Kuopion yliopiston luonnontieteiden ja ympäristötieteiden tiedekunnassa esitettiin 19.7.1999 tarkastettavaksi FM Joni Ojan väitöskirja In vivo determination of cerebral hemodynamics and bioenergetics using spin-echo magnetic resonance imaging (Aivojen hemodynamiikka ja metabolian määrittäminen käyttäen spinkaiku-magneettikuvantamismenetelmää). Vastaväittäjänä oli professori Chrit Moonen, Université Victor Segalen'ista Ranskasta ja väitöstilaisuuden valvojana professori Risto Kauppinen

Magneettiresonanssin signaalin muutos veren hapetusasteen mukaan ns. BOLD (Blood Oygenation Level Dependent) -efekti kuvattiin vuonna 1990. Ilmiön selityksenä pidetään veren hemoglobiinin (Hb) sitoutuneen hapen saturoitumisasteen muutoksia. Oksihemoglobiinissa Hb:n sitoutunut rauta on ns. Low-spin -tilassa, jolloin rauta on diamagneettinen kun taas deoksihemoglobiinissa rauta on high-spin -tilassa ja paramagneettinen. Tällä tavoin veren oma molekyyli toimii magneettikuvantamisen kontrastiaineena vaikuttaen veren magneettikuvantamismenetelmillä mitattaviin relaksaatio-ominaisuuksiin, erityisesti T₂ ja T₂* -relaksaatioaikoihin.

Tutkimuksista on päätelty, että T₂*:en relaksaatiomuutokset Hb:n saturoitumisasteen funktiona johtuvat pääasiassa veden protonien diffuusiosta kenttägradienttien läpi sekä verisuonten sisällä että sen ulkopuolella, kun taas T_2:ssa pääasiallinen efekti tulee veden nopeasta vaihdosta punasolujen ja veriplasman välillä. Tätä vaihtomekanismia käytettiin hyväksi, kun aivojen verivolyymi pystyttiin ensimmäistä kertaa kvantitoimaan hyödyntäen hemoglobiinin magneettisten ominaisuuksien muutoksia hypoksia ja hyper/hypocarbia kokeissa. Tämän lisäksi verenkierron muutoksia tutkittiin toiminnallisen magneettikuvantamisen (funktionaalinen magneettikuvantaminen fMRI) keinoin aivojen näköaivokuorella ja osoitettiin, että aivojen kuluttama happi voidaan määrittää käyttäen hyväksi vaihtomekanismiteoriaa.

Tässä työssä yhdistettiin matemaattisesti aivojen fysiologia magneettikuvantamisen fysikaalisiin parametreihin ja työn päämääränä oli kehittää uusi kvantitatiivinen menetelmä aivojen hapetuksen noninvasiiviseen kuvantamiseen. Menetelmää voidaan soveltaa: (I) aivojen aineenvaihdunnan määrittämiseen, (II) aivojen toiminnan tutkimiseen ja (III) aivohalvauksen varhaisdiagnostiikkaan, mutta se on sovellettavissa myös useiden muiden sairauksien kuvantamiseen kuten epilepsia ja aivokasvaimet.

Kuopion yliopiston julkaisuja C. Luonnontieteet ja ympäristötieteet

ISBN 951-781-737-1