Diagnostyka choroby zwyrodnieniowej stawów: rezonans magnetyczny

Rezonans magnetyczny (MRI) w ostatnich latach stał się jedną z wiodących metod nieinwazyjnej diagnostyki choroby zwyrodnieniowej stawów. Od lat 70. XX wieku, kiedy po raz pierwszy zastosowano zasady rezonansu magnetycznego (MP) do badania ludzkiego ciała, do tej pory ta metoda obrazowania medycznego radykalnie się zmieniła i nadal szybko się rozwija.

Sprzęt techniczny, oprogramowanie ulegają poprawie, rozwijają się techniki obrazowania, opracowywane są preparaty kontrastowe MP. Pozwala to na ciągłe znajdowanie nowych obszarów zastosowania MRI. Jeśli początkowo jego stosowanie było ograniczone tylko do badań ośrodkowego układu nerwowego, teraz MRI jest z powodzeniem stosowany w prawie wszystkich dziedzinach medycyny.

W 1946 r. Grupa badaczy z uniwersytetów Stanford i Harvard niezależnie odkryła zjawisko, które nazwano nuklearnym rezonansem magnetycznym (NMR). Istotą tego było to, że jądra niektórych atomów znajdujące się w polu magnetycznym pod wpływem zewnętrznego pola elektromagnetycznego mogą absorbować energię, a następnie emitować ją w postaci sygnału radiowego. Za to odkrycie F. Bloch i E. Parmel w 1952 roku otrzymali Nagrodę Nobla. Nowe zjawisko szybko nauczyło się używać do analizy spektralnej struktur biologicznych (spektroskopia NMR). W 1973 r. Paul Rautenburg po raz pierwszy zademonstrował możliwość uzyskania obrazu za pomocą sygnałów NMR. Tak więc pojawiła się tomografia NMR. Pierwsze tomogramy NMR narządów wewnętrznych żywej istoty zostały przedstawione w 1982 r. Na Międzynarodowym Kongresie Radiologów w Paryżu.

Należy podać dwa wyjaśnienia. Pomimo tego, że metoda oparta jest na zjawisku NMR, nazywana jest rezonansem magnetycznym (MP), pomijając słowo "jądrowy". Dzieje się tak, aby pacjenci nie mieli pojęcia o radioaktywności związanej z rozpadem jąder atomowych. I druga okoliczność: tomografy MP nie są przypadkowo "dostrojone" do protonów, tj. Na jądrze wodoru. Ten element w tkankach jest bardzo duży, a jego jądra mają największy moment magnetyczny spośród wszystkich jąder atomowych, co powoduje wystarczająco wysoki poziom sygnału MR.

Jeśli w 1983 roku na świecie było tylko kilka urządzeń nadających się do badań klinicznych, na początku 1996 roku na świecie było około 10 000 tomografów. Każdego roku wprowadzanych jest 1000 nowych instrumentów. Ponad 90% floty tomografów MP to modele z magnesami nadprzewodzącymi (0,5-1,5 T). Warto zauważyć, że jeśli w połowie lat osiemdziesiątych producenci skanerów MP kierowali się zasadą "im wyżej pole, tym lepiej", koncentrując się na modelach o polu 1,5 T i wyższym, to do końca lat 80. Jest oczywiste, że w większości zastosowań nie mają znaczących zalet w porównaniu do modeli o średniej mocy pola. Dlatego główni producenci tomografów MP (General Electric, Siemens, Philips, Toshi-ba, Picker, Brucker itp.) Zwracają obecnie dużą uwagę na produkcję modeli o średniej i nawet niskiej pole, które różni się od systemów wysokich pól zwartością i ekonomią z zadowalającą jakością obrazu i znacznie niższymi kosztami. Systemy wysokiego piętra są wykorzystywane głównie w centrach badawczych do przeprowadzania spektroskopii MR.

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

Zasada metody MRI

Główne elementy tomografu MP to: bardzo silny magnes, nadajnik radiowy, odbiorcza cewka częstotliwości radiowej, komputer i panel sterowania. Większość urządzeń ma pole magnetyczne z momentem magnetycznym równoległym do długiej osi ludzkiego ciała. Siłę pola magnetycznego mierzy się w Tesli (T). Do badań klinicznych pola MRI o sile 0,2-1,5 T.

Kiedy pacjent jest umieszczony w silnym polu magnetycznym, wszystkie protony, które są dipolami magnetycznymi, rozwijają się w kierunku zewnętrznego pola (jak igła kompasu, która jest prowadzona przez pole magnetyczne Ziemi). Ponadto osie magnetyczne każdego protonu zaczynają się obracać wokół kierunku zewnętrznego pola magnetycznego. Ten specyficzny ruch obrotowy nazywany jest procesem, a jego częstotliwość jest częstotliwością rezonansową. Kiedy krótki elektromagnetyczny impuls częstotliwości radiowej jest przesyłany przez ciało pacjenta, pole magnetyczne fal radiowych powoduje, że momenty magnetyczne wszystkich protonów obracają się wokół momentu magnetycznego zewnętrznego pola. Aby tak się stało, częstotliwość fal radiowych musi być równa częstotliwości rezonansowej protonów. Zjawisko to nosi nazwę rezonansu magnetycznego. Aby zmienić orientację protonów magnetycznych, muszą się rezonować pola magnetyczne protonów i fal radiowych, tj. Mają tę samą częstotliwość.

Całkowity moment magnetyczny powstaje w tkankach pacjenta: tkanki są namagnesowane, a ich magnetyzm jest zorientowany ściśle równolegle do zewnętrznego pola magnetycznego. Magnetyzm jest proporcjonalny do liczby protonów na jednostkę objętości tkanki. Ogromna liczba protonów (jąder wodoru) zawartych w większości tkanek powoduje, że czysty moment magnetyczny jest wystarczająco duży, aby indukować prąd elektryczny w cewce odbiorczej znajdującej się na zewnątrz pacjenta. Te indukowane sygnały MP są wykorzystywane do rekonstrukcji obrazu MR.

Proces przejścia elektronów jądra ze stanu wzbudzonego do stanu równowagi nazywany jest procesem relaksacji spin-sieć lub relaksacją podłużną. Charakteryzuje się czasem relaksacji sieci spinowej T1 - czasem niezbędnym do przeniesienia 63% jąder do stanu równowagi po wzbudzeniu przez impuls 90 °. T2 jest również czasem relaksacji spin-spin.

Istnieje wiele sposobów na uzyskanie tomogramów MP. Różnica polega na kolejności i rodzaju generowania impulsów częstotliwości radiowych, metodach analizy sygnałów MP. Najczęściej spotykane są dwie metody: spin-krata i spin-echo. W przypadku sieci spin-spin analizowany jest głównie czas relaksacji T1. Różne tkanki (szara i biała substancja mózgu, płyn mózgowo-rdzeniowy, tkanka nowotworowa, chrząstka, mięśnie itd.) Mają protony o różnych czasach relaksacji T1. Przy czasie trwania T1, natężenie sygnału MP jest powiązane: im krótszy T1, tym intensywniejszy jest sygnał MR, a jaśniejsza przestrzeń obrazu pojawia się na monitorze telewizora. Tkanka tłuszczowa na tomogramie MP jest biała, a następnie intensywność sygnału MP w malejącym porządku to mózg i rdzeń kręgowy, gęste narządy wewnętrzne, ściany naczyniowe i mięśnie. Powietrze, kości i zwapnienia praktycznie nie dają sygnału MP i dlatego są wyświetlane na czarno. Te relacje czasu relaksacji T1 tworzą warunki wstępne do wizualizacji normalnych i zmienionych tkanek na tomogramach MR.

W innej metodzie MP-tomography, zwanej spin-echo, szereg impulsów o częstotliwości radiowej jest wysyłany do pacjenta, który odwraca istniejące protony o 90 °. Po zatrzymaniu impulsów rejestrowane są sygnały odpowiedzi MP. Jednak intensywność sygnału odpowiedzi jest różnie związana z czasem trwania T2: krótszy T2, słabszy sygnał i, w konsekwencji, jasność ekranu monitora TV jest mniejsza. Zatem ostateczny obraz MRI w metodzie T2 jest przeciwny do obrazu T1 (jako negatywny do pozytywnego).

Na tomogramach MP tkanki miękkie są wyświetlane lepiej niż na tomogramach komputerowych: mięśniach, warstwach tłuszczu, chrząstce, naczyniach. Na niektórych urządzeniach można uzyskać obraz naczyń bez wprowadzania środka kontrastowego (angiografia MP). Z powodu niskiej zawartości wody w tkance kostnej, ta ostatnia nie tworzy efektu ekranowania, jak w tomografii komputerowej rentgenowskiej, tj. Nie zakłóca obrazu, na przykład rdzenia kręgowego, krążków międzykręgowych itp. Oczywiście jądra wodoru zawarte są nie tylko w wodzie, ale w tkance kostnej są one osadzone w bardzo dużych cząsteczkach i gęstych strukturach i nie zakłócają MRI.

Zalety i wady MRI

Główne zalety MRI są nieinwazyjne, nieszkodliwe (bez ekspozycji na promieniowanie,), otrzymując postaci trójwymiarowego obrazu, naturalny kontrast z przemieszczania krwi, brak artefaktów tkanki kostnej wysokiej różnicowania tkanek miękkich, zdolność do wykonywania MP-spektroskopii w badaniach in vivo metabolizmu tkanki in vivo. MPT umożliwia obrazowanie cienkich warstw ciała ludzkiego w dowolnym przekroju - w czołowej, strzałkowej i osiowej, skośnych płaszczyznach. Jest możliwe, aby zrekonstruować trójwymiarowe obrazy narządów, synchronizować uzyskania tomogramów z EKG zębów.

Główne wady są zwykle związane z wystarczająco długi czas potrzebny do wytworzenia obrazów (zwykle minutach), co prowadzi do pojawienia się artefaktów od ruchów oddechowych (zwłaszcza zmniejsza efektywność badania światła), rytmu serca (gdy badanie serca), niezdolność do niezawodnie wykryć kamienie, zwapnienia, niektóre rodzaje patologii struktur kostnych, wysokie koszty sprzętu i jego działanie, specjalne wymagania dla pomieszczeń, w których znajdują się urządzenia (ekranowanie przed ingerencją), niemożność badania Jestem chory na klaustrofobię, sztuczne rozruszniki serca, duże metalowe implanty z metali niemedycznych.

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

Substancje kontrastowe dla MRI

Na początku stosowania MRI wierzono, że naturalny kontrast między różnymi tkankami eliminuje potrzebę stosowania środków kontrastowych. Wkrótce odkryto, że różnica w sygnałach między różnymi tkankami, tj. Kontrast obrazu MR można znacznie poprawić za pomocą środków kontrastowych. Kiedy pierwsze MP kontrastowe medium (zawierające paramagnetyczne jony gadolinu) stało się komercyjnie dostępne, informacje diagnostyczne MRI znacznie wzrosły. Istotą środka kontrastującego MR jest zmiana parametrów magnetycznych protonów tkanek i narządów, tj. Zmienić czas relaksacji (TR) protonów T1 i T2. Do chwili obecnej istnieje kilka klasyfikacji czynników kontrastowych MP (lub raczej środków kontrastowych - CA).

Przez dominujący wpływ na czas relaksacji MR-Cadel w:

• T1-KA, który skraca T1, a tym samym zwiększa intensywność sygnału MP tkanek. Są one również nazywane dodatnim SC.
• T2-KA, który skraca T2, zmniejszając intensywność sygnału MR. To jest ujemna SC.

W zależności od właściwości magnetycznych MR-SC dzieli się na paramagnetyczne i superparamagnetyczne:

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

Paramagnetyczne środki kontrastowe

Właściwości paramagnetyczne posiadają atomy z jednym lub więcej niesparowanych elektronów. Są to jony magnetyczne gadolinu (Gd), chromu, niklu, żelaza, a także manganu. Związki gadolinu były najszerzej stosowane klinicznie. Kontrastujące działanie gadolinu wynika ze skrócenia czasu relaksacji T1 i T2. W małych dawkach dominuje wpływ na T1, który zwiększa intensywność sygnału. W dużych dawkach wpływ na T2 przeważa wraz ze spadkiem intensywności sygnału. Paramagnetyki są obecnie najszerzej stosowane w klinicznej praktyce diagnostycznej.

Superparamagnetyczne środki kontrastowe

Dominującym efektem superparamagnetycznego tlenku żelaza jest skrócenie relaksacji T2. W miarę zwiększania dawki intensywność sygnału maleje. Do tej grupy statków kosmicznych można przypisać satelity ferromagnetyczne, które zawierają ferromagnetyczne tlenki żelaza strukturalnie podobne do ferrytu magnetytowego (Fe ²⁺ OFe ₂ ³⁺ 0 ₃ ).

Poniższa klasyfikacja opiera się na farmakokinetyce CA (Sergeev, V.V., Isoavt., 1995):

• pozakomórkowe (specyficzne tkankowo);
• żołądkowo-jelitowy;
• organotropowy (tkankowo-specyficzny);
• makrocząsteczkowe, które są wykorzystywane do określania przestrzeni naczyniowej.

Na Ukrainie znane są cztery MR-CA, które są pozakomórkowymi, rozpuszczalnymi w wodzie paramagnetycznymi SC, z których szeroko stosuje się gadodiamid i kwas gadopentetowy. Pozostałe grupy SC (2-4) przechodzą etap badań klinicznych za granicą.

Zewnątrzkomórkowy, rozpuszczalny w wodzie MP-CA

Międzynarodowa nazwa	Wzór chemiczny	Struktura
Kwas gadopentetowy	Gadolin dimeglumina dietylenotriaminopentaoctan ((NMG) 2Gd-DTPA)	Liniowy, jonowy
Kwas gadoterovaya	(NMG) Gd-DOTA	Cykliczny, jonowy
Gadodamidid	Gadolinowy dietylenotriaminopentaoctan-bis-metyloamid (Gd-DTPA-BMA)	Liniowy, niejonowy
Outotéridol	Gd-HP-D03A	Cykliczny, niejonowy

Pozakomórkowy statek kosmiczny jest podawany dożylnie, 98% z nich jest wydalanych przez nerki, nie przenika przez barierę krew-mózg, ma niską toksyczność, należy do grupy paramagnetycznej.

Przeciwwskazania do MRI

Bezwzględne przeciwwskazania obejmują warunki, w których badanie stanowi pacjenci zagrażający życiu. Na przykład obecność implantów, które są aktywowane za pomocą środków elektronicznych, magnetycznych lub mechanicznych, to przede wszystkim sztuczne stymulatory. Wpływ promieniowania RF ze skanera MR może zakłócać działanie stymulatora działającego w systemie zapytań, ponieważ zmiany w polu magnetycznym mogą naśladować aktywność serca. Magnes przyciągania może również powodować poruszanie się stymulatora w gnieździe i przesuwanie elektrod. Ponadto pole magnetyczne stwarza przeszkody dla działania ferromagnetycznych lub elektronicznych implantów ucha środkowego. Obecność sztucznych zastawek serca stanowi zagrożenie i jest bezwzględnym przeciwwskazaniem tylko wtedy, gdy jest badana na wysokorozdzielczych skanerach MR, a także jeśli klinicznie zakłada się, że uszkodzenie jest uszkodzone. Obecność małych metalowych implantów chirurgicznych (klipów hemostatycznych) w ośrodkowym układzie nerwowym również odnosi się do bezwzględnych przeciwwskazań do badania, ponieważ ich przemieszczenie spowodowane przyciąganiem magnetycznym grozi krwawieniem. Ich obecność w innych częściach ciała jest mniej zagrożeniem, ponieważ po leczeniu, zwłóknienie i enkapsulacja zacisków pomagają utrzymać je w stabilnym stanie. Jednakże, oprócz potencjalnego niebezpieczeństwa, obecność metalowych implantów o właściwościach magnetycznych w każdym przypadku powoduje artefakty, które utrudniają interpretację wyników badania.

Przeciwwskazania do MRI

Absolutny:	Względny:
Rozruszniki serca	Inne stymulanty (pompy insulinowe, stymulatory nerwów)
Ferromagnetyczne lub elektroniczne implanty ucha środkowego	Nieferromagnetyczne implanty ucha wewnętrznego, protetyczne zastawki serca (na wysokich polach, z podejrzeniem dysfunkcji)
Hemostatyczne zaciski naczyń mózgowych	Hemostatyczne klipy innej lokalizacji, niewyrównana niewydolność serca, ciąża, klaustrofobia, potrzeba monitorowania fizjologicznego

Względnego grotivopokazaniyam niż wymienione powyżej są również niewyrównaną niewydolność serca, konieczne jest monitorowanie fizjologicznej (wentylacja mechaniczna, pompy infuzyjne Electric). Klaustrofobia stanowi przeszkodę w badaniach w 1-4% przypadków. To może być przezwyciężone, z jednej strony, stosowanie urządzeń z otwartym magnesów, z drugiej - szczegółowe wyjaśnienie sprzętu i urządzeń z systemem badanie. MRI dowodów na szkodliwy wpływ na zarodka lub płodu nie jest otrzymywany, to zaleca się jednak, aby uniknąć MRI w I trymestrze ciąży. Zastosowanie MRI podczas ciąży jest wskazane w przypadkach, w których inne niejonizujące metody obrazowania diagnostycznego nie dostarczają zadowalających informacji. MRI wymaga większego udziału w pacjenta, niż tomografii komputerowej, jako ruch pacjenta podczas badania jest znacznie silniejszy wpływ na jakość obrazu, więc badanie pacjentów z zaburzeniami ostrych, zaburzeniami świadomości, stany spastyczne, demencja, jak i dzieci jest często trudne.

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