مزایا و معایب MRI در یک روش تشخیصی

Magnetic Resonance Imaging MRI به معنی تصویربرداری به روش تشدید مغناطیسی است که در آن می توان با استفاده از امواج مغناطیسی و بدون تابش اشعه ایکس, اسکن های واضحی از بافت های مختلف بدن تهیه کرد

Magnetic Resonance Imaging) MRI به معنی تصویربرداری به روش تشدید مغناطیسی است که در آن می توان با استفاده از امواج مغناطیسی و بدون تابش اشعه ایکس، اسکن های واضحی از بافت های مختلف بدن تهیه کرد. در سال ۱۹۷۰، پزشک و فیزیکدان آمریکایی دکتر ریموند دامادین تصمیم گرفت اسکنری را برای تصویربرداری از بدن انسان بسازد. او در آزمایش‌های خود، سلول‌های بدخیم را از طریق جراحی وارد بدن موش‌ها کرد و سپس آن‌ها را مورد آزمون ‌‌ NMR قرار داد. وی دریافت که بافت توموری موش‌ها به تحریک مغناطیسی پاسخ می دهد و هر یک از بافت‌های سالم و توموری یک نوع سیگنال خاص منتشر می کنند. این سیگنال‌ها بر حسب اینکه مربوط به بافت های سالم یا ناسالم باشند، می توانند کنتراست خاصی بر روی تصاویر ایجاد کنند. چندی بعد دکتر دامادین به نقش بسیار حیاتی ساختمان مولکول‌های آب در تصویر برداری‌MRI پی برد. هر مولکول آب در واقع یک دو قطبی بسیار قوی است که می توان از آن برای ایجاد یک منبع قوی جهت تولید سیگنال‌های‌‌ MRI استفاده کرد. سرانجام در سال ۱۹۷۷ او و همکارانش اولین اسکنرMRI را جهت تصویربرداری از کل بدن انسان ساختند.‌

● اصول فیزیکی و عملکردMRI

روش تصویربرداری‌MRI بر اساس تحریک پروتون اتم هیدروژن مولکول‌های آب و سپس دریافت و پردازش سیگنال‌های به‌دست آمده از آن‌ها انجام می شود. هنگامی که بیمار در یک میدان مغناطیسی قوی تحت تابش امواج رادیویی قرار می گیرد، اطلاعاتی حاصل می شود که به کمک کامپیوتر، تصاویر بافت های بدن در سطوح و جهات مختلف به وجود می آیند. امواج RF|‌ ، میدان مغناطیسی پروتون ها را در بدن تحت تاثیر قرار می‌دهد. سپس سیگنال های تولید شده توسط گیرنده در اسکنر جمع آوری می‌شوند. این سیگنال‌ها توسط کامپیوتر جهت ساختن تصاویر MRI|‌ ، پردازش می شوند. تصاویر تولید شده وضوح بالایی دارند و می توان هرگونه تغییر جزیی نسبت به الگوی اصلی یا شکل غیر طبیعی تصاویررا که به علت بیماری یا آسیبی خاص به وجود آمده اند تشخیص داد.‌

● جدیدترین کاربرد های تشخیصی MRI ‌

در سال‌های اخیر استفاده ازMRI|‌ در زمینه‌های گوناگون پزشکی از تشخیص سرطان تا کشف زود هنگام بیماری‌MS به نحو چشم گیری گسترش یافته است. در ادامه به یکی از جدیدترین کاربردهای‌MRI اشاره می کنیم.‌

▪ تشخیص و درمان سرطان پروستات

محققان مرکز جامع سرطان در دانشگاه میشیگان آمریکا، مطالعاتی را بر روی موش‌ها انجام دادند و طی آن موفق به ابداع روشی جدید به نام‌Functional Diffusion Map شدند. در این روش از‌MRI و نرم افزار مخصوصی استفاده می‌شود که هر گونه حرکت یا گسترش مایع درونی سلول‌های سرطانی را ردیابی می کند. به گفته یکی از محققان، روش‌FDM به عنوان یک بیومارکر زود هنگام عمل می کند و می تواند نشانگر میزان پاسخ تومور به درمان باشد که همین امر از اتلاف وقت نیز جلوگیری می‌کند. همچنین بر اساس مطالعه پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا، می توان از روش های‌MRI و‌MRS به عنوان روشی کمکی در جراحی لاپاروسکوپی در خارج کردن غده پروستات استفاده کرد. جراحی لاپاروسکوپی در آوردن غده پروستات که موسوم به‌RALRP است، روشی رایج و رو به گسترش است که بر خلاف روش‌های قبلی که به صورت جراحی باز انجام می شد، به پزشک امکان لمس غده پروستات و ناحیه سرطانی را نمی‌دهد. با استفاده ازMRI می توان اطلاعات مفیدی را از جمله محل دقیق سرطان بر روی کیسه پروستات و بافت‌های عصبی-عروقی و میزان گسترش سرطان در بدن در اختیار جراح قرار داد که قبل و در حین عمل جراحی کمک فراوانی خواهد کرد. بر اساس تحقیقی که در دانشگاه سانفرانسیسکو صورت گرفته است، با توجه به گسترش سرطان به بیرون از کپسول غده پروستات، می توان بازگشت مجدد سرطان را پیش بینی کرد. در این تحقیق که متشکل از ۷۴ بیمار مبتلا به سرطان پروستات بود، همه بیماران پیش از شروع درمان تحت تصویربرداری‌MRI اندورکتال قرار گرفتند. پس از گذشت حدود ۴۲ ماه، در ۴ بیمار عود مجدد سرطان مشاهده شد که تصاویر‌MRI همه آن‌ها قبل از شروع درمان، نشانگر گسترش سرطان به بیرون از کپسول غده پروستات بود.‌

Functional Magnetic Resonance Imaging )fMRI)

تکنیک جدید، fMRI در واقع نمایان کردن ساختارهایی است که در عملکردهای خاص مغز نقش دارند. تصاویر به‌دست آمده از این تکنیک، رزولوشن بالایی داشته و فعالیت های مغزی را با روش های غیر تهاجمی از طریق ثبت سیگنال های وابسته به سطح اکسیژن خون فراهم می کند و توانایی نمایش مستقیم عملکرد مغزی، برداشت و درک ما را از روند فعالیت‌های مغزی و وضعیت عصبی افزایش می دهد.‌fMRI بر پایه افزایش جریان خون عروق لوکال ( محل هایی که فعالیت‌های عصبی مغز را سازماندهی می کنند ) عمل می کند. از آنجا که فعالیت‌های عصبی در ترسیم صحیح ساختار و عملکرد مغزی بسیار مهم است، یکی از مهم‌ترین قابلیت‌های fMRI ،‌نقشه برداری‌ عصبی است. نیاز به نقشه های مجزای مغزی هنگامی اهمیت خود را نشان می دهد که حضور یک تومور مغزی، محل مورد انتظار فعالیتی را تغییر دهد یا در یک ناحیه با فعالیت نامعلوم قرار گیرد. به دنبال به تصویر کشیدن سه بعدی مغز ،‌fMRI می تواند وقایع هماهنگ و همزمان مغز را مجزا کند. نمایش‌‌ چند سطری ‌‌ فعالیت‌های مغز می تواند شامل عملکردهای ادراکی و کارهای شناختی همزمان باشد که از طریق تحریک بینایی و شنوایی حاصل شده است. برای انجامfMRI ، از روش های گوناگونی استفاده می شود که برخی از آن‌ها عبارتند از :‌

fMRI: تفاوتهای مکانی در میزان اکسیژنه بودن خون را بر مبنای تفاوت ویژگی های اکسی هموگلوبین و دی اکسی هموگلوبین و نیز تزویج فعالیت نرون و جریان خون اکسیژنه اندازه گیری می کند.‌

▪ Perfusion fMRI : گردش خون مخ را در مناطق مختلف بر مبنای تزریق وریدی متفاوت یک ترکیب مغناطیسی در نواحی گوناگون مخ و نیز تزویج فعالیت نرون و جریان خون اکسیژنه اندازه گیری می کند. ‌

‌Diffusion-Weighted fMRI :میزان حرکت تصادفی مولکول های آب را بررسی می کند.‌

عضو مورد نظر در‌‌ fMRI باید کاملا بی حرکت باشد. البته امکان اصلاح حرکات خفیف به وسیله برنامه های پردازشی وجود دارد، اما حرکات شدید قابل اصلاح نیست. همواره مساله اصلی در ‌‌ fMRI این است که فعالیت‌های مغز در کدام قسمت اتفاق می افتند.‌

▪ مزایا و معایب استفاده از fMRI ‌

قدرت ایجاد تفکیک مکانی و زمانی بالا، کاهش ریسک بررسی افراد سالم ، قابلیت تکرار در شرایط مختلف و قابل اجرا بودن بر روی اسکنرهای‌MRI مدرن از جمله مزایای استفاده از‌fMRI است. در حالی‌که حساسیت زیاد نسبت به حرکت سر، شرایط محیطی سخت جهت تحریک حسی و ترس احتمالی بیمار از شرایط آزمایش از معایب آن است.‌

▪ پردازش تصویر و جداسازی بافت ها ‌

مزیت MRI نسبت به سایر روش‌های تصویربرداری تشخیصی ، قابلیت تفکیک فضایی بالا و تشخیص بسیار خوب بافت های نرم است. عمل جداسازی یا بخش بندی تصاویر، تقسیم یک تصویر چند بعدی به گروهی از پیکسل های مرتبط است که یک مرحله ضروری در بعضی از کاربردهای پیشرفته تصویر برداری است.

بخش بندی دقیق بافت های مغزی جهت نمایش و اندازه گیری های سه بعدی نظیر تعیین حجم و عملیات کلینیکی مانند طراحی جراحی، بررسی عملکرد بافت های مغزی، پرتو درمانی و طرح درمان مورد نیاز است. در بخش بندی تصاویر پزشکی، اجرای دقیق، سریع و حتی المقدور خودکار الگوریتم ها مدنظر است. گرچه تکنیک‌های بخش بندی زیادی تاکنون در مقالات آورده شده اند، اما بخش بندی تمام خودکار تصاویر MRI همچنان به عنوان یک مشکل باقی مانده است که معمولا به دلیل نویز موجود در تصاویر ‌‌ MRI است و در اثر محدودیت‌های زمانی و امکانات تصویربرداری ایجاد شده است. مشکل دیگر وجود ناهماهنگی های فضایی‌ ‌موجود در سیگنال MRI است. الگوریتم های امید بخشی در این زمینه وجود دارند، اما اغلب آن ها به تصاویر Multi-echo و عملیات پیش و پس پردازش جهت بهبود بخش بندی نیازمند هستند. برای رسیدن به این هدف، روش هایی چون فیلترهای غیر خطی، عملیات مورفولوژی و اتصال ارائه شده‌اند. برخی روش های موجود جهت حل مساله نویز تصاویر MRI و همچنین ناهماهنگی های موجود، از مدل‌های میدان های تصادفی مارکوف استفاده کرده‌اند. به کار بردن این مدل ها نتایج مطلوبی را در بردارد، اما از مشکلات آن می توان به حجم محاسبات بالا و پیچیدگی مفاهیم ریاضی اشاره کرد. ۴ پارامتر در کیفیت تصاویر MRI تاثیر دارند:‌

۱) ‌( SNR نسبت دامنه سیگنال به دامنه متوسط نویز )‌

۲) CNR -‌ نسبت کنتراست تصویر به دامنه متوسط نویز )‌

۳) رزولوشن فضایی

۴) مدت زمان اسکن

دستیابی به روش های خودکار که بتوانند عمل جداسازی بافت ها را در کمترین زمان ممکن و با دقت بالا انجام دهند، از اهمیت خاصی برخوردار است. تا کنون روش‌هایی چون عملیات مورفولوژی باینری، الگوریتم Watershed ، الگوریتم K-means ، مدل‌ MRF و مدل کانتور فعال جهت جداسازی بافت های مغزی از یکدیگر و سایر بافت ها ارائه شده اند.‌

● ایمنی در MRI ‌

در سیستم‌های MRI ، جهت اعمال میدان مغناطیسی خارجی، یکی از انواع مغناطیس‌های دائمی، مقاومتی یا ابر رسانا به کار می‌رود. تا کنون مطالعات زیادی بر روی تاثیرات احتمالی میدان های ناشی از این مغناطیس ها صورت گرفته است که در هیچ‌یک از آن‌ها آثار زیان‌بار بیولوژیک دراز مدتی در اثر قرار گرفتن در معرض MRI گزارش نشده است. البته در برخی مطالعات، آثار کم اهمیت و برگشت پذیر ناشی از میدان های مغناطیسی مشاهده شده است. ایمپلنت های فلزی اثر جدی که شامل گشتاور، گرما و آرتیفکت در تصاویر MRI است، ایجاد می ‌کنند، بنابراین بایستی هرگونه سابقه جراحی در بیماران پیش از انجام‌ MRI مشخص شود. نکته مهم در مورد بیمارانی است که از پیس میکر قلبی استفاده می‌کنند.این بیماران مطلقا نباید تحت تصویربرداری MRI قرار بگیرند. زیرا انجام آن ممکن است باعث شود پیس میکر در حالت غیر همزمان کار کند. حتی بیمارانی که پیس میکر خود را خارج کرده اند، به دلیل آنکه ممکن است سیم‌های آن درون بدنشان باقی مانده باشد و با عمل کردن آن‌ها مانند یک آنتن و القای جریان، سبب فیبریلاسیون شود، نباید از روش MRI استفاده کنند

نویسنده: سعیدبابادی - صادق مرکانی

منابع

. " Latest magnetic resonance imaging (MRI) applications "۱

. ۷۰۰۲ , June ۴, IHE Journal , issue N

۲. کتاب جامع رادیولوژی : http://www.prin.ir ‌

۳. پویا ولی زاده ، دکتر حمید سلطانیان زاده ، ‌" خودکارسازی بخش بندی تصاویر MRI با ترکیب قابلیت های روش های خوشه بندی و مدل های شکل پذیر " ، نهمین کنفرانس مهندسی پزشکی ایران ، ۱۳۷۸.‌

۴. محمد توکلی ، ‌" تصویرگری به روش " fMRI ، سمینار درس الکتروفیزیولوژی ، ۱۳۸۶.‌