A study of NMR relaxation in blood - Mechanistic considerations and implications for quantitative functional MRI

Närväinen Johanna 7.12.2002\nlääketieteellinen fysiikka\nA Study of NMR Relaxation in Blood ­ Mechanistic Considerations and Implications for Quantitative Functional MRI\n\nKuopion yliopiston luonnontieteiden ja ympäristötieteiden tiedekunnassa esitettiin 7.12.2002 tarkastettavaksi FM Johanna Närväisen väitöskirja A Study of NMR Relaxation in Blood ­ Mechanistic Considerations and Implications for Quantitative Functional MRI (Veren NMR-relaksaatio - mekanismeista ja seurauksista funktionaaliseen magneettikuvantamiseen). Vastaväittäjänä oli professori Pierre Gillis Universite de Mons Hainaut'sta Belgiasta ja väitöstilaisuuden valvojana professori Risto Kauppinen Kuopion yliopistosta.\n\nVäitöskirjan tiivistelmä:\n\nVeren hapetus ja punasolutiheys vaikuttavat merkittävästi veritilavuuden synnyttämään magneettikuvaussignaaliin. Hapetus vaihtelee normaalitilanteessa valtimoiden lähes 100% ja laskimoiden n. 60% happikonsentraation välillä ja voi pudota lähelle nollaa esimerkiksi osittaisen valtimontukkeuman vuoksi. Punasolutiheys taas vaihtelee mm. sukupuolen ja fyysisen kunnon mukaan ja voi alentua huomattavasti tietyissä sairauksissa. Jos magneettikuvien pohjalta halutaan määrittää fysiologisia suureita, kuten esimerkiksi hapen kulutus, veritilavuus tai veren virtaus, tämä vaihtelu on otettava huomioon.\n\nHapetusriippuvuuden taustalla on punasolujen hemoglobiinin rakenne. Hapettuneena molekyyli on diamagneettinen, magneettikentän kannalta lähes neutraali, mutta hapen irrottua molekyyli muuttuu paramagneettiseksi. Paramagneettinen keskus vääristää magneettikenttää paikallisesti ja nopeuttaa veden NMR-relaksaatiota, mikä näkyy verestä mitatun signaalin vähenemisenä. Kirjallisuudessa on esitetty useita mahdollisia mekanismeja, joilla paramagneettisuus välittyy relaksaatioon. Työssä todettiin veden diffuusion olevan tärkein mekanismi ja muut mekanismit, kuten veden aktiivinen vaihto punasolun kalvon läpi, jäävät tämän varjoon. Punasolujen tiheys vaikuttaa veren proteiinien määrään, sillä punasoluissa proteiinipitoisuus on huomattavasti veriplasman vastaavaa korkeampi. Proteiinien läsnäolon tiedetään nopeuttavan relaksaatiota ja tämä nähdään verestäkin mitatussa signaalissa.\n\nJo aiemmin on raportoitu ns. T2-relaksaation voimakas hapetusriippuvuus ja tätä on käytetty hyväksi esimerkiksi aivojen aktivaation paikallistamisessa. Tässä työssä veren T2-relaksaatio määritettiin aiempaa systemaattisemmin sekä hapetuksen että punasolutiheyden funktiona erityyppisiä mittaussekvenssejä käyttäen ja kehitettiin malli kuvaamaan kaikkien näiden parametrien vaikutusta. Dataa sovellettiin veren hapetuksen määrittämiseen sekä lepotilassa että näköärsytyksen aikana otetuista magneettikuvista. Tulokset vastasivat hyvin eri menetelmillä mitattua näköaivokuoren käyttäytymistä. Tämän lisäksi simuloitiin aktivaation aiheuttamia T2-muutoksia eri mittausparametreillä ja kahdessa eri magneettikentässä (tyypillinen sairaalamagneetin kenttä 1.5 T ja 4.7 T). Ehkä yllättäväkin tulos oli se, että korkeampi magneettikenttä ei tarjoa kovin merkittävää parannusta menetelmän herkkyyteen. Toisaalta korkeassa kentässä signaalin paikka ja varsinainen aktivaatioalue vastaavat paremmin toisiaan.\n\nMerkittävä uusi tulos oli myös ns. T1-relaksaation riippuvuus sekä hapetuksesta että punasolutiheydestä, erityisesti korkeissa magneettikentissä tehdyissä mittauksissa. Veren T1-relaksaatioaikoja käytetään malleissa, joilla lasketaan mm. veren virtausta. Yleensä näissä malleissa oletetaan verelle joku vakio relaksaatioaika, jossa ei oteta huomioon yksilöllistä vaihtelua. Tässä työssä tehdyt laskennalliset simulaatiot virtausmittauksista osoittivat kuitenkin, että jo hapetuksen valtimo-laskimo -ero tai sukupuolten välinen normaali punasolutiheysero vääristävät tuloksia hyvinkin paljon.\n\nTyöllä on merkitystä sekä NMR-fysiikan perustutkimuksen että magneettikuvauksen sovellusten kannalta. Tämän lisäksi tulokset tarjoavat kattavan kuvauksen veren relaksaationajoista eri magneettikentissä, mittausasetelmissa ja fysiologisissa olosuhteissa käytettäväksi erilaisissa malleissa.\n\nTutkimus on suoritettu Kuopion yliopiston A.I. Virtanen-instituutissa ja USA:ssa Johns Hopkins-yliopistossa (Johns Hopkins Medical School, Department of Radiology).\nKuopion yliopiston julkaisuja G. A.I.Virtanen -instituutti. ISBN 951-781-956-X\n\nKuopion yliopisto\nViestintä\n\ntiedotus@uku.fi\n \n

ISBN-10:
951-781-956-x
Kieli:
eng
Sivumäärä:
61 s.
Tekijät:
Silvennoinen Johanna (diss)
Tuotekoodi 019737
20,00 €