Магнитный резонанс что это такое в медицине

Что показывает МРТ

МРТ — современный вид лучевой диагностики с применением магнитного излучения, позволяющий получить детальное и четкое изображение внутренних анатомических структур тела.

Принцип действия томографа

Физический феномен, лежащий в основе использования магнитно-резонансной томографии, получил название магнитного резонанса. Суть физического закона заключается в способности ядер некоторый химических элементов, из которых состоит человеческое тело, менять свой энергетический потенциал под воздействием интенсивного магнитного поля. Энергия, выделяемая при этом процессе, улавливается и преобразуется томографом в изображение на экране компьютера.

Преимущества МРТ

Магнитная томография позволяет получить объемное изображение исследуемых областей в трех проекциях. Во время проведения процедуры аппарат делает множество снимков-срезов, толщина которых может устанавливаться индивидуально и обычно составляет 2-4 мм.

Снимки, полученные с помощью томографа

Получение большого количества срезов позволяет исследовать весь орган целиком, и обнаружить даже малейшие нарушения и патологии.

Какие бывают томографы

Современные магнитные томографы выпускаются в различных вариациях с большим разнообразием характеристик.

Все томографические аппараты делятся на:

Несмотря на то, что проведение исследования в открытом томографе обычно считается более комфортным для пациента, закрытые аппараты обладают большей мощностью и детальностью. Если пациент не испытывает сильной боязни перед закрытым пространством и не имеет ограничений по весу, рекомендуется проводить исследование в аппарате закрытого типа.

Также томографы подразделяются по силе излучения магнитного поля, единица измерения которого называется Тесла. Магнитные томографы могут быть:

Низкопольные томографы не дают четкой и детальной картины. Исследование на высокопольном томографе позволит рассмотреть диагностируемую область с высочайшей точностью.

Современный высокопольный томограф

В клинике «ДиМагнит» установлен томограф закрытого типа фирмы Philips, мощность которого составляет 1,5 Тесла. С помощью аппарата возможно получить изображения высочайшего качества и детальности.

Стоит ли бояться процедуры

Некоторые пациенты волнуются перед проведением исследования. Но их опасения напрасны — магнитно-резонансная томография проходит абсолютно безболезненно, а воздействие магнитного излучения на организм безопасно.

В отличие от других видов лучевой диагностики, для проведения МРТ не применяется ионизирующее излучение. Магнитное поле не оказывает канцерогенного и мутагенного воздействия на клетки организма. Проводить магнитно-резонансное сканирование можно так часто, как это требуется.

Отличие МРТ от КТ и УЗИ

Магнитно-резонансная диагностика имеет целый ряд преимуществ по сравнению с УЗИ и компьютерной томографией.

Ультразвуковое исследование позволяет получить двухмерное изображение исследуемой зоны, но не позволяет увидеть объемное изображение мягких структур.

Компьютерная томография по четкости изображения может сравниться с МРТ, но имеет ряд серьезных противопоказаний. КТ чаще применяется для визуализации полых органов и костных структур, тогда как МРТ намного эффективнее при визуализации мягких тканей.

Что показывает МРТ

Магнитно-резонансная томография с успехом применяется для диагностики заболеваний:

Все вышеописанные анатомические структуры отлично визуализируются на МР-снимках. Результаты диагностики позволяют с высокой точностью выявить отклонения в работе исследуемых органов.

В каких случаях назначают МРТ

Широкие возможности магнитно-резонансной диагностики делают ее применение незаменимым в случае:

В каждом отдельно взятом случае выбор диагностической методики осуществляется лечащим врачом. Магнитно-резонансная томография чаще других методов применяется для выявления заболеваний и травм мягких тканей.

Методика МРТ незаменима для диагностики:

Магнитно-резонансное сканирование способно четко выявить границы и размеры опухоли и степень ее прорастания в мягкие ткани. Ни одна другая методика лучевой диагностики не способна дать такую четкую и детализированную картину заболеваний.

МРТ также дает возможность с большой долей вероятности определить характер опухоли. Злокачественные новообразования имеют нечеткие границы и прорастают в окружающие ткани. Доброкачественные новообразования, как правило, четко дифференцированы от здоровых тканей.

Большая точность магнитно-резонансной диагностики позволяет визуализировать такие небольшие по размеру анатомические структуры, как гипофиз и турецкое седло. Также МРТ с контрастированием головного мозга показывает имеет высокую эффективность для диагностики демиелинизирующих заболеваний (рассеянный склероз, болезнь Паркинсона и др.), так как позволяет четко увидеть строение измененных нервных тканей.

Изображение мозга, полученное с помощью МРТ головного мозга с контрастом, отличается особой четкостью, так как магнитные волны плохо отображают твердые анатомические структуры, и на снимках мозга отсутствуют артефакты от костей черепа.

МР-снимки позвоночника

Магнитно-резонансное исследование — единственный метод диагностики, позволяющий увидеть межпозвонковые диски. Даже современные методы диагностики, такие как компьютерная томография, позволяют увидеть только пространство между позвонками, тогда как МРТ дает полную картину состояния дисков, возможного наличия грыж и протрузий.

Применение МРТ не ограничивается только вышеуказанными заболеваниями, а используется при необходимости выявления и мониторинга широчайшего ряда патологий, врожденных аномалий развития, последствий травм и перенесенных оперативных вмешательств.

Когда применяется контраст

Магнитно-резонансная диагностика способна обеспечить очень высокую степень четкости полученных изображений. В большинстве случаев применение контраста не требуется.

Но когда речь идет о диагностике опухолей и мелких анатомических структур, контрастное вещество все же может использоваться.

Окрашивающие препараты изготавливаются на основе редкоземельного металла гадолиния и вводятся пациенту внутривенно во время проведения МРТ.

Контрастные препараты для МРТ переносятся намного лучше, чем аналогичные лекарственные средства для КТ. Это делает использование окрашивающего вещества безопасным даже для пациентов с патологией почек и не требует предварительного анализа на креатинин, который необходим при КТ-диагностике с контрастом.

МРТ с контрастированием применяется в случаях:

Использование контраста позволяет получить исчерпывающую картину заболевания, его течения и эффективности применяемого терапии.

Противопоказания к МРТ

Несмотря на то, что магнитно-резонансная диагностика является безопасной методикой, исследование имеет ряд абсолютных противопоказаний, при наличии которых проводить диагностику запрещено:

Существует также ряд состояний, при которых МР-исследование проводится с осторожностью:

Наличие в теле пациента различных протезов и имплантатов может являться противопоказанием к проведению МРТ в том случае, если они сделаны из металлов, чувствительных к магнитному излучению. Современные медицинские приспособления чаще всего изготавливаются из титана и других материалов, инертных к воздействию магнитного поля. Их наличие в теле не препятствует проведению МРТ.

Подготовка к МРТ

Проведение МР-диагностики в большинстве случаев не требует от пациента специальной подготовки. В случае проведения магнитно-резонансного сканирования органов живота, забрюшинного пространства и области малого таза, процедуру нужно проводить натощак, воздерживаясь накануне от пищи с большим содержанием клетчатки, алкоголя, а также курения.

Использование контрастного вещества во время процедуры не требует предварительной подготовки или сдачи анализов.

Как долго длится МРТ

Длительность МР-диагностики может быть различной в зависимости от сканируемой зоны:

Если требуется использование контрастного вещества, то процедура продлится на 15 минут дольше.

Как проходит МРТ

Перед проведением процедуры врач-радиолог опрашивает пациента на предмет наличия противопоказаний к исследованию. Пациента просят снять в себя металлические аксессуары, включая одежду с металлической фурнитурой, и лечь на кушетку, которая затем помещается в трубу томографа.

В время проведения диагностики строго запрещено двигаться, так как это может повлиять на четкость получаемых изображений.

Процедура сканирования

Высокопольные томографы издают достаточно высокий уровень шума, который может доставлять пациентам определенный дискомфорт. В медицинском центре «ДиМагнит» выдаются наушники, в которых будет звучать приятная музыка, заглушающая звуки работающего аппарата.

Томограф сканирует тело пациента в разных проекциях и моментально передает изображения на экран компьютера. Интерпретация результатов врачом-исследователем начинается еще до завершения процедуры.

Получение результатов

Результаты сканирования доступны сразу же по окончании исследования. Множество полученных снимков тщательно исследуются врачом-радиологом, составляется подробное заключение с описанием как нормальной анатомии исследуемой зоны, так и возможных отклонений и патологий.

Спустя 15-30 минут после процедуры пациенту на руки отдаются письменное заключение и компьютерный диск с полученными снимками.

Магнитно-резонансная томография — современный, безопасный вид лучевой диагностики, позволяющий получить точные и быстрые результаты и тщательно изучить исследуемую область. Проведение МРТ помогает выявить множество заболеваний и отклонений даже на начальных этапах их развития.

Источник

Магнитный резонанс что это такое в медицине

Магниторезонансная томография (МРТ) − способ получения томографических медицинских изображений для исследования внутренних органов и тканей с использованием явления ядерного магнитного резонанса. За изобретение метода МРТ Питер Мэнсфилд и Пол Лотербур получили в 2003 году Нобелевскую премию в области медицины.
Вначале этот метод назывался ядерно-магнитно резонансная томография (ЯМР-томография). Но потом, чтобы не пугать зомбированную радиофобией публику, убрали упоминание о «ядерном» происхождении метода, тем более, что ионизирующие излучения в этом методе не используются.

Ядерный магнитный резонанс

Ядерный магнитный резонанс реализуется на ядрах с ненулевыми спинами. Наиболее интересными для медицины являются ядра водорода ( 1 H), углерода ( 13 C), натрия ( 23 Na) и фосфора ( 31 P), так как все они присутствуют в теле человека. В нем больше всего (63%) атомов водорода, которые содержатся в жире и воде, которых больше всего в человеческом теле. По этим причинам современные МР-томографы чаще всего «настроены» на ядра водорода − протоны.

Рис. 8. а) протоны при отсутствии внешнего поля, б) протоны во внешнем магнитном поле

При отсутствии внешнего поля спины и магнитные моменты протонов ориентированы хаотически (рис. 8а). Если поместить протон во внешнее магнитное поле, то его магнитный момент будет либо сонаправлен, либо противоположно направлен магнитному полю (рис. 8б), причём во втором случае его энергия будет выше.

Частица со спином, помещенная в магнитное поле, напряженностью В, может поглощать фотон, с частотой ν, которая зависит от ее гиромагнитного отношения γ.

В ЯМР величина ν называется резонансной или частотой Лармора. ν = γB и E = hν, поэтому, для того, чтобы вызвать переход между двумя спиновыми состояниями, фотон должен обладать энергией

В состоянии равновесия, вектор суммарной намагниченности параллелен направлению примененного магнитного поля B₀ и называется равновесной намагниченностью M₀. В этом состоянии, Z-составляющая намагниченности M_Z равна M₀. Еще M_Z называется продольной намагниченностью. В данном случае, поперечной (M_X или M_Y) намагниченности нет. Посылая РЧ импульс с ларморовской частотой, можно вращать вектор суммарной намагниченности в плоскости, перпендикулярной оси Z, в данном случае плоскости X-Y.

T1 Релаксация
После прекращения действия РЧ импульса, суммарный вектор намагниченности будет восстанавливаться по Z-оси, излучая радиочастотные волны. Временная константа, описывающая, как M_Z возвращается к равновесному значению, называется временем спин-решеточной релаксации (T ₁ ).

T1 релаксация происходит в объеме, содержащем протоны. Однако связи протонов в молекулах неодинаковые. Эти связи различны для каждой ткани. Один атом 1 H может быть связан очень сильно, как в жировой ткани, в то время как другой атом может иметь более слабую связь, например в воде. Сильно связанные протоны выделяют энергию намного быстрее, чем протоны со слабой связью. Каждая ткань выделяет энергию с различной скоростью, и именно поэтому МРТ имеет такое хорошее контрастное разрешение.

Рис. 9. Спад магнитной индукции

T₂ всегда меньше чем T₁.
Скорость смещения по фазе различна для каждой ткани. Дефазирование в жировой ткани происходит быстрее по сравнению с водой. Еще одно замечание относительно T2 релаксации: она протекает гораздо быстрее T1 релаксации. T2 релаксация происходит за десятки миллисекунд, в то время как T1 релаксация может достигать секунд.
Для иллюстрации в таблице 1 приведены значения времен T₁ и T₂ для различных тканей.

Устройство магнитно-резонансного томографа

Схема магнитнорезонансного томографа показана на рис. 10. В состав МРТ входят магнит, градиентные катушки и радиочастотные катушки.

Кодирование сигнала

Когда пациент находится в однородном магнитном поле B₀, все протоны от головы до пальцев ног выравниваются вдоль B₀. Все они вращаются с Ларморовой частотой. Если сгенерировать РЧ импульс возбуждения для перевода вектора намагниченности в плоскость X-Y, все протоны реагируют и возникает ответный сигнал, но локализации источника сигнала нет.

Рис. 12.

Фазо-кодирующий градиент
Для дальнейшего кодирования протонов на очень короткое время включается градиент G_Y. В течение этого времени в направлении по оси Y создается дополнительное магнитное поле градиента. В этом случае протоны будут иметь немного различающиеся скорости вращения. Они больше не вращаются в фазе. Разность фаз будет накапливаться. Когда градиент G_Y выключен, протоны в срезе будут вращаться с одинаковой частотой, но иметь различную фазу. Это называется кодированием фазы.

Частотно-кодирующий градиент
Для кодирования левого-правого направления включается третий градиент G_X. Протоны с левой стороны вращаются с более низкой частотой, чем с правой. Они накапливают дополнительный сдвиг фазы из-за различий в частотах, но уже приобретенная разность фаз, полученная при кодировании фазы градиента на предыдущем шаге, сохраняется.

Таким образом для локализации источника сигналов, которые принимаются катушкой, используются градиенты магнитного поля.

За один шаг кодирование фазы выполняется только для одной строки. Для сканирования целого среза полный процесс кодирования среза, фазы и частоты должен быть повторен несколько раз.
Таким образом созданы маленькие объемы (вокселы). Каждый воксел имеет уникальную комбинацию частоты и фазы (рис. 12). Количество протонов в каждом вокселе определяет амплитуду РЧ волны. Полученный сигнал, поступающий из различных областей тела, содержит сложное сочетание частот, фаз и амплитуд.

Импульсные последовательности

На рис. 13 показана диаграмма простейшей последовательности. Вначале включается срезо-селективный градиент (1) (Gss ). Одновременно c ним генерируется 90 0 РЧ импульс выбора среза (2), который «переворачивает» суммарную намагниченность в плоскость X-Y. Затем включается фазо-кодирующий градиент (3) (Gpe) для выполнения первого шага кодирования фазы. После этого подается частотно-кодирующий или считывающий градиент (4) (Gro), в течение которого регистрируется сигнал спада свободной индукции (5) (FID). Последовательность импульсов обычно повторяется 128 или 256 раз для сбора всех необходимых данных для построения изображения. Время между повторениями последовательности называется временем повторения (repetition time, TR). С каждым поторением последовательности меняется величина фазо-кодирующего градиента. Однако в этом случае сигнал (FID) был крайне слабый, поэтому результирующее изображение было плохим. Для повышения величины сигнала применяется последовательность спин-эхо.

Последовательность спин-эхо
После применения 90 0 импульса возбуждения суммарная намагниченность находится в плоскости X-Y. Сразу же начинается смещение фаз вследствие T2 релаксации. Именно из-за этого дефазирования сигнал резко снижается. В идеале, необходимо сохранить фазовую когерентность, обеспечивающую лучший сигнал. Для этого через короткое время после 90 0 РЧ импульса применяется 180 0 импульс. 180 0 импульс вызывает перефазирование спинов. Когда все спины восстановлены по фазе, сигнал снова становится высоким и качество изображения значительно выше.
На рис. 14 показана диаграмма импульсной последовательности спин-эхо.

Рис. 14. Диаграмма импульсной последовательности спин-эхо

Сначала включается срезо-селективный градиент (1 ) (G SS ). Одновременно c ним применяется 90º РЧ импульс. Затем включается фазо-кодирующий градиент (3) (Gре) для выполнения первого шага кодирования фазы. Gss ( 4) снова включается во время 180º перефазирующего импульса (5), таким образом, воздействие оказывается на те же протоны, которые были возбуждены 90º импульсом. После этого подается частотно-кодирующий или считывающий градиент (6) (Gro), в течение которого принимается сигнал (7).
TR (Время повторения). Полный процесс должен повторяться неоднократно. TR время между двумя 90ºимпульсами возбуждения. TE (Время эхо). Это время между 90ºимпульсом возбуждения и эхо.

Контраст изображения

При ЯМР сканировании одновременно происходят два процесса релаксации T1 и T2. Причем
T1 >> T2. Контраст изображения сильно зависит от этих процессов и от того, насколько полно каждый из них проявляется при выбранных временных параметрах сканирования TR и TE. Рассмотрим получение контрастного изображения на примере сканирования мозга.

Рис. 15. а) спин-спиновая релаксация и б) спин-решеточная релаксация в различных тканях мозга

Выберем следующие параметры сканирования: TR = 600 мс и TE = 10 мс. То есть T1 релаксация протекает за 600 мс, а T2 релаксация – только за
5 мс (TE/2). Как видно из рис. 15а через 5 мс смещение фаз невелико и оно не сильно отличается у разных тканей. Контраст изображения, поэтому, очень слабо зависит от T2 релаксации. Что касается Т1 релаксации, то через 600 мс жир практически полностью релаксировал, но для CSF необходимо еще некоторое время
(рис. 15б). Это означает, что вклад от CSF в общий сигнал будет незначительным. Контраст изображения становится зависимым от процесса релаксации Т1. Изображение «взвешено по T1» потому, что контраст больше зависит от процесса релаксации Т1. В результирующем изображении CSF будет темной, жировая ткань будет яркой, а интенсивность серого вещества будет чем-то средним между ними.

Рис. 16. а) спин-спиновая релаксация и б) спин-решеточная релаксация в различных тканях мозга

Теперь зададим следующие параметры: TR = 3000 мс и TE = 120 мс, то есть T2 релаксации протекать за 60 мс. Как следует из рис. 16б, практически все ткани подверглись полной T1 релаксации. Здесь TE является доминирующим фактором для контраста изображения. Изображение «взвешено по T2». На изображении CSF будет яркой, в то время как другие ткани будут обладать различными оттенками серого.

Контраст протонной плотности

Существует еще один тип контраста изображения, называемый протонной плотностью (PD).
Зададим следующие параметры: TR = 2000 мс и TE 10 мс. Таким образом, как и в первом случае T2 релаксация вносит незначительный вклад в контраст изображения. С TR = 2000 мс, суммарная намагниченность большинства тканей восстановится вдоль Z-оси. Контраст изображения в PD изображениях не зависит ни от T2, ни от T1 релаксации. Полученный сигнал полностью зависит от количества протонов в ткани: небольшое количество протонов означает низкий сигнал и темное изображение, в то время как большое их количество производит сильный сигнал и яркое изображение.

Рис. 17.

Все изображения имеют сочетания T1 и T2 контрастов. Контраст зависит только от того, за сколько времени позволено протекать T2 релаксации. В спин-эхо (SE) последовательностях наиболее важны для контраста изображения времена TR и TE.
На рис. 17 схематически показано, как TR и TE связаны в терминах контраста изображения в SE последовательности. Короткое TR и короткое TE дают контраст, взвешенный по T1. Длинное TR и короткое TE дают контраст PD. Длинное TR и длинное TE приводят к контрасту, взвешенному по T2.

Рис. 18. Изображения с разными контрастами: взвешенный по T1, протонная плотность и взвешенный по T2. Отметьте различия в интенсивности сигнала тканей. CSF темная на T1, серая на PD и яркая на T2.

Рис. 19. Магниторезонансный томограф

МРТ хорошо отображает мягкие ткани, тогда как КТ лучше визуализирует костные структуры. Нервы, мышцы, связки и сухожилия наблюдаются гораздо более четко в МРТ, чем в КТ. Кроме того, магнитно-резонансный метод незаменим при обследовании головного и спинного мозга. В головном мозге МРТ может различать белое и серое вещества. Благодаря высокой точности и четкости полученных изображений магнитно-резонансная томография успешно используется в диагностике воспалительных, инфекционных, онкологических заболеваний, при исследовании суставов, всех отделов позвоночника, молочных желез, сердца, органов брюшной полости, малого таза, сосудов. Современные методики МРТ делают возможным исследовать функцию органов – измерять скорость кровотока, тока спинномозговой жидкости, наблюдать структуру и активацию различных участков коры головного мозга.

Источник