„Magnetyczny rezonans - nieinwazyjna metoda badania i diagnostyki patologii mózgu”

Andrzej Jasiński

Instytut Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego w Krakowie

 

Magnetyczny rezonans (MR) stał się w ostatnich latach szeroko stosowaną metodą w diagnostyce obrazowej oraz w badaniach biomedycznych. Dla otrzymania obrazów MR umieszcza się badany obiekt w polu magnetycznym i naświetla falami radiowymi o częstości rezonansowej odpowiadającej jądrom wodoru w drobinach wody. Ta nieinwazyjna metoda dostarcza trójwymiarowych obrazów MR, o dużej rozdzielczości, tkanek miękkich oraz dodatkowo, wykorzystując spektroskopię MR, pozwala na pomiary koncentracji metabolitów bez konieczności pobierania próbek.

Mózg i ośrodkowy układ nerwowy są najczęściej badane metodą obrazowania MR ze względu na znaczenie tych organów i względną łatwość pomiarów. Otrzymane obrazy MR pozwalają na rozróżnienie tkanek zdrowych od tkanek patologicznych, ponieważ ich parametry „rezonansowe”, takie jak czasy relaksacji T1 i T2, są różne.

Spektroskopia MR rejestruje charakterystyczne widma MR cząsteczek, a w połączeniu z obrazowaniem MR, pozwala na ich lokalizację przestrzenną i otrzymanie mapy metabolitów w mózgu.

Dyfuzja drobin wody w tkance nerwowej jest jedną z ważnych wielkości fizycznych, które dostarczają bardzo ważnych informacji o jej stanie. Dyfuzja, polegająca na przypadkowych ruchach drobin, zależy od łatwości ich przemieszczania się w tkance. W mózgu występują dwa typy tkanek: istota biała, składająca się z otoczonych mieliną wypustek (aksonów) komórek nerwowych (neuronów) oraz istota szara, składająca się z ciał komórkowych neuronów. Istota biała jest silnie anizotropowa – drobiny łatwo dyfundują wzdłuż aksonów, zaś istota szara jest w przybliżeniu izotropowa. Dodatkowo, uszkodzenie tkanki nerwowej już po 10 minutach powoduje istotne zmiany dyfuzji, które można zmierzyć.

Przedstawione powyżej zjawiska fizyczne znalazły zastosowanie w badaniach i diagnostyce patologii mózgu.

Udar mózgu powoduje przerwanie dopływu krwi i towarzyszące mu uszkodzenia niedokrwienne tkanki mózgowej. Obrazowanie MR dyfuzji pozwala na wczesne określenie rejonu uszkodzeń oraz identyfikację zmian perfuzji tkanki mózgowej, a następnie rozpoczęcie zlokalizowanej terapii środkami farmakologicznymi.

Badanie kierunków największej dyfuzji w istocie białej, przy pomocy obrazowania MR tensora dyfuzji, pozwala wyznaczyć kierunki przebiegu włókien nerwowych łączących między sobą poszczególne ośrodki mózgu. W połączeniu z funkcjonalnym obrazowaniem fMRI pozwala prześledzić drogi komunikacji aktywnych części mózgu.

            Nowotwory mózgu mogą być wykrywane w obrazowaniu MR i badane przy pomocy spektroskopii MR. Dotyczy to zwłaszcza rozprzestrzeniania się zmian, trudnych do identyfikacji tylko metodą obrazowania MR.

            Wiadomo, że szereg patologii mózgu takich jak autyzm, epilepsja, stwardnienie rozsiane, choroby Alzheimera i Parkinsona czy też uzależnienia, których przyczyn powstawania nie rozumiemy, prowadzą do trwałych zmian w mózgu. Tutaj obrazowanie MR okazuje się niezwykle przydatne pozwalając na wielokrotne badanie tego samego osobnika. Dotyczy to zwłaszcza modeli zwierzęcych wykorzystywanych do badania przebiegu tych patologii, jak również badania wpływu środków farmakologicznych, rozwijanych jako nowe leki przeciw tym schorzeniom. Wybrane przykłady tego typu badań prowadzonych w Krakowie zostaną przedstawione w czasie wykładu.