بافت جابجایی‌های متناوب کوچکی (در حدود چند ده میکرون) در بافت ایجاد می‌شود. تصویربرداری تشدید مغناطیسی حساسیت لازم را نسبت به این حرکت‌ها در ابعاد میکرون دارا می‌باشد؛ درنتیجه‌ امواج استرین صوتی ایجاد شده در نتیجه‌ی ارتعاشات به کمک تکنیک تصویربرداری تشدید مغناطیسی تصویر می‌گردند. از آنجا که به منظور ایجاد تغییر شکل در بافت از امواج مکانیکی استفاده میتشود، ضرایب الاستیک محلی و یا پارامترهای مرتبط که شاخصی از این خاصیت بافت می‌باشند مانند میزان سفتی بافت به طور مستقیم از روی طول موج محلی و بدون نیاز به تخمین توزیع استرس ثابت محلی محاسبه می‌گردند؛ برای نمونه پس از اندازه‌گیری طول موج از روی تصاویر، میزان سفتی بافت از رابطه‌ی ساده زیر محاسبه می‌شود:

m=p.f ۲. l۲

در این رابطه m پارامتری است که میزان سفتی بافت را نشان می‌دهد؛ P دانسیته‌ی بافت، f فرکانس امواج برشی اعمال شده بر بافت و l طول موج محلی امواج می‌باشند. در صورتی که هدف تعیین میزان سفتی بخشی از بافت بدن انسان باشد، مقدار چگالی آن ممکن‌است صفر، ۱ در نظرگرفته شود.

استفاده از این تکنیک به منظور بررسی نمونه‌های ارگان‌ها و بافت‌های الاستوگرام‌ها، تصاویر الاستوگرافی، را که خواص مکانیکی بافت‌های مغز، عضله، تیروئید، سینه، قلب، دیواره‌ی آئورت، ریه، طحال، لوزالمعده، کلیه، کبد، چشم، چربی و سایر بافت‌ها را نمایش می‌دهند، در اختیار محققان قرار داده است. بررسی نمونه‌های آسیب دیده از بافت‌های بدن قابلیت این تکنیک در تشخیص ضایعات بافتی در بافت‌هایی مانند کبد، سینه و پروستات را نشان می‌دهد. در ادامه برخی کاربردهای این تکنیک در تشخیص و ارزیابی بیماری‌ها را به طور اجمالی بررسی می‌نمائیم.

اولین کاربرد بالینی تکنیک الاستوگرافی تشدید مغناطیسی که در نتیجه‌ی تحقیقات انجام شده اطلاعات جامع در مورد آن وجود دارد، ارزیابی بیماری کبد می‌باشد. بیماری مزمن کبد یک بیماری خطرناک با شیوع جهانی است و فیبروز کبدی (تشکیل بافت لیفی در کبد) مهم‌ترین پیامد آن می‌باشد؛ در صورتی که این بیماری تشخیص داده نشده یا درمان نشود، به بیماری سیروزکبدی (التهاب یک عضو به خصوص درکبد) منتهی می‌شود که آسیبی جبران ناپذیر به کبد با تلفات بسیار می باشد. تکنیکی که هم اکنون به منظور تشخیص و تعیین میزان پیشرفت فیبروز کبدی استفاده می‌شود، بافت برداری سوزنی (needle biopsy) می‌باشد که تکنیکی تهاجمی و گران است و خطای نمونه‌برداری نیز بر نتایج آن اثر می‌گذارد. نتایج بررسی‌های بالینی بسیار نشان داده است که تکنیک الاستوگرافی تشدید مغناطیسی روشی دقیق در تشخیص فیبروز کبدی می‌باشد، در این کاربرد به طور معمول از امواج برشی که فرکانسی۹۰Hz -‌۴۰Hz دارند، استفاده می‌شود. میزان سفتی کبد که متناسب با میزان پیشرفت فیبروز کبدی افزایش می‌یابد، در الاستوگرام به طور کمی نشان داده می‌شود. نتایج بررسی‌های تجربی در سال‌های اخیر نشان می‌دهد که این تکنیک ‌حساسیت(sensitivity) ۹۸ درصد و اختصاصی ‌بودن (specificity) ۹۹ درصد در تشخیص فیبروز کبدی دارد و ممکن‌است بیماران با فیبروز متوسط و شدید و بیماران با فیبروز خفیف را با حساسیت ۸۶ درصد و اختصاصی‌بودن ۸۵ درصد از یکدیگر تفکیک نماید. همچنین این نتایج بر امکان استفاده از تکنیک الاستوگرافی تشدید مغناطیسی در تعیین ویژگی‌های ضایعات موضعی کبد دلالت دارد. این نتایج نشان می‌دهند که توده‌های موضعی خوش خیم کبد مانند همانژیوم غاری، آدنوم کبدی و هیپرپلازی گرهی موضعی معمولاً مقادیر سفتی در حدود ۳kPa دارند که کمی بیشتر از مقدار سفتی بافت اصلی سالم کبد می‌باشد؛ در حالی که توده‌های موضعی بدخیم کبد مانند کارسینوم یاخته‌ی کبدی، متاستاز و کارسینوم مجرای صفراوی بسیار سفت‌تر از بافت اصلی کبد می‌باشند. این ویژگی‌امکان تفکیک ضایعات موضعی خوش خیم و بدخیم کبد را با دقت بالا فراهم می‌آورد.

نتایج تحقیقات روی مغز انسان نشان داده است که این تکنیک قابلیت تصویر کردن کمی خواص مکانیکی مواد خاکستری و سفید مغز را دارد و در نتیجه ممکن‌است به عنوان ابزار جدیدی در تعیین خواص، تشخیص و مدل نمودن مکانیکی تغییرات و آسیب‌های مغزی مانند ازدیاد غیرعادی مایع مغزی- نخاعی در مغز مورد استفاده قرار‌ گیرد. همچنین در سال‌های اخیر محققان به بررسی کاربردهای این تکنیک در بررسی بافت‌های غیر طبیعی و ناهنجار در انسان مانند تومورهای مغزی و عضلات اسکلتی در بیماری‌های عضلانی پرداخته‌اند.

عضلات اسکلتی به طور مستقیم از عملکرد غده‌‌ی تیروئید تأثیرمی‌پذیرند. آتروفی و ضعف عضلانی علائمی هستند که به طور معمول در بیمارانی که در آنها عملکرد غده‌ی‌ تیروئید به طور صحیح صورت نمی‌گیرد، دیده می‌شود. یکی از بیماری‌هایی که نتیجه‌ی پرکاری تیروئید می‌باشد، بیماری گریوز است که با ضعف عضلانی همراه می‌باشد؛ البته در صورتی که غده‌ی تیروئید عملکرد طبیعی خود را باز یابد، عضلات نیز به وضعیت طبیعی خود باز می‌گردند. نتایج تحقیقات نشان می‌دهد که عضلات بیماران دچار بیماری گریوز در هنگامی که یک نیروی مشخص برآنها اعمال می‌شود، بسیار سفت‌تر از عضلات افراد سالم می‌باشند و به علاوه میزان سفتی آنها نیز با افزایش اعمال نیرو با آهنگ بیشتری در مقایسه با عضلات افراد سالم افزایش می‌یابد.

نتایج تحقیقات اخیر نشان می‌دهند که از تکنیک الاستوگرافی تشدید مغناطیسی می‌توان به عنوان یک تکنیک غیر تهاجمی به منظور ارزیابی عملکرد وابسته به فشار قلب استفاده کرد. این عملکرد از روی تغییرات در برخی پارامترهای مکانیکی بطن چپ که به کمک این تکنیک قابل تعیین است، مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. در نتیجه از این تکنیک می‌توان به منظور تست غیر تهاجمی عملکرد قلب انسان و تشخیص و بررسی‌ اختلالات و ناهنجاری‌های قلب که سبب افزایش میزان سفتی بافت آن می‌شود مانند اختلالات دیاستولی استفاده کرد.

در مهندسی بافت از ساختارهایی شبیه به بدن موجودات زنده که با هدف تولید سلولی در آنها بن‌یاخته قرار داده می‌شود، به منظور ارزیابی نحوه‌ی التیام یافتن طبیعی جراحات و بیماری‌ها در بدن استفاده می‌شود. بسیار مهم است که میزان رشد و نحوه‌‌ی تکامل بافت‌هایی که به این روش تولید می‌شوند، مورد ارزیابی قرار‌گیرد تا از تکامل تدریجی صحیح این ساختارها اطمینان حاصل شود. به کمک تکنیک تصویربرداری تشدید مغناطیسی با رزولوشن بالا می‌توان این ساختارها را به صورت غیر تهاجمی تصویر نموده و با استفاده از تکنیک الاستوگرافی تشدید مغناطیسی تغییرات درونی در ویژگی‌های بیومکانیکی این ساختارها را ارزیابی نمود.

تحقیقات روی بیماران و داوطلبان نشان داده است که به کمک تکنیک الاستوگرافی تشدید مغناطیسی امکان تصویر نمودن آناتومی سینه و همچنین وجود تومورهای سرطانی در سینه وجود دارد؛ از این رو محققان بسیاری در سراسر جهان در حال ارزیابی قابلیت این تکنیک در تشخیص تومورهای سینه و تعیین ویژگی‌های آنها می‌باشند.

از زمان مطرح شدن این تکنیک توسط Muthupillai و همکارانش در سال ۱۹۹۵ تاکنون تحقیقات گسترده‌یی در سایرکشورها در این زمینه انجام شده است. نتایج این تحقیقات برکارایی منحصر به فرد این تکنیک در تشخیص غیر تهاجمی بسیاری از بیماری‌ها و آسیب‌های بافتی و اختلالات عملکرد اعضای مختلف بدن مانند مغز، عضله، تیروئید، سینه، قلب، رگ‌ها، ریه، طحال، لوزالمعده، کلیه، کبد، چشم و پروستات اشاره دارد و این تحقیقات همچنان ادامه دارد.

دکتر علی محلوجی فر

مریم مهدی زاده دستجردی