Раздел медицины:
Онкология

Магнитно-резонансная томография в онкологии

2495 0
Магнитно-резонансная томография (МРТ) стала внедряться в клинику примерно на десятилетие позже рентгеновская компьютерная томография (РКТ) (в 80-е годы).

По значению появление МРТ сравнивают с открытием рентгеновских лучей.

В 1946 году Феликс Блох из Стэндфордского университета и Ричард Пурселл из Гарварда описали независимо друг от друга эффект магнитного резонанса.

За это открытие в 1952 году им была присуждена Нобелевская премия. Однако первое MP-изображение человека было получено только в 1977 году Раймондом Дамадьяном, а серийное производство MP-систем началось в 1982 году, МРТ — наиболее современный метод получения изображений любого органа и ткани тела человека и рассмотрения этого изображения под любым углом и в любой проекции (мультипланарность) без ограничений, присущих ультразвуковому исследованию (УЗИ) и стандартной РКТ.

Кроме того, при магнитно-резонансной томографии нет ионизирующего излучения и радиационной вредности. В силу этого МРТ в перспективе заменит другие методы визуализации, основанные на использовании ионизирующего излучения, даже если они равноценны по информативности и более доступны и дешевы.

В сравнении с УЗИ и компьютерная томография (КТ) данная методика технически сложнее и теоретически труднее для понимания. Остановимся на упрощенном объяснении основных принципов МРТ в изуализации.

Физические принципы и методология МРТ

Принцип магнитно-резонансной томографии: воздействуя радиочастотным импульсом на ткани тела пациента, помещенного в сильное магнитное поле (в десятки тысяч раз сильнее магнитного поля Земли), от ядер атомов водорода (протонов). Na23, Р31, С13 и др., являющихся основной составляющей органов и тканей, получают радиоволновой (магнитно-резонансный) сигнал, на основе которого строится компьютерное изображение исследуемого объема.

Основными компонентами MP-томографа являются сильный магнит (большинство из них — электромагниты), радиопередатчик, приемная радиочастотная катушка и компьютер. Внутренняя часть магнита сделана в форме туннеля, достаточно большого для размещения внутри него взрослого человека. Магнит имеет магнитное поле (В0). ориентированное параллельно длинной оси тела пациента (рис. 8.6).

obchon_r8.6.jpg
Рис. 8.6. Схема МРТ-исследования.

Сила магнитного поля измеряется в теслах (Тл) или гауссах (1 тесла = 104 гауссов). Для клинической MP-томографии используются поля силой от 0,1 до 1,5 тесла. Для сравнения, сила магнитного поля Земли составляет от 0.7 гаусса на полюсе до 0,3 — на экваторе.

В МРТ используется тот факт, что ядра водорода (т.е. протоны) являются очень маленькими магнитными диполями с северным и южным полюсами. Когда пациента помещают внутрь постоянного магнитного поля томографа, все маленькие протонные магниты тела разворачиваются таким образом, что они выстраиваются параллельно в направлении созданного внешнего поля (подобно компасной стрелке, ориентирующейся на магнитное поле Земли).

Любое магнитное попе может индуцировать в приемной катушке электрический ток, но предпосылкой для этого является изменение силы поля, для чего и необходимы радиоволны (электромагнитные волны, содержащие электрическое и магнитное поля).

При пропускании через тело пациента коротких радиочастотных импульсов при условии совпадения их частоты с частотой прецессии (вращения) ядер возникает явление магнитного резонанса. При этом протоны синхронно с частотой воздействующего радиочастотного излучения меняют ориентацию своих магнитных моментов относительно направления статичного магнитного поля аппарата.

После каждого импульса радиочастотного излучения протоны возвращаются в исходное положение, при этом возбуждаются и испускают во внешнюю среду кванты электромагнитного излучения (ЭМ) (спад ядерной индукции), которое составляет величину (ее называют MP-сигналом) магнитного поля исследуемой ткани, достаточную для индукции электрического тока в расположенной вне пациента принимающей катушке (рис. 8.7).

obchon_r8.7.jpg
Рис. 8.7. Схема получения изображения при магнитно-резонансной томографии.

MP-сигналы позволяют получить информацию о структуре и расположении молекул, их динамике, характере химических связей и используются для получения изображения внутренних структур организма.

Понятно, что величина суммарного магнитного вектора ткани, прежде всего, определяется плотностью протонов. Поскольку разные ткани тела содержат разное количество воды (от 12% в костях, до 83% в сером веществе мозга), то появляется возможность получать достаточно четкие послойные изображения отдельных органов.

Так, анатомические области с малым количеством протонов, например, воздух, всегда индуцируют очень слабый MP-сигнал и, таким образом, всегда представляются на изображении темными. Огромное число содержащихся в большинстве тканей протонов обусловливает тот факт, что чистый магнитный момент воды и других жидкостей достаточно велик и выглядит ярким на MP-изображениях как имеющий очень высокую плотность протонов.

Таким образом, передавая радиочастотные импульсы с установленным заранее узким диапазоном частот, можно записывать MP-сигналы только от тонкого слоя ткани. Ориентация градиентов магнитного поля и, соответственно, направление срезов, могут быть легко заданы в любом направлении.

Реконструкция MP-изображений

Получаемый от слоя ткани MP-сигнал является комбинированным, индуцируемым одновременно магнитными векторами всех составляющих его тканей. Для извлечения содержащихся в комбинированном MP-сигнале различных частот и фаз используется сложный математический анализ (двухмерное преобразование Фурье).

Он зависит от информации, содержащейся в многочисленных повторяющихся сигналах, поступающих от одного и того же слоя ткани, и этим объясняется то, почему «обычная» МРТ требует относительно больших затрат времени.

Однако контрастность изображения зависит не только от плотности протонов в ткани. Определенную роль играют другие параметры и два наиболее важных из них — время релаксации протонов — Т1 и Т2.

Величина Т2 зависит от физических и химических свойств тканей. Жидкости и подобные жидкостям ткани обычно имеют длительное время Т2 (MP-сигнал исчезают медленно), а твердые ткани и вещества — короткое время Т2 (MP-сигнал исчезают быстро). Величина Т1 в значительной мере зависит от размера молекул и их мобильности.

Как правило, Т1 минимально для тканей с молекулами среднего размера и средней мобильности, например для жировых тканей. Регулируя период времени между передаваемыми радиочастотными импульсами, оператор MP-системы может выбирать то, чем будет, в основном, определяться контрастность изображения: плотностью протонов и временем Т1 или Т2.

Фактически MP-изображение — это не один, а несколько видов изображений, полученных в разных режимах, с отличающимся контрастом. Из изложенного становится ясно, что в магнитно-резонансная томография создается особенно высокий тканевый контраст, основанный на нескольких параметрах, зависящих от ряда физико-химических свойств тканей, и благодаря этому возможна визуализация изменений, которые не выявляются при ультразвуковом исследовании и рентгеновская компьютерная томография.

Контрастные средства для МРТ

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)-сигнал не обладает высокой специфичностью при исследовании разных тканей, в том числе опухолевых. С цепью улучшения изображения, дифференциальной диагностики разных опухолей и функциональной оценки органов желудочно-кишечного тракта и мочевыводящей системы применяются контрастные препараты, представляющие собой парамагнитные соединения различной химической природы.

Все они обладают магнитными свойствами и изменяют интенсивность изображения тканей, в которых они находятся, укорачивая релаксацию (Т1 и/или Т2) окружающих их протонов. При этом пораженные участки реагируют иначе, чем нормальные, что позволяет определять границы патологических очагов по изменению контраста на ЯМР-томограмме.

В зависимости от способа введения и физико-химической природы, контрастные вещества (парамагнетики) подразделяются на следующие группы: ингаляционные (молекулярный кислород, окись и двуокись азота), обладающие парамагнитными свойствами и хорошо растворимые в биологических жидкостях и тканях; оральные (нерастворимые соли парамагнитных металлов — хлорида и аммоний-цитрата железа), контрастирующие желудочно-кишечный тракт; внутривенные (комплексные соединения парамагнитных металлов хрома, марганца, гадолиния и др.).


Однако МРТ присущи и некоторые недостатки: в отличие от РКТ плохо отображаются обызвествления; длительное время реконструкции изображения вместе с артефактами от дыхательных и других движений ограничивает применения МРТ в диагностике заболеваний грудной и брюшной полости; даже самые современные MP-системы уступают рентгеновской компьютерной томографии по пространственному разрешению в плоскости отображаемого слоя.

Противопоказания и потенциальные опасности магнитно-резонансной томографии

До настоящего времени не доказаны вредные эффекты используемых в МРТ постоянных или переменных магнитных полей.

Для подавляющего большинства пациентов метод не представляет опасности. Однако передаваемые радиочастотные волны всегда вызывают нагрев тканей. Поэтому для предотвращения опасного нагрева максимально допустимая энергия, излучаемая на пациента, регулируется международными стандартами.

В тоже время для МРТ существуют противопоказания:

1. Пациентам с установленным водителем ритма (кардиостимулятором) МРТ абсолютно противопоказана. На функционирование этих приборов может повлиять магнитное поле, и, более того, в их электродах могут индуцироваться электрические токи с возможным нагревом эндокарда. Противопоказано исследование при наличии в организме электронных имплантантов и других протезов, активирующихся электронным путем.

2. Первые три месяца беременности большинством авторов расцениваются как абсолютное противопоказание для магнитно-резонансной томографии из-за риска нагрева плода, так как в этот период плод окружен относительно большим объемом амниотической жидкости и обладает крайне ограниченными возможностями для отведения избыточного тепла.

3. MP-исследование абсолютно противопоказано пациентам с внутриглазничными, внутричерепными и внутрипозвоночными ферромагнитными сосудистыми клипсами и с инородными телам и из ферромагнитных материалов.

Известно, что любой ферромагнитный объект подвергается воздействию магнитных сил и способен перемещаться, что при определенной его локализации может быть опасным для пациента, но наибольшая потенциальная опасность, связанная с этими объектами, — тяжелое кровотечение. По этой же причине МР-исследование противопоказано при наличии металлических имплантантов после операций, осколков после ранении, металлических протезов, нейростимуляторов.

4. МРТ противопоказано реанимационным больным из-за воздействия магнитных полей MP-томографов на системы жизнеобеспечения.

5. Относительно противопоказано MP-исследование пациентам с клаустрофобией (их около 1%), хотя она нередко купируется седативными средствами (реланиум и др.).

Доступность и цена

МРТ — наименее доступный метод визуализации из-за очень высокой цены аппаратуры. С повышением мощности используемого в аппаратах магнитного поля увеличиваются возможности томографов, но и одновременно растет закупочная цена.

К этому нужно добавить высокие эксплуатационные расходы на периодическое восполнение жидкого гелия в томографах с высокой и средней силой поля (для создания сверхпроводимости в катушках электромагнита). Поэтому МРТ — очень дорогое исследование (за рубежом примерно в 2 раза дороже РКТ).

Клиническое применение магнитно-резонансной томографии в онкологии

Подготовка пациентов для магнитно-резонансного томографическогоисследования

Специальной подготовки для проведения МРТ не требуется. При направлении на МРТ оперированных больных необходима обзорная рентгенограмма области операции для выявления возможных металлических предметов (протезов, клипс, швов и др.).

Возможности МРТ-томографии в клинике в настоящее время подвергаются широкому обсуждению. Как правило, ее сравнивают с рентгеновской компьютерной томографией. Однако, даже исключив высокий уровень лучевой нагрузки последней, между двумя этими методами больше различий, чем сходства.

Так, с помощью РКТ изображение получается по одному параметру (плотность электронов), в то время как ЯМР-изображение позволяет характеризовать ткани по пяти показателям — протонная плотность, время релаксации Т1 и Т2, спектральные изменения и, наконец, наличие жидкости.

И все они, легко сочетаясь в разных комбинациях, дают многочисленные изображения и позволяют отчетливо разграничивать гистологические типы тканей (жир, мышцы, сосуды и др.) в норме и при патологических изменениях (опухоль, отек, некроз и т.д.). В этом отношении МРТ — непревзойденный метод.

Магнитно-резонансная томография эффективна при диагностике доброкачественных и злокачественных опухолей головного мозга, но вначале предпочтение должно отдаваться КТ как более экономичному и быстрому методу, а МРТ — при необходимости уточнения результатов КТ.

Однако если имеются подозрения на поражение мозга в области задней черепной ямки, ствола, или мелкоочаговые или диффузные поражения белого вещества, или необходима неинвазивная оценка состояния интракраниальных артерий, то целесообразно начинать обследование сразу с МРТ, желательно с контрастным усилением.

Также предпочтительнее МРТ для выявления патологии спинного мозга и межпозвонковых дисков в шейном и грудном отделах, поскольку позволяет получать сагиттальные срезы без артефактов от костных структур, а также не требуется введения контрастных средств.

Несомненны достоинства МРТ при исследованиях суставов с хорошей визуализацией их хрящевых поверхностей, связочного аппарата. МРТ позволяет выявлять костные метастазы еще на той стадии, когда они затрагивают лишь костный мозг и не вызывают деструкции костных структур, которые можно диагностировать и обычными рентгеновскими исследованиями.

Областью чрезвычайно перспективного применения магнитно-резонансной томографии является визуализация поражений костного мозга различного генеза, что, в свою очередь, помогает выбору оптимального места и времени для биопсий, уменьшить число контрольных биопсий (это особенно важно при лечении детей) и получить данные об участках костного мозга, недоступных для биопсии, а также диагностировать рецидивы и ремиссии.

Органы малого таза — еще одна область, где МРТ, как правило, имеет преимущества перед КТ. На MP-изображениях хорошо визуализируются анатомические особенности и патологические очаги в матке, предстательной железе, мочевом пузыре, инвазия опухолей в жировую клетчатку и мышцы, лимфатические узлы.

При выявлении опухолей печени, селезенки, почек и надпочечников, средостения и шеи диагностические возможности МРТ и КТ примерно сопоставимы, поэтому по упомянутым выше причинам предпочтение отдается КТ. Только в отдельных ситуациях МРТ может дать больше информации, например, при оценке степени инвазии опухолью сосудов брюшной полости, диагностике забрюшинных новообразований.

Магнитно-резонансная томография не применяется для диагностики легочной патологии, заболеваний желудка, кишечника и желчного пузыря, для выявления камней, кальцификатов, переломов костей.

В последние годы разрабатывается метод магнитно-резонансной спектроскопии (МРС) — способ определения in vivo химического состава тканей и концентрации в них различных метаболитов по радиочастотному спектру, полученному с помощью ядерно-магнитного резонанса.

Метод осуществим только на очень дорогих MP-томографах с силой магнитного поля от 1,5 Т. При МРС информация представляется в виде графиков (частотных спектров), но может быть преобразована в карты метаболизма, отображающие концентрации некоторых метаболитов в анатомическом срезе органа.

Клиническая ценность метода не общепризнанна, хотя имеются данные о возможности использовать его для определения метаболической активности тканей и дифференциальной диагностики патологических образований головного мозга и других органов.

В заключение необходимо сказать, что МРТ является самым современным методом получения изображения практически всех органов и тканей организма без применения ионизирующего излучения и позволяет в большинстве случаев адекватно определить характер патологического процесса.

Широкое внедрение МРТ в лечебную практику сдерживается высокой стоимостью томографов. Однако прогресс в области физики твердого тела позволяет надеяться на разработку мощных сверхпроводящих магнитов на принципиально новой основе, что  несомненно, повысит экономичность данного исследования.

Угляница К.Н., Луд Н.Г., Угляница Н.К.
Похожие статьи
показать еще
 
Категории