כאב
מנהלי קהילה
מובילי קהילה
פיתוח חדש: הדמיית MRI מוח מדויקת פי 64 מיליון יותר
חוקרים הצליחו להפוך הדמיות MRI מוח למדויקות פי 64 מיליון יותר מהדמיות רגילות. השיטה החדשה מאפשרת הדמיה חדה יותר של מוחם של בעלי חיים ומספקת מידע חדש על תהליכים פתולוגיים במוח. צפו בהדמיה המרהיבה
תחום בדיקות ההדמיה עובר בשנים האחרונות תמורות משמעותיות. לצד ההתקדמות בפיתוחים מבוססי בינה מלאכותית שמאפשרים כיום פיתוח אלגוריתמים שמפענחים חריגות בבדיקות הדמיה תוך שניות, שכלול טכנולוגי מאפשר כיום אמצעי הדמיה מדויקים יותר – במטרה לאפשר דיוק רב יותר בפענוח יעיל של מבנים ותהליכים פתולוגיים בגוף.
כעת מדווחים חוקרים אמריקאים כי הצליחו לפתח מכשיר להדמיות מוח מסוג MRI שמסוגל להפיק צילומי הדמיה ברזולוציית דיוק הגבוהה פי 64 מיליון יותר מהדמיות MRI מוח רגילות, באופן שמאפשר ללמוד על המוח דברים שלא ידענו בעבר.
פרטים שטרם נראו
הדמיית MRI היא בדיקת הדמיה לא פולשנית שמאפשרת להציג תמונה תלת ממדית של איברים פנימיים בגוף ללא צורך בחשיפת הגוף לקרינה רדיואקטיבית (מייננת). הדמיה זו מתאימה בעיקר לרקמות רכות ומימיות בגוף, שאינן ניתנות להדמיה בטכנולוגיית רנטגן.
הדמיות MRI מבוססות על טכנולוגיה שמאתרת שינויים בפרוטונים המצויים בנוזל המרכיב תאים חיים. המידע שמתקבל מאפשר תמונה מדויקת של רקמות פנימיות. מכשיר ההדמיה עצמו מייצר שדה מגנטי חזק תוך שימוש בגלי רדיו. השדה המגנטי משפיע על תנועת הפרוטונים שבגרעיני אטומי המימן במולקולות המים שמרכיבות את תאי הגוף. השינוי בתנועת הפרוטונים משתנה מרקמה לרקמה בגוף. בהמשך משודרים לגוף גלי רדיו שמעוררים תגובה סביב הפרוטונים, באופן הגורם לפרוטונים ליצור 'תהודה', כלומר לשחרר אנרגיה שניתנת למדידה באמצעות המכשיר. הזמן שאורך עד לתגובה של הפרוטונים לשדה המגנטי וכמות האנרגיה שמשוחררת מהם משתנה מאיבר לאיבר, באופן שמאפשר להפריד בין רקמות הגוף ולייצר תמונה מדויקת של רקמות ואיברים פנימיים.
במהלך בדיקת MRI המטופל שוכב בתוך המכשיר המכיל גוף גדול ליצירת השדה המגנטי, ועליו להישאר ללא תזוזה כדי שלא להפוך את התמונה שמתקבלת למטושטשת. הבדיקה כרוכה בחשיפה לרעש שנפלט מהמכשיר בעת הפעלת השדה המגנטי העוצמתי – רעש שעשוי להגיע בחלק מהמכשירים לגובה של 120 דציבלים ודורש לרוב שימוש במגני אוזניים.
לעתים, לשיפור הדיוק של הדמיית MRI, מוזרק לפני הבדיקה או במהלכה לווריד חומר ניגוד המכיל מתכת מסוג גדוליניום, שמזרז את תגובת הפרוטונים לשדה המגנטי ומאפשר תמונת הדמיה ברורה יותר של הרקמות הפנימיות.
בעוד שהדמיות MRI מוח רגילות שקיימות כיום מספקות תמונה ברזולוציה חדה מספיק כדי לזהות גידולים במוח, הן עדיין אינן חדות מספיק כדי לאפשר הדמיה לפרטים מיקרוסקופיים במוח שמצביעים על מבנים ותהליכים חריגים.
החוקרים האמריקאים מאוניברסיטת דיוק בצפון קרוליינה, בשיתוף חוקרים מאוניברסיטאות טנסי, פנסילבניה, פיטסבורג ואינדיאנה, הצליחו לשפר משמעותית את רמת הדיוק טכנולוגיית ה-MRI. במחקר שנמשך עשרות השנים הצליחו החוקרים לייצר הדמיית מוח של עכבר ברזולוציה שטרם נראתה כמותה – למעשה, חמישים שנים לאחר תיעוד הדמיית ה-MRI הראשונה במארס 1973 בכתב העת Nature, החוקרים הצליחו לייצר הדמיה מוחית עם פיקסל שהוא מדויק פי 64 מיליון יותר מפיקסלים בגודל 8 בייט שמייצרות הדמיות MRI מוח רגילות, באופן שמאפשר לזהות פרטים במוח בדרגה מיקרוסקופית שטרם הגלתה קודם לכן לעין האנושית.
40 שנות פיתוח
התגלית התאפשרה כתוצאה משיפור מרכיבים השונים במכשיר ה-MRI, שפיתוחם ארך קרוב ל-40 שנים. בין השאר, המגנט שמייצר את השדה לקריאת הדמיות MRI במכשיר החדש שוכלל לעוצמה של 9.4 טסלה, בהשוואה לעוצמה של 1.5 עד 3 טסלה במגנטים הפועלים במכשירי MRI רגילים. כמו כן הוחלפו חלקים פנימיים מדויקים יותר, ופותח מחשב פנימי שמשתווה בתפקודו ל-800 מחשבים ניידים רגילים.
כדי לאתר חריגות במוח, נהוג לחלק את תמונתו לקוביות קטנטנות כדי לזהות אזורים חריגים – קוביות המכונות Voxel. בהדמיה החדשה שהתקבלה, כל קובייה שכזו היא בגודל של כ-5 מיקרון – בדרגת צפיפות הגבוהה פי 27,000 יותר מאשר בהדמיות MRI רגילות.
אמנם המכשיר שפותח כלל הפעלת שדה מגנטי חזק על עכברים, וככל הנראה בני אדם לא יוכלו לשרוד שדה מגנטי כה חזק, אך הדמיית המוח החדשה שהתקבלה, המדמה מוח של עכבר, מאפשרת לזהות מבנים וקישורים במוח העכבר ולהגיע לתובנות שיובילו להבנה טובה יותר של תנאי המוח האנושי, ובין השאר כיצד המוח השתנה עם הגיל, בתגובה לתזונה ואיך משפיעות מחלות שונות על המוח, למשל מחלות ניווניות כמו אלצהיימר.
המחקר נתמך על ידי המכון הלאומי לבריאות בארה"ב (MIH), וממצאיו מדווחים בגיליון אפריל 2023 של כתב העת PNAS של האקדמיה הלאומית למדעים בארה"ב.
בראיון לתקשורת אמר החוקר הראשי, פרופ' אלן ג'ונסון (Johnson) מהמרכז להדמיות מיקרוסקופיות בחיים באוניברסיטת דיוק (CIVM) כי בעקבות הפיתוח "אנו יכולים להתחיל להסתכל על מחלות נוירודגנרטיביות של המוח באופן שונה לגמרי ממה שהורגלנו אליו".
שילוב הדמיות
לצד סריקת מוחו של העכבר במכשיר החדש, הרקמות המוחיות עוברות תהליך סריקה מקביל הקרוי 'מיקרוסקופ גיליון אור' (LSM, קיצור של Light Sheet Microscopy) – שיטה המאפשרת למיין סוגי תאים במוח, למשל תאים מפרישי המוליך העצבי דופמין שמאפשרים להתחקות אחר תהליך התפתחות מחלת הפרקינסון. בהמשך, התמונות שנוצרו בטכנולוגיה זו משולבות עם הדמיות ה-MRI בעלות החדות פורצת הדרך שנוצרו במכשיר החדש. שילוב זה מאפשר להתחקות אחר תהליכים מיקרוסקופיים תאיים במוח באופן שהיה בלתי אפשרי קודם לכן. כך הצליחו החוקרים להדגים במאמר כיצד תהליכי קישוריות במוחם של עכברים משתנים עם העלייה בגיל, ואלו אזורים מוח חשופים יותר לשינויים, למשל אזורים שאחראים על תפקודי זיכרון. בהדגמה נוספת הצליחו החוקרים להדגים שינויים מוחיים שמתפתחים בעכבר מעבדה שגודל במודל של אלצהיימר.
התקווה כי באמצעות המכשיר החדש ניתן יהיה להדגים בהדמיות מוח מדויקות של עכברים תהליכים מוחיים שמאפיינים מחלות נוירולוגיות נוספות ומחלות גנטיות, למשל מחלת הנטינגטון. תובנות שכאלה יוכלו לאפשר לרפואה להתמקד בשיפור רקמות מוחיות אשר יתגלה כי הן נוטות יותר לשינויים ניווניים ואחרים.
בראיון אמר ג'ונסון כי "מחקרים שנתמכים על ידי המכון הלאומי לזקנה בארה"ב (NIA) כבר מראים כי התערבויות בתזונה ובתרופות מאפשרות לבעלי חיים להאריך חיים ב-25%, אז השאלה איך הארכת החיים משפיעה על תפקוד המוח שלהם. כעת יש לנו את הכלים לבחון זאת, ולתרגם את התצפיות שלנו באופן ישיר לתנאים של בני האדם".
לשיפור המדהים ברמות הרזולוציה בבדיקות הדמיה יש גם מחיר בצדו: ככל שמכשירי הדמיה הופכים מדויקים יותר, קיים גם סיכוי גדול יותר שיאתרו שינויים מבניים ותהליכיים שאין להם בפועל השפעה רפואית ידועה. כבר כיום, הדמיות MRI מוח מאתרות במקרים רבים חריגות שמשמעותן הקלינית לא ברורה שמקבלות את הכינוי 'ממצאים לא ספציפיים' (Non Specific Findings), באופן שאינו מצביע על אבחנה ברורה ועשוי בעיקר לעורר חרדות אצל מטופלים.