دانلود رایگان ترجمه مقاله استانداردی در حال تکامل برای تصویربرداری عملکردی بالینی (AJNR سال 2015)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

پایش عملکرد وظیفه بیمار می‌تواند از طریق استفاده از کمربند مخزن استاندارد ( توسط اکثر فروشندگان اسکنر تصویربرداری ارائه شود) تحقق یابد، که توسط تکنولوژیست‌ تصویربرداری MR قبل از شروع جلسه اسکن بکارگرفته می‌شود. پایش بهنگام عملکرد وظیفه بیمار می‌تواند از طریق ارزیابی شکل موج/دم تنفسی انجام شود، اگر فرکانس منظم تنفس‌ها و سازگاری دامنه گردش دیواره سینه در طول اولین اجرا مشاهده نشد، سپس کار تکرار می‌شود، معمولاً با بهبود در درجهء انطباق کار و کاهش برآیند نویز فیزیولوژیک روی تصاویر BOLD CVR مغز مشاهده می‌شود.
با وجود نگرانی‌ها در بررسی‌ها تحقیق راجع به فقدان کمیت مطلق CVR، با استفاده از عکس‌برداری BH CVR، متغیر قابلیت تکثیر/ تکرارپذیری و متغیر انطباق کاربر همانگونه که در بالا توضیح داده شد، ما پی بردیم که چنین تکنیکی کاملاً مناسب برای ارزیابی نسبی موضعی CVR در محیط ضایعات ساختاری مغزی مانند تومورهای مغزی هستند. در چنین مواردی، برای تشخیص پتانسیل NVU، مل فقط نیاز به ارزیابی CVR نسبی (ضایعات مجاور موضعی CVR نزدیک قشر نیمکره عادی طرف مقابل) داریم. علاوه بر این، ما نیاز به تمرین بیماران در جلسه آموزشی قبل اسکن به دلایل نیاز بیان می‌کنیم : 1) ارزیابی مناسب عملکرد وظیفه بیماران می‌تواند ایجاد شود، 2) آشنایی بیمار با دستورالعمل‌های وظیفه می‌تواند وظیفه انطباق را تضمین کند 3) استرس بیماران قبل از ورود به محفظه اسکنر می‌تواند به حداقل برسد. تکنولوژیست‌ها تصویربرداری MR سپس دستورالعمل‌ها را برای تقویت بیشتر قبل از عملکرد عادی بیماران نمونه BH در اسکنر تکرار می‌کنند. چنین آموزش قبل اسکن می‌تواند حداقل در 5 دقیقه برای اغلب بیماران انجام شود و می‌تواند در یک جلسه آموزشی قبل اسکن طولانی‌تر برای معاینات آزمایش عکسبرداری قبل جراحی fMRI بالینی سازماندهی شود. ما به موفقیت مشابهی را در مزیت‌های رشته بالاتر پی‌بردیم. شکل 1 مثالی را از بیماری نشان می‌دهد که دارای گلیومای درجه پایین پریرولاندیک چپ هست و پروتکل‌های منحصربفرد BH در دو سطح 3T و 7T اجرا شد.
با این وجود برخی تناقضات در عملکرد کار BH وجود دارد. این‌ها، بیماران مبتلا به فراموشی یا مشکلات درک زبان می‌باشند و بیماران مبتلا آسیب‌های شدیدی بینایی که نمی‌توانند نشانه‌های متنی بصری را بخوانند که به عنوان دستورالعمل‌های وظیفه‌ای درون اسکنر استفاده می‌شوند. علاوه بر این، بیماران درشت هیکل که عیناً در تناسب با محفظهء داخلی اسکنر تصویربرداری MR خیلی بزرگ هستند یا بیمارانی که خیلی بلند قد هستند که گردش قفسه سینه درون اسکنر اجرا نمی‌شود. علاوه بر این بیماران دارای اختلالات شدید تنفسی همچون آمفیزم یا برونشیت مزمن که ممکن است فشار ناقص پایه سطوح کربن دی اکسید افزایش یابد، ممکن است درجه یکسان هایپرکانه را در طول مدت عملکرد وظیفه BH همانند فرد دارای وضعیت‌های عادی تنفسی تجربه نکند بنابراین عکسبرداری BOLD CVR با استفاده از کار BH ممکن است در این افراد موفقیت‌آمیز نباشد.

کاربردهای تصویربرداری BH CVR برای عکسبرداری قبل جراحی
مورد بالینی زیر ارزش تصویربرداری قبل جراحی معاینات بالینی BOLD Fmri توضیح می‌دهد.
شکل 2 بیمار مرد 42 ساله مبتلا به الیگوآستروسیتما درجه پایین ارتشاحی دوطرفه غیرپیشرفته T2/FLAIR (بصورت اولیه در سمت راست) توسعه‌یافته در لوب آهیانه سمت چپ (درجه دوم سازمان جهانی بهداشت) را نشان می‌دهد که تقریباً دوسال قبل از نمایش تحت برش ساب توتال قبلی قرارگرفت و الان با پیشرفت مداوم تومور نشان داده است. اگر چه درجه متوسط فعال‌سازی همگرای عملکرد منطقه ورنیکا در طول حاشیه فوقانی-خلفی توده مشاهده می‌شود کل وسعت فعال‌سازی منطقه ورنیکا و فعالسازی لوب جداری جلویی (گیرنده زبان) نمی‌تواند بصورت قابل اعتمادتری نشان داده شود. مناطق ثابت در CVR روی تصاویر BH CVR در قشر لب آهیانه‌ای چپ به شدت در مناطق ارتشاح توموری کاهش می‎یابد که NVU در این بیمار بدون علامت بالینی حدس زده شد. فعال‌سازی وظایف 5 زبان مختلف (تولید واژه نامفهوم، تکمیل جمله، قافیه گفتن، خواند درک مطلب و گوش دادن به داستان مثبت) در دو لایه آناتومیکی محوری و ساجیتال روی تصاویر آناتومیکی T1-وزن دهی شده نمایش داده شده است. به کمبود نسبی فعال‌سازی زبان در لوب آهیانه چپ توجه کنید که احتمال دارد به دلیل NVU باشد. ترسیم موج/دم تنفسی عملکرد عالی کار را تعیین می‌کند. با توجه به این محدودیت‌ها موضع‌سازی fMRI، بیمار تحت برش مغز هوشیارانه با تصویربرداری محرک-قشری در حین جراحی قرار می‌گرفت.

فیزیولوژی و ذخیره عروق مغزی CVR
زمانیکه مقاومت جریان به دلیل انسداد جریان داخلی یا خارجی افزایش می‌یابد، یک پاسخ اتساع رگ در بخش‌ها عادی رگی به حفظ جریان خون توسعه می‌یابد. پیری ذخیره رگ وقتی اتفاق می‌افتد که این مکانسیم جبرانی به حداکثر می‌رسد. تحت این شرایط، تصور می‌شود که هیچ اتساع رگی اضافی حتی با دیگر محرک‌های اتساع رگ یعنی با منبع نورونی احتمال ندارد. اگر جفت‌شدگی عصبی‌عروقی فرسوده شود، سپس تقویت جریان خون در پاسخ به تحریک نورونی اتفاق نمی‌افتد و امواج BOLD افزایش مورد انتظار را نشان نمی‌دهد که منجر خطاهای نوع دو حین آزمایشات fMRI می‌شود. هنگام آزمایش CVR با استفاده از یک محرک CO2 در بیماران دارای هر شرایط بیماری که مقاومت عروقی تغییر می‌دهد، این شیوه که CO2 بکارگرفته می‌شود حداقل عنصر بحرانی در ارزیابی اثر بیماری روی راکتیویتی بافت است. روش‌های مورد استفاده در تحلیل ارتباط میان تغییرات CO2 و جریان خون حیاتی‌تر هستند. اگر نیاز به قابلیت تکثیر مهم باشد، پس دانستن سطوح CO2 شریانی حیاتی است. ارتباط میان CO2 و جریان خون از یک منحی سیگموئیدی درک می‌شود (شکل3). از آنجاییکه ذخیره عروقی از طریق اتساع جبرانی رگ در پاسخ به افزایش تنگی (مقاومت) عروق مصرف می‌شود، هیچ تغییری در راکتیویتی مشاهده نمی‌شود زیرا منحنی سیگموئیدی در طول یک دامنه نسبتاً خطی است. با این وجود با افزایش در تنگی عروقی، شیب منحنی کاهش می‌یابد که همسطح‌سازی راکتیویتی در تغییرات افزیشی یکسان در CO2 نشان می‌دهد. افزایش اضافی در تنگی به اتساع رگی حداکثر منجر می‌شود. کف عروقی به افزایشات بیشتر در CO2 پاسخ نمی‌دهد. در این نقطه، مقاومت جریان به حداقل مطلق می‌رسد. وقتی که این وضعیت بصورت بالینی مشاهده شود، جریان خون در حوزه عروقی تحت تأثیر به فشار خون تبدیل می‌شود- حمله‌های ایسکمیک موقتی همودینامیکی و وابسته یا حتی سکته می‌تواند رخ دهد. اگر محرک عمومی اتساع عروقی مانند کاهش فشار یا هایپرکاپنه رخ دهد، سپس این پدیده مخفی می‌تواند توسعه یابد که جریان خون از منطقه دورتر هدایت می‌شود و حداکثر اتساع عروقی ایجاد می‌شود. عکسبرداری این تصاویر در مغز که این فیزیولوژی را دارند، برای طبقه‌بندی خطر آسیب ایسکمیک (2-5 دفعه بالاتر، اگر ناگهان ارائه شوند) و برای روایی توانایی بافت در پاسخ به محرک fMRI (شکل 4).
این مشکل پیچیده‌تر می‌شود، با این وجود ذخیره در بافت آسیب دیده کاملاً ضعیف نمی‌شود. اگر بافت مقداری ظرفیت اتساع عروقی را حفظ کند، پس یک محرک کوچک CO2 باید یک پاسخ مثبت BOLD را موجب شود. یک محرک کمی بالاتر CO2 با این وجود ممکن است ذخیره بافت را ضعیف کند، با کاهش دادن مقاومت جریان بافت عادی در یک درجه بزرگ‌تر، جریان از یک بافت دورتر با ذخیره ابتدایی پایین‌تر هدایت می‌شود. وجود یا فقدان فیزیولوژی ناگهانی بنابراین , به مقدار محرک CO2 بکارگرفته‌شده و تفاوت در ذخیره عروقی میان کف پروفیوژن بافت وابسته می‌شود . اهمیت این مشاهده این است که کف پرفیوژن با راکتیویتی مثبت در محرک‌های CO2 پایین ممکن است تضعیف شود و راکتیویتی منفی (جریان خون کاهش یافته در پاسخ به سطوح بالاتر CO2 مثلاً فیزیولوژی ناگهانی) توسعه یابد (شکل 5).
اگر محرک بیشتر از بیشینه بکارگرفته شود (استازولامید)، سپس آن منطقه عروقی در مغز با کمترین ذخیره عروقی ممکن است فیزیولوژی ناگهانی را نشان دهد، حتی اگر فقط بیماری تنگی-انسدادی حاشیه‌ای وجود داشته باشد که این بافت را تحت تأثیر قرار دهد. حتی پروفیوژین نرمال مغزی بایستی برای نمایش این اثر تحت یک محرک بیشینه انتظار داشت، زیرا مقاومت جریان (مقاومت ظاهری) کفه‌های پرفیوژن در ماده خاکستری و ماده سفید بصورت قابل توجهی تفاوت می‌کند. نفوذپذیری شریانی ماده سفید، مقاومت معمولی بیشتر 3-4 دفعه بالاتر نسبت به نفوذپذیری شریان‌های قشری دارند. با در نظرگرفتن پیچیدگی تمام این مسائل، ارزیابی صحیح وضعیت کمبودهای CVR، اندازه‌گیری تمام نسبت اتساع عروقی منحنی سیگموئیدی (فشار جداری پایه سطح کربن‌دی اکسید در mm Hg 20-15 بالای سطح پایه) را نیاز دارد. این ممک است کنترل دقیق CO2 را ترجیحاً با حفظ O2 ثابت نیاز دارد، در حالیکه CVR برای تمام افزایشات CO2 از ارزش‌های پایه در هایپرکاپنه معین عکس‌برداری می‌کند. در حالت عمومی، این بدون بکارگیری پروتکل‌های CO2 غیرعملی است که دامنه تمام این محرک‌ها را سازماندهی می‌کند. برآوردهای منطقی راکتیویتی را می‌توان با استفاده از تغییرات مرحله مشخص در محرک‌های CO2 همچون CO2 پایه در مقایسه با CO2 پایه + 10 mm HG یا حتی با تکنیک‌های BH بدست آورد. با این وجود، تکنیک‌های BH چالش‌های منحصربفردی در تحلیل CVR تحمیل می‌کند که بعداً بحث خواهد شد.
اگر پیگیری عکس‌برداری CVR بعد از مداخلات درمانی لازم باشد، پس محرک اتساع عروقی قابل تکثیر ترجیح داده می شود. اگر هدف اولیه بالینی بکارگیری ابزارهای fMRI برای محلی‌سازی قبل جراحی قشر سخنوری در ارتباط با نئوپلاسم‌های مغزی باشد، پس قابلیت تکثیر بیشتر از نگرانی در این محیط استفاده تنها نیست. نگرانی اولیه تحت این شرایط در بررسی مناسب بافت از نظر مدرک تضعیف ذخیره می‌باشد. اگر هرکس شرایط مطلوب را با استفاده از اکتساب بدون نویز BOLD در نظر بگیرد، کفه‌های عروقی که بصورت حداکثر اتساع عروقی دارند، کاهش‌های جریان خون در افزایشات کوچک CO2 را نشان خواهد داد. بنابراین تکنیک‌های BH که افزایشات کوچک اما تدریجی در CO2 را ایجاد می‌کند، به آسانی مناطق دارای ذخیره‌ تضعیفی را شناسایی می‌کند. بنابراین، کمیت‌سازی تغییر موج BOLD ضروری نیست زیرا فقط کاهش موج BOLD که زیاد کاهش نمی‌یابد، برای ایجاد تصاویر ذخیره تضعیف شده مورد نیاز است. ظرافت این ساخت در مستقل بودنش از هر نوع آستانه‌بندی برای تمایز کفه‌های پرفیوژن نرمال از غیرنرمال قرار گرفته است. مشاهده آسان هدایت تغییر موج BOLD در پاسخ به محرک‌ها برای تمام موارد مورد نیاز، است. پس تصاویر CVR می‌تواند با نمایش مناطق تغییر مثبت و منفی ساده شده باشد. اندازه تغییر مورد نیاز نیست. در زندگی واقعی، موج BOLD و کنترل CO2 عالی نیست. نویز قابل ملاحظه‌ای در تصاویر BOLD وجود دارد که بکارگیری دوباره محرک حین گرفتن تصویر را نیاز دارد تا موج را در حالت معنادار آماری از نویز استخراج کند. حذف فرکانس پایین پایه خوب شناخته شده امواج BOLD بایستی همچنین در نظر گرفته شود. بنابراین محرک CO2، باید به اندازه کافی در کاهش موج BOLD بزرگ باشد تا االزامات آماری را معناداری حفظ کند. افزایش طول مدت عکس گرفتن می‌تواند همچنین به بهبود موج کمک کند اما محدودیت‌های عملی برای انجام این وجود دارد. مطلوب‌ترین، وابستگی مطلق در کاهش موج در پاسخ به محرک اتساع عروقی ممکن است خیلی شدید باشد. افزایشات کوچک BOLD، برای مثال روی نظم یک آستانه 10% یا کمتر، ممکن است برای پیش‌بینی خطای نوع دو fMRI وابسته بالینی قابل پذیرش باشد. آستانه واقعی برای این هنوز شناسایی نشده است. با این وجود اگر پاسخ‌های کوچک مثبت BOLD قابل قبول در نظر گرفته ‌شوند، پس درجه بزرگتر پیچیدگی در تجزیه و تحلیل معرفی می‌شوند. اگر محرک CO2 کوچک باشد، ممکن است برای افتراق بافت دارای عروق معیوب از بافت نرمال خیلی مشکل باشد زیرا هر دو پاسخ مثبتی را نشان می‌دهند. اگر سپس محرک CO2 کمی بزرگتر ارائه شود، پس واکنش مجدد مثبت قبلی بافت ممکن است پاسخی منفی را نشان دهد که محدودیت اتساع عروقی حاصل می‌شود. از آنجایی که سطوح CO2 که با BH CVR تحقق می‌یابند، شناسایی می‌شوند و به دلیل اینکه وجود تغییر موج BOLD در بافت‌های آسیب دیده به افزایشات CO2 وابسته است، تصاویر نهایی CVR ممکن است انتظار برود که دارای صحت پیش‌بینی پایین‌تر برای خطاهای نوع دو fMRI نسبت خطاهای افرادی باشد که CO2 در آن‌ها بصورت دقیق کنترل می‌شد. با این اوصاف، قابل پیش‌بینی است استانداردسازی جعمیت مبتنی بر BH CVR که طول مدت BH ، تعداد تکرارها، الزامات حداقلی BOLD SNR و روش‌های تحلیل داده را شامل می‌شود، باید به تسکین این بافت کمک کند.
روش مورد استفاده تحلیل داده‌های نفس نگهداشتن CVR شایسته توضیح است. در مقایسه با داده‌های CO2 کنترل شده که محرک دقیقاً شناسایی می‌شود، سطوح نفس-نگهداشتن CO2 ناشناخته می‌ماند و مرجعی برای شکل موج CO2 برای پیشرفت در برابر موج BOLD وجود ندارد. ارتباط میان زمان فردی که نفس نگهداشتن را شروع می‌کند و افزایش بعدی CO2 خون مغزی ناشناخته است. مسلماً، تأخیر کمی مورد نیاز است که برای ایجاد بالاترین وابستگی میان CO2 و موج BOLD بکارگرفته شود. ما بصورت عملی پی‌بردیم که این تقریباً 11 ثانیه (داده‌ها منتشر نشده) باشد. روش دیگر برای ارزیابی این وابستگی استفاده از موج BOLD است که از یک ساختار وریدی صرفاً بزرگ مانند سینوس ساجیتال فوقانی اندازه‌گیری می‌شود. پس الگوهای زمانی از تغییر موج می‌تواند به عنوان پیشبرنده برای تحلیل همبستگی استفاده شود. بنابراین نیازی به استفاده از زمان تأخیر برای جبران وجود ندارد زیرا موج در مغز و سینوس ساجیتال تقریباً در زمان منحصربفرد است. با این وجود ما تفاوت‌هایی را بین تصاویر CVR مشاهده کردیم که با استفاده از روش تحلیل نوع دو ایجاد می‌شود. کار بیشتر در حوزه مسلماً برای ایجاد رویکردهای تحلیلی ارجح مورد نیاز است.