Магнитно-резонансная томография

МРТ-изображение головы человека

Магнитно-резонансная томография (МРТ, MRT, MRI) — томографический метод исследования структуры и функций внутренних органов и тканей с использованием физического явления ядерного магнитного резонанса. Метод основан на измерении электромагнитного отклика ядер атомов водорода (Протонный магнитный резонанс) в ответ на возбуждение их определённой комбинацией электромагнитных импульсов в постоянном магнитном поле высокой напряжённости.

История

Годом основания магнитно-резонансной томографии принято считать 1973, 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.

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

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

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

Метод

Аппарат для магнитно-резонансной томографии.

Метод магнитно-ядерного резонанса позволяет изучать организм человека на основе изучения отклика тканей организма, богатых атомами водорода, и особенностей их магнитных свойств, связанных с нахождением этих атомов в соседстве с другими атомами и молекулами. Ядро атома водорода состоит из одного протона, спин (магнитный момент) которого может меняться в мощном магнитном поле, в зависимости от воздействия 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 векторном направлении, которые могут находится 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.

Если поместить протон во внешнее магнитное поле, то его магнитный момент будет либо сонаправлен, либо противоположно направлен магнитному моменту поля, 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 «расслабления», или релаксации предварительно возбужденных протонов.

Первые томографы имели напряженность магнитного поля 0,005 Тесла, однако качество изображений, полученных на них было низким. Современные томографы имеют мощные источники сильного магнитного поля. В качестве таких источников применяются как электромагниты (до 9,4 T), так и постоянные магниты (до 0,5 T). При этом, так как поле должно быть весьма сильным, электромагниты приходится остужать жидким гелием, 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.

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

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

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

МР Ангиография

МР-Ангиография - метод получения изображения сосудов при помощи Магниторезонансного томографа. Для проведения исследования необходим томограф с напряженностью магнитного поля не менее 1.0 Тесла. Метод позволяет оценивать как анатомические, так и функциональные нарушения. Суть метода заключается в том, что при облучении пациента радиоволнами в сильном магнитном поле высвобождается электромагнитная энергия, которая фиксируется и обрабатывается с помощью компьютера. При этом сигнал от текущей крови сильно отличается от сигнала неподвижных тканей, и его можно визуализировать. Чем ниже скорость тока крови, тем слабее сигнал кровотока отличается от сигнала неподвижных тканей.

Метод магнитно-резонансной ангиографии позволяет получать изображения сосудов без использования каких-либо рентгеноконтрастных средств, хотя для получения еще более четкого изображения применяются особые контрастные вещества. В настоящее время в МРТ применяются контрастные вещества, содержащие тяжелый парамагнитный металл гадолиний.

Особенности применения медицинского оборудования в помещениях, где проводится МРТ

Аппарат искусственной вентиляции (ИВЛ) MAQUET SERVO-i с миникомпрессором

Сочетание интенсивного магнитного поля, применяемого при МРТ сканировании, и интенсивного радиочастотного поля, предъявляет экстремальные требования к медицинскому оборудованию, используемому во время исследований. Аппараты ИВЛ, специально сконструированные для применения в МРТ помещениях, имеют ограниченные возможности по высоким потокам и давлению в дыхательных путях, ограничения касаются также и некоторых функциональных возможностей использования ряда современных режимов вентиляции, мониторинга и системы тревожной сигнализации.

Вместе с тем, использование в последнее время аппарата ИВЛ SERVO-i МРТ компании MAQUET повышает безопасность пациентов во время проведения МРТ. Тяжелые пациенты обеспечиваются респираторной поддержкой, как на этапе транспортировки, так и во время проведения исследования на МРТ. Использование SERVO-i как в палатах интенсивной терапии, так и во время МРТ, также снижает риск ошибки при переходе с одного типа аппарата ИВЛ на другой, разрешенный для применения при проведении МРТ.

Треугольный символ MR означает, что аппарат ИВЛ разрешен для использования в помещениях для МРТ при следующих условиях:

1. МР сканер мощностью 1, 1,5 и 3 Тесла
2. Расположение SERVO-i только за пределами
линии безопасности:
• для туннельных сканеров 20 мТ (200 gauss)
• для открытых сканеров 10 мТ (100 gauss)
3. На SERVO-i должен быть установлен комплект принадлежностей для МРТ
4. Соблюдение ограничений по использованию дополнительных аксессуаров
5. Использование только разрешенных монтажных решений для МРТ
6. Обучение персонала по применению SERVO-i в помещениях МРТ

Компания MAQUET подписывает с медицинским учреждением специальное соглашение, о соблюдении правил и условий эксплуатации аппарата SERVO-i в помещении для проведения МРТ исследований.

Противопоказания

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

Абсолютные противопоказания

Несовместимость с другим оборудованием: кардиостимуляторы (изменения магнитного поля могут имитировать сердечный ритм), ферромагнитные или электронные имплантаты среднего уха, большие металлические имплантанты, ферромагнитные осколки, кровоостанавливающие клипсы сосудов головного мозга (клипсы под влиянием поля могут соскользнуть, откроется внутримозговое кровотечение).

Относительные противопоказания

Несовместимость с другим оборудованием: инсулиновые насосы, нервные стимуляторы, неферромагнитные имплантаты внутреннего уха, протезы клапанов сердца (в высоких полях, при подозрении на дисфункцию), кровоостанавливающие клипсы (кроме сосудов мозга), необходимость в физиологическом мониторинге.

Состояния организма: декомпенсированная сердечная недостаточность, беременность (на данный момент собрано недостаточное количество доказательств отсутствия тератогенного эффекта магнитного поля),клаустрофобия (панические приступы во время нахождения в тоннеле аппарата могут не позволить провести исследование).

Зависимости пациентов от электронных устройств (электрокардиостимуляторы и т. п.), Также МРТ противопоказана (или время обследования должно быть значительно сокращено) при наличии татуировок, выполненных с помощью красителей с содержанием металлических соединений. Широко используемый в протезировании титан не является ферромагнетиком и практически безопасен при МРТ; исключение — наличие татуировок, выполненных с помощью красителей на основе соединений титана (например, на основе диоксида титана). Относительным противопоказанием является беременность в сроке до 12 недель, так как считается, что на данный момент собрано недостаточное количество доказательств отсутствия тератогенного эффекта магнитного поля. Однако при необходимости, предпочтительно проведение МРТ, а не рентгенографии, или рентгеновской компьютерной томографии, методов, однозначно вредных для эмбриона.

Дополнительным противопоказанием для МРТ является наличие кохлеарного импланта - протезов внутреннего уха. МРТ противопоказана при некоторых видах протезов внутреннего уха, так как в кохлеарном импланте есть металлические части, которые содержат ферромагнитные материалы.

In addition, in cases where MRI contrast agents are used, these also typically have associated risks.

См. также

• Томография
• Компьютерная томография
• Реймонд Дамадьян
• Пол Лотербур
• Питер Мэнсфилд

Литература

• Хорнак Дж. П. Основы МРТ (1996—1999)
• Lauterbur P.C. All science is interdisciplinary — from magnetic moments to molecules to men // Les Prix Nobel. The Nobel Prizes 2003. — Nobel Foundation, 2004. — p. 245—251
• Mansfield P. Snap-shot MRI // Les Prix Nobel. The Nobel Prizes 2003. — Nobel Foundation, 2004. — p. 266—283
• Мэнсфилд П. Быстрая магнитно-резонансная томография // Успехи физических наук, 2005, т. 175, № 10, с. 1044—1052 (перевод на русский)
• Журнал Популярная механика // 2008 — № 2(64) — стр. 54-58

На иностранных языках

• The pioneers of NMR and magnetic resonance in medicine: The story of MRI. — Ramat Gan, Israel: Bar-Ilan University Press, 1996. — ISBN 0-9619243-1-4^{о книге}
• Magnetic resonance imaging: Physical principles and sequence design. — New York: J. Wiley & Sons, 1999. — ISBN 0-471-35128-8^{о книге}
• (2001) "One Micrometer Resolution NMR Microscopy". J. Magn. Res 150 (2): 207–213. DOI:10.1006/jmre.2001.2319.

Внешние ссылки

На русском языке

• Вентиляторы смерти убили почти всех пациентов в больницах Нью-Йорка

На иностранных языках

• A Guided Tour of MRI: An introduction for laypeople National High Magnetic Field Laboratory
• The Basics of MRI. Underlying physics and technical aspects.
• Video: What to Expect During Your MRI Exam from the Institute for Magnetic Resonance Safety, Education, and Research (IMRSER)
• International Society for Magnetic Resonance in Medicine
• Trends in Biotechnology Volume 28, Issue 7, July 2010, Pages 363-370
• Blue Plaque commemorating the manufacture of the first commercial MRI whole body scanner at Osney Mead, Oxford
• Royal Institution Lecture - MRI: A Window on the Human Body
• Animal Imaging Database (AIDB)
• Tutorial for performing an MRI Arthrogram
• MRI & contrast media in Medicine