Магнитно-резонансная томография

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
МРТ-изображение головы человека

Магниторезонансная томография (МРТ; непр.: магнитно-резонансная) — томографический способ исследования внутренних органов и тканей использованием явления ядерного магнитного резонанса. Способ основан на измерении электромагнитного отклика атомных ядер, чаще всего ядер атомов водорода[1], а именно на возбуждении их определённым сочетанием электромагнитных волн в постоянном магнитном поле высокой напряжённости.

История[править | править вики-текст]

Годом основания магнитно-резонансной томографии принято считать[2] 1973 год, когда профессор химии Пол Лотербур опубликовал в журнале Nature статью «Создание изображения с помощью индуцированного локального взаимодействия; примеры на основе магнитного резонанса»[3]. Позже Питер Мэнсфилд усовершенствовал математические алгоритмы получения изображения. За изобретение метода МРТ оба исследователя в 2003 году получили Нобелевскую премию по медицине.

Однако имеются сведения о том, что само устройство МРТ было изобретено американским учёным, доктором Реймондом Дамадьяном[4][5][6]. Кроме того, В. А. Иванов в 1960 году направил в Госкомитет СССР по делам изобретений и открытий по делам изобретений заявку на патент «Способ определения внутреннего строения материальных тел» за номером 0659411/26 (включая методику и устройство прибора), в которой были сформулированы принципы метода МРТ и приведена схема томографа[7][8][9][10][11].

Мультипликация, составленная из нескольких сечений головы человека

Некоторое время существовал термин ЯМР-томография, который был заменён на МРТ в 1986 году в связи с развитием радиофобии у людей после Чернобыльской аварии. В новом термине исчезло упоминание о «ядерном» происхождении метода, что и позволило ему войти в повседневную медицинскую практику, однако и первоначальное название также известно и используется.

За изобретение метода МРТ Питер Мэнсфилд и Пол Лотербур получили в 2003 году Нобелевскую премию в области медицины. В создание магнитно-резонансной томографии известный вклад внёс также американский учёный армянского происхождения Реймонд Дамадьян, один из первых исследователей принципов МРТ, держатель патента на МРТ и создатель первого коммерческого МРТ-сканера.

Томография позволяет визуализировать с высоким качеством головной, спинной мозг и другие внутренние органы. Современные методики МРТ делают возможным неинвазивно (без вмешательства) исследовать функцию органов — измерять скорость кровотока, тока спинномозговой жидкости, определять уровень диффузии в тканях, видеть активацию коры головного мозга при функционировании органов, за которые отвечает данный участок коры (функциональная МРТ).

Метод[править | править вики-текст]

Аппарат для магнитно-резонансной томографии.

Метод ядерного магнитного резонанса позволяет изучать организм человека на основе насыщенности тканей организма водородом и особенностей их магнитных свойств, связанных с нахождением в окружении разных атомов и молекул. Ядро водорода состоит из одного протона, который имеет магнитный момент (спин) и меняет свою пространственную ориентацию в мощном магнитном поле, а также при воздействии дополнительных полей, называемых градиентными, и внешних радиочастотных импульсов, подаваемых на специфической для протона при данном магнитном поле резонансной частоте. На основе параметров протона (спинов) и их векторных направлений, которые могут находиться только в двух противоположных фазах, а также их привязанности к магнитному моменту протона можно установить, в каких именно тканях находится тот или иной атом водорода. (Иногда могут также использоваться МР-контрасты на базе гадолиния или оксидов железа, которые изменяют отклик протонов[12].)

Если поместить протон во внешнее магнитное поле, то его магнитный момент будет либо сонаправлен, либо противоположно направлен магнитному полю, причём во втором случае его энергия будет выше. При воздействии на исследуемую область электромагнитным излучением определённой частоты часть протонов поменяют свой магнитный момент на противоположный, а потом вернутся в исходное положение. При этом системой сбора данных томографа регистрируется выделение энергии во время релаксации предварительно возбужденных протонов.

Первые томографы имели индукцию магнитного поля 0,005 Тл, однако качество изображений, полученных на них, было низким. Современные томографы имеют мощные источники сильного магнитного поля. В качестве таких источников применяются как электромагниты (обычно до 1-3 Тл, в некоторых случаях до 9,4 Тл), так и постоянные магниты (до 0,7 Тл). При этом, так как поле должно быть весьма сильным, применяются сверхпроводящие электромагниты, работающие в жидком гелии, а постоянные магниты пригодны только очень мощные, неодимовые. Магнитно-резонансный «отклик» тканей в МР-томографах на постоянных магнитах слабее, чем у электромагнитных, поэтому область применения постоянных магнитов ограничена. Однако, постоянные магниты могут быть так называемой «открытой» конфигурации, что позволяет проводить исследования в движении, в положении стоя, а также осуществлять доступ врачей к пациенту во время исследования и проведение манипуляций (диагностических, лечебных) под контролем МРТ — так называемая интервенционная МРТ.

Как правило, точность снимков мрт полученных на томографах 3 Тесла не отличается от точности снимков мрт полученных на томографах 1.5 Тесла[источник?]. Четкость изображения в этом случае скорее зависит от настройки томографа. В то же время разница между 1.5 Тесла и 1.0 Тесла, и тем более 0.35 Тесла, может быть очень значительной. На оборудовании мрт ниже 1 Тесла нельзя качественно сделать мрт брюшной полости (мрт внутренних органов) или мрт малого таза, так как мощность таких аппаратов слишком низкая, чтобы получать снимки высокого разрешения. На низкопольных аппарах (напряженностью менее 1 Тесла) можно проводить только исследования мрт головы, мрт позвоночника и мрт суставов с получением снимков обычного качества.

Для определения расположения сигнала в пространстве, помимо постоянного магнита в МР-томографе, которым может быть электромагнит, либо постоянный магнит, используются градиентные катушки, добавляющие к общему однородному магнитному полю градиентное магнитное возмущение. Это обеспечивает локализацию сигнала ядерного магнитного резонанса и точное соотношение исследуемой области и полученных данных. Действие градиента, обеспечивающего выбор среза, обеспечивает селективное возбуждение протонов именно в нужной области. Мощность и скорость действия градиентных усилителей относится к одним из наиболее важных показателей магнитно-резонансного томографа. От них во многом зависит быстродействие, разрешающая способность и соотношение сигнал/шум.

Наблюдение за работой сердца в реальном времени с применением технологий МРТ.

Современные технологии и внедрение компьютерной техники обусловили возникновение такого метода, как виртуальная эндоскопия, который позволяет выполнить трёхмерное моделирование структур, визуализированных посредством КТ или МРТ. Данный метод является информативным при невозможности провести эндоскопическое исследование, например при тяжёлой патологии сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Метод виртуальной эндоскопии нашёл применение в ангиологии, онкологии, урологии и других областях медицины.

МР-диффузия[править | править вики-текст]

МР-диффузия — метод, позволяющий определять движение внутриклеточных молекул воды в тканях.

Диффузионно-взвешенная томография[править | править вики-текст]

Диффузионно-взвешенная томография — методика магнитно-резонансной томографии, основанная на регистрации скорости перемещения меченных радиоимпульсами протонов. Это позволяет характеризовать сохранность мембран клеток и состояние межклеточных пространств. Первоначально и наиболее эффективное применение при диагностике острого нарушения мозгового кровообращения, по ишемическому типу, в острейшей и острой стадиях. Сейчас активно используется в диагностике онкологических заболеваний.

МР-перфузия[править | править вики-текст]

Метод позволяющий оценить прохождение крови через ткани организма.

В частности существуют специальные характеристики, указывающие на скоростной и объемный приток крови, проницаемость стенок сосудов, активность венозного оттока, а также другие параметры, которые позволяют дифференцировать здоровые и патологически измененные ткани:

  • Прохождение крови через ткани мозга
  • Прохождение крови через ткани печени

Метод позволяет определить степень ишемии головного мозга и других органов.

МР-спектроскопия[править | править вики-текст]

Магнитно-резонансная спектроскопия (МРС) — метод позволяющий определить биохимические изменения тканей при различных заболеваниях по концентрации определенных метаболитов. МР-спектры отражают относительное содержание биологически активных веществ в определенном участке ткани, что характеризует процессы метаболизма. Нарушения метаболизма возникают, как правило, до клинических проявлений заболевания, поэтому на основе данных МР-спектроскопии можно диагностировать заболевания на более ранних этапах развития.

Виды МР спектроскопии:

  • МР спектроскопия внутренних органов (in vivo)
  • МР спектроскопия биологических жидкостей (in vitro)

МР-ангиография[править | править вики-текст]

Angeo2.jpg

Магнитно-резонансная ангиография (МРА) — метод получения изображения просвета сосудов при помощи магнитно-резонансного томографа. Метод позволяет оценивать как анатомические, так и функциональные особенности кровотока. МРА основана на отличии сигнала от перемещающихся протонов (крови) от окружающих неподвижных тканей, что позволяет получать изображения сосудов без использования каких-либо контрастных средств — бесконтрастная ангиография (фазово-контрастная МРА и время-пролетная МРА). Для получения более чёткого изображения применяются особые контрастные вещества на основе парамагнетиков (гадолиний).

Функциональная МРТ[править | править вики-текст]

Функциональная МРТ (фМРТ) — метод картирования коры головного мозга, позволяющий определять индивидуальное местоположение и особенности областей мозга, отвечающих за движение, речь, зрение, память и другие функции, индивидуально для каждого пациента. Суть метода заключается в том, что при работе определенных отделов мозга кровоток в них усиливается. В процессе проведения ФМРТ больному предлагается выполнение определенных заданий, участки мозга с повышенным кровотоком регистрируются, и их изображение накладывается на обычную МРТ мозга.

МРТ позвоночника с вертикализацией (осевой нагрузкой)[править | править вики-текст]

Сравнительно недавно появилась инновационная методика этого исследования пояснично-крестцового отдела позвоночника — МР-томография с вертикализацией. Суть исследования состоит в том, что сначала проводится традиционное МРТ-исследование позвоночника в положении лежа, а затем производится вертикализация (подъём) пациента вместе со столом томографа и магнитом. При этом на позвоночник начинает действовать сила тяжести, а соседние позвонки могут сместиться друг относительно друга и грыжа межпозвонкового диска становится более выраженной. Также этот метод исследования применяется нейрохирургами для определения уровня нестабильности позвоночника с целью обеспечения максимально надежной фиксации. В России пока это исследование выполняется в единственном месте.

Измерение температуры с помощью МРТ[править | править вики-текст]

МРТ-термометрия — метод, основанный на получении резонанса от протонов водорода исследуемого объекта. Разница резонансных частот дает информацию об абсолютной температуре тканей. Частота испускаемых радиоволн изменяется с нагреванием или охлаждением исследуемых тканей.

Эта методика увеличивает информативность МРТ исследований и позволяет повысить эффективность лечебных процедур, основанных на селективном нагревании тканей. Локальное нагревание тканей используется в лечении опухолей различного происхождения.[13]

Особенности применения медицинского оборудования в помещениях, где проводится МРТ[править | править вики-текст]

Сочетание интенсивного магнитного поля, применяемого при МРТ сканировании, и интенсивного радиочастотного поля предъявляет экстремальные требования к медицинскому оборудованию, используемому во время исследований. Оно должно иметь специальную конструкцию и может иметь дополнительные ограничения по использованию вблизи установки МРТ.

Противопоказания[править | править вики-текст]

Существуют как относительные противопоказания, при которых проведение исследования возможно при определённых условиях, так и абсолютные, при которых исследование недопустимо.

Абсолютные противопоказания[править | править вики-текст]

Относительные противопоказания[править | править вики-текст]

  • инсулиновые насосы[14]
  • нервные стимуляторы
  • неферромагнитные имплантаты внутреннего уха,
  • протезы клапанов сердца (в высоких полях, при подозрении на дисфункцию)
  • кровоостанавливающие клипсы (кроме сосудов мозга),
  • декомпенсированная сердечная недостаточность,
  • первый триместр беременности (на данный момент собрано недостаточное количество доказательств отсутствия тератогенного эффекта магнитного поля, однако метод предпочтительнее рентгенографии и компьютерной томографии)
  • клаустрофобия (панические приступы во время нахождения в тоннеле аппарата могут не позволить провести исследование)
  • необходимость в физиологическом мониторинге
  • неадекватность пациента
  • тяжёлое/крайне тяжелое состояние пациента по основному/сопутствующему заболеванию
  • наличие татуировок, выполненных с помощью красителей с содержанием металлических соединений (могут возникать ожоги[15]).

Широко используемый в протезировании титан не является ферромагнетиком и практически безопасен при МРТ; исключение — наличие татуировок, выполненных с помощью красителей на основе соединений титана (например, на основе диоксида титана).

Дополнительным противопоказанием для МРТ является наличие кохлеарных имплантатов — протезов внутреннего уха. МРТ противопоказана при некоторых видах протезов внутреннего уха, так как в кохлеарном имплантате есть металлические части, которые содержат ферромагнитные материалы.

Если МРТ выполняется с контрастом, то добавляются следующие противопоказания:

  • Гемопоэтическая анемия;
  • Индивидуальная непереносимость компонентов, входящих в состав контрастного вещества;
  • Хроническая почечная недостаточность, так как в этом случае контраст может задерживаться в организме;
  • Беременность на любом сроке, так как контраст проникает через плацентарный барьер, а его влияние на плод пока плохо изучено.[16][неавторитетный источник? 54 дня]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. ISBN 978-0-521-86527-2 глава 8 Getting in tune: resonance and relaxation
  2. Филонин О. В. Общий курс компьютерной томографии / Самарский научный центр РАН. — Самара, 2012. — 407 с. — ISBN 978-5-93424-580-2.
  3. Lauterbur PC (1973). «Image Formation by Induced Local Interactions: Examples of Employing Nuclear Magnetic Resonance». Nature 242 (5394): 190—191. DOI:10.1038/242190a0. Bibcode1973Natur.242..190L.
  4. Реймонд Ваган Дамадьян, учёный и изобретатель. 100lives.com. Проверено 25 мая 2015.
  5. Chang, 2004.
  6. The Nobel Prize vs. the Truth of History (англ.). fonar.com. Проверено 12 мая 2015.
  7. MacWilliams B (November 2003). «Russian claims first in magnetic imaging». Nature 426 (6965). DOI:10.1038/426375a. PMID 14647349. Bibcode2003Natur.426..375M.
  8. Татьяна БАТЕНЕВА. Привет Нобелю от Иванова: Как советский лейтенант-ракетчик перегнал Америку// Известия науки. 27.10.2003.
  9. Патенты Иванова Владислава
  10. Иванов В. А. Патент № 1112266. Способ определения внутреннего строения материальных объектов
  11. Иванов В. А. Авторское свидетельство № 1112266. Способ определения внутреннего строения материальных объектов. 07.09.1984 (приоритет от 21.03.1960).
  12. http://ucrfisicamedica.files.wordpress.com/2010/10/mri.pdf 8.8 Contrast agent theory
  13. Разработано измерение температуры внутренних органов с помощью МРТ — МедНовости — MedPortal.ru
  14. MRI scan — Who can have one? — NHS Choices
  15. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3445217/
  16. Противопоказания к проведению МРТ – МедОблако. medoblako.ru. Проверено 23 ноября 2015.

Библиография[править | править вики-текст]

  • Haacke, E Mark. Magnetic resonance imaging: Physical principles and sequence design. — New York: J. Wiley & Sons. — ISBN 0-471-35128-8.
  • Lee SC (June 2001). «One micrometer resolution NMR microscopy». J. Magn. Reson. 150 (2): 207–13. DOI:10.1006/jmre.2001.2319. PMID 11384182. Bibcode2001JMagR.150..207L.
  • P Mansfield. NMR Imaging in Biomedicine: Supplement 2 Advances in Magnetic Resonance. — Elsevier. — ISBN 9780323154062.
  • Eiichi Fukushima. NMR in Biomedicine: The Physical Basis. — Springer Science & Business Media. — ISBN 9780883186091.
  • Bernhard Blümich. Magnetic Resonance Microscopy: Methods and Applications in Materials Science, Agriculture and Biomedicine. — Wiley. — ISBN 9783527284030.
  • Peter Blümer. Spatially Resolved Magnetic Resonance: Methods, Materials, Medicine, Biology, Rheology, Geology, Ecology, Hardware / Peter Blümler, Bernhard Blümich, Robert E. Botto, Eiichi Fukushima. — Wiley-VCH. — ISBN 9783527296378.
  • Zhi-Pei Liang. Principles of Magnetic Resonance Imaging: A Signal Processing Perspective. — Wiley. — ISBN 9780780347236.
  • Franz Schmitt. Echo-Planar Imaging: Theory, Technique and Application. — Springer Berlin Heidelberg. — ISBN 9783540631941.
  • Vadim Kuperman. Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and Applications. — Academic Press. — ISBN 9780080535708.
  • Bernhard Blümich. NMR Imaging of Materials. — Clarendon Press. — ISBN 9780198506836.
  • Jianming Jin. Electromagnetic Analysis and Design in Magnetic Resonance Imaging. — CRC Press. — ISBN 9780849396939.
  • Imad Akil Farhat. Magnetic Resonance in Food Science: From Molecules to Man. — Royal Society of Chemistry. — ISBN 9780854043408.

Литература[править | править вики-текст]