Diagnos av artros: magnetisk resonansavbildning

Magnetic Resonance Imaging (MRI) de senaste åren har blivit en av de ledande metoderna för icke-invasiv diagnos av artros. Sedan 70-talet, när principerna för magnetisk resonans (MP) först användes för att studera människokroppen, har denna metod för medicinsk bildbehandling ändå radikalt förändrats och fortsätter att utvecklas snabbt.

Teknisk utrustning, programvara förbättras, bildteknik utvecklas, MP-kontrastpreparationer utvecklas. Detta gör det möjligt att ständigt hitta nya användningsområden för MR. Om den ursprungliga användningen endast var begränsad till studier av centrala nervsystemet, används MRI framgångsrikt på nästan alla områden av medicin.

1946 upptäckte en grupp forskare från Stanford och Harvard Universities självständigt fenomenet, vilket kallades kärnmagnetisk resonans (NMR). Kärnan i det var att kärnorna i vissa atomer, som befinner sig i ett magnetfält, som påverkas av ett yttre elektromagnetiskt fält, kan absorbera energi och sedan avge det i form av en radiosignal. För denna upptäckt fick F. Bloch och E. Parmel 1952 Nobelpriset. Ett nytt fenomen lärde sig snart att använda för spektralanalys av biologiska strukturer (NMR-spektroskopi). 1973 demonstrerade Paul Rautenburg för första gången möjligheten att erhålla en bild med hjälp av NMR-signaler. Således framkom NMR-tomografi. De första NMR-tomogrammen av de inre organen hos en levande person demonstrerades 1982 vid den internationella kongressen för radiologer i Paris.

Två förklaringar bör ges. Trots det faktum att metoden är baserad på fenomenet NMR kallas det magnetisk resonans (MP), uteslutande ordet "kärnkraft". Detta görs så att patienter inte har en uppfattning om radioaktiviteten i samband med nedbrytning av atomkärnor. Och den andra omständigheten: MP-tomografer är inte av misstag "inpassade" till protoner, d.v.s. På vätekärnan. Detta element i vävnaderna är väldigt mycket, och dess kärnor har det största magnetiska ögonblicket bland alla atomkärnor, vilket orsakar en tillräckligt hög nivå av MR-signalen.

Om det i 1983 fanns bara några enheter över hela världen som var lämpliga för klinisk forskning, var i början av 1996 cirka 10 000 tomografer i världen. Varje år introduceras 1000 nya instrument i praktiken. Mer än 90% av MP-tomografernas flotta är modeller med superledande magneter (0,5-1,5 T). Det är intressant att notera att om i mitten av 80-talet i bolaget - tillverkare MP-tomografi styrs av principen "ju högre fältet, desto bättre", med fokus på modellen med ett fält av 1,5 T eller högre, i slutet av 80-talet var Det är uppenbart att de i de flesta tillämpningar inte har betydande fördelar jämfört med modeller med medelfältstyrka. Därför de största producenterna av MP-tomografi ( "GE", "Siemens", "Philips", "Toshi ba", "Picker", "Brooker" och andra.) Nu ägna stor uppmärksamhet åt produktion av medel-modeller och även låg fält som skiljer sig från högfältsystem i kompaktitet och ekonomi med tillfredsställande bildkvalitet och betydligt lägre kostnad. Höggolvsystem används främst i forskningscentra för utförande av MR-spektroskopi.

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

Principen för MR-metoden

Huvudkomponenterna i MP-tomografen är: ultralätt magnet, radiosändare, mottagning av radiofrekvensspole, dator och kontrollpanel. De flesta enheter har ett magnetfält med ett magnetiskt moment parallellt med den mänskliga kroppens långa axel. Styrkan hos magnetfältet mäts i Tesla (T). För kliniska MR-användningsfält med en kraft av 0,2-1,5 T.

När en patient placeras i ett starkt magnetfält, utbrott alla protoner som är magnetiska dipoler i riktning mot det yttre fältet (som en kompassnål som styrs av jordens magnetfält). Dessutom börjar de magnetiska axlarna hos varje proton att rotera runt det yttre magnetfältets riktning. Denna specifika rotationsrörelse kallas en process, och dess frekvens är en resonansfrekvens. När en kort elektromagnetisk radiofrekvenspuls sänds genom patientens kropp, medför magnetvågsfältet för radiovågorna att magnetiska moment för alla protoner roterar runt det yttre fältets magnetiska moment. För att detta skall kunna ske är det nödvändigt att frekvensen för radiovågorna är lika med protonens resonansfrekvens. Detta fenomen kallas magnetisk resonans. För att ändra orienteringen av magnetiska protoner måste de magnetiska fälten hos protoner och radiovågor resonera, d.v.s. Har samma frekvens.

Ett totalt magnetiskt moment skapas i patientens vävnader: vävnaderna magnetiseras och deras magnetism är orienterad strängt parallellt med det yttre magnetfältet. Magnetism är proportionell mot antalet protoner per volym av vävnad. Det stora antalet protoner (vätekärnor) som finns i de flesta vävnader orsakar det faktum att det rena magnetiska momentet är tillräckligt stor för att inducera en elektrisk ström i mottagarspolen som ligger utanför patienten. Dessa inducerade MP-signaler används för att rekonstruera MR-bilden.

Processen för övergången av elektronerna i kärnan från det exciterade tillståndet till jämviktstillståndet kallas en spin-gitter-relaxeringsprocess eller longitudinell avkoppling. Det kännetecknas av en T1-spin-gitter-relaxeringstid - den tid som är nödvändig för att överföra 63% av kärnorna till ett jämviktsläge efter att de är upphetsade av en 90 ° puls. T2 är också en spin-spin-avslappningstid.

Det finns ett antal sätt att få MP-tomogram. Deras skillnad ligger i ordningen och naturen för genereringen av radiofrekvenspulser, metoder för att analysera MP-signaler. De vanligaste är två metoder: spin-gitter och spin-echo. För spin-gitteret analyseras avslappningstiden T1 huvudsakligen. Olika vävnader (grå och vit substans i hjärnan, cerebrospinalvätska, tumörvävnad, brosk, muskler, etc.) har protoner med olika avkopplingstider T1. Med T1s varaktighet är intensiteten hos MP-signalen relaterad: ju kortare T1 desto intensivare MR-signalen och ljusare bildrummet visas på TV-skärmen. Fettvävnad på MP-tomogrammet är vit, följt av intensiteten hos MP-signalen i fallande ordning är hjärnan och ryggmärgen, täta inre organ, kärlväggar och muskler. Luft, ben och förkalkningar ger inte en MP-signal och visas därför i svart. Dessa relationer av avslappningstid T1 skapar förutsättningarna för visualisering av normala och förändrade vävnader på MR-tomogram.

I en annan metod för MP-tomografi, kallad spin-echo, sänds en rad radiofrekvenspulser till patienten som vrider de precessing protonerna 90 °. Efter att ha stoppat pulserna registreras svarets MP-signaler. Intensiteten hos svarssignalen är emellertid annorlunda relaterad till varaktigheten av T2: den kortare T2, ju svagare signalen och följaktligen ljusstyrkan på skärmen på TV-skärmen är lägre. Således är den slutliga bilden av MR i metod T2 motsatt den för T1 (som negativ till positiv).

På MP-tomogrammen visas mjuka vävnader bättre än på dator-tomogram: muskler, fettlager, brosk, kärl. På vissa enheter kan man få en bild av kärlen utan att införa ett kontrastmedel (MP-angiografi). På grund av den låga vattenhalten i benvävnaden skapar den senare inte en skärmningseffekt, såsom i röntgenberäknad tomografi, d.v.s. Inblandar inte bilden, till exempel ryggmärgen, mellanvärkskivorna etc. Naturligtvis finns vätekärnorna inte bara i vatten, utan i benvävnad är de fixerade i mycket stora molekyler och täta strukturer och stör inte MR.

Fördelar och nackdelar med MR

De främsta fördelarna med MRI är icke-invasiv, ofarlig (ingen exponering för strålning), varvid man erhåller tredimensionella teckenbild, en naturlig kontrast från att flytta blod, frånvaron av artefakter av benvävnad, hög differentiering av mjukvävnad, förmågan att utföra MP-spektroskopi för in vivo studier av metabolismen av vävnader in vivo. MPT tillåter avbildning av tunna skikt av den mänskliga kroppen i vilket tvärsnitt som helst - i frontala, sagittal, axiell och sneda plan. Det är möjligt att rekonstruera tredimensionella bilder av organ, synkronisera få tomogram med elektrokardiogram tänder.

De huvudsakliga nackdelarna är oftast kopplade till en tillräckligt lång tid det tar att producera bilder (vanligen minuter), vilket leder till uppkomsten av artefakter från de respiratoriska rörelser (särskilt reducerar effektiviteten av ljus forskning), arytmier (när hjärtat studien), oförmåga att tillförlitligt detektera stenar, förkalkningar, vissa typer av patologi av benstrukturer, den höga kostnaden för utrustning och dess funktion, speciella krav för omescheniyam där det finns anordningar (skärmning mot störningar), att det är omöjligt för observation genom Jag är sjuk med klaustrofobi, konstgjorda pacemakare, stora metallimplantat från icke-medicinska metaller.

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

Kontrastmedel för MR

I början av MR-användningen trodde man att den naturliga kontrasten mellan olika vävnader eliminerar behovet av kontrastmedel. Snart upptäcktes att skillnaden i signaler mellan olika vävnader, dvs. MR-kontrastens kontrast kan förbättras avsevärt genom kontrastmedia. När det första MP-kontrastmediet (innehållande paramagnetiska gadoliniumjoner) blev kommersiellt tillgängligt ökade diagnostisk informationen av MRT signifikant. Kärnan i MR-kontrastmedlet är att förändra de magnetiska parametrarna hos protonen hos vävnader och organ, d.v.s. Ändra avkopplingstiden (TR) hos T1- och T2-protoner. Hittills finns det flera klassificeringar av MP-kontrastmedel (eller snarare kontrastmedel - CA).

Av den övervägande effekten på MR-Cadelens avkopplingstid på:

• T1-KA, som förkortar T1 och därmed ökar intensiteten hos MP-signalen hos vävnaderna. De kallas också positiva SC.
• T2-KA, som förkortar T2, reducerar intensiteten hos MR-signalen. Detta är en negativ SC.

Beroende på MR-SCs magnetiska egenskaper är de uppdelade i paramagnetiska och superparamagnetiska:

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

Paramagnetiska kontrastmedia

Paramagnetiska egenskaper är besatta av atomer med en eller flera icke-parade elektroner. Dessa är magnetiska joner av gadolinium (Gd), krom, nickel, järn och även mangan. Gadoliniumföreningar användes mest vid klinisk användning. Den kontrasterande effekten av gadolinium beror på förkortningen av avslappningstiden Tl och T2. I låga doser överväger inflytandet på T1, vilket ökar signalens intensitet. I höga doser dominerar effekten på T2 med en minskning av signalintensiteten. Paramagnetik används nu mest i klinisk diagnostisk praxis.

Superparamagnetiska kontrastmedier

Den dominerande effekten av superparamagnetisk järnoxid är förkortningen av T2-avkoppling. När dosen höjs minskar signalens intensitet. Till denna grupp rymdfarkoster kan tillskrivas och ferromagnetiska satelliter, som inkluderar ferromagnetiska järnoxider som strukturellt liknar magnetitferrit (Fe ²⁺ OFe _{2 3} ⁺ 0 ₃ ).

Följande klassificering är baserad på CA: s farmakokinetik (Sergeev, V.V., Isoavt., 1995):

• extracellulär (vävnadsspecifik);
• gastrointestinal;
• organotropa (vävnadsspecifika);
• makromolekylär, som används för att bestämma kärlutrymmet.

I Ukraina är fyra MR-CA-kända, vilka är extracellulära vattenlösliga paramagnetiska SC, varav gadodiamid och gadopentet-syra används allmänt. De återstående SC-grupperna (2-4) genomgår ett stadium av kliniska prövningar utomlands.

Extracellulär vattenlöslig MP-CA

Internationellt namn	Kemisk formel	Struktur
Gadopentiksyra	Gadolinium dimeglumina dietylentriaminpentaacetat ((NMG) 2Gd-DTPA)	Linjär, jonisk
Syra gadoterovaya	(NMG) Gd-DOTA	Cyklisk, jonisk
Gadodiamid	Gadoliniumdietylentriaminpentaacetat-bis-metylamid (Gd-DTPA-BMA)	Linjär, icke-jonisk
Gadotyeridol	Gd-HP-D03A	Cyklisk, icke-jonisk

Extracellulära rymdfarkoster administreras intravenöst, 98% av dem utsöndras av njurarna, tränger inte in i blod-hjärnbarriären, har låg toxicitet, tillhör den paramagnetiska gruppen.

Kontraindikationer mot MR

Absoluta kontraindikationer inkluderar de förutsättningar under vilka studien är livshotande patienter. Till exempel är närvaron av implantat, som aktiveras med elektroniska, magnetiska eller mekaniska medel, i första hand artificiella pacemakers. Effekten av RF-strålning från MR-skannern kan störa funktionen hos stimulatorn som arbetar i frågesystemet, eftersom förändringar i magnetfält kan efterlikna hjärtaktivitet. Den magnetiska attraktionen kan också få stimulatorn att röra sig i boet och flytta elektroderna. Dessutom skapar magnetfältet hinder för driften av de ferromagnetiska eller elektroniska implantaten i mellanöret. Förekomsten av artificiella hjärtsventiler utgör en fara och är en absolut kontraindikation endast vid undersökning på MR-scannrar i högfältet, och även om ventilen kliniskt antas vara skadad. Förekomsten av småmetallkirurgiska implantat (hemostatiska klipp) i centrala nervsystemet refererar också till absoluta kontraindikationer till studien, eftersom deras förskjutning på grund av magnetisk attraktion hotar att blöda. Deras närvaro i andra delar av kroppen är mindre av hot, eftersom fibros och inkapsling av klämmorna efter behandling bidrar till att hålla dem i ett stabilt tillstånd. Men förutom den potentiella risken orsakar närvaron av metallimplantat med magnetiska egenskaper i alla fall artefakter som skapar svårigheter för att tolka resultaten av studien.

Kontraindikationer mot MR

Absolut:	Relativ:
Pacemakers	Andra stimulanser (insulinpumpar, nervstimulatorer)
Ferromagnetiska eller elektroniska implantat i mellanöret	Icke-ferromagnetiska implantat i inre örat, proteshjärtventiler (i höga fält, med misstänkt dysfunktion)
Hemostatiska klämmor i cerebrala kärl	Hemostatiska klämmor av annan lokalisering, dekompenserat hjärtsvikt, graviditet, klaustrofobi, behovet av fysiologisk övervakning

Till relativa kontraindikationer innefattar, förutom ovanstående, dekompenserat hjärtsvikt, behovet av fysiologisk övervakning (mekanisk ventilation, elektriska infusionspumpar). Claustrophobia är ett hinder för forskning i 1-4% av fallen. Det kan övervinnas å ena sidan med hjälp av enheter med öppna magneter, å andra sidan - en detaljerad förklaring av apparaten och undersökningen. Bevis på skadlig effekt av MR på embryot eller fostret erhålls inte, men det rekommenderas att undvika MR i den första trimestern av graviditeten. Användningen av MRT under graviditet anges i fall där andra icke-joniserande metoder för diagnostisk bildbehandling inte ger tillfredsställande information. MRI kräver större delaktighet i patienten det än datortomografi, som patientrörelser under testet är mycket starkare inflytande på bildkvalitet, så studien av patienter med akuta sjukdomar, nedsatt medvetande, spastiska tillstånd, demens, liksom barn är ofta svårt.

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