Che cosa è fMRI?

L'imaging a risonanza magnetica funzionale (fMRI) è una tecnica non invadente ed affidabile per misurare e mappare le attività del cervello durante gli stati normali come pure malati. Misura i cambiamenti nel flusso sanguigno del cervello che accadono con attività di cervello.

Paziente che è scandito e diagnosticato su uno scanner di MRI (imaging a risonanza magnetica) in un ospedale. Credito di immagine: zlikovec/Shutterstock
Paziente che è scandito e diagnosticato su uno scanner di MRI (imaging a risonanza magnetica) in un ospedale. Credito di immagine: zlikovec/Shutterstock

Il fMRI è una tecnica estesamente usata in radiologia che produce le immagini di alta risoluzione con buon contrasto fra i tessuti cerebrali differenti. Il principio di base di fMRI è basato sul fatto che il nucleo di un atomo di idrogeno possiede i beni di piccolo magnete. MRI funzionale usa il principio di a risonanza magnetica nucleare, che è un fenomeno fisico in cui determinati nuclei atomici presenti in un forte campo magnetico stazionario assorbono selettivamente ad altissima frequenza le onde radio e producono un segnale elettromagnetico con una frequenza del campo magnetico al nucleo.

Nel fMRI, un forte campo magnetico si applica per allineare gli atomi di idrogeno che sono orientati altrimenti a caso all'interno dei nuclei dell'acqua del tessuto di interesse. Sopra l'applicazione dell'impulso magnetico di radiofrequenza ad una frequenza appropriata, questi nuclei assorbono l'energia e producono un segnale (segnale a risonanza magnetica) che può essere individuato dalle spirali di radiofrequenza presenti nell'impostazione di MRI.

I tipi differenti di immagini di un'area selezionata del cervello possono essere ottenuti cambiando la sequenza degli impulsi applicati e raccolti di radiofrequenza. La durata fra le sequenze successive di impulso applicate è tempo di ripetizione chiamata (TR) e la durata fra l'applicazione dell'impulso e la raccolta del segnale è tempo chiamato di echeggiare (TE).  

Nel fMRI, due volte di rilassamento differenti, T1 e T2, sono usate caratterizzare un tessuto. Il tempo di rilassamento longitudinale o il T1 è la costante di tempo che misura il tempo speso dagli atomi di idrogeno emozionanti per allineare nuovamente con il campo magnetico esterno. D'altra parte, il tempo di rilassamento trasversale o il T2 è la costante di tempo che misura il tempo speso dagli atomi di idrogeno emozionanti ad equilibrio di sbraccio o esce della fase (sfasare). Le scansioni di T2-weighted e) TR e TE brevi (di T1-weighted (TE e TR più lunghi) sono le sequenze più comuni utilizzate nel fMRI.   

Base fisiologica di fMRI

Il cambiamento nel segnale del fMRI secondo attività di cervello alterata è un effetto indiretto, che dipende dal cambiamento in flusso sanguigno cerebrale causato da attività neurale alterata. Un'attività neurale aumentata eleva il livello di ossigenazione di sangue a causa di una domanda di energia aumentata che successivamente richiede più ossigeno. Il fatto è che di sangue ricco d'ossigeno ed il sangue del ossigeno-povero possiedono i beni magnetici differenti dovuto la differenza nella concentrazione nell'emoglobina che lega all'ossigeno di sangue. Quando il sangue è ossigenato, il segnale è più forte e vice versa. Questo fenomeno costituisce la base del fMRI livello-dipendente dell'ossigenazione (BOLD) di sangue.

Il cambiamento in flusso sanguigno è un indicatore molto sensibile di attività neurale alterata. Per esempio, la spillatura semplice delle barrette in una mano è capace di aumentare il flusso sanguigno di 60% nell'area di motore del cervello. A causa di questo fatto, i cambiamenti STAMPATI IN NERETTO nel segnale a risonanza magnetica è abbastanza sensibili individuare i cambiamenti sottili nell'attività neurale relativa alle mansioni semplici del motore, come tenuta della tazza di caffè come pure le funzioni conoscitive complesse, quali l'attenzione, l'apprendimento e la formazione di memoria.

Nel fMRI di base, il segnale STAMPATO IN NERETTO fornisce soltanto una generalità qualitativa dei cambiamenti che sono accadere dovuto stimolo del cervello confrontato alla circostanza di riposo. Non può fornire informazioni sui cambiamenti reali in flusso sanguigno prima che tutto lo stimolo sia applicato.
Il fMRI STAMPATO IN NERETTO di contrasto è un'alternativa utile per sormontare questa limitazione. In questo metodo, un agente di contrasto è iniettato nel sangue per individuare quantitativamente il flusso sanguigno al riferimento. Il contrasto STAMPATO IN NERETTO è derivato dai cambiamenti nel campo magnetico secondo lo stato dell'ossigeno di emoglobina.  

Il principio di base è che l'emoglobina completamente ossigenata è diamagnetica, che è magneticamente stessa dei tessuti cerebrali. Al contrario, l'emoglobina deoxygenated è paramagnetica, che piombo alla generazione di gradienti magnetici locali nella zona del vaso sanguigno di cui la resistenza dipende al livello dell'emoglobina. L'ultimo effetto nel segnale a risonanza magnetica dipende dall'intensità di campo, dalla sequenza di impulso e dal momento selezionati echeggiare.

Questo effetto STAMPATO IN NERETTO direttamente è collegato con la concentrazione di emoglobina deoxygenated; le regioni altamente attive del cervello hanno alta concentrazione di emoglobina ossigenata e sempre mostrano gli più alti segnali. Gli agenti di contrasto di MRI capaci di alterazione del rapporto di ossi/emoglobina di deoxy nelle regioni del cervello, quale gadolinio, sono usati per migliorare la qualità dell'immagine migliorando il contrasto STAMPATO IN NERETTO. Il tempo di rilassamento in questo caso è denotato come T2*, che deriva basicamente dalla non uniformità del campo magnetico principale è derivato dal gradiente magnetico locale. Le sequenze di T2*-weighted MRI sono usate per evidenziare gli effetti magnetici dell'uniformità per generare le immagini ad alto contrasto attraverso fMRI.

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Last Updated: Oct 9, 2018

Dr. Sanchari Sinha Dutta

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Dr. Sanchari Sinha Dutta

Dr. Sanchari Sinha Dutta is a science communicator who believes in spreading the power of science in every corner of the world. She has a Bachelor of Science (B.Sc.) degree and a Master's of Science (M.Sc.) in biology and human physiology. Following her Master's degree, Sanchari went on to study a Ph.D. in human physiology. She has authored more than 10 original research articles, all of which have been published in world renowned international journals.

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