מאתגר ומהדהד

חקר התהודה המגנטית במכון ויצמן למדע נמצא בחוד החנית של תחום זה כבר עשרות שנים. בימים אלה מותקנים במכון ארבעה מכשירים חדשים לתהודה מגנטית, מהעוצמתיים ביותר הקיימים כיום בעולם, ובעזרתם יתאפשר מחקר קליני וביולוגי חסר-תקדים. "עם זאת", אומר פרופ' לוסיו פרידמן מהמחלקה לפיסיקה כימית וביולוגית, "גם כאשר אנו חוקרים רקמות ואיברים מסוימים באמצעות MRI, אפילו במערכות החזקות ביותר, ניצבים בפנינו אתגרים משמעותיים, ואנו פועלים במרץ כדי להתגבר עליהם".

יש לדעת, כי מכשיר ה-MRI פועל בצורה מיטבית כאשר מדובר בהדמיה של רקמות הומוגניות; כלומר, רקמות שבהן מולקולות מים ומטבוליטים מפוזרים באופן אחיד בשדה המגנטי. אולם, לא כל חלקי הגוף הם הומוגניים, וחלקם אף כולל לעיתים חללי אוויר; כאלה הם, למשל, מעברי האף ומערות הפנים, אזורי בסיס המוח, האזורים הסמוכים לעצבי הראייה ולפקעת הריח, ומרבית חלל הבטן. בדרך כלל, מערכות MRI אינן מצליחות להתגבר על העיוותים בשדה המגנטי הנובעים מהיעדר הומוגניות, ובעיה זו אף מחריפה ככל שגוברת עוצמת השדה המגנטי. משום כך, בעצם עוצמתו של המיכשור החדיש אין כל יתרון במובן זה. מגבלות אלה בולטות במיוחד בטכניקות סריקה המסתמכות לא רק על מיקום המולקולות, אלא גם על מיפוי הדיפוזיה שלהן, כלומר מיפוי היקף תנועת המים ברקמות וכיוונה. ניתוחי דיפוזיה הם בעלי חשיבות רבה, מפני שהם יכולים ללמד אותנו על מבנה המוח, ולהצביע על הימצאותם של גידולים קטנים או על התפתחות תאי עצב. אבל, כאמור, ברקמות לא-הומוגניות, כמו אלו במוח, ההדמיות יציגו לרוב נתונים מעוותים.

פרופ' פרידמן וצוותו שוקדים כבר עשור על מציאת פתרון לבעיה זו, בין היתר באמצעות שיטת xSPEN - קיצור של cross-term SPatiotemporal ENcoding - אשר מאפשרת לייצר הדמיות אמינות גם ברקמות שאינן הומוגניות. כדי ליצור הדמיות אלה, יש להכניס התאמות ושינויים בכל השלבים הקריטיים של סריקת MRI: משלב קדם-הקידוד של המידע לפני הסריקה, דרך יצירת תבניות מותאמות של השינויים בעוצמת השדות בסריקה, וכלה באלגוריתם עיבוד נתונים חדש להמרת אותות ה-MRI לתמונות. "פיתוח טכניקות חדשות אלה היה כרוך בלא מעט תיכנות", אומר פרופ' פרידמן, "אך בראש ובראשונה הוא נסמך על פריצות דרך בהבנה הפיסיקלית, שהעלו דרכים חלופיות לדימות באמצעות תהודה מגנטית. כך נולדה גישה חדשה ל-MRI שבזכותה ניתן לקבל הדמיה מדויקת יותר: לראשונה, במקום לנסות להתגבר בכוח על הבעיה או לנסות לעקוף אותה בעזרת תיקונים לאחר הסריקה, השיטה נותנת מענה באמצעות הכללת חוסר ההומוגניות בתהליך ההדמיה עצמו".

תוצאות הדגמת השיטה, אשר פורסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Scientific Reports, ממחישות בבירור את היכולת של xSPEN ליצור הדמיות של אזורים מאתגרים במיוחד בגוף האדם, כמו מערכת העצבים ההיקפית והראש, כולל עצב הראייה הדק המוביל מהעין אל המוח. קבוצת המחקר של פרופ' פרידמן פועלת להתאמת הטכנולוגיה להדמיה של איברים ואזורים לא-הומוגניים נוספים, ובהם השיליה, המשמשת מנגנון להעברת חומרי ההזנה מן האם לעובר.

פרופ' פרידמן וצוותו משתפים פעולה במחקר זה עם שני בתי חולים בישראל במטרה להפוך את כל שלבי השיטה לתהליך אחד פשוט שֶקַל להפעילו, כך שטכנאים בבתי החולים יוכלו להיעזר בו לאחר הכשרה מינימלית בלבד. וכאן, מסביר, פרופ' פרידמן, יש לשיטה החדשה יתרון גדול, מפני שהיא תואמת לחלוטין את החומרה הקיימת.

רגיש פי-עשרה

פעילויות התהודה המגנטית של המכון – תהודה אלקטרומגנטית אלקטרונית (EPR), תהודה מגנטית גרעינית (NMR), ודימות תהודה מגנטית (MRI) – נמצאות כיום בעיצומם של שידרוגים, הכוללים התקנת סורק MRI חדשני עם מגנט בעוצמה של 15.2 טסלה למחקר בבעלי חיים, סורקים בעוצמה של 3 טסלה ו-7 טסלה לשימוש בבני אדם, ומערכת 23.5 טסלה (1 ג'יגה-הרץ) למחקר NMR.

פרופ' פרידמן אופטימי מאוד לגבי עתיד המחקר באמצעות MRI: "בניסויים האחרונים, למשל, ראינו שמערכת ה-15.2 טסלה החדשה משפרת את הרגישות פי עשרה, בהשוואה לתוצאות קודמות במערכת 7 טסלה, והרגישות הרַבָּה יותר תאפשר הפרדה מרחבית (רזולוציה) טובה יותר". קבוצות מחקר שונות במכון מתכננות להשתמש במערכות החדשות במיגוון פרויקטים – מפיתוח ביו-חישנים חדשים לאיתור מוקדם של מחלות, ועד מעקב אחר יצירת כלי דם חדשים או ניטור פעילות מוחית.