Магнитно-резонансная томография

Материал из «Знание.Вики»

Магни́тно-резона́нсная томогра́фия (МРТ) — это медицинское исследование, которое использует магнитные поля и радиоволны для создания подробных изображений внутренних органов и тканей человеческого тела. Оно применяется для диагностики различных заболеваний, от травм до опухолей. Этот метод необходим для изучения мозга, позвоночника, суставов, а также других частей тела.

Что такое МРТ

Магнитно-резонансная томография основана на использовании сильного магнитного поля и радиочастотных волн. В отличие от КТ и рентгеновского аппарата, в аппарате МРТ не задействовано ионизирующее излучение[1].

С помощью МРТ можно увидеть такие состояния, как:

  • заболевания головного или спинного мозга: опухоли, инсульты, демиелинизирующие состояния (например, рассеянный склероз);
  • заболевания суставов и мягких тканей: артриты, повреждения связок и сухожилий;
  • сердечно-сосудистые заболевания: аневризмы, болезни сердечной мышц;
  • расстройства внутренних органов: патологии печени, печёночная недостаточность, аномалии желёз внутренней секреции.

История развития МРТ

История развития магнитно-резонансной томографии насчитывает несколько важных этапов:

  1. Заложение теоретических основ. Прародителями МРТ считаются физики Исидор Айзек Раби и Феликс Блох, жившие в XX веке. Они изучали поведение атомных ядер в магнитных полях. Их открытия положили начало использованию ЯМР (ядерного магнитного резонанса) в химическом анализе и диагностике[2].
  2. Первые эксперименты. В 1971 году группа учёных под руководством Раймонда Дамадьяна впервые продемонстрировала возможность получения изображений с использованием МРТ[3].
  3. Развитие технологий. В начале 1980-х годов технология МРТ стала коммерчески доступной. Были созданы более мощные магниты для аппаратов, улучшены методы обработки сигналов и разработаны более точные методики сканирования.
  4. Широкое применение. С середины 1980-х годов МРТ стала широко использоваться в медицине, и с тех пор это один из наиболее предпочтительных методов визуализации мягких тканей и суставов.
  5. Технологические усовершенствования. С развитием высокопроизводительных компьютеров и новых способов обработки данных МРТ стала ещё более точным и информативным методом.

Сегодня МРТ является одним из основных инструментов обследования в медицинской диагностике. Аппарат позволяет получать многослойные изображения структур внутренних органов и тканей без использования ионизирующего излучения.

МРТ лимфатической мальформации

Принцип действия магнитно-резонансного томографа

Принцип действия МРТ основан на поведении атомных ядер в магнитном поле. Поэтапно работу томографа можно описать следующим образом[4]:

  1. Создание магнитного поля. Пациент помещается внутрь силового поля, создаваемого большим круговым магнитом внутри томографа. Оно воздействует на протоны водорода в теле человека, заставляя их двигаться в одном направлении.
  2. Воздействие радиоволн. На тело направляются короткие радиочастотные импульсы. Они воздействуют на атомные ядра внутри организма, выбивая протоны из выровненного положения.
  3. Релаксация. На этом этапе протоны водорода возвращаются в исходное состояние, снова выравнивают своё движение вдоль магнитного поля и испускают радиочастотные сигналы.
  4. Регистрация данных. Сигналы регистрируются РЧ-катушками внутри аппарата МРТ. Время релаксации и частота радиоволн зависят от химического состава и физического состояния тканей. По собранным данным можно делать выводы о наличии или отсутствии патологий.
  5. Обработка сигналов и формирование изображения. Полученные сведения обрабатываются компьютером, который строит на их основе томографическое изображение внутренних структур и тканей организма. Они могут быть представлены в различных плоскостях для лучшего понимания строения органов.

Таким образом, МРТ делают, чтобы увидеть состояние внутренних структур и тканей. Это возможно благодаря явлению ядерного магнитного резонанса.

Принципы и методы МРТ

Принципы, благодаря которым магнитно-резонансная томография позволяет получать детальные изображения внутренних органов и тканей:

  1. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Это то, что лежит в основе метода МРТ. ЯМР базируется на поведении атомных ядер в магнитном поле и взаимодействии на них радиочастотных импульсов.
  2. Ларморовская прецессия. Это явление работает благодаря вращению магнитных моментов атомных ядер (протонов водорода) во внешнем магнитном поле с частотой Лармора. Благодаря прецессии движение частиц выравнивается вдоль магнитного поля[5].
  3. Радиочастотное возбуждение. Когда протоны водорода прецессируют, на них действуют РЧ-импульсы, соответствующие их ларморовской частоте.
  4. Релаксация. После воздействия радиоволн атомные ядра возвращаются к своему исходному состоянию и испускают сигналы, которые регистрирует томограф для дальнейшей обработки компьютером.
  5. Градиентные магнитные поля. Они играют ключевую роль в создании томографических изображений, необходимы для пространственной локализации сигналов внутри исследуемого объекта.
МРТ головного мозга

Методы МРТ

Магнитно-резонансная томография может использовать разные методы, в зависимости от целей диагностики. Они позволяют получить широкий спектр информации о структуре, функциях и состоянии тканей и органов, что делает аппарат МРТ мощным инструментом для диагностики различных заболеваний и исследования живых систем[6].

Т1 и Т2 взвешенные изображения

Т1 и Т2 относятся к параметрам релаксации, которые описывают, как быстро протоны водорода возвращаются в исходное состояние после того, как на них воздействовали радиочастотным импульсом. Т1 взвешенное изображение отличается лучшим разрешением и подходит для оценки анатомической структуры и обнаружения жировой ткани, используются для оценки мозга, позвоночника и суставов, а также для детекции опухолей и воспалительных процессов. Т2 дают лучшую контрастность, хорошо показывают области с повышенным содержанием воды, что часто связано с отёками, воспалениями или демиелинизацией[7].

Спин-эхо и градиент-эхо

Эти методы отличаются по способу возбуждения и приёма сигналов, что влияет на характеристики получаемых изображений, включая контраст и время сканирования. Спин-эхо (SE) подходит для детальной визуализации анатомических структур и диагностики патологических изменений, особенно в головном или спинном мозге. Метод градиент-эхо (GRE) используется для функциональной МРТ, когда необходимо быстро сканировать и получать изображения, например при мониторинге активности мозга во время выполнения задач. Также они полезны для визуализации работы сердечно-сосудистой системы[8].

МРТ-диффузия

Диффузионная МРТ (DWI) — это метод визуализации, который позволяет изучать молекулярное движение жидкости в тканях организма. Он основан на том, что вода имеет тенденцию растекаться, перемещаться из области с более высокой концентрацией в область с более низкой. Диффузия может быть ограничена барьерами, например мембранами клеток, или изменена в результате патологий, таких как опухоли или инфаркты[9].

Ключевые аспекты метода:

  • Измерение параметров. МРТ-диффузия использует градиентные магнитные поля для разделения сигналов от движения молекул воды и общего сигнала. Измерения могут быть выполнены в разных направлениях, что позволяет оценить анизотропию диффузии в тканях.
  • Диффузионный тензор. Визуализация распространения воды в трехмерном пространстве позволяет создать диффузионный тензор, который представляет собой матрицу, описывающую направление и скорость молекулярного движения в каждой точке изображения. Это позволяет анализировать структуру тканей и идентифицировать патологические изменения.
  • Анизотропия диффузии. В некоторых тканях, таких как нервные волокна в мозге, распространение воды представляет собой направленный процесс. МРТ-диффузия может обнаруживать анизотропию и использовать эту информацию для визуализации структур, таких как белое вещество в мозге.
  • Полезность в диагностике. Диффузионная МРТ широко используется в клинической практике для диагностики и мониторинга различных заболеваний, таких как инсульты, опухоли, демиелинизирующие заболевания и травматические повреждения мозга.

МРТ-перфузия

МРТ-перфузия — это метод визуализации, который используется для изучения кровеносного потока в тканях организма. Он позволяет оценить, как кровь циркулирует через определённые области тела, такие как мозг, сердце или другие органы[10]:

  • Принцип работы. Перфузионная МРТ основана на введении контрастного вещества, которое может быть видимо на томографических изображениях, и позволяет проследить путь крови через сосуды. Обычно в качестве контрастного вещества используются такие соединения, как гадолиний. Они вводятся в организм внутривенно.
  • Измерение перфузии. После введения контрастного вещества идет серия сканирований, чтобы проследить, как быстро контрастное вещество распространяется через ткани и органы, а также оценить объём и скорость кровеносного потока.
  • Использование в медицине. Перфузионная МРТ может быть полезна для диагностики и мониторинга различных состояний, таких как инсульты, опухоли, ишемическая болезнь сердца и другие сосудистые нарушения. Этот метод позволяет определить области недостаточного кровоснабжения или перфузионные дефекты в тканях[11].
  • Анализ данных. Данные МРТ-перфузии могут быть анализированы с использованием специального программного обеспечения для измерения таких параметров, как время прохождения контрастного вещества через определённые области тканей или его объём.
  • Комбинированные методы. Иногда перфузионная МРТ может комбинироваться с другими методами, такими как диффузионная или структурная, чтобы предоставить более полную картину состояния тканей.

МРТ спектроскопия

МР-спектроскопия (МРС) — это метод, используемый в магнитно-резонансной томографии для анализа химического состава тканей и органов. В отличие от обычной МРТ, которая создает изображения анатомических структур, МРС фокусируется на измерении различных метаболитов[12].

Ключевые аспекты МР-спектроскопии:

  • Принцип работы. МРС измеряет сигналы, которые испускают атомные ядра в тканях при воздействии магнитного поля и радиоволн. Они различаются в зависимости от химического окружения. Затем сигналы анализируются на предмет химического сдвига, который уникален для каждого метаболита.
  • Информация о метаболитах. Спектры могут содержать сведения о таких веществах, как натрий, креатин, лактат, холин, ацетат и другие. Изменения в их концентрации могут свидетельствовать о различных физиологических и патологических процессах в организме.
  • Области интереса. Для проведения процедуры выбираются определённые области тканей, где нужно выявить или исключить патологию.
  • Анализ данных. Данные, полученные в результате МРТ-спектроскопии, анализируются с использованием специализированного ПО. Программа вычисляет концентрацию метаболитов и оценивает относительные изменения.
  • Клиническое применение. Метод широко используется в клинической практике для диагностики и мониторинга таких состояний, как опухоли, инсульты, демиелинизирующие заболевания, расстройства метаболизма и другие.

МР-ангиография

Магнитно-резонансная ангиография — это метод визуализации сосудистой системы с использованием МРТ. Она позволяет получать детальные изображения артерий и вен, не требуя введения контрастных средств, которые используются в других методах, таких как рентген или компьютерная томография (КТ)[13].

Основные аспекты МР-ангиографии:

  • Принцип работы. Данная методика использует магнитные поля и радиоволны для создания изображений сосудов. Врачи могут визуализировать кровеносные сосуды и оценить их состояние и проходимость.
  • Техника сканирования. Обычно МР-ангиография выполняется с использованием трёхмерной сегментации, которая позволяет получить детальные изображения сосудов в нескольких плоскостях.
  • Преимущества. МР-ангиография не требует использования рентгеновского излучения или контрастных средств, что делает её относительно безопасной и менее агрессивной в сравнении с другими методами ангиографии. Кроме того, она обеспечивает высокое пространственное разрешение, что позволяет обнаружить даже мелкие сосудистые дефекты.
  • Индикации. МР-ангиография часто используется для диагностики и оценки таких заболеваний, как аневризмы, стенозы, тромбозы, сосудистые свищи и другие патологии. Она также может быть использована для планирования хирургических вмешательств или процедур эндоваскулярной терапии.
  • Контрастное усиление. В некоторых случаях для повышения детализации изображений может быть использовано контрастное усиление с помощью введения специального вещества.

Функциональная МРТ

Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) — это метод визуализации, который используется для изучения активности мозга путём отслеживания изменений в кровотоке и уровне кислорода в крови во время выполнения различных задач или стимуляции.

  1. Принцип работы. Функциональная МРТ основана на концепции, что активные области мозга потребляют больше кислорода, чем неактивные. При активации определённой области кровоток в ней увеличивается для дополнительного снабжения кислородом, что приводит к изменению сигналов МРТ-аппарата.
  2. Измерения. Во время сканирования пациент выполняет различные задачи или подвергается различным видам стимуляции, снимки МРТ делаются последовательно. Изменения в кровотоке и концентрации кислорода в каждом моменте времени отображаются на изображениях в виде изменений в сигналах.
  3. Анализ данных. Данные анализируются с использованием специального программного обеспечения для определения активированных областей мозга и их связи с выполненными задачами или стимуляцией.
  4. Стимуляция. В данном качестве могут использоваться выполнение заданий на память, внимание, язык, движение либо презентация визуальных или звуковых стимулов.
  5. Клиническое применение. Функциональная МРТ широко используется в исследованиях мозга и клинической практике для изучения нейрофизиологии, когнитивных процессов, психических расстройств, нейродегенеративных заболеваний и других состояний.

ФМРТ представляет собой мощный инструмент для исследования активности мозга и её связи с поведением, что позволяет углублённо изучать функциональные аспекты мозговой деятельности[14].

Подготовка и процесс обследования МРТ

Процесс обследования методом магнитно-резонансной томографии включают в себя несколько важных шагов.

Подготовка к МРТ

Пациенту рекомендуется снять металлические предметы и ювелирные изделия. Он также может получить инструкции от врача о прекращении приёма определённых лекарств или пищи перед исследованием. До процедуры важно сообщить медицинскому персоналу о присутствии имплантатов, аллергиях или других медицинских условиях.

Как проходит процедура МРТ

Пациент ложится на стол таким образом, чтобы область тела, подлежащая исследованию, была в центре магнитного поля. Затем он перемещается внутрь томографа. Пациент должен оставаться неподвижным во время сканирования.

До и во время процедуры МРТ

Персонал МРТ проведёт предварительную беседу с пациентом, объяснив процесс исследования и ответив на вопросы. Во время процедуры персонал будет находиться в комнате рядом с пациентом и следить за его состоянием. Стол может быть оборудован сигнальной кнопкой для связи с персоналом в случае необходимости.

Измерение температуры с помощью МРТ

В процессе сканирования может быть замечено увеличение температуры внутри томографа. Разница резонансных частот протонов в составе молекул воды и протонов в составе молекул жира пациента даёт информацию об абсолютной температуре тканей. Эта методика позволяет улучшить информативность исследования[15].

Магнитно-резонансная томография

Области применения МРТ

Магнитно-резонансная томография применяется в различных медицинских областях, включая нейрологию, ортопедию, онкологию, кардиологию и другие.

Показания к обследованию

Показания к МРТ могут включать подозрения на определённые патологии, наличие симптомов, требующих дальнейшего изучения, контроль эффективности лечения, а также планирование хирургических вмешательств или других медицинских процедур.

Что помогает выявить МРТ

МРТ помогает выявить патологии и изменения в тканях и органах, такие как опухоли, кисты, воспалительные процессы, повреждения, кровоизлияния, сосудистые аномалии, дегенеративные процессы и другие.

Что показывает метод МРТ

Метод МРТ показывает структурные детали и состояние внутренних органов и тканей с высокой детализацией, даёт информацию об их форме, размере, текстуре и наличии патологических изменений.

Преимущества и недостатки МРТ-диагностики

Преимущества МРТ включают отсутствие ионизирующего излучения, высокое пространственное разрешение, способность различать мягкие ткани и органы, а также возможность использования контрастных веществ для улучшения визуализации. Недостатками являются высокая стоимость, длительное время сканирования, ограничения для людей с металлическими имплантатами.

Технические аспекты МРТ

Магнитно-резонансная томография представляет собой сложную технологию, включающую различные технические аспекты.

Типы МРТ аппаратов

Они могут быть различными по своей конструкции и техническим характеристикам. Существуют закрытые МРТ и открытые, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки в зависимости от клинических потребностей и требований пациента.

Электромагнитная совместимость с медицинской аппаратурой

Электромагнитная совместимость (ЭМС) является критическим аспектом при работе с томографом. ЭМС означает способность медицинского оборудования функционировать без помех в окружении мощного магнитного поля и радиочастотных импульсов. Поэтому перед проведением МРТ необходимо тщательно проверить совместимость медицинских приборов, включая имплантаты и портативные устройства, чтобы избежать возможных проблем или повреждений.

Противопоказания и ограничения к МРТ

Магнитно-резонансная томография является относительно безопасным методом обследования, однако у неё есть определённые противопоказания и ограничения[16].

Противопоказания

  • Наличие металлических имплантатов или тел в организме, таких как кардиостимуляторы, стенты, сосудистые клапаны, остеосинтезные материалы и другие. Металл может привести к искажениям изображений и повреждениям при воздействии магнитного поля.
  • Наличие электронных устройств, таких как кардиостимуляторы, инфузионные насосы, кохлеарные имплантаты, которые могут быть повреждены или выйти из строя во время сканирования.
  • Беременность в первом триместре из-за потенциального риска для развития плода, особенно если нет явных медицинских показаний для МРТ.

Ограничения

  • Лимиты веса и размера пациента из-за ограниченного размера отверстия в МРТ.
  • Отсутствие возможности оставаться неподвижным в течение продолжительного времени, что может быть проблематично для некоторых пациентов, особенно для детей или людей с ограниченной подвижностью.
  • Ограничения на использование контрастных веществ из-за риска аллергических реакций или осложнений, особенно у пациентов с нарушениями функции почек или другими медицинскими проблемами.

Важно, чтобы врач проводил тщательную предварительную оценку и обсуждал все противопоказания и ограничения с пациентом перед проведением МРТ.

Заключение

Магнитно-резонансная томография (МРТ) представляет собой мощный инструмент для диагностики заболеваний и состояний в медицине. Она широко применяется в различных областях, включая нейрологию, ортопедию, онкологию, кардиологию и другие. Показания к МРТ могут варьироваться от подозрений на определённые патологии до контроля эффективности лечения. Томография помогает выявить изменения в тканях и органах, обеспечивает детальную информацию об их структуре и состоянии. Однако перед проведением МРТ необходимо учитывать противопоказания и ограничения, такие как наличие металлических имплантатов, состояние беременности и другие факторы, чтобы обеспечить безопасность и эффективность процедуры.

Примечания

  1. ↑ Donald W. McRobbie, Elizabeth A. Moore, Martin J. Graves and Martin R. Prince. MRI: From Picture to Proton. — New York: Cambridge University Press, 2006. — С. 89, 137. — ISBN 978-0-521-86527-2.
  2. ↑ Bloch F.; Hansen W.W.; Packard M. Nuclear Induction. — Phys. Rev, 1946. — С. 127.
  3. ↑ Филонин О. В. Общий курс компьютерной томографии: [арх. 12 апреля 2016]. — Самара: Самарский научный центр РАН, 2012. — С. 407. — ISBN 978-5-93424-580-2..
  4. ↑ Purcell E.M.; Torrey H.C.; Pound R.V. Resonance Absorption by Nuclear Magnetic Moments in a Solid. — Phys. Rev., 1946. — С. 37—38..
  5. ↑ Лармора прецессия. Большая российская энциклопедия (2004). Дата обращения: 26 августа 2021. Архивировано 26 августа 2021 года.
  6. ↑ Lauterbur P.C. Image Formation by Induced Local Interactions: Examples of Employing Nuclear Magnetic Resonance (англ.) // Nature : журнал. — 1973. — Т. 242, № 5394. — С. 190—191. — doi:10.1038/242190a0.
  7. ↑ Справочник MSD. Профессиональная версия: Магнитно-резонансная томография [Msdmanuals.com]
  8. ↑ Hargreaves BA. Rapid gradient-echo imaging (англ.) // Journal of Magnetic Resonance Imaging : журнал. — 2012. — Декабрь (№ 6). — С. 1300–1313. — doi:10.1002/jmri.23742. — PMID 23097185..
  9. ↑ Derek K. Jones. Diffusion MRI. — Oxford University Press, 2010. — С. 784. — ISBN 9780199708703.
  10. ↑ Макарычев B.А.; Загвозкин В.H. (кард.). Перфузия // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. Б. В. Петровский. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия,. — 1982. — С. 121−122. — 536.
  11. ↑ Изобретение МРТ | Марина Собе-Панек. [sobepanek.com]
  12. ↑ Полищук В. Р. Как разглядеть молекулу. — М.: Химия, 1979. — С. 97—242. — 70 000 экз.
  13. ↑ Martin, Elizabeth. Angiography. Concise Medical Dictionary (9th ed.). — Oxford: Oxford University Press, 2015. — ISBN 9780199687817.
  14. ↑ Logothetis, N. K.; Pauls, Jon; Auguth, M.; Trinath, T.; Oeltermann, A. A neurophysiological investigation of the basis of the BOLD signal in fMRI // Nature. : журнал. — 2001. — Июль (т. 6843, № 412). — С. 150–157. — doi:10.1038/35084005. — PMID 11449264.
  15. ↑ Viola Rieke, Kim Butts Pauly. MR Thermometry // Journal of magnetic resonance imaging : JMRI : журнал. — 2008. — Февраль (т. 27, № 2). — С. 376–390. — ISSN 1053-1807. — doi:10.1002/jmri.21265.
  16. ↑ Медоблако. Мультисервисная платформа: Противопоказания к проведению МРТ [Medoblako.ru]
Источник — https://znanierussia.ru/articles/index.php?title=Магнитно-резонансная_томография&oldid=582105