Funkční magnetická rezonance ve vztahu k řečovým zónám

Souhrn

Zobrazení aktivity řečových zón mozku pomocí funkční magnetické rezonance (Functional Magnetic Resonance Imaging – fMRI) se v klinické praxi rutinně využívá v plánování před neurochirurgickým výkonem, pokud je patologický proces lokalizován v blízkosti předpokládané polohy řečových center. Pro provedení vlastního vyšetření je nezbytná dobrá spolupráce pacienta, proto je v přípravě pacienta na fMRI řečových funkcí významná role logopeda. Další uplatnění má metoda fMRI v oblasti výzkumu v mapování funkcí a plasticity mozku.

Klíčová slova:

funkční magnetická rezonance – fMRI – řečová centra

Úvod

Sledování aktivity mozku pomocí zobrazení magnetickou rezonancí (Magnetic Resonance Imaging – MRI), takzvanou funkční magnetickou rezonancí (Functional Magnetic Resonance Imaging – fMRI), způsobilo od svého vzniku na počátku devadesátých let dvacátého století doslova revoluci v poznání fungování mozku. Neinvazivita, opakovatelnost a reprodukovatelnost tohoto vyšetření z něj činí ideální nástroj pro výzkum v oblasti neurofyziologie a neuropatofyziologie. Rozvoj výpočetní techniky a stále se zvyšující dostupnost vyšetření MRI, včetně přístrojů s vysokou magnetickou indukcí (1,5 a 3 tesly) během posledních dvaceti let vedly k tomu, že metoda v současnosti nachází uplatnění i v každodenní klinické praxi, včetně vyšetřování řečových center. Velkou výhodou metody je dobrá anatomická přesnost a názornost obrazových výstupů vyšetření umožňující mezioborové sdílení výsledků a také archivaci.

Princip zobrazování funkční magnetickou rezonancí

Pomocí fMRI nelze sledovat přímo elektrické vzruchy šířící se v nervové tkáni. Metoda je založená na detekci změn lokálního prokrvení mozkové tkáně. Zvýšená aktivita v některém z center v mozkové tkáni je s krátkou časovou latencí následována zvýšením lokálního prokrvení (Buxton et al., 1997). Existuje několik způsobů, jak tyto změny (perfuzní) zaznamenat. Nejvyužívanější metoda v rámci fMRI je měření změny úrovně oxygenace krve, tzv. Blood Oxygenation Level Dependent – BOLD (Ogawa et al., 1990). Okysličený hemoglobin přiváděný z plic tepnami do tkání (oxyhemoglobin) je diamagnetický a nepůsobí ve svém okolí změnu magnetického pole. Naproti tomu hemoglobin, který již kyslík ve tkáni odevzdal (deoxyhemoglobin) je silně paramagnetický a ve svém okolí způsobuje nehomogenity magnetického pole, tzv. susceptibilní efekt. Speciální MRI sekvencí citlivou na susceptibilní efekt je v oblastech nehomogenit magnetického pole zaznamenán úbytek měřeného signálu. Výsledkem je vyšší měřený signál z krve, která obsahuje větší koncentraci oxyhemoglobinu, a naopak nižší signál z krve se zvýšenou koncentrací deoxyhemoglobinu (Kennan et al., 1994).

Dynamický proces je zjednodušeně znázorněn na obr. 1 v pěti časových okamžicích: 1.) na začátku je neuron v klidovém stavu a v blízké cévě je klidový poměr koncentrací oxy- a deoxyhemoglobinu, čemuž odpovídá klidový měřený signál MRI; 2.) ve druhém okamžiku dojde k aktivaci neuronu vhodným podnětem, téměř okamžitě se zvýší spotřeba kyslíku a v blízké cévě dojde k poklesu koncentrace oxyhemoglobinu a díky tomu se mírně sníží úroveň signálu; 3.) s několika sekundovou (3–7 s) časovou latencí dojde k rozšíření (dilataci) cévy a přísunu většího množství okysličené krve, přičemž toto dopravené množství kyslíku přesahuje zvýšenou spotřebu aktivního neuronu, a proto dojde k nárůstu koncentrace oxyhemoglobinu v cévě a odpovídajícímu zvýšení měřeného signálu; 4.) po odeznění aktivity neuronu dojde k návratu cévy do původní šíře a k mírnému překmitu koncentrace oxyhemoglobinu pod klidovou úroveň s odpovídajícím snížením signálu; 5.) v posledním okamžiku následuje obnova klidového stavu.

Rozdíly signálu způsobené změnami poměru koncentrací oxy- a deoxyhemoglobinu jsou velmi malé, proto je měření mnohokrát opakováno v pravidelně se střídajících časových úsecích klidu a aktivity – tzv. blokové schéma. Signální rozdíly v aktivních a neaktivních blocích jsou statisticky vyhodnocovány. Výsledky statistické analýzy jsou převedeny do formy barevně kódovaných map aktivity a znázorněny na anatomickém zobrazení mozku (obr. 2, 3 a 4).

Metoda provedení

Pro dosažení aktivace požadovaných mozkových center musí pacient během vyšetření provádět stanovené úkoly, a to vše bezchybně v pravidelných intervalech klidu a aktivity v rámci blokového schématu vyšetření. Po celou dobu pacient leží v přístroji magnetické rezonance (podle protokolu vyšetření 30–45 minut), hlavu má fixovanou ve vyšetřovací cívce, hlavou nesmí pohnout, i drobné pohyby vnášejí do vyšetření významné nepřesnosti. Na uších má pacient sluchátka, které jej chrání před hlukem produkovaným přístrojem a zároveň umožňují komunikaci s radiologickým asistentem obsluhujícím přístroj. Z výše uvedeného vyplývají omezení ze strany pacienta s ohledem na jeho schopnosti vyhovět povelům a adekvátně spolupracovat.

Pro aktivaci řečových center existuje řada stimulačních testů v různých variantách. Například verb generation task – produkce slov vztahujících se dle zadání k určitému objektu, který je předkládán ve formě obrázku nebo slova; semantic decision task – rozhodnutí, zda předkládané objekty mají vzájemný, zadáním definovaný vztah či ne; passive listening – poslech mluveného slova. Pro jednoduchost provedení a přitom vysokou výpovědní hodnotu výsledků fMRI patří k nejužívanějším test slovní plynulosti (verbal fluency task) a test pojmenování objektu (object naming task). Na našem pracovišti používáme standardní schémata obou testů v této podobě:

Test slovní plynulosti – pacient má zavřené oči, v aktivní části si vybavuje a pro sebe pojmenovává části těla, nijak se nepohybuje, ani rty, v klidové části pacient nehnutě odpočívá.

Test pojmenování obrázků – pacient má stále otevřené oči, v aktivní části bezhlasně pojmenovává obrázky, které jsou mu promítány do zorného pole pomocí projekce přes soustavu zrcadel, při pojmenování vždy začne slovy: „to je…“ a pojmenuje objekt z obrázku, neprodukuje zvuk, pohybuje rty a jazykem (součástí tohoto testu je tedy i vyšetření motorických oblastí jazyka a rtů), v klidové části pacient nehnutě odpočívá.

Před každým funkčním vyšetřením řečových center podstupuje pacient vyšetření klinickým logopedem, který mimo jiné zhodnotí, zda je u pacienta předpoklad provedení validního fMRI. V závislosti na lokalizaci patologické léze v mozku bývá součástí fMRI řečových funkcí i vyšetření motorických oblastí pro ruce a nohy. Logoped pacientovi průběh vyšetření podrobně vysvětlí a provede detailní nácvik všech úkolů.

Indikace

V klinické praxi se standardně provádí fMRI v přípravě před neurochirurgickým výkonem u pacientů, kde je patologický proces lokalizovaný v blízkosti elokventních zón mozku (řeč, motorika, kognice) s cílem co nejmenšího poškození příslušných funkcí (Krings et al., 2001). Na základě takto zjištěných topograficko-anatomických vztahů pak neurochirurg volí adekvátní přístup, eventuálně zváží „awake“ operaci (probuzení pacienta během výkonu na mozku za účelem přesného mapování funkcí mozku elektrofyziologickými metodami). Vzhledem k nutnosti validní spolupráce pacienta v průběhu fMRI jsou k tomuto vyšetření indikováni pacienti bez afázie, nebo jen s lehkou poruchou. Často se vyšetření fMRI znovu provádí také při reoperacích, kdy vzhledem k plasticitě mozku mohlo dojít k přesunu center. U dětí je schopnost spolupráce velmi individuální, vyšetření je obvykle možno provést od mladšího školního věku, indikace jsou shodné s vyšetřeními u dospělých.

V oblasti výzkumu je využití fMRI pestřejší, na základě složitějších a komplexních aktivačních úkolů je možné mapovat detailněji a cíleněji oblasti zapojené do produkce a chápání řeči, kognitivní funkce a jejich vzájemné vztahy (Tintěra et al., 2017). Pomocí fMRI je také možné sledovat procesy při obnově řečových funkcí po poškození mozku a vliv terapie na jejich vývoj (Rapp et al., 2013, Smits et al., 2012).

Závěr

Funkční magnetická rezonance je moderní a zároveň rutinně využívaná vyšetřovací metoda, která díky mapování elokventních oblastí mozku pomáhá snižovat porušení zásadních mozkových funkcí při neurochirurgických výkonech. Výtěžnost vyšetření závisí na jeho kvalitním a standardním provedení, na které má vliv hlavně adekvátní spolupráce pacienta. Při vyšetřování řečových center jsou omezené možnosti přímé kontroly správnosti pacientem prováděných zadaných úkolů a neúspěšnost měření vyžaduje opakování vyšetřovacích sekvencí. Proto se zde významně uplatňují příprava a nácvik úkolů předem, zpravidla za pomoci klinického logopeda, který navíc zhodnotí předpoklad provedení validního vyšetření.

Dedikace

Podpořeno projektem institucionálního výzkumu MZ ČR 00669806 Fakultní nemocnice v Plzni a projektem výzkumu Univerzity Karlovy – PRogRES q39.

MUDr. Ing. Radek Tupý, Ph.D

Klinika zobrazovacích metod LF UK a FN Plzeň,

Alej Svobody 80,

304 60 Plzeň

tupyr@fnplzen.cz