Магнитно резонансная спектрометрия. Магнитно-резонансная спектроскопия. Области применения диагностики

> Магнитно-резонансная спектроскопия

Данная информация не может использоваться при самолечении!
Обязательно необходима консультация со специалистом!

Такой эффективный метод как магнитно-резонансная томография активно используется во всех областях медицины. МРТ отличается безопасностью и вместе с тем высокой информативностью, что позволяет использовать ее для постановки правильного диагноза на самых ранних стадиях возникновения болезни. Однако иногда даже этот метод не может дать точного ответа на диагностические вопросы, полученных сведений не хватает. В этом случае специалисты назначают проведение более узких исследований, основывающихся так же на явлении ядерно-магнитного резонанса. Одним из таких специальных методов является магнитно-резонансная спектроскопия (МРС, МР-спектроскопия).

В чем заключается суть метода?

МРС – новейший метод диагностики, который проводится в специализированных клиниках при помощи особого оборудования. Данная методика основывается на определении биохимических изменений в различных тканях тела человека, вызванных теми или иными заболеваниями.

Выделяют два вида МР-спектроскопии: МРС внутренних органов и МРС биологических жидкостей. Чаще всего этот метод диагностики применяют для получения биохимического анализа мышечной ткани, так как исследование ее состояния каким-либо другим образом иногда просто невозможно выполнить без проведения биопсии.

Что показывает МР-спектроскопия?

Проведение МРС дает возможность с помощью полученных магнитно-резонансных спектров расшифровать процессы метаболизма (обмена веществ) в тканях различных органов. Нарушения процессов обмена веществ происходит задолго до появления симптомов заболевания. Таким образом МРС позволяет поставить правильный диагноз на самых ранних стадиях развития патологии и является сегодня чуть ли не единственным способом провести неинвазивное исследование метаболизма в некоторых анатомических областях.

МР-спектроскопия, например, является уникальным методом диагностики энергетического метаболизма сердечной мышцы, который не требует введения радиоактивных препаратов. В данном случае МРС дает ответ на большое количество клинических вопросов кардиологии, позволяя в сочетании с магнитно-резонансной томографией получить точную информацию о размерах сердца, изменениях в структуре миокарда, увидеть нарушения кровообращения в нем, а также функциональные расстройства. Кроме того, МР-спектроскопия позволяет контролировать эффективность проводимой терапии при ишемической болезни сердца, сердечной недостаточности, гипертрофии различного происхождения.

Магнитно-резонансная спектроскопия часто применяется для диагностики различных неврологических патологий – например, помогает определить разницу между рассеянным склерозом и нейрооптикомиелитом. МР-спектроскопия позволяет увидеть биохимические процессы в различных клетках головного мозга, что, по мнению ученых, делает этот метод особенно полезным для ранней диагностики и лечения различных расстройств психики.

Показания для проведения магнитно-резонансной спектроскопии

Данное исследование, как и МРТ, основывается на физическом явлении ядерно-магнитного резонанса, но результатом спектроскопии являются не снимки. Она помогает увидеть, правильно ли распределены в тканях продукты метаболизма согласно их молекулярным свойствам.

Показаниями для проведение МР-спектсроскопии становятся следующие заболевания и состояния: различные воспалительные процессы, эпилепсия, нейродегенеративная патология (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона), травматические повреждения тканей, ишемия (местное малокровие), новообразования головного мозга.

Метаболизм здоровых тканей сильно отличается от метаболизма пораженных, поэтому проведение МРС так важно для ранней диагностики опухолевых процессов различной этиологии.

Магнитно-резонансная спектроскопия (MP-спектроскопия) позволяет неинвазивно получить информацию о метаболизме мозга. Протонная 1H-МР-спектроскопия основана на «химическом сдвиге» - изменении резонансной частоты протонов, входящих в состав различных химических соединений. Этот термин ввел N. Ramsey в 1951 г., чтобы обозначить различия между частотами отдельных спектральных пиков. Единица измерения «химического сдвига» - миллионная доля (ррт). Приводим основные метаболиты и соответствующие им значения химического сдвига, пики которых определяются in vivo в протонном МР-спектре:

• NAA - N-ацетиласпартат (2,0 ррт);
• Cho - холин (3,2 ррт);
• Сr - креатин (3,03 и 3,94 ррт);
• ml - миоинозитол (3,56 ррт);
• Glx - глутамат и глутамин (2,1-2,5 ррт);
• Lac - лактат (1,32 ррт);
• Lip - липидный комплекс (0,8-1,2 ррт).

В настоящее время в протонной MP-спектроскопии используют два основных метода - одновоксельную и мультивоксельную (Chemical shift imaging) MP-спектроскопию - единовременное определение спектров от нескольких участков головного мозга. В практику сейчас стала также входить мультиядерная MP-спектроскопия на основе МР-сигнала ядер фосфора, углерода и некоторых других соединений.

При одновоксельной 1H-МР-спектроскопии для анализа выбирают только один участок (воксел) мозга. Анализируя состав частот в регистрируемом от этого воксела спектра, получают распределение определенных метаболитов по шкале химического сдвига (ррт). Соотношение между пиками метаболитов в спектре, уменьшение или увеличение высоты отдельных пиков спектра позволяют неинвазивно оценивать биохимические процессы, происходящие в тканях.

При мультивоксельной MP-спектроскопии получают MP-спектры для нескольких вокселов сразу, и можно сравнить спектры отдельных участков в зоне исследования. Обработка данных мультивоксельной MP-спектроскопии даёт возможность построить параметрическую карту среза, на которой концентрация определённого метаболита отмечена цветом, и визуализировать распределение метаболитов в срезе, т.е. получить изображение, взвешенное по химическому сдвигу.

Клиническое применение МР-спектроскопии. MP-спектроскопию в настоящее время довольно широко используют для оценки различных объёмных образований головного мозга. Данные MP-спектроскопии не позволяют с уверенностью предсказать гистологический тип новообразования, тем не менее большинство исследователей сходятся во мнении, что опухолевые процессы в целом характеризуются низким соотношением NAA/Cr, увеличением соотношения Cho/Cr и, в некоторых случаях, появлением пика лактата. В большинстве МР-исследований протонную спектроскопию применяли в дифференциальной диагностике астроцитом, эпендимом и примитивных нейроэпителиальных опухолей, предположительно определяя тип опухолевой ткани.

В клинической практике важно использовать MP-спектроскопию в послеоперационном периоде для диагностики продолженного роста новообразования, рецидива опухоли либо лучевого некроза. В сложных случаях 1Н-МР-спектроскопия становится полезным дополнительным методом в дифференциальной диагностике наряду с получением перфузионно-взвешенных изображений. В спектре лучевого некроза характерный признак - наличие так называемого мёртвого пика, широкого лактат-липидного комплекса в диапазоне 0,5-1,8 ррт на фоне полной редукции пиков остальных метаболитов.

Следующий аспект использования МР-спектроскопии - разграничение впервые выявленных первичных и вторичных поражений, дифференцировка их с инфекционными и демиелинизующими процессами. Наиболее показательны результаты диагностики абсцессов головного мозга на основе применения диффузионно-взвешенных изображений. В спектре абсцесса на фоне отсутствия пиков основных метаболитов отмечено появление пика липид-лактатного комплекса и пиков, специфичных для содержимого абсцесса, таких как ацетат и сукцинат (продукты анаэробного гликолиза бактерий), аминокислоты валин и лейцин (результат протеолиза).

В литературе также очень широко исследуют информативность МР-спектроскопии при эпилепсии, при оценке метаболических нарушений и дегенеративных поражений белого вещества головного мозга у детей, при черепно-мозговой травме, ишемии мозга и других заболеваниях.

Магниторезонансная томография головы является наиболее актуальным методом обследования. Она дает достоверные и информативные результаты при диагностировании многих патологий мозга и мягких тканей головы.

Итак, что такое МРТ головного мозга? Томография использует явление резонанса, наблюдающееся при воздействии на протоны водородных атомов в клетках человеческого тела мощного магнитного поля. МРТ позволяет увидеть послойные изображения мягких тканей головы, сосудов, вещества самого мозга, костей, то есть провести анализ состояния практически всех структур головы.

Каждое полученное изображение выводится на монитор, а также может сохраняться как на пленке, так и в электронном виде. Это позволяет в последующем повторно делать анализ результата проведенного исследования разными специалистами.

Показания к проведению МРТ головы

Для диагностирования патологий мягких тканей и сосудов головного мозга МРТ является оптимальным вариантом. Снимок, полученный при МРТ головного мозга, дает возможность врачу исключить или диагностировать наличие следующих патологий:

1. Тромбоз вен.
2. Сужение просвета сосудов за счет наличия в них атеросклеротических бляшек.
3. Аневризмы.
4. Опухоли (их выявление, анализ развития и эффективности лечения).
5. Аномалии развития мозга.
6. Сосудистые патологии мозга, геморрагический и ишемический инсульты.
7. Патологии органов зрения, слуха.
8. Травмы черепно-мозговые.
9. Патологии гипофиза, мозжечка (около 30% всех метастазов мозга обнаруживается в ткани мозжечка).
10. Изменения при хронических заболеваниях.
11. Диагностика причин болей в голове, головокружений, беспричинных обмороков.
12. Обнаружения патологических изменений у пациентов с деменцией.

Преимущества МРТ головы

Магнитно-резонансная томография популярна благодаря своим преимуществам:

1. Абсолютная безвредность. Компьютерная томография мозга и рентгенография предусматривают применение рентгеновского излучения. Этим объясняется то, что их не рекомендуют использовать, в отличие от МРТ головы, при необходимости повторения снимков. Например, чтобы сделать анализ результата лечения.
2. Метод чувствителен к изменению химического состава клеток, нарушениям обмена веществ в них.
3. Есть возможность видеть в структурах головы мелкие объекты размером 1 см.
4. Магниторезонансная томография головного мозга предполагает большое количество плоскостных срезов мозга. В результате можно получить высокого качества объемное трехмерное изображение глубоко расположенных мозговых структур: гипофиза, мозжечка, продолговатого мозга, турецкого седла.

Недостатки метода

Есть у данного метода и минусы:

1. Продолжительность процедуры. Это 20 минут минимум. Даже небольшое движение пациента может приводить к искажению снимков. Но этот недостаток при МРТ структур головы не так важен, как, например, при исследовании сердца. Человеку в адекватном состоянии не очень сложно пролежать без движений некоторое время. К тому же при МРТ головы в перерывах между снимками можно расслабиться и пошевелить головой.
2. МРТ является чувствительным и информативным методом диагностики заболеваний любых мягких структур мозга - от коры и до мозжечка, продолговатого мозга. Информативность же при определении некоторых образований в костях небольшая. Объясняется это тем, что водород не проникает в плотную костную ткань. Поэтому при подозрении на патологии костей предпочтение отдается КТ.
3. Минусом магнитно-резонансной томографии головного мозга является ее относительно высокая стоимость. Это исследование стоит несколько дороже КТ головы и значительно дороже рентгеновского исследования.
4. Кроме того, проводится МРТ головного мозга в крупных медицинских учреждениях и центрах. В некоторых из них предусмотрен даже круглосуточный график работы. Для живущих же в небольших населенных пунктах прохождение этого исследования проблематично.

Проведение процедуры

Никакой специальной подготовки для проведения исследования не требуется. Человек до него ведет обычный образ жизни: не вносит изменений в питание, прием лекарственных препаратов, нагрузки. Перед проведением процедуры пациент дает письменное согласие. Врач объясняет суть исследования, его ход, противопоказания, возможные ощущения при ее проведении.

В некоторых больницах пациентам предлагают переодеться в больничную рубашку. Но необходимости в этом нет. Достаточно, чтобы пациент был одет удобно. Единственное требование - отсутствие на одежде металлических деталей. Пациент не должен иметь на себе при исследовании украшений, электронных приборов, кредитных карт, ручек, очков. Необходимо снимать также слуховой аппарат во избежание негативного влияния на него мощного магнитного поля.

Абсолютно никаких болезненных и неприятных ощущений процедура не вызывает. От обследуемого требуется лежать без движений некоторое время. Иногда это около 10 мин. Но в некоторых случаях может потребоваться, например, час.

Дискомфорт могут испытывать те, кто страдает клаустрофобией, т. к. тело пациента во время исследования на специальном устройстве перемещается внутри аппарата МРТ. Особенно ощутим дискомфорт в тех случаях, когда для обследования требуется длительное время, например час. В таком случае может помочь прием успокоительных средств перед исследованием. Некоторые отмечают небольшой интенсивности локальное повышение температуры в области проведения исследования.

Во время процедуры пациент находится один в комнате. Но врач общается с ним при помощи громкоговорителя и может слышать пациента. Снимки делаются сериями. Между ними пациенту разрешают расслабиться и немного пошевелиться.

Детям и некоторым особенно тревожным взрослым рекомендуются беруши. Это позволяет не слышать гудения и щелчков аппарата. Иногда включают спокойную музыку. Ребенка может испугать то, что он находится один при проведении томографии головного мозга, но эту проблему легко устранить присутствием его родителя рядом в течение исследования.

Пациент после процедуры получает на руки снимки МРТ, диск с записью исследования и заключение.

МРТ с контрастированием

Эта методика заключается в том, что МРТ проводится с предварительным введением контраста в вену пациента. Благодаря обильному кровоснабжению мозговых структур, это позволяет достичь еще большей информативности их изображения. Рекомендуется такое исследование в сложных диагностических случаях.

Введение контраста влечет некоторые изменения. Пациенту объясняют необходимость введение определенного вещества в вену. Пациента спрашивают о наличии аллергии, перенесенных операциях, заболеваниях. Контрастное вещество может вызывать аллергические реакции. Осторожность при введении контраста должна присутствовать всегда, даже если больной уверен в отсутствии у него любой аллергии. Не исключено, что именно контрастное вещество станет ее первой и, возможно, единственной причиной. С осторожностью делается контрастирование и при почечной недостаточности.

При введении контраста некоторые отмечают слабое ощущение холода в руке. Другие отмечают приливы к голове. В любом случае все эти ощущения проходят в течение пары минут.

Контрастирование не требует какого-либо восстановительного периода. Сразу после исследования пациент может самостоятельно идти домой, на работу, вести транспортное средство.

В редких случаях при введении контраста может иметь место тошнота, некоторая слабость, головная боль. Как правило, сразу после исследования все неприятные ощущения проходят. Но обследуемый должен сразу говорить врачу обо всех неприятных ощущениях.

Контраст (-ные лекарственные препараты) выводится из организма в течение суток. Поэтому рекомендуется кормящим грудью мамам после проведения исследования отказаться на сутки от грудного вскармливания. Хотя исследования говорят о том, что для малышей на грудном вскармливании МРТ, проведенная их мамам, не приносит негативных последствий.

Не было зарегистрировано отклонений и в течение беременности после проведения МРТ головы. Однако, по понятным причинам, экспериментальных исследований над беременными не проводилось.

Противопоказания

Противопоказана магниторезонансная томография головного мозга пациентам, у которых в организме есть:

• подкожные кардиостимуляторы;
• имплантаты структур уха;
• некоторые клипсы, применяемые при аневризмах мозга;
• металлические сосудистые стенты.

МР-спектроскопия

МР-спектроскопией называют одну из разновидностей МРТ головы. Она позволяет диагностировать отклонения в биологических процессах при патологических изменениях тканей во время заболеваний. При этом используется определение локальной концентрации отдельных метаболитов, биологически активных веществ. По этим данным судят о метаболизме в исследуемом органе.

Ценность МР-спектроскопии заключается в возможности максимально ранней диагностики. Обменные процессы значительно отличаются у здоровых тканей и у тех, в которых начались патологические изменения. Поэтому диагностировать эти изменения при МР-спектроскопии можно еще до того, как заболевание даст о себе знать очевидными клиническими проявлениями.

• воспалениях структур мозга разной этиологии;
• эпилепсии;
• дегенеративных патологиях нервной системы (болезни Альцгеймера, Паркинсона);
• травмах;
• ишемических изменениях (местном малокровии);
• новообразованиях в головном мозге.

Функциональная МРТ

Предпосылкой для появления функциональной МРТ головного мозга (ФМРТ) стало то, что выполнение определенных действий в организме сопровождается активацией соответствующих структур мозга.

Например, совершение движений приводит к возбуждению определенных структур, функция которых заключается в контроле за правильностью их выполнения. Зрительная нагрузка приводит к активации затылочной области, отвечающей за обработку и анализ зрительной информации. Координация требует активации мозжечка.

ФМРТ определяет состояние функциональной активности структуры, отвечающие за мышление, память, слух… Активация любой структуры мозга требует обязательного усиления ее кровотока. Это и регистрирует функциональная МРТ.

МРТ и ангиография

Магниторезонансная ангиография признана высокоинформативным методом, обеспечивающим достоверную визуализацию сосудов головы. Это позволяет не только выявить патологические изменения сосудов, но и спланировать ход оперативного вмешательства на сосудах.

По информативности МР-венография не уступает классической флебографии при рентгенографии. Однако, учитывая отсутствие вредного излучения, является оптимальной, особенно для беременных.

МР- венография позволяет визуализировать артериовенозные мальформации сосудов мозга, изменения венозных синусов, а также любые сосудистые патологии. С помощью метода определяется низкая скорость кровотока головного мозга, что может говорить о наличии локальных нарушений кровоснабжения, наличии тромбов венозных сосудов.

Процедура венографии может проводиться как с контрастированием, так и без него. Введение контраста рекомендуется при диагностике сложной патологии. Так, тромбоз венозного синуса диагностировать довольно непросто.

МРТ исследование перфузии

Перфузионные исследования при МРТ относят к наиболее информативным и достоверным способам диагностики мозга. Перфузия головного мозга - прохождение крови через ткани этого органа. Исследование этого показателя позволяет оценить особенности и дефекты мозгового кровотока, величину участка формирующейся ишемии, сделать прогноз о возможности восстановления нормального функционирования нервной ткани. Введение контраста является непременным условием.

1. Инсультах.
2. Оценке кровотока мозга перед проведением операций на нем.
3. Для оценки гемодинамики опухолей мозга, а также при необходимости проверять результативность противоракового лечения после сеансов химио- и лучевой терапии.
4. При диагностике тромбированного сосуда мозга.
5. Этот метод является вспомогательным при диагностике причин мигрени, эпилепсии, психических расстройств.

Сначала делается исследование без контраста, затем с его введением. Снимки делают, как правило, с интервалом в 1 сек при введении препарата, а также после этого. Интерпретируя результаты, врач учитывает такие показатели:

• объем мозгового кровотока;
• объемную скорость кровотока;
• среднее время циркуляции контраста.

Анализ данных показателей проводится с помощью программной компьютерной поддержки.

После завершения МРТ врач описывает полученные изображения, констатирует наличие или отсутствие мозговой патологии. Это занимает около получаса.

Любое исследование, МРТ головного мозга в том числе, проводится специалистом. Кроме получения высшего медицинского образования, он должен пройти еще и специальные курсы. Они включают информацию об особенностях работы с МР-аппаратурой, учат расшифровке результатов.

Есть анатомические атласы поперечных сечений головы, существуют и специальные атласы по МРТ анатомии головного мозга. Необходимость этого возникает из-за большой вероятности ошибочных результатов, связанных с индивидуальными особенностями каждого исследуемого, которые выявляет томография мозга.

Заключение врача, который описывает МРТ головы, не является диагнозом. Он только делает анализ увиденного.

Только лечащий врач может выставлять на основании результатов МРТ и клинических данных окончательный диагноз, при необходимости проверенный и подтвержденный другими методами исследования.

Магнитно-резонансная томография (МРТ) — метод получения изображений внутренних органов человека, основанный на явлении ядерно-магнитного резонанса (ЯМР).

Физика метода

Человеческое тело содержит большое количество протонов — ядер атома водорода: в составе воды, в каждой молекуле органического вещества — белках, жирах, углеводах, мелких молекулах... Протон же - один из немногих атомов, у которого есть собственный магнитный момент или вектор направления. При отсутствии внешнего мощного магнитного поля магнитные моменты протонов ориентированы случайным образом, то есть стрелки векторов направлены в разные стороны.

Если же поместить атом в сильное постоянное магнитном поле все меняется. Магнитный момент ядер водорода ориентируется либо сонаправленно направлению магнитного поля, либо в противоположном направлении. Во втором случае энергия состояния будет чуть выше. Если же теперь воздействовать на этим атомы электромагнитым излучением резонансной частоте (к счастью для нас, это частота радиоволн, абсолютно безопасная для человека), то часть протонов поменяют свой магнитный момент на противоположный. А после отключения внешнего магнитного поля они вернутся в исходное положение, выделяя энергию в виде электромагнитного излучения, которое и регистрируется томографом.

Ориентация магнитных моментов ядер а ) в отсутствии б ) при наличии внешнего магнитного поля

Эффект ЯМР можно представить не только на протонах, но и на любых изотопах, имеющих ненулевой спин (то есть вращающихся в определенном направлении), чья встречаемость в природе (или в организме человека) достаточно велика. К таким изотопам можно отнести 2 Н, 31 Р, 23 Na, 14 N, 13 C, 19 F и некоторые другие.

История МРТ

В 1937 году Изидор Раби , профессор Колумбийского университета изучил интересное явление, при котором атомные ядра образцов, помещённые в сильное магнитное поле, поглощали радиочастотную энергию. За это открытие он получил Нобелевскую премию по физике в 1944 году.

Позже две группы физиков из США, одна под руководством Феликса Блоха , другая — Эдварда М. Парселла , впервые получили сигналы ядерного магнитного резонанса от твёрдых тел. За это оба в 1952 также удостоились Нобелевской премии физике.

В 1989 Норман Фостер Рамсей получил Нобелевскую премию по химии за теорию химического сдвига, которую сформулировал в 1949 году. Суть теории в том, что ядро атома можно опознать по изменению резонансной частоты, а любую молекулярную систему может описать её спектр поглощения. Эта теория стала основой магнитно-резонансной спектроскопии. В период с 1950 по 1970 годы ЯМР использовался для химического и физического молекулярного анализа в спектроскопии.

В 1971 году физик Раймонд Дамадьян (США) открыл возможность применения ЯМР для обнаружение опухолей. Он продемонстрировал на крысах, что сигнал водорода от злокачественных тканей сильнее, чем от здоровых. Дамадьян и его команда потратили 7 лет на разработку и создание первого МР-сканера для медицинского отображения человеческого тела.

Доктор Дамадьян при попытке получить собственное МРТ изображение

В 1972 году химик Пол Кристиан Лотербур (США) сформулировал принципы отображения ядерного магнитного резонанса, предложив использовать переменные градиенты магнитного поля для получения двумерного изображения.

В 1975 г. Ричард Эрнст (Швейцария) предложил использовать в магнитно-резонансной томографии фазовое и частотное кодирование и Фурье-преобразования, метод, который используется в МРТ и в настоящее время. В 1991 году Ричард Эрнст удостоился Нобелевской премии по химии за достижения в области импульсной томографии.

В 1976 Питер Мэнсфилд (Великобритания) предложил эхо-планарное отображение (EPI) — самую скоростную методику, основанную на сверхбыстром переключении градиентов магнитного поля. Благодаря этому время получения изображения уменьшилось с нескольких часов до нескольких десятков минут. Именно Питер Мэнсфилд вместе с Полом Лотенбуром в 2003 году получил Нобелевскую премию по физиологии или медицине за изобретение метода магнитно-резонансной томографии. Кстати, любопытно, что с Лотенбуром над созданием метода МРТ работал правнук Альфреда Нобеля, Микаэль Нобель.

Итак, 3 июля 1977 , спустя почти 5 часов после начала первого теста, наконец, получили первое изображение среза человеческого тела на первом прототипе магнитного резонансного сканера.

Первое МРТ-изображение среза человеческого тела. Получено 3 июля 1977 года

Устройство томографа

МР-томограф состоит из следующих блоков: магнит, градиентные, шиммирующие и радиочастотные катушки, охлаждающая система, система приема, передачи и обработки данных, система экранирования (см. рис.)

Схема МР - томографа

Магнит — самая, собственно, важная и дорогая часть томографа, создающая сильное устойчивое магнитное поле. Магниты в МР-томографе бывают самые разные: постоянные, резистивные, сверхпроводящие и гибридные.

В томографе с постоянным магнитом поле создается между двумя полюсами, сделанными из ферромагнитных материалов (ферромагнетик — вещество, обладающее магнитными свойствами в отсутствии внешнего магнитного поля). Плюс такого томографа в том, что он не требует дополнительной электроэнергии или охлаждения. Однако создаваемое таким типом томографов поле не превышает по своей индукции 0,35 Тл (Тесла, Тл — единица измерения силы магнитного поля. Надо сказать, что и 0,35 Тл — это мощное магнитное поле, в 10000 раз мощнее магнитного поля Земли). Недостатки постоянных томографов — высокая стоимость непосредственно самого магнита и поддерживающих структур, а также проблемы с однородностью магнитного поля.

В резистивных магнитах поле создается пропусканием сильного электрического тока по проводу, намотанному на железный сердечник. Сила поля таких МРТ примерно чуть больше — 0,6 Тл. Но эти томографы нуждаются в хорошем охлаждении и в постоянном электропитании для поддержания однородности магнитного поля.

В гибридных системах для создания магнитного поля используются и проводящие ток катушки, и постоянно намагниченный материал.

Для создания полей свыше 0,5 Тл обычно необходимы сверхпроводящие магниты, которые очень надежны и дают однородные и стабильные во времени поля. В таком магните поле создается током в проводе из сверхпроводящего материала, не имеющего электрического сопротивления при температурах вблизи абсолютного нуля (-273,15°C). Сверхпроводник пропускает электрический ток без потерь. В МРТ обычно используется провод из ниобий-титанового сплава длиной в несколько километров, вложенный в медную матрицу. Охлаждается эта система жидким гелием. Более 90% производящихся сегодня МР-томографов составляют модели со сверхпроводящими магнитами.

Внутри магнита расположены градиентные катушки, предназначенные для создания небольших изменений главного магнитного поля. Приложенные в трех взаимно перпендикулярных направлениях, градиентные поля позволяют точно локализовать зону интереса в трехмерном пространстве.

Шиммирующая катушка — это катушка с малым током, создающая вспомогательные магнитные поля для компенсации неоднородности главного магнитного поля томографа из-за дефектов основного магнита или присутствия намагниченных объектов в поле исследований.

Радиочастотная (РЧ ) катушка представляет собой одну или несколько петель проводника, создающих магнитное поле, необходимое для поворота спинов на 90° или 180° и регистрирующих сигнал от спинов внутри тела.

Еще недавно клинической практике верхний предел напряженности магнитного поля составляет 2 Тл, однако сегодня на рынок выходят уже семитесловые томографы.

Типы МРТ

По виду конструкции МР-томографы могут быть открытые и закрытые. Первые МРТ-сканеры конструировались как длинные и узкие туннели. МРТ открытой конструкции имеют горизонтальные или вертикальные противостоящие магниты и имеют больше пространства вокруг пациента. Существуют системы для исследования пациентов в вертикальном положении.

МРТ-сканер с вертикальным положением пациента

МРТ-сканер открытого типа

МРТ -сканер закрытого типа

Диффузионно-тензорная МРТ. Этот метод определяет направление и тензор (силу) диффузии молекул воды в тканях: клетках, сосудах, нервных волокнах. Метод не требует использования контрастного вещества и поэтому абсолютно безопасен. На основе полученных в ходе томографии данных строят карты диффузии. Данный метод хорошо подходит для исследования ЦНС, позволяет хорошо визуализировать проводящие структуры мозга. Тензорную МРТ иногда называют трактографией.

Изображение проводящих путей мозга, получено с помощью диффузионно-тензорной МРТ

МР-ангиография. Метод визуализации кровеносных сосудов, основан на отличии сигнала движущихся протонов в крови от сигнала протонов окружающих неподвижных тканей.

МР-ангиография сосудов головы

Функциональная МРТ. Метод основан на регистрации кровообращения активно работающих участков мозга. Этому методу на портале будет посвящен отдельный материал.

МР-спектроскопия. Метод позволяет определить наличие определённых метаболитов (лактата, креатинина, N-ацетиласпартата и многих других) в тканях, органах и полостях, что позволяет делать выводы о наличии заболевания, его динамике.

Применение МРТ

МРТ позволяет увидеть любые внутренние органы человека, не нанося ему вреда. Высокая разрешающая способность, безопасность делают МРТ весьма популярным и перспективным методом исследования в клинической практике, несмотря на довольно высокую стоимость.

Помимо исследования больших объектов — человека, животных, для исследователей есть и другие способы использования магнитного резонанса. Например, МР-микроскопия. Для химиков, физиков и биологов МР-микроскопия возможно самый мощный инструмент изучения веществ на молекулярном уровне. Можно локализовать в 3D объеме магнитные ядра, позволяющие получать изображения и наблюдать объекты с разрешением, достигающим 10 -6 м.

ЯМР-микроскопия сегодня уже применяется для обнаружения микродефектов в различных объектах. Для химиков метод позволяет идентифицировать составы сложных смесей.

Источники:

1. Хорнак Дж. П. Основы МРТ. 2005

2. Марусина М.Я., Казначеева А.О. Современные виды томографии. Учебное пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. - 132 с.

3. McRobbie D. W. et al. MRI from Picture to Proton. - Cambridge university press, 2006.

4. http://www.fonar.com/nobel.htm

5. Александр Грек. Мозги на просвет: Цветные мысли. Популярная механика // 2008 — № 2(64) — стр. 54-58

6. http://www.bakuprightmri.com

7. http://mri-center.ru/mrt-otkritogo-tipa

8. Окользин А. В. Магнитно-резонансная спектроскопия по водороду в характеристике опухолей головного мозга //Онкология. - 2007. - Т. 8.

Дарья Прокудина

Магнитно-резонансную томографию давно используют во всех областях медицинской науки, поскольку данный вид обследования является безопасным и высокоинформативным для врачей при определении патологий и определения методик лечения пациентов. Однако бывают ситуации, когда даже такое информативное исследование не позволяет точно выявить все аспекты заболевания. В таких ситуациях проводятся дополнительные исследования, которые в своей сути так же основываются на ядерно-магнитном резонансе. Важнейшей из таких специализированных методик является магнитно-резонансная спектроскопия.

Суть исследовательской методики

Современные исследовательские клиники проводят магнитно-резонансную спектроскопию с применением специализированного оборудования. Такой метод исследования определяет биохимические изменения, которые вызываются различными патологическими состояниями, в разных участках человеческого организма.

Протонная магнитно-резонансная спектроскопия основывается на изменениях резонансной частоты протонов, из которых состоят всевозможные химические соединения. Такой процесс в медицине принято называть химическим сдвигом, что определяет различия частот пиков спектра.

Единицей измерения химического сдвига принято считать миллионную долю (ррт). На сегодняшний день протонная магнитно-резонансная спектроскопия подразделяется на ту, что проводится по одновоксельной методике, и мультивоксельную, которая может одномоментно определять спектры из нескольких участков головного мозга.

В современной медицине применяется еще одна разновидность спектроскопии – мультиядерная, учитывающая магнитно-резонансные сигналы фосфорных, углеродных и некоторых иных ядер.

При одновоксельной магнитно-резонансной спектроскопии анализу подлежит лишь один воксел или участок мозга человека. При анализе состава частот спектра выбранного воксела специалисты получают определенное метаболитное распределение химического сдвига в миллионных долях. При этом по соотношению в спектре метаболитных пиков, уменьшению или увеличению их высот можно неинвазивным путем оценить протекающие в тканях биохимические процессы.

Мультивоксельная спектроскопия предоставляет спектральные значения сразу нескольких необходимых при исследовании вокселов, которые можно сравнить для получения целостности картины исследуемого участка.

Данные мультивоксельной магнитно-резонансной спектроскопии позволяют строить карту среза по параметрам, где цветовыми маркерами обозначены концентрации необходимых метаболитов, а распределенность метаболитов в срезе визуализирована и предоставляет взвешенное по параметру химического сдвига изображение.

По характеру исследуемых тканей магнитно-резонансная спектроскопия может подразделяться на:

• МР-спектроскопию, которая проводится на внутренних органах;
• МР-спектроскопию, областью исследования которой выступает биологическая жидкость.

Наиболее частым спектром применения методики выступает анализ мышечной ткани, поскольку она не подлежит ни одному другому неинвазивному методу диагностики и может быть обследована только путем применения биопсии.

Области применения диагностики

Рассматриваемая диагностика позволяет расшифровывать процессы метаболизма тканей различных органов при помощи получаемых магнитно-резонансных спектров. Обменные процессы организма, в большинстве случаев, нарушаются гораздо раньше, чем пациент начинает ощущать какие-то симптомы того или иного заболевания.

Вот почему важно своевременно применять магнитно-резонансную спектроскопию, которая поможет выявить отклонения на ранних стадиях болезни и принять соответствующие меры по предотвращению ее прогрессирования. К тому же, данная методика для отдельных анатомических областей организма человека является единственной неинвазивной диагностической процедурой, которая известна на сегодняшний день.

Для диагностики энергетического показателя метаболического процесса сердечной мышцы без введения радиоактивных средств магнитно-резонансная спектроскопия является единственно возможным методом обследования.

При сочетании методики с результатами магнитно-резонансной томографии врач получает общую клиническую картину кардиологических параметров – размеров сердца, структуры миокарда и нарушений кровообращения в нем, функциональных расстройств. Также вышеназванная диагностика помогает контролировать ход лечения ишемической болезни сердца, различной гипертрофии, сердечной недостаточности.

При неврологических патологиях магнитно-резонансная спектроскопия позволяет уточнить диагноз, различая, например, рассеянный склероз и нейрооптикомиелит. При расстройствах психики важным является та особенность данной диагностики, которая помогает рассмотреть различные биохимические процессы в мозговых клетках.

Данная методика широко применима для оценивания всевозможных новообразований в головном мозге. Несмотря на отсутствие гистологических данных о возникшем новообразовании, исследователи говорят об определенных соотношениях рассматриваемых в ходе диагностики показателей и возникновении пика лактата. Таким образом, большинство случаев магнитно-резонансной спектроскопии опухолевых тканей способно предоставить дифференциацию возникших новообразований по принципу злокачественности.

В клинических условиях при послеоперационных диагностиках данная методика свидетельствует об успешности проведенного хирургического вмешательства либо о продолжении роста рассматриваемой опухоли, ее рецидиве, лучевом некрозе.

Еще одним аспектом использования магнитно-резонансной спектроскопии является процесс разграничения впервые обнаруженных первичных или вторичных патологий, их дифференциация по демиелинизирующим и инфекционным процессам.

Показательными являются в данном разрезе диагностированные случаи абсцессов, опирающиеся на диффузионно-взвешенные изображения.

Так, при отсутствующих пиках основных метаболитов при абсцессе отмечается возникновение пиков липид-лактатного комплекса и специфичных абсцессу пиков – например, продуктов анаэробного бактериального гликолиза и результатов протеолиза.

В медицинских источниках часто исследуется эффективность МР-спектроскопии при метаболических нарушениях и дегенеративных поражениях белого вещества мозга у детей, эпилепсии, черепно-мозговых травмах, ишемиях головного мозга и прочих заболеваниях.

Показания и противопоказания для МРС

Рассматриваемая диагностика, аналогично магнитно-резонансной томографии, основана на ядерно-магнитном резонансе, но ее результатом не выступают снимки.

Методика помогает рассматривать правильность распределения в тканях продуктов метаболических процессов, основываясь на их молекулярных особенностях.

Среди основных состояний и заболеваний, при которых пациентам показано прохождение магнитно-резонансной спектроскопии, выделяют эпилепсию, ишемическую болезнь (местное малокровие), болезни Альцгеймера и Паркинсона, всевозможные воспалительные процессы, травмирование тканей, возникновение новообразований в головном мозге.

Поскольку метаболизм здоровых и пораженных тканей значительно отличается, проведение данного вида исследования помогает диагностировать и начать лечить проблему на самой ранней стадии, что чаще приводит к успешному результату.

Среди главных противопоказаний к процедуре специалисты называют искусственный водитель ритма. В случае наличия протезирования внутреннего уха либо искусственного сердечного клапана важно своевременно информировать об этом врача и предоставить ему подробное описание или аннотацию имеющегося протеза.

Также, поскольку исследование проводится в закрытом пространстве – продолговатой кабине, при наличии боязни таких пространств необходимо сообщить об этом специалисту, чтобы он мог прописать пациенту седативные (успокоительные) препараты.

Методика исследования, описанная выше, является многообещающей, поскольку при ее сочетании с другими обследованиями точность поставленного диагноза обычно достигает 90%. Иногда случаются неточности в связи с особенностью опухолевой ткани, которая может не сильно отличаться от нормальной по содержанию холина и степени зрелости.

В остальных случаях данное исследование очень информативно показывает специалистам, что происходит с обследуемым участком.