Розділ 3.

Тема: “Магнітнорезонансна томографія”.

Кількість годин - 2.

1. Актуальність теми: В зв’язку з тим, що МРТ дослідження відносяться до неінвазійних досліджень, а також у зв’язку зі збільшенням кількості МР томографів на Україні, що експлуатуються, виникла необхідність знайомити студен­тів з принципом будови і діагностичними можливостя­ми МР томографії, які на сьогоднішній день, в порівнянні з іншими променевими методами дослідження, є найбільшими.

2.Навчальні цілі.

Знати,засвоїти─αII:

1-як побудований МРТ;

2-який принцип отримування МРТ зображення.

Вміти αII:

1-показати зони використання МРТ в клінічній діагостиці;

2- пізнавати на МРТ – грамах видимі органи;

3- пізнавати на МРТ – грамах синдроми патологічних змін.

4-пояснити переваги МРТ у порівнянні з КТ при дослідженні головного мозку, серця та судин;

5-доповисти про особливості МРТ зображення органів;

5-визначити показання до МРТ дослідження;

6- визначити протипоказання до МРТ дослідження;

7-підготовити хворого до МРТ дослідження;

8- перерахувати порядок вивчення МР томограм;

9-пояснити синдроми патологічних змін, які виявляються за до­по­м­огою МРТ.

3. Матеріали до аудиторної самостійної роботи.

3.1.Базові знання, вміння необхідні для вивчення теми (міждисциплінарна інтеграція).

Дисципліна	Знати	Вміти
Фізика	Знати фізичні основи отримання МРТ зображення	Вміти пояснити фізичні основи отримання МРТ зображення

3.2. Пояснююча частина:

Принцип магнітнорезонансної томографії. Як відомо, ядра атомів мають позитивний заряд, а при непарній кількості протонів та нейтронів в ядрі володіють магнітним моментом-спіном, що дозволяє вважати їх маленькими магнітами-диполями. В постійному магнітному полі диполі обертаються навколо силових ліній магнітного поля (Мал.3.1). Цей процес одержав назву процесія. Орієнтація навколо силових ліній зовнішнього магнітного поля у ядер водню може бути як по напрямку поля, так і проти нього. Перехід ядер від орієнтації по напрямку магнітного поля до орієнтації проти напрямку магнітного поля супроводжується поглинанням енергії. Процес характеризується частотою, яка індиві­дуальна для кожного типу ядер і залежить від напруги магнітного поля.

Якщо на ядра водню, які помістили в постійне магнітне поле, крім постійного магнітного поля буде діяти змінне магнітне поле у вигляді радіохвиль, то при співпаданні частоти зовнішнього поля з власною частотою процесії ядерних диполів буде спостерігатись збудження даних ядер, що і визначається як явище ядерного магнітного резонансу (Мал.3.2). Збудження ядер супроводжується погли­нанням енергії. Після зняття радіочастотного поля збуджені ядра повертаються в попередній стан і випромінюють попередньо поглинену енергію у вигляді змінного магнітного поля, в результаті в приймальній індукційній котушці, розміщеній навколо об’єкту, індукується змінна електрорушійна сила, яка може бути зареєстрована. Процес повернення збуджених ядер до попереднього енергетичного стану має назву релаксація.

Контрастність тканин, що досліджуються на МРТ відображає особливості ядерних структур речовини і залежить від будови речовини - протонної щільності, взаємодії між молекулами, молекулярного руху (дифузія, руху крові),форми сигналу, яким опромінюють досліджувану тканину, імпульсної послідовності. Це дозволяє диференціювати на зображенні патологічні і здорові тканини, спостерігати функцій ну діяльність окремих структур. Внаслідок зміни форми радіохвильового сигналу можливо виділення впливу на тканеву контрастність окремого парметру, внаслідок чого одна і таж тканина на одній МРТ вдержується світлої, а на іншої – темної. Так, на Т1 зваженому зображенні(ЗЗ) рідина - темна, а на Т2 ЗЗ – біла. Для губчастій речовини кісток співвідношення зворотне.

МР сигнал характеризується за наступними ознаками:

1. Частота сигналу - визначається за положенням відповідної лінії в спектрі випромінювання - показує на тип ядра, тобто ізотоп.

2. Інтенсивність - амплітуда сигналу визначається головним чином кількістю - щільністю протонів.

3. Тривалість сигналу - швидкість затухання - релаксації залежить від двох типів енергетичної взаємодії між ядрами елементу, що вивчається. Один із них спостерігається в середині спінової системи, під якою розуміємо сукупність ядер одного типу, наприклад, ядер водню, які мають однакову частоту процесії і одночасно збуджуються при підведенні резонансного радіочастотного поля. Тривалість повернення збудженої спинової системи до попереднього стану за рахунок вказаного типу енергетичної взаємодії визначається як спін-спінова релаксація Т-2. Вона відображає перехід перерозподілу магнітних моментів збуджених протонів до попереднього стану відносно поперечного напрямку магнітного поля площини і є результатом енергетичного обміну між ядрами, які обертаються.

Крім того, процес релаксації залежить від енер­гетичної взаємодії збуджених ядер з навколишніми ядрами інших типів, сукупність яких по відношенню до спінової системи визначається як “решітка”. Даний тип енергетичної взаємодії визначається як спін-решіткова релаксація Т-1 - повздовжній. Він відображає тривалість повернення протону із стану збудження в положення рівноваги, повздовжньої відносно напрямку змінного магнітного поля площини. Інакше кажучи, параметри зареєстрованого МР сигналу залежать не тільки від кількості атомів водню в середовищі, але і від характеру зв’язку останніх з навколишніми атомами, тобто фізико-хімічних властивостей досліджуваної тканини. Так, якщо для рідини час релаксації Т-1 і Т-2 близький по значенню і дорівнює кільком секундам, то для твердих тіл він вимірюється в мілісекундах, при цьому Т-2 значно менше Т-1. Таким чином, зумовлене магнітними властивостями ядер резонансне поглинання енергії радіохвиль і подальша релак­сація дають певну інформацію про хімічну природу речовини, в тому числі біотканин, не викликаючи їх необоротніх змін (Мал.3.3). Ця обставина стала використо­вуватись в органічній хімії, а поява нових технічних засобів, що використовуються в комп’ютерній томографії, стала перед-умовою для створення магнітнорезонансного томографа.

Щоб одержати МРТ зображення, тобто інформацію про просторовий розподіл параметрів магнітного поля, яке випро­мі­нюється атомами об’єкту, що вивчається, його додатково кодують за допомогою так званих градієнтів магнітнго поля таким чином, щоб реєстрована частота сигналу залежала від координати досліджуваного об’єкту.

Після аналогово цифрового перетворення сигналів в набір чисел і реконструкції зображення за допомогою ЕВМ на дисплеї одержуємо зображення зареєстрованого сигналу у вигляді чорнобілого або кольорового зображення. Яскравість кожної крапки відповідає величині реєстрованого сигналу заданого параметру. Частота магнітного резонансу для кожного ядра суворо визначена. Якщо в теперішній час ви­мірю­вання проводиться по протонах, то подальше збіль­шення можливостей використовуваних магнітів дає можливість використовувати для МР томографії ядра ¹³С, ¹⁹F, ³¹P та ін. Використовуючи різні послідовності високочас­тотних імпульсів, можна вивчати контрастне зображен­ня тканин, відмінних хоч би по одній із характеристик: частота сигналу, інтенсивність сигналу, час релаксації Т-1 і Т-2.

Метод МР томографії забезпечує одержання сигналу від кожної точки трьохвимірного об’єкту без зміни положення остан­нь­ого, що важливо, наприклад, для діагностики патологічних процесів в структурах мозку, розміщених в основі черепа в задній черепній ямці, в ділянці краніовертеб­раль­ного переходу. Якість МРТ зображення в основному залежить від характеристик постійного магнітного поля і, зокрема, від його однорідності і напруженості. В зв’язку з цим важливе значення мають технічні характеристики магнітів, що використовуються. В МРТ використовуються як звичайні, так і надпровідні магніти. Останні складні в експлуатації, так як потребують охолодження рідким гелієм, але вони створюють магнітне поле більшої напруги, в зв’язку з чим більш перспективні.

Будова МРТ. МРТ має центральне вікно діаметром 60 см, де і розміщують об’єкт. Навколо вікна розміщені магніти для створення постійного магнітного поля від 0,14 Т (тесла) до 0,235 Т. Поруч розміщуються котушки для створення додаткових радіочастотних полів і вимірювальних котушок. Зареєстрований на вимірювальних котушках сигнал надходить у цифровий перетворювач і спеціальну ЕВМ, що проводить обчислення, необхідні для побудови зображення з урахуванням координати досліджуваного об’єкту за даним алгоритмом. МРТ зображення одержують у вигляді цифрової матриці (від 128^х128 - елементні і більше). Реконструйовані зображення передають в систему запису і відтворення (Мал.3.4). Просторове розрішення для головного мозку -2 мм, для інших тканин -3 мм. Товщина зрізу 10 мм, контрастність вища ніж на КТ. Щільно-спінове зображення головного мозку можна одержати за 10-30 сек. Просторове розрішення можна покращити, збільшуючи час вимірювання, що дає розрішення вище, ніж в рентгенівській КТ. При проведенні МРТ контраст­ність можна підсилювати шляхом введення спеціальних контрастних речовин, що містять ¹⁹F або інші з непарною кількістю протонів і нейтронів. Інший шлях підсилення контрастності - шляхом ін’єкції розчинів парамагнітних солей, що змінюють час релаксації води і тим самим - вигляд томограми.

Показання для дослідження. Основними показаннями для дослідження є необхідність виявлення, або уточнення характеру патологічних змін в будь-якій частині тіла шляхом одержання пошарового МР зображення.

МРТ має переваги у порівнняні з КТ при дослідженні головного мозку. З’явилась можливість окремо дослідити білу і сіру речовину головного мозку, тому стало видно атро­фіч­ні зміни підкоркових ядер, кори великих півкуль і мозочку при дегенеративних захворюваннях головного мозку, а також осередки демієлінізації при лейкоенцефаліті, розсіяному склерозі (Мал.3.5). На більш ранніх етапах розвитку, через 14 годин від початку захворювання (в порівнянні з КТ), виявляється інсульт. МРТ дає можливість розрізняти зо­бражен­ня ішемічного і геморрагічного осередків в гіподен­сив­ній стадії, а також геморрагічні осередки і субдуральні гематоми в ізоденсній стадії. На МРТ головного мозку не буває артефактів, пов’язаних з різкою різницею щільності близько розміщених утворень, особливо на межі з кістковою тканиною. Тому краще розпізнаються процеси в стовбурі мозку, задній ямці черепа, субарахноїдальні крововиливи. В зв’язку з великою різницею між водою і ліпідами по часу релаксації на МРТ зображеннях можна розрізняти епідер­моїд­ні і арахноїдальні кісти, що не завжди можливо на КТ. На сагітальних МРТ зрізах добре визначаються аномалії мозку на рівні краніовертебрального переходу і великого потиличного отвору (Мал.3.6).

МРТ має переваги в порівнянні з КТ при дослідженні великих судин і серця (Мал.37), (Мал.3.8). Слабкий сигнал від крові, яка тече в судині, створює умови для вивчення стану судинної стінки і перетину судин, що сигнал від стінки значно більший. Природна контрастність між стінкою судини і крово­то­ком дозволяє побачити внутрішню деформацію стінки при розшаруванні аорти, наявність і ступінь артеріовенозних поро­ків розвитку судин, атеросклеротичні бляшки і окклюзії судин. У випадку синхронізованого з серцевим циклом одержання МРТ серця, на них чітко видно перикард, міокард, порожнину перикарду, камери серця і внутрішню їх поверхню. На МРТ видно зони гострого інфаркту міокарду без введення контрастної речовини, яке необхідно робити при КТ.

Легені. Трахею, головні бронхи (до сегментарних) видно чітко. Легенева тканина через малу кількість протонів МР сигнали не дає і тому невидима (чорного кольору). Лімфовузли до 1 см. не видимі. Чітко виявляються пневмонічні інфільтрати, що дають збільшення показника Т-1, бронхоектази, фіброз, порожнини, що містять газ або рідину, компресія або інвазія бронхів. Виявляються периферичні пухлини діаметром 1,5 см і більше, але ознак відмінності доброякісних процесів від злоякісних поки що не знайдено. В нормі структура коренів легень диференціюється неважко, вони містять незначну кількість жирової тканини, судин і бронхів, і тому будь-яке додаткове об’ємне зображення на цьому фоні легко виявляється. Але поки що неможливо розрізнити пухлину і ателектаз сегменту, або долі, внаслідок обструкції бронху, тому що в обох випадках значення Т-1 і Т-2 схожі.

Середостіння. Медіастинальні пухлини, що складаються зі збільшених лімфовузлів, видно чітко, вони легко відрізняються від бронхів і судин.

Черевна порожнина і заочеревний простір.

Печінка. На МРТ контрастність зображення краща, ніж на КТ. Це дає можливість впевнено визначити судини, печінково-жовчні ходи, а в жовчному міхурі - жовч. Сруктура печінки гомогенна. Перипортальна жирова тканина дає можливість бачити будову воріт печінки. Первинні пухлини печінки мають більшу інтенсивність сигналу і довший час Т-1, ніж нормальна тканина (Мал.3.9). Добре видно внутрішню структуру пухлин і зв’язок судин з нею.

Підшлункова залоза. На МРТ видно як гомогенне утворення, частіше повністю. Визначаються пухлини, запалення, метаболічні порушення. Пухлини, більші 3 см в діаметрі, розпізнаються по деформації контурів залози, менші - як нечітко відмежовані осередки зниженої щільності. Кістозні утворення або розпад пухлини залози видно достатньо чітко (при цьому змінюється час Т-1 і Т-2). Гострі і хронічні запальні і не запальні захворювання розпізнаються за зміною щільності, характеру контурів і розмірів залози. Більші кальцинати видимі як зони низької щільності, дрібні - менше 1 см, невидимі, в зв’язку з цим КТ має перевагу при виявленні останніх.

Нирки. На МРТ в нирках розрізняють корковий і мозкові шари. За часом Т-1 і Т-2 диференціюються кісти різного походження (Мал.3.10). Інтенсивність зображення ниркоклітинного раку може бути різною по значеннях Т-1 і Т-2, пухлини завжди відрізняються від значень тих же по­казників навколишньої паренхіми. Інколи визначається пухлинна псевдокапсула. Є можливість рано визначити відторгнення трансплантованої нирки.

Наднирник. На МРТ розрізняють корковий і мозковий шари, виявляють первинні пухлини, метастази, гіперплазії.

Таз. На МРТ добре видно структури тазу через різну щільність його органів на Т- залежних томограмах.