Режимы магнитно-резонансной томографии
Итак, возвращение магнитных моментов спинов протонов в исходное состояние, как было изложено во 2 главе, называется релаксацией. Существует два типа релаксации – Т1 и Т2, соответственно выделяют два основных способа получения ЯМР-изображений. Если используется релаксация Т1, то получают так называемые Т1-взвешенные изображения, если Т2 – то Т2-взвешенные изображения. Существует и третий тип – изображения, взвешенные по протонной плотности, но его мы разберем далее. Их также называют режимами проведения МР-томографии. В чем их отличие?
Спины протонов, получившие энергию от РЧ-сигнала, находятся в неустойчивом состоянии, и стремятся вернуться в исходное положение после прекращения воздействия этого импульса. Однако для этого спины необходимо вновь подвергнуть воздействию электромагнитного поля, частота которого должна совпадать с резонансной частотой (частотой Лармора). При этом протоны переходят с более высокого энергетического уровня на более низкий и отдают в пространство энергию в виде радиосигнала. Такой вид излучения называется резонансным излучением.
Если в исходное состояние возвращаются не менее 63% протонов, магнитные моменты которых были развернуты на 90 градусов, то говорят о Т1-релаксации. Соответственно, время, за которое спины эти протонов вернутся к исходному положению, называется временем Т1-релаксации. Другие названия этого процесса – спин-решетчатая или продольная релаксация, так как она происходить вдоль продольной оси линий магнитного поля.
|
|
|
Важным является тот факт, что Т1-релаксация зависит от силы связи протонов водорода в различных атомах. Как известно, типы связей в жировой ткани, ткани головного мозга и воде разные, поэтому они имеют различное время Т1-релаксации. Так, для жировой ткани это время составляет 246 мс, для селезенки 646 мс, для мышечной ткани 514 мс, для вещества мозга 696 мс. Поэтому мы можем на ЯМР-изображениях дифференцировать различные типы тканей, которые будут отображаться разными оттенками серого цвета. Изображения, полученные с использованием только времени Т1-релаксации, иначе называются Т1-взвешенными.
Кроме характеристик ядра, в составе которого находится релаксирующий протон водорода, на время Т1-релаксации влияют и другие факторы. К ним относится температура тела, подвижность молекул, сила магнитного поля и др.
Кроме изменения направления магнитных моментов, спины также в процессе релаксации теряют фазовую синхронизацию, которую они получили в процессе воздействия РЧ-импульса. Фазовая рассинхронизация получила название Т2-релаксации, иначе спин-спиновая или поперечная, так как она происходит в плоскостях, отличных от продольной (по сравнению с Т1-релаксацией). Она характеризуется временем Т2-релаксации, и зависит от нескольких факторов. К ним относятся частота прецессии, температура, подвижность молекул и др. Процессы Т1 и Т2-релаксации являются абсолютно независимыми друг от друга, хотя и протекают одновременно.
|
|
|
Что интересно, если протон водорода входит в состав жидкости, то время Т2-релаксации практически такое же, как и время Т1-релаксации. Так, для воды время Т1 и Т2 одинаково и равно 3 сек, соответственно, их соотношение равно единице. В более твердых объектах эти показатели существенно отличаются, причем время Т2 меньше, чем время Т1. Так, для белого вещества головного мозга оно составляет 96 мс, для жировой ткани 158 мс, для спинномозговой жидкости 510 мс. Это делает возможным, как и в случае с Т1-релаксаций, дифференциацию различных типов тканей тела человека. Изображения, полученные с использованием только времени Т2-релаксации, и называются Т2-взвешенными.
Теперь рассмотрим понятие изображений, взвешенных по протонной плотности (PD-изображения). Дело в том, что изображения, полученные только с использованием Т1 или Т1-релаксации, часто являются диагностически малоинформативными. Иначе говоря, основываясь только на одном их типе, не всегда возможно поставить точный диагноз пациенту. Поэтому на практике используют так называемые многопараметрический подход. Так, если мы используем для построения изображения и Т1 и Т2-релаксацию, мы получим Т1(Т2) взвешенные изображения. Они и называются изображениями, взвешенными по протонной плотности, или PD.
|
|
|
Какой тип времени релаксации лучше всего использовать в той или иной ситуации, зависит от задач исследования. Так, для изучения анатомии исследуемой области более информативны Т1-взвешенные изображения, а для обнаружения патологии – Т2 или изображения, взвешенные по протонной плотности.
4.2. Импульсные последовательности
магнитно-резонансной томографии
Для получения рассмотренных типов ЯМР-изображений используются различные импульсные последовательности. Что входит в это понятие? Это набор действий, который включает в себя посылку РЧ-сигнала (собственно импульса), наложение градиента для пространственной ориентации элементов изображения, и регистрацию сигнала от возбужденных протонов во время их релаксации.
Основной является FID -последовательность, при которой сначала включается первый градиент вместе с РЧ-сигналом, разворачивающим спины протонов на 90 градусов, затем подается второй градиент и после осуществляется прием сигнал (так называемого эха). Недостатком этой последовательности является то, что спины после воздействия РЧ-сигнала находятся в состоянии десинхронизации по фазе, и вследствие этого воспринимаемый сигнал быстро уменьшается по амплитуде.
|
|
|
При спин-спиновой импульсной последовательности после первого РЧ импульса, также поворачивающего магнитные моменты протонов на 90 градусов, подается второй, разворачивающий их на 180 градусов. Происходит так называемое перефазирование спинов (синхронизация их по фазе), и получаемый сигнал становится более высоким (то есть более сильным). При этом возникает меньшее количество артефактов. К недостаткам этой последовательности относится длительное время сканирования.
Для его уменьшения используют турбоспин-эхо последовательность (иначе быстрое спиновое эхо или RARE). Отличие от спин-эхо в том, что после РЧ сигнала, поворачивающего магнитные моменты на 90 градусов, подается серия из семи РЧ-импульсов, поворачивающих их на 180 градусов. Обычно эта последовательность используется для получения Т2-взвешенных изображений. Она относится к категории быстрых последовательностей, позволяющих проводить МР-сканирование за относительно короткое время. К недостаткам быстрого спин-эхо можно отнести наличие на изображении артефактов.
Быстрое улучшенное спин-эхо (или HASTE последовательность) характеризуется коротким временем сканирования, и используется в основном для проведения такого вида исследований, как МР-холангиография. Дело в том, что при такой последовательности хорошо дифференцируется свободная жидкость, например, желчь.
Существуют и другие быстрые последовательности, использующие для их получения другой подход, чем RARE, например, FLASH. Она использует короткое время повторения импульса и угол отклонения спинов на 90 градусов. С их помощью можно проводить так называемую кино-МРТ-томографию, при которой получаются изображения органов в движении, например, сердца.
Существуют виды быстрых последовательностей, при которых происходит подавление сигнала от какого-либо типа ткани. К ним можно отнести FLAIR -последовательность, она направлена на устранение влияния жидкости на получаемом изображении. Это достигается за счет того, что время Т1-релаксации подобрано равным времени релаксации вещества или ткани, сигнал от которой нужно подавить. Последовательность FLAIR широко используется, например, для исследования головного мозга. она является оптимальной для изучения и оценки субарахноидального пространства и мозговых оболочек. Однако на изображении могут встречаться так называемые потоковые артефакты.
Существует Double Inversion Recovery (DIR) – импульсная последовательность с подавлением сигнала от воды и белого вещества, также используемая для оценки головного мозга. В этом случае получаются изображения низкого разрешения, однако на них есть возможность выявить субкортикальные и кортикальные патологические очаги.
Последовательность FATSAT (FS) используется для подавления сигнала от жировой ткани. Для этого в ее начало добавляются специальные РЧ-импульсы. При этой последовательности уменьшаются артефакты химического сдвига, улучшается визуализации поглощения контрастного вещества и достигается лучшая дифференциация тканей. В результате мы получаем Т2-взвешенные изображения, на которых жировая ткань (области, содержащие жировую ткань, например, подкожно-жировая клетчатки и жир в костном мозге) выглядит темной. При этом все остальные характеристики Т2-взвешенных изображений остаются теми же, что и при обычном Т2-сканировании.
Таким образом, в большинстве случаев патологические очаги можно обнаружить, используя надежные, проверенные временем последовательности, при которых получаются взвешенные по T1 или T2 изображения. Но есть ситуации, когда необходимо использовать другой тип последовательности, при выборе нужной необходимо учитывать их достоинства и недостатки.
ГЛАВА 5
КОНТРАСТНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ДЛЯ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ
Как следует из материала, изложенного в предыдущей главе, при проведении МРТ существует много способов усилить контраст (дифференциацию на изображении) того или иного типа вещества или ткани организма пациента. Это достигается выбором режима сканирования и импульсных последовательностей. Однако при некоторых ситуациях требуется дополнительно введение контрастных веществ, преимущественно для лучшего контрастирования патологического очага. Около 20% ЯМР-исследований в клинической практике проходят с их применением.
Основными задачи применения контрастных веществ при МРТ являются:
- повышение чувствительности метода, то есть выявление очагов, не визуализируемых или плохо визуализируемых при исследовании без применения контрастных веществ;
- увеличение специфичности исследования, то есть установление точного диагноза, чаще всего это важно при наличии подозрения на онкологическую патологию;
- усиление дифференциации различных типов тканей;
- уменьшение количества артефактов на изображении;
- оценка перфузии, например, вещества головного мозга и ряд других.
В свое время предлагались разные подходы к контрастированию при МРТ. Один из них заключался в воздействии на воду, содержащуюся в организме, поскольку при ЯМР происходит регистрация сигнала от протонов водорода. Можно увеличить содержание воды в тканях или изменить ее свойства. Однако такие контрастирующие препараты практически не применяются, так как, или имеют много побочных эффектов, либо пригодны только для введения в ЖКТ.
Широкое распространение получило контрастирование, основанное на другом принципе – изменении магнитных свойств ядер атомов, они изменяют время релаксации и некоторые другие параметры. Такие контрастные вещества является парамагнетиками или суперпарамагнетиками.
Их применение основано на том, что на магнитные характеристики объекта (протона) при проведении ЯМР-исследования влияют его окружение. Значение имеют такие факторы, как содержание воды, крупных молекул (это в основном белки), ионов и свободных радикалов. Их количество и соотношение практически всегда нарушаются при патологических состояниях, что и позволяет их дифференцировать от нормальных тканей. Так, например, при воспалительных процессах происходит увеличение содержания внутриклеточной и внеклеточной воды, а при наличии злокачественной опухоли - только внутриклеточной воды. Вода в свою очередь удлиняет время релаксации, в то время как белковые молекулы, ионы и радикалы его наоборот, сокращают.
Они подразделяются на две группы – это положительные и отрицательные контрастирующие агенты. Из позитивных чаще всего применяется группа парамагнитных контрастных веществ, они содержат ионы металла с неспаренными электронами. К ним относятся производные гадолиния, такие как гадопентетат димеглувин (коммерческое название («Магневист»), гадодиамид («Омнискан»), гадотетрат меглумин («Дотарем»), гадоксетовой кислоты динатриевая соль («Примовист») и др. К отрицательным контрастным суперпарамагнетикам относятся препараты на основе оксида железа, такие как SPIO, USPIO и др.
Для того, чтобы металл не оказывал токсического влияния и достаточно быстро выводился из организма пациента, его молекула окружается другими молекулами. К таким веществам, соединяющемся с гадолинием, относятся DTPA, DTPA-BMA, DOTA и HP-DO3A. DTPA-BMA и HP-DO3A образуют при связи с гадолинием неионные низкомолекулярные соединения, которые выводится почками. К высокомолекулярным ионным комплексам относятся Gd-DTPA и Gd-DOTA.
Почему был выбран именно гадолиний в качестве основного контрастного вещества для проведения МРТ? Это объясняется его свойствами. Он имеет в составе атома семь свободных неспаренных электронов и существенно влияет на релаксацию окружающих протонов. В основном гадолиний, как и другие металлы с подобными свойствами, вызывает изменение времени релаксации Т1. При проведении сканирования области с более высоким содержанием контрастного вещества будут выглядеть более яркими, если использовать именно Т1-режим.
Поскольку контрастное вещество распределяется в организме неравномерно, поэтому оно оказывает различное влияние на сигналы от разных тканей. Например, сигнал от богато васкуляризованной опухолевой ткани будет усиливаться. При исследовании головного мозга, важным является тот факт, что гадолиний не проникает через неповрежденный гематоэнцефалический барьер, а при повреждении этого барьера – проходит через него.
Кроме того, этот металл способен вызывать небольшое количество побочных эффектов и считается практически безопасным препаратом. Однако было зарегистрировано, хоть и малое количество, случае анафилактических реакций на введение контрастного вещества на основе гадолиния.
Что касается отрицательных супермагнитных веществ на основе оксида железа, то они влияют в основном на время Т2-релаксации, укорачивая его. Соответственно, при их использовании необходимо применять импульсные последовательности, основанные на Т2-релаксации.
Что касается областей применения контрастных препаратов при МРТ, то они достаточно обширны. Но все же основная часть исследований приходится на изучение центральной нервной системы. Основными показаниями для введения контрастных веществ при МРТ являются:
- подозрение на наличие опухоли;
- дифференциальная диагностика опухолевого образования (злокачественное или доброкачественное);
- подозрение на аденому гипофиза;
- выявление метастазов опухолей после проведенной операции по ее удалению;
- определение активности рассеянного склероза;
- оценка состояния спинного мозга и канала после удаления грыжи межпозвоночного диска (то есть оценка результатов операции) и др.
Методика исследования при применении контрастных веществ отличается от методики получения так называемых нативных изображений (то есть без применения контраста). ЯМР-сканирование состоит из двух этапов, при этом сначала проводится исследование части тела пациента по стандартному протоколу, в результате чего и получаются нативные изображения. По данным именно этого исследования оператор принимает решение о необходимости использования контрастных препаратов, рассчитывается их дозировка и способ ведения.
Перед повторным исследованием пациент перемещается на столе из туннеля томографа. В вену локтевого сгиба устанавливается катетер (если он не был установлен ранее), через который и проводится введение контрастирующее вещество. Внутривенное введение может осуществляться вручную, но в современных условиях это выполняется с помощью автоматического шприца-инжектора (АШИ), контрастное вещество вводится под необходимым давлением с необходимой скоростью.
К применению контрастных веществ при МРТ, как и в других методах лучевой диагностики, существуют противопоказания, однако они являются не абсолютными, а относительными. К ним относятся:
- индивидуальная непереносимость контрастного препарата в виде аллергических реакций, (встречается менее чем в 0,1% случаев);
- первый триместр беременности;
- выраженное нарушение функции почек (повышение уровня креатинина в крови);
- бронхиальная астма в стадии обострения;
- выраженное обезвоживание организма.
Аллергические реакции, как и при применении других контрастных веществ, подразделяются по тяжести – на легкие, средней тяжести (умеренные) и тяжелые, а по времени возникновения на острые, поздние и очень поздние. К лёгким относятся появление тошноты, незначительной рвоты, сыпи и зуда, к реакциям умеренной тяжести - тяжёлая рвота, выраженная крапивница, развитие бронхоспазма, отека лица и гортани (отек Квинке), а также сосудистые реакции вследствие вагусного влияния. К тяжелым – развитие гипотензивного шока, остановка дыхания у пациента, остановка сердечной деятельности и появление судорожного синдрома.
Что касается перспектив развития контрастных методик, то ведутся активные разработки по созданию органоспецифических препаратов (т.е. тропных к определенному органу). Первыми препаратами из этой группы стали средства для исследований печени – такие как «Тесласкан», «Примавист», «Эндорем». Проводятся научные исследования с целью разработки и создания внутрисосудистых контрастных средств типа Гадомера-17 и MS-325. Однако процесс их активного внедрения в практическую медицину замедляется высокой стоимостью новых препаратов.
Что касается такой современной перспективной области визуализации, как молекулярная медицина, то имеется целый ряд серьезных научных исследований, в которых показано, что МР-исследования с использованием парамагнитных или суперапарамагнитных препаратов может успешно использоваться и для этих целей.
В заключении рассмотрения контрастных веществ необходимо отметить, что в России используется несколько официально зарегистрированных препаратов для проведения магнитно-резонасной томографии: Дотарем», «Магневист», «Примовист», «Омнискан».
ГЛАВА 6
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ
МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ
Возможности метода МРТ в изучении отдельных тканей, органов или систем органов не ограничиваются использованием режимов Т1, Т2 и PD, а также применением контрастных веществ, они значительно шире. Существуют и другие методики, которые используют разные магнитные свойства протонов, в зависимости от их поведения и окружения. Так при движении намагничиваемых протонов их характеристики меняются, что используется в магнитно-резонансной ангиографии (МР-ангиографии) для усиления контраста от движущейся крови.
Таким образом, для проведения МР-ангиографии не требуется применение контрастных веществ, как в других методах лучевой визуализации (например, рентгеновской компьютерной томографии), что может вносить определенную путаницу в терминологию.
Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 284; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!