Медична радіологія - Лазар А.П. 2008

Методи променевої діагностики
Магнітно-резонансне дослідження

Магнітно-резонансне дослідження - наймолодший із радіологічних методів променевого дослідження. Історія магнітного резонансу почалася з відкриття у 1946 році двома вченими-фізиками із США Ф.Блохом та Е.М.Парселом фундаментального фізичного явища - магнітного резонансу ядер деяких елементів періодичної системи Менделєєва. На основі феномену ядерно-магнітного резонансу була створена Методика магнітно-резонансної спектроскопії, що дозволяла оцінювати наявність у досліджуваному об’єкті різних речовин. Її довгий час використовували вчені - фізики, хіміки, біологи. У 1971 році американський фізик П.Лаутерберг запропонував метод просторової локалізації МР-сигналу, яка була основана на використанні слабких градієнтних магнітних полів і Методики відновлення зображення за зворотніми проекціями, що вже використовувалась у комп’ютерній томографії. Через 8 років у клініці з’явився перший магнітно-резонансний томограф для дослідження всього тіла (мал. 13).

Основними методиками магнітно-резонансної діагностики є магнітно-резонансна томографія (МРТ) та магнітно-резонансна спектроскопія (МРС).

Магнітно-резонансна томографія використовує дуже малу енергію, з самого початку електромагнітного спектру. Енергія МРТ на 19 порядків нижче, ніж енергія, що використовується при рентгенівському і радіонуклідному методах. МР-томографи можуть створювати зображення розтину будь-якої частини тіла. При цьому іонізуюче випромінювання не використовується. В порівнянні з ультрасонографією та рентгенівською КТ, ця методика дорожча, технічно складніша і теоретично важча для розуміння. Незважаючи на це, МРТ зробила революцію в діагностичній радіології.

Мал. 13. Сучасні магнітно-резонансні томографи фірми Siemens Medical Systems: А - закритий (із закритою магнітною котушкою);

Б - відкритий (з відкритою магнітною котушкою).

В основі магнітно-резонансної томографи лежить явище ядерно - магнітного резонансу (ЯМР) - резонування розміщених у постійному магнітному полі атомних ядер у відповідь на певний радіочастотний імпульс, що супроводжується їх власним електромагнітним випромінюванням. Більшість існуючих зараз магнітно-резонансних томографів налаштовано на Резонанс найпростішого з дипольних ядер атомів з непарним масовим числом - Ядро водню (мал. 14).

Магнітне поле вимірюється в теслах або гаусах: 1Тл = 10000 Гс. У клінічній практиці використовуються магнітно-резонансні томографи з магнітним полем у 0,3; 0,5; 1,0; 1,5 Тл, що набагато більше потужності магнітного поля Землі (від 0,3 Гс на екваторі до 0,7 Гс на полюсах). Постійне магнітне поле у 0,5 Тл і більше створюється електромагнітом , в якому використовується явище надпровідності. Чим потужніше магнітне поле використовується в апараті, тим краще зображення можна на ньому отримати. Індуктивні градієнтні котушки томографа постійно рухаються, змінюючи силу магнітного поля, частоту та фазу електромагнітної хвилі у поперечній (х, у) та поздовжній (z) площинах, що дозволяє детекторам виявити місце, з якого посилається радіочастотний імпульс певної частоти та інтенсивності. Кожному вокселу (від англ. volume - об’єм, cell - Клітина) об’єму досліджуваного об’єкта відповідає піксел (від англ. picture - картинка, cell - клітина) зображення на моніторі комп’ютера.

Мал. 14. Формування ядерно-магнітного резонансу.

1 - ядра водню; 2 - магніт; 3 - радіочастотне електромагнітне випромінювання.

Крім візуалізації топографічної будови органів та тканин об’єкта за протонною щільністю, яку можна подати в усіх площинах (горизонтальній, сагітальній, фронтальній), магнітно-резонансна томографія виявляє два релаксаційних часи (Т₁, Т₂) та швидкість руху рідини. Тканини з різними фізичними властивостями мають різні Т₁ та Т₂ - властивості, які отримують після експозиції серією радіочастотних імпульсів з певними часовими інтервалами шляхом установки на томографі певних показників Т_R та Т_Е, де Т_R - час між повторними радіочастотними імпульсами (англ. repetition - повтор), Т_Е - час між посиланням імпульсу та прийманням відповідного сигнала (англ. echo - луна). Для Т₁- спін-решітчастої (поздовжньої) релаксації характерні малі показники Т_R та Т_Е - близько 20 та 600 мс (мілісекунд) відповідно, а для Т₂- спін-спінової (поперечної) релаксації характерні високі показники Т_R та Т_E - близько 80 та 3000 мс відповідно.

Зважене за щільністю протонів зображення має високе Т_R та низьке Т_Е. На Т₂-зваженому зображенні інтенсивний сигнал дає рідина, а отже і запальні ділянки, що дозволяє краще візуалізувати патологічні процеси. За допомогою Т₁-зваженого зображення краще виявляється Морфологія досліджуваної ділянки. На Т₁-зваженому зображенні дають інтенсивний сигнал і виглядають світлими: жирова тканина, білкові речовини, гадоліній (парамагнітна речовина, що використовується у якості контрасту при МРТ); менш світлими є мозкова речовина, щільні внутрішні органи, стінка судин, м’язи; темними виглядають кісткова тканина, кальцифікати, повітря. Різний Т₁-сигнал дають біла та сіра речовини мозку, злоякісно перероджені та нормальні однойменні тканини. Можливість виявлення патологічних станів різних органів та тканин обумовлює високу діагностичну цінність МРТ.

Візуалізація судин без Введення контрастної речовини дозволяє отримувати їх дво- та тривимірне об’ємне зображення (магнітно-резонансна ангіографія), а високошвидкісні магнітно-резонансні томографи розрізняють артеріальні та венозні судини за напрямком руху крові.

Існуючі наукові дослідження не виявили шкідливих біологічних ефектів під час проведення МРТ. Протипоказами для магнітно- резонансної томографії є: 1) наявність у тілі пацієнта сторонніх металевих предметів (металічних хірургічних імплантантів, судинних кліпсів, осколків), які можуть зсуватись під дією потужного магнітного поля; 2) наявність штучного водія ритму, який зупиняється під час дослідження; 3) Вагітність у перші 3 міс; 4) Епілепсія. Крім того, під час знаходження протягом довгого часу (від декількох до десятків хвилин) у закритому магнітно-резонасному томографі у частини обстежуваних може виникнути клаустрофобія.

Мал. 15. Принцип ультразвукового дослідження.

А - розповсюдження ультразвуку через межі середовищ; Б - А-метод ехографії.

1 - ультразвуковий перетворювач, що випромінює ультразвукові хвилі (заштрихована стрілка), та приймає ультразвукові хвилі, що віддзеркалились (чорна стрілка).

Магнітно-резонансна спектроскопія, яка якісно та кількісно визначає хімічний склад органів і тканин, використовує явище ядерно-магнітного резонансу та хімічного зсуву. Хімічний зсув базується на тому, що ядро певного хімічного елемента поглинає енергію у різних ділянках електромагнітного спектру, в залежності від молекули, до складу якої входить атом даного елемента. МР-спектроскопію найчастіше проводять за ядрами водню (протонами) та фосфора. За допомогою цього дослідження можна віддиференціювати доброякісну пухлину від злоякісної та визначити її гістологічний тип. МРС - перспективна методика магнітно-резонансного дослідження, проте через технічні труднощі її проведення, інтерпретації результатів та значної тривалості дослідження її рідко застосовують у медичній практиці..