Метод магнитно-резонансной (МР) спектроскопии головного мозга – что это такое. Лучи магнитно-резонансная спектроскопия Показания к проведению МРТ головы

Развитие визуализирующих технологий в нейрорентгенологии идёт по пути "от анатомии к функциям мозга". Анатомические срезы стандартных КТ и МРТ демонстрируют разные типы тканей: кровь, жировую ткань, белое и серое вещество мозга, мышцы и пр. Современные методы КТ и МРТ позволяют оценить скорость и ориентацию диффузионного движения молекул воды, "увидеть" ткани, отличающиеся по обменному взаимодействию протонов, транспорту ионов и молекул (К+, Na+), рН среды, активности фагоцитоза. По притоку обогащённой кислородом крови МРТ позволяет выявить области мозга с повышенной нейрональной и метаболической активностью, обнаружить участки нарушения гематоэнцефалического барьера, количественно оценить микроваскулярную проницаемость ткани, состояние рецепторов на поверхности клеток, гормональную активность, наличие в ткани определённого антигена, белковых структур и пр. Таким образом, с помощью КТ и МРТ стали осуществлять диагностику не только на клеточном, но и на молекулярном уровне. По этой причине диффузионную, перфузионную, функциональную МРТ и MP-спектроскопию относят к так называемым методам молекулярной визуализации.

Рис. 3-8. МР-ангиография с контрастным усилением. Магистральные сосуды головы от дуги аорты до большого круга основания мозга, вид спереди .

Диффузионно-взвешенная МРТ

Диффузия - основной физический процесс, про исходящий в ходе метаболических реакций клетки. Первое диффузионно-взвешенное МР-изображение было построено в 1985 г. . В клиническую практику диффузионная МРТ пришла вместе с МРТ - сканерами III поколения. Для получения диффузионновзвешенных томограмм используют эхопланарные импульсные последовательности "спиновое эхо" ЕРI с двумя диффузионными градиентами одинаковой амплитуды и длительности. Для количественной оценки диффузионных свойств воды в ткани строят параметрические диффузионные карты, на них цвет каждого пиксела соответствует измеряемому коэффициенту диффузии (рис. 3-10).

Рис. 3-10. Диффузионная МРТ. а - диффузионно-взвешенное изображение (комбинированное), полученное с фактором диффузии b = 1000 с/мм 2 ; б - диффузионная цветовая карта на этом уровне.

На диффузионной карте ткани с высокой скоростью диффузии воды окрашены в красно-белые тона, ткани с низкой скоростью диффузии - в сине-чёрные.

Зависимость диффузионной способности молекул от направления называют анизотропией диффузии. В белом веществе мозга молекулы воды легко диффундируют вдоль нервных волокон, но поперёк волокон их движение ограничено непроницаемой миелиновой оболочкой.

Для визуализации анизотропии диффузии воды в ткани применяют диффузионно- тензорную МРТ.

В диффузионно-тензорной МРТ по ориентации эллипсоидов диффузии в вокселах определяют ход нервных волокон, образующих нервные тракты, соединяя друг с другом собственные векторы диффузионного тензора. Алгоритмы соединения довольно сложны, поэтому применяют различные методы расчёта, позволяющие "нарисовать" ход множества нервных волокон, образующих нервный тракт.

Вследствие этого тензорную МРТ часто называют трактографией - методом визуализации хода нервных трактов. В простейшей форме частичная анизотропия диффузии кодируется цветом, а визуализация направлений диффузионного движения молекул воды в тканях осуществляется окрашиванием определённым цветом пикселов в зависимости от ориентации их собственного вектора (красным - по оси Х, зелёным - по оси У, синим - по оси Z) (рис. 3-11) .

Диффузионно-тензорная МРТ позволяет обнаружить структурные связи между отделами мозга, что особенно важно при объёмных процессах и заболеваниях, искажающих анатомическую структуру или разрушающих белое вещество (опухоли, ЧМТ, демиелинизирующие заболевания и др.).

Клиническое применение диффузионно-взвешенной и диффузионнотензорной МРТ . Снижение скорости измеряемого коэффициента диффузии в тканях мозга - чувствительный индикатор ишемических нарушений и степени тяжести ишемии . На сегодняшний день применение диффузионно-взвешенных изображений - один из наиболее быстрых и высокоспецифичных методов диагностики ишемического инфаркта мозга в ранних стадиях его развития (до 6 ч) , когда существует -"терапевтическое окно" для использования тромболизиса и частичного или полноrо восстановления кровотока в поражённых тканях мозга. В острой фазе мозгового инсульта на диффузионно-взвешенных изображениях зона поражения мозга имеет типично высокий МР-сигнал, тогда как нормальные ткани мозга выглядят тёмными. На картах измеряемого коэффициента диффузии - обратная картина (рис. 3-12) . Карты измеряемого коэффициента диффузии стали средством диагностики ишемии и динамического наблюдения за развитием острого нарушения мозгового кровообращения и последующей хронической дегенерации тканей, вызванной ишемией. Неинвазивность и быстрота применения диффузионно-взвешенных изображений предопределяют главенствующее значение метода в первичной диагностике ишемического поражения мозга.

Рис. 3-12 . Острейшая фаза (3 ч) мозгового инсульта в вертебробазилярной системе. На диффузионно-взвешенном изображении нормальные ткани мозга выглядят тёмными, зоны поражения в обеих гемисферах мозжечка (D>S ) имеют типично высокий МР-сигнал (а); на диффузионной цветовой карте - обратная картина (б); на мр-томограмме в режиме Т2 зона поражения ещё не видна (в).

Все диффузионные исследования проводят без введения контрастного вещества, что важно для тяжёлых больных и при специализированных исследованиях развития мозга у детей, начиная с внутриутробного периода. В последнем случае диффузионная МРТ позволяет получить дополнительные качественные (визуализационные) и количественные тканевые характеристики, открывает новые возможности исследования микроструктуры тканей мозга в процессе его развития [Коновалов А.Н. и др., 2001] .

Диффузионно-взвешенные изображения и диффузионные карты дают дополнительную диагностическую информацию для дифференцировки новообразований головного мозга со сходными проявлениями на Т1- и Т2-МРТ (глиомы, опухоли с кольцевидным накоплением контрастного вещества), перитуморального отёка (вазогенный или цитотоксический), предоставляют данные о наличии или отсутствии внутриопухолевых кист и пр. .

Неоценимую информацию за столь короткое время сканирования применение диффузионно-взвешенные изображения дают при диагностике воспалительных поражений головного мозга и позвоночника (например, абсцессы мозга, эмпиема) . Гнойное содержимое абсцесса характеризуется высоким МР-сигналом и легко визуализируется на любом этапе лечения, включая послеоперационный.

Особенности структурной организации некоторых новообразований головного мозга, в частности менингиом и неврином, дают возможность при применении диффузионно-взвешенных изображений с высокой достоверностью прогнозировать гистологический тип опухоли ещё перед операцией. На основе данных этого метода точно дифференцируют эпидермоидные и арахноидальные кисты. Трактография - новая и многообещающая методика, позволяющая неинвазивно "увидеть" проводящие пути головного мозга (рис. 3-13, 3-14).

Рис. 3-13 . М Р-трактография. а - МРТ в режиме Т2, аксиальная проекция: глиобластома левой височной доли; б - построение хода кортикоспинального тракта показывает его расположение по отношению к зоне опухолевой инфильтрации.

Рис. 3-14 . МР-трактография. а - МРТ в режиме Т2, аксиальная проекция: астроцитома правой затылочной дол и; 6 - трактографbz , дислокация пучков зрительной радиации опухолью латерально.

Несмотря на ещё существующие технические сложности, первые результаты в приложении к задачам нейрохирургии кажутся многообещающими . Стало возможным с помощью диффузионно-тензорной МРТ, зная расположение проводящих путей и учитывая их заинтересованность в патологическом процессе (смещение/деформация или инвазия и повреждение), планировать операционный доступ и объём оперативного удаления внутримозговых опухолей.

Перфузионные исследования

С помощью методов исследования перфузии рассматривают и количественно оценивают движение крови.

К современным количественным методам исследования мозговой гемодинамики относят МРТ, спиральную КТ с контрастным усилением, КТ с ксеноном, однофотонную эмиссионную КТ И позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ).

Преимущества малоинвазивных КТ - и МРТ -методов - минимальная инвазивность, высокая чувствительность в оценке тканевой микроциркуляции, высокая разрешающая способность, короткое время исследования в рамках стандартных протоколов и, наконец, воспроизводимость результатов с течением времени - очевидны. Наибольшее распространение в нейрорентгенологии получили перфузионные исследования на основе внутривенного введения болюса контрастного препарата (КТ и МРТ) . ДЛЯ количественной оценки используют основные гемодинамические тканевые характеристики: мозговой кровоток (CBF) , объём мозгового кровотока (CBV) , среднее время транзита крови (МТТ).

Перфузионная КТ. При перфузионной КТ анализируют повышение КТ-плотности при прохождении контрастного вещества по сосудистому руслу головного мозга. Болюс рентгеноконтрастного вещества (препарат йода с концентрацией 350-370 мг/мл, скорость введения 4 мл/с) вводят внутривенно.

Спиральные режимы сканирования позволяют получать серию срезов с интервалом 1 с в течение 50-60 с после внутривенной инъекции.

Этот метод обладает высоким разрешением, даёт количественные оценки тканевой перфузии и признан одним из самых перспективных в настоящее время.

Перфузионная МРТ. В МРТ существуют методы исследования гемодинамических перфузионных процессов с помощью экзогенных и эндогенных маркёров (с использованием контрастных веществ, получение изображений, зависящих от уровня оксигенации крови, и др.).

Перфузионной МРТ в настоящее время называют методы оценки перфузии при прохождении болюса контрастного вещества. Эти методы исследования мозговой перфузии наиболее широко сейчас применяют в МР-диагностике, особенно в сочетании с диффузионными исследованиями, МР-ангиографией и MP-спектроскопиеЙ. По мере прохождения болюса контрастного вещества по сосудистой системе многократно регистрируют изображение одного и того же среза (обычно это 10 разных уровней или срезов). Само сканирование занимает 1-2 мин. График снижения интенсивности МР-сигнала при прохождении болюса контрастного вещества даёт зависимость "интенсивность сигнала - время" в каждом пикселе среза. Форма этой кривой в артерии и вене определяет артериальную и венозную функции, с помощью которых рассчитывают гемодинамические тканевые параметры.

Клиническое применение перфузионных КТ и МРТ . В настоящее время перфузионные исследования проводятся, чтобы оценить гемодинамику опухолей головного мозга при дифференциальной диагностике поражений мозга, проводить мониторинг состояния опухоли после лучевой терапии и химиотерапии, диагностировать рецидив опухоли и/или лучевой некроз, ЧМТ, заболевания и повреждения ЦНС (ишемия/гипоксия, окклюзирующие заболевания магистральных артерий головы, заболевания крови, васкулиты, болезнь мойа-мойа идр.) .

К перспективным направлениям относят использование перфузионных методов при эпилепсии, мигрени, вазоспазме, различных психических заболеваниях. КТ- и МР-перфузионные карты позволяют количественно характеризовать зоны гипер- и гипоперфузии, что особенно важно для диагностики опухолевых и цереброваскулярных заболеваний.

На первом месте по частоте использования перфузионных методов стоят ишемические поражения мозга. В настоящее время перфузионно-взвешенные изображения - неотъемлемая часть диагностического протокола у больного с подозрением на церебральную ишемию. Впервые клинически метод применили у человека именно для диагностики инсульта. На современном этапе перфузионная КТ /МРТ - пожалуй, единственный метод ранней верификации ишемии мозга, способный уловить снижение кровотока в зоне поражения уже в первые минуты после появления неврологических симптомов (рис. 3-15).

Рис. 3-15 . Острая ишемия в бассейне средней мозговой артерии слева (как осложнение после клипирования мешотчатой аневризмы бифуркации правой средней мозговой артерии) . а - аксиальный срез из набора данных КТ-перфузии; б - карта мозгового кровотока. Продемонстрирован обширный участок отсутствия кровотока в конвекситальных отделах правой височно-теменной области.

В нейрохирургии перфузионно-взвешенные изображения в основном используют для того, чтобы провести первичную дифференциальную диагностику степени злокачественности внутримозговых новообразований головного мозга, в частности глиом. Следует помнить, что перфузионная МРТ и КТ не позволяют дифференцировать опухоли по их гистологической принадлежности, а тем более оценивать распространённость опухоли в мозговом веществе. Наличие очагов гиперперфузии в структуре астроцитомы предполагает повышение степени злокачественности поражения. Это основано на том, что при новообразованиях тканевая перфузия характеризует развитие аномальной сосудистой сети (ангионеогенез) в опухоли и её жизнеспособность. Наличие аномальной сосудистой сети в опухоли может свидетельствовать об агрессивности последней. И наоборот, снижение перфузии в опухолевой ткани под действием радио- или химиотерапии может указывать на то, что достигнут лечебный эффект. Использование перфузионно-взвешенных изображений для выбора цели при стереотаксической пункции оказало большую помощь, особенно в группе глиом, характеризующихся полным отсутствием контрастного усиления при стандартных КТ и МРТ.

При оценке гистологического типа новообразования и распространённости внемозговых объёмных поражений в полости черепа возможности перфузионновзвешенных изображений выше, чем при внутримозговых опухолях. С помощью перфузионно-взвешенных изображений успешно дифференцируют менингиомы и невриномы мостомозжечкового угла по характерно высоким показателям гемодинамики у первого типа. Существует чёткая корреляция между локальным кровотоком и данными прямой церебральной ангиографии в группе больных с менингиомами (рис. 3-16).

Рис. 3-16 . Перфузионная КТ. Карта кровотока у больного с большой менингиомой средней черепной ямки. а - объём мозгового кровотока; б - КТ с контрастным усилением; в - церебральная ангиография (боковая проекция). Определено выраженное повышение объёма мозгового кровотока в опухолевой ткани в соответствии с обильным кровоснабжением опухоли на ангиографии.

Опухоли, характеризующиеся наличием плотной рентгеноконтрастной тени в ранней капиллярной фазе ангиографии, имеют исключительно высокие показатели перфузии и отличаются высоким риском интраоперационного кровотечения в момент удаления. Весьма специфичны полученные при КТ перфузионно-взвешенные изображения в демонстрации кровоснабжения гемангиобластом задней черепной ямки - раннее и выраженное контрастирование в сочетании с высокой перфузией.

Функциональная магнитно-резонансная томография

Функциональная МРТ основана на усилении кровотока в мозге в ответ на увеличение нейрональной активности коры при действии соответствующего раздражителя.

Картирование активности мозга позволяет выявить области нейрональной активации, возникающие в ответ на стимуляцию (моторные, сенсорные и другие раздражители).

Использование импульсной эхопланарной последовательности на основе градиентного эха позволяет зарегистрировать МР-сигнал высокой интенсивности от активных участков коры мозга, причём время регистрации одного МР-изображения составляет около 100 мс. При функциональной МРТ сопоставляют интенсивность сигналов, зарегистрированных при физиологической нагрузке (активация) и в её отсутствие (контроль) . Участки статистически значимого повышения МР-сигнала, выявленные при последующей математической обработке изображений, соответствуют зонам нейрональной активности мозга. Их выделяют цветом, строят карты нейрональной активности и накладывают их на Т1-МРТ или н а трёхмерную модель поверхности мозга.

Клиническое применение функциональной МРТ . Картирование зон нейрональной активности мозга позволяет спланировать хирургический подход и исследовать патофизиологические процессы головного мозга. Метод применяют в нейропсихологии при изучении когнитивных функций головного мозга. Он перспективен для выявления очагов эпилепсии.

Использование функциональной МРТ стало в настоящее время неотъемлемой частью МРТ -протокола у больных с опухолями головного мозга, расположенными около функционально значимых зон коры головного мозга (рис. 3-17).

Рис. 3-17 . Функциональная МРТ: карта нейрональной активности при активации моторных центров коры мозга у больного с внутримозговой опухолью левой парацентральнойзоны.

В большинстве случаев полученные результаты адекватно отображают расположение сенсомоторной, речевой и слуховой зоны коры мозга. Перспективны в рамках одного МР-исследования у больных с опухолью мозга функциональная МРТ (пока её осуществляют только для соматосенсорной и зрительной коры), трактография с построением карт функционально значимой зоны коры, пирамидного или зрительного тракта и наложением их на трёхмерное изображение мозга. На основе совмещения полученных данных нейрохирурги планируют операционный подход и объём: резекции новообразования, а радиологи рассчитывают области распределения дозы облучения опухоли.

Магнитно-резонансная спектроскопия

Магнитно-резонансная спектроскопия (МР-спектроскопия) позволяет неинвазивно получить информацию о метаболизме мозга. Протонная l H - МР-спектроскопия основана на "химическом сдвиге" - изменении резонансной частоты протонов, входящих в состав различных химических соединений. Этот термин ввел N. Ramsey в 1951 г., чтобы обозначить различия между частотами отдельных спектральных пиков. Единица измерения "химического сдвига" - миллионная доля (ppm ). Приводим основные метаболиты и соответствующие им значения химического сдвига, пики которых определяются in vivo в протонном МР-спектре:

NAA - N-ацетиласпартат (2,0 ppm );
Cho - холин (3,2 ppm );
Сr - креатин (3,03 и 3,94 ppm );
mI - миоинозитол (3,56 ppm );
Gl x - глутамат и глутамин (2,1 -2,5 ppm );
Lac - лактат (1,32 ppm );
Lip - липидный комплекс (0,8-1,2 ppm ).

В настоящее время в протонной МP-спектроскопии используют два основных метода - одновоксельную и мультивоксельную (Chemical shift imaging) МР-спектроскопию - единовременное определение спектров от нескольких участков головного мозга. В практику сейчас стала также входить мультиядерная МР- спектроскопия на основе MP-сигнала ядер фосфора, углерода и некоторых других соединений [Ринк П., 2003].

При одновоксельной 1 Н-МР-спектроскопии для анализа выбирают только один участок (воксел) мозга. Анализируя состав частот в регистрируемом от этого воксела сигнале, получают распределение пиков метаболитов по шкале химического сдвига (ррm ) (рис. 3-18). Соотношение между пиками метаболитов в спектре, уменьшение или увеличение высоты отдельных пиков спектра позволяют неинвазивно оценивать биохимические процессы, происходящие в тканях.

Рис. 3-18. Одновоксельная протонная МР- спектроскопия вещества мозга в норме. Пики основных метаболитов обозначены на рисунке .

При мультивоксельной MP-спектроскопии получают МР-спектры для нескольких вокселов сразу, и можно сравнить спектры отдельных участков в зоне исследования (рис. 3-19, а) . Обработка данных мультивоксельной МР-спектроскопии даёт возможность построить параметрическую карту среза, на которой концентрация определённого метаболита отмечена цветом, и визуализировать распределение метаболитов в срезе, т.е. получить изображение, взвешенное по химическому сдвигу (рис. 3-19, б).

Рис. 3-19 . Мулыивоксельная протонная МР-спектроскопия вещества мозга у больного с лимфангитом ЦНС. а - отображение спектров в каждом вакселе; б - цветное изображение. взвешенное по химическому сдвигу.

Клиническое применение MP-спектроскопии . МР-спектроскопию в настоящее время довольно широко используют для оценки различных объёмных образований головного мозга. Данные MP-спектроскопии не позволяют с уверенностью предсказать гистологический тип новообразования, тем не менее большинство исследователей сходятся во мнении, что опухолевые процессы в целом характеризуются низким соотношением NAA/Cr, увеличением соотношения Cho/Cr и, в некоторых случаях, появлением пика лактата. В большинстве МР-исследований протонную спектроскопию применяли в дифференциальной диагностике астроцитом, эпендимом и примитивных нейроэпителиальных опухолей, предположительно определяя тип опухолевой ткани. В клинической практике важно использовать МР-спектроскопию в послеоперационном периоде для диагностики продолженного роста новообразования, рецидива опухоли либо лучевого некроза. В сложных случаях 1 Н-МР-спектроскопия становится полезным дополнительным методом в дифференциальной диагностике наряду с получением перфузионно-взвешенных изображений. в спектре лучевого некроза характерный признак - наличие так называемого мёртвого пика, широкого лактат-липидного комплекса в диапазоне 0,5-1,8 ррm на фоне полной редукции пиков остальных метаболитов.

Следующий аспект использования МР-спектроскопии - разграничение впервые выявленных первичных и вторичных поражений, дифференцировка их с инфекционными и демиелинизующими процессами. Наиболее показательны результаты диагностики абсцессов головного мозга на основе применения диффузионновзвешенных изображений. в спектре абсцесса на фоне отсутствия пиков основных метаболитов отмечено появление пика липид-лактатного комплекса и пиков, специфичных для содержимого абсцесса, таких как ацетат и сукцинат (продукты анаэробного гликолиза бактерий) , аминокислоты валин и лейцин (результат протеолиза) . В литературе также очень широко исследуют информативность МР-спектроскопи и при эпилепсии, при оценке метаболических нарушений и дегенеративных поражений белого вещества головного мозга у детей, при ЧМТ, ишемии мозга и других заболеваниях.

Магнитно-резонансная спектроскопия

подготовила студентка

3 курса, 34 гр.

Лисовская Татьяна

МР-спектроскопия

Метод магнитно-резонансной томографии широко применяется во всех областях медицины. Благодаря высокой информативности и безопасности МРТ позволяет максимально точно диагностировать различные заболевания и патологии даже на ранних стадиях развития. Однако, несмотря на высокую точность, бывают случаи, когда традиционной магнитно-резонансной томографии не хватает для постановки диагноза и выявления болезни. Поэтому существуют специальные методики проведения МРТ, такие как МР-ангиография, МР-перфузия и МР-спектроскопия.

Что такое МР-спектроскопия?

Магнитно-резонансная спектроскопия (МРС) - это методика проведения исследования на магнитно-резонансном томографе, которая дает возможность определять биохимические изменения тканей при развитии различных заболеваний. Магнитно-резонансные спектры отображают процессы метаболизма. Нарушения этих процессов происходят еще до клинических проявлений болезни, поэтому магнитно-резонансная спектроскопия позволяет диагностировать заболевания на самых ранних этапах развития. На сегодняшний день этот метод является единственным способом неинвазивно провести исследование обмена веществ в различных анатомических областях. Это метод исследования, базирующийся на принципе классического магнитно-ядерного резонанса, но имеющий некоторые отличия. Если в магнитно-резонансных приборах используется свойство частиц поглощать и излучать электромагнитные волны, то целью спектроскопии является определение наличия и концентрации отдельных химических веществ.

Виды магнитно-резонансной спектроскопии

МР-спектроскопия биологических жидкостей

МР-спектроскопия внутренних органов

Магнитно-резонансная спектроскопия базируется на методе ядерного магнитного резонанса, но в отличие от него она не создает анатомические снимки, а позволяет различать распределение компонентов мягких тканей и продуктов обмена веществ согласно их молекулярным свойствам.

Основными показаниями для проведения МР-спектроскопии являются:

Травматические повреждения

Эпилепсия

Нейродегенеративные заболевания

Воспалительные процессы

Объемные образования головного мозга
Опухолевые заболевания

Первая установка для МР-спектроскопии сконструирована австрийским профессором Эвальдом Мозером с сотрудниками в 1990 году. В 1996 году выполнены первые исследования метаболизма глюкозы и жирных кислот в головном мозге, скелетных мышцах и печени здоровых испытуемых, а также пациентов с диабетом 1 и 2 типа. К настоящему времени также выполнены клинические исследования МР-спектроскопии сердца и предстательной железы.

Так как обмен веществ в здоровых тканях отличается от обмена веществ, протекающего в пораженных тканях, то в диагностике опухолевых заболеваний и патологических процессов МР-спектроскопия играет важную роль. Обнаружение опухоли или патологического процесса на ранних стадиях существенно облегчает весь дальнейший процесс лечения.

Метод магнитно-резонансной спектроскопии позволяет проводить измерения в живых тканях. Он используется в научных исследованиях и позволяет получить информацию о химическом составе тканей. Протонная магнитно-резонансная спектроскопия (1Н-МРС) основана на определении концентрации N-ацетиласпартата, содержащегося исключительно в нейронах, или холин-креати нина и лактата, содержащихся в глии и нейронах. Определение концентрации веществ в головном мозге помогает выявлять утрату специфических тканей при таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера и ишемически-гипоксическая энцефалопатия, классифицировать опухоли головного мозга, определять сторону эпилептогенного очага при височной эпилепсии. Магнитно-резонансная спектроскопия с определением фосфора (31Р-МРС) может быть полезной в диагностике метаболических миопатий.

В последние годы метод получил широкое распространение в онкологии, так как позволяет определить накопление патологических веществ при различных онкологических заболеваниях.

Если ранее было осуществимо лишь исследование крупных органов и значительных изменений, то сейчас стало возможным исследование такого небольшого органа, как предстательная железа с разрешением до <0,5 см3. В здоровой ткани предстательной железы определяется в больших количествах цитрат, или лимонная кислота. При злокачественных новообразованиях количество цитрата уменьшается. Так как общее число клеток при онкологических заболеваниях увеличивается, то возрастает и количество холина, составной части клеточной оболочки. Концентрацию двух этих веществ как раз и позволяет измерить МР спектроскопия. Для получения трехмерного изображения и точной локализации опухоли весь орган делится на небольшие участки менее 0,5 см3, в каждом из которых определяется концентрация указанных веществ.

МР-спектрограмма

Вместо привычных «анатомических» МР-изображений МР- спекторограмма представляет собой график из пиков, соответствующих отдельным метаболитам. Условиями для обнаружения метаболитов в 1Н- спектре являются: наличие в их составе протонов водорода; концентрация метаболита должна превышать определенный минимальный уровень (≥0,5 ммоль/л); метаболиты должны резонировать на различной частоте (так называемое явление химического сдвига); эффективное подавление сигнала от воды. Конкретное положение сигнала от метаболита на горизонтальной оси является постоянной величиной, присущей данному метаболиту. Оно определяется его химическим сдвигом и характеризуется значением «частей на миллион» – parts per million (ppm). Здесь подразумевается, что протоны водорода находятся в специфическом окружении в составе метаболита, приводящем к изменению локального магнитного поля и, следовательно, частоты, на которой эти протоны резонируют во внешнем магнитном поле. В этом собственно и заключается явление химического сдвига. Изменение локального магнитного поля очень невелико (составляет миллионные части).

1Н-МРC может быть реализована в двух вариантах – одновоксельной и мультивоксельной спектроскопии.

Одновоксельная спектроскопия (single- voxel spectroscopy, SVS) наиболее распространена. При этом получают спектр из кубического участка (вокселя) вещества мозга или опухоли размером 2х2х2 см (8 см3) на что требуется от 3 до 5 мин. В некоторых случаях желательно уменьшить размер вокселя, чтобы измерение производилось именно в опухоли без захвата окружающих тканей. Нежелательным последствием этого становится снижение отношения сигнал - шум. Преимуществом одновоксельной спектроскопии является получение спектров более высокого качества с меньшим количеством шагов постобработки. Главный недостаток – ограниченная зона исследования, ввиду чего правильное расположение вокселя имеет критическое значение. Не следует включать в зону исследования кровь и ее продукты, воздух, ликвор, жир, некроз, кость, кальцинаты, метал. Все эти среды приводят к неоднородности локального магнитного поля и образованию недиагностичных спектров. Положение вокселя должно соответствовать наиболее жизнеспособным участкам опухоли, которые, в противоположность некрозу, обычно накапливают контрастное вещество (кроме глиом I и II степени злокачественности). Мультивоксельная спектроскопия, также называемая chemical shift imaging (CSI) или spectroscopic imaging, позволяет расположить несколько вокселей в зоне интереса, может быть реализована в двухмерном и трехмерном пространстве.

Мультивоксельная спектроскопия является предпочтительным методом исследования при внутричерепных опухолях. Ее преимуществом перед одновоксельной спектроскопией является наложение цветных карт метаболитов или их соотношений на достаточно большой по размерам участок мозга, включающий не только зону опухоли, но и противоположное полушарие, что делает возможным прямое сравнение опухоли и неизмененных участков мозга. Техническая реализация мультивоксельной спектроскопии более сложна, так как требует поддержки гомогенности магнитного поля на гораздо большем участке. В задней черепной ямке из-за ее уменьшенного объема и близости костных структур часто проще получить качественные спектры с помощью одновоксельной спектроскопии. Ввиду сложности шиммирования (выравнивания однородности магнитного поля), длительного времени сбора (от 8 до 19 мин) и многоступенчатого процесса обработки информации мультивоксельная спектроскопия до недавнего времени была доступна только в специализированных центрах

ОСНОВНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ ПРИ 1Н-МР-СПЕКТРОСКОПИИ

Н-ацетил аспартат (NAA) – нейрональный маркер. Присутствует с телах нейронов и аксонах, указывает на их жизнеспособность. В физиологических условиях NAA постепенно увеличивается у новорожденных и уменьшается у пожилых. При патологических состояниях снижение уровня NAA указывает на потерю нейронов, что имеет место при глиомах, ишемии, дегенеративных заболеваниях головного мозга. Пики NAA расположены на 2,02 ppm, 2,5 ppm и 2,6 ppm.

Креатинин (Cr) – маркер аэробного метаболизма клеток головного мозга. Концентрация выше в сером веществе, чем в белом. Самый постоянный пик, независящий от уровня оксигенации и перфузии, ввиду чего используется как «внутренний стандарт» для расчета отношений

концентраций метаболитов. Снижается при опухолях, инфекциях, гипоксии, инсульте. Пики на 3,02 ppm и 3,94 ppm.

Холин (Cho) – компонент фосфолипидного метаболизма, маркер клеточных мембран, отражающий пролиферацию клеток. Повышение уровня Cho связано с увеличением синтеза мембран и пролиферацией клеток (опухоли головного мозга). Снижается при абсцессах, некрозе. Пик на 3,22 ppm.

Лактат (Lac) – конечный продукт анаэробного гликолиза, маркер гипоксии. У здоровых добровольцев концентрация лактата находится на уровне предела чувствительности метода, то есть обычно на спектрах не обнаруживается. Увеличивается при ишемии, опухолях. Двойной пик лактата находится на 1,33 ppm, причем при ТЕ 135 мсек он инвертирован (находится в противофазе), при ТЕ 30 мсек – направлен вверх (находится в фазе).

Липиды (lip) – индикатор некроза и разрушения миелиновых оболочек. Обычно не выявляются у здоровых добровольцев, повышаются при опухолях, некрозе, абсцессах, демиелинизации. Пики на 0,8 ppm и 1,3 ppm. Сигнал от липидов лучше всего выявляется при низких значениях ТЕ (меньше 35 мсек) и снижается при более высоких. Поскольку Lac и lip резонируют на одной и той же частоте (1,3 ppm), то в случае присутствия в исследуемом участке обоих метаболитов их пики могут быть неразличимы. Для выделения пика Lac рекомендуется обращать внимание на следующие моменты: Lac имеет двойной пик; при ТЕ порядка 135 мсек пик Lac инвертирован; при использовании высоких значений ТЕ (270 мсек) сигнал от lip подавляется и остается сигнал только от Lac.

Мио-инозитол (ml) – продукт деградации миелина. Повышается при рассеянном склерозе, снижается при опухолях. Пики на 3,56 ppm и 4,06 ppm.

Глютамин и глютамат (Glx) – маркер астроцитов и нейрототоксин соответственно. Повышаются при энцефалопатии. Пики на 2,1 ppm и 2,55 ppm.

Аланин – двойной пик находится на 1,48 ppm. Аналогично лактату пик аланина при ТЕ 135 мсек инвертирован, а при ТЕ 30 мсек направлен вверх.

Для интерпретации МР-спектров необходимо оценить метаболиты количественно и сравнить полученные значения с нормальными. Для количественной характеристики можно измерять высоту (амплитуду) пиков и площадь под ними (интеграл). Чаще используют интеграл, так как площадь под индивидуальными пиками пропорциональна концентрации каждого из метаболитов, к тому же интеграл не зависит от неоднородности магнитного поля и менее чувствителен к шуму. Величину МР-сигнала не выражают в абсолютных цифрах, поскольку она находится под влиянием многих местных и внешних условий. Поэтому в МРС принято вычислять отношения интегралов пиков друг к другу.

Метод МР-спектроскопии является очень многообещающим. В комбинации с обычной магнитно-резонансной томографией правильный диагноз устанавливается в 80-85% случаев. Ошибки происходят в тех случаях, когда опухолевая ткань значительно не отличается от нормальной по степени зрелости, и количество холина в ней приближено к нормальной ткани.

Магнитно-резонансная спектроскопия (MP-спектроскопия) позволяет неинвазивно получить информацию о метаболизме мозга. Протонная 1H-МР-спектроскопия основана на «химическом сдвиге» - изменении резонансной частоты протонов, входящих в состав различных химических соединений. Этот термин ввел N. Ramsey в 1951 г., чтобы обозначить различия между частотами отдельных спектральных пиков. Единица измерения «химического сдвига» - миллионная доля (ррт). Приводим основные метаболиты и соответствующие им значения химического сдвига, пики которых определяются in vivo в протонном МР-спектре:

NAA - N-ацетиласпартат (2,0 ррт);
Cho - холин (3,2 ррт);
Сr - креатин (3,03 и 3,94 ррт);
ml - миоинозитол (3,56 ррт);
Glx - глутамат и глутамин (2,1-2,5 ррт);
Lac - лактат (1,32 ррт);
Lip - липидный комплекс (0,8-1,2 ррт).

В настоящее время в протонной MP-спектроскопии используют два основных метода - одновоксельную и мультивоксельную (Chemical shift imaging) MP-спектроскопию - единовременное определение спектров от нескольких участков головного мозга. В практику сейчас стала также входить мультиядерная MP-спектроскопия на основе МР-сигнала ядер фосфора, углерода и некоторых других соединений.

При одновоксельной 1H-МР-спектроскопии для анализа выбирают только один участок (воксел) мозга. Анализируя состав частот в регистрируемом от этого воксела спектра, получают распределение определенных метаболитов по шкале химического сдвига (ррт). Соотношение между пиками метаболитов в спектре, уменьшение или увеличение высоты отдельных пиков спектра позволяют неинвазивно оценивать биохимические процессы, происходящие в тканях.

При мультивоксельной MP-спектроскопии получают MP-спектры для нескольких вокселов сразу, и можно сравнить спектры отдельных участков в зоне исследования. Обработка данных мультивоксельной MP-спектроскопии даёт возможность построить параметрическую карту среза, на которой концентрация определённого метаболита отмечена цветом, и визуализировать распределение метаболитов в срезе, т.е. получить изображение, взвешенное по химическому сдвигу.

Клиническое применение МР-спектроскопии. MP-спектроскопию в настоящее время довольно широко используют для оценки различных объёмных образований головного мозга. Данные MP-спектроскопии не позволяют с уверенностью предсказать гистологический тип новообразования, тем не менее большинство исследователей сходятся во мнении, что опухолевые процессы в целом характеризуются низким соотношением NAA/Cr, увеличением соотношения Cho/Cr и, в некоторых случаях, появлением пика лактата. В большинстве МР-исследований протонную спектроскопию применяли в дифференциальной диагностике астроцитом, эпендимом и примитивных нейроэпителиальных опухолей, предположительно определяя тип опухолевой ткани.

В клинической практике важно использовать MP-спектроскопию в послеоперационном периоде для диагностики продолженного роста новообразования, рецидива опухоли либо лучевого некроза. В сложных случаях 1Н-МР-спектроскопия становится полезным дополнительным методом в дифференциальной диагностике наряду с получением перфузионно-взвешенных изображений. В спектре лучевого некроза характерный признак - наличие так называемого мёртвого пика, широкого лактат-липидного комплекса в диапазоне 0,5-1,8 ррт на фоне полной редукции пиков остальных метаболитов.

Следующий аспект использования МР-спектроскопии - разграничение впервые выявленных первичных и вторичных поражений, дифференцировка их с инфекционными и демиелинизующими процессами. Наиболее показательны результаты диагностики абсцессов головного мозга на основе применения диффузионно-взвешенных изображений. В спектре абсцесса на фоне отсутствия пиков основных метаболитов отмечено появление пика липид-лактатного комплекса и пиков, специфичных для содержимого абсцесса, таких как ацетат и сукцинат (продукты анаэробного гликолиза бактерий), аминокислоты валин и лейцин (результат протеолиза).

В литературе также очень широко исследуют информативность МР-спектроскопии при эпилепсии, при оценке метаболических нарушений и дегенеративных поражений белого вещества головного мозга у детей, при черепно-мозговой травме, ишемии мозга и других заболеваниях.

А именно на возбуждении их определённым сочетанием электромагнитных волн в постоянном магнитном поле высокой напряжённости.

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ Ядерно-магнитный резонанс. Томография © Nuclear magnetic tomography

✪ Панов В.О. Физические основы МРТ.flv

✪ Лекция по МРТ.flv

✪ Исследование магнитного резонанса - МР скрининг всего тела!

✪ Магнитно-резонансная томография (МРТ)

Субтитры

История

Годом основания магнитно-резонансной томографии принято считать 1973 год , когда профессор химии Пол Лотербур опубликовал в журнале Nature статью «Создание изображения с помощью индуцированного локального взаимодействия; примеры на основе магнитного резонанса» . 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 . Кроме того, В. А. Иванов в 1960 году направил в Госкомитет СССР по делам изобретений и открытий 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 .

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.

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 технологии МРТ делают возможным неинвазивно (без вмешательства) исследовать работу 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 (фМРТ)).

Метод

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 .

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 [ ] . 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 аппаратах (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.

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.

Результаты исследования сохраняются в лечебном учреждении в формате DICOM и могут быть переданы пациенту или использованы для исследования динамики лечения.

До и во время процедуры МРТ

Перед сканированием требуется снять все металлические предметы, проверить наличие татуировок и лекарственных пластырей . Продолжительность сканирования МРТ составляет обычно до 20-30 минут, но может продолжаться дольше. В частности, сканирование брюшной полости занимает больше времени, чем сканирование головного мозга.

Так как МР томографы производят громкий шум, обязательно используется защита для ушей (беруши или наушники) . Для некоторых видов исследований используется внутривенное введение контрастного вещества .

Перед назначением МРТ пациентам рекомендуется узнать: какую информацию даст сканирование и как это отразится на стратегии лечения, имеются ли противопоказания для МРТ, будет ли использоваться контраст и для чего. Перед началом процедуры: как долго продлится сканирование, где находится кнопка вызова и каким способом можно обратиться к персоналу во время сканирования .

МР-диффузия

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

Диффузионно-взвешенная томография

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

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 изменённые ткани:

Прохождение крови через ткани мозга
Прохождение крови через ткани печени

Метод позволяет определить степень ишемии головного мозга и других органов.

МР-спектроскопия

Магнитно-резонансная спектроскопия (МРС) - метод позволяющий определить биохимические изменения тканей при различных заболеваниях по концентрации определённых метаболитов. МР-спектры отражают относительное содержание биологически активных веществ в определённом 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

Функциональная МРТ

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 определённых отделов мозга кровоток в них усиливается. В процессе проведения ФМРТ больному предлагается выполнение определённых заданий, участки мозга с повышенным кровотоком регистрируются, и их изображение накладывается на обычную МРТ мозга.

МРТ позвоночника с вертикализацией (осевой нагрузкой)

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

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.

Особенности применения медицинского оборудования в помещениях, где проводится МРТ

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

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

Абсолютные противопоказания

установленный кардиостимулятор (изменения магнитного поля могут имитировать сердечный ритм)
ферромагнитные или электронные имплантаты среднего уха
большие металлические имплантаты, ферромагнитные осколки
ферромагнитные аппараты Илизарова .

Относительные противопоказания

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:

См. также

Примечания

ISBN 978-0-521-86527-2 глава 8 Getting in tune: resonance and relaxation
Филонин О. В. Общий курс компьютерной томографии / Самарский научный центр РАН. - Самара, 2012. - 407 с. - ISBN 978-5-93424-580-2 .
Lauterbur PC (1973). “Image Formation by Induced Local Interactions: Examples of Employing Nuclear Magnetic Resonance”. Nature . 242 (5394): 190-191. Bibcode :1973Natur.242..190L . DOI :10.1038/242190a0 .
Реймонд Ваган Дамадьян, учёный и изобретатель (неопр.) . 100lives.com. Дата обращения 25 мая 2015.
The Nobel Prize vs. the Truth of History (англ.) . fonar.com. Дата обращения 12 мая 2015.
MacWilliams B (November 2003). “Russian claims first in magnetic imaging ”. Nature . 426 (6965): 375. Bibcode :2003Natur.426..375M . DOI :10.1038/426375a . PMID . Внешняя ссылка в |title= (

Категории

Выбор редакции