Диагностика на остеоартрит: ядрено -магнитен резонанс

Магнитен резонанс (MRI) през последните години се превърна в един от водещите методи за неинвазивна диагностика на остеоартрит. От 70-те години, когато принципите на магнитния резонанс (МР) се използват за изследване на човешкото тяло, до днес този метод на медицинско изображение се промени радикално и продължава да се развива бързо.

Техническото оборудване, софтуерът се подобряват, се развиват техники за изобразяване, се разработват MP контрастни препарати. Това ви позволява постоянно да намирате нови области на приложение на ЯМР. Ако първоначално използването му е ограничено само до изследвания на централната нервна система, сега ЯМР се използва успешно в почти всички области на медицината.

През 1946 г. Група изследователи от университетите в Станфорд и Харвард самостоятелно са открили явлението, което се нарича ядрено-магнитен резонанс (ЯМР). Същността на това е, че ядрата на някои атоми, намиращи се в магнитно поле, под влиянието на външно електромагнитно поле, могат да абсорбират енергия и след това да я излъчват под формата на радиосигнал. За това откритие Е. Блох и Е. Пармел през 1952 г. Получават Нобелова награда. Ново явление скоро научи как да се използва за спектрален анализ на биологични структури (NMR спектроскопия). През 1973 г. Пол Раутенбург демонстрира за пръв път възможността да получи изображение, използвайки ЯМР сигнали. Така се появи NMR томография. Първите NMR томограми на вътрешните органи на един жив човек бяха демонстрирани през 1982 г. На Международния конгрес на радиолозите в Париж.

Трябва да се дадат две обяснения. Въпреки факта, че методът се основава на явлението NMR, той се нарича магнитен резонанс (MP), като се изпуска думата "ядрена". Това се прави, така че пациентите да нямат представа за радиоактивността, свързана с разпадането на атомните ядра. И второто обстоятелство: MP-томографите не са случайно "настроени" на протони, т.е. Върху ядрото на водорода. Този елемент в тъканите е много, а неговите ядра имат най-голям магнитен момент сред всички атомни ядра, което води до достатъчно високо ниво на MR сигнала.

Ако през 1983 г. Имаше само няколко устройства навсякъде по света, подходящи за клинични изследвания, до началото на 1996 г. В света имаше около 10 000 томографи. Всяка година се въвеждат на пазара 1000 нови инструмента. Повече от 90% от флота от MP-томографи са модели със суперпроводими магнити (0.5-1.5 T). Интересно е да се отбележи, че ако в средата на 80-те години на компанията - производители MP-томографско ръководи от принципа на "по-висок е област, толкова по-добре", с акцент върху модела с поле от 1,5 T и по-горе, до края на 80-те години беше ясно е, че в повечето приложения те нямат значителни предимства пред моделите със средна здравина на полето. Ето защо, основните производители на MP-томография ( "GE", "Сименс", "Филипс", "Тоши ба", "Показалец", "Brooker" и др.) Сега отделяме голямо внимание на производството на Средната модели и дори ниска поле, които се различават от компактните и компактни системи със задоволително качество на изображението и значително по-ниски разходи. Системите с висок етаж се използват главно в изследователски центрове за провеждане на MR спектроскопия.

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

Принципът на MRI метода

Основните компоненти на MP-томографията са: ултра-силен магнит, радиопредавател, приемаща радиочестотна намотка, компютър и контролен панел. Повечето устройства имат магнитно поле с магнитен момент, успореден на дългата ос на човешкото тяло. Силата на магнитното поле се измерва в Tesla (T). За клинични MRI полета със сила от 0,2-1,5 T.

Когато пациентът е поставен в силно магнитно поле, всички протони, които са магнитни диполи, се разгръщат по посока на външното поле (като компасната игла, която се ръководи от магнитното поле на Земята). В допълнение, магнитните оси на всеки протон започват да се въртят около посоката на външното магнитно поле. Това специфично ротационно движение се нарича процес и честотата му е резонансна честота. Когато се предава къс електромагнитен радиочестотен импулс през тялото на пациента, магнитното поле на радиовълните предизвиква магнитните моменти на всички протони да се въртят около магнитния момент на външното поле. За да се случи това, е необходимо честотата на радиовълните да бъде равна на резонансната честота на протоните. Това явление се нарича магнитен резонанс. За да се промени ориентацията на магнитните протони, магнитните полета на протоните и радиовълните трябва да резонират, т.е. Имат еднаква честота.

В тъканите на пациента се създава общ магнитен момент: тъканите се магнетизират и магнетизмът им е ориентиран стриктно паралелно на външното магнитно поле. Магнетизмът е пропорционален на броя на протоните на единица обем тъкан. Огромният брой протони (водородни ядра), съдържащи се в повечето тъкани, причинява факта, че чистият магнитен момент е достатъчно голям, за да предизвика електрически ток в приемната бобина, разположена извън пациента. Тези индуцирани МР сигнали се използват за реконструкция на изображението на MR.

Процесът на преход на електроните на ядрото от възбудено състояние до равновесно състояние се нарича процес на релаксиране чрез спин-решетка или надлъжна релаксация. Тя се характеризира с Т1 - време въртене решетка релаксация - необходимата за прехвърляне на 63% от ядрата в състояние на равновесие, след възбуждане 90 ° импулс време. T2 също е време за релаксация на спин-спин.

Има няколко начина за получаване на MP-томограми. Тяхната разлика е в реда и характера на генерирането на радиочестотни импулси, методи за анализ на MP сигнали. Най-често срещаните са два метода: spin-lattice и spin-echo. За спин-решетката се анализира основно времето за релаксация Т1. Различни тъкани (сиво и бяло вещество на мозъка, цереброспинална течност, туморна тъкан, хрущял, мускули и др.) Имат протони с различни времена на релаксация Т1. При продължителността на T1 интензитетът на MP сигнала е свързан: колкото по-кратък е T1, толкова по-силен е MR сигналът и по-лекият е изображението на телевизионния монитор. Мастната тъкан на MP-томограмата е бяла, следвана от интензитета на MP сигнала в низходящ ред са мозъкът и гръбначният стълб, гъстите вътрешни органи, съдовите стени и мускулите. Въздухът, костите и калцификациите практически не дават MP сигнал и затова се показват в черно. Тези взаимоотношения на времето за релаксация Т1 създават предпоставките за визуализиране на нормални и променени тъкани на MR томограми.

При друг метод на МР-томография, наречен спин-ехо, на пациента се изпраща серия от радиочестотни импулси, които обръщат протонните процеси на 90 °. След спиране на импулсите се записват сигналите за отговор MP. Обаче интензитетът на сигнала за отговор е различно свързан с продължителността на Т2: колкото по-кратък е T2, толкова по-слаб е сигналът и следователно яркостта на екрана на телевизионния монитор е по-ниска. По този начин крайната картина на ЯМР в метод Т2 е противоположна на тази на Т1 (отрицателна до положителна).

На томограмите в MP меките тъкани се показват по-добре от компютърните томограми: мускулите, мастните слоеве, хрущялите, съдовете. На някои устройства може да се получи снимка на съдовете без въвеждане на контрастно средство (МР-ангиография). Поради ниското съдържание на вода в костната тъкан, последната не създава екраниращ ефект, както при рентгеновата компютърна томография, т.е. Не пречи на изображението, например гръбначния мозък, междузвездните дискове и др. Разбира се, водородните ядра се съдържат не само във вода, но в костната тъкан те се фиксират в много големи молекули и гъсти структури и не пречат на ЯМР.

Предимства и недостатъци на ЯМР

Основните предимства на MRI са неинвазивно, безвреден (без облъчване), получаване на триизмерна характер изображение, естествен разлика от движещи кръв, липсата на артефакти на костната тъкан, с висока диференциация на меките тъкани, способността да изпълнява MP-спектроскопия за ин виво изследване на метаболизма на тъкани ин виво. MPT позволява изобразяване на тънки слоеве на човешкото тяло във всяко напречно сечение - във фронталната, сагитален, аксиални и наклонените равнини. Възможно е да се реконструира триизмерни изображения на органи, да синхронизирате получаване tomograms с електрокардиограми зъби.

Основните недостатъци обикновено са свързани с достатъчно дълго време, необходимо за производство на изображения (обикновено минути), което води до появата на артефакти от дихателните движения (особено намалява ефективността на светлина изследвания), аритмия (когато сърцето проучването), невъзможността да надеждно откриване камъни, калцификати, някои видове патология на костните структури, високи разходи за оборудване и неговата експлоатация, специални изисквания за помещенията, в които се намират устройствата (скрининг от смущения), невъзможност за изследване Болен съм от клаустрофобия, изкуствени пейсмейкъри, големи метални импланти от немедицински метали.

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

Контрастни вещества за ЯМР

В началото на използването на ЯМР се смята, че естественият контраст между различните тъкани елиминира нуждата от контрастни средства. Скоро беше открито, че разликата в сигналите между различните тъкани, т.е. Контрастът на изображението на MR може значително да се подобри от контрастните носители. Когато първата MP контрастна среда (съдържаща парамагнитни гадолиниеви йони) стана налична в търговската мрежа, диагностичната информация за ЯМР се увеличи значително. Същността на MR-контрастното средство е да се променят магнитните параметри на протоните на тъканите и органите, т.е. Променете времето за релаксация (TR) на протоните Т1 и Т2. Към днешна дата има няколко класификации на МР-контрастни вещества (или по-скоро контрастни вещества - CA).

Чрез преобладаващия ефект върху времето за релаксация на MR-Cadel при:

• T1-KA, които съкращават Т1 и по този начин увеличават интензитета на MP сигнала на тъканите. Те се наричат и положителни SC.
• T2-KA, които съкращават T2, намалявайки интензитета на MR сигнала. Това е отрицателно SC.

В зависимост от магнитните свойства на MR-SC се разделят на парамагнитни и суперпарамагнитни:

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

Парамагнитни контрастни средства

Парамагнитните свойства се притежават от атоми с един или повече непелени електрони. Това са магнитни йони на гадолиний (Gd), хром, никел, желязо и също манган. Гадолиниевите съединения са най-широко използвани клинично. Контрастиращият ефект на гадолиний се дължи на съкращаването на времето за релаксация Т1 и Т2. При ниски дози влияе върху T1, което увеличава интензивността на сигнала. При високи дози ефектът върху Т2 преобладава с намаляване на интензитета на сигнала. Парамагнетиката сега се използва най-широко в клиничната диагностична практика.

Суперпарамагнетични контрастни средства

Доминиращият ефект на суперпарамагнетичния железен оксид е съкращаването на релаксацията на Т2. Докато се повишава дозата, интензивността на сигнала намалява. Към тази група космически кораби могат да бъдат приписани и феромагнитни спътници, които включват феромагнитни железни оксиди, структурно подобни на магнетитния ферит (Fe ²⁺ OFe ₂ ³⁺ 0 ₃ ).

Следващата класификация се основава на фармакокинетиката на CA (Sergeev, V.V., Isoavt., 1995):

• екстрацелуларен (специфичен за тъканите);
• стомашно;
• органотропни (специфични за тъканите);
• макромолекулни, които се използват за определяне на съдовото пространство.

В Украйна са известни четири MR-CA, които са екстрацелуларни водоразтворими парамагнитни SCs, от които широко се използват гадодиамид и гадопентетична киселина. Останалите SC групи (2-4) преминават на етап клинични опити в чужбина.

Екстрацелуларен водоразтворим МР-СА

Международно име	Химична формула	Структура
Гадопентенова киселина	Гадолиниум димеглемин диетилентриаминпентацетат ((NMG) 2Gd-DTPA)	Линейна, йонна
Киселина гадотеровая	(NMG) Gd-DOTA	Циклична, йонна
Gadodiamid	Гадолиниев диетилентриаминпентаацетат-бис-метиламид (Gd-DTPA-BMA)	Линейни, не-йонни
Gadotyeridol	Gd-HP-D03A	Циклични, нейонни

Екстрацелуларният космически кораб се прилага интравенозно, 98% от тях се екскретират през бъбреците, не проникват в кръвно-мозъчната бариера, имат ниска токсичност, принадлежат към парамагнитната група.

Противопоказания за ЯМР

Абсолютните противопоказания включват условията, при които проучването е животозастрашаващи пациенти. Например, наличието на импланти, които се активират чрез електронни, магнитни или механични средства, е предимно изкуствен пейсмейкъри. Въздействието на радиочестотната радиация от MR скенера може да попречи на функционирането на стимулатора, работещ в системата за заявки, тъй като промените в магнитните полета могат да имитират сърдечната активност. Магнитното привличане може също да причини стимулатора да се движи в гнездото и да премести електродите. В допълнение, магнитното поле създава пречки за работата на феромагнитните или електронните имплантанти на средното ухо. Наличието на изкуствени сърдечни клапи представлява опасност и е абсолютно противопоказание само при изследване на високочестотни MR скенери и също така, ако клинично се приема, че клапата е повредена. Наличието на малки метални хирургически имплантанти (хемостатични клипсове) в централната нервна система също се отнася до абсолютни противопоказания за изследването, тъй като тяхното изместване, дължащо се на магнитно привличане, заплашва да кърви. Тяхното присъствие в други части на тялото е по-малко заплаха, тъй като след лечението, фиброзата и капсулирането на скобите помагат за поддържането им в стабилно състояние. Въпреки това, в допълнение към потенциалната опасност, наличието на метални импланти с магнитни свойства при всички случаи причинява артефакти, които създават затруднения при интерпретирането на резултатите от изследването.

Противопоказания за ЯМР

Абсолютната:	Относителният:
Пейсмейкъри	Други стимуланти (инсулинови помпи, нервни стимулатори)
Феромагнитни или електронни импланти на средното ухо	Не феромагнитни импланти на вътрешното ухо, протезни сърдечни клапи (във високи полета, при съмнение за дисфункция)
Хемостатични скоби на мозъчните съдове	Хемостатични клипове с друга локализация, декомпенсирана сърдечна недостатъчност, бременност, клаустрофобия, необходимостта от физиологичен мониторинг

За относително grotivopokazaniyam от изброените по-горе също са декомпенсирана сърдечна недостатъчност, необходимостта от физиологичен наблюдение (механична вентилация, електрически инфузионни помпи). Клаустрофобията е пречка за изследването в 1-4% от случаите. Тя може да бъде преодоляно, от една страна, използването на устройства с отворени магнити, а от друга - подробно обяснение на оборудването и съоръженията, работещи в проучването. Не се получава MRI доказателства за вредния ефект върху ембриона или фетуса, обаче, се съветват да избягват MRI в I триместър на бременността. Използването на ядрено-магнитен резонанс (MRI) по време на бременност е показано в случаите, когато други неионизиращи методи за диагностично изобразяване не предоставят задоволителна информация. MRI изисква по-голямо участие в него пациент от компютърна томография, тъй като движението на пациентите по време на теста е много по-силно влияние върху качеството на изображението, така че изследването на пациенти с остри заболявания, нарушено съзнание, еластични състояния, деменция, както и децата често е трудно.

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