Магнитно-резонансная томография Физические основы Основные методики Принципы семиотики

Ядерно-магнитный резонанс это физическое явление, заключающееся в способности ядер некоторых химических элементов (с полуцелым спином), помещенных в постоянное магнитное поле, поглощать энергию электромагнитных волн (радиоволн) на определенной резонансной частоте

Условия, необходимые для возникновения ядерно-магнитного резонанса ядра химических элементов должны содержать нечетное число нуклонов (например, 1 1 H, 13 6 C, 19 9 F, P) вещество, в ядрах которого индуцируется ЯМР, должно находиться в постоянном магнитном поле высокой напряженности частота электромагнитных волн, на которой происходит ЯМР, должна совпадать с резонансной частотой, зависящей от природы вещества и напряженности постоянного магнитного поля

Ядерно-магнитный резонанс E=hν, ν=γB E=hγB, где E – энергия, поглощаемая ядром атома (Дж), h – постоянная Планка (6, Дж с ), γ – гиромагнитное отношение (MГц/T), B – напряженность внешнего магнитного поля (T). ν (=γB)– ларморова частота, на которой происходит явление ЯМР (MГц)

Гиромагнитное отношение (мера способности ядра атома химического элемента поглощать энергию радиоволн в процессе ЯМР) Ядра атомов Суммарный спинγ (MГц/T) 1H1H1/2 42,58 31 P1/217,25 23 Na3/211,27 13 C1/210,71 19 F1/240,08

Т 1 -релаксация (спин-решеточная релаксация) М z =M 0 (1-e -t/T1 ), где M z – величина магнитного момента вдоль оси Z как функция от времени, M 0 – величина магнитного момента до воздействия радиочастотными импульсами T 1 – время релаксации, постоянное для каждой ткани За время t=Т 1 магнитный момент вдоль оси Z возрастает до 63% от первоначального Т1Т1 63%

Т 2 -релаксация (спин-спиновая релаксация) М xy =M 0 e -t/T2, где M xy – величина магнитного момента как функция от времени, M 0 – величина магнитного момента в плоскости XY во время воздействия радиочастотными импульсами T 2 – время релаксации, постоянное для каждой ткани За время t=Т 2 магнитный момент в плоскости XY снижается до 37% от первоначального Т2Т2 37%37%

Принцип получения изображения в МРТ

Получение Т 1 -взвешенных изображений А – жир, В - жидкость

Получение Т 2 -взвешенных изображений А – жир, В - жидкость

Использование резонансной частоты для получения изображения

Получение двумерного изображения

МР-томографы

Магнитно-резонансные томографы Низкопольные (напряженность магнитного поля 0,02-0,35 Т) Среднепольные (напряженность магнитного поля 0,35- 1,0 Т) Высокопольные (напряженность магнитного поля 1,0 Т и выше – как правило, более 1,5 Т)

Магнитно-резонансные томографы Магнит, создающий постоянное магнитное поле высокой напряженности (для создания эффекта ЯМР) Радиочастотная катушка, генерирующая и принимающая радиочастотные импульсы (поверхностные и объемные) Градиентная катушка (для управления магнитным полем в целях получения МР- срезов) Блок обработки информации (компьютер)

Магнитно-резонансные томографы Типы магнитов Преимущества Недостатки Постоянные 1) низкое энергопотребление 2) низкие эксплуатационные расходы 3) малое поле неуверенного приема 1) ограниченная напряженность поля (до 0,3 Т) 2) высокая масса 3) нет возможности управления полем Резистивные (электромагниты) 1) низкая стоимость 2) низкая масса 3) возможность управления полем 1) высокое энергопотребление 2) ограниченная напряженность поля (до 0,2 Т) 3) большое поле неуверенного приема Сверхпрово- дящие 1) высокая напряженность поля 2) высокая однородность поля 3) низкое энергопотребление 1) высокая стоимость 2) высокие расходы 3) техническая сложность

Преимущества магнитно- резонансной томографии Самая высокая разрешающая способность среди всех методов медицинской визуализации Отсутствие лучевой нагрузки Возможность получения первичных диагностических изображений в разных плоскостях (аксиальной, фронтальной, сагиттальной и др.) Дополнительные возможности (МР-ангиография, трехмерная реконструкция, МРТ с контрастированием и др.)

Недостатки магнитно- резонансной томографии Низкая доступность, высокая стоимость Длительное время МР-сканирования (сложность исследования подвижных структур) Невозможность исследования пациентов с некоторыми металлоконструкциями (ферро- и парамагнитными) Сложность оценки большого объема визуальной информации (граница нормы и патологии)

Основная терминология Гиперинтенсивный сигнал соответствует белым оттенкам черно-белой гаммы (Примеры гиперинтенсивных объектов на Т 2 - взвешенных изображениях – жир, метгемоглобин, жидкость) Гипоинтенсивный сигнал соответствует черным оттенкам черно-белой гаммы (Примеры гипоинтенсивных объектов на Т 1 - взвешенных томограммах – воздух, компактная кость, жидкость)

Т 1 -взвешенные изображения Соответствуют распределению анатомической массы тканей по ходу выбранного среза

Т 2 -взвешенные изображения Определяется преимущественно гидратацией тканей (свободной и связанной H 2 O)

Т 1 и Т 2 -взвешенные изображения Т 1 -взвешенное изображение: ликвор гипоинтенсивный Т 2 -взвешенное изображение: ликвор гиперинтенсивный

Аденома передней доли гипофиза (симптоматическая АГ)

МРТ- контроль нейроэндокринных хирургических операций

Феохромоцитома правого надпочечника

Контрастные вещества для МРТ Парамагнетики – повышают интенсивность МР- сигнала за счет укорочения времени Т 1 -релаксации и являются «позитивными» агентами для контрастирования – внеклеточные (соединения ДТПА, ЭДТА и их производных – с Mn и Gd) – внутриклеточные (Mn-ДПДФ, MnCl 2 ) – рецепторные Суперпарамагнетики – снижают интенсивность МР-сигнала за счет удлинения времени Т 2 - релаксации и являются «негативными» агентами для контрастирования – комплексы и взвеси Fe 2 O 3

Контрастирование парамагнетиками на Т 1 -взвешенных изображениях До контрастирования После контрастирования Gd-ДТПА

Динамическая контрастирования МРТ 0 с 30 с 60 с 90 с 120 с 150 с Динамика накопления Магневиста у пациентки с ангиоэпенди- мамой заднего рога правого желудочка

Динамическая контрастирования МРТ Динамика аккумуляции Магневиста в дифференцированной менингиоме мостомозжечкового угла справа. Слабо-интенсивное прогрессивно нарастающее накопление Магневиста. 0 с 30 с 60 с 90 с 120 с 150 с

Автоматизированный расчет площади поперечного среза артерии Выделение зоны усиленного сигнала (потока крови) – контура сосуда по данным срезов МР-ангиографического исследования МР-ангиография – первичные изображения

МР-ангиография – реконструированные ангиограммы

МР-ангиография при реноваскулярной гипертензии Область фибромускулярной дисплазии правой почечной артерии отмечена звездочкой * Селективная ангиография правой почечной артерии

Спектрограмма нормального головного мозга (белое вещество, лобная доля) NAA - N-ацетиласпартат (2,0 ppm); Cho - холин (3,2 ppm); Сг - креатин (3,03 и 3,94 ppm); ml - миоинозитол (3,56 ppm); Glx - глутамат и глутамин (2,1-2,5 ppm); Lac - лактат (1,32 ppm); Lip - липидный комплекс (0,8, 1,2 ppm).

Магнитно- резонансная томограмма и спектр участка анапластической астроцитомы левой заднелобной- височной области. В спектре - снижение соотношения NAA/Cr, повышение Cho/Cr, значительное увеличение пика Lac

Магнитно- резонансная томограмма и спектр участка менингиомы крыльев основной кости слева. В спектре - высокий пик Cho на фоне практически полной редукции пиков других метаболитов. Пик NAA не определяется

Магнитно- резонансная томограмма и спектр зоны ишемического инсульта (5-е сутки) в бассейне левой среднемозговой артерии. В спектре отмечаются высокий раздвоенный пик Lac, редукция пиков других метаболитов