ВВЕДЕНИЕ

МРТ - метод лучевой диагностики, который в настоящее время широко используется в клинической медицине. В связи с физико-техническими особенностями из всех методов лучевой диагностики МРТ имеет самое высокое мягкотканное разрешение. Неограниченная вариабельность плоскостей срезов, естественный контраст от движущейся крови являются важными преимуществами МРТ.

Авторы, занимаясь в течение многих лет учебно-преподавательской работой в области новых методов диагностики, обнаружили, что существует потребность в создании компактных атласов с кратким описанием нормальной анатомии и стандартных методик выполнения МРТ. Обычных анатомических атласов явно недостаточно для изучения лучевых изображений, получаемых на современных приборах. В связи с ростом интереса к МРТ и увеличением числа специалистов, работающих в этой области, назрела потребность издания подобных атласов с описанием нормальной анатомии органов человеческого тела на МР-изображениях.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ МЕТОДА

Магнитно-резонансная томография (МРТ) - метод лучевой диагностики, основанный на получении послойных и объемных изображений тела с помощью явления ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

С 70-х годов ХХ в., когда принципы ядерного магнитного резонанса (ЯМР) впервые стали использовать для исследования человеческого тела, и до сегодняшних дней этот метод медицинской визуализации продолжает развиваться. Совершенствуется техническое и программное обеспечение, развиваются методики получения изображений, разрабатываются специальные контрастные препараты. Все это позволяет постоянно находить новые сферы применения МРТ. Если сначала ее использование ограничивалось лишь исследованиями центральной нервной системы, то сейчас она с успехом применяется и в других областях медицины.

В начале 80-х годов ХХ в., после включения ЯМР в число методов лучевой диагностики, прилагательное «ядерный» было исключено, чтобы оно не ассоциировалось у населения с ядерным оружием или ядерными электростанциями, с которыми ЯМР не имеет ничего общего. Поэтому в наши дни в медицинской практике используется термин «магнитно-резонансная томография».

ЯМР - это физическое явление, основанное на

свойствах некоторых атомных ядер, помещенных

в магнитное поле, поглощать внешнюю энергию в

радиочастотном (РЧ) диапазоне и излучать ее после

прекращения воздействия радиочастотного импульса.

При этом напряженность постоянного магнитного

поля и частота радиочастотного импульса должны

строго соответствовать друг другу.

Наиболее интересными для использования в МРТ

являются ядра ¹H, ¹³С, ¹⁹F, ²³Na и ³¹Р. Все они облада-

ют магнитными свойствами, что отличает их от немагнитных изотопов. Протоны (¹H) наиболее распространены в природе, потому что основными компонентами тканей живых существ являются вода, жир, углеводы и другие биохимические соединения, содержащие водород. Для клинической МРТ используется именно сигнал, поступающий от протонов.

При изложении физических основ МРТ обычно ядра водорода (протоны) описывают как маленькие элементарные магниты (диполи), имеющие два полюса. Каждый протон, вращаясь вокруг собственной оси, обладает небольшим магнитным моментом (вектором намагниченности). Это обусловлено тем, что вращающиеся заряженные частицы создают локальное магнитное поле. Вращающиеся магнитные моменты ядер называют спинами. Когда атомные ядра, обладающие магнитными свойствами, помещаются во внешнее магнитное поле, они могут поглощать электромагнитные волны определенных частот, зависящих от типа ядер, напряженности магнитного поля, физического и химического окружения ядер. Поглощение и испускание таких радиочастотных (электромагнитных) волн и является основным явлением, использующимся в МРТ и МР-спектроскопии.

Поведение ядра во внешнем магнитном поле можно сравнить с вращающимся волчком. Под действием магнитного поля вращающееся ядро совершает сложное движение: оно вращается вокруг своей оси, кроме того, сама ось вращения совершает конусообразные круговые движения (прецессирует), отклоняясь от вертикального направления.

Во внешнем магнитном поле ядра, обладающие магнитными свойствами, подобно протонам, могут находиться либо в стабильном энергетическом состоянии (нижний уровень), либо в возбужденном состоянии (верхний уровень) с более высокой энергией. Разность энергий этих двух состояний настолько мала, что количество ядер на каждом из этих уровней почти идентично. Поэтому результирующий сигнал ЯМР, зависящий именно от различия населенностей этих двух уровней протонами, будет очень слабым. Чтобы обнаружить эту макроскопическую намагниченность, необходимо отклонить ее вектор от оси постоянного магнитного поля. Это достигается с помощью импульса внешнего радиочастотного (электромагнитного) излучения. Радиоволны являются квантами энергии, они вызывают переход спинов на уровень с более высокой энергией. Частота этих волн должна иметь определенную величину (так называемая Ларморова частота), чтобы под их воздействием вектор намагниченности отклонился от направления внешнего магнитного поля. При возвращении системы к равновесному состоянию излучается поглощенная энергия (МР-сигнал), которая может быть обнаружена, обработана и использована для построения МР-изображений (томограмм).

Чтобы сделать возможным разделение принятого сигнала на частотные компоненты, его нужно обработать с помощью специального математического процесса, называемого преобразованием Фурье. С целью выбора ориентации и толщины слоя в МРТ используют так называемые градиентные магнитные поля.

Радиочастотные импульсы индуцируют МР-сигналы только в том случае, если частота импульсов точно соответствует ларморовой частоте протонов. Данный факт позволяет получать МР-сигналы из выбранного тонкого слоя тканей (среза). Специальные градиентные катушки, расположенные внутри главного магнита, создают небольшие дополнительные магнитные поля таким образом, что сила поля линейно увеличивается в одном направлении. Передавая радиочастотные импульсы с установленным заранее узким диапазоном частот, можно получать МР-сигналы только от выбранного слоя ткани. Ориентация градиентов магнитного поля и соответственно направление срезов может быть легко задана в любом направлении. Получаемые от каждого объемного элемента изображения (воксел) сигналы имеют свой единственный и распознаваемый код. Этим кодом являются частота и фаза сигнала. На основании этих данных можно строить двумерные или трехмерные изображения.

Основной частью МР-томографа является специальный магнит, который создает постоянное, статическое, однородное магнитное поле. Напряженность поля магнитов может различаться в несколько раз в соответствии с назначением оборудования.

Обычно МР-томографы классифицируются в зависимости от напряженности магнитного поля. Сила магнитного поля измеряется в теслах (Тл) или гауссах (1 Тл = 10 000 гаусс). Сила магнитного поля Земли колеблется от 0,7 гаусса на полюсе до 0,3 гаусса на экваторе. Для клинической МР-томографии используются магниты с полями от 0,1 до 3 тесла. Чаще всего

используются МР-системы с полем 0,2-0,35, 0,5, 1 и 1,5, а также 3 Тл. Линейной зависимости между силой поля и качеством изображений нет. Однако системы с высоким значением поля (1,5-3 Тл) дают больше возможностей для клинических и научных исследований.

Магнитно-резонансные томографы для клинического применения бывают двух видов - закрытые и открытые.

Роль приемников и передатчиков сигналов при МРТ играют специальные катушки. Большая приемопередающая катушка всегда встроена в магнит. С ее помощью можно проводить исследование больших отделов тела пациента. Для улучшения качества отдельных изображений и при изучении небольших структур (головного мозга, шеи, суставов, орбиты и т.д.).

Дополнительно используются специальные поверхностные катушки. Уже достаточно давно существуют внутриполостные (эндоректальные, эндовагиналь-ные) катушки.

МР томограф для получения изображения использует радиочастотные импульсы. Поэтому для защиты томографа от внешних радиочастотных помех комната, где он располагается, полностью экранируется медной сеткой или металлическими листами. Это приспособление называется клеткой Фарадея.

Ткани с большими суммарными магнитными векторами будут индуцировать сильный сигнал и выглядеть на изображении яркими, а ткани с малыми магнитными векторами индуцируют слабый сигнал и будут выглядеть темными. Величина магнитного век-

тора в тканях прежде всего определяется плотностью протонов. Анатомические области с малым количеством протонов (например, воздух или компактная кость) индуцируют очень слабый МР-сигнал и, таким образом, всегда представляются на изображении темными. Вода и другие жидкости имеют сильный сигнал и на изображении выглядят яркими, но различной интенсивности. Мягкие ткани имеют вариабельную интенсивность сигнала на изображении. Это обусловлено тем, что, помимо протонной плотности, характер интенсивности сигнала при МРТ определяется и другими параметрами. К ним относятся: время спин-решеточной (продольной) релаксации (Т1), спин-спиновой (поперечной) релаксации (Т2), движение или диффузия исследуемой среды.

Время релаксации тканей - Т1 и Т2 - является константой. Его величина зависит от силы поля и типа самих тканей (нормальных или патологически измененных). Это время играет важную роль в формировании контраста на МР-изображениях. В МРТ используются понятия «Т1-взвешенное изображение», «Т2-взвешенное изображение», «протонно-взвешен-ное изображение», то есть изображения, на которых различия между тканями преимущественно обусловлены вкладом одного из этих факторов.

Для получения сигнала магнитного резонанса используются комбинации радиочастотных импульсов различной длительности и формы. Сочетая различные импульсы, формируют так называемые импульсные последовательности, которые используются для получения изображений. Наиболее распространенными видами

импульсных последовательностей являются «спин-эхо», «инверсия-восстановление» и «градиентное эхо».

Существуют специальные импульсные последовательности для получения сигнала только от неподвижной (МР-гидрография, МР-миелография, МР-холан-гиография) либо движущейся жидкости - крови (МР-ангиография).

Применение при МРТ специальных быстрых последовательностей позволяет записать изображения сердца в разные фазы сердечного цикла (кино-МРТ). Исследование проводится при синхронизации с ЭКГ во время одной задержки дыхания. Полученные последовательные изображения сердца можно изучать на экране во время движения. Анализу подвергаются параметры объема полостей сердца, фракция выброса левого желудочка, сократительная способность миокарда, направление потоков крови и т.д.

Применение методик контрастирования позволяет изучать кровоснабжение (перфузию) органов. С помощью современных МР-томографов можно не только получать анатомическое изображение или изучать движение сердца. Появились методики, позволяющие видеть участки активации серого вещества головного мозга при выполнении обследуемым различных заданий (функциональная МРТ). Это могут быть задания на движение пальцами определенной руки (изучение двигательной активности) или повторение про себя определенных слов (изучение речевой коры). Проведение МР-томографии до и во время выполнения задания позволяет выявить и зафиксировать разницу в оксигенации соответствующих

участков коры. Такие методики получили название функциональной МРТ.

МР-АНГИОГРАФИЯ

Магнитно-резонансная ангиография (МРА) позволяет видеть артерии и вены без введения контрастных средств, в двухили трехмерном формате. При применении специальных методик МРА можно количественно определить кровоток и его направление. При МРА движущаяся кровь является естественным контрастом. Кровь может давать сигнал высокой или низкой интенсивности в зависимости от скорости, характера и направления потока, а также от используемой последовательности. На Т1-, Т2- и протон-но-взвешенных томограммах быстро текущая кровь выглядит темной, медленно текущая - относительно светлой. Это может быть полезным при дифференциальной диагностике аневризм, ангиом, сосудистых мальформаций, тромбов.

При МРА используются ускоренные градиентные последовательности с уменьшенным углом отклонения вектора намагниченности (FLASH, FISP, GRASS и им подобные) с малым временем повторения импульсов (TR), менее 100 мс - обычно 20 - 40 мс, очень коротким временем эхо (ТЕ) - 1-12 мс и небольшим углом отклонения вектора намагниченности (обычно 20-40 мс). Они должны обеспечивать сбор информации из всего объема области интереса, так как затем по этим данным строятся многоплоскостные реконструкции изображений сосудов.

Импульсные последовательности оптимизированы таким образом, что движущаяся кровь имеет максимальную интенсивность сигнала, а неподвижные ткани - низкую. Для МРА сейчас используют две основные методики: время-пролетную (TOF) и фазово-контрастную (PC).

Для построения и обработки МР-ангиограмм обычно применяют метод проекций максимальной интенсивности (MIP), хотя возможно применение программ объемного рендеринга (VRT), как при КТ.

КОНТРАСТНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ МРТ

Назначение контрастных препаратов для МРТ - изменение магнитных свойств тканей. В отличие от рентгеноконтрастных препаратов, непосредственно ослабляющих рентгеновское излучение, препараты для МРТ приводят к изменению характеристик окружающих тканей. Целью использования МР-контрас-тов является увеличение контраста между здоровыми и патологически измененными тканями и усиление яркости сосудов при МР-ангиографии. Кроме этого, исследование изменений параметров тканей во времени позволяет изучить перфузию тканей.

Механизм действия контрастных средств, применяемых для МРТ, основывается на изменениях времен релаксации или магнитной восприимчивости. Большинство из этих препаратов являются парамагнитными (активный компонент - гадолиний, марганец) или суперпарамагнитными (активный компонент - оксид железа) соединениями. По влиянию

на интенсивность сигнала контрастные вещества для МРТ делят на позитивные (Т1-агенты, укорачивают время релаксации Т1; например, гадолиний - Gd) и негативные (Т2-агенты, укорачивают время Т2, например оксиды железа).

Контрастные препараты на основе гадолиния считаются достаточно безопасными соединениями с незначительными побочными эффектами. Имеются лишь единичные сообщения о тяжелых анафилактических реакциях на эти вещества. Тем не менее необходимы тщательное наблюдение за пациентом после выполнения инъекции и доступность реанимационного оборудования. Первоначально низкомолекулярные парамагнитные контрастные агенты использовались в основном для выявления различных поражений ЦНС, так как именно в этой области МРТ получила наибольшее признание. В настоящее время они применяются для исследования всех органов тела.

Парамагнитные контрастные вещества распределяются во внутрисосудистом и внеклеточном пространствах организма и не проходят через гематоэнцефаличес-кий барьер (ГЭБ). Поэтому в ЦНС в норме усиливаются только области, лишенные этого барьера, например гипофиз, воронка гипофиза, кавернозные синусы, твердая мозговая оболочка и слизистые оболочки носа и придаточных пазух. Повреждение и разрушение ГЭБ приводит к проникновению парамагнитных контрастных веществ в межклеточное пространство и локальному изменению Т1-релаксации. Это отмечается при целом ряде патологических процессов в ЦНС, таких,

как опухоли, метастазы, нарушения мозгового кровообращения, инфекции.

Области применения парамагнитных контрастных средств, помимо ЦНС, включают в себя диагностику заболеваний костно-мышечной системы, заболеваний сердца, печени, поджелудочной железы, почек и надпочечников, органов малого таза и молочных желез. С этими веществами выполняют МР-ангиографию и проводят изучение перфузии головного мозга и сердца.

В клинике начинают применяться и контрастные средства на основе других металлов, например оксидов железа или марганца. Эти препараты преимущественно применяют для исследований печени. Появились контрастные вещества для МРТ, которые могут долго циркулировать в кровотоке (так называемые внутрисосудистые контрастныесредства).Областииспользованияконтраст-ных средств для МРТ постоянно расширяются.

При МРТ стандартной дозой является 0,1 ммоль гадолиниевого контрастного средства на килограмм веса обследуемого (0,2 мл/кг - 14-20 мл для взрослого пациента). Эта доза не должна занижаться, так как в противном случае существует опасность того, что степень контрастирования изучаемой структуры окажется недостаточной для того, чтобы ее можно было обнаружить на томограммах. Единственное исключение составляет МРТ гипофиза, который очень хорошо контрастируется ввиду хорошей васкуляризации и отсутствия гемато-энцефалического барьера. В этом случае рекомендуется введение половинной дозы гадолиния (0,05 ммоль/ кг) и проведение динамического МР-исследования в несколько фаз.

Использование высоких (2-3-кратных доз гадолиния) или более концентрированных препаратов приводит к повышению контрастности изображений, но обычно не влияет на оценку и анализ диагностической информации. Исключение составляют случаи выявления мелких метастатических поражений, исследования жизнеспособности миокарда и некоторые виды МР-ангиографии, когда использование более высоких доз гадолиния в 5-10% случаев позволяет получить дополнительную диагностическую информацию. Следует иметь в виду, что применение высоких доз гадолиния приводит к значительному (в 2-3 раза) увеличению расходов на контрастные средства.

Из-за боязни нефротоксичности возникла идея использовать в качестве рентгеноконтрастных средств гадолиний-содержащие магнитно-резонансные средства, которые хотя и были разработаны для усиления контрастности изображения при проведении МРТ, благодаря наличию у них парамагнитных свойств обладают еще и способностью поглощать рентгеновские лучи. В последние годы опубликованы результаты ряда наблюдений по контрастированию сосудов с помощью гадолиниевых контрастных агентов (Магневист, Омнискан, Гадовист). Однако пока отсутствуют убедительные научные данные о более низкой нефротоксичности гадолиниевых агентов (использующихся для рентгеноконтрастной ангиографии в более высоких дозах, чем при МР-томографии) по сравнению с йодсодержащими веществами. Более того, в последнее время появились сообщения о повышенном риске тяжелых осложнений при введении гадолиниевых пре-

паратов пациентам с нарушенной функцией почек (нефрогенная фиброзирующая дермопатия). По этой причине в международных рекомендациях указывается на нежелательность замены рентгеноконтраст-ных средств гадолиниевыми препаратами, особенно у пациентов с нарушенной функцией почек. Это можно делать только в редких, исключительных случаях.

БЕЗОПАСНОСТЬ МРТ

Существуют абсолютные и относительные противопоказания к проведению МРТ.

К абсолютным противопоказаниям относят состояния, при которых проведение МРТ создает угрожающую для жизни больного ситуацию.

1. Наличие искусственных постоянных или временных водителей ритма (кардиостимуляторов), а также других имплантатов, которые активируются электронным, магнитным или механическими путями (например, ферромагнитные или электронные имплантаты среднего уха, инсулиновые насосы). Воздействие радиочастотного излучения МР-томогра-фа создает риск нарушения функционирования стимулятора, работающего в системе запроса, так как изменения магнитных полей могут имитировать сердечную деятельность. Магнитное притяжение может вызвать также смещение стимулятора в гнезде и сдвинуть электроды.

2. Наличие металлических скобок (гемостатичес-кие клипсы) на сосудах головного мозга. Смещение таких имплантатов вследствие магнитного притяже-

ния несет в себе риск кровотечения либо тромбоза сосуда вследствие повреждения его стенки. Наличие хирургических скобок и гемостатических клипс в других частях тела обычно не представляет опасности, так как в отдаленном послеоперационном периоде фиброз и инкапсулирование этих маленьких металлических объектов удерживают их в стабильном состоянии.

3. Металлические магнитные инородные тела глаза (могут вызвать повреждения органа зрения).

4. Необходимость постоянного функционирования реанимационной аппаратуры (механическая вентиляция легких, электрические инфузионные насосы), которые не могут нормально работать вблизи или внутри магнита.

К относительным противопоказаниям относят случаи, когда необходима осторожность при обследовании пациентов, имеющих в теле (помимо случаев, указанных выше как противопоказания) различные объекты из медицинских и немедицинских металлов (осколки, искусственные суставы, металлические скобки в грудине, современные модели кава-фильтров, сосудистые (в том числе коронарные) стенты и искусственные клапаны сердца.

Решение о допустимости исследования у этих пациентов принимается лечащим врачом и специалистом, проводящим исследование, на основании информации о материале металлического объекта и его поведении в магнитном поле томографа. Основное значение имеет оценка риска его смещения, дисфункции и нагревания под воздействием радиочастотного излучения. Наличие у обследуемого пациента зубных протезов или металли-

ческих зубов не служит противопоказанием к исследованию.

Металлические имплантаты с магнитными свойствами вызывают локальные артефакты, которые могут затруднять интерпретацию изображений.

Клаустрофобия является препятствием для проведения исследования в 1-4% случаев. Чаще всего приходится сталкиваться с мнимой клаустрофобией. Преодолеть ее можно, с одной стороны, использованием приборов с открытыми магнитами, с другой - подробным объяснением устройства аппаратуры и хода обследования.

Хотя свидетельств повреждающего действия МРТ на эмбрион или плод не получено, рекомендовано, по возможности, избегать выполнения МРТ в ранние сроки беременности. Применение МРТ при беременности показано только в тех случаях, когда другие неи-онизирующие методы диагностической визуализации не дают удовлетворительной информации.

Тяжелое состояние больных (нарушения сознания и психики, тяжелая одышка, ортопноэ, спастические состояния) затрудняет исследование, так как МРТ сердца и коронарных артерий занимает больше времени, чем КТ и требует повторных задержек дыхания. Частая экстрасистолия, мерцательная аритмия и трепетание предсердий ухудшают синхронизацию с ЭКГ и снижают качество изображений. Обследование детей младшего возраста нередко бывает затруднительным по тем же причинам, и в этом случае обычно приходится прибегать к седации или кратковременному наркозу.