QMRI

QMRI (ראשי תיבות: Quantitative Magnetic Resonance Imaging; מילולית דימות תהודה מגנטית כמותי) הוא המינוח המתייחס לגישה מתפתחת לגבי הצורך לספק מדדים כמותיים, אשר מאפיינים תמונות המתקבלות ממצלמת דימות תהודה מגנטית.

התפתחות היסטורית

עד סוף שנות ה-70 היה למצלמות הדימות תפקיד נכבד במתן מענה מסוים למבנה הרקמות, דבר שאפשר דיאגנוסטיקה ברמה כלשהי. בהמשך נדרשה רמה חדשה של מידע יותר ממה שתמונה יכולה לספק. המינוח qMRI החל לצוץ בשנות ה-80, כאשר פיזיקאים מדדו תכונות NMR של רקמות על מנת לאפיין סוגי רקמות ביולוגיות (NMR היא תופעה פיזיקלית של תהודה מגנטית גרעינית, Nuclear Magnetic Resonance, בעלת מאפייני PD, T1, T2). המטרה הייתה להבדיל בין סוגי רקמות שונים על-פי הבדלים בפרמטרים אלה. שינוי הכוון המהותי בנושא הוא שסורק MRI איננו עוד סתם מצלמה, אשר מציגה תמונה, אלא מכשיר מדידה מדעי, שבו יש רלוונטיות למושג הנכונות (accuracy), קרי, עד כמה המדידה משקפת את האמת ומאופיינת בשגיאה עקבית סיסטמטית, ולמושג הדיוק (precision), קרי, היכולת לבצע מדידות חוזרות המאופיינות בשגיאה אקראית.

סורק MRI כמכשיר מדידה מדעי

אפיונו של סורק MRI כמכשיר מדידה מדעי מבטיח שניתן יהיה למדוד בצורה אמינה גם שינויים קטנים מיום ליום. אנו מצפים שהשגיאה האקראית של מכשיר מדידה מדעי תהיה קטנה משמעותית מהשינויים היומיים המתרחשים באופן רגיל ברקמה הביולוגית, כך שנוכל לאפיין את השנויים היומיים באמצעות מדידות חוזרות בטווח קצר ובתדירות הרצויה. תפישות אלה בהקשר של מכשיר מדידה מדעי ישימות ל qMRI ויש צפייה לאמינותו, ברמה דומה לזו של בדיקות דם.
קיימים שלושה נושאים מרכזיים וחשובים בהקשר של מחקר MRI קליני טוב ואמין: רגישות, ייחודיות ונכונות/דיוק (sensitivity, specificity and accuracy) של המדד המשמש לאפיון הרקמה הביולוגית. על מנת להבין מהם רגישות או דיוק שאינם מספקים, ולשפר את המדדים, נדרשת הבנה של תהליך המדידה על שני שלביו: שלב רכישת הנתונים data acquisition)), ושלב ניתוח הנתונים (data analysis). בכל אחד מן השלבים ניתן לעיתים קרובות לאתר את המקור לשיבוש תהליך המדידה ולנקוט בצעדים לשיפור המדידה. דוגמה לשיבוש מדידה בשלב הרכישה: השפעה של שדה מגנטי שאינו אחיד. דוגמה לשיבוש בשלב ניתוח הנתונים: ניתוח סובייקטיבי של תמונה אשר גורם לחזרתיות נמוכה (Low reproducibility), כלומר, לא ניתן לחזור על התהליך במדויק ולשחזר תוצאות. ניתן לשפר זאת על ידי הגדרה של "כללי ניתוח" או על ידי אוטומציה של התהליך באמצעות תוכנות מחשב. בהמשך התקציר יתוארו האמצעים בהם יש לנקוט על מנת לצמצם שיבושים בתהליך המדידה ולהשיג מדדים אופטימליים לאפיון רקמה, העונים לצורכי הרגישות, הייחודיות והדיוק של מחקר קליני אמין וטוב.

מדד הרגישות

רגישות מחייבת יכולת חזרתיות גבוהה. בהקשרים רבים, נדרשת היכולת למדוד באופן אמין שינויים קלים בערכי הפרמטרים המאפיינים רקמה. לפיכך, השונות המובנית במכשיר מקבלת משנה חשיבות, ויש להבחין בין השונות התוך-נבדקי לבין השונות החוץ-נבדקי. השונות של המכשיר חייבת להיות קטנה משמעותית מהשונות בין יחידים בקבוצה, על מנת שלא להפחית את העוצמה הסטטיסטית במחקר המציג הבדלים בין קבוצות. במחקר סדרתי בו עוקבים אחר שינויים לאורך זמן אצל פרט יחיד, הדרישה אפילו חזקה יותר: השונות המובנית במכשיר חייבת להיות קטנה מזו המתרחשת אצל הפרט לאורך זמן במדידות יומיומיות. טיפול והתייחסות לחוסר יציבות של מכונה למשל, יכול להפחית משמעותית את השונות המובנית במכשור, ולאפשר ממצאים קליניים של מחקר גם בשימוש במדגמים קטנים. חזרתיות נמדדת לרוב בגישת בלנד-אלטמן, כאשר מבצעים זוגות של מדידות חוזרות על נבדקים, לעיתים קרובות במתנדבים בריאים (על מנת לנטרל את מרכיב השינוי ברקמה בעקבות מחלה). ממדידות אלה ניתן לגלות את השונות המובנית במכשיר המדידה, קרי סטיית התקן שלו.
שינויים ביולוגיים העלולים להיגרם כתוצאה ממחלה מציבים דרישה נוספת לגבי רמת הרגישות של מכשיר. ייתכן מצב בו טכניקה מסוימת היא ברת-חזרה לחלוטין, כפי שפורט לעיל, אך אינה רגישה לשינויים ביולוגיים. הדגמת רגישות יכולה להיעשות על ידי מדידות בחולים שלגביהם ידועים שינויים ספציפיים (כגון ירידה בפונקציה מסוימת, כגון תפקודי כליה), או במתנדבים בריאים על ידי כך שנחולל שינוי מכוון ונשלט (כגון העלאת ריכוז חומצה לקטית בשרירים בעת שימוש בחוסם עורקים).

מדד הייחודיות

כיום ידועות למעלה מ-10 דרכים שונות ובלתי תלויות המאפשרות לאפיין פיסת רקמה נתונה, והן לעיתים קרובות תואמות היבטים פיזיולוגיים וביולוגיים שונים של רקמות. סטנדרטים לייחוס מדידות ביולוגיות, "Gold Standard", יכולים להיקבע מניתוח אנליטי מתחום הביוכימיה או תחום מבנה רקמות (היסטולוגיה), תוך שימוש בדגימות מניתוחים שלאחר המוות. כך למשל בטרשת נפוצה נעשו מחקרים רבים ומעמיקים אשר הדגימו קורלציה בין מדידות qMRI שונות (למשל MT) לבין מדדים היסטולוגיים של מבנה רקמות (למשל ריכוז מיאלין). ברגע שממסדים יחסי התאמה כאלה, ויחסים אלו יתבססו, הפרשנות והפיענוח של שינויים במדדים הכמותיים ייעשו וודאיים יותר, וניתן יהיה לעיתים להסיק מסקנות לגבי תהליך המחלה והשפעת טיפול תרופתי עליה.
ישנם מספר מאפיינים של רקמה אשר מתאימים לשמש כסמנים ביולוגיים במדידות כמותיות. בחירת הפרמטרים המדידים היא בהתאמה לאופי הרקמה. העיקריים שבהם הם: 
PD – Proton Density, התואם תכולת מים ברקמה, T1 (longitudinal relaxation time), T2 (the transverse relaxation time), MT (Magnetization transfer ratio), מדדי תכונות פעפוע, מאפייני קרינה ובליעה (ספקטרוסקופי), אשר מאפשרים מדידה של ריכוז חומרים מטבוליים, dynamic T1-weighted MRI המשמש למדידת ספיגה של חומר ניגוד, ושל קבוע העברה במיוחד בגידולים, dynamic T2- weighted MRI לזרימת דם ונפחו, וכן ASL. הטכניקות לאנליזה של התמונות כוללות נפח, מרקם, והיסטוגרמות למדידת תדירויות.

מדד האמינות

דיוק ואמינות של המדידה, כלומר נכונות המדידה, ועד כמה היא משקפת את המציאות – הם דרישות הכרחיות, על מנת שמדידה תשמש למחקר מכל סוג שהוא. האמינות יכולה להימדד על סמך "אובייקטי מבחן" שהמאפיינים שלהם ידועים. (למשל ידוע הנפח, או ערך T1). לכל מדד כמותי MR התפתח מדע נרחב העוסק בעיצוב ושימוש באובייקטי מבחן עבורו. 
לסיכום, סמן ביולוגי של דימות (imaging biomarker) הוא בעל מאפיינים דומים למדידה כמותית, וזה הכרחי להתבונן במאפיינים של סמן ביולוגי טוב ולבחון כיצד לשפר את הגישה לכימות.