Osteoartrīta diagnostika: magnētiskās rezonanses attēlveidošana

Magnētiskās rezonanses attēlveidošana (MRI) pēdējos gados ir kļuvusi par vienu no vadošajām neinvazīvās osteoartrīta diagnostikas metodēm . Kopš 70. Gadiem, kad magnētiskās rezonanses (MP) principi pirmo reizi tika izmantoti cilvēka ķermeņa izpētei, līdz šai dienai šī medicīniskās attēlveidošanas metode ir radikāli mainījusies un turpina strauji attīstīties.

Uzlabojas tehniskais aprīkojums, programmatūra, attīstās attēlveidošanas tehnoloģijas, tiek izstrādāti MP kontrasta preparāti. Tas ļauj pastāvīgi atrast jaunas MR piemērošanas jomas. Ja sākotnēji tā izmantošana tika ierobežota tikai ar centrālās nervu sistēmas pētījumiem, tagad MRI tiek veiksmīgi izmantota gandrīz visās medicīnas jomās.

1946. Gadā Stanfordas un Hārvardas universitāšu pētnieku grupa patstāvīgi atklāja parādību, ko sauca par kodolmagnētiskā rezonanse (NMR). Tās būtība bija tāda, ka dažu atomu kodi, kas atrodas magnētiskajā laukā, ārējā elektromagnētiskā lauka ietekmē var absorbēt enerģiju un pēc tam izstarot to radio signāla veidā. Par šo atklājumu F. Blochs un E. Parmels 1952. Gadā saņēma Nobela prēmiju. Jauna parādība drīz vien iemācījās izmantot bioloģisko struktūru spektrālo analīzi (KMR spektroskopija). 1973. Gadā Paul Rautenburg pirmo reizi parādīja iespēju iegūt attēlu, izmantojot NMR signālus. Tādējādi parādījās KMR tomogrāfija. Pirmās dzīvās personas iekšējo orgānu KMR tomogrammas tika demonstrētas 1982. Gadā Starptautiskajā radiologu kongresā Parīzē.

Jāiesniedz divi paskaidrojumi. Neskatoties uz to, ka metode balstās uz KMR parādību, to sauc par magnētisko rezonansi (MP), izslēdzot vārdu "kodolenerģētika". Tas tiek darīts tā, ka pacientiem nav priekšstats par radioaktivitāti, kas saistīta ar atomu kodolu sabrukšanu. Un otrais apstāklis: MP tomogrāfi nav nejauši "pieskaņoti" protoniem, t.i. Uz ūdeņraža kodolu. Šis elements audos ir ļoti liels, un tā kodoliem ir vislielākais magnētiskais moments starp visiem atomu kodoliem, kas rada pietiekami augstu MR signāla līmeni.

Ja 1983. Gadā klīniskajā izpētē bija piemērotas tikai dažas ierīces visā pasaulē, 1996. Gada sākumā pasaulē bija aptuveni 10 000 tomogrāfu. Katru gadu praksē tiek ieviesti 1000 jauni instrumenti. Vairāk nekā 90% MP tomogrāfu flotes ir modeļi ar supravadītājiem (0,5-1,5 T) magnēti. Tas ir interesanti atzīmēt, ka, ja ar mid-80s uzņēmuma - ražotāji MP-tomogrāfija vadoties pēc principa "lielāks lauks, jo labāk" principu, koncentrējoties uz modeli ar lauku 1,5 T un vairāk, ko 80. Gadu beigām bija ir skaidrs, ka lielākajā daļā lietojumu tiem nav būtisku priekšrocību salīdzinājumā ar modeļiem ar vidēja lauka intensitāti. Tādēļ galvenie ražotāji MP-tomogrāfijas ( "GE", "Siemens", "Philips", "Toshi ba", "atlasītājs", "Brooker", un citi.) Tagad pievērst lielu uzmanību ražošanu vidēju modeļus un pat zemas kas atšķiras no augsta lauka sistēmām kompaktumā un ekonomikā ar apmierinošu attēla kvalitāti un ievērojami zemākām izmaksām. Augsta līmeņa grīdas sistēmas galvenokārt izmanto pētījumu centros MR spektroskopijas veikšanai.

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

MRI metodes princips

Galvenie MP-tomogrāfijas komponenti ir: ļoti spēcīgs magnēts, radio raidītājs, radio frekvences spole, dators un vadības panelis. Lielākajai daļai ierīču ir magnētiskais lauks ar magnētisku momentu, kas ir paralēls cilvēka ķermeņa garai asij. Magnētiskā lauka stiprums tiek mērīts Tesla (T). Klīniskajā MRI izmanto laukus ar spēku 0,2-1,5 T.

Kad pacients tiek novietots stipra magnētiskā laukā, visi protoni, kas ir magnētiskās dipoles, izkliedējas ārējā lauka virzienā (piemēram, kompasa adatai, kas vada Zemes magnētisko lauku). Turklāt katra protona magnētiskās ass sāk griezties ap ārējā magnētiskā lauka virzienu. Šo īpašo rotācijas kustību sauc par procesu, un tā frekvence ir rezonanses frekvence. Ja īsā elektromagnētiskā radio frekvences impulsu pārraida caur pacienta ķermeni, radioviļņu magnētiskais lauks izraisa visu protonu magnētisko momentu rotāciju ap ārējā lauka magnētisko momentu. Lai tas notiktu, ir nepieciešams, lai radioviļņu biežums būtu vienāds ar protonu rezonanses frekvenci. Šo fenomenu sauc par magnētisko rezonansi. Lai mainītu magnētisko protonu orientāciju, jāatjauno protonu un radioviļņu magnētiskie lauki, t.i. Ir tāda pati frekvence.

Pacienta audos tiek radīts kopējais magnētiskais moments: audi ir magnetizēti un to magnetisms ir orientēts tieši paralēli ārējam magnētiskajam laukam. Magnetisms ir proporcionāls protonu skaitam audu vienības tilpumā. Lielais skaits protonu (ūdeņraža kodoli), kas atrodas lielākajā daļā audu, izraisa faktu, ka tīrā magnētiskais moments ir pietiekami liels, lai izraisītu elektrisko strāvu uztvērēja spolē, kas atrodas ārpus pacienta. Šie inducētie MP signāli tiek izmantoti, lai rekonstruētu MR attēlu.

Kodola elektronu pāreju no ierosinātā stāvokļa uz līdzsvara stāvokli sauc par spin-režģa relaksācijas procesu vai garenisko relaksāciju. To raksturo T1-spin-režģa relaksācijas laiks - laiks, kas nepieciešams, lai 63% no kodoliem pārnestu uz līdzsvara stāvokli pēc tam, kad tie ir ierosināti par 90 ° impulsu. T2 ir arī spin-spin relaksācijas laiks.

MP-tomogrammu iegūšanai ir vairāki veidi. To atšķirība ir radiofrekvenču impulsu ģenerēšanas secība un raksturs, MP signālu analīzes metodes. Visbiežāk ir divas metodes: spin-režģis un spin-echo. Spin-režģis galvenokārt analizē relaksācijas laiku T1. Dažādi audi (smadzeņu smadzeņu, smadzeņu asinsvadu šķidruma, audzēja audu, skrimšļu, muskuļu utt.) Pelēka un balta viela ir protoni ar dažādiem relaksācijas laikiem T1. Ar T1 ilgumu ir saistīta MP signāla intensitāte: jo īsāks T1, jo intensīvāks ir MR signāls un vieglāks attēls tiek parādīts TV monitorā. Taukaudi ar MP-skenē - baltas, kam seko un intensitāti secībā MP-signāls ir smadzenes un muguras smadzenes, saspringts iekšējiem orgāniem, asinsvadu sienas un muskuļi. Gaiss, kauli un kalcinēšana praktiski nesniedz MP signālu un tāpēc tiek parādīti melnā krāsā. Šīs relaksācijas laika T1 attiecības rada priekšnoteikumus normālu un mainītu audu vizualizēšanai MR tomogrammās.

Citā MP-tomogrāfijas metodē, ko sauc par spin-echo, pacientiem tiek nosūtīti radiofrekvenču impulsu sērijas, kas liek 90 ° precessing protonus pagriezt. Pēc impulsu apturēšanas tiek reģistrēti atbildes MP signāli. Tomēr atbildes signāla intensitāte atšķirīgi ir saistīta ar T2 ilgumu: jo īsāks T2, jo signāls ir vājāks, un līdz ar to TV monitora ekrāna spilgtums ir mazāks. Tādējādi MRI galīgais attēls T2 metodē ir pretējs T1 attēlam (negatīvs pret pozitīvu).

Uz MP-tomogrammām mīkstie audi tiek parādīti labāk nekā datortomogrammās: muskuļos, tauku slāņos, skrimšļos, traukos. Dažās ierīcēs var iegūt tvertņu attēlu, neieviešot kontrastvielu (MP-angiogrāfija). Zema ūdens satura dēļ kaulu audos pēdējais nerada ekranēšanas efektu, piemēram, rentgena datortomogrāfijā, t.i. Tas netraucē attēlu, piemēram, mugurkaula smadzenes, starpskriemeļu disku utt. Protams, ūdeņraža kodi ir ne tikai ūdenī, bet kaulu audos tie tiek fiksēti ļoti lielās molekulās un blīvās struktūrās un netraucē MR.

MRT priekšrocības un trūkumi

Galvenās priekšrocības MRI ir neinvazīva nekaitīgs (bez starojuma iedarbība), iegūstot trīsdimensiju rakstzīmju attēlu, dabisks kontrasts pārvietot asinis, neesamība artefaktu kaulaudu, augstu diferenciācija mīksto audu, spēja veikt MP-spektroskopijas in vivo pētījumu metabolisma audos in vivo. MPT ļauj attēlveidošanas plānām kārtām no cilvēka ķermeņa, jebkurā šķērsgriezumā - frontālajā, sagitālais, aksiāli un slīpo plakņu. Ir iespējams rekonstruēt trīsdimensiju attēlus orgānu, sinhronizēt iegūstot tomograms ar elektrokardiogrammu zobiem.

Galvenie trūkumi parasti ir saistīta ar pietiekami ilgu laiku, kas nepieciešams, lai iegūtu attēlus (parasti minūtes), kas noved pie izskatu artefaktu no elpošanas kustības (īpaši samazina efektivitāti gaismas pētniecība), aritmijas (kad sirds studiju), nespēja ticami noteikt akmeņi, calcifications, daži kaulu struktūras patoloģijas veidi, iekārtu augstās izmaksas un to darbība, īpašas prasības telpām, kurās ierīces atrodas (skrīnings no traucējumiem), nespēja pārbaudīt Es esmu slims ar klaustrofobiju, mākslīgiem elektrokardiostimulatoriem, lieliem metāla implantiem no nemedicīniskiem metāliem.

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

Kontrasta vielas MR

MR lietošanas sākumā tika uzskatīts, ka dabiskais kontrasts starp dažādiem audiem novērš nepieciešamību pēc kontrastvielām. Drīz tika atklāts, ka signālu atšķirība starp dažādiem audiem, t.i. MR attēla kontrastu var ievērojami uzlabot ar kontrastvielu. Kad pirmā MP kontrastviela (kas satur paramagnētisku gadolīnija jonu) kļuva komerciāli pieejama, MRI diagnostikas informācija ievērojami palielinājās. MR kontrasta aģenta būtība ir mainīt audu un orgānu protonu magnētiskos parametrus, t.i. Mainīt T1 un T2 protonu relaksācijas laiku (TR). Līdz šim ir vairākas MP kontrasta aģentu (vai drīzāk kontrastvielu - CA) klasifikācijas.

Ar dominējošo ietekmi uz MR-Cadel relaksācijas laiku:

• T1-KA, kas saīsina T1 un tādējādi palielina audu MP signāla intensitāti. Tos sauc arī par pozitīvu SC.
• T2-KA, kas saīsina T2, samazinot MR signāla intensitāti. Tas ir negatīvs SC.

Atkarībā no MR-SC magnētiskajām īpašībām tiek sadalīti paramagnētiskie un superparamagnētiskie:

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

Paramagnētiska kontrastviela

Paramagnētiskajām īpašībām piemīt atomi ar vienu vai vairākiem nesaistītiem elektroniem. Tie ir gadolīnija (Gd), hroma, niķeļa, dzelzs, kā arī mangāna magnētiskie joni. Gadolīnija savienojumi visplašāk tika lietoti klīniski. Kontrastējošais gadolīnija efekts ir saistīts ar saīsināto relaksācijas laiku T1 un T2. Mazās devās dominē ietekme uz T1, kas palielina signāla intensitāti. Lielās devās dominē ietekme uz T2, samazinot signāla intensitāti. Paramagnētika tagad visplašāk tiek izmantota klīniskās diagnostikas praksē.

Superparamagnētiska kontrastviela

Superparamagnētiskā dzelzs oksīda dominējošais efekts ir T2 relaksācijas saīsināšana. Pieaugot devai, signāla intensitāte samazinās. Šajā grupā var ietvert kosmosa kuģi un feromagnētisks, kas ietver feromagnētiskiem dzelzs oksīdus strukturāli līdzīgas ferīta Magnetīts (Fe ²⁺ OFE ₂ ³⁺ 0 ₃ ).

Sekojošā klasifikācija ir balstīta uz CA farmakokinētiku (Sergeevs, V.V., Isoavt., 1995):

• ekstracelulāra (audu specifiska);
• kuņģa-zarnu trakts;
• organotropic (audu specifiska);
• makromolekulas, ko izmanto asinsvadu telpas noteikšanai.

Ukrainā ir zināmas četras MR-CA, kas ir ārpusšūnu ūdenī šķīstošas paramagnētiskas SC, no kurām plaši izmanto gadosīta un gadopentetiskās skābes. Pārējās SC grupās (2-4) tiek veikta klīnisko pētījumu stadija ārvalstīs.

Ārpus šūnu ūdenī šķīstošs MP-CA

Starptautiskais nosaukums	Ķīmiskā formula	Struktūra
Gadopenteto skābe	Gadolīnija dimeglumīns, dietilēndiramīnpentaacetāts ((NMG) 2Gd-DTPA)	Lineārais, joniskais
Acid gadoterovaya	(NMG) Gd-DOTA	Cikliskie, joniskie
Gadodamidid	Gadolīnijs, diethylenetriaminepentaacetate-bis-methylamide (Gd-DTPA-BMA)	Lineārais, neioniskais
Outotéridol	Gd-HP-D03A	Cikliski, nejoni

Ārpuszarnie kosmosa kuģis tiek ievadīts intravenozi, 98% no tiem izdalās ar nierēm, neiejaucas asins-smadzeņu barjerā, ir mazs toksiskums, pieder pie paramagnētiskās grupas.

Kontrindikācijas MR

Absolūtās kontrindikācijas ietver apstākļus, kādos pētījums ir dzīvībai bīstams pacientiem. Piemēram, implantātu klātbūtne, kas tiek aktivizēta ar elektroniskiem, magnētiskiem vai mehāniskiem līdzekļiem, galvenokārt ir mākslīgie elektrokardiostimulatori. RF starojuma ietekme no MR skenera var traucēt stimulatora darbību, kas darbojas vaicājuma sistēmā, jo izmaiņas magnētiskajos laukos var imitēt sirdsdarbību. Magnētiskā piesaiste var izraisīt arī stimulatora pārvietošanos ligzdā un elektrodu pārvietošanu. Turklāt magnētiskais lauks rada šķēršļus vidusauss feromagnētisko vai elektronisko implantu darbībai. Mākslīgo sirds vārstuļu klātbūtne ir bīstama un tā ir absolūta kontrindikācija tikai tad, ja to pārbauda augsta lauka MR skeneros, kā arī, ja klīniski tiek uzskatīts, ka vārsts ir bojāts. Mazo metāla ķirurģisko implantu klātbūtne centrālajā nervu sistēmā attiecas arī uz absolūtiem kontrindikācijām pētījumam, jo to pārvietošanās magnētiskās piesaistes dēļ var izraisīt asiņošanu. Viņu klātbūtne citās ķermeņa daļās ir mazāk apdraudēta, jo pēc ārstēšanas fibroze un skavu iestrēgšana palīdz uzturēt tās stabilā stāvoklī. Tomēr papildus potenciālajiem briesmiem metāla implantu klātbūtne ar magnētiskajām īpašībām jebkurā gadījumā rada artefaktus, kas rada grūtības pētījuma rezultātu interpretēšanā.

Kontrindikācijas MR

Absolūtais:	Relatīvs:
Elektrokardiostimulatori	Citi stimulatori (insulīna sūkņi, nervu stimulatori)
Feromagnētiskie vai elektroniskie vidusauss implanti	Iekšējās auss neferromagnētiskie implanti, protezējošie sirds vārsti (augstajos laukos, ar aizdomām par disfunkciju)
Smadzeņu asinsvadu hemostātiskas skavas	Citi lokalizācijas hemostatiskie klipi, dekompensēta sirds mazspēja, grūtniecība, klaustrofobija, nepieciešamība pēc fizioloģiskā monitoringa

Par relatīvo grotivopokazaniyam nekā minēts iepriekš, ir arī dekompensēta sirds mazspēja, nepieciešamību fizioloģiskais monitoringu (mehānisko ventilāciju, elektriskie infūzijas sūkņiem). Klaustrofobija ir šķērslis pētījumiem 1-4% gadījumu. To var pārvarēt, no vienas puses, izmantojot ierīces ar atvērtām magnētiem, no otras puses - detalizēts skaidrojums par iekārtu un ierīču darbojas aptauju. Nav iegūts MRI pierādījumi postošo ietekmi uz embrija vai augļa, tomēr ieteicams izvairīties no MR ar I grūtniecības trimestrī. Par MRI lietošana grūtniecības laikā, ir redzams, ja citi nejonizējošā attēlveidošanas metodes nesniedz pietiekamu informāciju. MRI prasa lielāku līdzdalību pacientam tas nekā datortomogrāfijā, kā pacients kustība testa laikā ir daudz spēcīgāka ietekme uz attēla kvalitāti, tāpēc pētījumā pacientiem ar smagiem traucējumiem, apziņas traucējumi, spastiskām valstis, demenci, kā arī bērniem, bieži vien ir grūti.

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