Магнитно-резонансная томография

редактировать
«МРТ» перенаправляется сюда. Для использования в других целях, см МРТ (значения).

Магнитно-резонансная томография
Файл: Structural MRI animation.ogv Воспроизвести медиа Парасагиттальная МРТ головы с артефактами наложения спектров (нос и лоб появляются на затылке)
Синонимы ядерно-магнитно-резонансная томография (ЯМРТ), магнитно-резонансная томография (МРТ)
МКБ-9-СМ 88,91
MeSH D008279
MedlinePlus 003335

Магнитно-резонансная томография ( МРТ) - это метод медицинской визуализации, используемый в радиологии для формирования изображений анатомии и физиологических процессов тела. Сканеры МРТ используют сильные магнитные поля, градиенты магнитного поля и радиоволны для создания изображений органов тела. МРТ не включает рентгеновские лучи или использование ионизирующего излучения, что отличает его от компьютерной томографии и ПЭТ. МРТ является медицинским применением из ядерного магнитного резонанса (ЯМР), который также может быть использован для получения изображений в других приложениях ЯМРА, такие как ЯМР - спектроскопия.

МРТ широко используется в больницах и клиниках для медицинской диагностики, определения стадии и последующего наблюдения за заболеванием. По сравнению с КТ, МРТ обеспечивает лучший контраст изображений мягких тканей, например, головного мозга или брюшной полости. Однако пациенты могут воспринимать это как менее комфортное из-за того, что измерения обычно выполняются дольше и громче, когда объект находится в длинной ограничивающей трубке. Кроме того, имплантаты и другой несъемный металл в организме могут представлять опасность и могут лишить некоторых пациентов возможности безопасно пройти МРТ.

Первоначально МРТ называлась ЯМРТ (ядерная магнитно-резонансная томография), но от «ядерной» отказались, чтобы избежать негативных ассоциаций. Некоторые атомные ядра способны поглощать радиочастотную энергию при помещении во внешнее магнитное поле ; Результирующая развивающаяся спиновая поляризация может индуцировать РЧ- сигнал в радиочастотной катушке и, таким образом, быть обнаружена. В клинической и исследовательской МРТ атомы водорода чаще всего используются для создания макроскопической поляризации, которую обнаруживают антенны, расположенные близко к обследуемому объекту. Атомы водорода естественным образом присутствуют в изобилии у людей и других биологических организмов, особенно в воде и жире. По этой причине большинство снимков МРТ, по сути, отображают расположение воды и жира в организме. Импульсы радиоволн возбуждают ядерный спиновый энергетический переход, а градиенты магнитного поля локализуют поляризацию в пространстве. Изменяя параметры последовательности импульсов, можно создавать различные контрасты между тканями на основе релаксационных свойств атомов водорода в них.

С момента своего развития в 1970-х и 1980-х годах МРТ зарекомендовала себя как универсальный метод визуализации. Хотя МРТ наиболее широко используется в диагностической медицине и биомедицинских исследованиях, ее также можно использовать для формирования изображений неживых объектов. Диффузионная МРТ и функциональная МРТ расширяют возможности МРТ для захвата нейрональных трактов и кровотока соответственно в нервной системе в дополнение к подробным пространственным изображениям. Устойчивый рост спроса на МРТ в системах здравоохранения вызывает опасения по поводу экономической эффективности и гипердиагностики.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Механизм
    • 1.1 Строительство и физика
    • 1.2 Т1 и Т2
  • 2 Диагностика
    • 2.1 Использование органом или системой
      • 2.1.1 Нейровизуализация
      • 2.1.2 Сердечно-сосудистая система
      • 2.1.3 Скелетно-мышечный
      • 2.1.4 Печень и желудочно-кишечный тракт
      • 2.1.5 Ангиография
    • 2.2 Контрастные вещества
    • 2.3 Последовательности
      • 2.3.1 Обзорная таблица
    • 2.4 Другие специализированные конфигурации
      • 2.4.1 Магнитно-резонансная спектроскопия
      • 2.4.2 МРТ в реальном времени
      • 2.4.3 Интервенционная МРТ
      • 2.4.4 Сфокусированный ультразвук под магнитным резонансом
      • 2.4.5 Многоядерная визуализация
      • 2.4.6 Молекулярная визуализация с помощью МРТ
      • 2.4.7 Параллельная МРТ
  • 3 Безопасность
    • 3.1 Чрезмерное использование
  • 4 Артефакта
  • 5 Немедицинское использование
  • 6 История
  • 7 См. Также
  • 8 ссылки
  • 9 Дальнейшее чтение
  • 10 Внешние ссылки

Механизм

Строительство и физика

Основная статья: Физика магнитно-резонансной томографии Схема построения цилиндрического сверхпроводящего MR сканера

В большинстве медицинских приложений ядра водорода, состоящие исключительно из протона, находящиеся в тканях, создают сигнал, который обрабатывается для формирования изображения тела с точки зрения плотности этих ядер в определенной области. Учитывая, что на протоны действуют поля других атомов, с которыми они связаны, можно отделить реакции от водорода в определенных соединениях. Чтобы выполнить исследование, человека помещают в МРТ-сканер, который формирует сильное магнитное поле вокруг области, которую необходимо отобразить. Сначала к пациенту временно прикладывается энергия колеблющегося магнитного поля на соответствующей резонансной частоте. Сканирование с помощью градиентных катушек X и Y заставляет выбранную область пациента испытывать точное магнитное поле, необходимое для поглощения энергии. Эти возбужденные атомы излучают радиочастотный сигнал (РЧ), который измеряется с помощью приемной катушки. Радиочастотный сигнал может обрабатываться для получения информации о местоположении путем изучения изменений уровня и фазы радиочастоты, вызванных изменением местного магнитного поля с использованием градиентных катушек. Поскольку эти катушки быстро переключаются во время возбуждения и отклика для выполнения сканирования движущихся линий, они создают характерный повторяющийся шум сканирования МРТ, поскольку обмотки слегка перемещаются из-за магнитострикции. Контраст между различными тканями определяется скоростью, с которой возбужденные атомы возвращаются в состояние равновесия. Человеку могут быть назначены экзогенные контрастные вещества, чтобы сделать изображение более четким.

Основными компонентами сканера МРТ являются основной магнит, который поляризует образец, регулировочные катушки для коррекции сдвигов однородности основного магнитного поля, градиентная система, которая используется для локализации сканируемой области, и радиочастотная система, который возбуждает образец и детектирует результирующий сигнал ЯМР. Вся система контролируется одним или несколькими компьютерами.

Передвижной аппарат МРТ в Центре здоровья Глебфилдс, Типтон, Англия

Для МРТ требуется сильное и однородное магнитное поле с точностью до нескольких миллионных долей по всему объему сканирования. Напряженность поля магнита измеряется в теслах - и хотя большинство систем работают при 1,5 Тл, коммерческие системы доступны между 0,2 и 7 Тл. Большинство клинических магнитов являются сверхпроводящими магнитами, которым требуется жидкий гелий, чтобы сохранять их очень холодными. Более низкая напряженность поля может быть достигнута с помощью постоянных магнитов, которые часто используются в «открытых» МРТ-сканерах для пациентов с клаустрофобией. Более низкие значения напряженности поля также используются в портативном МРТ- сканере, одобренном FDA в 2020 году. Недавно МРТ была продемонстрирована также в сверхмалых полях, то есть в диапазоне микротесла-миллитесла, где достаточное качество сигнала стало возможным благодаря предварительная поляризация (порядка 10–100 мТл) и измерение полей ларморовской прецессии на уровне около 100 микротесла с помощью высокочувствительных сверхпроводящих устройств квантовой интерференции ( SQUID ).

Т1 и Т2

Дополнительная информация: релаксация (ЯМР) Влияние TR и TE на сигнал MR Примеры T1-взвешенных, T2-взвешенных и PD-взвешенных МРТ-сканирований

Каждая ткань возвращается в свое равновесное состояние после возбуждения независимыми релаксационными процессами T1 ( спин-решетка ; то есть намагниченность в том же направлении, что и статическое магнитное поле) и T2 ( спин-спин ; поперек статического магнитного поля). Чтобы создать T1-взвешенное изображение, намагниченность может восстановиться перед измерением MR-сигнала путем изменения времени повторения (TR). Это взвешивание изображения полезно для оценки коры головного мозга, выявления жировой ткани, характеристики очаговых поражений печени и в целом для получения морфологической информации, а также для постконтрастной визуализации. Чтобы создать T2-взвешенное изображение, намагниченность может уменьшиться перед измерением MR-сигнала путем изменения времени эхо-сигнала (TE). Это взвешивание изображения полезно для обнаружения отека и воспаления, выявления поражений белого вещества и оценки зональной анатомии предстательной железы и матки.

Стандартное отображение изображений МРТ - это представление характеристик жидкости на черно-белых изображениях, на которых разные ткани выглядят следующим образом:

Сигнал T1-взвешенный T2-взвешенный
Высокий
Средний Серое вещество темнее белого вещества Белое вещество темнее серого вещества
Низкий

Диагностика

Использование органом или системой

Положение пациента для МРТ-исследования головы и живота

МРТ имеет широкий спектр применения в медицинской диагностике, и, по оценкам, во всем мире используется более 25 000 сканеров. МРТ влияет на диагностику и лечение многих специальностей, хотя влияние на улучшение состояния здоровья в некоторых случаях оспаривается.

МРТ является исследованием выбора в предоперационной постановке на ректальный и рак простаты, и играет важную роль в диагностике, постановке и последующее других опухолей, а также для определения областей ткани для отбора проб в Biobanking.

Нейровизуализация

Основная статья: Магнитно-резонансная томография головного мозга См. Также: Нейровизуализация. МРТ диффузионно-тензорная визуализация трактов белого вещества

МРТ - предпочтительный инструмент для исследования неврологического рака по сравнению с КТ, поскольку он предлагает лучшую визуализацию задней черепной ямки, содержащей ствол мозга и мозжечок. Контраст между серым и белым веществом делает МРТ лучшим выбором при многих состояниях центральной нервной системы, включая демиелинизирующие заболевания, деменцию, цереброваскулярные заболевания, инфекционные заболевания, болезнь Альцгеймера и эпилепсию. Поскольку многие изображения делаются с интервалом в миллисекунды, они показывают, как мозг реагирует на различные стимулы, что позволяет исследователям изучать как функциональные, так и структурные аномалии мозга при психологических расстройствах. МРТ также используется в управляемой стереотаксической хирургии и радиохирургии для лечения внутричерепных опухолей, артериовенозных мальформаций и других хирургически поддающихся лечению состояний с использованием устройства, известного как N-локализатор.

Сердечно-сосудистые

Основная статья: Магнитно-резонансная томография сердца МР-ангиограмма при врожденном пороке сердца

МРТ сердца дополняет другие методы визуализации, такие как эхокардиография, КТ сердца и ядерная медицина. Его можно использовать для оценки структуры и функции сердца. Его приложения включают оценку ишемии и жизнеспособности миокарда, кардиомиопатий, миокардита, перегрузки железом, сосудистых заболеваний и врожденных пороков сердца.

Опорно-двигательного аппарата

Применения для опорно-двигательного аппарата включают визуализацию позвоночника, оценку заболеваний суставов и опухолей мягких тканей. Кроме того, методы МРТ могут использоваться для диагностической визуализации системных заболеваний мышц, включая генетические заболевания мышц.

Печень и желудочно-кишечный тракт

МРТ гепатобилиарной системы используется для выявления и характеристики поражений печени, поджелудочной железы и желчных протоков. Очаговые или диффузные нарушения печени могут быть оценены с использованием диффузионно-взвешенных, противофазных изображений и последовательностей динамического усиления контраста. Внеклеточные контрастные вещества широко используются при МРТ печени, а новые гепатобилиарные контрастные вещества также дают возможность выполнять функциональную визуализацию желчных путей. Анатомическая визуализация желчных протоков достигается с помощью сильно взвешенной по Т2 последовательности в магнитно-резонансной холангиопанкреатографии (MRCP). Функциональная визуализация поджелудочной железы выполняется после введения секретина. МР-энтерография обеспечивает неинвазивную оценку воспалительных заболеваний кишечника и опухолей тонкой кишки. МР-колонография может играть роль в обнаружении больших полипов у пациентов с повышенным риском колоректального рака.

Ангиография

Магнитно-резонансная ангиография Основная статья: Магнитно-резонансная ангиография

Магнитно-резонансная ангиография (МРА) генерирует изображения артерий для оценки их на стеноз (аномальное сужение) или аневризмы (расширение стенки сосуда с риском разрыва). МРА часто используется для оценки артерий шеи и головного мозга, грудной и брюшной аорты, почечных артерий и ног (так называемый «сток»). Для создания изображений можно использовать различные методы, такие как введение парамагнитного контрастного вещества ( гадолиния ) или использование техники, известной как «усиление, связанное с потоком» (например, 2D и 3D последовательности времени пролета), где Большая часть сигнала на изображении связана с кровью, которая недавно переместилась в эту плоскость (см. также МРТ со вспышкой ).

Для простого и точного построения карт скорости потока также можно использовать методы, включающие накопление фазы (известное как фазово-контрастная ангиография). Магнитно-резонансная венография (MRV) - аналогичная процедура, которая используется для визуализации вен. В этом методе ткань теперь возбуждается ниже, в то время как сигнал собирается в плоскости, непосредственно выше плоскости возбуждения, таким образом визуализируя венозную кровь, которая недавно переместилась из плоскости возбуждения.

Контрастные вещества

МРТ для визуализации анатомических структур или кровотока не требует контрастных веществ, поскольку различные свойства тканей или крови обеспечивают естественные контрасты. Однако для более конкретных типов визуализации экзогенные контрастные вещества могут вводиться внутривенно, перорально или внутрисуставно. Наиболее часто используемые внутривенные контрастные агенты основаны на хелатах от гадолиния. В целом эти агенты оказались более безопасными, чем йодсодержащие контрастные агенты, используемые в рентгеновской радиографии или компьютерной томографии. Анафилактоидные реакции возникают редко, прибл. 0,03–0,1%. Особый интерес представляет более низкая частота нефротоксичности по сравнению с йодсодержащими агентами при применении в обычных дозах - это сделало МРТ с контрастным усилением вариантом для пациентов с почечной недостаточностью, которые в противном случае не смогли бы пройти КТ с контрастным усилением.

Контрастные реагенты на основе гадолиния обычно представляют собой октадентатные комплексы гадолиния (III). Комплекс очень стабилен (log Kgt; 20), так что при использовании концентрация не входящих в комплекс ионов Gd 3+ должна быть ниже предела токсичности. Девятое место в координационной сфере иона металла занимает молекула воды, которая быстро обменивается с молекулами воды в непосредственном окружении молекулы реагента, влияя на время релаксации магнитного резонанса. Подробнее см. Контрастное вещество для МРТ.

В декабре 2017 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) США объявило в сообщении о безопасности лекарств, что новые предупреждения должны быть включены во все контрастные вещества на основе гадолиния (GBCA). Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов также призвало повысить уровень просвещения пациентов и потребовать от поставщиков гадолиниевых контрастных веществ проводить дополнительные исследования на животных и клинические исследования для оценки безопасности этих агентов. Хотя агенты гадолиния оказались полезными для пациентов с почечной недостаточностью, у пациентов с тяжелой почечной недостаточностью, требующих диализа, существует риск редкого, но серьезного заболевания, нефрогенного системного фиброза, который может быть связан с использованием определенных агентов, содержащих гадолиний. Наиболее часто связываемым является гадодиамид, но также были связаны и другие агенты. Хотя причинно-следственная связь окончательно не установлена, в настоящее время в США действуют правила, согласно которым пациенты на диализе должны получать препараты гадолиния только там, где это необходимо, и что диализ следует проводить как можно скорее после сканирования, чтобы быстро удалить агент из организма.

В Европе, где доступно больше агентов, содержащих гадолиний, была выпущена классификация агентов в соответствии с потенциальными рисками. В 2008 году для диагностического использования был одобрен новый контрастный агент под названием гадоксетат под торговой маркой Eovist (США) или Primovist (ЕС): теоретическое преимущество заключается в двойном пути выведения.

Последовательности

Основная статья: последовательности МРТ

Последовательность МРТ - это особая настройка радиочастотных импульсов и градиентов, приводящая к определенному внешнему виду изображения. T1 и T2 весовой также может быть описана как МРТ последовательностей.

Обзорная таблица

edit Эта таблица не включает необычные и экспериментальные последовательности.

Группа Последовательность Сокр. Физика Основные клинические отличия Пример
Спин-эхо T1 взвешенный Т1 Измерение спин-решеточной релаксации с использованием короткого времени повторения (TR) и времени эха (TE).

Стандартный фундамент и сравнение для других последовательностей

T1-weighted-MRI.png
Т2 взвешенный Т2 Измерение спин-спиновой релаксации с использованием длинных времен TR и TE
  • Чем выше сигнал, тем больше воды
  • Низкий сигнал для жира - обратите внимание, что это относится только к стандартным последовательностям спин-эхо (SE), а не к более современной последовательности быстрого спин-эхо (FSE) (также называемой турбо-спин-эхо, TSE), которая является наиболее часто используемой техникой на сегодняшний день.. В FSE / TSE жир будет иметь высокий сигнал.
  • Низкий сигнал для парамагнитных веществ

Стандартный фундамент и сравнение для других последовательностей

Нормальное аксиальное Т2-взвешенное МРТ головного мозга. Jpg
Взвешенная плотность протонов PD Длинный TR (для уменьшения T1) и короткий TE (для минимизации T2). Заболевания и травмы суставов. МРТ протонной плотности медиального разрыва мениска 2 степени.jpg
Градиентное эхо (GRE) Установившаяся свободная прецессия SSFP Поддержание постоянного остаточного поперечного намагничивания в течение последовательных циклов. Создание видео МРТ сердца (на фото). Четырехкамерная магнитно-резонансная томография сердечно-сосудистой системы.gif
Эффективный Т2 или «Т2-звезда» Т2 * Испорченный градиент напомнил эхо (GRE) с большим временем эхо и малым углом переворота Низкий сигнал от отложений гемосидерина (на фото) и кровоизлияний. Эффективная Т2-взвешенная МРТ отложений гемосидерина после субарахноидального кровоизлияния.png
Взвешенная восприимчивость SWI Испорченный градиент вызванный эхо (GRE), полная компенсация потока, длительное время эхо, объединяет фазовое изображение с изображением амплитуды Обнаружение небольшого кровотечения (на фото диффузное повреждение аксонов ) или наличия кальция. Визуализация с взвешиванием восприимчивости (SWI) при диффузном повреждении аксонов.jpg
Инверсионное восстановление Восстановление инверсии короткого тау ПОМЕШИВАТЬ Подавление жира путем установки времени инверсии, при котором сигнал жира равен нулю. Высокий сигнал при отеке, например, при более тяжелом стрессовом переломе. На фото изображены шины на голени: Шинсплинт-мрт (обрезка).jpg
Восстановление инверсии с ослаблением жидкости FLAIR Подавление жидкости путем установки времени инверсии, которое обнуляет жидкости Высокий сигнал при лакунарном инфаркте, бляшках рассеянного склероза (МС), субарахноидальном кровоизлиянии и менингите (на фото). FLAIR МРТ менингита.jpg
Восстановление с двойной инверсией DIR Одновременное подавление спинномозговой жидкости и белого вещества на два инверсии времени. Высокий сигнал бляшек рассеянного склероза (на фото). Аксиальная DIR МРТ головного мозга с поражением рассеянным склерозом.jpg
Взвешенная диффузия ( DWI) Общепринятый DWI Мера броуновского движения молекул воды. Высокий сигнал в течение нескольких минут после инфаркта головного мозга (на фото). Инфаркт мозга через 4 часа на DWI MRI.jpg
Кажущийся коэффициент диффузии АЦП Уменьшение веса T2 за счет получения нескольких обычных изображений DWI с разными весами DWI, изменение соответствует диффузии. Низкий сигнал через несколько минут после инфаркта головного мозга (на фото). Инфаркт мозга через 4 часа на ADC MRI.jpg
Тензор диффузии DTI В основном трактография (на фото) за счет общего большего броуновского движения молекул воды в направлениях нервных волокон. Соединения белого вещества, полученные с помощью МРТ-трактографии.png
Взвешенная перфузия ( PWI) Контраст динамической восприимчивости DSC Измеряет изменения во времени в потере сигнала, вызванной восприимчивостью, из-за введения контраста гадолиния. Tmax по данным перфузии МРТ при окклюзии церебральной артерии.jpg
Маркировка артериального спина ASL Магнитная маркировка артериальной крови под пластиной изображения, которая впоследствии попадает в интересующую область. Не требует гадолиниевого контраста.
Повышенная динамическая контрастность DCE Измеряет изменения во времени в сокращении спин-решеточной релаксации (T1), вызванной болюсом гадолиниевого контраста. Более быстрое поглощение контраста Gd наряду с другими особенностями указывает на злокачественность (на фото). Грудь dce-mri.jpg
Функциональная МРТ ( фМРТ) Визуализация в зависимости от уровня кислорода в крови ЖИРНЫЙ Изменения магнетизма гемоглобина, зависящие от насыщения кислородом, отражают активность ткани. Локализация мозговой активности от выполнения поставленной задачи (например, разговора, движения пальцев) до операции, также используется в исследованиях познания. 1206 FMRI.jpg
Магнитно-резонансная ангиография ( МРА) и венография Время полета TOF Кровь, поступающая в визуализируемую область, еще не является магнитно-насыщенной, что дает гораздо более сильный сигнал при использовании короткого времени эхо-сигнала и компенсации потока. Обнаружение аневризмы, стеноза или расслоения Mra-mip.jpg
Фазово-контрастная магнитно-резонансная томография ПК-MRA Два градиента с одинаковой величиной, но противоположным направлением, используются для кодирования фазового сдвига, который пропорционален скорости вращения. Обнаружение аневризмы, стеноза или расслоения (на фото). Чрезвычайно заниженная выборка изотропной реконструкции проекции (VIPR) Фазово-контрастная (ПК) последовательность МРТ артериальных диссекций.jpg ( VIPR )

Другие специализированные конфигурации

Магнитно-резонансная спектроскопия

Основные статьи: In vivo магнитно-резонансная спектроскопия и ядерная магнитно-резонансная спектроскопия

Магнитно-резонансная спектроскопия (MRS) используется для измерения уровней различных метаболитов в тканях организма, что может быть достигнуто с помощью различных методов на основе одного вокселя или визуализации. Сигнал MR создает спектр резонансов, который соответствует разному расположению молекул "возбужденного" изотопа. Эта сигнатура используется для диагностики определенных метаболических нарушений, особенно затрагивающих мозг, и для получения информации о метаболизме опухоли.

Магнитно-резонансная спектроскопическая визуализация (MRSI) сочетает в себе методы спектроскопии и визуализации для получения пространственно локализованных спектров внутри образца или пациента. Пространственное разрешение намного ниже (ограничено доступным SNR ), но спектры в каждом вокселе содержат информацию о многих метаболитах. Поскольку доступный сигнал используется для кодирования пространственной и спектральной информации, MRSI требует высокого отношения сигнал / шум, достижимого только при более высоких значениях напряженности поля (3 Тл и выше). Высокая стоимость приобретения и обслуживания МРТ с чрезвычайно высокой напряженностью поля снижает их популярность. Однако недавние программные алгоритмы на основе сжатого зондирования ( например, SAMV ) были предложены для достижения сверхвысокого разрешения, не требуя такой высокой напряженности поля.

МРТ в реальном времени

Файл: МРТ в реальном времени - Thorax.ogv Воспроизвести медиа МРТ сердца человека в реальном времени с разрешением 50 мс Основная статья: МРТ в реальном времени

МРТ в реальном времени - это непрерывная визуализация движущихся объектов (например, сердца) в реальном времени. Одна из множества различных стратегий, разработанных с начала 2000-х годов, основана на радиальной флэш-магнитно-резонансной томографии и итеративной реконструкции. Это дает временное разрешение 20–30 мс для изображений с разрешением в плоскости 1,5–2,0 мм. Визуализация со сбалансированной установившейся свободной прецессией (bSSFP) дает лучший контраст изображения между пулом крови и миокардом, чем МРТ со вспышкой, но при сильной неоднородности B0 она вызывает серьезные артефакты полосатости. МРТ в реальном времени может добавить важную информацию о заболеваниях сердца и суставов и во многих случаях может сделать МРТ-исследования более легкими и комфортными для пациентов, особенно для пациентов, которые не могут задерживать дыхание или страдают аритмией.

Интервенционная МРТ

Основная статья: Интервенционная магнитно-резонансная томография

Отсутствие вредного воздействия на пациента и оператора делает МРТ хорошо подходящим для интервенционной радиологии, когда изображения, полученные с помощью сканера МРТ, позволяют проводить минимально инвазивные процедуры. В таких процедурах не используются ферромагнитные инструменты.

Специализированным растущим подмножеством интервенционной МРТ является интраоперационная МРТ, при которой МРТ используется в хирургии. Некоторые специализированные системы МРТ позволяют получать изображения одновременно с хирургической процедурой. Как правило, хирургическая процедура временно прерывается, чтобы МРТ могла оценить успех процедуры или направить последующую хирургическую работу.

Сфокусированный ультразвук под магнитным резонансом

При управляемой терапии лучи сфокусированного ультразвука высокой интенсивности (HIFU) фокусируются на ткани, что контролируется с помощью тепловизора МРТ. Из-за высокой энергии в фокусе температура поднимается выше 65 ° C (150 ° F), что полностью разрушает ткань. Эта технология позволяет добиться точной абляции пораженных тканей. МРТ обеспечивает трехмерное изображение целевой ткани, позволяя точно фокусировать энергию ультразвука. МРТ обеспечивает количественные тепловые изображения обработанной области в реальном времени. Это позволяет врачу гарантировать, что температура, генерируемая во время каждого цикла ультразвуковой энергии, достаточна для термической абляции в желаемой ткани и, если нет, адаптировать параметры для обеспечения эффективного лечения.

Многоядерная визуализация

Смотрите также: Гелий-3 § Медицинская визуализация

Водород имеет наиболее часто отображаемое ядро при МРТ, потому что он присутствует в биологических тканях в большом количестве и потому, что его высокое гиромагнитное отношение дает сильный сигнал. Однако любое ядро ​​с чистым ядерным спином потенциально может быть визуализировано с помощью МРТ. К таким ядрам относятся гелий-3, литий-7, углерод-13, фтор- 19, кислород-17, натрий- 23, фосфор -31 и ксенон-129. 23 Na и 31 P естественным образом присутствуют в организме, поэтому их можно визуализировать напрямую. Газообразные изотопы, такие как 3 He или 129 Xe, должны быть гиперполяризованы, а затем вдыхаться, поскольку их ядерная плотность слишком мала, чтобы давать полезный сигнал в нормальных условиях. 17 O и 19 F можно вводить в достаточных количествах в жидкой форме (например, 17 O- вода), что гиперполяризация не является необходимостью. Преимущество использования гелия или ксенона заключается в уменьшении фонового шума и, следовательно, повышении контрастности самого изображения, поскольку эти элементы обычно не присутствуют в биологических тканях.

Более того, ядро ​​любого атома, имеющего чистый ядерный спин и связанного с атомом водорода, потенциально может быть отображено с помощью МРТ с переносом гетероядерной намагниченности, которое будет отображать ядро ​​водорода с высоким гиромагнитным отношением вместо ядра с низким гиромагнитным отношением. который связан с атомом водорода. В принципе, МРТ с переносом гетероядерной намагниченности может использоваться для обнаружения наличия или отсутствия определенных химических связей.

В настоящее время многоядерная визуализация - это, прежде всего, метод исследования. Однако потенциальные применения включают функциональную визуализацию и визуализацию органов, которые плохо видны на 1- часовой МРТ (например, легких и костей) или в качестве альтернативных контрастных агентов. Вдыхаемый гиперполяризованный 3 He можно использовать для визуализации распределения воздушных пространств в легких. Растворы для инъекций, содержащие 13 C или стабилизированные пузырьки гиперполяризованного 129 Xe, были изучены в качестве контрастных агентов для ангиографии и визуализации перфузии. 31 P потенциально может предоставить информацию о плотности и структуре костей, а также функциональную визуализацию мозга. Многоядерная визуализация позволяет составить карту распределения лития в головном мозге человека, этот элемент находит применение в качестве важного лекарства для людей с такими состояниями, как биполярное расстройство.

Молекулярная визуализация с помощью МРТ

Основная статья: Молекулярная визуализация

МРТ имеет преимущества очень высокого пространственного разрешения и очень хорошо подходит для морфологической и функциональной визуализации. Однако у МРТ есть несколько недостатков. Во-первых, чувствительность МРТ составляет примерно от 10 -3 моль / л до 10 -5 моль / л, что по сравнению с другими типами изображений может быть очень ограничивающим фактором. Эта проблема проистекает из того факта, что разность населенностей между состояниями ядерного спина очень мала при комнатной температуре. Например, при 1,5 тесла, типичной напряженности поля для клинической МРТ, разница между состояниями высокой и низкой энергии составляет примерно 9 молекул на 2 миллиона. Улучшения для увеличения чувствительности МР включают увеличение напряженности магнитного поля и гиперполяризации за счет оптической накачки или динамической ядерной поляризации. Также существует множество схем усиления сигнала, основанных на химическом обмене, которые увеличивают чувствительность.

Чтобы получить молекулярную визуализацию биомаркеров болезни с помощью МРТ, требуются целевые контрастные вещества для МРТ с высокой специфичностью и высокой релаксацией (чувствительностью). На сегодняшний день множество исследований было посвящено разработке контрастных агентов для таргетной МРТ для достижения молекулярной визуализации с помощью МРТ. Обычно для достижения нацеливания применялись пептиды, антитела или небольшие лиганды и небольшие белковые домены, такие как аффитела HER-2. Для повышения чувствительности контрастных агентов эти нацеленные фрагменты обычно связывают с контрастными агентами для МРТ с высокой полезной нагрузкой или контрастными агентами для МРТ с высокой релаксацией. Был представлен новый класс гена, нацеленного на контрастные вещества MR, чтобы показать генное действие уникальных белков мРНК и генов факторов транскрипции. Эти новые контрастные вещества могут отслеживать клетки с помощью уникальной мРНК, микроРНК и вируса; тканевая реакция на воспаление в живом мозге. MR сообщает об изменении экспрессии генов с положительной корреляцией с данными анализа TaqMan, оптической и электронной микроскопии.

Параллельная МРТ

Сбор данных МРТ с использованием последовательных приложений градиентов магнитного поля требует времени. Даже для наиболее оптимизированных последовательностей МРТ существуют физические и физиологические ограничения на скорость переключения градиента. Параллельная МРТ позволяет обойти эти ограничения, собирая некоторую часть данных одновременно, а не традиционным последовательным способом. Это достигается с помощью массивов катушек радиочастотных (RF) детекторов, каждая из которых имеет свой «вид» тела. Применяется сокращенный набор шагов градиента, а оставшаяся пространственная информация заполняется путем объединения сигналов от различных катушек на основе их известных шаблонов пространственной чувствительности. Результирующее ускорение ограничено количеством катушек и отношением сигнал / шум (которое уменьшается с увеличением ускорения), но двух-четырехкратное ускорение обычно может быть достигнуто с помощью подходящих конфигураций катушечной матрицы, и были продемонстрированы значительно более высокие ускорения. со специализированными решетками катушек. Параллельная МРТ может использоваться с большинством последовательностей МРТ.

После того, как ряд ранних предложений по использованию массивов детекторов для ускорения визуализации остались практически незамеченными в области МРТ, параллельная визуализация получила широкое развитие и применение после внедрения в 1996-7 гг. Техники одновременного получения пространственных гармоник (SMASH). Методы кодирования чувствительности (SENSE) и обобщенной автокалибровки частично параллельного сбора данных (GRAPPA) являются наиболее распространенными сегодня методами параллельной визуализации. Появление параллельной МРТ привело к обширным исследованиям и разработкам в области реконструкции изображений и конструкции РЧ-катушек, а также к быстрому расширению количества каналов приемника, доступных в коммерческих МР-системах. Параллельная МРТ в настоящее время регулярно используется для МРТ-исследований в широком диапазоне областей тела, а также в клинических или исследовательских целях.

Безопасность

Основная статья: Безопасность магнитно-резонансной томографии

МРТ, как правило, является безопасным методом, хотя травмы могут возникнуть в результате несоблюдения правил техники безопасности или ошибки человека. Противопоказания к МРТ включают большинство кохлеарных имплантатов и кардиостимуляторов, осколки и металлические инородные тела в глазах. Магнитно-резонансная томография во время беременности кажется безопасной, по крайней мере, во втором и третьем триместрах, если проводится без контрастных веществ. Поскольку при МРТ не используется ионизирующее излучение, его использование обычно предпочтительнее, чем КТ, когда любой метод может дать одинаковую информацию. Некоторые пациенты испытывают клаустрофобию, и им может потребоваться седация или более короткие протоколы МРТ. Амплитуда и быстрое переключение градиентных катушек во время получения изображения может вызвать стимуляцию периферических нервов.

В МРТ используются мощные магниты, поэтому магнитные материалы могут двигаться с большой скоростью, что создает опасность поражения снарядами и может привести к несчастным случаям со смертельным исходом. Однако, поскольку ежегодно во всем мире проводятся миллионы МРТ, смертельные случаи крайне редки.

Злоупотребление

Смотрите также: гипердиагностика

Медицинские общества издают рекомендации о том, когда врачи должны использовать МРТ у пациентов, и рекомендуют не злоупотреблять им. МРТ может обнаружить проблемы со здоровьем или подтвердить диагноз, но медицинские сообщества часто рекомендуют, чтобы МРТ не была первой процедурой для создания плана диагностики или лечения жалоб пациента. Распространенным случаем является использование МРТ для поиска причины боли в пояснице ; Американский колледж врачей, например, рекомендует эту процедуру вряд ли приведут к положительному результату для пациента.

Артефакты

Артефакт движения (корональное исследование шейных позвонков T1) Основная статья: артефакт МРТ

MRI артефакт является визуальным артефактом, то есть аномалия при визуальном представлении. Во время магнитно-резонансной томографии (МРТ) может возникнуть множество различных артефактов, некоторые из которых влияют на качество диагностики, а другие могут быть ошибочно приняты за патологию. Артефакты можно разделить на относящиеся к пациенту, зависящие от обработки сигналов и связанные с аппаратным (машинным) оборудованием.

Немедицинское использование

Основная статья: Ядерный магнитный резонанс § Приложения

МРТ используется в промышленности в основном для рутинного анализа химических веществ. Метод ядерного магнитного резонанса также используется, например, для измерения соотношения между водой и жиром в пищевых продуктах, контроля потока агрессивных жидкостей в трубах или для изучения молекулярных структур, таких как катализаторы.

Будучи неинвазивным и не повреждающим, МРТ может использоваться для изучения анатомии растений, их процессов транспортировки воды и водного баланса. Он также применяется в ветеринарной радиологии для диагностических целей. В остальном его использование в зоологии ограничено из-за высокой стоимости; но его можно использовать для многих видов.

В палеонтологии он используется для изучения строения окаменелостей.

Криминалистическая визуализация предоставляет графическую документацию вскрытия, чего не делает ручное вскрытие. КТ-сканирование обеспечивает быструю визуализацию всего тела скелетных и паренхиматозных изменений, тогда как МРТ дает лучшее представление о патологии мягких тканей. Но МРТ дороже и требует больше времени. Более того, качество МРТ ухудшается ниже 10 ° C.

История

Основная статья: История магнитно-резонансной томографии

В 1971 году в Университете Стоуни-Брук Пол Лаутербур применил градиенты магнитного поля во всех трех измерениях и метод обратной проекции для создания изображений ЯМР. Он опубликовал первые изображения двух трубок с водой в 1973 году в журнале Nature, за которыми последовало изображение живого животного, моллюска, а в 1974 году - изображение грудной клетки мыши. Лаутербур назвал свой метод визуализации зеугматографией, термин, который был заменен (N) МРТ. В конце 1970-х физики Питер Мэнсфилд и Пол Лаутербур разработали методы, связанные с МРТ, такие как метод эхопланарной визуализации (EPI).

Достижения в полупроводниковой технологии имели решающее значение для развития практической МРТ, требующей больших вычислительных мощностей. Это стало возможным благодаря быстро растущему количеству транзисторов на одной интегральной микросхеме. Мэнсфилд и Лаутербур были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине 2003 г. за «открытия, касающиеся магнитно-резонансной томографии».

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Ринк П.А. (ред.). «История МРТ». TRTF / EMRF.
  • Юстас SJ, Нельсон E (июнь 2004 г.). «Магнитно-резонансная томография всего тела». BMJ. 328 (7453): 1387–8. DOI : 10.1136 / bmj.328.7453.1387. PMC   421763. PMID   15191954.
  • Сакр, HM; Фахми, N; Эльсайед, Н.С. Abdulhady, H; Эль-Собки Т.А.; Саадави, AM; Beroud, C; Удд, Б (1 июля 2021 г.). «Характеристики МРТ мышц всего тела у детей с врожденной мышечной дистрофией, связанной с LAMA2: новые тенденции». Нервно-мышечные расстройства. DOI : 10.1016 / j.nmd.2021.06.012. PMID   34481707. S2CID   235691786.
  • Пайкетт ИЛ (май 1982 г.). «ЯМР-томография в медицине». Scientific American. 246 (5): 78–88. Bibcode : 1982SciAm.246e..78P. DOI : 10.1038 / Scientificamerican0582-78. PMID   7079720.
  • Саймон М, Мэттсон Дж.С. (1996). Пионеры ЯМР и магнитного резонанса в медицине: история МРТ. Рамат-Ган, Израиль: Издательство Университета Бар-Илан. ISBN   978-0-9619243-1-7.
  • Хааке Э.М., Браун РФ, Томпсон М., Венкатесан Р. (1999). Магнитно-резонансная томография: физические принципы и дизайн последовательности. Нью-Йорк: J. Wiley amp; Sons. ISBN   978-0-471-35128-3.
  • Ли С.К., Ким К., Ким Дж., Ли С., Хан Йи Дж, Ким С.В. и др. (Июнь 2001 г.). «ЯМР-микроскопия с разрешением в один микрометр». Журнал магнитного резонанса. 150 (2): 207–13. Bibcode : 2001JMagR.150..207L. DOI : 10,1006 / jmre.2001.2319. PMID   11384182.
  • Sprawls P (2000). Принципы, методы и методы магнитно-резонансной томографии. Издательство медицинской физики. ISBN   978-0-944838-97-6.
  • Мэнсфилд П. (1982). ЯМР-визуализация в биомедицине: Дополнение 2: достижения в области магнитного резонанса. Эльзевир. ISBN   978-0-323-15406-2.
  • Фукусима E (1989). ЯМР в биомедицине: физические основы. Springer Science amp; Business Media. ISBN   978-0-88318-609-1.
  • Блюмих Б., Кун В. (1992). Магнитно-резонансная микроскопия: методы и приложения в материаловедении, сельском хозяйстве и биомедицине. Вайли. ISBN   978-3-527-28403-0.
  • Блюмер П. (1998). Блюмлер П., Блюмих Б., Ботто Р. Э., Фукусима Э (ред.). Магнитный резонанс с пространственным разрешением: методы, материалы, медицина, биология, реология, геология, экология, оборудование. Wiley-VCH. ISBN   978-3-527-29637-8.
  • Лян З, Лаутербур ПК (1999). Принципы магнитно-резонансной томографии: перспектива обработки сигналов. Вайли. ISBN   978-0-7803-4723-6.
  • Шмитт Ф., Стеллинг М.К., Тернер Р. (1998). Эхо-планарная визуализация: теория, техника и применение. Springer Berlin Heidelberg. ISBN   978-3-540-63194-1.
  • Куперман В (2000). Магнитно-резонансная томография: физические принципы и приложения. Академическая пресса. ISBN   978-0-08-053570-8.
  • Блюмих Б. (2000). ЯМР-визуализация материалов. Кларендон Пресс. ISBN   978-0-19-850683-6.
  • Джин Дж (1998). Электромагнитный анализ и дизайн в магнитно-резонансной томографии. CRC Press. ISBN   978-0-8493-9693-9.
  • Фархат И.А., Белтон П., Уэбб Г.А. (2007). Магнитный резонанс в науке о продуктах питания: от молекул до человека. Королевское химическое общество. ISBN   978-0-85404-340-8.

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2023-12-31 01:25:36
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте