التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الحقيقي

بشكل عام، يعتمد التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الحقيقي على تسلسلات صدى التدرج ، وأخذ عينات فعال من فضاء k، وطرق إعادة بناء سريعة لتسريع عملية الحصول على الصورة. ^{[ 11 ]} تتميز تسلسلات صدى التدرج بأوقات صدى أقصر نظرًا لأنها تتطلب نبضة تردد لاسلكي واحدة فقط لكل تسلسل. ^{[ 12 ]} كما تتطلب ملفات التدرج الحديثة سريعة التبديل زيادة معدل التغير ، مما يسمح بتغييرات أسرع في تسلسلات صدى التدرج وتقليل زمن التكرار . ^{[ 13 ]}

يُساهم أخذ عينات فعّالة من فضاء k في تقليل وقت جمع البيانات. وقد أصبح المسح الخطي الطريقة القياسية لأخذ عينات فضاء k في التصوير بالرنين المغناطيسي. ^{[ 14 ]} مع ذلك، تستغرق هذه العملية وقتًا طويلاً نسبيًا لأنها تأخذ عينات من فضاء k بأكمله بالتساوي. وبسبب هذا التأخير، تُستخدم طرق أخرى لأخذ العينات لالتقاط الحركة في الوقت الحقيقي. يُعدّ التصوير بالصدى المستوي أحادي اللقطة إحدى طرق أخذ العينات السريعة للغاية، حيث تُجمع جميع بيانات صورة الرنين المغناطيسي من نبضة تردد لاسلكي واحدة. ^{[ 15 ]} مع ذلك، من المهم ملاحظة أن طريقة EPI لا تزال طريقة أخذ عينات ديكارتية ، مثل المسح الخطي، حيث تأخذ عينات من فضاء k بأكمله بالتساوي. يتطلب أخذ العينات الحلزوني، مثل EPI، نبضة تردد لاسلكي واحدة فقط لأخذ عينات من فضاء k بأكمله. كما يُستخدم أخذ العينات الشعاعي والحلزوني كطرق لأخذ عينات فعّالة من فضاء k، حيث يتطلب الحلزوني أيضًا نبضة تردد لاسلكي واحدة فقط لأخذ عينات من فضاء k. يُعد كلٌّ من أخذ العينات الشعاعي واللولبي أكثر كفاءةً من الطرق الديكارتية، لأنهما يُفرطان في أخذ العينات عند الترددات المنخفضة، مما يسمح بالتقاط الحركة العامة وإعادة بناء الصور في الوقت الحقيقي بشكل أفضل. ^{[ 11 ]} ولذلك، يُعدّ أخذ العينات الشعاعي أو اللولبي من فضاء k الآن الطريقتين المُفضّلتين لإعادة بناء صور الرنين المغناطيسي في الوقت الحقيقي.

تتضمن تقنية التصوير المتوازي إضافة عدة ملفات تحيط بالهدف، حيث يقوم كل ملف بتصوير جزء من الصورة الكلية. وبفضل قدرات المعالجة المتوازية التي تتمتع بها وحدات معالجة الرسومات الحديثة، يمكنها إعادة بناء كل جزء من الصورة في آن واحد. لذا، كلما زاد عدد الملفات المستخدمة، زادت سرعة الحصول على صور الرنين المغناطيسي. ^{[ 16 ]}

أخيرًا، في إعادة بناء الصور المتوازية، يوجد عامل آخر يجب مراعاته، وهو نسبة الإشارة إلى الضوضاء ( SNR ). يمكن حساب نسبة الإشارة إلى الضوضاء للتصوير المتوازي باستخدام المعادلة التالية:

${\displaystyle SNR_{parallel}={\frac {SNR_{MRI}}{g{\sqrt {R}}}}}$^{[ 26 ]}

أين${\displaystyle R}$هو عامل التسارع و${\displaystyle g}$هو عامل هندسي يعتمد على الموقع (يتناسب مع عدد الملفات المستخدمة أو التفاعلات بينها). لذلك، كلما زاد عدد الملفات المستخدمة، زادت سرعة عملية التصوير وزادت التفاعلات بين الملفات؛ وبالتالي، انخفضت نسبة الإشارة إلى الضوضاء. ^{[ 26 ]}

على الرغم من أن تطبيقات التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الحقيقي تغطي طيفًا واسعًا يتراوح بين الدراسات غير الطبية لتدفق الدم المضطرب ^{[ 27 ]} والمراقبة غير الجراحية للإجراءات التدخلية (الجراحية)، فإن أهم تطبيق يستفيد من هذه الإمكانيات الجديدة هو تصوير القلب والأوعية الدموية . ^{[ 1 ]} استخدم التصوير بالرنين المغناطيسي القلبي (CMR) سابقًا تقنيات التصوير السينمائي لالتقاط الحركة الدورية للقلب. ومع ذلك، فإن هذا غير ممكن للمرضى الذين يعانون من اضطراب النظم القلبي ، حيث تكون دورة القلب غير قابلة للتنبؤ. ^{[ 28 ]} باستخدام الطريقة الجديدة، أصبح من الممكن الحصول على أفلام للقلب النابض في الوقت الحقيقي بمعدل يصل إلى 50 إطارًا في الثانية أثناء التنفس الطبيعي ودون الحاجة إلى مزامنة مع تخطيط كهربية القلب . ^{[ 29 ]} أظهرت دراسة أجراها لاوبروك وآخرون ^{[ 28 ]} أن التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الحقيقي ينتج صورًا بجودة أعلى ونسبة إشارة إلى ضوضاء أعلى من التصوير السينمائي للقلب باستخدام تسلسل bSSFP وأخذ عينات شعاعية من فضاء k. كما أن التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الحقيقي (RT-MRI) يلغي الحاجة إلى حبس النفس أثناء التصوير، مما يؤدي إلى تجربة أكثر راحة للمريض أيضاً. ^{[ 28 ]}

إلى جانب التصوير بالرنين المغناطيسي للقلب، تتناول تطبيقات أخرى للتصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الحقيقي دراسات وظيفية لحركية المفاصل (مثل المفصل الصدغي الفكي ^{[ 30 ]} ، والركبة ، والمعصم [ ^{31 ] )} ، أو تتناول الديناميكيات المنسقة لأعضاء النطق كالشفتين واللسان والحنك الرخو والأحبال الصوتية أثناء الكلام ( علم النطق الصوتي ) ^{[ 32 ]} أو البلع ^{[ 33 ]} . ويستفيد تصوير الجهاز العضلي الهيكلي بشكل خاص من المراقبة في الوقت الحقيقي. وقد طور باحثون في كلية غروسمان للطب بجامعة نيويورك ^{[ 34 ]} قفازًا للتصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الحقيقي لتصوير حركة اليد. يستخدم هذا القفاز ملفات ذات مقاومة عالية لمنع توليد التيارات الدوامية الناتجة عن تغير المجالات المغناطيسية بسرعة، وتقنية bSSFP لتحقيق أوقات تصوير سريعة. وتُغني الملفات ذات المقاومة العالية عن الحاجة إلى تكوينات محددة للملفات أو الحماية النشطة من التدرج المغناطيسي ^{[ 35 ] .}

تُتيح تطبيقات التصوير بالرنين المغناطيسي التداخلي ، الذي يُعنى بمراقبة الإجراءات الجراحية طفيفة التوغل ، إمكانية تغيير معايير مثل موضع الصورة واتجاهها بشكل تفاعلي. يُعد هذا التطبيق مفيدًا بشكل خاص عند الحاجة إلى صورة ثلاثية الأبعاد للأنسجة أثناء الجراحة. ^{[ 11 ]} ويتطلب ذلك وجود شاشة عرض داخل غرفة العمليات ليستخدمها الطبيب أثناء الإجراء، بالإضافة إلى استخدام أدوات جراحية آمنة للاستخدام مع التصوير بالرنين المغناطيسي. تشمل هذه الأدوات السيراميك أو البلاستيك أو التيتانيوم، وهو معدن بارامغناطيسي . وباستخدام تقنية bSSFP والتصوير المتوازي مع ملفات متعددة، تم تحقيق معدلات إطارات تتراوح بين 5 و10 إطارات في الثانية، مما يسمح بتصوير إجراءات القلب. ^{[ 11 ]}

يُمكن لجهاز التصوير بالرنين المغناطيسي الخطي (LINAC) تصوير الأورام والأعضاء أثناء الجراحة. إلا أن العلاج الإشعاعي الموجه بالرنين المغناطيسي (MRgRT) محدود بسبب ارتفاع التكاليف وتكاليف الكوادر اللازمة لكل جلسة علاج، ولأن الفائدة السريرية مقارنةً بمنصات العلاج الإشعاعي التقليدية لم تُثبت بعد. ^{[ 36 ]}

تتوفر ملفات التصوير المتوازية لتصوير الجذع والقلب، لكنها لم تُعتمد بعد بشكل موحد لأجزاء الجسم الأخرى. وتُعدّ إعدادات الملفات الديناميكية لتصوير الكلام والجهاز العضلي الهيكلي من المجالات الرئيسية للبحوث الحالية. ^{[ 11 ]}

تستفيد عملية إعادة بناء الصور في التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الحقيقي من تقنيات التعلم الآلي أو التعلم العميق . يمكن تطوير نواة غير خطية ، أو دالة ربط، من نظام التحكم الآلي (ACS) لملء بيانات فضاء k وإنشاء الصورة النهائية. ^{[ 37 ]} تُسرّع هذه العملية بشكل ملحوظ عملية التصوير بالرنين المغناطيسي. يمكن تحقيق تجزئة الصورة أو تحديد الآفات من خلال التعلم الآلي. في التعلم العميق، باستخدام شبكة عصبية التفافية ، يمكن تحديد دالة الربط بواسطة الشبكة. يُحسّن كل من التعلم الآلي والتعلم العميق دقة الصورة وسرعة التصوير. ^{[ 37 ]}

تُعدّ أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي عالية الأداء ومنخفضة المجال المغناطيسي مجالًا آخرًا للتطوير. ^{[ 11 ]} تعمل هذه الأجهزة عند شدة مجال مغناطيسي منخفضة نسبيًا، مثل 0.35 تسلا أو 0.55 تسلا. تعاني العديد من تسلسلات التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الحقيقي، مثل bSSFP، من تأثيرات كبيرة خارج نطاق الرنين. تزداد هذه التأثيرات خطيًا مع شدة المجال المغناطيسي B0، لذا فإن تقليل B0 يقلل أيضًا من هذه التأثيرات التي قد تؤدي إلى ظهور تشوهات في الصورة. ^{[ 38 ]} يسمح هذا بفترات تكرار أطول (TR)، مما يفتح المجال أمام نطاق أوسع من طرق أخذ عينات فضاء k وتصميمات التسلسل. ^{[ 11 ]} أخيرًا، ستُقلل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي منخفضة الشدة من المخاطر المرتبطة بتسخين الغرسات المعدنية وتُخفض تكلفة التصوير بالرنين المغناطيسي. ^{[ 39 ]}