Физические основы МРТ
МРТ (магнитно-резонансная томография) – это лучевой метод диагностики, основанный на явлении ядерно-магнитного резонанса и позволяющий визуализировать внутренние органы и ткани в виде томографических изображений.
Физические процессы, происходящие в магнитно-ядерной установке:
- Протон является заряженной частицей, вращающейся вокруг собственной оси с высокой частотой (порядка 40 млн. оборотов в секунду). Как известно, движение заряженной частицы приводит к формированию магнитного поля, вектор которого совпадает с направлением вращения. Напряженность магнитного поля прямо пропорциональна частоте вращения протона, называемой частотой Лармора. По сути, каждый протон представляет собой маленький магнит (спин), имеющий собственное магнитное поле и два полюса (северный и южный).
- Концентрация протонов самая большая в организме среди всех элементарных частиц, и именно они обладают самым высоким магнитным моментом. В отсутствие магнитного поля или при небольшой его силе спины (направления) протонов ориентированы хаотично. Но под действием сильного магнитного поля, как раз составляющего основу томографической магнитно-резонансной установки, они начинают выстраиваться вдоль основного магнитного вектора, обозначаемого В0. Продольная намагниченность спинов, возникающая при этом, будет максимальной.
- Затем подаются мощные радиочастотные импульсы с определенной (резонансной) частотой, близкой по величине к частоте Лармора. В результате этого все протоны начинают перестраиваться перпендикулярно по отношению к основному магнитному вектору и совершают синхронное вращение, формируя тем самым собственно ядерный резонанс. Продольная намагниченность при этом становится равной нулю, но в силу того, что все спины теперь направлены перпендикулярно к основному магнитному вектору, возникает поперечная намагниченность.
- В дальнейшем влияние основного магнитного вектора постепенно возвращает спины к исходному состоянию (релаксации), в ходе которой продольная намагниченность увеличивается, а поперечная уменьшается.
- На скорость релаксации могут влиять несколько факторов: наличие химических связей; наличие или отсутствие кристаллической решетки; возможность свободной отдачи энергии при переходе электрона с более высокого энергетического уровня на более низкий; неоднородность магнитного поля.
- Подача радиочастотного импульса первое время заставляет все протоны вращаться в одной фазе (синхронно), но затем в силу наличия небольших неоднородностей магнитного поля спины, имеющие разную частоту вращения (частоту Лармора), начинают двигаться в разных фазах. Возникновение других частот резонанса позволяет определить конкретное место того или иного протона в исследуемом объекте.
Спин-решетчатая релаксация (время Т1-релаксации) - это время, в течение которого величина основного магнитного вектора возвращается к значению, равному 63% от первоначального.
Время Т2- релаксации наступает примерно с момента начала расхождения фаз протонов, происходящего, как уже было сказано, из-за неоднородности подаваемого катушкой магнитного поля, а также из-за наличия местных магнитных полей в исследуемых тканях.
Спин- спиновая релаксация (время Т2-релаксации) - это время, в течение которого величина вектора намагниченности уменьшается до значения, равного 37% от первоначального. Иначе, это время, в течение которого спины 63% протонов расфазируются под влиянием соседних протонов.
Режимы изображений МРТ
МРТ как диагностический метод основан на различии времени релаксации у здоровых и патологически измененных тканей.
Контрастность получаемого изображения и интенсивность сигнала будут зависеть от таких параметров, как время повторения (интервал между подаваемыми импульсами, TR) и эхо-задержка (время между подачей импульса и испускаемым сигналом, ТЕ).
В зависимости от этих параметров различают следующие режимы изображений:
- Т1 -взвешенное изображение. Его получают при сравнительно коротких ТЕ и TR. Такой режим применяется для исследования тканей, имеющих короткое время Т1 и Т2 (жировая ткань, старые кровоизлияния).
- Т2-взвешенное изображение. Такое изображение получают, соответственно, при более длительных ТЕ и TR. Ткани, в которых содержится большое количество воды (отеки, СМЖ), имеют длительное время и Т1и Т2, поэтому они хорошо видны на Т2-взвешенных изображениях. На таких изображениях также хорошо видны участки демиелинизации.
- PD- взвешенное изображение (протон-взвешенное изображение). Такое изображение получают при длительном TR и коротком ТЕ, в результате чего минимизируется влияние различий Т1 и Т2. В результате этого сигналы от жира и от жидкости становятся практически идентичными, а более яркими выглядят ткани с более высокой плотностью или концентрацией протонов
С целью более точного определения патологических изменений (в первую очередь опухолей) величину сигнала можно усилить за счет парамагнитных контрастных веществ, вводимых внутривенно. В результате этого МР-сигнал от опухоли может усиливаться, например, в области нарушения гематоэнцефалического барьера.
Использование при МРТ контрастных веществ приводит к изменению продолжительности Т1- и Т2-релаксации.
Методики МРТ
Методики МРТ подразделяются на стандартные и специальные.
К стандартными методикам относятся получение в соответствующих режимах Т1-, Т2- и протон-взвешенных срезов (изображений) в различных плоскостях, позволяющих оценить характер, локализацию и распространенность патологического процесса.
Специальные методики применяются в целях уточнения конкретных процессов, к ним относятся:
- Контрастное усиление (включая контрастное динамическое усиление), может быть с использованием контрастных веществ и без него. Например, МР-ангиография, МР-миелография, МР-урография, МР-холангиопанкреатикография. Эти методики основаны на гидрографии (визуализации только жидкости), при которой сигнал от жидкости выглядит гиперинтенсивным, а окружающие ткани имеют низкий сигнал. Динамическая МРТ позволяет оценить прохождение контрастного вещества через интересующую область после введения препарата внутривенно.
- Режим жироподавления. Эта методика применяется в целях дифференциальной диагностики опухолей, жиросодержащих тканей. Путем дальнейшего сравнения полученных изображений с таковыми до применения жироподавления можно точно установить локализацию, например, липомы.
- Спектроскопия. МР-спектроскопия может быть водородной (1H) и фосфорной (31Р). Эти методики позволяют выявить изменения, происходящие на биохимическом уровне, еще до того, как возникнут видимые на традиционных изображениях изменения. Это возможно благодаря разделению сигналов от различных метаболитов (креатинин, холин, таурин, лактат, N-ацетиласпартат, креатинфосфат и др.).
- Функциональная МРТ. Этот метод позволяет выявить участки с усиленным кровотоком за счет определения уровня кислорода в крови.
- МР-диффузия. Метод выявляет участки со сниженным коэффициентом диффузии (ИКД) в зонах ишемии уже в первые часы повреждения ткани.
- МР-перфузия. Метод выявляет изменения микроциркуляции в ткани, начиная с первых минут появления клиники, проводится с введением контрастного вещества.
- Кинематическое исследование суставов. Производится в томографах открытого типа, сканирование происходит при последовательном сгибании или разгибании сустава на определенный угол, что позволяет достоверно оценить подвижность сустава и степень участия в нем различных структур (связок, мышц, сухожилий).
