Diagnose av artrose: magnetisk resonansavbildning

Magnetic resonance imaging (MR) har de siste årene blitt en av de ledende metodene for ikke-invasiv diagnose av slitasjegikt. Siden 70-tallet, da prinsippene for magnetisk resonans (MP) først ble brukt til å studere menneskekroppen, har denne metoden for medisinsk avbildning radikalt forandret seg og fortsetter å utvikle seg raskt.

Teknisk utstyr, programvare forbedrer, imaging teknikker utvikler, MP-kontrast forberedelser blir utviklet. Dette gjør at du hele tiden kan finne nye anvendelsesområder for MR. Hvis det først var begrenset bruk til studier av sentralnervesystemet, er MR nå vellykket brukt på nesten alle områder av medisin.

I 1946 oppdaget en gruppe forskere fra Stanford og Harvard Universiteter uavhengig fenomenet, som ble kalt atommagnetisk resonans (NMR). Essensen av det var at kjernene til noen atomer, som befinner seg i et magnetfelt, påvirket av et eksternt elektromagnetisk felt, er i stand til å absorbere energi og deretter avgir det i form av et radiosignal. For denne oppdagelsen ble F. Bloch og E. Parmel i 1952 tildelt Nobelprisen. Et nytt fenomen lærte snart å bruke til spektralanalyse av biologiske strukturer (NMR-spektroskopi). I 1973 demonstrerte Paul Rautenburg for første gang muligheten til å skaffe et bilde ved hjelp av NMR-signaler. Således viste NMR-tomografi seg. De første NMR-tomogrammer av de indre organene til en levende person ble demonstrert i 1982 på den internasjonale kongressen for radiologer i Paris.

To forklaringer bør gis. Til tross for at metoden er basert på fenomenet NMR, kalles det magnetisk resonans (MP), utelat ordet "atom". Dette er gjort slik at pasientene ikke har en ide om radioaktiviteten forbundet med nedbryting av atomkjerner. Og den andre omstendigheten: MP-tomografer er ikke tilfeldigvis "innstilt" til protoner, dvs. På kjernen av hydrogen. Dette elementet i vevet er veldig mye, og dets kjerner har det største magnetiske øyeblikket blant alle atomkjerner, noe som gir et tilstrekkelig høyt nivå på MR-signalet.

Hvis det i 1983 var bare noen få enheter over hele verden som var egnet for klinisk forskning, var det i begynnelsen av 1996 ca 10.000 tomografer i verden. Hvert år blir 1000 nye instrumenter innført i praksis. Mer enn 90% av flåten av MP-tomografer er modeller med superledende magneter (0,5-1,5 T). Det er interessant å merke seg at hvis du er i midten av 80-tallet i selskapet - produsenter MP-tomografi guidet av prinsippet om "jo høyere feltet, jo bedre", med fokus på modellen med et felt på 1,5 T og over, ved slutten av 80-tallet var Det er klart at i de fleste applikasjoner har de ikke betydelige fordeler i forhold til modeller med middels feltstyrke. Derfor, de viktigste produsentene av MP-tomografi ( "GE", "Siemens", "Philips", "Toshi ba", "Picker", "Brooker" og andre.) Nå legger stor vekt på produksjon av midt-modeller og selv lav feltet, som er forskjellig fra høyfelt-systemer i kompaktitet og økonomi med tilfredsstillende billedkvalitet og betydelig lavere kostnad. Høyt gulvsystemer brukes primært i forskningssentre for å utføre MR-spektroskopi.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]

Prinsippet om MR-metoden

Hovedkomponentene til MP-tomografen er: ultra-sterk magnet, radiosender, mottak av radiofrekvensspole, datamaskin og kontrollpanel. De fleste enheter har et magnetfelt med et magnetisk moment parallelt med menneskets lange akse. Styrken til magnetfeltet måles i Tesla (T). For klinisk MR bruk felt med en kraft på 0,2-1,5 T.

Når en pasient er plassert i et sterkt magnetfelt, utfolder alle protonene som er magnetiske dipoler i retning av det ytre feltet (som en kompassnål som styres av jordens magnetfelt). I tillegg begynner de magnetiske aksene til hvert proton å rotere rundt retningen av det eksterne magnetfeltet. Denne spesifikke rotasjonsbevegelsen kalles en prosess, og frekvensen er en resonansfrekvens. Når en kort elektromagnetisk radiofrekvenspuls overføres gjennom pasientens kropp, forårsaker magnetfeltet i radiobølgene magnetiske øyeblikk for alle protoner å rotere rundt det magnetiske øyeblikket til det ytre felt. For at dette skal skje, er det nødvendig at frekvensen av radiobølgene er lik resonansfrekvensen til protonene. Dette fenomenet kalles magnetisk resonans. For å endre orienteringen av magnetiske protoner må magnetfeltene til protoner og radiobølger resonere, dvs. Ha samme frekvens.

Et totalt magnetisk moment er opprettet i pasientens vev: vevet er magnetisert og deres magnetisme er orientert strengt parallelt med det ytre magnetfeltet. Magnetisme er proporsjonal med antall protoner per volum av væv. Det store antallet protoner (hydrogenkjerne) som finnes i de fleste vev, forårsaker det faktum at det rene magnetiske øyeblikket er stort nok til å indusere en elektrisk strøm i mottaksspolen som befinner seg utenfor pasienten. Disse induserte MP-signalene brukes til å rekonstruere MR-bildet.

Overføringsprosessen av elektronene i kjernen fra den exciterte tilstand til likevektstilstanden kalles en spin-gitter-avspenningsprosess eller langsgående avslapning. Den er preget av en T1-spin-gitter-avslappetid - tiden som er nødvendig for å overføre 63% av kjernene til en likevektstilstand etter at de er begeistret av en 90 ° puls. T2 er også en spin-spin-avslapningstid.

Det finnes en rekke måter å skaffe MP-tomogrammer på. Deres forskjell ligger i rekkefølgen og naturen til genereringen av radiofrekvenspulser, metoder for å analysere MP-signaler. De vanligste er to metoder: spin-gitter og spin-echo. For spin-gitteret blir avslapningstiden T1 hovedsakelig analysert. Ulike vev (grått og hvitt stoff i hjernen, cerebrospinalvæske, svulstvev, brusk, muskler, etc.) har protoner med forskjellige avspenningstider T1. Med varigheten av T1 er intensiteten til MP-signalet relatert: Jo kortere T1, jo mer intens MR-signalet og lyseren blir bildet plass på TV-skjermen. Fettvev på MP-tomogrammet er hvitt, etterfulgt av intensiteten til MP-signalet i synkende rekkefølge er hjernen og ryggmargen, tette indre organer, vaskulære vegger og muskler. Luft, bein og kalkninger gir praktisk talt ikke et MP-signal og vises derfor i svart. Disse relasjonene til avslappingstid T1 skaper forutsetningene for visualisering av normale og endrede vev på MR-tomogrammer.

I en annen metode for MP-tomografi, kalt spin-echo, sendes en rekke radiofrekvenspulser til pasienten som setter precessing-protonene 90 °. Etter å ha stoppet pulser, registreres respons-MP-signaler. Imidlertid er intensiteten til respons-signalet forskjellig relatert til varigheten av T2: den kortere T2, jo svakere signalet og følgelig lysstyrken på skjermen på TV-skjermen er lavere. Dermed er det endelige bildet av MR i metode T2 motsatt det for T1 (som negativt til positivt).

På MP-tomogrammer vises myke vev bedre enn på datamomogrammer: muskler, fettlag, brusk, kar. På enkelte enheter kan man få et bilde av fartøyene uten å innføre et kontrastmiddel (MP-angiografi). På grunn av det lave vanninnholdet i beinvevet oppnår sistnevnte ikke en skjermende effekt, som i røntgenberegnet tomografi, dvs. Ikke forstyrrer bildet, for eksempel ryggmargen, intervertebrale skiver, etc. Selvfølgelig er hydrogenkjernene ikke bare i vann, men i bindevev er de festet i svært store molekyler og tette strukturer og ikke forstyrrer MR.

Fordeler og ulemper ved MR

De viktigste fordelene med MRI er ikke-invasiv, uskadelig (uten bestråling), hvorved det oppnås tredimensjonale tegnbildet, en naturlig kontrast fra å bevege blod, fravær av gjenstander av benvev, høy differensiering av bløtvev, evnen til å utføre MP-spektroskopi for in vivo-studium av metabolismen til vev in vivo. MPT tillater avbildning av tynne lag av det menneskelige legeme i hvilket som helst tverrsnitt - i frontal, sagittal, aksial og skrå plan. Det er mulig å rekonstruere tredimensjonale bilder av organer, synkronisere skaffe tomograms med elektrokardiogram tenner.

De største ulempene er vanligvis knyttet til en tilstrekkelig lang tid det tar å produsere bilder (vanligvis minutter), noe som fører til utseendet av gjenstander fra de respiratoriske bevegelser (spesielt reduserer virkningsgraden for lys-forskning), arytmier (når hjertet studien), den manglende evne til pålitelig oppdage steiner, forkalkninger, noe typer av patologi av benstrukturer, de høye kostnadene for utstyr og drift, spesielle krav til omescheniyam hvor det er anordninger (skjerming mot forstyrrelser), umuligheten av observasjonen etter Jeg er syk med klaustrofobi, kunstige pacemakere, store metallimplantater fra ikke-medisinske metaller.

[8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15]

Kontraststoffer for MR

I begynnelsen av MR-bruk ble det antatt at den naturlige kontrast mellom forskjellige vev eliminerer behovet for kontrastmidler. Snart ble det oppdaget at forskjellen i signaler mellom forskjellige vev, dvs. Kontrast av MR-bildet kan forbedres vesentlig med kontrastmedier. Når det første MP-kontrastmediet (inneholdende paramagnetiske gadoliniumioner) ble kommersielt tilgjengelig, økte diagnostisk informasjon av MRT betydelig. Essensen av MR-kontrastmiddelet er å endre de magnetiske parametrene til protonene av vev og organer, dvs. Endre avslappetid (TR) av T1 og T2 protoner. Til dags dato er det flere klassifikasjoner av MP-kontrastmidler (eller rettere kontrastmidler - CA).

Av den overordnede effekten på avslapningstiden til MR-Cadel ved:

• T1-KA, som forkorter T1 og derved øker intensiteten til MP-signalet til vevet. De kalles også positivt SC.
• T2-KA, som forkorter T2, reduserer intensiteten til MR-signalet. Dette er en negativ SC.

Avhengig av MR-SCs magnetiske egenskaper er de delt inn i paramagnetisk og superparamagnetisk:

[16], [17], [18], [19], [20]

Paramagnetiske kontrastmedier

Paramagnetiske egenskaper er besatt av atomer med en eller flere upparerte elektroner. Disse er magnetiske ioner av gadolinium (Gd), krom, nikkel, jern og også mangan. Gadoliniumforbindelser ble mest brukt klinisk. Den kontrasterende effekten av gadolinium skyldes forkortelsen av avslapningstiden T1 og T2. I lave doser dominerer innflytelsen på T1, som øker signalets intensitet. I høye doser dominerer effekten på T2 med en reduksjon i signalintensiteten. Paramagnetikk er nå mest brukt i klinisk diagnostisk praksis.

Superparamagnetiske kontrastmedier

Den dominerende effekten av superparamagnetisk jernoksid er forkortelsen av T2-avslapping. Etter hvert som dosen økes, reduseres signalets intensitet. Til denne gruppen romfartøy kan tilskrives og ferromagnetiske satellitter, som inkluderer ferromagnetiske jernoksyder som strukturelt ligner magnetittferitt (Fe ²⁺ OFe ₂ ^{3 +} 0 ₃ ).

Følgende klassifisering er basert på farmakokinetikken til CA (Sergeev, V.V., Isoavt., 1995):

• ekstracellulær (vevsspesifikke);
• gastrointestinal;
• organotrope (vevsspesifikke);
• makromolekylær, som brukes til å bestemme det vaskulære rommet.

I Ukraina er fire MR-CA-er kjent, som er ekstracellulære vannløselige paramagnetiske SCs, hvorav gadodiamid og gadopentetsyre er mye brukt. De resterende SC-gruppene (2-4) gjennomgår et stadium av kliniske studier i utlandet.

Ekstracellulær vannoppløselig MP-CA

Internasjonalt navn	Kjemisk formel	Struktur
Gadopentiksyre	Gadolinium dimeglumina dietylentriaminpentaacetat ((NMG) 2Gd-DTPA)	Lineær, ionisk
Syr gadoterovaya	(NMG) Gd-DOTA	Syklisk, ionisk
Gadodiamid	Gadolinium dietylentriaminpentaacetat-bis-metylamid (Gd-DTPA-BMA)	Lineær, ikke-ionisk
Gadotyeridol	Gd-HP-D03A	Syklisk, ikke-ionisk

Ekstracellulært romfartøy administreres intravenøst, 98% av dem utskilles av nyrene, trenger ikke inn i blod-hjernebarrieren, har lav toksisitet, tilhører den paramagnetiske gruppen.

Kontraindikasjoner til MR

Absolutte kontraindikasjoner inkluderer betingelsene der studien er livstruende pasienter. For eksempel er tilstedeværelsen av implantater, som aktiveres ved hjelp av elektroniske, magnetiske eller mekaniske midler, primært kunstige pacemakere. Effekten av RF-stråling fra MR-skanneren kan forstyrre funksjonen til stimulatoren som opererer i spørringssystemet, siden endringer i magnetfelt kan etterligne hjerteaktivitet. Magnetisk tiltrekning kan også føre til at stimulatoren beveger seg i kontakten og beveger elektrodene. I tillegg skaper magnetfeltet hindringer for driften av de ferromagnetiske eller elektroniske implantatene i mellomøret. Tilstedeværelsen av kunstige hjerteventiler representerer en fare og er en absolutt kontraindikasjon bare ved undersøkelse på MR-skannere med høyt felt, og også hvis ventilen antas å være skadet. Tilstedeværelsen av små metalliske kirurgiske implantater (hemostatiske klipper) i sentralnervesystemet refererer også til absolutt kontraindikasjoner til studien, siden deres forskyvning på grunn av magnetisk tiltrekning utgjør en trussel mot blødning. Deres tilstedeværelse i andre deler av kroppen er mindre en trussel, siden etter behandling hjelper fibrose og innkapsling av klemmene seg i en stabil tilstand. Men i tillegg til den potensielle faren forårsaker tilstedeværelsen av metallimplantater med magnetiske egenskaper i alle fall artefakter som skaper vanskeligheter for å tolke resultatene av studien.

Kontraindikasjoner til MR

Absolutte:	Slektning:
Pacemakere	Andre stimulanter (insulinpumper, nervestimulatorer)
Ferromagnetiske eller elektroniske implantater av mellomøret	Ikke-ferromagnetiske implantater av det indre øre, proteser hjerteventiler (i høye felt med mistanke om dysfunksjon)
Hemostatiske klemmer av cerebral fartøy	Hemostatiske klipper av annen lokalisering, dekompensert hjertesvikt, graviditet, klaustrofobi, behovet for fysiologisk overvåking

Til relative kontraindikasjoner, i tillegg til det ovennevnte, inkluderer også dekompensert hjertesvikt, behovet for fysiologisk overvåking (mekanisk ventilasjon, elektriske infusjonspumper). Claustrofobi er et hinder for forskning i 1-4% av tilfellene. Det kan overvinnes, på den ene side, å bruke enheter med åpne magneter på den andre - en detaljert forklaring på apparatet og undersøkelsens løpet. Bevis på skadelig effekt av MR på embryoet eller fosteret er ikke oppnådd, men det anbefales å unngå MR i første trimester av svangerskapet. Bruken av MR under graviditet er indikert i tilfeller der andre ikke-ioniserende metoder for diagnostisk bildebehandling ikke gir tilfredsstillende informasjon. MRI krever større deltakelse i pasientens det enn computertomografi, som pasienten beveger seg i løpet av testen er meget sterkere påvirkning av bildekvaliteten, slik at undersøkelse av pasienter med akutte lidelser, svekket bevissthet, spastiske tilstander, demens, såvel som barn er ofte vanskelig.

[21], [22], [23], [24], [25], [26]