Diagnóza osteoartrózy: zobrazovanie magnetickou rezonanciou

Magnetické rezonančné zobrazenie (MRI) sa v posledných rokoch stalo jednou z vedúcich metód neinvazívnej diagnostiky osteoartritídy. Od 70. Rokov, kedy sa prvýkrát používali princípy magnetickej rezonancie (MP) na štúdium ľudského tela, dodnes sa táto metóda zobrazovania v medicíne radikálne zmenila a rýchlo sa rozvíja.

Technické vybavenie, softvér sa zlepšuje, vyvíjajú sa zobrazovacie techniky, vyvíjajú sa kontrastné preparáty MP. To vám umožní neustále nájsť nové oblasti aplikácie MRI. Ak sa pôvodne jeho použitie obmedzilo iba na štúdie centrálneho nervového systému, teraz sa MRI úspešne používa takmer vo všetkých oblastiach medicíny.

V roku 1946 skupina výskumníkov zo Stanfordských a Harvardských univerzít nezávisle odhalila fenomén, ktorý sa nazýval nukleárna magnetická rezonancia (NMR). Podstatou toho bolo, že jadrá niektorých atómov, ktoré sú v magnetickom poli pod vplyvom vonkajšieho elektromagnetického poľa, môžu absorbovať energiu a potom ju emitovať vo forme rádiového signálu. Za tento objav získali F. Bloch a E. Parmel v roku 1952 Nobelovu cenu. Nový fenomén sa čoskoro naučil používať na spektrálnu analýzu biologických štruktúr (NMR spektroskopia). V roku 1973 Paul Rautenburg poprvýkrát demonštroval možnosť získania obrazu pomocou NMR signálov. Tak sa objavila NMR tomografia. Prvé NMR tomogramy vnútorných orgánov žijúcej osoby boli preukázané v roku 1982 na Medzinárodnom kongrese rádiológov v Paríži.

Je potrebné uviesť dve vysvetlenia. Napriek tomu, že metóda je založená na fenoméne NMR, nazýva sa to magnetická rezonancia (MP), pričom sa vynecháva slovo "jadrová". Toto sa robí tak, aby pacienti nemali predstavu o rádioaktivite spojenej s rozpadom atómových jadier. Druhá okolnosť: MP-tomografy nie sú náhodne "ladené" na protóny, t. Na jadre vodíka. Tento prvok v tkanivách je veľmi veľa a jeho jadrá majú najväčší magnetický moment medzi všetkými atómovými jadrami, čo spôsobuje dostatočne vysokú úroveň MR signálu.

Ak v roku 1983 bolo na celom svete k dispozícii len niekoľko zariadení vhodných na klinický výskum, začiatkom roka 1996 bolo na svete približne 10 000 tomografov. Každý rok sa do praxe zavádza 1000 nových nástrojov. Viac ako 90% flotily MP-tomografov sú modely so supravodivými magnetmi (0,5-1,5 T). Je zaujímavé si všimnúť, že ak v polovici 80. Rokov firmy - výrobcovia MP-tomografia riadi zásadou "čím vyššia je pole, tým lepšie", zameraného na modeli s poľom 1.5 T a vyššie, na konci 80. Rokov bola je zrejmé, že vo väčšine aplikácií nemajú výrazné výhody oproti modelom so strednou intenzitou poľa. Preto sú hlavnými producentmi MP-tomografia ( "GE", "Siemens", "Philips", "Tosh ba", "Picker", "Brooker" a ďalšie). Teraz venovať veľkú pozornosť na výrobu stredných modelov a dokonca aj low ktoré sa odlišujú od systémov na vysokej úrovni v kompaktnosti a hospodárnosti s uspokojivou kvalitou obrazu a výrazne nižšou cenou. Systémy s vysokým podlahom sa používajú predovšetkým vo výskumných centrách na vykonávanie MR spektroskopie.

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

Princíp metódy MRI

Hlavné súčasti MP-tomografu sú: ultra silný magnet, rádiový vysielač, prijímač rádiovej frekvencie, počítač a ovládací panel. Väčšina zariadení má magnetické pole s magnetickým momentom rovnobežným s dlhou osou ľudského tela. Pevnosť magnetického poľa sa meria v Tesle (T). Pre klinické MRI použitie polí so silou 0,2-1,5 T.

Keď je pacient umiestnený do silného magnetického poľa, všetky protóny, ktoré sú magnetickými dipóliami, sa rozvinú v smere vonkajšieho poľa (ako je kompasová ihla, ktorá je vedená magnetickým poľom Zeme). Navyše sa magnetické osi každého protónu začínajú otáčať okolo smeru vonkajšieho magnetického poľa. Tento špecifický rotačný pohyb sa nazýva proces a jeho frekvencia je rezonančná frekvencia. Keď sa prenáša krátky elektromagnetický rádiofrekvenčný impulz cez telo pacienta, magnetické pole rádiových vĺn spôsobí, že sa magnetické momenty všetkých protónov otáčajú okolo magnetického momentu vonkajšieho poľa. Aby sa to stalo, je nevyhnutné, aby sa frekvencia rádiových vĺn rovnala rezonančnej frekvencii protónov. Tento jav sa nazýva magnetická rezonancia. Na zmenu orientácie magnetických protónov musia rezonovať magnetické polia protónov a rádiových vĺn, t.j. Majú rovnakú frekvenciu.

V tkanivách pacienta vzniká celkový magnetický moment: tkanivá sú magnetizované a ich magnetizmus je orientovaný striktne paralelne k vonkajšiemu magnetickému poľu. Magnetizmus je úmerný počtu protónov na jednotku objemu tkaniva. Obrovské množstvo protónov (vodíkových jadier) obsiahnutých vo väčšine tkanív spôsobuje skutočnosť, že čistý magnetický moment je dostatočne veľký na to, aby indukoval elektrický prúd v prijímacej cievke umiestnenej mimo pacienta. Tieto indukované MP signály sa používajú na rekonštrukciu obrazu MR.

Proces prechodu elektrónov jadra z excitovaného stavu do rovnovážneho stavu sa nazýva relaxačný proces spin-mriežky alebo pozdĺžna relaxácia. Je charakterizovaná relaxačnou dobou T1-spin-mriežky - čas potrebný na prenos 63% jadier do rovnovážneho stavu po excitácii 90 ° impulzom. T2 je tiež relaxačný čas spin-spin.

Existuje niekoľko spôsobov, ako získať MP-tomogramy. Ich rozdiel spočíva v poradí a povahe generácie rádiofrekvenčných impulzov, metódy analýzy MP signálov. Najbežnejšie sú dve metódy: spin-mriežka a spin-echo. Pre spin-mriežku sa hlavne analyzuje relaxačný čas T1. Rôzne tkanivá (sivá a biela hmota mozgu, cerebrospinálna tekutina, nádorové tkanivo, chrupavka, svaly atď.) Majú protóny s rôznymi časmi relaxácie T1. Pri trvaní T1 je intenzita signálu MP súvisiaca: čím kratší je T1, tým intenzívnejší je MR signál a ľahší obrazový priestor sa objaví na televíznom monitore. Tukové tkanivo na MP-tomograme je biele, po ktorom nasleduje intenzita signálu MP v zostupnom poradí: mozog a miecha, husté vnútorné orgány, cievne steny a svaly. Vzduch, kosti a kalcifikácie prakticky nedávajú signál MP, a preto sú zobrazené čierne. Tieto vzťahy relaxačného času T1 vytvárajú predpoklady pre vizualizáciu normálnych a zmenených tkanív na MR tomogramoch.

V ďalšej metóde MP-tomografie, nazývanej spin-echo, sa pacientovi posiela séria rádiofrekvenčných impulzov, ktoré otáčajú protónové protóny o 90 °. Po zastavení impulzov sa zaznamenávajú signály MP reakcie. Intenzita signálu odozvy však závisí inak od trvania T2: kratší T2, tým slabší signál a následne jas obrazovky TV monitora je nižší. Takže konečný obraz MRI v metóde T2 je opačný ako obraz T1 (negatívny až pozitívny).

Na MP-tomogramoch sa mäkké tkanivá zobrazujú lepšie ako na počítačových tomografoch: svaly, vrstvy tuku, chrupavka, cievy. Na niektorých zariadeniach je možné získať obraz ciev bez zavedenia kontrastného činidla (MP-angiografia). V dôsledku nízkeho obsahu vody v kostnom tkanive nedochádza k vytvoreniu tieniaceho účinku, ako v tomografii s použitím rôntgenovej elektródy, t.j. Nezasahuje do obrazu, napríklad miechy, medzistavcových diskov atď. Samozrejme, že vodíkové jadrá sú obsiahnuté nielen vo vode, ale v kostnom tkanive sú fixované vo veľmi veľkých molekulách a hustých štruktúrach a neinterferujú s magnetickou rezonanciou.

Výhody a nevýhody MRI

Hlavné výhody MRI sú neinvazívne, neškodný (bez vystavenia radiácii), čím sa získa trojrozmerný obraz znaku, prirodzený kontrast pohybu krvi, absencia artefaktov kostného tkaniva, vysoké rozlíšenie mäkkých tkanív, schopnosť vykonávať MP-spektroskopia pre štúdium in vivo metabolizmu tkanív in vivo. MPT umožňuje zobrazovanie tenkých vrstiev ľudského tela v každom priereze - vo frontálnej, sagitálnej, axiálne a naklonených rovín. Je možné rekonštruovať trojrozmerné obrazy orgánov, synchronizovať získať tomografické s elektrokardiogram zubami.

Hlavné nevýhody sú zvyčajne súvisí s dostatočne dlhú dobu potrebnú pre vytvorenie obrazu (zvyčajne minút), čo vedie k výskytu artefaktov z dýchacích pohybov (predovšetkým znižuje účinnosť svetelného výskumu), arytmia (keď srdce štúdia), neschopnosť spoľahlivo detekovať kamene, kalcifikácie, niektoré typy patológie kostných štruktúr, vysoké náklady na zariadenie a jeho prevádzku, špeciálne požiadavky na omescheniyam v ktorých existujú zariadení (tienenie proti rušeniu), nemožnosť pozorovanie Som chorý s klaustrofóbiou, umelými stimulátormi, veľkými kovovými implantátmi z nelekárskych kovov.

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

Kontrastné látky pre MRI

Na začiatku používania MRI sa predpokladalo, že prirodzený kontrast medzi rôznymi tkanivami eliminuje potrebu kontrastných látok. Čoskoro sa zistilo, že rozdiel v signáloch medzi rôznymi tkanivami, t.j. Kontrast obrazu MR môže byť výrazne zlepšený kontrastnými médiami. Keď sa prvé MP kontrastné médium (obsahujúce paramagnetické gadolíniové ióny) stalo komerčne dostupné, diagnostické informácie o MRI sa výrazne zvýšili. Podstatou MR kontrastného činidla je zmena magnetických parametrov protónov tkanív a orgánov, t.j. Zmena relaxačného času (TR) protónov T1 a T2. K dnešnému dňu existuje niekoľko klasifikácií kontrastných látok MP (alebo skôr kontrastných látok - CA).

Prevažujúcim účinkom na relaxačný čas MR-Cadel v:

• T1-KA, ktoré skracujú T1 a tým zvyšujú intenzitu MP signálu tkanív. Tiež sa nazývajú pozitívne SC.
• T2-KA, ktoré skracujú T2, znižujú intenzitu MR signálu. Toto je negatívna SC.

V závislosti od magnetických vlastností MR-SC sú rozdelené na paramagnetické a superparamagnetické:

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

Paramagnetické kontrastné látky

Paramagnetické vlastnosti majú atómy s jedným alebo viacerými nepárovými elektrónmi. Sú to magnetické ióny gadolínia (Gd), chrómu, niklu, železa a tiež mangánu. Gadolíniové zlúčeniny sa najčastejšie používali klinicky. Kontrastný účinok gadolínia je spôsobený skrátením relaxačného času T1 a T2. V nízkych dávkach prevažuje vplyv na T1, ktorý zvyšuje intenzitu signálu. Vo vysokých dávkach prevažuje vplyv na T2 so znížením intenzity signálu. Paramagnetika sa v klinickej diagnostike používa najčastejšie.

Superparamagnetické kontrastné látky

Dominantným účinkom superparamagnetického oxidu železa je skrátenie relaxácie T2. Pri zvyšovaní dávky sa intenzita signálu znižuje. K tejto skupine kozmických lode možno pripísať aj feromagnetické satelity, ktoré obsahujú feromagnetické oxidy železa štrukturálne podobné magnetitu feritu (Fe2 ⁺ OFe ₂ ³⁺ 0 ₃ ).

Nasledujúca klasifikácia je založená na farmakokinetike CA (Sergeev, V.V., Isoavt., 1995):

• extracelulárne (tkanivovo špecifické);
• gastrointestinálne;
• organotropné (špecifické pre tkanivá);
• makromolekulárne, ktoré sa používajú na určenie cievneho priestoru.

Na Ukrajine sú známe štyri MR-CA, ktoré sú extracelulárne vo vode rozpustné paramagnetické SC, z ktorých sa široko používa gadodiamid a kyselina gadopenténová. Zvyšné SC skupiny (2-4) absolvujú štádium klinických skúšok v zahraničí.

Extracelulárny vo vode rozpustný MP-CA

Medzinárodný názov	Chemický vzorec	štruktúra
Kyselina gadopenténová	Gadolínium dimeglumín dietylentriaminpentaacetát ((NMG) 2Gd-DTPA)	Lineárne, iónové
Kyselina gadoterovaya	(NMG) Gd-DOTA	Cyklické, iónové
Gadodiamid	Gadolínium dietylentriamínpentaacetát-bis-metylamid (Gd-DTPA-BMA)	Lineárne, neiónové
Gadotyeridol	Gd-HP-D03A	Cyklické, neiónové

Extracelulárna kozmická sonda sa podáva intravenózne, 98% z nich sa vylučuje obličkami, nepreniká cez hematoencefalickú bariéru, má nízku toxicitu, patrí do paramagnetickej skupiny.

Kontraindikácie k MRI

Absolútne kontraindikácie zahŕňajú podmienky, za ktorých je štúdia život ohrozujúcimi pacientmi. Napríklad prítomnosť implantátov, ktoré sú aktivované elektronickými, magnetickými alebo mechanickými prostriedkami, sú predovšetkým umelé stimulátory. Vplyv RF žiarenia z MR skenera môže interferovať s fungovaním stimulátora pôsobiaceho v systéme dotazu, pretože zmeny v magnetických poliach môžu napodobňovať činnosť srdca. Magnetické priťahovanie môže tiež spôsobiť, že sa stimulátor pohybuje v hniezde a pohybuje elektródami. Okrem toho magnetické pole vytvára prekážky pre fungovanie feromagnetických alebo elektronických implantátov stredného ucha. Prítomnosť umelých srdcových chlopní je nebezpečenstvo, a to iba absolútne kontraindikácie v štúdiách pomocou MRI s vysokým poli, a ak sa predpokladá, klinicky poškodenie ventilu. Absolútne kontraindikácie štúdie sa tiež týka prítomnosť malé kovové chirurgický implantát (hemostatické klipy) v centrálnom nervovom systéme, pretože ich posunutie v dôsledku magnetickej príťažlivosti ohrozujúceho krvácania. Ich prítomnosť v iných častiach tela má menšiu hrozbu, pretože po liečbe fibrózy a zapuzdrenie klipy pomôcť, aby im v stabilnom stave. Avšak, na rozdiel od potenciálne nebezpečenstvo, že prítomnosť kovových implantátov s magnetickými vlastnosťami v oboch prípadoch vedie artefakty a spôsobuje ťažkosti pre interpretáciu výsledkov štúdie.

Kontraindikácie k MRI

Absolútna:	Relatívna:
Kardiostimulátory	Ďalšie stimulanty (inzulínové pumpy, nervové stimulátory)
Feromagnetické alebo elektronické implantáty stredného ucha	Neferomagnetické implantáty vnútorného ucha, protetické srdcové chlopne (vo vysokých poliach s podozrením na dysfunkciu)
Hemostatické svorky mozgových ciev	Hemostatické klipy inej lokalizácie, dekompenzované zlyhanie srdca, tehotenstvo, klaustrofóbia, potreba fyziologického monitorovania

Pre relatívna grotivopokazaniyam, než sú uvedené vyššie, sú tiež dekompenzované srdcové zlyhanie, nutnosť fyziologické monitorovanie (mechanickej ventilácii, elektrických infúznych púmp). Klasustrofóbia je prekážkou výskumu v 1 až 4% prípadov. Na jednej strane je možné prekonať použitie zariadení s otvorenými magnetmi na strane druhej - podrobné vysvetlenie prístroja a priebeh prieskumu. MRI dôkaz škodlivého účinku na embryo alebo plod sa nedosiahne, však odporúča, aby sa zabránilo MRI v I. Trimestri tehotenstva. Použitie MRI počas tehotenstva je indikované v prípadoch, keď iné neionizujúce metódy diagnostického zobrazovania neposkytujú uspokojivé informácie. MRI vyžaduje väčšie zapojenie do pacienta, než počítačovej tomografie, ako pohyb pacienta počas testu je oveľa silnejší vplyv na kvalitu obrazu, takže štúdii u pacientov s ťažkými poruchami, poruchou vedomia, kŕčových stavov, demencia, rovnako ako deti, je často ťažké.

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