Diagnose van artrose: magnetische resonantie beeldvorming

Magnetic resonance imaging (MRI) is de afgelopen jaren uitgegroeid tot een van de toonaangevende methoden voor niet-invasieve diagnose van artrose. Sinds de jaren 70, toen de principes van magnetische resonantie (MP) voor het eerst werden gebruikt om het menselijk lichaam te bestuderen, is deze methode van medische beeldvorming tot op de dag van vandaag radicaal veranderd en blijft zich snel ontwikkelen.

Technische apparatuur, software verbetert, imagingtechnieken ontwikkelen zich, MP-contrastpreparaten worden ontwikkeld. Hiermee kunt u constant nieuwe toepassingsgebieden voor MRI vinden. Als het gebruik in eerste instantie alleen werd beperkt tot studies van het centrale zenuwstelsel, wordt MRI nu met succes gebruikt in bijna alle gebieden van de geneeskunde.

In 1946 ontdekte een groep onderzoekers van de universiteiten van Stanford en Harvard het fenomeen onafhankelijk, dat nucleaire magnetische resonantie (NMR) werd genoemd. De essentie hiervan was dat de kernen van sommige atomen, die zich in een magnetisch veld bevinden, onder invloed van een extern elektromagnetisch veld in staat zijn energie te absorberen en het vervolgens in de vorm van een radiosignaal uit te zenden. Voor deze ontdekking kregen F. Bloch en E. Parmel in 1952 de Nobelprijs. Een nieuw fenomeen leerde al snel hoe te gebruiken voor spectrale analyse van biologische structuren (NMR-spectroscopie). In 1973 demonstreerde Paul Rautenburg voor de eerste keer de mogelijkheid om een afbeelding te verkrijgen met behulp van NMR-signalen. Zo verscheen NMR-tomografie. De eerste NMR-tomogrammen van de interne organen van een levend persoon werden in 1982 gedemonstreerd op het Internationale Congres van Radiologen in Parijs.

Er moeten twee verklaringen worden gegeven. Ondanks het feit dat de methode is gebaseerd op het fenomeen van NMR, wordt dit magnetische resonantie (MP) genoemd, waarbij het woord "nucleair" wordt weggelaten. Dit wordt gedaan zodat patiënten geen idee hebben over de radioactiviteit die geassocieerd is met het verval van atoomkernen. En de tweede omstandigheid: MP-tomografen zijn niet per ongeluk "afgestemd" op protonen, d.w.z. Op de kern van waterstof. Dit element in de weefsels is erg veel en zijn kernen hebben het grootste magnetische moment onder alle atoomkernen, wat een voldoende hoog niveau van het MR-signaal veroorzaakt.

Als in 1983 slechts enkele apparaten over de hele wereld geschikt waren voor klinisch onderzoek, waren er begin 1996 ongeveer 10.000 tomografen in de wereld. Elk jaar worden 1000 nieuwe instrumenten in de praktijk geïntroduceerd. Meer dan 90% van de vloot van MP-tomografen zijn modellen met supergeleidende magneten (0,5 - 1,5 T). Het is interessant om te weten dat als de fabrikanten van MP-scanners halverwege de jaren tachtig werden geleid door het principe "hoe hoger het veld, hoe beter", met de nadruk op modellen met een veld van 1,5 T en hoger, en tegen het einde van de jaren 80 het is duidelijk dat ze in de meeste toepassingen geen significante voordelen hebben ten opzichte van modellen met een gemiddelde veldsterkte. Daarom besteden de belangrijkste fabrikanten van MP-tomografen (General Electric, Siemens, Philips, Toshi-ba, Picker, Brucker, enz.) Momenteel veel aandacht aan de productie van modellen met een gemiddeld en zelfs laag veld, die qua compactheid en economie verschillen van hoogveldsystemen met een bevredigende beeldkwaliteit en aanzienlijk lagere kosten. Systemen met een hoge vloer worden voornamelijk gebruikt in onderzoekscentra voor het uitvoeren van MR-spectroscopie.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]

Het principe van de MRI-methode

De belangrijkste componenten van de MP-tomograaf zijn: ultrasterke magneet, radiozender, ontvangst van radiofrequentiespoel, computer en bedieningspaneel. De meeste apparaten hebben een magnetisch veld met een magnetisch moment evenwijdig aan de lange as van het menselijk lichaam. De sterkte van het magnetische veld wordt gemeten in Tesla (T). Gebruik voor klinische MRI-velden met een kracht van 0,2-1,5 T.

Wanneer een patiënt in een sterk magnetisch veld wordt geplaatst, ontvouwen alle protonen die magnetische dipolen zijn zich in de richting van het externe veld (zoals een kompasnaald die wordt geleid door het aardmagneetveld). Bovendien beginnen de magnetische assen van elk proton te roteren rond de richting van het externe magnetische veld. Deze specifieke rotatiebeweging wordt een proces genoemd en de frequentie ervan is een resonantiefrequentie. Wanneer een korte elektromagnetische radiofrequentiepuls door het lichaam van de patiënt wordt verzonden, zorgt het magnetisch veld van de radiogolven ervoor dat de magnetische momenten van alle protonen rond het magnetische moment van het externe veld roteren. Om dit te laten gebeuren, is het noodzakelijk dat de frequentie van de radiogolven gelijk is aan de resonantiefrequentie van de protonen. Dit fenomeen wordt magnetische resonantie genoemd. Om de oriëntatie van magnetische protonen te veranderen, moeten de magnetische velden van protonen en radiogolven resoneren, d.w.z. Hebben dezelfde frequentie.

Een volledig magnetisch moment wordt gecreëerd in de weefsels van de patiënt: de weefsels worden gemagnetiseerd en hun magnetisme is strikt parallel aan het externe magnetische veld georiënteerd. Magnetisme is evenredig met het aantal protonen per volume-eenheid weefsel. Het enorme aantal protonen (waterstofkernen) in de meeste weefsels veroorzaakt het feit dat het pure magnetische moment groot genoeg is om een elektrische stroom in de ontvangende spoel buiten de patiënt te induceren. Deze geïnduceerde MP-signalen worden gebruikt om de MR-afbeelding te reconstrueren.

Het overgangsproces van de elektronen van de kern van de geëxciteerde toestand naar de evenwichtstoestand wordt een spin-rooster relaxatieproces of longitudinale relaxatie genoemd. Het wordt gekenmerkt door een T1-spinrooster-relaxatietijd - de tijd die nodig is om 63% van de kernen over te brengen naar een evenwichtstoestand nadat ze zijn geactiveerd door een 90 ° -puls. T2 is ook een spin-spin-relaxatietijd.

Er zijn een aantal manieren om MP-tomogrammen te verkrijgen. Hun verschil ligt in de volgorde en de aard van de generatie van radiofrequentiepulsen, methoden voor het analyseren van MP-signalen. De meest voorkomende zijn twee methoden: spin-rooster en spin-echo. Voor het spin-rooster wordt voornamelijk de relaxatietijd T1 geanalyseerd. Verschillende weefsels (grijze en witte stof van de hersenen, hersenvocht, tumorweefsel, kraakbeen, spieren, enz.) Hebben protonen met verschillende relaxatietijden T1. Met de duur van T1 is de intensiteit van het MP-signaal gerelateerd: hoe korter de T1, hoe intenser het MR-signaal en hoe lichter de beeldruimte op het televisiescherm. Vetweefsel op het MP-tomogram is wit, gevolgd door de intensiteit van het MP-signaal in afnemende volgorde van de hersenen en het ruggenmerg, dichte interne organen, vaatwanden en spieren. Lucht, botten en calcificaties geven praktisch geen MP-signaal en worden daarom in het zwart weergegeven. Deze relaties van relaxatietijd T1 creëren de voorwaarden voor visualisatie van normale en veranderde weefsels op MR-tomogrammen.

Bij een andere methode van MP-tomografie, spin-echo genoemd, wordt een reeks radiofrequentiepulsen naar de patiënt gestuurd, waarbij de precieze protonen 90 ° worden gedraaid. Na het stoppen van de pulsen worden de respons-MP-signalen opgenomen. De intensiteit van het responsiesignaal op een andere wijze in verband met de duur T2: T2 korter dan het zwakkere signaal, en dus lagere helderheid TV beeldscherm. Het uiteindelijke beeld van MRI in methode T2 is dus tegengesteld aan dat van T1 (als negatief tot positief).

Op MP-tomogrammen worden zachte weefsels beter weergegeven dan op computertomogrammen: spieren, vetlagen, kraakbeen, bloedvaten. Op sommige apparaten kan men een beeld van de bloedvaten verkrijgen zonder een contrastmiddel (MP-angiografie) te introduceren. Vanwege het lage watergehalte in het botweefsel creëert de laatste geen afschermend effect, zoals bij röntgenstralen-computertomografie, d.w.z. Interfereert niet met het beeld, bijvoorbeeld het ruggenmerg, tussenwervelschijven, enz. Natuurlijk zijn de waterstofkernen niet alleen in water aanwezig, maar in botweefsel worden ze in zeer grote moleculen en dichte structuren gefixeerd en interfereren ze niet met MRI.

Voor- en nadelen van MRI

De belangrijkste voordelen van MRI niet-invasief, ongevaarlijk (geen stralingsbelasting), het driedimensionale karakter verkrijgen, een natuurlijk contrast bewegen bloed, het ontbreken van artefacten van botweefsel, hoge differentiatie van zacht weefsel, het vermogen om MP-spectroscopie in vivo onderzoek van het metabolisme van weefsels in vivo. MPT maakt beeldvorming van dunne lagen van het menselijk lichaam in een dwarsdoorsnede - in de frontale, sagittale, axiale en schuine vlakken. Er kunnen reconstrueren driedimensionale beelden van organen synchroniseren verkrijgen tomogrammen met elektrocardiogrammen tanden.

De belangrijkste nadelen zijn meestal gerelateerd aan een voldoende lange tijd die het kost om beelden (meestal minuten) te produceren, wat leidt tot het uiterlijk van voorwerpen uit de luchtwegen bewegingen (in het bijzonder vermindert de efficiëntie van het licht onderzoek), hartritmestoornissen (wanneer het hart studie), het onvermogen om op betrouwbare wijze te detecteren stenen, verkalkingen, sommige pathologieën van botstructuren, de hoge kosten van de uitrusting en de werking, speciale eisen omescheniyam waarbij er apparaten (afscherming tegen interferentie), de onmogelijkheid van waarneming door Ik ben ziek van claustrofobie, kunstmatige pacemakers, grote metalen implantaten van niet-medische metalen.

[8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15]

Contraststoffen voor MRI

Aan het begin van MRI-gebruik werd aangenomen dat het natuurlijke contrast tussen verschillende weefsels de noodzaak voor contrastmiddelen elimineert. Al snel werd ontdekt dat het verschil in signalen tussen verschillende weefsels, d.w.z. Het contrast van de MR-afbeelding kan aanzienlijk worden verbeterd door contrastmedia. Toen het eerste MP-contrastmedium (met paramagnetische gadoliniumionen) commercieel verkrijgbaar werd, nam de diagnostische informatie van MRI aanzienlijk toe. De essentie van het MR-contrastmiddel is om de magnetische parameters van de protonen van weefsels en organen te veranderen, d.w.z. Verander de relaxatietijd (TR) van T1- en T2-protonen. Tot op heden zijn er verschillende classificaties van MP-contrastmiddelen (of beter gezegd contrastmiddelen - CA).

Door het overheersende effect op de relaxatietijd van de MR-Cadel op:

• T1-KA, die T1 verkorten en daardoor de intensiteit van het MP-signaal van de weefsels verhogen. Ze worden ook positieve SC genoemd.
• T2-KA, waarmee T2 wordt verkort, waardoor de intensiteit van het MR-signaal wordt verminderd. Dit is een negatieve SC.

Afhankelijk van de magnetische eigenschappen van de MR-SC zijn verdeeld in paramagnetische en superparamagnetische:

[16], [17], [18], [19], [20]

Paramagnetische contrastmedia

Paramagnetische eigenschappen zijn bezeten door atomen met een of meer ongepaarde elektronen. Dit zijn magnetische ionen van gadolinium (Gd), chroom, nikkel, ijzer en ook mangaan. Gadoliniumverbindingen werden klinisch het meest algemeen gebruikt. Het contrasterende effect van gadolinium is te wijten aan het verkorten van de relaxatietijd T1 en T2. In lage doses overheerst de invloed op T1, die de intensiteit van het signaal verhoogt. In hoge doses overheerst het effect op T2 met een afname in signaalintensiteit. Paramagnetische parameters worden nu het meest gebruikt in de klinische diagnostische praktijk.

Superparamagnetische contrastmedia

Het overheersende effect van superparamagnetisch ijzeroxide is de afknotting van T2-relaxatie. Naarmate de dosis wordt verhoogd, neemt de intensiteit van het signaal af. Aan deze groep ruimtevaartuigen kunnen worden toegeschreven en ferromagnetische satellieten, waaronder ferromagnetische ijzeroxiden die qua structuur vergelijkbaar zijn met magnetietferriet (Fe ²⁺ OFe ₂ ³⁺ 0 ₃ ).

De volgende classificatie is gebaseerd op de farmacokinetiek van de CA (Sergeev, V.V., Isoavt., 1995):

• extracellulair (weefselspecifiek);
• maagdarmkanaal;
• organotroop (weefselspecifiek);
• macromoleculair, die worden gebruikt om de vasculaire ruimte te bepalen.

In Oekraïne zijn vier MR-CA's bekend, die extracellulaire in water oplosbare paramagnetische SC's zijn, waarvan gadodiamide en gadopentetic zuur op grote schaal worden gebruikt. De resterende SC-groepen (2-4) ondergaan een fase van klinische proeven in het buitenland.

Extracellulair in water oplosbaar MP-CA

Internationale naam	Chemische formule	Structuur
Gadopentetic zuur	Gadolinium dimeglumina diethyleentriaminepentaacetaat ((NMG) 2Gd-DTPA)	Lineair, ionisch
Zure gadoterovaya	(NMG) Gd-DOTA	Cyclisch, ionisch
Gadodiamid	Gadolinium diethyleentriaminepentaacetaat-bis-methylamide (Gd-DTPA-BMA)	Lineair, niet-ionisch
Gadotyeridol	Gd-HP-D03A	Cyclisch, niet-ionisch

Extracellulair ruimtevaartuig wordt intraveneus toegediend, 98% ervan wordt uitgescheiden door de nieren, dringt niet door de bloed-hersenbarrière, heeft een lage toxiciteit en behoort tot de paramagnetische groep.

Contra-indicaties voor MRI

Absolute contra-indicaties omvatten de omstandigheden waaronder het onderzoek levensbedreigende patiënten betreft. Bijvoorbeeld, de aanwezigheid van implantaten, die worden geactiveerd door elektronische, magnetische of mechanische middelen, zijn voornamelijk kunstmatige pacemakers. De invloed van RF-straling van de MR-scanner kan de werking van de stimulator die in het querysysteem werkt verstoren, omdat veranderingen in magnetische velden cardiale activiteit kunnen nabootsen. De magnetische aantrekking kan er ook voor zorgen dat de stimulator in het nest beweegt en de elektroden beweegt. Bovendien creëert het magnetisch veld obstakels voor de werking van de ferromagnetische of elektronische implantaten van het middenoor. De aanwezigheid van kunstmatige hartkleppen vertegenwoordigt een gevaar en is alleen een absolute contra-indicatie bij onderzoek op MR-scanners met hoog veld en ook als klinisch wordt aangenomen dat de klep is beschadigd. Absolute contra-indicaties voor het onderzoek ook betrekking aanwezigheid van kleine metalen chirurgisch implantaat (hemostatische clips) in het centrale zenuwstelsel vanwege hun verplaatsing als gevolg van de magnetische aantrekking bloedingen. Hun aanwezigheid in andere delen van het lichaam is minder een bedreiging, omdat na de behandeling fibrose en inkapseling van de klemmen helpen hen in een stabiele toestand te houden. Naast het potentiële gevaar veroorzaakt de aanwezigheid van metalen implantaten met magnetische eigenschappen echter in elk geval artefacten die problemen veroorzaken bij het interpreteren van de resultaten van het onderzoek.

Contra-indicaties voor MRI

Absolute:	Relatieve:
Pacemakers	Andere stimulerende middelen (insulinepompen, zenuwstimulatoren)
Ferromagnetische of elektronische implantaten van het middenoor	Niet-ferromagnetische implantaten van het binnenoor, prothetische hartkleppen (in hoge velden, met vermoedelijke disfunctie)
Hemostatische klemmen van hersenvaten	Hemostatische klemmen van andere lokalisatie, gedecompenseerd hartfalen, zwangerschap, claustrofobie, de behoefte aan fysiologische monitoring

Tot relatieve contra-indicaties, naast het bovenstaande, behoren ook gedecompenseerde hartfalen, de noodzaak voor fysiologische monitoring (mechanische ventilatie, elektrische infusiepompen). Claustrofobie is een belemmering voor onderzoek in 1-4% van de gevallen. Het kan enerzijds worden overwonnen door apparaten met open magneten aan de andere kant te gebruiken - een gedetailleerde uitleg van het apparaat en het verloop van de enquête. Bewijs van het schadelijke effect van MRI op het embryo of de foetus wordt niet verkregen, maar het wordt aanbevolen om MRI te vermijden in het eerste trimester van de zwangerschap. Het gebruik van MRI tijdens de zwangerschap is aangewezen in gevallen waarin andere niet-ioniserende methoden voor diagnostische beeldvorming geen bevredigende informatie bieden. MRI vereist een grotere deelname aan de patiënt is dan computertomografie, zoals beweging van de patiënt tijdens de test is veel sterkere invloed op de beeldkwaliteit, zodat het onderzoek bij patiënten met acute aandoeningen, een verminderd bewustzijn, spastische toestanden, dementie, evenals kinderen is vaak moeilijk.

[21], [22], [23], [24], [25], [26]