Diagnosis osteoartritis: pengimejan resonans magnetik

Pencitraan resonans magnetik (MRI) pada tahun-tahun kebelakangan ini telah menjadi salah satu kaedah utama diagnosis non-invasif osteoartritis. Sejak tahun 70-an, apabila prinsip-prinsip magnetik resonans (MP) pertama kali digunakan untuk mengkaji tubuh manusia, sehingga hari ini cara pengimejan perubatan telah berubah secara radikal dan terus berkembang pesat.

Peralatan teknikal, perisian bertambah baik, teknik pencitraan sedang berkembang, persiapan MP-kontras sedang dibangunkan. Ini membolehkan anda sentiasa mencari kawasan baru permohonan MRI. Jika pada mulanya penggunaannya hanya terhad kepada kajian sistem saraf pusat, kini MRI berjaya digunakan di hampir semua bidang perubatan.

Pada tahun 1946, sekumpulan penyelidik dari Stanford dan Universiti Harvard secara bebas menemui fenomena itu, yang dipanggil resonans magnet nuklear (NMR). Inti daripadanya ialah nuklei beberapa atom, berada di medan magnet, di bawah pengaruh medan elektromagnetik luaran dapat menyerap tenaga, dan kemudian memancarkannya dalam bentuk isyarat radio. Untuk penemuan ini F. Bloch dan E. Parmel pada tahun 1952 dianugerahkan Hadiah Nobel. Fenomena baru tidak lama kemudian dapat belajar bagaimana menggunakan analisis spektrum struktur biologi (spektroskopi NMR). Pada tahun 1973, Paul Rautenburg menunjukkan untuk kali pertama kemungkinan mendapatkan imej menggunakan isyarat NMR. Oleh itu, tomografi NMR muncul. Tomograms NMR pertama organ-organ dalaman seseorang yang hidup telah ditunjukkan pada tahun 1982 di Kongres Antarabangsa Radiologi di Paris.

Dua penjelasan perlu diberikan. Walaupun kaedah ini berdasarkan kepada fenomena NMR, ia dipanggil resonans magnetik (MP), tidak memasukkan perkataan "nuklear". Ini dilakukan supaya pesakit tidak mempunyai idea tentang radioaktiviti yang berkaitan dengan pereputan nukleus atom. Dan keadaan kedua: MP-tomografi tidak sengaja "ditala" kepada proton, iaitu pada nukleus hidrogen. Unsur ini dalam tisu sangat banyak, dan nukleusnya mempunyai momen magnet terbesar di antara semua nukleus atom, yang menyebabkan tahap signal MR yang cukup tinggi.

Jika pada tahun 1983 terdapat hanya beberapa alat di seluruh dunia yang sesuai untuk penyelidikan klinikal, pada awal tahun 1996 terdapat kira-kira 10,000 tomografi di dunia. Setiap tahun, 1000 instrumen baru dimasukkan ke dalam amalan. Lebih daripada 90% daripada armada MP-tomografi adalah model dengan magnet superkonduktor (0.5-1.5 T). Ia adalah menarik untuk ambil perhatian bahawa jika pada pertengahan tahun 80-an syarikat - pengeluar MP-tomografi berpandukan prinsip "yang lebih tinggi padang, yang lebih baik", memberi tumpuan kepada model dengan bidang 1.5 T dan ke atas, pada akhir tahun 80-an adalah adalah jelas bahawa dalam kebanyakan aplikasi mereka tidak mempunyai kelebihan yang signifikan berbanding model dengan kekuatan medan sederhana. Oleh itu, pengeluar utama MP-tomografi ( "GE", "Siemens", "Philips", "Toshi ba", "Picker", "Brooker" dan lain-lain.) Sekarang membayar perhatian yang besar kepada pengeluaran pertengahan model dan juga rendah bidang, yang berbeza daripada sistem bidang tinggi dalam kekompakan dan ekonomi dengan kualiti imej yang memuaskan dan kos yang jauh lebih rendah. Sistem lantai tinggi digunakan terutamanya di pusat-pusat penyelidikan untuk menjalankan spektroskopi MR.

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

Prinsip kaedah MRI

Komponen utama MP-tomograf adalah: magnet ultra-kuat, pemancar radio, menerima gegelung frekuensi radio, komputer dan panel kawalan. Kebanyakan peranti mempunyai medan magnet dengan momen magnet sejajar dengan paksi panjang badan manusia. Kekuatan medan magnet diukur dalam Tesla (T). Untuk medan penggunaan MRI klinikal dengan kekuatan 0.2-1.5 T.

Apabila pesakit diletakkan di dalam medan magnet yang kuat, semua proton yang dipoles magnetik terungkap ke arah medan luaran (seperti jarum kompas, yang dipandu oleh medan magnet bumi). Di samping itu, paksi magnet bagi setiap proton mula berputar di sekitar arah medan magnet luar. Gerakan putaran tertentu ini dipanggil proses, dan kekerapannya adalah kekerapan resonan. Apabila nadi kekerapan frekuensi radio elektromagnetik dihantar melalui badan pesakit, medan magnet gelombang radio menyebabkan momen-momen magnetik semua proton berputar sekitar momen magnet medan luaran. Untuk ini berlaku, kekerapan gelombang radio bersamaan dengan kekerapan resonansi proton. Fenomena ini dipanggil resonans magnetik. Untuk menukar orientasi proton magnetik, medan magnet proton dan gelombang radio mesti bergema, iaitu. Mempunyai kekerapan yang sama.

Sejumlah momen magnetik dicipta di dalam tisu pesakit: tisu-tisu magnet dan magnetnya berorientasikan selari dengan medan magnet luaran. Magnetisme adalah berkadar dengan bilangan proton per unit tisu. Jumlah besar proton (nukleus hidrogen) yang terkandung dalam kebanyakan tisu menyebabkan hakikat bahawa momen magnetik tulen cukup besar untuk mendorong arus elektrik di gegelung penerima yang terletak di luar pesakit. Isyarat MP yang diinduksi ini digunakan untuk membina semula imej MR.

Proses peralihan elektron nukleus dari keadaan teruja ke keadaan keseimbangan dipanggil proses relaksasi kekisi-putaran atau kelonggaran membujur. Ia dicirikan oleh masa kelonggaran T1-spin-kisi-masa yang diperlukan untuk memindahkan 63% daripada nukleus kepada keadaan keseimbangan selepas mereka teruja dengan nadi 90 °. T2 juga merupakan masa kelonggaran spin-spin.

Ada beberapa cara untuk mendapatkan MP-tomograms. Perbezaannya terletak pada urutan dan sifat penjanaan kekerapan frekuensi radio, kaedah untuk menganalisis isyarat MP. Yang paling biasa ialah dua kaedah: spin-kisi dan spin-echo. Bagi spin-kisi, masa kelonggaran T1 dianalisis terutamanya. Pelbagai tisu (perkara kelabu dan putih otak, cecair serebrospinal, tisu tumor, tulang rawan, otot, dan lain-lain) mempunyai proton dengan masa rehat yang berbeza T1. Dengan tempoh T1, intensiti isyarat MP adalah berkaitan: lebih pendek T1, semakin kuat isyarat MR dan lebih ringan ruang imej muncul pada monitor TV. Tisu lemak pada MP-tomogram berwarna putih, diikuti dengan intensiti isyarat MP dalam urutan menurun adalah otak dan saraf tunjang, organ dalaman yang padat, dinding vaskular dan otot. Udara, tulang dan kalsiran praktikal tidak memberi isyarat MP dan oleh itu dipaparkan dalam warna hitam. Hubungan ini dengan masa istirahat T1 mewujudkan prasyarat untuk visualisasi tisu normal dan diubah pada tomogram MR.

Dalam satu lagi kaedah MP-tomography, dipanggil spin-echo, satu siri denyutan frekuensi radio dihantar kepada pesakit yang mengubah proton precessing 90 °. Selepas menghentikan denyutan, isyarat MP yang direkodkan direkodkan. Walau bagaimanapun, intensiti isyarat tindak balas adalah berbeza berkaitan dengan tempoh T2: T2 yang lebih pendek, lebih lemah isyarat dan, akibatnya, kecerahan skrin monitor TV adalah lebih rendah. Oleh itu, gambaran akhir MRI dalam kaedah T2 bertentangan dengan T1 (sebagai negatif kepada positif).

Pada MP-tomograms, tisu lembut dipaparkan lebih baik daripada pada tomograms komputer: otot, lapisan lemak, rawan, kapal. Pada beberapa peranti, seseorang boleh mendapatkan gambar kapal tanpa memperkenalkan agen kontras (MP-angiography). Oleh kerana kandungan air rendah dalam tisu tulang, yang kedua tidak menghasilkan kesan perisai, seperti dalam tomografi yang dikira sinar-X, iaitu Tidak mengganggu imej, contohnya, saraf tunjang, cakera intervertebral, dan sebagainya. Sudah tentu, nukleus hidrogen terkandung bukan sahaja di dalam air, tetapi dalam tisu tulang mereka tetap dalam molekul yang sangat besar dan struktur padat dan tidak mengganggu MRI.

Kelebihan dan kelemahan MRI

Kelebihan utama MRI adalah tidak invasif, tidak berbahaya (tiada pendedahan radiasi), mendapatkan imej watak tiga dimensi, satu perbezaan yang asli daripada bergerak darah, ketiadaan artifak tisu tulang, pembezaan tinggi tisu lembut, keupayaan untuk melaksanakan MP-spektroskopi dalam vivo kajian metabolisme tisu dalam vivo. MPT membolehkan anda mendapatkan imej lapisan nipis badan manusia di mana-mana bahagian - dalam pesawat depan, sagittal, paksi dan serong. Adalah mungkin untuk membina semula imej volumetrik organ, untuk menyegerakkan penerimaan tomograms dengan gigi elektrokardiogram.

Kelemahan utama biasanya berkaitan dengan masa yang cukup lama masa diambil untuk menghasilkan imej (biasanya minit), yang membawa kepada kemunculan artifak dari pergerakan pernafasan (terutamanya mengurangkan kecekapan penyelidikan cahaya), aritmia (ketika kajian jantung), ketidakupayaan untuk pasti mengesan batu, calcifications, beberapa jenis patologi struktur tulang, kos tinggi peralatan dan operasi, keperluan khas untuk premis di mana instrumen terletak (pemeriksaan dari gangguan), tidak mustahil memeriksa Saya sakit dengan claustrophobia, alat pacu tiruan, implan logam besar dari logam bukan perubatan.

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

Bahan kontras untuk MRI

Pada permulaan penggunaan MRI, ia dipercayai bahawa kontras semulajadi antara tisu yang berbeza menghilangkan keperluan untuk agen kontras. Tidak lama kemudian ia mendapati bahawa perbezaan isyarat antara tisu yang berbeza, iaitu Sebaliknya imej MR dapat ditingkatkan dengan ketara oleh media kontras. Apabila medium kontras MP pertama (mengandungi ion gadolinium paramagnetik) menjadi tersedia secara komersial, maklumat diagnostik MRI meningkat dengan ketara. Inti dari agen kontras-MR adalah untuk mengubah parameter magnet proton tisu dan organ, iaitu. Menukar masa istirahat (TR) proton T1 dan T2. Sehingga kini, terdapat beberapa klasifikasi agen-agen kontras MP (atau sebaliknya, agen kontras - CA).

Dengan kesan utama pada masa kelonggaran MR-Cadel di:

• T1-KA, yang memendekkan T1 dan dengan itu meningkatkan intensiti isyarat MP tisu. Mereka juga dipanggil SC positif.
• T2-KA, yang memendekkan T2, mengurangkan intensiti isyarat MR. Ini adalah SC negatif.

Bergantung pada sifat magnet MR-SC dibahagikan kepada paramagnetik dan superparamagnetik:

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

Media kontras paramagnetik

Sifat-sifat paramagnetic dimiliki oleh atom-atom dengan satu atau lebih elektron tidak berpasangan. Ini adalah ion magnet gadolinium (Gd), kromium, nikel, besi, dan juga mangan. Sebatian Gadolinium digunakan secara klinikal secara meluas. Kesan yang berlainan gadolinium adalah disebabkan oleh pemendekan masa istirahat T1 dan T2. Dalam dos yang rendah, pengaruh pada T1, yang meningkatkan intensiti isyarat, mendominasi. Dalam dos yang tinggi, kesan pada T2 mendominasi dengan penurunan intensiti isyarat. Paramagnetics kini paling banyak digunakan dalam amalan diagnostik klinikal.

Media kontras superparamagnetik

Kesan dominan oksida superparamagnetik adalah pengurangan kelonggaran T2. Apabila dos dibangkitkan, keamatan isyarat menurun. Kumpulan ini mungkin termasuk kapal angkasa dan kapal angkasa feromagnet, yang termasuk oksida besi feromagnet struktur yang serupa dengan ferit magnetit (Fe ²⁺ PFSS ₂ ^{3 +} 0 ₃ ).

Klasifikasi berikut adalah berdasarkan farmakokinetik CA (Sergeev, V.V., Isoavt., 1995):

• extracellular (khusus tisu);
• gastrousus;
• organotropik (khusus tisu);
• makromolekul, yang digunakan untuk menentukan ruang vaskular.

Di Ukraine, empat MR-CAs diketahui, yang SC-paramagnetic larut air larut ekstraselular, di mana gadodiamide dan asid gadopentetik digunakan secara meluas. Baki kumpulan SC (2-4) menjalani satu peringkat ujian klinikal di luar negara.

MP-CA larut air larut ekstrasel

Nama antarabangsa	Formula kimia	Struktur
Asid gadopentetik	Gadolinium dimeglumina diethylenetriaminepentaacetate ((NMG) 2Gd-DTPA)	Linear, ionik
Gadoterovaya asam	(NMG) Gd-DOTA	Cyclic, ionic
Gadodamidid	Gadolinium diethylenetriaminepentaacetate-bis-methylamide (Gd-DTPA-BMA)	Linear, bukan ionik
Outotéridol	Gd-HP-D03A	Cyclic, non-ionic

Kapal angkasa luar angkasa diberikan secara intravena, 98% daripada mereka dikumuhkan oleh buah pinggang, tidak menembusi halangan darah-otak, mempunyai ketoksikan yang rendah, tergolong dalam kumpulan paramagnetik.

Kontraindikasi ke MRI

Kontraindikasi mutlak termasuk keadaan di mana kajian itu adalah pesakit yang mengancam nyawa. Sebagai contoh, kehadiran implan, yang diaktifkan dengan cara elektronik, magnet atau mekanikal, adalah perentak tiruan utama. Kesan radiasi RF dari pengimbas MR boleh mengganggu fungsi penstabil yang beroperasi dalam sistem pertanyaan, kerana perubahan medan magnet boleh meniru aktiviti jantung. Daya tarikan magnet juga boleh menyebabkan stimulator bergerak dalam sarang dan menggerakkan elektrod. Di samping itu, medan magnet menghasilkan halangan untuk operasi implan feromagnetik atau elektronik telinga tengah. Kehadiran injap jantung tiruan adalah bahaya dan hanya satu lawan mutlak dalam kajian oleh MRI dengan bidang tinggi, dan jika ia diandaikan kerosakan injap secara klinikal. Kontra mutlak kajian itu juga berkaitan kehadiran logam kecil doktor pembedahan (klip hemostatic) dalam sistem saraf pusat, kerana anjakan mereka kerana tarikan magnet mengancam pendarahan. Kehadiran mereka di bahagian lain badan adalah kurang ancaman, kerana selepas rawatan, fibrosis dan enkapsulasi clamps membantu menjaga mereka dalam keadaan yang stabil. Walau bagaimanapun, sebagai tambahan kepada bahaya yang berpotensi, kehadiran implan logam dengan sifat-sifat magnet dalam mana-mana menyebabkan artifak yang menimbulkan kesukaran untuk menafsirkan hasil kajian.

Kontraindikasi ke MRI

Mutlak:	Relatif:
Pacemakers	Perangsang lain (pam insulin, stimulator saraf)
Implan ferromagnetik atau elektronik telinga tengah	Implan non-ferromagnetik telinga dalam, injap jantung prostetik (dalam bidang yang tinggi, dengan disfungsi disyaki)
Pengapit hemostatik dari saluran cerebral	Klip hemostatik penyetempatan lain, kegagalan jantung yang decompensated, kehamilan, sesakfobia, keperluan pemantauan fisiologi

Untuk kontraindikasi relatif, sebagai tambahan kepada perkara di atas, juga termasuk kegagalan jantung yang decompensated, keperluan pemantauan fisiologi (pengudaraan mekanik, pam infusi elektrik). Claustrophobia adalah penghalang kepada penyelidikan dalam 1-4% kes. Ia boleh diatasi, di satu pihak, menggunakan peranti dengan magnet terbuka, di pihak yang lain - penjelasan terperinci mengenai peralatan dan perjalanan tinjauan. Bukti kesan merosakkan MRI pada embrio atau janin tidak diperoleh, tetapi disarankan untuk mengelakkan MRI pada trimester pertama kehamilan. Penggunaan MRI semasa kehamilan ditunjukkan dalam kes di mana kaedah pengimejan diagnostik bukan pengionan lain tidak memberikan maklumat yang memuaskan. MRI memerlukan penyertaan dalam pesakit itu daripada tomografi berkomputer, kerana pergerakan pesakit semasa ujian adalah pengaruh lebih kuat kepada kualiti imej, jadi kajian pesakit yang mengalami gangguan akut, kesedaran terjejas, negara spastik, demensia, serta kanak-kanak adalah sukar.

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