قوی‌ترین دستگاه‌های MRI محدودیت‌های جدیدی را برای تصویربرداری انسانی به وجود می‌آورند

هر فلزی توسط آهنربای فوق العاده قدرتمند یک دستگاه MRI 10.5 تسلا که وزنی معادل سه برابر یک هواپیما بوئینگ 737 دارد و 50 درصد قدرتمندتر از قوی‌ترین آهن رباهای مجاز برای استفاده بالینی است، جذب می‌شود. این دستگاه یک تیوب 4 متری است که توسط 110 تن آهن‌ربا و 600 تن محافظ آهنی احاطه شده است.

امروزه بیمارستان‌ها معمولا از دستگاه‌های 1.5 تسلا یا 3 تسلا استفاده می‌کنند. اما اسکنر‌های با دقت بسیار بالا در حال افزایش هستند. در حال حاضر دستگاه‌های 7 تسلا در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی در سراسر جهان وجود دارند و در سال گذشته اولین مدل 7 تسلا برای استفاده بالینی در ایالات متحده و اروپا مجوز بالینی گرفت. تنها سه اسکنر قدرتمندتر از 10 تسلا برای انسان طراحی شده‌اند.

تصویر 1: مگنت 10.5 تسلا دستگاه MRI دانشگاه مینه سوتا.

علاوه بر دستگاه موجود در دانشگاه مینه سوتا، محققان دو دستگاه 11.7 تسلا را برای اولین آزمایشات روی انسان‌ها آماده سازی می‌کنند: اسکن کامل بدن در مرکز NeuroSpin در CEA Saclay خارج از پاریس و یک اسکنر کوچکتر در موسسه ملی بهداشت ایالات متحده (NIH) در بتسدا، مریلند.

آلمان، چین و کره جنوبی در حال بررسی ساخت اسکنر‌های 14 تسلا هستند.

با میدان مغناطیسی قویتر، نسبت سیگنال به نویز بیشتری حاصل می شود، بدین معنا که بدن می‌تواند با کیفیت بالاتر اسکن شود و یا با همان کیفیت، تصویربرداری سریعتر انجام شود. در میدان مغناطیسی 3 تسلا، دستگاه‌های MRI می‌توانند جزئیات مغز را با دقت 1 میلیمتر نشان دهند. این دقت در دستگاه‌هایی با میدان مغناطیسی 7 تسلا به 0.5 میلیمتر می‌رسد.

تصویر 2: تصویر سمت چپ با استفاده از یک دستگاه 3 تسلا و تصویر سمت راست با استفاده از یک دستگاه 9.4 تسلا MRI گرفته شده است.

تلاش برای دستیابی به قدرت مغناطیسی بیشتر، با طیفی از چالش‌ها همراه است. اسکنر‌ها بزرگتر، گرانتر و فنی‌تر هستند و همچنین نیاز به مراقبت بیشتری دارند. اما محققان می‌گویند که کار با دستگاه‌های 7 تسلا، در زمینه‌ی علوم اعصاب و موارد بالینی کاربردهای بالایی دارد: پزشکان می‌توانند الکترودها را برای درمان با تحریک عمقی مغز به دقت جای گذاری کنند و یا بیماری‌ها را در مراحل اولیه تشخیص دهند.

در آغاز عصر MRI بسیاری از دانشمندان گمان می‌کردند که 0.5 تسلا نهایت قدرت میدان مغناطیسی برای MRI است. بعدها در دهه 1980 دستگاه‌هایی با قدرت 1.5 تسلا برای استفاده‌های بالینی به وجود آمدند و در سال 2002 دستگاه‌های 3 تسلا مجوز استفاده بالینی گرفتند. حتی قبل از این‌ها محققان برای قدرت میدان بیشتر تلاش می‌کردند؛ اولین دستگاه تحقیقاتی 7 تسلا در 1999 ساخته شد. دستگاه‌های 7 تسلا با آشکار کردن ساختار‌های کمتر از 1 میلیمتر دریچه جدیدی برای تحقیق روی مغز زنده گشوده‌اند. در این باره کلاوس شفلر، رئیس مرکز MRI موسسه ماکس پلانک می‌گوید: "شما همه جزئیات را بدون باز کردن مغز می‌بینید".

دستیابی به دستگاه‌های 7 تسلا محققان را قادر به اندازه گیری فعالیت نسبی در لایه‌های مختلف کرده است و می‌توانند نشان دهند چگونه اطلاعات در بین لایه‌های مختلف جا به جا می‌شود. بعضی از گروه‌های تحقیقاتی از این توانایی برای اندازه گیری فعالیت افراد زمانی که تحت آزمون‌های کلامی یا رفتاری هستند استفاده کرده‌اند (لاورنس و همکاران 2017). نتایج نشان می‌دهد که فعالیت در لایه‌های مختلف تغییر می‌کند و چگونه نواحی مختلف کورتکس، پردازش را تجربه می‌کنند. اگر MRI بتواند فعالیت مغز را در سطح ستون‌های نورونی اندازه گیری کند، ممکن است دانشمندان بتوانند در مورد نحوه‌ی انجام محاسبات در یک نورون خاص نتیجه گیری کنند. این نتیجه گیری بسیار هیجان انگیز خواهد بود از آن جهت که همواره یکی از محدودیت‌های MRI ناتوانی در اندازه گیری مستقیم فعالیت‌های نورونی بوده است. اگوربیل که در پروژه بزرگ Human Connectome Project مشارکت دارد می‌گوید: " با دستگاه‌های 7 تسلا شبکه‌های بسیار بیشتری از آنچه با دستگاه‌های 3 تسلا دیده شده بود قابل تشخیص است". اگر کیفیت بالا برای کارهای بالینی نیاز نباشد، پزشکان می‌توانند ازMRI ‌های با میدان مغناطیسی قوی تر برای سریع تر اسکن کردن استفاده کنند و تصاویر مغزی را در چند ثانیه (به جای دقیقه‌ها و ساعت‌ها) به دست آورند. این توانایی می‌تواند باعث راحتی بیماران می‌شود.

محققان همچنین می‌توانند به فراسوی آب نگاه کنند. با دستگاه‌های 7 تسلا و بالاتر، MRI می‌تواند نه تنها هسته‌های هیدروژن، بلکه هسته‌های عناصر سنگین تر مانند سدیم، پتاسیم، فسفر و فلوئور را که حساسیت بسیار کمتری به رزونانس مغناطیسی دارند شناسایی کند.

قدرتمندترین دستگاه اسکنر MRI در آزمایشگاه ملی میدان مغناطیسی ایالات متحده قرار دارد. قطر داخلی این دستگاه 10.5 سانتی متر و قدرت آن 21.1 تسلا است. اندازه‌ی آن بسیار کوچکتر از آن است که برای انسان قابل استفاده باشد در عوض در آنجا شپکین و همکارانش حیوانات کوچک را اسکن می‌کنند. به عنوان مثال آن‌ها از این اسکنر برای مطالعه تجمع سدیم در تومور‌های مغز موش استفاده کرده‌اند و نتایج آن‌ها نشان می‌دهد که مقدار سدیم می‌تواند بیانگر میزان مقاومت به شیمی درمانی باشد (شپکین و دیگران 2012). شپکین می‌گوید ابتدا آن‌ها در استفاده از این دستگاه یک قانون خاص داشتند. " هیچکس حق ندارد در کنار دستگاه تنها کار کند." اما این قانون دیگر وجود ندارد اما کماکان قانون "هیچ فلزی" نباید به محیط نزدیک شود رعایت می‌شود.

درباره اسکن با این قدرت میدان، دانشمندان به دنبال پاسخ دادن به هیچ سوال زیست پزشکی نیستند بلکه در حال آزمایش روی این موضوع هستند که آیا این دستگاه‌ها اثرات جانبی دارند؟

همچنین مقدار گرمای تولید شده توسط این دستگاه‌ها می‌تواند حتی مشکل ساز تر باشد. برخی محققان پیش بینی کرده‌اند که اسکنر‌های با قدرت بیش از 14 تسلا می‌توانند سرعت فعالیت‌های نورونی را کاهش دهند، اعصاب محیطی را تحریک کنند یا به DNA آسیب بزنند. با این حال شکپین می‌گوید که او هیچ یک از این اثرات را حتی هنگام کار کردن با دستگاه 21.2 تسلا ندیده است.

منبع: Nature

مترجم: عباس یاری، دبیرکارگروه عصب روانشناسی شاخه‌ی دانشجویی نقشه برداری مغز