機能的磁気共鳴イメージング

の 機能的磁気共鳴画像法 (fMRI）は、身体の生理学的変化を視覚的に表現するための磁気共鳴断層撮影法です。それは核磁気共鳴の物理的原理に基づいています。より狭い意味では、この用語は脳の活性化領域の検査に関連して使用されます。

機能的磁気共鳴画像法とは何ですか？

従来のMRIでは、対応する臓器や組織の静止画像が表示されますが、fMRIでは、特定の活動が行われると、3次元画像を通じて脳の活動の変化が示されます。

磁気共鳴断層撮影（MRT）に基づいて、物理学者のケネスクウォンは、機能的な磁気共鳴断層撮影（fMRI）を開発して、さまざまな脳領域の活動の変化を視覚化しました。この方法は、神経血管結合を介して脳の対応する領域の活動の変化にリンクされている脳血流の変化を測定します。

この方法は、酸素が少ない血液と酸素が豊富な血液のヘモグロビン内の測定された水素原子核の異なる化学環境を使用します。酸素化ヘモグロビン（オキシヘモグロビン）は反磁性ですが、無酸素ヘモグロビン（デオキシヘモグロビン）は常磁性です。血液の磁気特性の違いは、BOLD効果（血液酸素化レベル依存効果）とも呼ばれます。脳の機能的プロセスは一連の断面画像の形で記録されます。

このようにして、個々の脳領域の活動の変化は、被験者の特定のタスクを通じて調べることができます。この方法は、健康な対照者の活動パターンを精神障害者の脳活動と比較するための基礎研究に最初に使用されます。ただし、より広い意味では、機能的磁気共鳴断層撮影という用語には、運動学的磁気共鳴断層撮影も含まれます。

機能、効果、目標

機能的磁気共鳴画像法は、磁気共鳴画像法（MRT）をさらに発展させたものです。従来のMRIでは、対応する臓器や組織の静止画像が表示されますが、fMRIでは、特定の活動が行われると、3次元画像を通じて脳の活動の変化が示されます。

この非侵襲的な手順の助けを借りて、脳はさまざまな状況で観察することができます。従来のMRIと同様に、測定の物理的基礎は、最初は核磁気共鳴に基づいています。静磁場をかけることにより、ヘモグロビンのプロトンのスピンが縦方向に整列します。この磁化の方向に対して横方向に適用される高周波交番磁場は、共鳴（ラマー周波数）までの静磁場に対する磁化の横方向の偏向を保証します。高周波磁場がオフになっている場合、磁化が静磁場に沿って再調整されるまで、エネルギーを解放するのに一定の時間がかかります。

この緩和時間を測定します。 fMRIでは、デオキシヘモグロビンとオキシヘモグロビンの磁化が異なるという事実が利用されています。これにより、両方のフォームで測定値が異なりますが、これは酸素の影響によるものです。ただし、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの比率は脳の生理学的プロセス中に常に変化しているため、fMRIの一部としてシリアル記録が実行され、任意の時点の変化が記録されます。このようにして、神経細胞の活動を数秒の時間枠でミリメートルの精度で表示できます。神経活動の位置は、2つの異なる時点での磁気共鳴信号を測定することによって実験的に決定されます。

最初に、測定は静止状態で行われ、次に励起状態で行われます。次に、記録の比較が統計的テスト手順で実行され、統計的に有意な差が空間的に割り当てられます。実験の目的で、刺激をテスト担当者に数回提示することができます。これは通常、タスクが何度も繰り返されることを意味します。刺激フェーズのデータ​​と安静フェーズの測定結果の比較からの差が計算され、グラフで表示されます。この手順により、脳のどの領域がどの活動で活動しているかを判断することができました。さらに、精神疾患の特定の脳領域と健康な脳の間の違いを決定することができました。

心理的疾患の診断に関する重要な洞察を提供する基礎研究に加えて、この方法は臨床診療にも直接使用されます。 fMRIのアプリケーションの主な臨床領域は、脳腫瘍の手術を準備する際の脳の言語関連領域の特定です。これは、操作中にこの領域が大幅に節約されるようにするためです。機能的磁気共鳴画像法のその他の臨床応用分野は、昏睡状態、栄養状態、またはMCS（最小意識状態）などの意識障害のある患者の評価に関連しています。

リスク、副作用、危険

機能的磁気共鳴断層撮影法の大成功にもかかわらず、この方法はまた、その有益な価値の観点から批判的に見られるべきです。特定の活動と対応する脳領域の活性化の間の本質的な関係を決定することが可能でした。精神疾患に対する脳の特定の領域の重要性も明らかになりました。

ただし、ここではヘモグロビンの酸素濃度の変化のみを測定します。これらのプロセスは脳の特定の領域に局所化される可能性があるため、脳のこれらの領域も神経血管の結合により活性化されると想定されています。そのため、考えながら直接脳を観察することはできません。血流の変化は、神経活動後の数秒の潜伏期間後にのみ発生することに注意する必要があります。したがって、直接割り当てが難しい場合があります。他の非侵襲的な神経学的検査法に対するfMRIの利点は、活動の空間的位置がはるかに優れていることです。

ただし、時間分解能ははるかに低くなります。血流測定とヘモグロビン酸素化によるニューロン活動の間接的な決定も、一定の不確実性を生み出します。 4秒を超える待ち時間が想定されています。信頼性の高い神経活動をより短い刺激で仮定できるかどうかは、調査する必要があります。ただし、機能的磁気共鳴断層撮影の技術的適用の限界もあります。これは、BOLD効果が血管だけでなく、血管に隣接する細胞組織によっても生成されるという事実に基づいています。