Diagnosis osteoarthritis: pengimejan resonans magnetik

Pengimejan resonans magnetik (MRI) telah menjadi salah satu kaedah utama untuk diagnostik bukan invasif osteoarthritis sejak beberapa tahun kebelakangan ini. Sejak tahun 1970-an, apabila prinsip resonans magnetik (MR) pertama kali digunakan untuk mengkaji tubuh manusia, kaedah pengimejan perubatan ini telah berubah secara dramatik dan terus berkembang pesat.

Peralatan dan perisian teknikal sedang diperbaiki, kaedah pemerolehan imej sedang dibangunkan, dan agen kontras MR sedang dibangunkan. Ini membolehkan kawasan baru permohonan untuk MRI sentiasa dijumpai. Jika pada mulanya penggunaannya terhad kepada kajian sistem saraf pusat, kini MRI berjaya digunakan dalam hampir semua bidang perubatan.

Pada tahun 1946, kumpulan penyelidik dari Universiti Stanford dan Harvard secara bebas menemui fenomena yang dipanggil resonans magnet nuklear (NMR). Intipatinya ialah nukleus beberapa atom, berada dalam medan magnet, di bawah pengaruh medan elektromagnet luaran mampu menyerap tenaga dan kemudian memancarkannya dalam bentuk isyarat radio. Untuk penemuan ini, F. Bloch dan E. Parmel telah dianugerahkan Hadiah Nobel pada tahun 1952. Fenomena baru itu tidak lama lagi digunakan untuk analisis spektrum struktur biologi (spektroskopi NMR). Pada tahun 1973, Paul Rautenburg mula-mula menunjukkan kemungkinan mendapatkan imej menggunakan isyarat NMR. Ini adalah bagaimana tomografi NMR muncul. Tomogram NMR pertama organ dalaman seseorang yang masih hidup telah ditunjukkan pada tahun 1982 di Kongres Antarabangsa Radiologi di Paris.

Dua penjelasan harus diberikan. Walaupun fakta bahawa kaedah itu berdasarkan fenomena NMR, ia dipanggil resonans magnetik (MR), meninggalkan perkataan "nuklear". Ini dilakukan supaya pesakit tidak mempunyai pemikiran tentang radioaktiviti yang berkaitan dengan pereputan nukleus atom. Dan keadaan kedua: tomograf MR tidak sengaja "ditala" kepada proton, iaitu, nukleus hidrogen. Terdapat banyak unsur ini dalam tisu, dan nukleusnya mempunyai momen magnet terbesar di antara semua nukleus atom, yang menentukan tahap isyarat MR yang agak tinggi.

Jika pada tahun 1983 terdapat hanya beberapa peranti yang sesuai untuk penyelidikan klinikal di dunia, maka pada awal tahun 1996 terdapat kira-kira 10,000 tomograf yang beroperasi di seluruh dunia. Setiap tahun 1000 peranti baharu diperkenalkan ke dalam amalan. Lebih daripada 90% taman MR-tomographs adalah model dengan magnet superkonduktor (0.5-1.5 T). Adalah menarik untuk diperhatikan bahawa jika pada pertengahan tahun 80-an syarikat - pengeluar MR-tomographs dipandu oleh prinsip "semakin tinggi bidang, lebih baik", memfokuskan pada model dengan bidang 1.5 T dan lebih tinggi, maka pada akhir tahun 80-an menjadi jelas bahawa dalam kebanyakan bidang aplikasi mereka tidak mempunyai kelebihan yang ketara berbanding model dengan kekuatan medan purata. Oleh itu, pengeluar utama tomograf MR (General Electric, Siemens, Philips, Toshiba, Picker, Bruker, dsb.) pada masa ini memberi banyak perhatian kepada pengeluaran model dengan medan sederhana dan juga rendah, yang berbeza daripada sistem medan tinggi dalam kekompakan dan ekonominya dengan kualiti imej yang memuaskan dan kos yang jauh lebih rendah. Sistem medan tinggi digunakan terutamanya di pusat penyelidikan untuk spektroskopi MR.

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

Prinsip kaedah MRI

Komponen utama pengimbas MRI ialah: magnet yang sangat kuat, pemancar radio, gegelung frekuensi radio penerima, komputer, dan panel kawalan. Kebanyakan peranti mempunyai medan magnet dengan momen magnet selari dengan paksi panjang badan manusia. Kekuatan medan magnet diukur dalam teslas (T). Untuk MRI klinikal, medan dengan kekuatan 0.2-1.5 T digunakan.

Apabila pesakit diletakkan dalam medan magnet yang kuat, semua proton, yang merupakan dipol magnet, berpusing ke arah medan luar (seperti jarum kompas yang berorientasikan ke arah medan magnet Bumi). Di samping itu, paksi magnet setiap proton mula berputar mengelilingi arah medan magnet luar. Pergerakan putaran khusus ini dipanggil perarakan, dan kekerapannya dipanggil frekuensi resonans. Apabila denyutan frekuensi radio elektromagnet pendek melalui badan pesakit, medan magnet gelombang radio menyebabkan momen magnet semua proton berputar mengelilingi momen magnet medan luaran. Untuk ini berlaku, frekuensi gelombang radio mestilah sama dengan frekuensi resonans proton. Fenomena ini dipanggil resonans magnetik. Untuk menukar orientasi proton magnetik, medan magnet proton dan gelombang radio mesti bergema, iaitu mempunyai frekuensi yang sama.

Momen magnetik bersih dicipta dalam tisu pesakit: tisu dimagnetkan dan kemagnetannya berorientasikan selari dengan medan magnet luar. Kemagnetan adalah berkadar dengan bilangan proton per unit isipadu tisu. Jumlah besar proton (nukleus hidrogen) yang terkandung dalam kebanyakan tisu bermakna momen magnet bersih cukup besar untuk mendorong arus elektrik dalam gegelung penerima yang terletak di luar pesakit. Isyarat MR teraruh ini digunakan untuk membina semula imej MR.

Proses peralihan elektron nukleus daripada keadaan teruja kepada keadaan keseimbangan dipanggil proses kelonggaran spin-lattice atau kelonggaran longitudinal. Ia dicirikan oleh T1 - masa kelonggaran spin-lattice - masa yang diperlukan untuk memindahkan 63% nukleus ke keadaan keseimbangan selepas pengujaannya dengan nadi 90°. T2 - masa kelonggaran spin-spin juga dibezakan.

Terdapat beberapa kaedah untuk mendapatkan tomogram MR. Mereka berbeza dalam susunan dan sifat penjanaan nadi frekuensi radio dan kaedah analisis isyarat MR. Dua kaedah yang paling banyak digunakan ialah spin-lattice dan spin-echo. Kekisi berputar terutamanya menganalisis masa kelonggaran T1. Tisu yang berbeza (bahan kelabu dan putih otak, cecair serebrospinal, tisu tumor, rawan, otot, dll.) mengandungi proton dengan masa kelonggaran T1 yang berbeza. Keamatan isyarat MR berkaitan dengan tempoh T1: semakin pendek T1, semakin sengit isyarat MR dan semakin cerah kawasan imej yang diberikan muncul pada monitor TV. Tisu lemak berwarna putih pada tomogram MR, diikuti oleh otak dan saraf tunjang, organ dalaman yang padat, dinding vaskular dan otot dalam urutan menurun intensiti isyarat MR. Udara, tulang dan kalsifikasi praktikalnya tidak menghasilkan isyarat MR dan oleh itu dipaparkan dalam warna hitam. Hubungan masa kelonggaran T1 ini mewujudkan prasyarat untuk menggambarkan tisu normal dan diubah pada imbasan MRI.

Dalam kaedah lain MRI, dipanggil spin-echo, satu siri denyutan frekuensi radio diarahkan kepada pesakit, memutarkan proton terdahulu sebanyak 90°. Selepas denyutan berhenti, isyarat MRI tindak balas direkodkan. Walau bagaimanapun, keamatan isyarat tindak balas dikaitkan secara berbeza dengan tempoh T2: semakin pendek T2, semakin lemah isyarat dan, akibatnya, semakin rendah kecerahan cahaya pada skrin monitor TV. Oleh itu, gambar MRI akhir menggunakan kaedah T2 adalah bertentangan dengan yang menggunakan kaedah T1 (sebagai negatif adalah bertentangan dengan positif).

Tomogram MRI memaparkan tisu lembut lebih baik daripada imbasan CT: otot, lapisan lemak, rawan, dan saluran darah. Sesetengah peranti boleh menghasilkan imej saluran darah tanpa menyuntik agen kontras (MRI angiography). Oleh kerana kandungan air yang rendah dalam tisu tulang, yang kedua tidak mencipta kesan perisai, seperti dalam pengimbasan CT sinar-X, iaitu, ia tidak mengganggu imej, sebagai contoh, saraf tunjang, cakera intervertebral, dll. Sudah tentu, nukleus hidrogen bukan sahaja terkandung dalam air, tetapi dalam tisu tulang mereka tidak ditetapkan dalam molekul yang sangat besar dan struktur padat dengan MRI.

Kebaikan dan keburukan MRI

Kelebihan utama MRI termasuk tidak invasif, tidak berbahaya (tiada pendedahan radiasi), sifat tiga dimensi pemerolehan imej, kontras semula jadi daripada darah yang bergerak, tiada artifak daripada tisu tulang, pembezaan tinggi tisu lembut, keupayaan untuk melakukan spektroskopi MP untuk kajian metabolisme tisu in vivo. MRI membolehkan mendapatkan imej lapisan nipis badan manusia di mana-mana bahagian - di bahagian hadapan, sagittal, paksi dan serong. Adalah mungkin untuk membina semula imej volumetrik organ, menyegerakkan pemerolehan tomogram dengan gigi elektrokardiogram.

Kelemahan utama biasanya termasuk masa yang agak lama yang diperlukan untuk mendapatkan imej (biasanya beberapa minit), yang membawa kepada kemunculan artifak dari pergerakan pernafasan (ini terutamanya mengurangkan keberkesanan pemeriksaan paru-paru), aritmia (dalam pemeriksaan jantung), ketidakupayaan untuk mengesan batu dengan pasti, kalsifikasi, beberapa jenis patologi tulang, kos peralatan yang tinggi dan operasinya (terutamanya yang tidak dapat dipisahkan dari premisnya), keperluan khas untuk perisai dari premis yang tidak dapat dielakkan. untuk memeriksa pesakit dengan claustrophobia, perentak jantung buatan, implan logam besar yang diperbuat daripada logam bukan perubatan.

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

Ejen kontras untuk MRI

Pada permulaan penggunaan MRI, dipercayai bahawa kontras semula jadi antara tisu yang berbeza menghapuskan keperluan untuk agen kontras. Tidak lama kemudian didapati bahawa perbezaan isyarat antara tisu yang berbeza, iaitu kontras imej MR, boleh diperbaiki dengan ketara oleh agen kontras. Apabila agen kontras MR pertama (mengandungi ion gadolinium paramagnet) tersedia secara komersial, kandungan maklumat diagnostik MRI meningkat dengan ketara. Intipati penggunaan agen kontras MR adalah untuk menukar parameter magnet proton tisu dan organ, iaitu untuk menukar masa kelonggaran (TR) proton T1 dan T2. Hari ini, terdapat beberapa klasifikasi agen kontras MR (atau lebih tepatnya agen kontras - CA).

Mengikut kesan utama pada masa relaksasi, MR-KA dibahagikan kepada:

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

Bergantung pada sifat magnetnya, MR-CA dibahagikan kepada paramagnet dan superparamagnetik:

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

Ejen kontras paramagnet

Sifat paramagnet dimiliki oleh atom dengan satu atau lebih elektron tidak berpasangan. Ini adalah ion magnetik gadolinium (Gd), kromium, nikel, besi, dan mangan. Sebatian gadolinium telah menerima aplikasi klinikal yang paling luas. Kesan kontras gadolinium adalah disebabkan oleh pemendekan masa kelonggaran T1 dan T2. Dalam dos yang rendah, kesan pada T1 mendominasi, meningkatkan keamatan isyarat. Dalam dos yang tinggi, kesan pada T2 mendominasi, mengurangkan keamatan isyarat. Paramagnet kini paling banyak digunakan dalam amalan diagnostik klinikal.

Ejen kontras superparamagnetik

Kesan dominan oksida besi superparamagnetik ialah memendekkan kelonggaran T2. Dengan peningkatan dos, terdapat penurunan dalam keamatan isyarat. CA feromagnetik, yang termasuk oksida besi feromagnetik secara struktur serupa dengan ferit magnetit (Fe ²⁺ OFe ₂³⁺ O ₃ ), juga boleh dimasukkan dalam kumpulan CA ini.

Klasifikasi berikut adalah berdasarkan farmakokinetik CA (Sergeev PV et al., 1995):

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

Di Ukraine, empat MR-CA diketahui, iaitu CA paramagnet larut air ekstraselular, yang mana gadodiamide dan asid gadopentetik digunakan secara meluas. Baki kumpulan CA (2-4) sedang menjalani ujian klinikal di luar negara.

MR-CA larut air ekstrasel

Nama antarabangsa	Formula kimia	Struktur
Asid gadopentetik	Gadolinium dimeglumine diethylenetriamine penta-acetate ((NMG)2Gd-DTPA)	Linear, ionik
Asid gadoterik	(NMG)Gd-DOTA	Kitaran, ionik
Gadodiamide	Gadolinium diethylenetriamine pentaacetate-bis-methylamide (Gd-DTPA-BMA)	Linear, bukan ionik
Gadoteridol	Gd-HP-D03A	Kitaran, bukan ionik

CA ekstraselular diberikan secara intravena, 98% daripadanya dikumuhkan oleh buah pinggang, tidak menembusi penghalang darah-otak, mempunyai ketoksikan yang rendah, dan tergolong dalam kumpulan bahan paramagnet.

Kontraindikasi kepada MRI

Kontraindikasi mutlak termasuk keadaan di mana pemeriksaan menimbulkan ancaman kepada kehidupan pesakit. Sebagai contoh, kehadiran implan yang diaktifkan secara elektronik, magnetik atau mekanikal - ini terutamanya perentak jantung buatan. Pendedahan kepada sinaran radiofrekuensi daripada pengimbas MRI boleh mengganggu fungsi perentak jantung yang beroperasi dalam sistem permintaan, kerana perubahan dalam medan magnet mungkin meniru aktiviti jantung. Tarikan magnet juga boleh menyebabkan perentak jantung beralih dalam soketnya dan menggerakkan elektrod. Di samping itu, medan magnet mewujudkan halangan kepada operasi implan telinga tengah feromagnetik atau elektronik. Kehadiran injap jantung buatan adalah berbahaya dan merupakan kontraindikasi mutlak hanya apabila diperiksa pada pengimbas MRI dengan medan yang tinggi, dan jika kerosakan pada injap disyaki secara klinikal. Kontraindikasi mutlak untuk peperiksaan juga termasuk kehadiran implan pembedahan logam kecil (klip hemostatik) dalam sistem saraf pusat, kerana anjakan mereka akibat tarikan magnet mengancam pendarahan. Kehadiran mereka di bahagian lain badan tidak menimbulkan ancaman, kerana selepas rawatan, fibrosis dan enkapsulasi pengapit membantu memastikannya stabil. Walau bagaimanapun, sebagai tambahan kepada potensi bahaya, kehadiran implan logam dengan sifat magnet dalam apa jua keadaan menyebabkan artifak yang menimbulkan kesukaran dalam mentafsir hasil kajian.

Kontraindikasi kepada MRI

Mutlak:	Saudara:
Perentak jantung	Perangsang lain (pam insulin, perangsang saraf)
Implan telinga tengah feromagnetik atau elektronik	Implan telinga dalam bukan feromagnetik, prostesis injap jantung (dalam medan tinggi, jika disyaki disfungsi)
Klip hemostatik salur serebrum	Klip hemostatik di lokasi lain, kegagalan jantung dekompensasi, kehamilan, klaustrofobia, keperluan untuk pemantauan fisiologi

Kontraindikasi relatif, sebagai tambahan kepada yang disenaraikan di atas, termasuk kegagalan jantung dekompensasi, keperluan untuk pemantauan fisiologi (pengudaraan mekanikal, pam infusi elektrik). Claustrophobia adalah halangan kepada kajian dalam 1-4% kes. Ia boleh diatasi, dalam satu tangan, dengan menggunakan peranti dengan magnet terbuka, di sisi lain - dengan penjelasan terperinci mengenai peranti dan perjalanan peperiksaan. Tiada bukti kesan kerosakan MRI pada embrio atau janin, tetapi disyorkan untuk mengelakkan MRI pada trimester pertama kehamilan. Penggunaan MRI semasa kehamilan ditunjukkan dalam kes di mana kaedah pengimejan diagnostik bukan pengion lain tidak memberikan maklumat yang memuaskan. Pemeriksaan MRI memerlukan lebih banyak penyertaan pesakit daripada tomografi yang dikira, kerana pergerakan pesakit semasa peperiksaan mempunyai kesan yang lebih besar terhadap kualiti imej, jadi pemeriksaan pesakit dengan patologi akut, kesedaran terjejas, keadaan spastik, demensia, serta kanak-kanak sering sukar.

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