Diagnosis ng osteoarthritis: magnetic resonance imaging

Ang magnetic resonance imaging (MRI) ay naging isa sa mga nangungunang pamamaraan para sa non-invasive diagnostics ng osteoarthritis sa mga nakaraang taon. Mula noong 1970s, nang ang mga prinsipyo ng magnetic resonance (MR) ay unang ginamit upang pag-aralan ang katawan ng tao, ang pamamaraang ito ng medikal na imaging ay nagbago nang malaki at patuloy na nagbabago nang mabilis.

Ang mga teknikal na kagamitan at software ay pinapabuti, ang mga paraan ng pagkuha ng imahe ay binuo, at ang mga ahente ng MR contrast ay binuo. Ito ay nagpapahintulot sa mga bagong lugar ng aplikasyon para sa MRI na patuloy na matagpuan. Kung sa una ang aplikasyon nito ay limitado sa mga pag-aaral ng central nervous system, ngayon ang MRI ay matagumpay na ginagamit sa halos lahat ng mga lugar ng medisina.

Noong 1946, ang mga grupo ng mga mananaliksik mula sa Stanford at Harvard Universities ay nakapag-iisa na natuklasan ang isang phenomenon na tinatawag na nuclear magnetic resonance (NMR). Ang kakanyahan nito ay ang nuclei ng ilang mga atomo, na nasa isang magnetic field, sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na electromagnetic field ay may kakayahang sumipsip ng enerhiya at pagkatapos ay nagpapalabas nito sa anyo ng isang signal ng radyo. Para sa pagtuklas na ito, sina F. Bloch at E. Parmel ay ginawaran ng Nobel Prize noong 1952. Ang bagong phenomenon ay ginamit sa lalong madaling panahon para sa spectral analysis ng biological structures (NMR spectroscopy). Noong 1973, unang ipinakita ni Paul Rautenburg ang posibilidad na makakuha ng isang imahe gamit ang mga signal ng NMR. Ito ay kung paano lumitaw ang NMR tomography. Ang unang NMR tomograms ng mga panloob na organo ng isang buhay na tao ay ipinakita noong 1982 sa International Congress of Radiologists sa Paris.

Dalawang paglilinaw ang dapat ibigay. Sa kabila ng katotohanan na ang pamamaraan ay batay sa NMR phenomenon, ito ay tinatawag na magnetic resonance (MR), na tinatanggal ang salitang "nuclear". Ginagawa ito upang ang mga pasyente ay walang pag-iisip tungkol sa radyaktibidad na nauugnay sa pagkabulok ng atomic nuclei. At ang pangalawang pangyayari: Ang mga tomograph ng MR ay hindi sinasadyang "nakatuon" sa mga proton, ibig sabihin, hydrogen nuclei. Mayroong maraming elementong ito sa mga tisyu, at ang nuclei nito ay may pinakamalaking magnetic moment sa lahat ng atomic nuclei, na tumutukoy sa medyo mataas na antas ng MR signal.

Kung noong 1983 mayroon lamang ilang mga aparato na angkop para sa klinikal na pananaliksik sa mundo, kung gayon sa simula ng 1996 mayroong humigit-kumulang 10,000 tomographs sa buong mundo. Bawat taon 1000 bagong device ang ipinakilala sa pagsasanay. Mahigit sa 90% ng parke ng MR-tomographs ay mga modelong may superconducting magnets (0.5-1.5 T). Ito ay kagiliw-giliw na tandaan na kung sa kalagitnaan ng 80s ang mga kumpanya - mga tagagawa ng MR-tomographs ay ginagabayan ng prinsipyong "mas mataas ang larangan, mas mabuti", na tumutuon sa mga modelo na may isang patlang na 1.5 T at mas mataas, pagkatapos ay sa pagtatapos ng 80s naging malinaw na sa karamihan ng mga lugar ng aplikasyon ay wala silang makabuluhang pakinabang sa mga modelo na may average na lakas ng field. Samakatuwid, ang mga pangunahing tagagawa ng MR tomographs (General Electric, Siemens, Philips, Toshiba, Picker, Bruker, atbp.) ay kasalukuyang binibigyang pansin ang paggawa ng mga modelo na may katamtaman at kahit na mababang mga patlang, na naiiba sa mga high-field system sa kanilang compactness at ekonomiya na may kasiya-siyang kalidad ng imahe at makabuluhang mas mababang gastos. Ang mga high-field system ay pangunahing ginagamit sa mga research center para sa MR spectroscopy.

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

Prinsipyo ng pamamaraan ng MRI

Ang mga pangunahing bahagi ng isang MRI scanner ay: isang napakalakas na magnet, isang radio transmitter, isang receiving radio frequency coil, isang computer, at isang control panel. Karamihan sa mga device ay may magnetic field na may magnetic moment na kahanay sa mahabang axis ng katawan ng tao. Ang lakas ng magnetic field ay sinusukat sa teslas (T). Para sa klinikal na MRI, ang mga patlang na may lakas na 0.2-1.5 T ay ginagamit.

Kapag ang isang pasyente ay inilagay sa isang malakas na magnetic field, ang lahat ng mga proton, na mga magnetic dipoles, ay lumiliko sa direksyon ng panlabas na field (tulad ng isang compass needle na nakatuon sa magnetic field ng Earth). Bilang karagdagan, ang mga magnetic axes ng bawat proton ay nagsisimulang umikot sa direksyon ng panlabas na magnetic field. Ang tiyak na paggalaw na ito ay tinatawag na prusisyon, at ang dalas nito ay tinatawag na resonant frequency. Kapag ang mga maikling electromagnetic radiofrequency pulse ay dumaan sa katawan ng pasyente, ang magnetic field ng mga radio wave ay nagiging sanhi ng pag-ikot ng magnetic moment ng lahat ng proton sa paligid ng magnetic moment ng external field. Para mangyari ito, ang dalas ng mga radio wave ay dapat na katumbas ng resonant frequency ng mga proton. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na magnetic resonance. Upang baguhin ang oryentasyon ng mga magnetic proton, ang mga magnetic field ng mga proton at radio wave ay dapat na tumunog, ibig sabihin ay may parehong frequency.

Ang isang netong magnetic moment ay nalikha sa mga tisyu ng pasyente: ang mga tisyu ay na-magnetize at ang kanilang magnetism ay nakatuon nang mahigpit na kahanay sa panlabas na magnetic field. Ang magnetism ay proporsyonal sa bilang ng mga proton bawat yunit ng dami ng tissue. Ang napakalaking bilang ng mga proton (hydrogen nuclei) na nasa karamihan ng mga tissue ay nangangahulugan na ang net magnetic moment ay sapat na malaki upang mag-udyok ng electric current sa isang receiving coil na matatagpuan sa labas ng pasyente. Ang mga induced MR signal na ito ay ginagamit upang buuin muli ang MR image.

Ang proseso ng paglipat ng mga electron ng nucleus mula sa nasasabik na estado patungo sa estado ng balanse ay tinatawag na proseso ng spin-lattice relaxation o longitudinal relaxation. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng T1 - ang spin-lattice relaxation time - ang oras na kinakailangan upang ilipat ang 63% ng nuclei sa equilibrium state pagkatapos ng kanilang paggulo sa pamamagitan ng 90° pulse. T2 - ang spin-spin relaxation time ay nakikilala din.

Mayroong ilang mga paraan para sa pagkuha ng MR tomograms. Nag-iiba sila sa pagkakasunud-sunod at likas na katangian ng pagbuo ng pulso ng radiofrequency at mga pamamaraan ng pagsusuri ng signal ng MR. Ang dalawang pinaka-malawak na ginagamit na pamamaraan ay spin-lattice at spin-echo. Pangunahing sinusuri ng spin-lattice ang oras ng pagpapahinga ng T1. Ang iba't ibang tissue (gray at white matter ng utak, cerebrospinal fluid, tumor tissue, cartilage, muscles, atbp.) ay naglalaman ng mga proton na may iba't ibang T1 relaxation time. Ang intensity ng signal ng MR ay nauugnay sa tagal ng T1: mas maikli ang T1, mas matindi ang signal ng MR at mas maliwanag ang ibinigay na lugar ng imahe na lumalabas sa monitor ng TV. Ang fatty tissue ay puti sa MR tomograms, na sinusundan ng utak at spinal cord, siksik na internal organs, vascular walls at muscles sa pababang pagkakasunod-sunod ng intensity ng signal ng MR. Ang hangin, buto at calcification ay halos hindi gumagawa ng MR signal at samakatuwid ay ipinapakita sa itim. Ang mga relasyon sa oras ng pagpapahinga ng T1 na ito ay lumilikha ng mga kinakailangan para sa paggunita ng normal at binagong mga tisyu sa mga pag-scan ng MRI.

Sa isa pang paraan ng MRI, na tinatawag na spin-echo, ang isang serye ng mga radiofrequency pulse ay nakadirekta sa pasyente, na umiikot sa mga nauunang proton ng 90°. Matapos huminto ang mga pulso, ang tugon ng mga signal ng MRI ay naitala. Gayunpaman, ang intensity ng signal ng tugon ay nauugnay sa iba sa tagal ng T2: mas maikli ang T2, mas mahina ang signal at, dahil dito, mas mababa ang ningning ng glow sa screen ng monitor ng TV. Kaya, ang huling larawan ng MRI gamit ang pamamaraang T2 ay kabaligtaran ng paggamit ng pamamaraang T1 (bilang ang negatibo ay kabaligtaran ng isang positibo).

Ang mga tomogram ng MRI ay nagpapakita ng malambot na mga tisyu na mas mahusay kaysa sa mga pag-scan ng CT: mga kalamnan, mga layer ng taba, kartilago, at mga daluyan ng dugo. Ang ilang mga aparato ay maaaring gumawa ng mga larawan ng mga daluyan ng dugo nang hindi nag-iiniksyon ng contrast agent (MRI angiography). Dahil sa mababang nilalaman ng tubig sa tissue ng buto, ang huli ay hindi gumagawa ng isang shielding effect, tulad ng sa X-ray CT scan, ibig sabihin, hindi ito nakakasagabal sa imahe ng, halimbawa, ang spinal cord, intervertebral disc, atbp. Siyempre, ang hydrogen nuclei ay hindi lamang nakapaloob sa tubig, ngunit sa bone tissue hindi sila naayos sa napakalaking molekula at makagambala sa mga istruktura at MRI.

Mga kalamangan at kawalan ng MRI

Ang mga pangunahing bentahe ng MRI ay kinabibilangan ng non-invasiveness, harmlessness (walang radiation exposure), three-dimensional na kalikasan ng pagkuha ng imahe, natural na contrast mula sa paglipat ng dugo, walang artifacts mula sa bone tissue, mataas na pagkita ng kaibhan ng soft tissues, ang kakayahang magsagawa ng MP spectroscopy para sa in vivo tissue metabolism studies. Pinapayagan ng MRI ang pagkuha ng mga larawan ng manipis na mga layer ng katawan ng tao sa anumang seksyon - sa frontal, sagittal, axial at oblique planes. Posible na muling buuin ang volumetric na mga imahe ng mga organo, i-synchronize ang pagkuha ng tomograms sa mga ngipin ng electrocardiogram.

Ang mga pangunahing kawalan ay karaniwang kasama ang medyo mahabang oras na kinakailangan upang makakuha ng mga imahe (karaniwang minuto), na humahantong sa paglitaw ng mga artifact mula sa mga paggalaw ng paghinga (lalo na binabawasan nito ang pagiging epektibo ng pagsusuri sa baga), arrhythmias (sa pagsusuri sa puso), ang kawalan ng kakayahang mapagkakatiwalaan na makita ang mga bato, mga calcifications, ilang mga uri ng patolohiya ng buto, ang mataas na gastos ng kagamitan at ang mga operasyon nito, kung saan matatagpuan ang mga espesyal na kinakailangan para sa intershield para sa mga aparato. upang suriin ang mga pasyente na may claustrophobia, mga artipisyal na pacemaker, malalaking metal na implant na gawa sa mga di-medikal na metal.

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

Mga ahente ng contrast para sa MRI

Sa simula ng paggamit ng MRI, pinaniniwalaan na ang natural na kaibahan sa pagitan ng iba't ibang mga tisyu ay inalis ang pangangailangan para sa mga ahente ng kaibahan. Sa lalong madaling panahon ay 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 ng mga ahente ng kaibahan. Kapag ang unang MR contrast agent (naglalaman ng paramagnetic gadolinium ions) ay naging komersyal na magagamit, ang diagnostic information content ng MRI ay tumaas nang malaki. Ang kakanyahan ng paggamit ng mga ahente ng MR contrast ay upang baguhin ang mga magnetic parameter ng tissue at organ proton, ibig sabihin, baguhin ang relaxation time (TR) ng T1 at T2 protons. Ngayon, mayroong ilang mga klasipikasyon ng mga ahente ng kaibahan ng MR (o sa halip mga ahente ng kaibahan - CA).

Ayon sa nangingibabaw na epekto sa oras ng pagpapahinga, ang MR-KA ay nahahati sa:

• T1-CA, na nagpapaikli sa T1 at sa gayon ay nagpapataas ng intensity ng signal ng tissue MP. Tinatawag din silang positibong CA.
• Mga T2-CA na nagpapaikli sa T2, na binabawasan ang intensity ng signal ng MR. Ito ay mga negatibong CA.

Depende sa kanilang mga magnetic properties, ang MR-CA ay nahahati sa paramagnetic at superparamagnetic:

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

Paramagnetic contrast agent

Ang mga paramagnetic na katangian ay nagtataglay ng mga atomo na may isa o higit pang hindi magkapares na mga electron. Ito ay mga magnetic ions ng gadolinium (Gd), chromium, nickel, iron, at manganese. Ang mga compound ng Gadolinium ay nakatanggap ng pinakamalawak na klinikal na aplikasyon. Ang contrast effect ng gadolinium ay dahil sa pagpapaikli ng relaxation time T1 at T2. Sa mababang dosis, nangingibabaw ang epekto sa T1, pinatataas ang intensity ng signal. Sa mataas na dosis, nangingibabaw ang epekto sa T2, na binabawasan ang intensity ng signal. Ang mga paramagnet ay ngayon ang pinakamalawak na ginagamit sa clinical diagnostic practice.

Superparamagnetic contrast agent

Ang nangingibabaw na epekto ng superparamagnetic iron oxide ay ang pagpapaikli ng T2 relaxation. Sa pagtaas ng dosis, mayroong pagbaba sa intensity ng signal. Ang mga Ferromagnetic CA, na kinabibilangan ng mga ferromagnetic iron oxide na may istrukturang katulad ng magnetite ferrite (Fe ²⁺ OFe ₂³⁺ O ₃ ), ay maaari ding isama sa grupong ito ng mga CA.

Ang sumusunod na klasipikasyon ay batay sa mga pharmacokinetics ng CA (Sergeev PV et al., 1995):

• extracellular (tissue-non-specific);
• gastrointestinal;
• organotropic (tiyak sa tissue);
• macromolecular, na ginagamit upang matukoy ang vascular space.

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

Extracellular na nalulusaw sa tubig na MR-CA

Pang-internasyonal na pangalan	Formula ng kemikal	Istruktura
Gadopentetic acid	Gadolinium dimeglumine diethylenetriamine penta-acetate ((NMG)2Gd-DTPA)	Linear, ionic
Gadoteric acid	(NMG)Gd-DOTA	Paikot, ionic
Gadodiamide	Gadolinium diethylenetriamine pentaacetate-bis-methylamide (Gd-DTPA-BMA)	Linear, non-ionic
Gadoteridol	Gd-HP-D03A	Paikot, hindi ionic

Ang extracellular CA ay pinangangasiwaan ng intravenously, 98% ng mga ito ay pinalabas ng mga bato, hindi tumagos sa hadlang ng dugo-utak, may mababang toxicity, at nabibilang sa pangkat ng mga paramagnetic na sangkap.

Contraindications sa MRI

Ang mga ganap na contraindications ay kinabibilangan ng mga kondisyon kung saan ang pagsusuri ay nagdudulot ng banta sa buhay ng mga pasyente. Halimbawa, ang pagkakaroon ng mga implant na naka-activate sa elektronikong paraan, magnetically o mechanically - ang mga ito ay pangunahing mga artipisyal na pacemaker. Ang pagkakalantad sa radiofrequency radiation mula sa isang MRI scanner ay maaaring makagambala sa paggana ng isang pacemaker na tumatakbo sa system ng kahilingan, dahil ang mga pagbabago sa magnetic field ay maaaring gayahin ang aktibidad ng puso. Ang magnetic attraction ay maaari ring maging sanhi ng paglipat ng pacemaker sa socket nito at paglipat ng mga electrodes. Bilang karagdagan, ang magnetic field ay lumilikha ng mga hadlang sa pagpapatakbo ng ferromagnetic o electronic middle ear implants. Ang pagkakaroon ng mga artipisyal na balbula sa puso ay mapanganib at ito ay isang ganap na kontraindikasyon lamang kapag napagmasdan sa mga MRI scanner na may mataas na field, at kung ang pinsala sa balbula ay pinaghihinalaang klinikal. Ang mga ganap na contraindications sa pagsusuri ay kinabibilangan din ng pagkakaroon ng maliliit na metal surgical implants (hemostatic clips) sa central nervous system, dahil ang kanilang pag-aalis dahil sa magnetic attraction ay nagbabanta sa pagdurugo. Ang kanilang presensya sa ibang bahagi ng katawan ay hindi gaanong banta, dahil pagkatapos ng paggamot, ang fibrosis at encapsulation ng mga clamp ay nakakatulong upang mapanatiling matatag ang mga ito. Gayunpaman, bilang karagdagan sa potensyal na panganib, ang pagkakaroon ng mga metal na implant na may mga magnetic na katangian sa anumang kaso ay nagdudulot ng mga artifact na lumilikha ng mga kahirapan sa pagbibigay-kahulugan sa mga resulta ng pag-aaral.

Contraindications sa MRI

Ganap:	Kamag-anak:
Mga pacemaker	Iba pang mga stimulant (insulin pumps, nerve stimulators)
Ferromagnetic o electronic middle ear implants	Non-ferromagnetic inner ear implants, heart valve prostheses (sa matataas na lugar, kung pinaghihinalaan ang dysfunction)
Hemostatic clip ng mga cerebral vessel	Hemostatic clip sa ibang mga lokasyon, decompensated heart failure, pagbubuntis, claustrophobia, pangangailangan para sa physiological monitoring

Ang mga kamag-anak na contraindications, bilang karagdagan sa mga nakalista sa itaas, ay kinabibilangan ng decompensated heart failure, ang pangangailangan para sa physiological monitoring (mechanical ventilation, electric infusion pump). Ang Claustrophobia ay isang balakid sa pag-aaral sa 1-4% ng mga kaso. Maaari itong pagtagumpayan, sa isang banda, sa pamamagitan ng paggamit ng mga device na may bukas na magnet, sa kabilang banda - sa pamamagitan ng isang detalyadong paliwanag ng aparato at ang kurso ng pagsusuri. Walang katibayan ng isang nakakapinsalang epekto ng MRI sa embryo o fetus, ngunit inirerekomenda na iwasan ang MRI sa unang tatlong buwan ng pagbubuntis. Ang paggamit ng MRI sa panahon ng pagbubuntis ay ipinahiwatig sa mga kaso kung saan ang iba pang mga non-ionizing diagnostic imaging na pamamaraan ay hindi nagbibigay ng kasiya-siyang impormasyon. Ang pagsusuri sa MRI ay nangangailangan ng higit na pakikilahok ng pasyente kaysa sa computed tomography, dahil ang mga paggalaw ng pasyente sa panahon ng pagsusuri ay may mas malaking epekto sa kalidad ng mga imahe, kaya ang pagsusuri ng mga pasyente na may talamak na patolohiya, may kapansanan sa kamalayan, mga kondisyon ng spastic, demensya, pati na rin ang mga bata ay madalas na mahirap.

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