Diagnostika osteoartrózy: zobrazování magnetickou rezonancí

Magnetické rezonanční zobrazování (MRI) v posledních letech se stalo jednou z hlavních metod neinvazivní diagnostiky osteoartrózy. Od 70. Let, kdy byly pro studium lidského těla nejprve použity principy magnetické rezonance (MP), se tento způsob lékařského zobrazování radikálně změnil a stále se rychle rozvíjí.

Technické vybavení, software se vylepšují, vyvíjejí se zobrazovací techniky, připravují se MP-kontrastní přípravky. To vám umožní neustále nalézt nové oblasti použití MRI. Pokud se jeho použití původně omezilo pouze na studie centrálního nervového systému, nyní se MRI úspěšně používá téměř ve všech oblastech medicíny.

V roce 1946 skupina výzkumníků ze Stanfordských a Harvardských univerzit nezávisle objevila fenomén, který se nazýval nukleární magnetickou rezonancí (NMR). Podstatou toho bylo, že jádra některých atomů, které jsou v magnetickém poli pod vlivem vnějšího elektromagnetického pole, mohou absorbovat energii a pak ji vysílat ve formě rádiového signálu. Za tento objev získali F. Bloch a E. Parmel v roce 1952 Nobelovu cenu. Nový fenomén se brzy naučil používat spektrální analýzu biologických struktur (NMR spektroskopie). V roce 1973 Paul Rautenburg poprvé ukázal možnost získat obraz pomocí NMR signálů. Tak se objevila NMR tomografie. První NMR tomogramy vnitřních orgánů živé osoby byly prokázány v roce 1982 na Mezinárodním kongresu radiologů v Paříži.

Měly by být uvedeny dvě vysvětlení. Navzdory skutečnosti, že metoda je založena na fenoménu NMR, nazývá se to magnetická rezonance (MP), vynechávající slovo "nukleární". To se děje tak, aby pacienti neměli představu o radioaktivitě spojené s rozpadem jaderných jader. A druhá okolnost: MP-tomografy nejsou náhodně "laděny" na protony, tj. Na jádře vodíku. Tento prvek v tkáních je velmi a jeho jádra mají největší magnetický moment mezi všemi atomovými jádry, což způsobuje dostatečně vysokou úroveň MR signálu.

Pokud v roce 1983 bylo na klinickém výzkumu k dispozici jen několik přístrojů, na počátku roku 1996 bylo na světě asi 10 000 tomografů. Každý rok se do praxe zavádí 1000 nových nástrojů. Více než 90% flotily MP-tomografů jsou modely se supravodivými magnety (0,5-1,5 T). Je zajímavé si povšimnout, že pokud v polovině 80. Let firmy - výrobci MP-tomografie řídí zásadou „čím vyšší je pole, tím lépe“, zaměřeného na modelu s polem 1.5 T a výše, na konci 80. Let byla je zřejmé, že ve většině aplikací nemají výrazné výhody oproti modelům se střední intenzitou pole. Proto jsou hlavními producenty MP-tomografie ( „GE“, „Siemens“, „Philips“, „Toshi ba“, „Picker“, „Brooker“ a další). Nyní věnovat velkou pozornost na výrobu středních modelů a dokonce i low které se liší od systémů s vysokým polem v kompaktnosti a hospodárnosti s uspokojivou kvalitou obrazu a výrazně nižšími náklady. Vysokopodlažní systémy se používají především ve výzkumných centrech pro provádění MR spektroskopie.

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

Princip metody MRI

Hlavní součásti MP-tomografu jsou: ultra silný magnet, rádiový vysílač, přijímací radiofrekvenční cívka, počítač a ovládací panel. Většina zařízení má magnetické pole s magnetickým momentem rovnoběžným s dlouhou osou lidského těla. Pevnost magnetického pole se měří v Tesle (T). Pro klinické MRI pole použití síly 0,2-1,5 T.

Když je pacient umístěn do silného magnetického pole, všechny protony, které jsou magnetickými dipóly, se rozkládají ve směru vnějšího pole (jako kompasová jehla, která je vedena magnetickým polem Země). Navíc magnetické osy každého protonu se začnou otáčet kolem směru vnějšího magnetického pole. Tento specifický rotační pohyb se nazývá proces a jeho frekvence je rezonanční frekvence. Když se krátký elektromagnetický radiofrekvenční impuls přenáší přes tělo pacienta, magnetické pole rádiových vln způsobí, že magnetické momenty všech protonů se budou otáčet kolem magnetického momentu vnějšího pole. Aby se tak stalo, je nutné, aby frekvence rádiových vln odpovídala rezonanční frekvenci protonů. Tento jev se nazývá magnetická rezonance. Pro změnu orientace magnetických protonů musí magnetické pole protonů a rádiových vln rezonovat, tj. Mají stejnou frekvenci.

Celkový magnetický moment je vytvořen v tkáních pacienta: tkáně jsou magnetizovány a jejich magnetismus je orientován striktně paralelně k vnějšímu magnetickému poli. Magnetismus je úměrný počtu protonů na jednotku objemu tkáně. Obrovský počet protonů (vodíkových jader) obsažených ve většině tkání způsobuje skutečnost, že čistý magnetický moment je dostatečně velký, aby indukoval elektrický proud v přijímací cívce umístěné mimo pacienta. Tyto indukované MP signály se používají k rekonstrukci MR obrazu.

Proces přechodu elektronů jádra z excitovaného stavu do rovnovážného stavu se nazývá relaxační spin-mřížkový proces nebo podélná relaxace. Je charakterizován relaxační čas T1-spin-mřížky - čas potřebný k přenesení 63% jádra do rovnovážného stavu poté, co jsou excitovány 90 ° impulsem. T2 je také relaxační doba spin-spin.

Existuje několik způsobů, jak získat MP-tomogramy. Jejich rozdíl spočívá v pořadí a povaze generování rádiových kmitočtových impulzů, metodách analýzy signálů MP. Nejběžnější jsou dvě metody: spin-mřížka a spin-echo. U spin-mřížky se analyzuje hlavně relaxační čas T1. Různé tkáně (šedá a bílá hmota mozku, cerebrospinální tekutina, nádorová tkáň, chrupavka, svaly atd.) Mají protony s různými relaxačními časy T1. Při trvání T1 je intenzita signálu MP souvislá: čím kratší je T1, tím intenzivnější je signál MR a světlejší obrazový prostor se objeví na televizním monitoru. Tuková tkáň na tomografu MP je bílá, následovaná intenzitou MP signálu v sestupném pořadí jsou mozku a míchu, husté vnitřní orgány, cévní stěny a svaly. Vzduch, kosti a kalcifikace prakticky nedávají signál MP, a proto jsou zobrazeny černě. Tyto vztahy relaxační doby T1 vytvářejí předpoklady pro vizualizaci normálních a změněných tkání na MR tomogramech.

V jiném způsobu MP-tomografie, nazývaném spin-echo, se vysílá řada radiofrekvenčních impulzů, které pacientovi otáčejí 90 stupňů protonů. Po zastavení impulsů se zaznamenávají signály MP reakce. Avšak intenzita signálu odezvy se liší od doby trvání T2: kratší T2, tím slabší je signál a v důsledku toho je jas obrazovky televizního monitoru nižší. Konečný obraz MRI v metodě T2 je tedy opačný s obrázkem T1 (negativní na pozitivní).

Na tomografiích MP jsou měkké tkáně zobrazeny lépe než na počítačových tomografech: svaly, vrstvy tuku, chrupavky, cévy. U některých přístrojů lze získat obrázek nádob, aniž by došlo k zavedení kontrastního činidla (MP-angiografie). Vzhledem k nízkému obsahu vody v kostní tkáni nedochází k vytvoření stínicího efektu, jako je tomu u rentgenové počítačové tomografie, tj. Neporušuje obraz, například míchu, meziobratlové disky atd. Samozřejmě, že vodíková jádra jsou obsažena nejen ve vodě, ale v kostní tkáni jsou fixována ve velmi velkých molekulách a hustých strukturách a neinterferují s magnetickou rezonancí.

Výhody a nevýhody MRI

Hlavní výhody MRI jsou neinvazivní, neškodný (bez vystavení radiaci), čímž se získá trojrozměrný obraz znaku, přirozený kontrast pohybu krve, absence artefaktů kostní tkáně, vysoké rozlišení měkkých tkání, schopnost vykonávat MP-spektroskopie pro studium in vivo metabolismu tkání in vivo. MPT umožňuje zobrazování tenkých vrstev lidského těla v každém průřezu - ve frontální, sagitální, axiální a nakloněných rovin. Je možné rekonstruovat objemové obrazy orgánů, synchronizovat příjem tomogramů s elektrokardiogramovými zuby.

Hlavní nevýhody jsou obvykle souvisí s dostatečně dlouhou dobu potřebnou pro vytvoření obrazu (obvykle minut), což vede k výskytu artefaktů z dýchacích pohybů (především snižuje účinnost světelného výzkumu), arytmie (když srdce studie), neschopnost spolehlivě detekovat kameny, kalcifikace, některé typy patologie kostních struktur, vysoké náklady na zařízení a jeho provoz, speciální požadavky na omescheniyam v nichž existují zařízení (stínění proti rušení), nemožnost pozorování Jsem nemocný klaustrofobií, umělými kardiostimulátory, velkými kovovými implantáty z jiných než lékařských kovů.

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

Kontrastní látky pro MRI

Na začátku používání MRI se věřilo, že přirozený kontrast mezi různými tkáněmi eliminuje potřebu kontrastních látek. Brzy bylo zjištěno, že rozdíl v signálech mezi různými tkáněmi, tj. Může být kontrast obrazu MR výrazně vylepšen kontrastními médii. Když se první MP kontrastní médium (obsahující paramagnetické gadolinové ionty) stalo komerčně dostupným, výrazně se zvýšila diagnostická informace MRI. Podstatou MR kontrastního činidla je změna magnetických parametrů protonů tkání a orgánů, tj. Změňte relaxační dobu (TR) protonů T1 a T2. K dnešnímu dni existuje několik klasifikací MP kontrastních látek (nebo spíše kontrastních látek - CA).

Převažujícím účinkem na relaxační dobu MR-Cadelu u:

• T1-KA, které zkracují T1 a tím zvyšují intenzitu MP signálu tkání. Jsou také nazývány pozitivní SC.
• T2-KA, které zkracují T2, což snižuje intenzitu signálu MR. To je negativní SC.

V závislosti na magnetických vlastnostech MR-SC jsou rozděleny na paramagnetické a superparamagnetické:

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

Paramagnetické kontrastní látky

Paramagnetické vlastnosti jsou vlastněny atomy s jedním nebo více nepárovými elektrony. Jedná se o magnetické ionty gadolinia (Gd), chromu, niklu, železa a také manganu. Gadolinové sloučeniny byly nejčastěji používány klinicky. Kontrastní účinek gadolinia je způsoben zkrácením relaxačního času T1 a T2. Při nízkých dávkách převažuje vliv na T1, který zvyšuje intenzitu signálu. Ve vysokých dávkách převažuje vliv na T2 se snížením intenzity signálu. Paramagnetika je nyní nejčastěji používána v klinické diagnostické praxi.

Superparamagnetické kontrastní látky

Dominantním účinkem superparamagnetického oxidu železa je zkrácení relaxace T2. Při zvýšení dávky se intenzita signálu snižuje. Do této skupiny kosmických lodí lze přičíst i feromagnetické družice, které obsahují feromagnetické oxidy železa strukturálně podobné magnetitu feritu (Fe2 ⁺ OFe ₂ ³⁺ 0 ₃ ).

Následující klasifikace je založena na farmakokinetice CA (Sergeev, V.V., Isoavt., 1995):

• extracelulární (specifická pro tkáň);
• gastrointestinální;
• organotropní (specifická pro tkáň);
• makromolekulární, které se používají k určení cévního prostoru.

Na Ukrajině jsou známy čtyři MR-CA, což jsou extracelulární ve vodě rozpustné paramagnetické SC, z nichž jsou široce používány gadodiamid a kyselina gadopentetová. Zbývající SC skupiny (2-4) procházejí fází klinických studií v zahraničí.

Extracelulární ve vodě rozpustný MP-CA

Mezinárodní jméno	Chemický vzorec	Struktura
Kyselina gadopentová	Gadolinium dimeglumina diethylentriaminpentaacetát ((NMG) 2Gd-DTPA)	Lineární, iontová
Kyselina gadoterovaya	(NMG) Gd-DOTA	Cyklický, iontový
Gadodamidid	Gadolinium-diethylentriaminpentaacetát-bis-methylamid (Gd-DTPA-BMA)	Lineární, neiontové
Outotéridol	Gd-HP-D03A	Cyklické, neiontové

Extracelulární kosmická sonda se podává intravenózně, 98% z nich se vylučuje ledvinami, neprostupuje hematoencefalickou bariérou, má nízkou toxicitu, patří k paramagnetické skupině.

Kontraindikace k MRI

Absolutní kontraindikace zahrnují podmínky, za kterých je studie život ohrožujícími pacienty. Například přítomnost implantátů, které jsou aktivovány elektronickými, magnetickými nebo mechanickými prostředky, jsou primárně umělé kardiostimulátory. Dopad RF záření z MR skeneru může narušit fungování stimulátoru působícího v systému dotazu, protože změny v magnetických polích mohou napodobovat činnost srdce. Magnetické přitahování může také způsobit, že se stimulátor pohybuje v hnízdě a pohybuje elektrodami. Navíc magnetické pole vytváří překážky pro provoz feromagnetických nebo elektronických implantátů středního ucha. Přítomnost umělých srdečních chlopní představuje nebezpečí a je absolutní kontraindikací pouze při vyšetření na MR skenery s vysokým poločasem a také v případě, že je ventil klinicky považován za poškozený. Absolutní kontraindikace studie se také týká přítomnost malé kovové chirurgický implantát (hemostatické klipy) v centrálním nervovém systému, protože jejich posunutí v důsledku magnetické přitažlivosti ohrožujícího krvácení. Jejich přítomnost v jiných částech těla je méně ohrožena, protože po léčbě fibróza a zapouzdření svorek pomáhají udržet je ve stabilním stavu. Nicméně, kromě potenciálního nebezpečí, přítomnost kovových implantátů s magnetickými vlastnostmi v každém případě způsobuje artefakty, které vytvářejí potíže při interpretaci výsledků studie.

Kontraindikace k MRI

Absolutní:	Relativní:
Kardiostimulátory	Jiné stimulanty (inzulínové pumpy, nervové stimulátory)
Feromagnetické nebo elektronické implantáty středního ucha	Neferomagnetické implantáty vnitřního ucha, protézové srdeční chlopně (ve vysokých polích s podezřením na dysfunkci)
Hemostatické svorky mozkových cév	Hemostatické klipy jiné lokalizace, dekompenzované srdeční selhání, těhotenství, klaustrofobie, potřeba fyziologického monitorování

Pro relativní grotivopokazaniyam, než jsou uvedeny výše, jsou také dekompenzované srdeční selhání, nutnost fyziologické monitorování (mechanické ventilaci, elektrických infuzních pump). Klasustrofobie je překážkou výzkumu v 1-4% případů. To lze překonat, na jedné straně, použití zařízení s otevřenými magnety, na druhé straně - podrobný popis zařízení a zařízení se systémem průzkumu. MRI důkaz škodlivého účinku na embryo nebo plod se nedocílí, nicméně doporučuje, aby se zabránilo MRI v I. Trimestru těhotenství. Použití MRI během těhotenství je indikováno v případech, kdy jiné neionizující metody diagnostického zobrazování neposkytují uspokojivé informace. MRI vyžaduje větší zapojení do pacienta, než počítačové tomografie, jako pohyb pacienta během testu je mnohem silnější vliv na kvalitu obrazu, takže studii u pacientů s těžkými poruchami, poruchou vědomí, křečových stavů, demence, stejně jako děti, je často obtížné.

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