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fMRI की फुल फॉर्म “Functional Magnetic Resonance Imaging” होती है. fMRI को हिंदी में “फंक्शनल मैग्नेटिक रेजोनेंस इमेजिंग” कहते है. कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग या एफएमआरआई विभिन्न प्रकार की शारीरिक संवेदनाओं (दृष्टि, ध्वनि, स्पर्श, स्वाद, गंध) या गतिविधि जैसे समस्या समाधान और/या आंदोलन (द्वारा सीमित) द्वारा मस्तिष्क क्षेत्रों के सक्रियण की इमेजिंग के लिए एक गैर-आक्रामक तकनीक है. मशीन). इस प्रकार, FMRI स्कैन संज्ञानात्मक विज्ञान में "ब्रेन मैपिंग" के लिए एक तेजी से सामान्य उपकरण है.
कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) मस्तिष्क की गतिविधि के साथ होने वाले रक्त प्रवाह में होने वाले छोटे बदलावों को मापता है. इसका उपयोग मस्तिष्क के कार्यात्मक शरीर रचना विज्ञान की जांच करने के लिए किया जा सकता है, (यह निर्धारित करें कि मस्तिष्क के कौन से हिस्से महत्वपूर्ण कार्यों को संभाल रहे हैं), स्ट्रोक या अन्य बीमारी के प्रभावों का मूल्यांकन, या मस्तिष्क उपचार का मार्गदर्शन करने के लिए. fMRI मस्तिष्क के भीतर असामान्यताओं का पता लगा सकता है जो अन्य इमेजिंग तकनीकों के साथ नहीं पाया जा सकता है. अपने डॉक्टर को किसी भी स्वास्थ्य समस्या, हाल की सर्जरी, या एलर्जी के बारे में बताएं, और क्या आपके गर्भवती होने की संभावना है. चुंबकीय क्षेत्र हानिकारक नहीं है, लेकिन इससे कुछ चिकित्सा उपकरण खराब हो सकते हैं. अधिकांश आर्थोपेडिक प्रत्यारोपण कोई जोखिम नहीं उठाते हैं, लेकिन आपको हमेशा प्रौद्योगिकीविद् को बताना चाहिए कि क्या आपके शरीर में कोई उपकरण या धातु है. आपकी परीक्षा से पहले खाने और पीने के बारे में दिशानिर्देश सुविधाओं के बीच भिन्न होते हैं. जब तक आपको अन्यथा न बताया जाए, हमेशा की तरह अपनी नियमित दवाएं लें और कैफीनयुक्त पेय (विशेषकर कॉफी) पीने की अपनी विशिष्ट आदतों को बनाए रखने का प्रयास करें. उदाहरण के लिए, यदि आप सामान्य रूप से हर सुबह कॉफी पीते हैं, तो कोशिश करें कि परीक्षा के दिन इसे न छोड़ें. यदि आप शायद ही कभी कॉफी पीते हैं, तो परीक्षा के दिन कॉफी पीने से बचने की कोशिश करें. गहने घर पर छोड़ दें और ढीले, आरामदायक कपड़े पहनें. प्रक्रिया के लिए आपको गाउन में बदलने की आवश्यकता हो सकती है.
कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग, या FMRI, तंत्रिका गतिविधि के जवाब में होने वाले रक्त ऑक्सीजन और प्रवाह में परिवर्तन का पता लगाकर काम करता है - जब एक मस्तिष्क क्षेत्र अधिक सक्रिय होता है तो यह अधिक ऑक्सीजन की खपत करता है और इस बढ़ी हुई मांग को पूरा करने के लिए सक्रिय क्षेत्र में रक्त का प्रवाह बढ़ जाता है. . FMRI का उपयोग सक्रियण मानचित्र बनाने के लिए किया जा सकता है जो यह दर्शाता है कि मस्तिष्क के कौन से हिस्से एक विशेष मानसिक प्रक्रिया में शामिल हैं.
1990 के दशक में एफएमआरआई का विकास, जिसे आमतौर पर सेजी ओगावा और केन क्वांग को श्रेय दिया जाता है, नवाचारों की लंबी कतार में नवीनतम है, जिसमें पॉज़िट्रॉन एमिशन टोमोग्राफी (पीईटी) और नियर इंफ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (एनआईआरएस) शामिल हैं, जो अनुमान लगाने के लिए रक्त प्रवाह और ऑक्सीजन चयापचय का उपयोग करते हैं. मस्तिष्क गतिविधि. मस्तिष्क इमेजिंग तकनीक के रूप में FMRI के कई महत्वपूर्ण लाभ हैं:
यह गैर-आक्रामक है और इसमें विकिरण शामिल नहीं है, जिससे यह विषय के लिए सुरक्षित हो जाता है.
इसमें उत्कृष्ट स्थानिक और अच्छा अस्थायी संकल्प है.प्रयोगकर्ता के लिए इसका उपयोग करना आसान है.
FMRI के आकर्षण ने इसे सामान्य मस्तिष्क कार्य की इमेजिंग के लिए एक लोकप्रिय उपकरण बना दिया है - विशेष रूप से मनोवैज्ञानिकों के लिए. पिछले दशक में इसने इस बात की जांच के लिए नई अंतर्दृष्टि प्रदान की है कि यादें कैसे बनती हैं, भाषा, दर्द, सीखने और भावनाओं को नाम देने के लिए लेकिन अनुसंधान के कुछ क्षेत्रों में. FMRI को क्लिनिकल और कमर्शियल सेटिंग्स में भी लागू किया जा रहा है.
कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग या कार्यात्मक एमआरआई (एफएमआरआई) रक्त प्रवाह से जुड़े परिवर्तनों का पता लगाकर मस्तिष्क की गतिविधि को मापता है. यह तकनीक इस तथ्य पर निर्भर करती है कि मस्तिष्क रक्त प्रवाह और न्यूरोनल सक्रियण युग्मित हैं. जब मस्तिष्क का कोई क्षेत्र उपयोग में होता है, तो उस क्षेत्र में रक्त का प्रवाह भी बढ़ जाता है.
एफएमआरआई का प्राथमिक रूप रक्त-ऑक्सीजन-स्तर पर निर्भर (बोल्ड) कंट्रास्ट का उपयोग करता है, जिसे 1990 में सेजी ओगावा द्वारा खोजा गया था. यह एक प्रकार का विशेष मस्तिष्क और शरीर स्कैन है जिसका उपयोग मस्तिष्क या रीढ़ की हड्डी में तंत्रिका गतिविधि को मैप करने के लिए किया जाता है. मस्तिष्क कोशिकाओं द्वारा ऊर्जा के उपयोग से संबंधित रक्त प्रवाह (हेमोडायनामिक प्रतिक्रिया) में परिवर्तन की कल्पना करके मनुष्य या अन्य जानवर. 1990 के दशक की शुरुआत से, fMRI मस्तिष्क मानचित्रण अनुसंधान पर हावी हो गया है क्योंकि इसमें इंजेक्शन, सर्जरी, पदार्थों का अंतर्ग्रहण, या आयनकारी विकिरण के संपर्क में शामिल नहीं है. विभिन्न स्रोतों से आने वाले शोर से यह उपाय अक्सर दूषित हो जाता है; इसलिए, अंतर्निहित संकेत निकालने के लिए सांख्यिकीय प्रक्रियाओं का उपयोग किया जाता है. परिणामी मस्तिष्क सक्रियण को मस्तिष्क या अध्ययन किए गए विशिष्ट क्षेत्र में सक्रियण की ताकत को रंग-कोडिंग द्वारा रेखांकन द्वारा दर्शाया जा सकता है. तकनीक मिलीमीटर के भीतर गतिविधि को स्थानीयकृत कर सकती है, लेकिन मानक तकनीकों का उपयोग करते हुए, कुछ सेकंड की खिड़की के भीतर से बेहतर नहीं है. कंट्रास्ट प्राप्त करने के अन्य तरीके धमनी स्पिन लेबलिंग और प्रसार एमआरआई हैं. डिफ्यूजन एमआरआई बोल्ड एफएमआरआई के समान है लेकिन मस्तिष्क में पानी के अणुओं के प्रसार के परिमाण के आधार पर इसके विपरीत प्रदान करता है.
कार्यों या उत्तेजनाओं के कारण गतिविधि से बोल्ड प्रतिक्रियाओं का पता लगाने के अलावा, एफएमआरआई आराम की स्थिति, या नकारात्मक-कार्य स्थिति को माप सकता है, जो विषयों के आधारभूत बोल्ड विचरण को दर्शाता है. चूंकि लगभग 1998 के अध्ययनों ने डिफॉल्ट मोड नेटवर्क के अस्तित्व और गुणों को दिखाया है, जो स्पष्ट रूप से आराम करने वाले मस्तिष्क राज्यों का एक कार्यात्मक रूप से जुड़ा तंत्रिका नेटवर्क है. fMRI का उपयोग अनुसंधान में, और कुछ हद तक, नैदानिक कार्य में किया जाता है. यह मस्तिष्क शरीर क्रिया विज्ञान के अन्य उपायों जैसे कि इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफी (ईईजी), और निकट-अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (एनआईआरएस) को पूरक कर सकता है. नए तरीके जो स्थानिक और समय समाधान दोनों में सुधार करते हैं, पर शोध किया जा रहा है, और ये बड़े पैमाने पर बोल्ड सिग्नल के अलावा अन्य बायोमार्कर का उपयोग करते हैं. कुछ कंपनियों ने एफएमआरआई तकनीकों के आधार पर लाई डिटेक्टर जैसे वाणिज्यिक उत्पाद विकसित किए हैं, लेकिन माना जाता है कि अनुसंधान व्यापक व्यावसायिक उपयोग के लिए पर्याप्त रूप से विकसित नहीं हुआ है.
एफएमआरआई एक विशेष प्रकार का चुंबकीय स्कैन है. एमआरआई स्कैनर की बेलनाकार ट्यूब में एक बहुत शक्तिशाली इलेक्ट्रो-चुंबक होता है. एक विशिष्ट शोध स्कैनर (जैसे कि FMRIB केंद्र स्कैनर) में 3 टेस्ला (T) की क्षेत्र शक्ति होती है, जो पृथ्वी के क्षेत्र से लगभग 50,000 गुना अधिक होती है. स्कैनर के अंदर चुंबकीय क्षेत्र परमाणुओं के चुंबकीय नाभिक को प्रभावित करता है. आम तौर पर परमाणु नाभिक बेतरतीब ढंग से उन्मुख होते हैं लेकिन चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में नाभिक क्षेत्र की दिशा के साथ संरेखित हो जाते हैं. क्षेत्र जितना मजबूत होगा संरेखण की डिग्री उतनी ही अधिक होगी. एक ही दिशा में इशारा करते समय, अलग-अलग नाभिक से छोटे चुंबकीय संकेत सुसंगत रूप से जुड़ते हैं जिसके परिणामस्वरूप एक संकेत होता है जो मापने के लिए काफी बड़ा होता है. FMRI में यह पानी में हाइड्रोजन नाभिक (H2O) से चुंबकीय संकेत का पता लगाया जाता है. एमआरआई की कुंजी यह है कि हाइड्रोजन नाभिक से संकेत परिवेश के आधार पर शक्ति में भिन्न होता है. यह मस्तिष्क की संरचनात्मक छवियों में ग्रे मैटर, व्हाइट मैटर और सेरेब्रल स्पाइनल फ्लूइड के बीच भेदभाव करने का एक साधन प्रदान करता है.
केशिका लाल रक्त कोशिकाओं में हीमोग्लोबिन द्वारा ऑक्सीजन को न्यूरॉन्स तक पहुंचाया जाता है. जब न्यूरोनल गतिविधि बढ़ जाती है तो ऑक्सीजन की मांग बढ़ जाती है और स्थानीय प्रतिक्रिया बढ़ी हुई तंत्रिका गतिविधि वाले क्षेत्रों में रक्त के प्रवाह में वृद्धि होती है. हीमोग्लोबिन ऑक्सीजन युक्त होने पर प्रतिचुंबकीय होता है लेकिन जब ऑक्सीजन रहित होता है तो पैरामैग्नेटिक होता है. चुंबकीय गुणों में यह अंतर ऑक्सीजन की मात्रा के आधार पर रक्त के एमआर सिग्नल में छोटे अंतर की ओर जाता है. चूंकि रक्त ऑक्सीकरण तंत्रिका गतिविधि के स्तर के अनुसार भिन्न होता है, इसलिए इन अंतरों का उपयोग मस्तिष्क गतिविधि का पता लगाने के लिए किया जा सकता है. एमआरआई के इस रूप को रक्त ऑक्सीजन स्तर पर निर्भर (बोल्ड) इमेजिंग के रूप में जाना जाता है.
ध्यान देने वाली एक बात बढ़ी हुई गतिविधि के साथ ऑक्सीजन परिवर्तन की दिशा है. आप सक्रियण के साथ रक्त ऑक्सीकरण में कमी की उम्मीद कर सकते हैं, लेकिन वास्तविकता थोड़ी अधिक जटिल है. तंत्रिका गतिविधि बढ़ने के तुरंत बाद रक्त ऑक्सीजन में एक क्षणिक कमी होती है, जिसे हेमोडायनामिक प्रतिक्रिया में "प्रारंभिक डुबकी" के रूप में जाना जाता है. इसके बाद एक ऐसी अवधि आती है जहां रक्त प्रवाह बढ़ता है, न केवल उस स्तर तक जहां ऑक्सीजन की मांग पूरी होती है, बल्कि बढ़ी हुई मांग के लिए अधिक क्षतिपूर्ति होती है. इसका मतलब है कि रक्त ऑक्सीजन वास्तव में तंत्रिका सक्रियण के बाद बढ़ता है. रक्त प्रवाह लगभग 6 सेकंड के बाद चरम पर होता है और फिर वापस बेसलाइन पर आ जाता है, अक्सर "पोस्ट-प्रोत्साहन अंडरशूट" के साथ.
FMRI की अब क्लिनिकल न्यूरोइमेजिंग में एक छोटी लेकिन बढ़ती भूमिका है. इसका उपयोग प्री-सर्जिकल प्लानिंग में मस्तिष्क के कार्य को स्थानीयकृत करने के लिए किया जाता है. पूर्व-लक्षण निदान, दवा विकास, उपचारों के वैयक्तिकरण और कार्यात्मक मस्तिष्क विकारों को समझने सहित अनुप्रयोगों में नैदानिक एफएमआरआई की भी संभावना है. प्रारंभिक अध्ययनों से यह भी पता चलता है कि एफएमआरआई में पुराने दर्द जैसी स्थितियों के लिए जैव-प्रतिक्रिया के रूप में उपयोग किए जाने की क्षमता है. एफएमआरआई को भुनाने के लिए कई शुरुआती उद्यम हुए हैं. FMRI का उपयोग करके झूठ का पता लगाने वाली सेवाओं की पेशकश करने वाली उत्तरी अमेरिका में दो कंपनियों की स्थापना की गई है. उपभोक्ता विचार और व्यवहार में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए एफएमआरआई का उपयोग करने वाली कई न्यूरोमार्केटिंग कंपनियां भी हैं.
कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) अलग-अलग संज्ञानात्मक स्थितियों के तहत मस्तिष्क में तंत्रिका गतिविधि के स्पोटियोटेम्पोरल वितरण को मैप करता है. 1991 में अपनी स्थापना के बाद से, रक्त ऑक्सीजन स्तर पर निर्भर (बोल्ड) fMRI बुनियादी और अनुप्रयुक्त तंत्रिका विज्ञान अनुसंधान में तेजी से एक महत्वपूर्ण पद्धति बन गया है. नैदानिक क्षेत्र में, यह प्रीसर्जिकल कार्यात्मक मस्तिष्क मानचित्रण के लिए एक स्थापित उपकरण बन गया है. इस अध्याय के तीन प्रमुख उद्देश्य हैं. सबसे पहले, हम प्रमुख शारीरिक, जैवभौतिकीय और कार्यप्रणाली सिद्धांतों की समीक्षा करते हैं जो BOLD fMRI के अंतर्गत आते हैं, चाहे इसके अनुप्रयोग का विशेष क्षेत्र कुछ भी हो. ये सिद्धांत बोल्ड एफएमआरआई सिग्नल की सूक्ष्म व्याख्या के साथ-साथ इसके न्यूरोफिज़ियोलॉजिकल महत्व और नुकसान की सूचना देते हैं. दूसरा, हम वाक्पटु मस्तिष्क क्षेत्रों के पास घावों वाले रोगियों में कार्य-आधारित fMRI के नैदानिक अनुप्रयोग को प्रेरक मोटर, भाषा और स्मृति मानचित्रण के लिए चित्रित करते हैं. बोल्ड fMRI और डिफ्यूजन टेन्सर व्हाइट-मैटर ट्रैक्टोग्राफी का एकीकरण प्रीसर्जिकल प्लानिंग और इंट्राऑपरेटिव नेविगेशन के लिए एक रोड मैप प्रदान करता है जो पोस्टऑपरेटिव न्यूरोलॉजिक घाटे के जोखिम को कम करते हुए घाव के उच्छेदन की सीमा को अधिकतम करने में मदद करता है. अंत में, हम आराम-राज्य fMRI और इसके उभरते हुए अनुवाद संबंधी नैदानिक अनुप्रयोगों के कई बुनियादी सिद्धांतों पर प्रकाश डालते हैं. रेस्टिंग-स्टेट fMRI एक महत्वपूर्ण प्रतिमान बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है, जो आंतरिक संज्ञानात्मक नेटवर्क के भीतर कार्यात्मक कनेक्टिविटी पर ध्यान केंद्रित करता है.
पिछले कुछ वर्षों में एमआरआई मशीनों का निर्माण कुछ हद तक विकसित हुआ है. एमआरआई डिजाइन के विकास को दो कारकों ने प्रभावित किया है; (1) छवि गुणवत्ता बढ़ाने की इच्छा और (2) रोगी/विषय के लिए स्कैनर्स को कम सीमित करने की इच्छा. एमआरआई स्कैनर को कम क्लॉस्ट्रोफोबिक बनाने के लिए शुरू किए गए कुछ डिज़ाइन नवाचार नीचे दिए गए हैं और स्कैन किए जाने के दौरान विषय को कार्य करने के लिए अधिक स्वतंत्रता की अनुमति देते हैं. चित्रा 1 एक विशिष्ट एमआरआई स्कैनर दिखाता है जहां विषय स्कैनर की लंबी ट्यूब के भीतर लगभग संलग्न है. चित्र 2 दिखाता है कि कैसे डिजाइनरों ने स्कैनर सुरंग को छोटा किया. रोगी के लिए लघु-ऊब डिजाइन कम क्लस्ट्रोफोबिक होते हैं. ये डिज़ाइन कारावास की भावना को आसान बनाते हैं, लेकिन फिर भी विषय के कार्यों में संलग्न होने की क्षमता को सीमित करते हैं. स्टैंड-अप स्कैनर जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है, रोगियों के लिए अधिक सुविधाजनक है और सामान्य दृष्टिकोण और भार वहन करने वाली स्थितियों में इमेजिंग की अनुमति देता है. स्कैनर को सब्जेक्ट के चारों ओर उतारा गया है, जो एक एडजस्टेबल सीट पर बैठता है. अंत में, चित्रा 4 खुले एमआरआई स्कैनर दिखाता है, जो विषय कार्यों की एक बड़ी श्रृंखला के साथ-साथ विषय की कैद की भावना को आसान बनाने की अनुमति देता है.
हालांकि डिजाइन की बारीकियां अलग-अलग होती हैं, एमआरआई स्कैनर के मूल तत्व काफी हद तक समान रहते हैं (नीचे देखें). स्कैनर में एक बड़ा चुंबक (नीला) होता है जो प्राथमिक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है. एमआरआई सिस्टम में चुंबक शक्ति को "टेस्ला" नामक चुंबकीय प्रवाह घनत्व की इकाइयों में मापा जाता है. प्रत्येक वर्ग मीटर के लिए 1 सेकंड के समय के दौरान सिंगल-कॉइल सर्किट में 1 वोल्ट बिजली उत्पन्न करने के लिए एक टेल्सा पर्याप्त चुंबकीय बल है. 1 टेस्ला 10,000 गॉस के बराबर है, चुंबकीय बल का एक और माप है जिसे बल की एक पंक्ति प्रति वर्ग सेंटीमीटर प्रति सेकंड समय के रूप में परिभाषित किया गया है. वर्तमान चुंबक शक्ति 0.5-टेस्ला से 2.0-टेस्ला तक भिन्न होती है. हालांकि, शोधकर्ताओं ने 90 के दशक के अंत में 3-टेस्ला एमआरआई स्कैनर विकसित किए जो अधिक सामान्य होते जा रहे हैं. उन संख्याओं को परिप्रेक्ष्य में रखने के लिए, पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र लगभग 0.5-गौस या .000005-टेस्ला है. मुख्य चुंबक के अलावा, ढाल कुंडल (लाल) भी होते हैं. ये ग्रेडिएंट कॉइल इलेक्ट्रो-मैग्नेटिक कॉइल होते हैं जिनका उपयोग तकनीशियन मुख्य चुंबकीय क्षेत्र को बहुत सटीक बिंदुओं पर और बहुत सटीक नियंत्रित समय के लिए बदलने के लिए करते हैं. ग्रेडिएंट कॉइल्स को बदला जा सकता है ताकि मशीन को शरीर की सामग्री के प्रकार के लिए समायोजित किया जा सके. अंत में, एमआरआई स्कैनर में रेडियो फ्रीक्वेंसी कॉइल भी शामिल होते हैं जो स्कैनर कक्ष में एक केंद्रित रेडियो फ्रीक्वेंसी पल्स भेज सकते हैं. सामग्री और शरीर के हिस्से के लिए समायोजित करने के लिए तकनीशियन रेडियो फ्रीक्वेंसी कॉइल को बदल सकते हैं.
एफएमआरआई स्कैन परमाणु भौतिकी के समान बुनियादी सिद्धांतों का उपयोग एमआरआई स्कैन के रूप में करते हैं, लेकिन एमआरआई छवि संरचनात्मक संरचना को स्कैन करता है जबकि एफएमआरआई छवि चयापचय कार्य करता है. इस प्रकार, एमआरआई स्कैन द्वारा उत्पन्न छवियां शारीरिक संरचना के त्रि-आयामी चित्रों की तरह हैं. एफएमआरआई स्कैन द्वारा उत्पन्न छवियां इन शारीरिक संरचनाओं के भीतर चयापचय गतिविधि की छवियां हैं.
यह समझने के लिए कि एफएमआरआई स्कैन कैसे काम करता है, किसी को बुनियादी भौतिक सिद्धांतों को समझने की जरूरत है, जिस पर प्रौद्योगिकी का निर्माण किया गया है. प्रासंगिक भौतिक सिद्धांत वे हैं जो परमाणु को शामिल करते हैं. परमाणु एक तत्व के सबसे छोटे कण होते हैं जिनमें अभी भी तत्वों के गुण होते हैं. उदाहरण के लिए, हीलियम एक तत्व है. हीलियम का सबसे छोटा बिट जिसमें अभी भी हीलियम के गुण हैं, हीलियम परमाणु है. परमाणु बहुत छोटे होते हैं. एक परमाणु का व्यास लगभग 0.1 से 0.5 नैनोमीटर (एक मीटर के 0.000000001 से एक मीटर के 0.0000000055) तक होता है. इसे किसी संदर्भ में रखने के लिए, यदि हम एक परमाणु के व्यास को मीटर स्टिक की लंबाई के रूप में सोचते हैं, तो मीटर स्टिक की संगत लंबाई 10 बिलियन मीटर स्टिक (चंद्रमा के लगभग 14 चक्कर) होगी. अपने छोटे आयामों के बावजूद, परमाणु अधिकतर खाली स्थान होते हैं. परमाणु के नाभिक (केंद्र) का व्यास परमाणु के व्यास के लगभग 1/10,000 व्यास का होता है.
अधिकांश परमाणु अपने विद्युत आवेश द्वारा प्रतिष्ठित तीन कणों से बने होते हैं: प्रोटॉन (धनात्मक), इलेक्ट्रॉन (ऋणात्मक), और न्यूट्रॉन (तटस्थ). विद्युत चुम्बकीय बल एक परमाणु में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक साथ बांधकर उसका केंद्र बनाते हैं, यानी उसका नाभिक. परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या परमाणु के मौलिक वर्गीकरण को निर्धारित करती है. हाइड्रोजन में केवल एक के साथ सबसे कम प्रोटॉन होते हैं. यूरेनियम में 92 प्रोटॉन होते हैं. न्यूट्रॉन की संख्या आमतौर पर प्रोटॉन की संख्या के लगभग बराबर होती है, लेकिन परमाणु नाभिक में संभावित न्यूट्रॉन की संख्या में भिन्नता होती है. इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर चक्कर लगाते हैं. चूंकि प्रोटॉन में धनात्मक आवेश होता है और इलेक्ट्रॉनों का ऋणात्मक आवेश होता है, इसलिए ये कण एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं, जिससे औसत परमाणु की स्थिर, विद्युत रूप से तटस्थ संरचना बनती है.
इलेक्ट्रोमैग्नेटिक बल जो नाभिक का चक्कर लगाते हुए परमाणु संरचना को अपेक्षाकृत स्थिर रखते हैं, वे भी नाभिक को डगमगाने या घूमने का कारण बनते हैं. यानी परमाणु का केंद्रक उपरोक्त एनिमेशन की तरह घूमता है. परमाणु स्पिन, या अधिक सटीक रूप से, परमाणु स्पिन में हेरफेर एमआरआई इमेजिंग का आधार है. यदि आप खगोल विज्ञान का अनुसरण करते हैं, तो परमाणु स्पिन दूर के तारों के डगमगाने के समान है, जिसका उपयोग तारे की परिक्रमा करने वाले पिंडों की संख्या, आकार आदि का अनुमान लगाने के लिए किया जाता है.
जब कोई नाभिक को उनके स्पिन से आगे बढ़ने का कारण बनता है तो वे चुंबकीय क्षेत्र के साथ खुद को संरेखित करने का कारण बनते हैं. एक नाभिक का चक्कर एक बार चुंबक के सिरों की तरह होता है जिसमें इसका सकारात्मक या नकारात्मक मान हो सकता है. चुम्बक के दो ऋणात्मक या दो धनात्मक सिरे एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, लेकिन ऋणात्मक और धनात्मक सिरे एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं. इसी तरह, सभी नकारात्मक स्पिन परमाणु खुद को Z अक्ष (विषय के पैरों की ओर) पर नीचे की ओर संरेखित करते हैं, और सभी सकारात्मक परमाणु Z अक्ष पर (विषय के सिर की ओर) ऊपर की ओर संरेखित होते हैं. एक सकारात्मक स्पिन वाला प्रत्येक परमाणु एक नकारात्मक स्पिन के साथ एक परमाणु को रद्द कर देता है. हालाँकि, कुछ परमाणु ऐसे होते हैं जो एक दूसरे को रद्द नहीं करते हैं. कमरे के तापमान पर, नकारात्मक स्पिन परमाणुओं की तुलना में हमेशा अधिक सकारात्मक स्पिन परमाणु होते हैं. ये बेजोड़ परमाणु MRI और FMRI के लिए महत्वपूर्ण हैं.
धनात्मक स्पिन परमाणु निम्न ऊर्जा अवस्था में होते हैं. परमाणु चुंबकीय क्षेत्र, यानी Z अक्ष की दिशा में चुंबकीयकरण मान प्राप्त करते हैं और संतुलन बनाते हैं. परमाणु के प्रकार (आमतौर पर हाइड्रोजन) के लिए विशिष्ट रेडियो फ्रीक्वेंसी पल्स के रूप में मुख्य चुंबकीय क्षेत्र में लंबवत चुंबकीय ऊर्जा की एक पल्स को पेश करके, एमआरआई मशीन बेजोड़ परमाणुओं को गूंजने का कारण बनती है. अनुनादी परमाणु रेडियो ऊर्जा को फोटॉन के रूप में अवशोषित करते हैं और उच्च ऊर्जा अवस्था में चले जाते हैं, अर्थात, वे ऋणात्मक स्पिन परमाणु बन जाते हैं और Z अक्ष के लिए संतुलन चुंबकीयकरण मान 0 हो जाता है. जब नाड़ी बंद हो जाती है, तो ये परमाणु अपनी फोटॉन ऊर्जा छोड़ते हैं और "आराम" कम ऊर्जा सकारात्मक स्पिन राज्य में वापस. एमआरआई मशीन जिस संकेत का पता लगाती है, वह इन बेजोड़ परमाणुओं द्वारा उत्सर्जित फोटॉन ऊर्जा है क्योंकि वे रेडियो फ्रीक्वेंसी पल्स के बाद उच्च ऊर्जा अवस्था से निम्न ऊर्जा अवस्था में संक्रमण करते हैं. परमाणुओं को अपने संतुलन मूल्य पर लौटने में जितना समय लगता है, उसे "स्पिन जाली विश्राम समय" या (T1) कहा जाता है. इस प्रकार, T1 उल्टे स्पिन के आधे जीवन का एक उपाय है.
यदि तकनीशियन स्थानीय नेट मैग्नेटाइजेशन को बदलने के लिए एमआरआई के अंदर ग्रेडिएंट मैग्नेट का उपयोग करता है ताकि यह XY प्लेन में हो (रोगी के पार एक बहुत पतला टुकड़ा काट रहा हो), स्थानीय नेट मैग्नेटाइजेशन Z अक्ष को घुमाता है (सकारात्मक और नकारात्मक X लेता है) और Y मान) एक आवृत्ति पर जिसे लार्मर आवृत्ति कहा जाता है. लैमर आवृत्ति फोटॉन की आवृत्ति के बराबर होती है जो न्यूक्लिक स्पिन के दो ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण का कारण बनती है. परमाणु के प्रकार के लिए विशिष्ट रेडियो फ्रीक्वेंसी पल्स के रूप में चुंबकीय ऊर्जा की एक पल्स को फिर से पेश करके, एमआरआई मशीन बेजोड़ परमाणुओं को गूंजने का कारण बनती है. गूंजने वाले परमाणु रेडियो ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और उच्च ऊर्जा अवस्था में जाते हैं, अर्थात, वे XY अक्ष (अनुप्रस्थ अक्ष) के सापेक्ष ऋणात्मक स्पिन परमाणु बन जाते हैं. XY अक्ष (अनुप्रस्थ अक्ष) के साथ परमाणुओं को अपने संतुलन चुंबकीयकरण मान पर लौटने में जितना समय लगता है, उसे "स्पिन-स्पिन विश्राम समय" या T2 कहा जाता है. नतीजतन, टी 2 स्पिन चरणों के परिवर्तन की दर को मापता है. जबकि एक सामान्य T1 (स्पिन जाली छूट समय) लगभग 1 सेकंड है, T2 (स्पिन-स्पिन विश्राम समय) आमतौर पर 100ms से कम है. सापेक्ष समय में यह अंतर कार्यात्मक चयापचय इमेजिंग के लिए T2 को T1 से बेहतर अनुकूल बनाता है.
एफएमआरआई के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण अनुप्रस्थ चुंबकत्व के क्षय का माप है, टी 2 * जो दो महत्वपूर्ण कारकों को ध्यान में रखता है: (1) चुंबकीय क्षेत्र में आणविक बातचीत और विषमताएं. FMRI एक उन्नत MRI स्कैनर की स्थापना और उपयोग करके मस्तिष्क के कामकाज की छवियों या मस्तिष्क के नक्शे बनाता है ताकि मस्तिष्क के सक्रिय क्षेत्रों में रक्त के प्रवाह में वृद्धि MRI स्कैन पर दिखाई दे. एमआरआई स्कैनर वास्तव में रक्त प्रवाह या अन्य चयापचय प्रक्रियाओं का पता नहीं लगाते हैं. इसके बजाय, मस्तिष्क के क्षेत्रों में रक्त प्रवाह में परिवर्तन और/या संबंधित चयापचय प्रक्रियाएं अप्रत्यक्ष रूप से किसी दिए गए मस्तिष्क क्षेत्र के लिए संकेत तीव्रता के विपरीत सामान्य स्तर और प्रश्न में क्षेत्र के निकट के स्तर दोनों के सापेक्ष अनुमानित हैं. एमआरआई सिग्नल की तीव्रता चुंबकीय अनुनाद के स्तर से निर्धारित होती है, विशेष रूप से जिसे टी 2 * पर बोल्ड प्रभाव (रक्त ऑक्सीजन स्तर पर निर्भर) कहा जाता है. ऐसे:
किसी भी पदार्थ की उपस्थिति से कुछ हद तक चुंबकीय क्षेत्र बदल जाते हैं. कई सामग्री चुंबकीय क्षेत्र में स्पष्ट ध्रुवीकरण प्रदर्शित करती हैं. इस प्रभाव की डिग्री को "चुंबकीय क्षण" या "चुंबकीय संवेदनशीलता" के रूप में जाना जाता है. ऑक्सीजन युक्त हीमोग्लोबिन (ऑक्सीजन या एचबीओ ले जाने वाली रक्त कोशिकाओं) के लिए डीऑक्सीजनेटेड हीमोग्लोबिन (रक्त कोशिकाएं ऑक्सीजन या एचबी नहीं ले जाती हैं) की स्थानीय सांद्रता में स्थानिक और अस्थायी भिन्नता के परिणामस्वरूप चुंबकीय संवेदनशीलता में संबंधित परिवर्तन होते हैं, जो बदले में स्थानीय टी 2 * मूल्यों में उतार-चढ़ाव का कारण बनते हैं. ऑक्सीजन युक्त हीमोग्लोबिन प्रतिचुंबकीय होते हैं (यानी, चुंबकीय बल की रेखाओं के समकोण पर एक स्थिति लेते हैं, और चुंबक के किसी भी ध्रुव द्वारा प्रतिकर्षित होते हैं), जबकि डीऑक्सीजनेटेड हीमोग्लोबिन अनुचुंबकीय होता है (यानी, तीव्रता के समानांतर और आनुपातिक स्थिति लेता है) चुंबकीय क्षेत्र). इस प्रकार, एमआरआई दो प्रकार के हीमोग्लोबिन के बीच एक छोटे से अंतर (3% के क्रम का संकेत) का पता लगाने में सक्षम है. इसे रक्त-ऑक्सीजन स्तर पर निर्भर, या "बोल्ड" संकेत कहा जाता है. शोधकर्ता वर्तमान में तंत्रिका गतिविधि और बोल्ड सिग्नल के बीच सटीक संबंध की खोज कर रहे हैं. हालाँकि, मूल कहानी इस प्रकार है:
धमनियों द्वारा मस्तिष्क तक रक्त पहुँचाया जाता है और मस्तिष्क से शिराओं द्वारा पहुँचाया जाता है. मस्तिष्क में न केवल वास्तविक रक्त की मात्रा अपेक्षाकृत कम होती है, बल्कि रक्त की अधिकांश मात्रा केशिका बिस्तर में होती है - बहुत छोटी वाहिकाएँ जो धमनियों और नसों को जोड़ती हैं. केशिकाएं अक्सर इतनी छोटी होती हैं कि हीमोग्लोबिन (रक्त कोशिकाएं) एकल फ़ाइल में यात्रा करती हैं. जबकि धमनी रक्त में ऑक्सीजन युक्त हीमोग्लोबिन की उच्च सांद्रता होती है क्योंकि रक्त कोशिकाएं केशिका बिस्तर से गुजरती हैं, ऑक्सीजन युक्त हीमोग्लोबिन की तुलना में ऑक्सीजन रहित हीमोग्लोबिन की सांद्रता बढ़ जाती है. इस प्रकार, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दर्शाया गया है, अत्यधिक ऑक्सीजन युक्त हीमोग्लोबिन से अत्यधिक ऑक्सीजन रहित हीमोग्लोबिन का ढाल केशिका तल से धमनी से शिरापरक तक चलता है. परिणामस्वरूप, T2* में एक संगत ग्रेडिएंट लंबे T2* (डायमैगनेटिक HbO2-रिच) से छोटे T2* मानों (पैरामैग्नेटिक एचबी-रिच) तक मान लेता है.
कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एफएमआरआई) मस्तिष्क चयापचय में क्षेत्रीय, समय-भिन्न परिवर्तनों को प्रदर्शित करने के लिए विकसित इमेजिंग विधियों का एक वर्ग है. ये चयापचय परिवर्तन कार्य-प्रेरित संज्ञानात्मक स्थिति परिवर्तन या आराम करने वाले मस्तिष्क में अनियमित प्रक्रियाओं के परिणाम के परिणामस्वरूप हो सकते हैं. 1990 में अपनी स्थापना के बाद से, fMRI का उपयोग संज्ञानात्मक तंत्रिका विज्ञान, नैदानिक मनोरोग/मनोविज्ञान, और शल्य चिकित्सा योजना (कीवर्ड के आधार पर PubMed में 100,000 और 250,000 प्रविष्टियों के बीच) में असाधारण रूप से बड़ी संख्या में अध्ययनों में किया गया है. एफएमआरआई की लोकप्रियता इसकी व्यापक उपलब्धता (नैदानिक 1.5T स्कैनर पर किया जा सकता है), गैर-आक्रामक प्रकृति (एक रेडियो आइसोटोप या अन्य फार्माकोलॉजिकल एजेंट के इंजेक्शन की आवश्यकता नहीं है), अपेक्षाकृत कम लागत और अच्छे स्थानिक संकल्प से प्राप्त होती है. तेजी से, fMRI का उपयोग रोग के लिए बायोमार्कर के रूप में किया जा रहा है, 33,36, चिकित्सा की निगरानी के लिए, या औषधीय प्रभावकारिता का अध्ययन करने के लिए. इस प्रकार, एफएमआरआई कंट्रास्ट तंत्र, ताकत और कमजोरियों, और इस महत्वपूर्ण उपकरण के विकासवादी प्रवृत्तियों की समीक्षा करना रुचि का है.
एफएमआरआई निश्चित रूप से एमआरआई पर आधारित है, जो बदले में चुंबकीय क्षेत्र 38 में ग्रेडिएंट के साथ मिलकर परमाणु चुंबकीय अनुनाद का उपयोग करता है ताकि छवियों को बनाने के लिए टी 1 भार, टी 2 भार, संवेदनशीलता, प्रवाह इत्यादि जैसे कई अलग-अलग प्रकार के कंट्रास्ट शामिल हो सकें. fMRI में मुख्य रूप से उपयोग किए जाने वाले विशेष विपरीत तंत्र को समझने के लिए पहले मस्तिष्क के चयापचय पर चर्चा करना आवश्यक है.
मस्तिष्क में तंत्रिका संकेतन की सभी प्रक्रियाएं, जिसमें एक्शन पोटेंशिअल का निर्माण और प्रसार, पुटिकाओं को प्री-सिनैप्टिक जंक्शन से बांधना, सिनैप्टिक गैप में न्यूरोट्रांसमीटर की रिहाई, पोस्टसिनेप्टिक संरचनाओं में एक्शन पोटेंशिअल का स्वागत और पुनर्जनन, मैला ढोना शामिल है. अतिरिक्त न्यूरोट्रांसमीटर आदि के लिए, एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी)55 के रूप में ऊर्जा की आवश्यकता होती है. यह न्यूक्लियोटाइड मुख्य रूप से ग्लूकोज के ग्लाइकोलाइटिक ऑक्सीजन से माइटोकॉन्ड्रिया द्वारा निर्मित होता है, और इसके उत्पादन के परिणामस्वरूप कार्बन डाइऑक्साइड एक उपोत्पाद के रूप में होता है. जब मस्तिष्क के एक क्षेत्र को एक संज्ञानात्मक कार्य जैसे उंगली टैपिंग द्वारा ऊपर-विनियमित (यानी सक्रिय) किया जाता है, तो अतिरिक्त तंत्रिका फायरिंग और अन्य बढ़ी हुई सिग्नलिंग प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप स्थानीय रूप से बढ़ी हुई ऊर्जा आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप मस्तिष्क चयापचय दर को विनियमित किया जाता है. मस्तिष्क के प्रभावित क्षेत्र में ऑक्सीजन (CMRO2) की मात्रा 12. चूंकि केशिकाओं के आस-पास के ऊतकों में ऑक्सीजन के स्थानीय भंडार ग्लाइकोलाइसिस द्वारा क्षणिक रूप से खपत होते हैं और अपशिष्ट उत्पादों का निर्माण होता है, विभिन्न रासायनिक संकेत (सीओ 2, एनओ, एच +) केशिका बिस्तर के ऊपर धमनी स्फिंक्टर्स में वासोमोटर प्रतिक्रिया का कारण बनते हैं, इन जहाजों के फैलाव का कारण बनते हैं . बढ़ा हुआ रक्त प्रवाह क्षणिक घाटे को दूर करने के लिए आवश्यक स्थानीय [O2] स्तर को बहाल करने का काम करता है; हालांकि, उन कारणों से जो अभी भी पूरी तरह से समझ में नहीं आ रहे हैं कि सीएमआरओ 2 में वृद्धि को ऑफसेट करने के लिए आवश्यकता से अधिक ऑक्सीजन की आपूर्ति की जाती है. नतीजतन, तंत्रिका अप-विनियमन के परिणामस्वरूप शुरू में डीऑक्सीजनेटेड हीमोग्लोबिन [एचबी] का निर्माण होता है और इंट्रा- और एक्स्ट्रावास्कुलर स्पेस में डीऑक्सीजनेटेड हीमोग्लोबिन [एचबीओ 2] में कमी होती है, इसके बाद वैसोडिलेटरी प्रतिक्रिया द्वारा एक या दो सेकंड के भीतर उलट जाता है. स्थिति [HbO2] में वृद्धि और [Hb] में कमी के परिणामस्वरूप आराम की स्थिति में 13,22 (चित्र 1 देखें). प्रक्रियाओं के इस क्रम को तंत्रिका घटना के लिए हेमोडायनामिक प्रतिक्रिया के रूप में वर्णित किया गया है.
fMRI एक सामान्य, रोगग्रस्त या घायल मस्तिष्क कैसे काम कर रहा है, यह सीखने के साथ-साथ सर्जरी या मस्तिष्क के अन्य आक्रामक उपचारों के संभावित जोखिमों का आकलन करने के लिए पसंद का नैदानिक तरीका बन रहा है. चिकित्सक fMRI करते हैं:-
मस्तिष्क के कार्यात्मक शरीर रचना विज्ञान की जांच करें.
यह निर्धारित करें कि मस्तिष्क का कौन सा हिस्सा विचार, भाषण, गति और संवेदना जैसे महत्वपूर्ण कार्यों को संभाल रहा है, जिसे ब्रेन मैपिंग कहा जाता है.
मस्तिष्क समारोह पर स्ट्रोक, आघात, या अपक्षयी रोग (जैसे अल्जाइमर) के प्रभावों का आकलन करने में मदद करें.
ब्रेन ट्यूमर के विकास और कार्य की निगरानी करना.
मस्तिष्क के लिए शल्य चिकित्सा, विकिरण चिकित्सा, या अन्य आक्रामक उपचारों की योजना बनाने में मार्गदर्शन करें.
आपको अस्पताल के गाउन में बदलना होगा. यह अंतिम छवियों पर प्रदर्शित होने वाली कलाकृतियों को रोकने और मजबूत चुंबकीय क्षेत्र से संबंधित सुरक्षा नियमों का पालन करने के लिए है. एमआरआई से पहले खाने और पीने के बारे में दिशानिर्देश विशिष्ट परीक्षाओं और सुविधाओं के बीच भिन्न होते हैं. हमेशा की तरह भोजन और दवाएं लें जब तक कि आपका डॉक्टर आपको अन्यथा न बताए. कुछ एमआरआई परीक्षाएं कंट्रास्ट सामग्री के इंजेक्शन का उपयोग करती हैं. डॉक्टर पूछ सकते हैं कि क्या आपको अस्थमा है या विपरीत सामग्री, दवाओं, भोजन या पर्यावरण से एलर्जी है. एमआरआई परीक्षा आमतौर पर गैडोलीनियम नामक एक विपरीत सामग्री का उपयोग करती है. आयोडीन कंट्रास्ट से एलर्जी वाले रोगियों में डॉक्टर गैडोलीनियम का उपयोग कर सकते हैं. आयोडीन कंट्रास्ट की तुलना में एक रोगी को गैडोलीनियम से एलर्जी होने की संभावना बहुत कम होती है. हालांकि, भले ही रोगी को गैडोलीनियम से ज्ञात एलर्जी हो, उचित पूर्व-दवा के बाद इसका उपयोग करना संभव हो सकता है. गैडोलीनियम कंट्रास्ट से एलर्जी संबंधी प्रतिक्रियाओं के बारे में अधिक जानकारी के लिए, कृपया कॉन्ट्रास्ट मीडिया पर एसीआर मैनुअल देखें.
अगर आपको कोई गंभीर स्वास्थ्य समस्या है या हाल ही में कोई सर्जरी हुई है तो टेक्नोलॉजिस्ट या रेडियोलॉजिस्ट को बताएं. गुर्दे की गंभीर बीमारी जैसी कुछ स्थितियों का मतलब यह हो सकता है कि आप सुरक्षित रूप से गैडोलीनियम प्राप्त नहीं कर सकते. आपके गुर्दे सामान्य रूप से काम कर रहे हैं, इसकी पुष्टि के लिए आपको रक्त परीक्षण की आवश्यकता हो सकती है. गर्भवती होने पर महिलाओं को हमेशा अपने डॉक्टर और टेक्नोलॉजिस्ट को बताना चाहिए. एमआरआई का उपयोग 1980 के दशक से किया जा रहा है, जिसमें गर्भवती महिलाओं या उनके अजन्मे बच्चों पर किसी भी दुष्प्रभाव की कोई रिपोर्ट नहीं है. हालांकि, बच्चा एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में होगा. इसलिए, गर्भवती महिलाओं को पहली तिमाही में एमआरआई नहीं करवानी चाहिए जब तक कि परीक्षा का लाभ स्पष्ट रूप से किसी भी संभावित जोखिम से अधिक न हो. जब तक बिल्कुल आवश्यक न हो गर्भवती महिलाओं को गैडोलीनियम कंट्रास्ट प्राप्त नहीं करना चाहिए. गर्भावस्था और एमआरआई के बारे में अधिक जानकारी के लिए गर्भावस्था के दौरान एमआरआई सुरक्षा पृष्ठ देखें. सभी गहने और अन्य सामान घर पर छोड़ दें या एमआरआई स्कैन से पहले उन्हें हटा दें. परीक्षा कक्ष में धातु और इलेक्ट्रॉनिक वस्तुओं की अनुमति नहीं है. वे एमआरआई इकाई के चुंबकीय क्षेत्र में हस्तक्षेप कर सकते हैं, जलने का कारण बन सकते हैं या हानिकारक प्रोजेक्टाइल बन सकते हैं. इन वस्तुओं में शामिल हैं.