Kompasın kəşfi qədər mühüm: maqnit rezonans görüntüləmə və funksional MRG

Yerin maqnit sahəsindən faydalanan kompasın 12. əsrdə kəşfi yeni qitələrin tapılmasını təmin edərək dünya tarixini necə dəyişmişdisə, su molekullarında olan hidrogen atomunun maqnit sahəsinə verdiyi reaksiyanı ölçən maqnit rezonans görüntüləmə də orqanlarımızın ətraflı quruluşunu və necə işlədiyini öyrənməyimizə verdiyi böyük töhfələrlə tibb tarixini dəyişmişdir.

Maqnit rezonans görüntüləmənin (MRG) qısa tarixi

Nikola Tesla (1856 – 1943) fırlanan maqnit sahəsinikəşf etdi. Bu, fizikada əsas kəşflərdən biridir.

1956-da Tesla vahidi, Beynəlxalq Elektrotexniki Komissiyanın Fəaliyyət Komitəsi tərəfindən Münhen Rathaus-da elan edildi. Bütün maqnit rezonans görüntüləmə (MRG) cihazları “Tesla vahidləri” ilə kalibrlənmişdir. Maqnit sahəsinin gücü Tesla və ya Gauss vahidləri ilə ölçülür. Maqnit sahəsi, yəni maqnit nə qədər güclü olsa, bədəndəki atomlardan alınan radiosiqnalların gücü o qədər artır və bunun sayəsində MR görüntülərinin keyfiyyəti də bir o qədər yüksək olur; həmçinin MR çəkiliş sürəti artır və çəkiliş müddəti nəzərəçarpacaq dərəcədə qısalır. 1.5 Tesla, 3 Tesla eMaR kimi terminləri çoxumuz eşitmiş ola bilərik. Bu vahidlər MRG cihazının maqnit gücünü ifadə edir. 

• Aşağı sahəli MRG = 0.2 Tesla-dan aşağı
• Orta sahəli MRG = 0.2 ilə 0.6 Tesla
• Yüksək sahəli MRG = 1.0 ilə 1.5 Tesla
• Çox yüksək sahəli MRG = 3 və 7 Tesla

Qeyd: 12 oktyabr 2017-də FDA, ilk dəfə 7 Tesla MRG istifadəsinə icazə vermişdir. Aşağıdakı şəkildə 3 və 7 Tesla MRG arasında ayırdetmə qabiliyyəti fərqini görə bilərsiniz.

New York-da Columbia Universitetində çalışan professor Isidor I. Rabi 1937-də nüvə maqnit rezonansı (NMR) adlandırılan kvant hadisəsini müşahidə etdi. Atom nüvəsinin kifayət qədər güclü maqnit sahəsinə məruz qaldıqda radio dalğalarını udaraq və ya yayaraq varlığını göstərdiyini anladı. Professor Isidor I. Rabi bu işlərinə görə Nobel mükafatı aldı.

Brooklyn-in Downstate Tibb Mərkəzində çalışan doktor Raymond Damadian xərçəngli toxumadakı hidrogen siqnalının sağlam toxumadan fərqli olduğunu kəşf etdi. Çünki şişlər daha çox su ehtiva edir. Daha çox su daha çox hidrogen atomu deməkdir. MRG cihazı söndürüldükdə xərçəngli toxuma sağlam toxumadan daha uzun müddət radio dalğası yayır. MR görüntüləmədə xərçəngli və normal toxumaların bir-birindən fərqli görünməsinin əsasında duran mexanizm budur.

New York Dövlət Universitetində kimyaçı olan Paul Lauterbur 1973-də ilk maqnit rezonans görüntüsünü yaratdı. İlk insan MR müayinəsi isə 3 iyul 1977-də aparıldı.

MR necə işləyir?

Maqnit Rezonans Görüntüləmə (MRG) nüvə maqnit rezonansı prinsipindən istifadə edərək insan bədəninin görüntüsünü yaradan tibbi diaqnostika üsuludur. İnsan bədəninin istənilən hissəsinin istənilən bucaqdan və istiqamətdən nazik kəsik görüntülərini yarada bilər. Bunu bədəni güclü elektromaqnit sahəsinə məruz qoyaraq həyata keçirir.

Kompasın içindəki kiçik maqnit çubuqlar Yerin maqnit sahəsinə uyğun istiqamətini necə dəyişirsə, bədənimizdə hər hüceyrəmizin daxilində çox miqdarda olan su molekullarındakı hidrogen atomunun protonları da güclü maqnit sahəsinin təsiri ilə kiçik bioloji maqnit çubuqlar kimi davranır. Proton əsas maqnit xüsusiyyətlərinə malikdir.

MR görüntüsü 4 mərhələdə əldə edilir:

1. Bədən sabit maqnit sahəsinə yerləşdirilərək insan bədənində sabit maqnetizm vəziyyəti yaradılır.
2. Protonların istiqamətini müəyyən qaydada dəyişmək üçün MRG cihazı bədənə radio dalğaları göndərir.
3. MRG cihazı radio dalğalarını dayandırır və bədənin elektromaqnit ötürməsini qeydə alır. 4. Ötürülən siqnal kompüter tomoqrafiyası ilə bədənin daxili görüntülərini yaratmaq üçün istifadə olunur.

Aşağıdakı şəkildə eyni insanın bel nahiyəsinin klassik rentgen, kompüter tomoqrafiyası və MRG görüntülərini müqayisə edə bilərsiniz

MR görüntüsü fotoşəkil deyil. Əslində, insan bədəninin yaydığı radiosiqnalların kompüterlə hazırlanmış xəritəsi və ya görüntüsüdür. Klassik kompüter tomoqrafiyasında radiasiya istifadə olunur, lakin MR zərərli olmayan radio dalğalarından istifadə edir. MRG-də diqqət edilməli ən vacib məqam nəhəng bir maqnitin içinə daxil olunacağı üçün metal əşyaların müayinə sahəsindən kənarda saxlanmasıdır. Həmçinin kredit kartları kimi əşyalar da MR tərəfindən zədələnə bilər, çünki maqnit kodları MRG maqnitindən təsirlənə bilər.

Maqnit Rezonans Görüntüləmə yumşaq toxumaların (xüsusilə beyin, onurğa beyni, qarın boşluğu orqanları və əzələ toxuması) görüntülənməsi üçün üstünlük verilən prosedur olaraq tibbi görüntüləmə bazarında güclü diaqnostika vasitəsidir. MRG sənayesi ildə 2.000-dən çox cihaz istehsal edir.

Nevroloqlar mərkəzi sinir sistemi (beyin və onurğa beyni) xəstəliklərinin düzgün diaqnozu üçün böyük ölçüdə MRG-dən asılı olan tibb ixtisası nümayəndələrindəndir. MRG texnologiyasına əsaslanan digər tibbi ixtisaslar beyin cərrahları və ortopediya mütəxəssisləridir. Həmçinin xərçəng tibbində, xüsusilə beyində, qaraciyərdə və sümükdə olan şişlərin və ya metastazların görüntülənməsində MRG digər görüntüləmə üsullarından üstündür.

MR ilə görüntü emalında son mərhələ: funksional MRG (fMRG)

80-ci illərin sonlarına doğru MRG xəstəxanalarda və laboratoriyalarda əzələdən beyinə qədər müxtəlif toxumaların anatomik görüntülənməsində standarta çevrildi. Lakin MRG orqanların yalnız çox yaxşı anatomik görüntüsünü verirdi, funksiyası haqqında məlumat vermirdi. Pozitron Emissiya Tomoqrafiyası (PET) kimi toxumaların funksiyaları haqqında məlumat vermək xüsusiyyətinə malik cihazlar isə qan dövranına maddə yeridilməsini tələb edirdi.

90-cı illərdə Seiji Ogawa və həmkarları MRG-ni beyində fizioloji aktivliyi aşkar edən və nisbətən ucuz görüntüləmə formasına çevirən, beyin və davranış araşdırmalarında inqilab başladan bir sıra kəşflər dərc etdilər.

Ogawa və həmkarları illər əvvəl aparılan müşahidələrdən irəli gələn 2 fizioloji hadisədən faydalandılar. Əvvəlcə Charles Roy və Charles Sherrington 1890-da beynin metabolik aktivliyinin beynin qan dövranı ilə əlaqəli ola biləcəyini irəli sürmüşdülər. Sonrakı tədqiqatlarda daha dəqiq baxış ortaya çıxmışdır: Damar sistemi nevroloji aktivliyin artdığı nahiyələrə oksigenli qan gətirmək üçün daha həssas davranır. Yəni beynin işləyən nahiyəsinə daha çox oksigen çatdırmaq üçün beyin damarları dəyişir. İkincisi, Linus Pauling və Charles Coryell 1936-da hemoqlobinin oksigenli və oksigensiz formalarının fərqli maqnit xüsusiyyətlərinə malik olduğunu bildirmişlər. Bu iki fikirdən yola çıxan Ogawa və həmkarları 90-cı illərdə dərc edilən üç məqalə ilə funksional maqnit rezonansın orqanların aktivliyini necə müəyyən edə biləcəyini göstərdilər.

Bütün bədənimizdə oksigen orqanlara qırmızı qan hüceyrələri olan eritrositlərin daxilindəki hemoqlobin zülalı ilə daşınır. Təmiz qanda hemoqlobinlər oksigenli olduğu halda, çirkli qanda hemoqlobinlərin daşıdığı oksigen miqdarı azdır və qan hüceyrələrinin oksigen səviyyələrindən asılı olaraq funksional MRG-də fərqli görüntü yaranır. Bu təsirə blood-oxygenation-level-dependent (BOLD) kontrast deyilir. Ogawa və komandası bu kontrastı ölçsələr, beyin aktivliyini izləyə biləcəklərini düşünürdülər və siçanlar üzərində apardıqları təcrübədə beynin aktiv nahiyələrində su molekullarından gələn proton siqnalının dəyişdiyini və bunun da görüntülənə bildiyini göstərdilər.

Bu yenilikçi prinsipin sübutundan 2 il sonra 3 müstəqil qrup (Ogawa-nın komandası da daxil olmaqla) demək olar eyni vaxtda insan beynində BOLD kontrast dəyişikliklərini göstərdi.

fMRG çəkilişi zamanı foto göstərilən insanın beynində oksipital (arxa) nahiyə aktiv göründüyü halda, barmağını oynatması istənildikdə frontal payla parietal payın birləşdiyi yerdəki motor korteks (yan-yuxarı nahiyə) aktiv görünür.

fMRG sahəsində dünyanın ən qabaqcıl tədqiqatçılarından biri də İzmirin Tire bölgəsində doğulmuş Prof. Dr. Kâmil Uğurbil-dir. 27 yaşında professor adına layiq görülən Kamil Uğurbil hazırda ABŞ-ın Minesota Universitetində təxminən 30 il əvvəl yaratdığı şöbəyə rəhbərlik edir. Ölkəmizdə neyroelm toplantılarında da iştirak edib konfranslar verən Uğurbil fMRG-nin bu gün çatdığı nöqtə haqqında bir çıxışında belə demişdir: “MR cihazına daxil olan insana bir səs dinlədilir, məsələn, quş səsi. Bunun nə səsi olduğunu biz kənardan bilmirik. Tapdığımız texnologiya ilə içəridəki insanın nə eşitdiyini beyində ölçdüyümüz dəyişikliklər sayəsində tam olmasa da, çox böyük ölçüdə anlaya bilirik. Eyni şəkildə düşüncə gücü ilə işləyən robot əllə iflicli insanların əsas ehtiyaclarını ödəməsinə imkan veririk.”

Seiji Ogawa və Kamil Uğurbil fMRG sahəsində apardıqları tədqiqatlarla gələcəkdə Nobel mükafatı ala biləcək adlar arasında göstərilir.

BOLD kontrast görüntüləmə və ya geniş istifadə olunan adı ilə funksional MRG koqnitiv neyroelmin əsas dayağına çevrildi. Beyin aktivliyini olduqca yüksək ayırdetmə qabiliyyəti ilə ölçmək əlçatan seçim oldu. Ayırdetmə qabiliyyəti həmçinin inkişaf etmiş MRG avadanlığı, texnikaları və analiz üsulları ilə təkmilləşdirildi. İnsanın vizual beyin funksiyalarının ətraflı təsvirindən üz tanıma, empatiya və mənlik şüuru (özünüdərk) kimi yüksək koqnitiv funksiyalara töhfəsi olan fMRG-nin ortaya çıxardığı imkanlar neyroelm dünyasını heyrətləndirməyə davam edir.