Diagnose af slidgigt: magnetisk resonansbilleddannelse

Magnetisk resonansbilleddannelse (MR) i de senere år er blevet en af de førende metoder til ikke-invasiv diagnose af slidgigt. Siden 70'erne, da principperne om magnetisk resonans (MP) først blev brugt til at studere menneskekroppen, har denne metode til medicinsk billeddannelse i dag ændret sig radikalt og fortsætter med at udvikle sig hurtigt.

Teknisk udstyr, software forbedres, billedteknikker udvikler sig, MP-kontrastpræparater udvikles. Dette giver dig mulighed for konstant at finde nye anvendelsesområder for MR. Hvis oprindelig dets anvendelse kun var begrænset til undersøgelser af centralnervesystemet, anvendes MRI med succes i næsten alle områder af medicin.

I 1946 opdagede en gruppe forskere fra Stanford og Harvard Universiteter uafhængigt fænomenet, der kaldes nuklear magnetisk resonans (NMR). Kernen i det var, at kernerne i nogle atomer, der ligger i et magnetisk felt under påvirkning af et eksternt elektromagnetisk felt, er i stand til at absorbere energi og derefter udsende det i form af et radiosignal. Til denne opdagelse blev F. Bloch og E. Parmel i 1952 tildelt Nobelprisen. Et nyt fænomen lærte snart at bruge til spektralanalyse af biologiske strukturer (NMR-spektroskopi). I 1973 demonstrerede Paul Rautenburg for første gang muligheden for at opnå et billede ved brug af NMR-signaler. Således fremkom NMR-tomografi. De første NMR-tomogrammer af en levende persons indre organer blev demonstreret i 1982 på den internationale kongres for radiologer i Paris.

Der skal gives to forklaringer. På trods af at metoden er baseret på fænomenet NMR, kaldes det magnetisk resonans (MP), idet man udelader ordet "atom". Dette er gjort, så patienterne ikke har en ide om radioaktiviteten i forbindelse med nedbrydning af atomkerner. Og den anden omstændighed: MP-tomografer er ikke tilfældigt "indstillet" til protoner, dvs. På kernen af hydrogen. Dette element i vævene er meget, og dets kerner har det største magnetiske øjeblik blandt alle atomkerner, hvilket forårsager et tilstrækkeligt højt niveau af MR-signalet.

Hvis der i 1983 kun var nogle få enheder rundt om i verden, der var egnet til klinisk forskning, var der i begyndelsen af 1996 omkring 10.000 tomografier i verden. Hvert år introduceres 1000 nye instrumenter i praksis. Mere end 90% af flåden af MP-tomografer er modeller med superledende magneter (0,5-1,5 T). Det er interessant at bemærke, at hvis I midten af 80'erne i virksomheden - producenter MP-tomografi styret af princippet om "den højere feltet, jo bedre", med fokus på den model med et felt på 1,5 T og ovenfor i slutningen af 80'erne var Det er klart, at de i de fleste applikationer ikke har væsentlige fordele i forhold til modeller med medium feltstyrke. Derfor er de vigtigste producenter af MP-tomografi ( "GE", "Siemens", "Philips", "Toshi ba", "Picker", "Brooker" og andre.) Nu være meget opmærksom på produktionen af mellemmænd modeller og selv lave felt, der adskiller sig fra højfelt systemer i kompaktitet og økonomi med tilfredsstillende billedkvalitet og betydeligt lavere omkostninger. Højt gulvsystemer anvendes primært i forskningscentre til gennemførelse af MR spektroskopi.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]

Princippet om MR-metoden

Hovedkomponenterne i MP-tomografen er: ultra-stærk magnet, radiosender, modtager radiofrekvensspole, computer og kontrolpanel. De fleste enheder har et magnetfelt med et magnetisk moment parallelt med menneskets lange akse. Styrken af magnetfeltet måles i Tesla (T). Til kliniske MR-anvendelsesfelter med en kraft på 0,2-1,5 T.

Når en patient er placeret i et stærkt magnetfelt, udfolder alle protoner, der er magnetiske dipoler i retning af det ydre felt (som en kompassnål, som styres af jordens magnetfelt). Derudover begynder de magnetiske akser af hver proton at rotere rundt om retningen af det eksterne magnetfelt. Denne specifikke rotationsbevægelse kaldes en proces, og dens frekvens er en resonansfrekvens. Når en kort elektromagnetisk radiofrekvenspuls overføres gennem patientens krop, forårsager radiobølgernes magnetiske felt magnetiske øjeblikke af alle protoner at dreje rundt om det eksterne felts magnetiske øjeblik. For at dette kan ske, er det nødvendigt, at frekvensen af radiobølgerne er lig med protonernes resonansfrekvens. Dette fænomen kaldes magnetisk resonans. For at ændre orienteringen af magnetiske protoner, skal de magnetiske felter af protoner og radiobølger resonere, dvs. Har samme frekvens.

Et totalt magnetisk moment er skabt i patientens væv: vævene er magnetiserede og deres magnetisme er orienteret strengt parallelt med det eksterne magnetfelt. Magnetisme er proportional med antallet af protoner pr. Enheds volumen af væv. Det store antal protoner (brintkerner) indeholdt i de fleste væv forårsager det faktum, at det rene magnetiske øjeblik er stort nok til at fremkalde en elektrisk strøm i modtagelsespolen uden for patienten. Disse inducerede MP-signaler bruges til at rekonstruere MR-billedet.

Overgangsprocessen af elektronerne af kernen fra den exciterede tilstand til ligevægtsstaten kaldes en spin-gitter-afslapningsproces eller langsgående afslapning. Den er karakteriseret ved en T1-spin-gitter-afslapningstid - den tid, der er nødvendigt for at overføre 63% af kernerne til en ligevægtstilstand, efter at de er spændt af en 90 ° puls. T2 er også en spin-spin afslapningstid.

Der er en række måder at få MP-tomogrammer på. Deres forskel ligger i rækkefølgen og arten af genereringen af radiofrekvensimpulser, metoder til analyse af MP-signaler. De mest almindelige er to metoder: spin-gitter og spin-echo. For spin-gitteret bliver afslapningstiden T1 hovedsageligt analyseret. Forskellige væv (grå og hvid stof i hjernen, cerebrospinalvæske, tumorvæv, brusk, muskler osv.) Har protoner med forskellige afslapningstider T1. Med varigheden af T1 er intensiteten af MP-signalet relateret: jo kortere T1, jo mere intens er MR-signalet og lyseren, billedrummet vises på tv-skærmen. Fedtvæv på MP-tomogrammet er hvidt, efterfulgt af intensiteten af MP-signalet i faldende rækkefølge er hjernen og rygmarven, tætte indre organer, vaskulære vægge og muskler. Luft, knogler og forkalkninger giver praktisk taget ikke et MP-signal og vises derfor i sort. Disse relationer af afslapningstid T1 skaber forudsætningerne for visualisering af normale og ændrede væv på MR-tomogrammer.

I en anden metode til MP-tomografi, kaldet spin-echo, sendes en række radiofrekvenspulser til patienten, der drejer præcessionsprotonerne 90 °. Efter standsning af pulserne registreres respons-MP-signaler. Imidlertid er intensiteten af responssignalet forskelligt relateret til varigheden af T2: den kortere T2, jo svagere signalet og følgelig lysstyrken af skærmen på tv-skærmen er lavere. Således er det endelige billede af MR i metode T2 modsat det for T1 (som negativt til positivt).

På MP-tomogrammer vises bløde væv bedre end på computertomogrammer: muskler, fedtlag, brusk, kar. På nogle enheder kan man få et billede af fartøjerne uden at indføre et kontrastmiddel (MP-angiografi). På grund af det lave vandindhold i knoglevævet skaber sidstnævnte ikke en afskærmningseffekt, som i røntgencomputertomografi, dvs. Interfererer ikke med billedet, for eksempel rygmarven, intervertebrale diske osv. Naturligvis er brintkernerne ikke kun indeholdt i vand, men i knoglevæv fastgøres de i meget store molekyler og tætte strukturer og forstyrrer ikke MR.

Fordele og ulemper ved MR

De vigtigste fordele ved MRI er ikke-invasive, harmløs (ingen stråling), opnåelse tredimensionale karakter billede, en naturlig kontrast fra at flytte blod, fraværet af artefakter af knoglevæv, høj differentiering af blødt væv, evnen til at udføre MP-spektroskopi til in vivo-undersøgelse af metabolisme af væv in vivo. MPT tillader billeddannelse af tynde lag af den menneskelige krop i hvilket som helst tværsnit - i det frontale, sagittale, aksial og skråtstillede planer. Det er muligt at rekonstruere volumetriske billeder af organer for at synkronisere modtagelsen af tomogrammer med elektrokardiogramtænder.

De største ulemper er normalt forbundet med en tilstrækkelig lang tid det tager at producere billeder (normalt minutter), hvilket fører til fremkomsten af artefakter fra de respiratoriske bevægelser (især reducerer effektiviteten af lys forskning), arytmi (når hjertet undersøgelse), den manglende evne til pålideligt at detektere sten, forkalkninger, nogle typer af patologien af knoglestrukturer de høje udgifter til udstyr og dets drift, særlige krav til omescheniyam, hvor der er indretninger (afskærmning mod interferens), umuligheden af observation ved Jeg er syg med klaustrofobi, kunstige pacemakere, store metalimplantater fra ikke-medicinske metaller.

[9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18]

Kontraststoffer til MR

I begyndelsen af MR-brug blev det antaget, at den naturlige kontrast mellem forskellige væv eliminerer behovet for kontrastmidler. Snart blev det opdaget, at forskellen i signaler mellem forskellige væv, dvs. MR-billedets kontrast kan forbedres betydeligt ved kontrastmedier. Når det første MP-kontrastmedium (indeholdende paramagnetiske gadoliniumioner) blev kommercielt tilgængeligt, steg diagnostisk information af MRI signifikant. Essensen af MR-kontrastmidlet er at ændre de magnetiske parametre for protonerne i væv og organer, dvs. ændre afslapningstiden (TR) for T1 og T2 protoner. Til dato er der flere klassifikationer af MP-kontrastmidler (eller rettere kontrastmidler - CA).

Af den overvejende effekt på MR-Cadelens afslapningstid ved:

• T1-KA, som forkorte T1 og derved øge intensiteten af MP-signalet fra vævene. De kaldes også positive SC.
• T2-KA, som forkorter T2, reducerer MR-signalets intensitet. Dette er en negativ SC.

Afhængigt af MR-SC's magnetiske egenskaber er opdelt i paramagnetisk og superparamagnetisk:

[19], [20], [21], [22], [23], [24], [25]

Paramagnetiske kontrastmedier

Paramagnetiske egenskaber besidder atomer med en eller flere opparerede elektroner. Disse er magnetiske ioner af gadolinium (Gd), krom, nikkel, jern og også mangan. Gadoliniumforbindelser blev mest anvendt klinisk. Gadoliniums kontrasterende virkning skyldes forkortelsen af afslapningstiden T1 og T2. I lave doser overvejer indflydelsen på T1, som øger signalets intensitet. I høje doser dominerer effekten på T2 med et fald i signalintensiteten. Paramagnetik er nu mest udbredt i klinisk diagnostisk praksis.

Superparamagnetiske kontrastmedier

Den dominerende effekt af superparamagnetisk jernoxid er afkortningen af T2-afslapning. Når dosis er hævet, falder signalets intensitet. Til denne gruppe rumfartøjer kan tilskrives og ferromagnetiske satellitter, som omfatter ferromagnetiske jernoxider, der strukturelt svarer til magnetitferrit (Fe ²⁺ OFe ₂ ^{3 +} 0 ₃ ).

Følgende klassificering er baseret på CA-farmakokinetikken (Sergeev, V.V., Isoavt., 1995):

• ekstracellulær (vævsspecifik);
• gastrointestinal;
• organotrope (vævsspecifikke);
• makromolekylær, som bruges til at bestemme det vaskulære rum.

I Ukraine er der fire MR-CA'er kendt, som er ekstracellulære vandopløselige paramagnetiske SC'er, hvoraf gadodiamid og gadopentdikesyre er meget udbredt. De resterende SC-grupper (2-4) gennemgår et stadium af kliniske forsøg i udlandet.

Ekstracellulær vandopløselig MP-CA

International navn	Kemisk formel	Struktur
Gadopentetic acid	Gadolinium dimeglumina-diethylentriaminpentaacetat ((NMG) 2Gd-DTPA)	Lineær, ionisk
Acid gadoterovaya	(NMG) Gd-DOTA	Cyclisk, ionisk
Gadodiamid	Gadolinium-diethylentriaminpentaacetat-bis-methylamid (Gd-DTPA-BMA)	Lineær, ikke-ionisk
Gadotyeridol	Gd-HP-D03A	Cyclisk, ikke-ionisk

Ekstracellulært rumfartøj indgives intravenøst, 98% af dem udskilles af nyrerne, trænger ikke ind i blod-hjernebarrieren, har lav toksicitet, tilhører den paramagnetiske gruppe.

Kontraindikationer til MR

Absolutte kontraindikationer omfatter de betingelser, hvorunder undersøgelsen er livstruende patienter. For eksempel er tilstedeværelsen af implantater, der aktiveres ved hjælp af elektroniske, magnetiske eller mekaniske midler, primært kunstige pacemakere. Udsættelse for radiofrekvens MR kan forstyrre funktionen af stimulatoren arbejder i forespørgselssystem som ændringer i magnetfelter kan efterligne hjertefunktion. Den magnetiske attraktion kan også få stimulatoren til at bevæge sig i reden og bevæge elektroderne. Derudover skaber magnetfeltet forhindringer for driften af de øretes ferromagnetiske eller elektroniske implantater. Tilstedeværelsen af kunstige hjerteklapper er faren og kun en absolut kontraindikation i undersøgelser ved MRI med høje felter, og hvis det antages klinisk ventil skader. Absolutte kontraindikationer til studiet angår også tilstedeværelsen af små metalliske kirurgiske implantat (hæmostatiske klemmer) i centralnervesystemet på grund af deres forskydning på grund af den magnetiske tiltrækning truende blødning. Deres tilstedeværelse i andre dele af kroppen er mindre truet, da fibrose og indkapsling af klemmerne efter behandling sikrer dem i en stabil tilstand. Ud over den potentielle fare forårsager tilstedeværelsen af metalimplantater med magnetiske egenskaber under alle omstændigheder artefakter, som skaber vanskeligheder for at fortolke resultaterne af undersøgelsen.

Kontraindikationer til MR

Absolut:	Relativ:
Pacemakere	Andre stimulanter (insulinpumper, nervestimulatorer)
Ferromagnetiske eller elektroniske implantater i mellemøret	Ikke-ferromagnetiske implantater i det indre øre, prostetiske hjerteventiler (i høje felter, med mistænkt dysfunktion)
Hemostatiske klemmer af cerebral fartøjer	Hemostatiske klip af anden lokalisering, dekompenseret hjertesvigt, graviditet, klaustrofobi, behovet for fysiologisk overvågning

For relativ grotivopokazaniyam end de ovennævnte er også dekompenseret hjerteinsufficiens, behovet for fysiologisk overvågning (mekanisk ventilation, elektriske infusionspumper). Claustrofobi er en hindring for forskning i 1-4% af tilfældene. Det kan overvindes på den ene side ved hjælp af enheder med åbne magneter på den anden side - en detaljeret forklaring af apparatet og undersøgelsens forløb. Bevis for den skadelige virkning af MR på embryoet eller fosteret er ikke opnået, men det anbefales at undgå MR i første trimester af graviditeten. Brugen af MR under graviditet er angivet i tilfælde, hvor andre ikke-ioniserende metoder til diagnostisk billeddannelse ikke giver tilfredsstillende information. MRI kræver større deltagelse i patienten det end computertomografi, som patientens bevægelser under testen er langt stærkere indflydelse på billedkvaliteten, så undersøgelsen af patienter med akutte lidelser, nedsat bevidsthed, spastiske tilstande, demens, samt børn er ofte vanskelig.

[26], [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34], [35]