1.2. A mesterséges intelligencia alapjai
Az idegsejt kitüntetett nyúlványa, amely akciós potenciál generálására, gyengítetlen továbbítására, és - speciális végződései segítségével - átadására képes. Az idegsejt, vagy latin nevén neuron, az emberi szervezet egyik speciális sejtje. Az idegrendszer idegsejtek hálózatából épül fel. Az idegsejtek hálózata nyújtja azt az összetett működést, melyet az emberi agynak megfelelő bonyolultsági szinten mentális képességekkel, a tanulás a megismerés, a tudat az adaptív viselkedés, az érzelmek, a beszéd és jelenségeivel lehet jellemezni Az ember már számtalan természettől ellesett példát használt fel mesterséges eszközök létrehozására. Napjainkban a legmagasabbra tartott képességének, az intelligenciájának lemásolásához az intelligencia "hardverét" jelentő idegrendszer működésének modellezését tűzte ki célul. Ehhez elengedhetetlen a elemi összetevők, azaz az idegsejtek működésének megismerése csakúgy, mint az idegi szerveződés dinamikájának megismerése. A vizsgálatok napjainkban már a molekuláris biológia szintjén zajlanak. A kísérletekkel és vizsgálatokkal kinyert ismereteket gyakran felhasználják a mesterséges neuronok, illetve azok hálózatainak megalkotására. Az emberi idegrendszerben különféle alakú idegsejtek milliárdjai találhatók. Az eltérő alakok némileg eltérő működést is takarnak, de az idegsejtek alapfelépítése lényeges és azonos sajátságokat mutat. Az idegsejt, azaz neuron részei a sejttest a sejtmaggal, az inputként szolgáló sejttestnyúlványok, vagy más szóval dendritek, valamint a sejt ingerületét más sejtek felé továbbító axon.
Az axonok, az ingerületet, illetve az idegimpulzust más idegsejtek testére, dendritjére, vagy izmokhoz, mirigyekhez továbbítják, a végükön szinaptikus bunkócskát tartalmaznak. A dendriteken belépő impulzusok összeadódnak (nem feltétlenül egyszerű összegzésre kell gondolni). Amikor ezek az inpulzusok együtt elérnek egy küszöbértéket (threshold), akkor az axoneredetből kiindulva, az axonon keresztül elindul az akciós potenciál (spike), ami már aktív módon halad tovább. Ez azt jelenti, hogy a potenciálváltozás csillapítás nélkül terjed tovább az axonon. Ezek után egy rövid ideig az újabb akciós potenciál létrejötte nem lehetséges. Ezt az időszakot refrakter fázisnak (refractory period) nevezzük. Egyetlen spike ritkán képződik, leginkább hosszabb - rövidebb ideig tartó impulzussorozatok keletkeznek. Az axonok néhány század millimétertől méteres hosszig terjedő vezetékek, melyeket gyakran mielinhüvely burkol. Az idegimpulzus az idegrendszerben terjedő akciós potenciál. Az axonok tehát lehetnek mielin hüvellyel borítottak (mielinizált axon). Ez nem más, mint a glia sejtek nyúlványainak az axon körüli feltekeredése. Ezek között Ranvier befűződések találhatók, melyek közt ugrálva terjed az akciós potenciál, így gyorsabb a terjedési sebesség és kevesebb energiafelhasználással terjed. Az axonok végén fakoronaszerű elágazások vannak. Ezek az elágazások más neuronok dendritjéhez vagy sejttestjéhez (soma) kapcsolódnak. Az axon középső részén is lehetnek nyúlványok, ezeket collateralisoknak nevezzük. A különböző dendriteken bejövő impulzusok fáziskülönbsége jelentősen befolyásolhatja a számítás végeredményét, lehetővé téve egyetlen neuron számára bonyolult funkció elvégzését: egyszerűen megvalósítható például egy adott irányba, adott sebességű tárgy detektálása egyetlen neuron segítségével. Az emlősök esetében az agy fehérállományában találhatóak a mielinizált axonok, amik az agy egyes részeit kötik össze a gerincvelővel: szerepe tehát a gyors impulzustovábbítás.
Salánki János , 1998, Neurobiológia jegyzet
Bérci Norbert: Neurális hálózatok alapjai (áttekintés), Hozzáférés dátuma: 2011. május. 24.
Kidolgozó
Szalontai Eszter (SE, eszter.szal@gmail.com)
A funkcionális MR (fMR) egyre növekvő szerepet kap a neurológiai betegségek kivizsgálásában. Mivel az fMR megbízható és reprodukálható vizsgálóeljárás, az utóbbi időbe az epilepszia műtét előtti kivizsgálásának alapvető eszközévé vált az elokvens területek és az epilepsziás góc viszonyának meghatározásában. Előzetes adatok alapján a memóriaaktivált fMR képes előre jelezni az epilepsziaműtét utáni memóriaproblémákat. Beszédaktivált fMR a féltekei dominancia meghatározásának leggyakrabban használt eszköze. Az agy látás- és mozgásközpontjai rutinszerűen meghatározhatók fMR segítségével, amely lényegesen megkönnyíti az epilepsziasebészeti kivizsgálást. Az fMR EEG-vel kombinálva ígéretes új diagnosztikai eljárás lehet mind az epileptológiában, mid az alvásmedicinában. Az fMR hasznos vizsgálóeljárás a veszélyeztetett, de menthető agyi területek meghatározásában akut cerebrovascularis eseményt követően. Az fMR prognosztikai jelentőségű a stroke hosszú távú funkcionális kimenetelében és rehabilitációjában.
FMR segítségével a látás, motoros és memóriarendszerek adaptív reorganizációját láthatjuk tünetmentes relapszusremisszió kórformájú sclerosis multiplexben (SM). Kiterjedtebb reorganizációt látunk szekunder progresszív SM-ben. Ez felveti annak a lehetőségét, hogy az SM különböző formái és stádiumának felelnek meg:az SM akkor kezd progrediálni, amikor az agyban kimerültek az adaptív reorganizációs mechanizmusok.
Az fMR még a morfológiai eltérések előtt jelezheti a kezdődő Alzheimer-kórt. Egyes vizsgálatok eredményei szerint az fMR segítségével követhetjük a dementia kezelésének hatékonyságát. Az fMR segítségével nyomon követhetjük a Parkinson-kór gyógyszeres és funkcionális idegsebészeti terápiáját, és segít a terápiás hatás megértésében.
Kezdetben a mágneses rezonanciás képalkotást (MR) pusztán az agy anatómiai és patológiás struktúráinak feltérképezésére, strukturális elváltozások keresésére és azok vizsgálatára használták. Ogawa és munkatársai felfedezésének köszönhetően azonban újabb lehetőséggel bővült az MR felhasználásának köre. Az MR-rel nemcsak az adott agyterület struktúrája vizsgálható, hanem a funkciója is. Ezt az eljárást „funkcionális” MR-nek (fMR) nevezik. Az fMR-t nemcsak az alapkutatásban az agy „funkcionális” feltérképezésére használhatjuk, hanem a klinikumban is számos területen fontos szerepet játszhat a beteg állapotának felmérésében, például az epilepszia kivizsgálásában és az idegsebészeti műtétek előtti tervezésben.
Fox és munkatársai megfigyelték, hogy az aktív agyterületben jobban növekszik az artériás vér beáramlása, mint az oxigén felhasználás. Ez pedig azzal jár, hogy a dezoxihemoglobin szintje lokálisan csökken, mintegy kimosódik. Ogawa és munkatársai ezt a megfigyelést felhasználva vizsgálták az idegi aktivitást az agyterületen áramló vér oxigenizáltsági fokának megváltozásától függően (blood oxygenation level dependent: BOLD) MR segítségével.
Aktív agyterületekben csökken a paramágneses tulajdonságú dezoxihemoglobin szintje. Ezért lokálisan csökken a mágneses szuszceptibilitás, amely hosszabb T2* -relaxációs időt eredményez, vagyis nő a regisztrált jel erőssége.
Fejlettebb országokban a jobb anyagi lehetőségeknek köszönhetően az fMR-vizsgálatokat jobb érzékenységű, nagyobb térerejű MR-készülékeken végzik. Másrészt az MR-gyártó cégek is a nagyobb térerejű készülékek használatára ösztönzik a felhasználókat a jobb jel/zaj viszony miatt. A fejlesztéseknek köszönhetően a modern 1 T-s készülékekkel jobb homogenitás és érzékenyebb jeldetektálás érhető el. Ez lehetővé teszi a korábban nagyobb térerőt igénylő vizsgálatok (például az fMR) elvégzését is.
Magyarországon a kórházakban elérhető MR-készülékek többsége is 1 T-s mágneses térerejű, hasonlóan a Pécsi Diagnosztikai Központban található készülékhez.
A jel detektálására és gerjesztésére standard Siemens fejtekercset alkalmaztunk. AzfMR-képeket kétdimenziós echoplanar-imaging (EPI) szekvenciával nyert képek értékelésével nyerhető. Az EPI-szekvencia paraméterei a következők voltak: TR6TE: 2000 ms/80 ms, sprektrális ablak sávszélessége (receiver bandwidth): 750 Hz, felbontás: 64x64, a vizsgált szelet nagysága (field of view): 200x200 mm, szeletvastagság: 5 mm. A mozgáskorrekciót és az adatfeldolgozást a Sygno felhasználói felületbe beépített opció felhasználásával végeztük. A nyugalmi és aktivált állapotban nyert felvételen a szignifikáns intenzitáskülönbséget mutató pixeleket t-próba segítségével különítettük el. A z-érték minden esetben nagyobb volt, mint 3,5. Az ehhez tartozó szignifikanciaszint: p<0,001.
Az alapvizsgálatokat egészséges felnőtteken végezték. A vizsgálat során folyamatosan EPI-felvételeket készítettek több szeletben; közben a vizsgálati alany periodikusan hajtotta végre az adott feladatot. Mind aktív, mind inaktív fázisban tíz-tíz felvételt nyertünk, és az aktív-inaktív átmeneti fázisban nyert két kép nem került be a statisztikai analízisbe. Az aktív és az inaktív állapotot hat-hatszor ismételve a teljes vizsgálati idő négy percet tett ki.
A következő paradigmákat alkalmazták:
-
Ujjak összeérintése (finger-tapping): A vizsgálat a gyrus prae- és postcentralisban jelentkező aktivitás kimutatására alkalmas, szenzomotoros inger alkalmazásával. Az alany- az aktív fázis közben- hüvelykujjához érinti hozzá külön-külön a többi ujját, minél gyorsabban.
-
Belső szógenerálás: A paradigma a beszédközpontokban jelentkező aktivitást vizsgálja. Az alany-az aktív fázisban-általunk kijelölt betűvel kezdődő szavakra gondol anélkül, hogy kimondaná.
-
Mentális navigáció (visuos-pacialis memória használata): Az eljárás a formatio hippocampalisban fellépő aktivitást vizsgálja. Az alany-az aktív fázisban-gondolatban próbál eljutni egy általa ismert helyszínről egy másikra (például otthonról a munkahelyére). A feladat lényege, hogy minél több-általa ismert- helyszínt próbáljon felidézni a gondolatbeli út során.
Az aktivációs fázis alatt szignifikáns (z>3,5) jelnövekedést mutató pixeleket a képeken fehérrel ábrázolódik. Valódi aktivációnak tekintjük, ha egymás mellett legalább négy pixel jelnövekedést mutat.
Az fMRI által az agyi aktivitásról nyújtott információ jól hasznosítható a neuropszichológiai alapkutatásban és a mindennapos klinikai gyakorlatban is. Az idegsebészeti műtétek előtti tervezésnél az elokvens agyi területek vizualizálása sok esetben elengedhetetlen, például a gyrus prae- és postcentralis határainak pontos kijelölése centrálisan elhelyezkedő, diszlokációt okozó tumor esetében. Továbbá a balkezes betegek 30%-ában és a temporalis lebeny epilepsziában szenvedő betegek 25%-ában atípusos beszédközpont-lokalizáció figyelhető meg. Ugyancsak hasznos információ nyerhető az epilepsziás betegek vizsgálatakor. Például temporalis lebeny epilepsziában szenvedő betegek esetében a fókusz oldalán a formatio hippocampalisban kisebb aktiváció vagy az aktiváció hiánya figyelhető meg memóriaparadigma során. Ezek a funkcionális vizsgálatok PET-tel is elvégezhetők, azonban az fMR nagy előnye, hogy nem igényli radioaktív kontrasztanyag befecskendezését, a vizsgálati idő viszonylag rövid (néhány perc a vizsgálat menetétől függően), a nyert felvétel felbontása sokkal jobb, szélesebb körben hozzáférhető és olcsóbb. Mivel Magyarországon főleg 1 T-s készülékek működnek, a cél volt annak bemutatása, hogy alacsony térerőn is lehet funkcionális MR-vizsgálatokat végezni.
Schwarcz Attila, Auer Tibor, Komoly Sámuel, Dóczi Tamás, Janszky József, 2007, Funkcionális Mágnesesreonancia-vizsgálat 1 Tesla térerőn. Alapparadigmák és klinikai alkalmazás, Ideggyógyászati szemle 60. Évfolyam 7-8. Szám, 337-341.
Auer Tibor, Schwarcz Attila, Horváth Réka, Barsi Péter, Janszky József, 2008, Functional magnetic resonance imaging in neurology, Ideggyógyászati szemle 61. Évfolyam 1-2. Szám, 16-23.
Fráter Lorand, 2010, Radiologia, Budapest, Medicina Könyvkiadó Zrt.
Az fMRI vizsgálat során a vér oxigenizációját mérjük non-invazív módon a teljes agytérfogatban, ebből következtetünk a lezajló idegi aktivitásokra. A módszer térbeli felbontása mm-s, időbeli felbontása másodperces nagyságú. A BOLD (blood oxigenation level dependent) funcionális MR vizsgálat alapja az oxyhemoglobin és deoxyhemoglobin mágneses tulajdonságainak különbsége. Aktívabb szövetben az oxy-/deoxyhemoglobin arány megváltozik a nyugalmi helyzethez képest (1.sz. ábra)
Amíg a morfológiai leképezés egyes szervek, szövetek alaki jellemzőit mutatja be, addig a funkcionális képalkotás ezek működését jeleníti meg valamilyen képi formában. Attól függően, hogy milyen működést – mozgást, anyagcserét – szeretnénk tanulmányozni, más és más képalkotó technika áll rendelkezésünkre. A legegyszerűbb megjeleníthető működés a mozgás, ami átvilágítással vagy bármilyen egyéb, a szervek helyzetét kellő gyakorisággal bemutató eljárással elemezhető. Általában a történésekkel egyidejű, ún. real time leképezésre törekszünk. A 4D megjelenítés ténylegesen mozgáskövető, és térbeli leképezés és az időbeli felbontás összekapcsolásának köszönhetően a képernyőn a vizsgált szerv saját mozgásával egy időben változó, térézetet keltő ábrázolás.
Ugyanazon térfogat folyamatos, vagy meghatározott időablakon belül többször megismételt letapogatással szöveti működéseket lehet leképezni. Az MR és a nukleáris medicina (ezen belül molekuláris képalkotás is) a mozgáson túl sok egyebet- vizelet kiválasztást, véráramlást, kontrasztanyag halmozást, izotópdúsulást, membrán permeabilitást, neuron aktivitást stb.- képes ábrázolni. Ezek időbeli egymásutánba rendezésével dinamikus információkhoz lehet jutni. A szervezetben keletkezett, vagy oda bejuttatott anyagok sorsa, eloszlása is nyomon követhető a metabolikus képalkotás segítségével. A könnyebb értelmezés végett az egyes szervek működésére vonatkozó számszerű adatokat idő-aktivitás görbék mellett célszerű statisztikai megoszlási térkép formájában a morfológiai képre vetíteni. Mindezekkel egyre jobban megvilágíthatjuk a szervezet egészséges működésének folyamatát éppúgy, mint a betegségek hátterében zajló működési zavarokat. A funkcionális képalkotás módot ad a gyógyszerhatások nyomon követésére és a kezelések adott célterületre összpontosítására vagy személyre szabására is.
Az MR-technika mozgásérzékenységét kihasználva, kis térfogatról, sok egymást követő méréssel, gyors képváltású cine-MR segítségével a mozgásjelenségeket is követni lehet, elsősorban a szív, izületek és inak mozgásainak tanulmányozására.
Diffúziós tenzor-technikával azt használjuk ki, hogy amíg tiszta folyadékokban a diffúziós mozgás minden irányban egyforma, szövetekben a vízmolekulák hajlamosak követni egyes képletek (a gyakorlatban elsősorban idegrostok) lefutását. A térbeli mozgás-vektorok (tenzorok) meghatározásával, a vízmolekulák vándorlásának irányából következtetni lehet az egyes neuronok agyállományon belüli összeköttetéseire is. Az idegpályák így nyert 3D térképe messze több ismeretet közvetít, mint egy műtét vagy akár a boncolás.
Nagy térerő szükséges a kontrasztanyag áthaladásának sebességét és mértékét leképező perfúziós vizsgálatokhoz is. Ezzel nem az egyes erekben áramló vért jelenítjük meg, hanem egy adott szövet teljes tömegében, egy adott időpontban tartózkodó összes vérmennyiséget. Ezek elsősorban a központi idegrendszer, illetve a szívizom vizsgálatára alkalmazhatók. Megfelelő mérési technikával a vértérfogat mellett a vér áthaladási ideje is mérhető, aminek főleg agyi ischaemias folyamatokban, a gyógyulási kilátásokat illetően van klinikai jelentősége.
A légzés ventillációs vizsgálatához He- vagy Xe-izotópot kell belélegeztetni, ugyanis a tüdőben lévő levegőben kevés a képalkotásra használható hidrogén.
Az „endogén kontrasztanyagos” képalkotás az áramló vér dezoxyhaemoglobin tartalmának mérése révén egy kiválasztott terület oxigenizációjának, azaz vérátáramlásának változását érzékeli. Mivel az agyműködés során, különféle feladatok megoldásakor más és más terület aktiválódik, az egyes központok elhelyezkedése és szerepe a vérátmosás gyors felfutása alapján viszonylag könnyen azonosítható. A finomabb agytevékenység - mint akár a zenehallgatás vagy számolás alatt serkentendő kérgi területek –elemzése legalább olyan pontos, mint a nukleáris medicina legfejlettebb módszereivel, de sokkal rövidebb idő alatt megoldható. Az anatómiát mutató szokványos MR-képbe beillesztik a kiválasztott területek vérátáramlásának statisztikai térképeit. Az eljárás alkalmas bizonyos agyterületek aktivitásának, gyógyszeres gátlásával egyes szerek farmakodinámiás hatásosságának megítélésére is.
A neuron aktivitás vizsgálata az idegtevékenység során fellépő elektromos impulzusoknak a térerő homogenitását zavaró hatásainak kimutatásán alapul. Az igen csekély eltérések megjelenítéséhez nagyon erős és nagyon egyenletes eloszlású térerő mellett szabadon mozgatható segédtekercs is szükséges. A módszert inkább tudományos célra használják.
Az MR-vizsgálatot eredetileg nem képalkotásra, hanem olyan kíméletes anyagelemzési célra dolgozták ki, amelynek során a minta nem károsodik. Legalább 1,5 Tesla mágneses térerejű berendezésekkel a szövetek anyagi összetétele és anyagcseréje az élő szervezet bármely részében, mintavétel nélkül, kémiailag elemezhető. A technika széleskörű klinikai alkalmazása még várat magára.
Víztartalmú képletek elemzésére alkalmas számítógépes képmegjelenítő módszer, mely az atommag elemi mágneses tulajdonságain alapszik. Az atommagon belül a protonok pörgettyű-szerű mozgása kinetikus és mágneses forgató-nyomatékot hoz létre. Az emberi testben több olyan atommag van (hidrogén, fluor, nátrium, foszfor), melyek mágneses forgató-nyomatékkal bírnak. Az MR-módszer szempontjából jelentősége csak a hidrogénnek van, mert ez szervezetben levő atomok kétharmad részét teszi ki.
A vizsgált testrészt mágneses térbe helyezve a random orientációjú protonok az erőtér mágneses vektorának irányába rendeződnek. Ezt követően 21 Mhz körüli frekvenciájú rádiófrekvenciás (RF) impulzussal energiát közölnek a vizsgált területtel. A protonok mozgási frekvenciája mintegy 21 MHz, ezért magrezonancia jön létre – innen a módszer elnevezése. Ezen excitáció, gerjesztés következtében magasabb energiaszintre kerül a rendszer. Az RF pulzus megszűnésekor bekövetkezik az eredeti energia-szintre történő visszaállás, melynek időtartama a szöveti környezet molekuláris szerkezetétől és halmazállapotától függ. A többletenergiát a protonok szöveti környezetüknek adják át. Az MR módszer téri felbontása mm-s nagyságrendű, elsősorban a lágyszövetek vizsgálatában elsőrendű fontosságú (1-2.sz. ábra).
A kép keletkezése:
Az atommagok egyes alkotóelemei, a pozitív elektromos töltésű protonok, perdületüknek (spin) köszönhetően mágneses teret hoznak létre maguk körül. A mágnesesség kifelé csak a páratlan protonszámú magokban érvényesül, ezért képalkotásra is csak a páratlan rendszámú elemek használhatók. Erős, homogén mágneses térbe helyezve, az eredetileg véletlenszerűen elhelyezkedő részecskék a küldő mágneses tér erővonalainak irányába állnak be. A rendeződött protonok tengelye párhuzamos lesz a berendezés által előállított mágneses tér- zárt mágnesű készülékben egyúttal a beteg – hossztengelyével.
Az elemi mágnesek azonban eközben sem kerülnek nyugalmi állapotba, hanem búgócsigára emlékeztető módon, körkörösen kerülgetik a külső mágneses tér erővonalait, precessziós mozgást végeznek. A spinek ilyenkor még összerendezetlenül támolyognak, tengelyeik egy-egy adott időpillanatban a pólusaik által bejárt körpálya legkülönbözőbb pontjaira mutatnak. A precesszió rezgésszámát, az ún. Larmor-frekvenciát a protonokra ható, külső mágneses erőtér nagysága és az anyag belső szerkezetéből eredő hatások együttesen határozzák meg.
Ha a vizsgálandó testtel rádiófrekvenciás impulzus formájában energiát közlünk, azt csak az adott pillanatban és helyen éppen a rádióhullámok rezgésszámával azonos precessziós frekvenciájú protonok tudják átvenni. Az energia felvétel során az addig más-más fázisban köröző protonok mozgása összehangolódik, valamennyi pólus a körpálya ugyanazon pontjára mutat. Az impulzus kis is billenti a párhuzamosan rendeződött protonok perdületét. A spinek külön-külön gyenge mágnesességéből egy jól mérhető nagyságú, a külső mágnes erővonalakra merőleges, harántirányú forgó mágneses vektor épül fel.
A rádiófrekvenciás impulzus megszűnte után a protonok leadják a fölös energiát, a spinek visszatérnek eredeti, alacsonyabb energiaszintű, rendezetlen állapotukba. Az ún. relaxáció folyamán a forgó vektor kitérése egyre mérséklődik, a kibillenés csökkenésével egyidejűleg pedig újra felépül a külső erővonalakkal párhuzamos mágnesesség. A mágneses vektor forgása a testet körülvevő detektor tekercsben jól detektálható elektromágneses jelt, szignált hoz létre. Ahol nincs vagy túl kevés a proton, vagy nem jön létre rezonancia, ott nem keletkezik jel.
Az egyes protonok viselkedését nem csupán a külső mágneses tér, hanem a szomszédos molekulák fizikai tulajdonságai is befolyásolják. Ha a környezet a relaxáció során könnyen vesz át energiát a protontól, a csillapodás gyorsabb lesz és fordítva. Közvetlenül a rádiófrekvenciás impulzust követően a testből érkező jel erősségét a rezonanciába kerülő protonok száma, valamivel később azonban már molekuláris környezetük határozza meg. Az egyes szövetek különböző megjelenése annak köszönhető, hogy a bennük lévő protonok mennyisége eltérő, és azok a mágneses térerő, a nagyfrekvenciás elektromágneses impulzus behatásaira is eltérően válaszolnak.
Az MR –kép a protonok eloszlását és kötöttségi állapotát megjelenítő, számított 3 dimenziós kép.
Az MR képalkotás az 1970-es évek nagy jelentőségű felfedezése volt, a 80-as évek közepén terjedt el az orvosi gyakorlatba. Működésének alapja az 1946-ban leírt ún. mágneses magrezonancia (nuclear magnetic resonance, NMR) fenomén. Nagy előnye, hogy nem alkalmaz ionizáló sugárzást, így nincs káros biológiai hatása az emberi szervezetre. A CT-vel ellentétben itt bármilyen síkban készíthetünk felvételt, nem csak harántsíkban. MR segítségével pontosabban el lehet különíteni a jó- és rosszindulatú elváltozásokat, és bár a csontok vizsgálatára kevésbé alkalmas, a lágy szövetekről ez a vizsgálat nyújtja a legpontosabb információt.
Az MR vizsgálatot eredetileg nem képalkotásra, hanem olyan kíméletes anyagelemzési célra dolgozták ki, amelynek során a minta nem károsodik. Legalább 1,5 Tesle mágneses térerejű berendezésekkel a szövetek anyagi összetétele és anyagcseréje az élő szervezet bármely részében, mintavétel nélkül, kémiailag elemezhető. A technika széleskörű klinikai alkalmazása még várat magára.
Az MR vizsgálat elsősorban a hidrogénben gazdag víz és zsír, illetve az elmozdulások kimutatásában érzékeny- ezeket „látja”. Szöveti felbontóképessége azonban ennél lényegesen szélesebb körű: a módszer a különböző szövetek jellemzésére az ultrahanghoz hasonlóan több, egymástól eléggé eltérő mutatót tud felhasználni. Egyazon területről a rádiófrekvenciás impulzus-sorozat jellege, illetve a visszaérkező szignál mérési módja függvényében más és más kép nyerhető. Ugyanakkor a kapott értékek mindig viszonylagosak, a Hounsfield-értékektől eltérően nem számszerűsíthetők.
A víz T1 súlyozott képeken jelszegény, fekete, T2 súlyozott képeken pedig jeldús, fehér. Az egyes szervek többnyire valamilyen köztes, szürke árnyalatban jelennek meg. A vízben szegény kötőszövet, ín, porc, szalag alig ad jelt. A véralvadék relaxációs ideje az idő függvényében változik, mert a haemoglobin bomlása folyamán a vas időről időre más molekuláris környezetbe kerül. A légtartó területek és az ásványi anyagokban gazdag csontok vagy meszesedések, kövek jeladása alig vagy nem mérhető, a zsíros csontvelő azonban a csontot is kirajzolja.
Az MR-vizsgálat egyik erőssége, hogy a gyulladt vagy daganatosan beszűrt, vizenyős területek meggyőzően ábrázolhatók. Korlátozó tényező maga a mágnes, mert a térerő eloszlásának egyenetlensége messzemenően meghatározza, hogy a szövetekben mekkora mágneses egyenetlenségek mutathatók ki egyáltalán. A számítógép, illetve a képrekonstrukciós algoritmusok teljesítménye nem érte még el azt a szintet, ami az igazán finom felbontáshoz szükséges lenne. A hosszú adatgyűjtési idő alatt mozgási életlenség és műtermékek jöhetnek létre.
Az MR vizsgálat segítségül hívása leginkább a szakintézeti, klinikai kivizsgálás részeként, olyankor indokolt, ha egyéb módon nem jutottunk eredményre, vagy azok pontosításra szorulnak. Perdöntő adatokat, nagy pontosságú megjelenítést a vizsgálat alatt el nem mozduló szervekben, elsősorban a központi idegrendszer (1. ábra) és a vázizomzat, ízületek területén, az oedemák, elhalások felismerésében, illetve a csontvelőben várhatunk tőle. A módszer a gátor és kismedence áttekintésén túl egyre inkább használatos a máj gócos elváltozásainak elkülönítésében, a vese- és mellékvese daganatok kórismézésében, a gyomor-bélhuzamot érintő gyulladásos betegségek aktivitásának, illetve a daganatok terjeszkedési stádiumának meghatározásában.
A mérések mozgás- érzékenységét felhasználva angiogramot akár kontrasztanyag nélkül is elő lehet állítani minden olyan érszakaszról, amelyben a vér kering. Kontrasztanyaggal végzett MR-angiográfia az érrendszeri betegségek nem invazív vizsgálatán túl főként a szív és koszorúerek áramlási viszonyainak elemzésében bizonyult előnyösnek.
Az MR-vizsgálat előnye, hogy a röntgenvizsgálatoktól eltérően, nem használ ionizáló sugárzást és az előkészítés jobbára mellőzhető. Erőssége a lágyrészek és keringő vér, különböző eredetű szöveti vizenyők mellett az agyműködés és légzés funkcionális vizsgálata.
Hátrány viszont, hogy a módszer lineáris felbontása egyelőre korlátozott és a mérések többször tíz percig is eltartanak, ami nehezíti az együttműködésre képtelen beteg vizsgálatát. A módszer érzékenysége korlátozott ki kiterjedésű meszesedések és friss vérömlenyek kimutatásában. A nagy térfogatot érintő, hosszú mérési folyamat alatt a mellkasban és hasban gyakran keletkeznek mozgási műtermékek. Az elmozdulás miatt a kisgyermekek, nyugtalan vagy zavart felnőttek, súlyos sérültek nem vagy alig vizsgálhatók. Túlságosan testes egyedek be sem férnek a zárt mágnes gyűrűjébe. A szűk méretalagútban némelyek olyan súlyos bezártsági iszonytól szenvednek, hogy nyugtatóra szorulnak, sőt a vizsgálat meg is hiúsulhat.(2. ábra).
A készülék akadályozza a betegek közvetlen megfigyelését és a hozzáférést. Az esetleges altatáshoz nem mágnesezhető, az ún. „MR-kompatibilis” felszerelésre van szükség.
Annak dacára, hogy az MR- vizsgálat nem jár sugárterheléssel, korlátozott hozzáférhetősége és meglehetősen költséges volta miatt javallata kellő megfontolást igényel.
A szinapszis elnevezés eredeti alakja ’synaptein’, amit a görög ’syn-’(együtt) és ’naptein’ (csatolni, szorítani) szavakból alkottak. A szinapszis idegsejt kapcsolódása más sejttel, amely lehetővé teszi az ingerületi állapot átadását.
A neuronok szinapszisokon keresztül kapcsolódnak egymáshoz. A századfordulón kezdődött, és több hullámban, több mint ötven évig tartott a nagy vita arról, hogy vajon a neuronok végződéseiken keresztül fizikailag összeérnek-e, vagy önálló, diszkrét entitások. A neuron doktrína igazságát az elektronmikroszkóp felfedezése után lehetett véglegesen igazolni.
A szinapszisok nagy része az ingerületet kémiailag közvetíti, vagyis a preszinaptikus axonvégződésből transzmitter anyag szabadul fel. Ez aztán a posztszinaptikus sejt membránján elhelyezkedő receptorhoz kötődik, és ott speciális szinaptikus ioncsatornák kinyílását eredményezi.
Ha egy neuronhálózat számításához nem akarjuk - és tényleg nem akarjuk - figyelembe venni a szinaptikus kölcsönhatás mögötti neurokémiai folyamatok részleteit, úgy fenomenologikus formulát használunk. A legegyszerűbb ilyen függvény (alfa-függvényként hivatkoznak rá):
gsyn(t) = gmax · t/ t0 · e1-t/ t0
A függvény gyorsan tart gmax-hoz, amit t=t0-ban vesz fel, majd lassabban nullához. A szinaptikus áttevődést tehát két paraméterrel jellemezzük: egy szinapszis "lassú", ha t0 viszonylag nagy, és "erős", ha gmax nagy.
A neuronhálózatok tehát serkentő és gátló szinapszisokkal összekötött sejtekből állnak. Szigorúan véve a "serkentő" és "gátló" minősítés egyetlen szinaptikus kapcsolatra jellemző és a transzmitter-receptor kölcsönhatás határozza meg, de gyakorlatilag a preszinaptikus sejt típusa a döntő (Dale-elv). Így aztán a kialakult terminológia szerint serkentő és gátló neuronok vannak, korántsem egyenlő számban. Az agykéregben például a sejtek 80-90 százalékát alkotja a serkentő sejtek legelterjedtebb fajtája, a piramissejt.
A gátló sejtek is fontos szerepet játszanak az idegműködés szabályozásában, minthogy a "túlgerjesztés" ellen dolgoznak. Úgy tűnik például, hogy az epileptikus rohamok mögött a gátló hatás csökkenése állhat
A részletes egysejt-modellek felhasználásával épített hálózatokon végzett szimulációs kísérletek számára a számítógép kapacitása jelentős korlátot jelent. E korlátok miatt a modellezők csak kis hálózatok építésére vállalkozhatnak, azonban bizonyos körülmények között jó közelítéssel mondható, hogy egyetlen modell-neuron több, azonos típusú neuront "szimbolizál". Ha ezek a körülmények nem állnak fenn, és nagy hálózatok szimulálására törekszünk, akkor modellezési stratégiánkat kell megváltoztatni. A hálózati modellek tehát az idegi membrán ingerelhetőségét magyarázó mechanizmusok egyszerűsítésével a sejtek közötti kommunikáció szerepére összpontosítanak.
![Gráf kétféle típusú csomópontokkal és kétféle (serkentő [+] és gátló [-]) élekkel](/mi_almanach/sites/default/files/books/257/files/Kepek/6364/szinapszis.jpg)
Valamely neuronhálózatot irányított, színezett és címkézett gráffal reprezentálhatunk (1. ábra). A gráf csomópontjai a (típusuk szerint színezett) neuronok, élei a szinapszis típusa szerint címkézett szinapszisok, az irányítás pedig a preszinaptikus sejttől a posztszinaptikus sejt felé tartó ingerületátadás irányával megegyező. A gráfok szerkezete és a neuronhálózat dinamikus működése között összefüggés van. A gráfhoz rendelhető és a sejtek közötti kölcsönhatásokat jellemző szinaptikus mátrix sajátérték-analízise (bizonyos osztályokra egyértelmű) információt ad arra kérdésre, hogy a hálózat dinamikája fixponthoz tart-e, vagy pedig oszcillációt és/vagy káoszt mutathat.
A neuronhálózat működését kétszintű dinamikával szokás jellemezni:
-
Egyrészt az egyes neuronok aktivitása időben változik a külső inger, és a többi neuron szinapszisok által közvetített hatására,
-
Másrészt a szinapszisok hatékonysága is változik az időben, ez az, amit "tanulásnak" szokás nevezni.
Általánosan:
da/dt=f(a,S,t
dS/dt = F(a,S)
ahol a az összes neuron aktivitásából képzett vektor, S pedig a szinaptikus hatékonyság-mátrix. Az f függvény alakja határozza meg az aktivitásdinamikát, az F funkcionál pedig a tanulási szabályt adja meg.
Atkinson, R.L., Atkinson, R.C., Smith, E. E., Bem, D. J., 1993/1994, Pszichológia, Budapest, Osiris – Századvég
Dúll Andrea, Oláh Attila, Bugán Antal, 2001, Fejezetek a pszichológia alapterületeiből, Budapest, ELTE Eötvös Kiadó, 37-65.
Az egészségügy szolgáltatásaival szembeni egyre növekvő mennyiségi és minőségi elvárások a rendelkezésre álló erőforrások hatékonyabb felhasználását indokolják. A beteg állapotát leíró, az ellátás során az orvos döntéseit támogató adatok gyűjtése, feldolgozása és továbbítása nem minden esetben követeli meg a közvetlen és állandó, fizikai orvos-beteg kontaktust, ahogyan az ellátási folyamat egyes fázisai sem igénylik folyamatosan a teljes gyógyító infrastruktúra helyben rendelkezésre állását. A telemedicina új orvosi eljárásainak bevezetése beruházás igényes, azonban a befektetés társadalmi, de akár egyéni szinten is megtérülhet.
|
„Az orvosi információk egyik helyről a másikra elektronikus hírközléssel történő továbbításának alkalmazása, a beteg egészsége érdekében vagy az egészségügyi szolgáltató képzése és a beteggondozás fejlesztése céljából”. |
||
| --Az American Telemedicine Society definíciója szerint a telemedicina: | ||
(A telemedicina esetében is filozófia mélységekbe vezethet a beteg – nem beteg fogalom tisztázása, gondoljunk csak az öngondoskodásra, ezért tanulmányunkban, mint ahogyan az egészségügyben általában akkor is „betegnek” nevezik a szolgáltatást igénybe vevőt, ha az egészséges.)
Az orvosi információk a beteg állapotát leíró adatok, az orvos által küldött üzenetek. A rádió, vagy telefon útján történő konzultációk, vagy akár a lelkisegély-szolgálat is a telemedicina fogalomkörébe tartoznak.
A telehealth elnevezés ettől tágabb fogalomkört ír le. Általában az információs és kommunikációs technológiák alkalmazását jelenti az egészségügyben, nemcsak a gyógyító tevékenység, hanem általában a működés, így a gazdálkodás, adatszolgáltatás, során is.
Az ehealth (vagy e-health) a telehealth-nek speciálisan az Internet használatán alapuló szűkítése (lásd e-learning, e-commerce, stb.).
Store-and-forward, azaz a beteg oldali egység adatgyűjtés, esetleg adatfeldolgozás is végez, majd a kívánt adatot tömörített formában továbbítja a feldolgozó egység felé. Jellemzően ilyen alkalmazások:
-
teleradiológia
-
telepatológia.
Real-time, azaz a beteg oldali és az orvos oldali eszközök on-line kommunikációt végeznek. Jellemzően ilyen alkalmazások:
-
telekardiológia
-
telementális segítőrendszer (pl. videokonferencia technológia alkalmazása a pszichiáter és a mentális ellátásra szoruló beteg között)
-
teleneurológia
-
teledermatológia
-
telerehabilitáció.
-
teleaudiológia
-
telefogászat.
Remote patient monitoring, amikor biometrikus adatok tárolása és/vagy továbbítása történik az előző két módszer alkalmazásával. Jellemzően ilyen alkalmazások:
-
otthoni dialízis
-
távoli intenzív osztályos ellátás felügyelet
-
otthoni telehealth (Personal Health System)
-
betegségmenedzselés.
A távgyógyászat robbanásszerű fejlődése az utóbbi 15-20 év eredménye, azonban a kezdetek régebbre nyúlnak vissza. Már 1924-ben egy Radio Magazin az Amerikai Egyesült Államokban közölt egy rajzot egy orvosról, aki a rádiója „képernyőjén” figyelte betegét. Az első igazi, gyakorlati alkalmazás bemutatására az 1951-es New York-i Világkiállításon került sor. 1957- ben Albert Juras Montrealban megkezdte a teleradiológia gyakorlati alkalmazását.1967-ben már mikrohullámú, fekete- fehér képi kapcsolat létezett a Bostoni repülőtér és a Massachusetts-i Központi Kórház között, a sürgősségi ellátás segítésére.
-
Döntést támogató és oktató rendszerek (Tudásbázis alapú döntést támogató rendszer): szakmai adatbázisok, konzultációk, oktatás.
-
Távérzékelő rendszerek (Táv-diagnosztika): betegről adatok átvitele (Rtg. Kép, EKG, személyi adatok stb.) egy másik helyszínre ahol a döntést hozó szakember véleményezi azokat.
-
A betegek valós idejű („real-time”) kezelését a távolból végző rendszerek (Táv-kezelés): Ilyenek például a robot műtétek, amelyet a beteg oldalán lévő robot végez a távolban levő orvos utasításai szerint.
Táv-konzílium/szupervízió: A diagnózis felállításában, a kezelés menetébe különböző kommunikációs eszközökön keresztül távoli orvos/szakszemélyzet kapcsolódik be.
Táv-manipuláció: A vizsgálatot vagy beavatkozást végző személy távérzékelőkre támaszkodva távolról vezérli/végzi a vizsgálatot (pl.: endoszkópos vizsgálat) illetve beavatkozást
Távdiagnosztika: A diagnózis alapját adó vizsgálat elkészítője és a diagnózis felállítója (a lelet készítője) térben elválik egymástól, de szükség esetén interaktív kapcsolatban vannak.
Távfelügyelet: Az egészségügyi szakszemélyzet jelenlétét a betegnél levő/őt figyelő jelfogók és jeltovábbítók pótolják. A módszer a fogadó oldal interaktivitását feltételezi.
Az egyéni és intézeti igényeket figyelembe véve a következő telemedicinális ellátások megvalósítására van lehetőség:
-
Telekonzílium (e-kommunikáció): Egészségügyi ellátók, szakemberek közötti párbeszéd, mely egy adott problémára kínálhat azonnali megoldást, de lehetőséget teremt rendszeres, több résztvevős szakmai konzultációra is.
-
Teleradiológia: 3 részből áll: Képfeldolgozás: Standardja a DICOM. A feldolgozott képi információt a nagyobb adatátviteli sebesség miatt sűrítik. A sűrítési eljárások lehetnek veszteségesek, vagy veszteség nélküliek. Veszteséges sűrítési eljárás például JPEG. A nagy felbontású képek 30:1 arányú sűrítését teszi lehetővé a „wavelet transformation” amelyet mammográfiás, illetve röntgen képeknél használnak.
Lejátszó rendszerek: Lényeges, hogy a feldolgozott képi információt jelveszteség nélkül, megfelelő felbontásban, kontraszttal és fényességgel tudja visszaadni.
Interpretációs egység: Általában „ablakos” formában megjelenő képi információ módosítására, értékelésére, mérések elvégzésére alkalmas.
-
telepatológia, telecytológia: A telepatológiának is első lépése a képi információ digitalizálása és tárolása egy multimédia rendszerhez tartozó megfelelő kapacitású számítógép adatbázisában. Ezt követően a tárolt információt valamilyen kommunikációs csatornán keresztül (LAN, WWW, ISDN, Műhold stb.) juttatják el a konzulenshez vagy a leletező kórboncnokhoz. A dinamikus telepatológia esetén a valós idejű, videokamera élő kép jelenik meg a konzulens képernyőjén és a leletezést végző, onnan tudja mozgatni a mikroszkóp képmezőjét, fényerejét, nagyítását.
-
Telehome-Care vagy Home monitoring (otthoni monitorizálás): Az információs társadalom fejlődésével megteremtődtek a feltételei a betegek otthoni táv-észlelésének. Az otthoni monitorizálási rendszerek három alapvető egységből épülnek fel: 1. Otthoni monitor készülék, amelynek részei az érzékelő és az adat átviteli egység. 2. Adat átviteli hálózat 3. Orvos oldali vevőegység. Kezdetben az otthoni monitorizálási rendszerek többségükben speciális vevő egységeket igényeltek, amelyek POTS-PSTN rendszeren, modemen keresztül kommunikáltak a mérő készülékkel. A mai korszerű rendszerek többsége ISDN vagy fejlettebb kommunikációs hálózatra épülő, az orvos oldalon PC alapú, saját adatbázis kezelő szoftverrel rendelkező rendszer. A beteg oldalán lévő monitor által gyűjtött élettani adatok a szenzortól függenek. Így kifejlesztettek vércukrot, vérnyomást, cardio-vascularis állapotot, légzésfunkciót, valamint szülészeti változókat észlelő és a tárolt adatokat továbbítani képes otthoni monitor készülékeket.
-
Telesebészet vagy CAS: (Computer Aid Surgery): A távgyógyászat egyik legújabb ága. Speciális háromdimenziós képalkotási képességgel, valamint távirányítású, de rövid látencia idejű robot műszerezettséget (tele robot) igényel. Általában fontos része a rendszernek a „virtuális kesztyű”(virtual glove) amellyel a táv-műtétet végző orvos tapintási információkhoz juthat, valamint észlelheti a robot oldalán az operációs területen jelentkező nyomást is. Az operáló robot az esetek többségében endoscopias, minimális sebészeti beavatkozást lehetővé tevő készülék a beteg oldalán.
-
Telecardiológia: A telemedicina egyik legnépszerűbb és legígéretesebb területe, a legtöbb kezdeményezés világszerte, és hazánkban is ezen a területen indult. A telekardiológia területén elsősorban diagnosztikai folyamatok működnek, melyek segítségével a diagnózis felállítása gyorsítható és pontosítható. A különböző Holter készülékekkel a betegek hosszabb távú monitorozása a betegek otthonában, munkahelyén is lehetséges, míg a monitorozással nyert adatok telekommunikációs csatornákon való eljuttatásával a kórházban vagy szakrendelőben értékelhetők.
A telemedicina jól alkalmazható módszer akkor, ha távoli helyen élők, dolgozók orvosi ellátása válik szükségessé. Ilyenkor nincs lehetőség arra, hogy egy kisebb csoport kedvéért egy teljes szakértő gárda is a helyszínen tartózkodjon, az orvosi elérhetőséget azonban biztosítani lehet és kell is.
A módszer leggyakoribb alkalmazási területe a távol tartózkodó, egy szűk területen jártas szakértő orvos igénybevétele egy problémásabb eset kapcsán. Ez szükségessé válhat egyrészt azért, mert az adott problémához értő szakértők száma világviszonylatban kevés, de az is előfordulhat, hogy az olcsóbb munkaerő miatt kerül szóba specialista közreműködése. Kitüntetett szerepe van a módszernek a radiológiában, illetve a távdiagnosztikában.
A távgyógyászat fejlesztésével csökkenteni lehet a kórházak egyes működési költségeit, hiszen a beteget nem kell befektetni hosszú megfigyelésre. Lehetővé válik a beteg állapotának folyamatos követése, az orvosi vizitekre utazás nélkül, amely sok esetben hatalmas terhet ró a betegre.
A telemedicina hatékony eszköz az egyre nagyobb problémát okozó szakorvoshiány enyhítésére is, hiszen a diagnosztikához nem kell fizikailag jelen lennie a szakorvosnak, az bárhonnan elvégezhető.
A telemedicina hátrányai, hogy a betegek, de még az orvosok is kissé szokatlannak érezhetik és idegenkedhetnek is attól, hogy a személyes megbeszélés helyett a hálózaton kommunikáljanak egymással, sokan azonban máris felkészültek arra, hogy az egészségügyi ellátásban ilyen változások következzenek be.
A rendszer kiépítése drága, egyszeri nagy beruházást, és folyamatos működtetést igényel, valamint hogy állandóan monitorozni is szükséges ahhoz, hogy az adott pillanatbeli állapotának ismeretében pontosan meg lehessen határozni a továbblépés feltételeit.
Ahhoz hogy egy távkapcsolat létrejöhessen, hogy egy képet (Rtg.,CT, MRI) gyorsan, hibamentesen küldeni tudjunk, megfelelő adatátvitellel, sávszélességgel kell rendelkezni. Arról is meg kell győződni, hogy a kiküldött anyag teljes terjedelmében átkerült a fogadóhoz.
Biztosítani kell, hogy pontosan beazonosítható (elektronikus aláírás) legyen az adatokat küldő személye, a fogadó személye, és egyáltalán minden olyan körülmény, amely befolyásolással lehet akár magára a vizsgálatra, akár egy későbbi esetleges vitás kérdés tisztázására.
A telemedicina, mint ellátási forma a jövő egészségügyének egyik alappillére lesz. Minden lehetséges eszközt meg kell ragadni, hogy Magyarországon is felgyorsuljanak az erre irányuló törekvések. Ennek alapfeltétele, hogy az egészségügyi intézményekben megfelelő vezetői hozzáállás és informatikai infrastruktúra álljon rendelkezésre.
Daragó László, Engi Csaba, Pesti István, Vass Dezső, 2010, Telemedicina: IKT-n alapuló egészségügyi szolgáltatás I. Rendszerkoncepció és architektúra. , Budapest, Híradástechnika, Volume LXV., 33-37.
Gombás Péter, Szende Béla, Stotz Gyula, 1996, Telekommunikációs döntéstámogatás a diagnosztikus patológiában, Budapest, Orvosi hetilap
Dr. Ficzere Andrea, 2010. február, Telemedicina, Budapest, IME IX. évfolyam 1. szám, 48-50.
Fekete Judit, Domján Péter, Fekete Tibor, 2008. április, Telemedicina – korszerű gyógyítás, vagy technikai útvesztő, Budapest, IME VII. évfolyam 3. szám, 44-49.
Dr. Duliskovich Tibor, 2007. március, A képi diagnosztika informatikai jövője III/A rész: Teleradiológia, Budapest, IME VI. évfolyam, 2. szám, 43-47.
