Diagnosis ng osteoarthritis: magnetic resonance imaging

Ang magnetic resonance imaging (MRI) sa mga nagdaang taon ay naging isa sa mga nangungunang pamamaraan ng di-invasive diagnosis ng osteoarthritis. Mula noong dekada 70, kapag ang mga prinsipyo ng magnetic resonance (MP) ay unang ginamit upang pag-aralan ang katawan ng tao, hanggang ngayon ang paraan ng medikal na imaging na ito ay nagbago at patuloy na umunlad nang mabilis.

Ang teknikal na kagamitan, ang pagpapabuti ng software, ang mga pamamaraan ng imaging ay bumubuo, ang mga paghahanda ng MP-contrast ay binuo. Pinapayagan ka nitong patuloy na makahanap ng mga bagong lugar ng aplikasyon ng MRI. Kung sa una ang paggamit nito ay limitado lamang sa pag-aaral ng central nervous system, ngayon ang MRI ay matagumpay na ginagamit sa halos lahat ng mga lugar ng gamot.

Noong 1946, isang grupo ng mga mananaliksik mula sa Stanford at Harvard Universities ang nakapag-iisa na natuklasan ang kababalaghan, na tinatawag na nuclear magnetic resonance (NMR). Ang kakanyahan nito ay ang nuclei ng ilang atoms, na sa isang magnetic field, sa ilalim ng impluwensiya ng isang panlabas na electromagnetic field ay maaaring sumipsip ng enerhiya, at pagkatapos ay humalimuyak ito sa anyo ng isang signal ng radyo. Para sa pagtuklas na ito ng F. Bloch at E. Parmel noong 1952 ay iginawad ang Nobel Prize. Ang isang bagong kababalaghan sa lalong madaling panahon natutunan kung paano gamitin para sa parang multo pagtatasa ng biological istraktura (NMR spectroscopy). Noong 1973, ipinakita ni Paul Rautenburg sa unang pagkakataon ang posibilidad ng pagkuha ng isang imahe gamit ang mga signal ng NMR. Kaya lumitaw ang NMR tomography. Ang unang NMR tomograms ng mga internal organs ng isang taong nabubuhay ay ipinakita noong 1982 sa International Congress of Radiologists sa Paris.

Dapat bigyan ang dalawang paliwanag. Sa kabila ng ang katunayan na ang pamamaraan ay batay sa hindi pangkaraniwang bagay ng NMR, ito ay tinatawag na magnetic resonance (MP), hindi na ginagamit ang salitang "nuclear". Ginagawa ito upang ang mga pasyente ay walang ideya tungkol sa radyaktibidad na nauugnay sa pagkabulok ng atomic nuclei. At ang ikalawang pangyayari: Ang MP-tomographs ay hindi sinasadyang "nakatutok" sa mga proton, ibig sabihin. Sa nucleus ng hydrogen. Ang sangkap na ito sa mga tisyu ay napakarami, at ang nuclei nito ay ang pinakamalaking magnetic moment sa lahat ng atomic nuclei, na nagiging sanhi ng sapat na mataas na antas ng MR signal.

Kung sa 1983, sa buong mundo may mga lamang ng ilang mga aparato na angkop para sa mga klinikal na pagsubok sa pamamagitan ng unang bahagi ng 1996 doon ay tungkol sa 10 000 mga scanner sa buong mundo. Bawat taon, 1000 mga bagong instrumento ay ipinakilala sa pagsasanay. Mahigit sa 90% ng fleet ng MP-tomographs ang mga modelo na may superconducting magnet (0.5-1.5 T). Ito ay na interesante sa mga tandaan na kung sa kalagitnaan ng 80s ng kumpanya - tagagawa MP-tomography ginagabayan ng prinsipyo ng "ang mas mataas na larangan, ang mas mahusay na", ay nagbibigay-diin sa modelo na may isang patlang ng 1.5 T at sa itaas, sa pagtatapos ng 80s ay ito ay malinaw na sa karamihan sa mga aplikasyon wala silang makabuluhang pakinabang sa mga modelo na may katamtamang lakas ng field. Samakatuwid, ang pangunahing producer ng MP-tomography ( "GE", "Siemens", "Philips", "Toshi ba", "Picker", "Brooker" at iba pa.) Ngayon bayaran mahusay na pansin sa ang produksyon ng mga middle-modelo at kahit na mababa ang field, na kung saan ay naiiba mula sa mataas na larangan kahusayan at compact na sistema na may kasiya-siya kalidad ng imahe at makabuluhang mas mababang gastos. Ang mga high-floor system ay ginagamit lalo na sa mga sentro ng pananaliksik para sa pagsasagawa ng MR spectroscopy.

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

Ang prinsipyo ng pamamaraan ng MRI

Ang mga pangunahing bahagi ng MP-tomograph ay: ultra-strong magnet, radio transmitter, pagtanggap ng radio frequency coil, computer at control panel. Karamihan sa mga aparato ay may magnetic field na may magnetic moment parallel sa mahabang axis ng katawan ng tao. Ang lakas ng magnetic field ay sinusukat sa Tesla (T). Para sa mga patlang ng paggamit ng klinikal na MRI na may lakas na 0.2-1.5 T.

Kapag ang isang pasyente ay inilalagay sa isang malakas na magnetic field, ang lahat ng mga proton na magnetic dipoles ay nagbukas sa direksyon ng panlabas na field (tulad ng isang karayom ng compass, na ginagabayan ng magnetic field ng Earth). Bilang karagdagan, ang mga magnetic axes ng bawat proton ay nagsisimula upang iikot sa paligid ng direksyon ng panlabas na magnetic field. Ang partikular na paikot na paggalaw na ito ay tinatawag na isang proseso, at ang dalas nito ay isang matunog na dalas. Kapag ang isang maikling pulso ng dalas ng electromagnetic radyo ay nakukuha sa katawan ng pasyente, ang magnetic field ng mga radio wave ay nagiging sanhi ng mga magnetic sandali ng lahat ng mga proton upang iikot sa paligid ng magnetic sandali ng panlabas na field. Upang mangyari ito, kinakailangan na ang dalas ng mga radio wave ay katumbas ng matunog na dalas ng mga proton. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na magnetic resonance. Upang baguhin ang oryentasyon ng mga proton na magneto, ang mga magnetic field ng mga proton at mga radio wave ay dapat sumasalamin, i.e. Magkakaroon ng parehong dalas.

Ang isang kabuuang magnetic moment ay nalikha sa mga tisyu ng pasyente: ang mga tisyu ay magnetized at ang kanilang pang-akit ay nakatuon mahigpit na parallel sa panlabas na magnetic field. Ang magnetism ay proporsyonal sa bilang ng mga proton sa bawat yunit ng dami ng tissue. Ang malaking bilang ng mga proton (hydrogen nuclei) na nakapaloob sa karamihan sa mga tisyu ay nagdudulot ng katotohanang ang dalisay na magnetic moment ay sapat na malaki upang mahikayat ang isang electric kasalukuyang sa pagtanggap ng likid na matatagpuan sa labas ng pasyente. Ang mga sapilitang signal ng MP na ito ay ginagamit upang muling buuin ang imaheng MR.

Ang proseso ng paglipat ng mga electron ng nucleus mula sa nasasabik na estado patungo sa estado ng punto ng balanse ay tinatawag na isang proseso ng pagpapahinga ng spin-lattice o pahaba na pagpapahinga. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng T1-spin-lattice relaxation time-ang oras na kinakailangan upang ilipat ang 63% ng nuclei sa isang punto ng balanse ng estado pagkatapos ng mga ito ay nasasabik ng isang 90 ° pulse. Ang T2 ay isang spin-spin relaxation time.

Mayroong ilang mga paraan upang makakuha ng MP-tomograms. Ang kanilang mga pagkakaiba ay namamalagi sa pagkakasunud-sunod at kalikasan ng henerasyon ng pulse dalas ng radyo, mga pamamaraan para sa pagsusuri ng mga signal ng MP. Ang pinaka-karaniwan ay dalawang pamamaraan: magsulid-sala-sala at magsulid-echo. Para sa spin-lattice, ang oras ng relaxation T1 ay higit na pinag-aralan. Iba't ibang mga tisyu (kulay-abo at puting bagay ng utak, cerebrospinal fluid, tumor tissue, cartilage, kalamnan, atbp.) Ay may mga proton na may iba't ibang mga oras ng pagpapahinga T1. Sa tagal ng T1, ang intensity ng MP signal ay may kaugnayan: ang mas maikli ang T1, mas matindi ang MR signal at mas magaan ang espasyo ng imahe ay lilitaw sa monitor ng TV. Ang taba ng tissue sa MP-tomogram ay puti, sinusundan ng intensity ng MP signal sa pababang pagkakasunud-sunod ay ang utak at spinal cord, siksik na internal organs, vascular walls at muscles. Ang hangin, buto at calcifications ay halos hindi nagbibigay ng signal ng MP at samakatuwid ay ipinapakita sa itim. Ang mga relasyon na ito ng relaxation time T1 ay lumikha ng mga kinakailangan para sa visualization ng normal at binago tisyu sa MR tomograms.

Sa isa pang paraan ng MP-tomography, na tinatawag na spin-echo, isang serye ng mga pulse ng dalas ng radyo ay ipinadala sa pasyente na nagpapalitan ng mga proton na 90 °. Matapos ihinto ang mga pulso, ang mga tugon ng mga signal ng MP ay naitala. Gayunpaman, ang intensity ng signal ng sagot ay naiiba na nauugnay sa tagal ng T2: ang mas maikling T2, mas mahina ang signal at, dahil dito, mas mababa ang liwanag ng screen ng TV monitor. Kaya, ang pangwakas na larawan ng MRI sa paraan ng T2 ay kabaligtaran ng T1 (bilang negatibo sa positibo).

Sa MP-tomograms, ang malambot na tisyu ay ipinapakita nang mas mahusay kaysa sa mga tomograms ng computer: mga kalamnan, mga layong taba, kartilago, mga sisidlan. Sa ilang mga aparato, makakakuha ang isang tao ng isang larawan ng mga sisidlan nang hindi nagpapakilala ng isang ahente ng kaibahan (MP-angiography). Dahil sa mababang nilalaman ng tubig sa tissue ng buto, ang huli ay hindi lumikha ng isang shielding effect, tulad ng sa X-ray computed tomography, ibig sabihin. Hindi nakakasagabal sa imahe, halimbawa, ang spinal cord, intervertebral disc, atbp. Siyempre, ang hydrogen nuclei ay naglalaman hindi lamang sa tubig, ngunit sa buto ng tisyu ay naayos ito sa napakalaking mga molecule at siksik na istruktura at hindi makagambala sa MRI.

Mga kalamangan at disadvantages ng MRI

Ang pangunahing bentahe ng MRI ay non-nagsasalakay, walang kasalanan (walang radiation exposure), pagkuha ng tatlong-dimensional na imahe ng character, isang likas na kaibahan mula sa paglipat ng dugo, kawalan ng artifacts ng buto tissue, mataas na pagkita ng kaibhan ng soft tissue, ang kakayahan upang maisagawa ang MP-spectroscopy para sa Vivo pag-aaral ng metabolismo ng tisyu sa Vivo. MPT ay nagbibigay-daan imaging ng manipis na layer ng katawan ng tao sa anumang cross-seksyon - sa frontal, sa hugis ng palaso, ng ehe at pahilig na eroplano. Ito ay posible upang buuin muli ang three-dimensional na imahe ng bahagi ng katawan, i-synchronize pagkuha tomograms na may electrocardiograms ngipin.

Ang pangunahing drawbacks ay karaniwang may kaugnayan sa isang sapat na mahabang panahon na kailangan upang makabuo ng mga imahe (karaniwan minuto), na hahantong sa ang hitsura ng artifacts mula sa paghinga paggalaw (lalo na binabawasan ang kahusayan ng liwanag pananaliksik), arrhythmias (kapag ang puso sa pag-aaral), ang kawalan ng kakayahan upang mapagkakatiwalaan tiktikan bato, calcifications, ang ilang mga uri ng patolohiya ng buto kaayusan, ang mataas na halaga ng mga kagamitan at operasyon nito, espesyal na mga kinakailangan para sa omescheniyam kung saan may mga aparato (shielding laban sa panghihimasok), ang hindi ikapangyayari ng pagmamasid sa pamamagitan ng May sakit ako sa claustrophobia, artipisyal na pacemaker, malalaking metal implant mula sa mga di-medikal na metal.

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

Contrast substance para sa MRI

Sa simula ng paggamit ng MRI, naniniwala ito na ang natural na kaibahan sa pagitan ng iba't ibang mga tisyu ay nagtatanggal ng pangangailangan para sa mga ahente ng kaibahan. Hindi nagtagal natuklasan na ang pagkakaiba sa mga signal sa pagitan ng iba't ibang mga tisyu, ibig sabihin. Ang kaibahan ng imahe ng MR ay maaaring makabuluhang mapabuti sa pamamagitan ng contrast media. Kapag ang unang MP contrast medium (na naglalaman ng mga paramagnetic gadolinium ions) ay naging komersyal na magagamit, ang diagnostic na impormasyon ng MRI ay tumaas nang malaki. Ang kakanyahan ng ahente ng AG-contrast ay upang baguhin ang mga magnetic parameter ng mga proton ng mga tisyu at organo, i.e. Baguhin ang relaxation time (TR) ng T1 at T2 protons. Sa ngayon, mayroong maraming mga klasipikasyon ng mga ahente ng MP-contrast (o sa halip, mga ahente ng kaibahan - CA).

Sa pamamagitan ng nakapangingibabaw na epekto sa oras ng relaxation ng MR-Cadel sa:

• T1-KA, na paikliin ang T1 at sa gayon ay taasan ang intensity ng MP signal ng tisyu. Ang mga ito ay tinatawag ding positibong SC.
• T2-KA, na nagpapaikli sa T2, binabawasan ang intensity ng MR signal. Ito ay isang negatibong SC.

Depende sa magnetic properties ng MR-SC ay nahahati sa paramagnetic at superparamagnetic:

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

Paramagnetic contrast media

Ang mga katangian ng paramagnetic ay nagmamay ari ng mga atoms na may isa o higit pang mga di-pares na mga elektron. Ang mga ito ay magnetic ions ng gadolinium (Gd), chromium, nickel, iron, at manganese din. Ang mga compound ng Gadolinium ay pinakalawak na ginagamit sa clinically. Ang magkakaibang epekto ng gadolinium ay dahil sa pagpapaikli ng oras ng relaxation T1 at T2. Sa mababang dosis, ang impluwensya sa T1, na nagpapataas sa intensity ng signal, ay namamayani. Sa mataas na dosis, ang epekto sa T2 ay namamayani sa isang pagbawas sa intensity ng signal. Ang paramagnetics ngayon ay pinaka-malawak na ginagamit sa clinical diagnostic practice.

Superparamagnetic contrast media

Ang nangingibabaw na epekto ng superparamagnetic iron oxide ay ang pagpapaikli ng T2 relaxation. Habang nakataas ang dosis, ang intensity ng signal ay bumababa. Sa grupong ito ng spacecraft ay maaaring maiugnay at ferromagnetic satellite, na kinabibilangan ng ferromagnetic iron oxides structurally katulad ng magnetite ferrite (Fe ²⁺ OFe ₂ ³⁺ 0 ₃ ).

Ang sumusunod na pag-uuri ay batay sa mga pharmacokinetics ng CA (Sergeev, V.V., Isoavt., 1995):

• extracellular (tissue-specific);
• Gastrointestinal;
• organotropiko (tissue-specific);
• macromolecular, na ginagamit upang matukoy ang puwang ng vascular.

Sa Ukraine, apat na MR-CA ang kilala, na kung saan ay extracellular water-soluble paramagnetic SCs, kung saan ang gadodiamide at gadopentetic acid ay malawakang ginagamit. Ang natitirang mga grupo ng SC (2-4) ay sumailalim sa isang yugto ng mga klinikal na pagsubok sa ibang bansa.

Extracellular water-soluble MP-CA

International na pangalan	Formula ng kimikal	Istraktura
Gadopentetic acid	Gadolinium dimeglumina diethylenetriaminepentaacetate ((NMG) 2Gd-DTPA)	Linear, ionic
Acid gadoterovaya	(NMG) Gd-DOTA	Cyclic, ionic
Gadodamidid	Gadolinium diethylenetriaminepentaacetate-bis-methylamide (Gd-DTPA-BMA)	Linear, non-ionic
Outotéridol	Gd-HP-D03A	Cyclic, non-ionic

Ang extracellular spacecraft ay pinangangasiwaan ng intravenously, 98% ng mga ito ay excreted ng bato, hindi tumagos ang barrier ng dugo-utak, mababa ang toxicity, nabibilang sa paramagnetic group.

Contraindications to MRI

Kabilang sa mga absolute contraindications ang mga kondisyon kung saan ang pag-aaral ay mga pasyente na nagbabanta sa buhay. Halimbawa, ang presensya ng mga implant, na aktibo sa elektronikong, magnetic o mekanikal na paraan, ay lalo na artipisyal na mga pacemaker. Ang epekto ng radiation ng RF mula sa MR scanner ay maaaring makagambala sa paggana ng stimulator na tumatakbo sa sistema ng query, dahil ang mga pagbabago sa magnetic field ay maaaring gayahin ang aktibidad ng puso. Ang magnetic attraction ay maaari ring maging sanhi ng stimulator upang ilipat sa pugad at ilipat ang mga electrodes. Bilang karagdagan, ang magnetic field ay lumilikha ng mga obstacle para sa operasyon ng ferromagnetic o electronic implants ng gitnang tainga. Ang pagkakaroon ng mga artipisyal na mga balbula ng puso ay ang panganib at tanging isang absolute kontraindikasyon sa mga pag-aaral sa pamamagitan ng MRI na may mataas na mga patlang, at kung ito ay ipinapalagay clinically pinsala balbula. Ang pagkakaroon ng maliliit na metal na implant ng metal (haemostatic clip) sa central nervous system ay tumutukoy din sa ganap na contraindications sa pag-aaral, dahil ang kanilang pag-aalis dahil sa magnetic attraction ay nagbabanta sa pagdugo. Ang kanilang presensya sa iba pang mga bahagi ng katawan ay mas mababa sa isang banta, dahil pagkatapos ng paggamot, fibrosis at encapsulation ng clamps tulungan panatilihin ang mga ito sa isang matatag na estado. Gayunpaman, bilang karagdagan sa mga potensyal na panganib, ang pagkakaroon ng metal implants na may magnetic properties sa anumang kaso ay nagiging sanhi ng mga artifact na lumikha ng mga problema para sa pagbibigay-kahulugan sa mga resulta ng pag-aaral.

Contraindications to MRI

Ganap na:	Kamag-anak:
Mga Pacemaker	Iba pang mga stimulant (insulin pump, mga stimulators ng nerve)
Ferromagnetic o electronic implants ng gitnang tainga	Non-ferromagnetic implants ng inner ear, prosthetic heart valves (sa mataas na larangan, na may pinaghihinalaang Dysfunction)
Hemostatic clamps ng cerebral vessels	Hemostatic clip ng iba pang lokalisasyon, decompensated pagpalya ng puso, pagbubuntis, claustrophobia, ang pangangailangan para sa physiological monitoring

Para sa kamag-anak grotivopokazaniyam kaysa sa mga nakalista sa itaas ay din decompensated puso pagkabigo, ang pangangailangan para sa physiological monitoring (mechanical bentilasyon, electric pagbubuhos sapatos na pangbabae). Ang Claustrophobia ay isang balakid sa pananaliksik sa 1-4% ng mga kaso. Maaari itong i-pagtagumpayan, sa isang kamay, ang paggamit ng mga aparato na may bukas na magneto, sa kabilang - ang isang detalyadong paliwanag ng mga kagamitan at mga aparatong tumatakbo ang survey. MRI katibayan ng damaging na epekto sa bilig o sanggol ay hindi nakuha, gayunman, ito ipinapayo upang maiwasan ang MRI sa aking trimester ng pagbubuntis. Ang paggamit ng MRI sa pagbubuntis ay ipinapakita sa mga kaso kung saan iba pang mga diskarte non-ionizing imaging huwag magbigay ng kasiya-siya impormasyon. MRI ay nangangailangan ng mas higit na pakikilahok sa mga pasyente nito kaysa sa computed tomography, tulad ng mga pasyente kilusan sa panahon ng pagsubok ay magkano ang mas malakas na impluwensiya sa kalidad ng imahe, kaya ang pag-aaral ng mga pasyente na may talamak na karamdaman, kapansanan kamalayan, malamya estado, demensya, pati na rin ang mga bata ay madalas na mahirap.

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