Neuropedia

▪️توموگرافی با نشر پوزیترون (PET) محققان از توموگرافی با نشر پوزیترون (PET استفاده می کنند تا فعالیتهای سوخت وسازی سلول های مغزی درگیر در پردازش کارکردهای مغزی مانند زبان را مورد مطالعه قرار دهند. تصویربرداری PET به صورت غیرمستقیم تغییرات در جریان خون مغزی را تعیین می کند (پوستر و رایشه، ۱۹۹۴). اسکنر (PET) همان طور که در شکل ۱۳-۷ نشان داده شده است، شبیه ردیف توتلی شکل از تشعشع یابهای قرار داده شده در دو طرف سر شرکت کننده است، مقدار کمی آب حاوی مولکول های رادیواکتیو برای نشانه گذاری آن، به داخل جریان خون تزریق می شود، مولکول های رادیواکتیو خطر بسیار کمی برای شرکت کننده به وجود می آورد، زیرا این مولکول ها مانند اکسیژن رادیواکتیو (۱۵ - ۱۵O) بسیار ناپایدار هستند. یک رایانه تصویر رنگی رمزگذاری شده مانند آنچه که در سمت راست شکل نشان داده است، را بازسازی کرده و نواحی با جریان خون بالا و پایین را نشان میدهد. مولکول های رادیواکتیو مانند ایزوتوپ اکسیژن (۱۵) پوزیترون (الكترونهایی که دارای بار الکتریکی مثبت هستند) را منتشر می کنند. پوزیترونها از یک اتم ناپایدار صادر می شوند که نوترون ناقص دارند و به بار منفي الكترون در مغز جذب می شوند. وقتی پوزیترون و الكترون به هم برخورد می کنند، منهدم شده و انرژی حاصل از دو اشعه گاما، (اشعه گاما یک فوتون یا ذرۂ نوری با بسامد معین است) جریانی بسیار قوی تولید می کند، که منطقه رویداد انهدام را کاملا در جهت مخالف ترک می کند، (تصوير ۱۴-۷ الف). در اسکنر PET، جفتهای تشعشع یاب رادیواکتیو تک به تک روبه روی یکدیگر در درون حلقه قرار داده شده اند و در دور سر قرار می گیرند تا این رویدادها را ثبت کنند (به شکل ۱۴-۷ب نگاه کنید). جفتهای تشعشع یاب تنها وقتی هر دو توسط فوتونهای انهدامی به طور همزمان با هم برخورد کنند، یک رویداد را ثبت می کنند. از طریق استفاده از حلقه های تشعشع یاب چندگانه، که هر کدام می توانند منعکس کننده یک سطح از مغز باشند، رویدادهای انهدامی در بسیاری از سطوح مغز می توانند ثبت شوند. همان طور که در شکل ۱۴-۷ج نشان داده شده است. هر تصویر و گسل، تصویر سه بعدی مناطقی را شامل می شود که اندازه آنها ۲ میلی متر مکعب است. همان طور که در شکل ۱۵-۷ نشان داده شده است مناطق تیره نشان دهنده تراکم رویدادهای انهدامی هستند. توجه داشته باشید که PET به طور مستقیم فعالیت موضعی نورونی را اندازه گیری نمی کند. بلکه با این فرض به فعالیت نورون پی می برد که جریان خون در مناطقی زیاد می شود که فعالیت نورون در آن ناحیه افزایش می یابد. توزیع جریان خون در مغز یکنواخت نیست، با این حال برای دستیابی به نتایجی درباره ارتباط بین جریان خون و فعالیت روانی، پژوهشگران PET باید به ترفندهای آماری چنانکه در بالای شکل ۱۵-۷ نشان داده شده است. آنها الگوی جریان خون در یک شرایط آزمایش- یا شرایط خنثی مثل استراحت را از الگوی دیگر وقتی شرکت کننده درگیر انجام یک تکلیف است تفریق می کنند. این فرآیند تفریق تفاوت در جریان خون بین دو حالت را تصویر می کند. می توان میانگین این تغییر در بین شرکت کننده ها را گرفت تا به تفاوت میانگین تصاویر دست یافت. مواد رادیواکتیو در جوار تجهیزات PET درست قبل از استفاده آماده می شوند که این امر مستلزم وجود دستگاه شتاب دهنده در نزدیکی اتاق آزمایش است. علی رغم هزینه زیاد این لوازم، مزایای PET نسبت به روش های دیگر تصویربرداری این هزینه ها را توجیه می کند. PET می تواند تجزیه طیف گسترده ای از مواد شیمیایی را شناسایی کند. به معنی واقعی کلمه صدها ماده

▪️طیف سنجی رزونانس مغناطیسی (Magnetic Resonance Spectroscopy) تصاویری که توسط MRI ایجاد می شوند، در واقع نشانگر تفاوت های تراکم آب در بافت های متفاوت مغز هستند. هسته های هیدروژن متعلق به مولکول های آب که حدود ۸۰ درصد بافت نرم مغز را تشکیل می دهند، تحت تأثیر میدان های مغناطیسی MRI قرار می گیرند. بنابراین تصویربرداری تشدید مغناطیسی یا MRI بیست درصد باقیمانده مواد مغز، از جمله مولکول های بزرگ ( DNA، RNA ، بیشتر پروتئین ها و فسفولیپیدها) غشاء، سلول ها، اندامکها و سلول های گلیال را به تصویر نمی کشد. ۲۰ درصد باقیمانده مغز را با استفاده از روش طیف سنجی تشدید مغناطیسی یا MRS که یک روش مبتنی بر MRI است و رادیو فرکانس های متفاوتی را برای مرتب سازی پروتون های هیدروژن به کار می برد تا امکان تصویربرداری از مواد باقیمانده مغز (۲۰ درصدی که با MRI قابل تصویرسازی نیستند) فراهم شود. برای مثال، MRS می تواند یک متابولیت مغزی به نام ان- استیل آسپارتات (NAA) را که هم در نورون ها و هم در گلیاها یافت می شود و یا کراتین را که یک عامل اسیدی است که با تولید انرژی از سلول ها حمایت کرده و در نورونها تراکم خیلی بیشتری نسبت به گلیاها دارد را تصویربرداری نماید. بنابراین، تصویربرداری MRS می تواند سلول های مغزی را از مواد دیگر و نورون ها را از گلیاها متمایز نماید. MRS می تواند اضمحلال سلول های مغزی در اختلالات دمانسی مانند آلزايمر، از دست رفتن میلین در اختلالات اضمحلال میلینی مانند اسکلروز چندگانه یا MS، و نابهنجاری های مداوم در متابولیسم مغزی در اختلالاتی مانند کانکاشن (concussion) را تشخیص دهد. MRS می تواند مولکول هایی را که در انتقال اطلاعات بین نورون ها نقش دارند، تصویربرداری نماید. یکی از این مولکول ها، کولین (choline) است. که مولکول پیش ساز استیل کولین (acetylcholine) است. و یا مولکول گلوتامات (glutamate) که مهمترین مولکول انتقال دهنده عصب تحریکی در مغز است. MRS می تواند بسیاری از مولکول های مغزی را که در فرآیندهای مهم مغز مانند رشد، کارکرد و یا بیماری نقش دارند، تصویربرداری نماید.

1. Wells Mangrum, Quoc Bao Hoang, Tim Amrhein, Scott Duncan, Charles Maxfield, Elmar Merkle, Allen Song. Duke Review of MRI Physics. Elsevier (2019) 2. Mara Cercignani, Nicholas G. Dowell, Paul S. Tofts. Quantitative MRI of the Brain: Principles of Physical Measurement. CRC Press (2018) 3. María Luisa García Martín,Pilar López Larrubia. Preclinical MRI: Methods and Protocols. Humana Press (2018) 4. Tommaso Scarabino, Saverio Pollice, Teresa Popolizio. High Field Brain MRI: Use in Clinical Practice. Springer International Publishing (2017) 5. Krzysztof Iniewski,. Angshul Majumdar, Rabab Kreidieh Ward. MRI: physics, image reconstruction and analysis. CRC Press (2015) 6. Robert W. Brown, Yu-Chung N. Cheng, E. Mark Haacke, Michael R. Thompson, Ramesh Venkatesan. Magnetic resonance imaging: physical principles and sequence design. Wiley-Blackwell (2014) 7. Christakis Constantinides. Magnetic Resonance Imaging: The Basics. CRC Press (2014) 8. Vincent Perrin. MRI Techniques. Wiley-ISTE (2013) 9. Govind B. Chavhan. MRI Made Easy. Jaypee Brothers Medical Pub (2013) 10. Giuseppe Placidi. MRI: Essentials for Innovative Technologies. CRC Press (2012) 11. Muhammed Elmaoğlu, Azim Çelik. MRI Handbook: MR Physics, Patient Positioning, and Protocols. Springer-Verlag New York (2012) 12. Geraldine Burghart, Carol Ann Finn. Handbook of MRI Scanning. Elsevier Health Sciences (2011) 13. Ray H. Hashemi, William G. Bradley Jr., Christopher J. Lisanti. MRI: The Basics. ePubLibre (2010) 14. Elizabeth Berry, Andrew J. Bulpitt. Fundamentals of MRI: An Interactive Learning Approach. CRC Press (2008) 15. Dominik Weishaupt, Victor D. Koechli, Borut Marincek. How does MRI work: An Introduction to the Physics and Function of Magnetic Resonance Imaging. Springer (2006)

▪️Introduction to Clinical MRI Physics (part 3 of 3) 0:00 - Intro 1:00 - 2D vs. 3D 8:27 - Matrix and Field of view 11:00 - Wrap around artifact 12:05 - Nyquist sampling rate and Undersampling 14:04 - Frequency undersampling artifact 17:34 - Phase undersampling artifact 21:08 - Pulse diagrams and basic parameters 23:57 - Gradient echo technique 31:31 - Inversion recovery technique

▪️Introduction to Clinical MRI Physics (part 2 of 3) 0:00 - Intro 2:12 - Imaging localization and Gradient 5:51 - Slice selection 11:22 - Frequency and Phase definition 14:48 - Frequency encoding (FE) 23:54 - Phase encoding (PE) 28:45 - Frequency and phase encoding and K space 38:33 - How to tell FE vs. PE direction, examples

▪️Introduction to Clinical MRI Physics (part 1 of 3) ----- Contents ----- 0:00 - Intro 3:06 - Basic definitions 5:35 - MR active atoms 7:23 - Hydrogen proton / spin 9:09 - Larmor frequency and equation 11:19 - Longitudinal and transverse magnetization 12:57 - Resonance 14:33 - Longitudinal relaxation and T1 relaxation time 19:39 - Transverse relaxation and T2 relaxation time 22:52 - T2*, echo, and Spin Echo technique 32:27 - T1 and T2 weighted imaging