تحدي ورنين

لقد كانت أبحاث الرنين المغناطيسي في معهد وايزمان في طليعة هذا المجال منذ عقود. في هذه الأيام، يتم تركيب أربعة أجهزة رنين مغناطيسي جديدة في المعهد، وهو أحد أقوى الأجهزة في العالم اليوم، وبمساعدتها سيكون من الممكن إجراء أبحاث سريرية وبيولوجية غير مسبوقة. "ومع ذلك" ، يقول البروفيسور. لوسيو فريدمان من قسم الفيزياء الكيميائية والبيولوجية، "حتى عندما ندرس أنسجة وأعضاء معينة باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي، حتى في أقوى الأنظمة، فإننا نواجه تحديات كبيرة، ونعمل بقوة للتغلب عليها".

ويجب العلم أن جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي يعمل بالشكل الأمثل عندما يتعلق الأمر بتصوير الأنسجة المتجانسة؛ أي أن الأنسجة التي تتوزع فيها جزيئات الماء ومستقلباته بشكل موحد في المجال المغناطيسي. ومع ذلك، ليست جميع أجزاء الجسم متجانسة، بل إن بعضها يشتمل في بعض الأحيان على مساحات هوائية؛ مثل، على سبيل المثال، الممرات الأنفية وتجويف الوجه، ومناطق قاعدة الدماغ، والمناطق القريبة من الأعصاب البصرية والبصلة الشمية، ومعظم تجويف البطن. عادة، تفشل أنظمة التصوير بالرنين المغناطيسي في التغلب على التشوهات في المجال المغناطيسي الناتجة عن عدم التجانس، وتتفاقم هذه المشكلة مع زيادة شدة المجال المغناطيسي. ولهذا السبب فإن قوة المعدات الحديثة ليس لها أي ميزة بهذا المعنى. هذه القيود ملحوظة بشكل خاص في تقنيات المسح التي لا تعتمد فقط على موقع الجزيئات، ولكن أيضًا على رسم خريطة لانتشارها، أي رسم خريطة لمدى واتجاه حركة الماء في الأنسجة. تعتبر تحليلات الانتشار ذات أهمية كبيرة، لأنها يمكن أن تعلمنا عن بنية الدماغ، وتشير إلى وجود أورام صغيرة أو تطور الخلايا العصبية. ولكن، كما ذكرنا سابقًا، في الأنسجة غير المتجانسة، مثل تلك الموجودة في الدماغ، غالبًا ما يُظهر التصوير بيانات مشوهة.

لقد عمل البروفيسور فريدمان وفريقه لمدة عقد من الزمن على إيجاد حل لهذه المشكلة، من بين أمور أخرى، باستخدام طريقة xSPEN - وهي اختصار للتشفير الزماني المكاني عبر الحدود - والتي تجعل من الممكن إنتاج عمليات محاكاة موثوقة حتى في المناطق غير المتجانسة. مناديل. لإنشاء هذه المحاكاة، يجب إدخال التعديلات والتغييرات في جميع المراحل الحرجة لفحص التصوير بالرنين المغناطيسي: بدءًا من مرحلة الترميز المسبق للمعلومات قبل الفحص، وحتى إنشاء أنماط مكيفة للتغيرات في شدة المجالات في المسح، وتنتهي بخوارزمية جديدة لمعالجة البيانات لتحويل إشارات التصوير بالرنين المغناطيسي إلى صور. يقول البروفيسور فريدمان: "لقد تطلب تطوير هذه التقنيات الجديدة قدرًا كبيرًا من البرمجة، لكنها اعتمدت أولاً وقبل كل شيء على الاختراقات في الفهم المادي، والتي أدت إلى ظهور طرق بديلة للتصوير من خلال الرنين المغناطيسي. هذه هي الطريقة التي وُلدت بها طريقة جديدة للتصوير بالرنين المغناطيسي، والتي بفضلها يمكن الحصول على تصوير أكثر دقة: لأول مرة، بدلاً من محاولة التغلب على المشكلة بالقوة أو محاولة التحايل عليها بالتصحيحات بعد الفحص، توفر الطريقة حلاً من خلال تضمين عدم التجانس في عملية التصوير نفسها."

نتائج مظاهرة الطريقة التي تم نشرها مؤخرا في المجلة العلمية تقارير علميةيوضح بوضوح قدرة xSPEN على إنشاء صور لمناطق صعبة بشكل خاص في جسم الإنسان، مثل الجهاز العصبي المحيطي والرأس، بما في ذلك العصب البصري الدقيق الممتد من العين إلى الدماغ. تعمل مجموعة أبحاث البروفيسور فريدمان على تكييف التكنولوجيا مع تصوير الأعضاء والمناطق الأخرى غير المتجانسة، بما في ذلك المشيمة، التي تعمل كآلية لنقل العناصر الغذائية من الأم إلى الجنين.

يتعاون البروفيسور فريدمان وفريقه في هذا البحث مع مستشفيين في إسرائيل بهدف تحويل جميع مراحل الطريقة إلى عملية واحدة بسيطة سهلة التشغيل، بحيث يتمكن الفنيون في المستشفيات من استخدامها بعد الحد الأدنى من التدريب فقط. . وهنا، يوضح البروفيسور فريدمان، أن الطريقة الجديدة تتمتع بميزة كبيرة، لأنها متوافقة تمامًا مع الأجهزة الموجودة.

أكثر حساسية بعشر مرات

أنشطة المعهد في مجال الرنين المغناطيسي - الرنين الكهرومغناطيسي الإلكتروني (EPR)، والرنين المغناطيسي النووي (NMR)، والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) - هي حاليًا في خضم عمليات التطوير، والتي تشمل تركيب ماسح ضوئي مبتكر للتصوير بالرنين المغناطيسي بمغناطيس بقوة 15.2 تسلا للأبحاث الحيوانية، وماسحات ضوئية قوية بقوة 3 تسلا و7 تسلا للاستخدام البشري، ونظام 23.5 تسلا (1 جيجا هرتز) لأبحاث الرنين المغناطيسي النووي.

البروفيسور فريدمان متفائل للغاية بشأن مستقبل أبحاث التصوير بالرنين المغناطيسي: "في التجارب الأخيرة، على سبيل المثال، رأينا أن نظام 15.2 تسلا الجديد يحسن الحساسية بمقدار عشرة أضعاف، مقارنة بالنتائج السابقة مع نظام 7 تسلا، وكلما زادت الحساسية ستعمل السماح بفصل مكاني أفضل (الدقة)." تخطط مجموعات بحثية مختلفة في المعهد لاستخدام الأنظمة الجديدة في مجموعة متنوعة من المشاريع، بدءًا من تطوير أجهزة استشعار حيوية جديدة للكشف المبكر عن الأمراض، إلى مراقبة تكوين أوعية دموية جديدة أو مراقبة نشاط الدماغ.

#أرقام_علمية