Магнитно-резонансная томография

Ядерно-магнитный резонанс
это физическое явление, заключающееся в способности ядер некоторых химических элементов (с полуцелым спином), помещенных в постоянное магнитное поле, поглощать энергию электромагнитных волн (радиоволн) на определенной резонансной частоте

Условия, необходимые для возникновения ядерно-магнитного резонанса
ядра химических элементов должны содержать нечетное число нуклонов (например, 11H, 136C, 199F, 3115P)
вещество, в ядрах которого индуцируется ЯМР, должно находиться в постоянном магнитном поле высокой напряженности
частота электромагнитных волн, на которой происходит ЯМР, должна совпадать с резонансной частотой, зависящей от природы вещества и напряженности постоянного магнитного поля

Ядерно-магнитный резонанс
E=hν, ν=γB
E=hγB,
где
E – энергия, поглощаемая ядром атома (Дж),
h – постоянная Планка (6,626 • 10-34 Дж • с ),
γ – гиромагнитное отношение (MГц/T),
B – напряженность внешнего магнитного поля (T).
ν (=γB)– ламорова частота, на которой происходит явление ЯМР (MГц)

Гиромагнитное отношение
(мера способности ядра атома химического элемента поглощать энергию радиоволн в процессе ЯМР)

Т1-релаксация
(спин-решеточная релаксация)
Мz=M0 (1-e-t/T1),
где
Mz – величина магнитного момента вдоль оси Z как функция от времени,
M0 – величина магнитного момента до воздействия радиочастотными импульсами
T1 – время релаксации, постоянное для каждой ткани
За время t=Т1 магнитный момент
вдоль оси Z возрастает до 63% от первоначального
Т1
63%

Т2-релаксация
(спин-спиновая релаксация)
Мxy=M0 e-t/T2,
где
Mxy – величина магнитного момента как функция от времени,
M0 – величина магнитного момента в плоскости XY во время воздействия радиочастотными импульсами
T2 – время релаксации, постоянное для каждой ткани
За время t=Т2 магнитный момент
в плоскости XY снижается до 37% от первоначального
Т2
37%

Принцип получения изображения в МРТ

Получение Т1-взвешенных изображений
А – жир, В - жидкость

Получение Т2-взвешенных изображений
А – жир, В - жидкость

Использование резонансной частоты для получения изображения

Получение двумерного изображения

МР-томографы

Магнитно-резонансные томографы
Низкопольные (напряженность магнитного поля 0,02-0,35 Т)
Среднепольные (напряженность магнитного поля 0,35- 1,0 Т)
Высокопольные (напряженность магнитного поля 1,0 Т и выше – как правило, более 1,5 Т)

Магнитно-резонансные томографы
Магнит, создающий постоянное магнитное поле высокой напряженности (для создания эффекта ЯМР)
Радиочастотная катушка, генерирующая и принимающая радиочастотные импульсы (поверхностные и объемные)
Градиентная катушка (для управления магнитным полем в целях получения МР-срезов)
Блок обработки информации (компьютер)

Магнитно-резонансные томографы

Преимущества магнитно-резонансной томографии
Самая высокая разрешающая способность среди всех методов медицинской визуализации
Отсутствие лучевой нагрузки
Возможность получения первичных диагностических изображений в разных плоскостях (аксиальной, фронтальной, сагиттальной и др.)
Дополнительные возможности (МР-ангиография, трехмерная реконструкция, МРТ с контрастированием и др.)

Недостатки магнитно-резонансной томографии
Низкая доступность, высокая стоимость
Длительное время МР-сканирования (сложность исследования подвижных структур)
Невозможность исследования пациентов с некоторыми металлоконструкциями (ферро- и парамагнитными)
Сложность оценки большого объема визуальной информации (граница нормы и патологии)

Основная терминология
Гиперинтенсивный сигнал соответствует белым оттенкам черно-белой гаммы (Примеры гиперинтенсивных объектов на Т2-взвешенных изображениях – жир, метгемоглобин, жидкость)
Гипоинтенсивный сигнал соответствует черным оттенкам черно-белой гаммы (Примеры гипоинтенсивных объектов на Т1-взвешенных томограммах – воздух, компактная кость, жидкость)

Т1-взвешенные изображения
Соответствуют распределению анатомической массы тканей по ходу выбранного среза

Т2-взвешенные изображения
Определяется преимущественно гидратацией тканей (свободной и связанной H2O)

Т1 и Т2-взвешенные изображения
Т1-взвешенное изображение: ликвор гипоинтенсивный
Т2-взвешенное изображение: ликвор гиперинтенсивный

Аденома передней доли гипофиза (симптоматическая АГ)

МРТ- контроль нейроэндокринных хирургических операций

Феохромоцитома правого надпочечника

Контрастные вещества для МРТ
Парамагнетики – повышают интенсивность МР-сигнала за счет укорочения времени Т1-релаксации и являются «позитивными» агентами для контрастирования
– внеклеточные (соединения ДТПА, ЭДТА и их производных – с Mn и Gd)
– внутриклеточные (Mn-ДПДФ, MnCl2)
– рецепторные
Суперпарамагнетики – снижают интенсивность МР-сигнала за счет удлинения времени Т2-релаксации и являются «негативными» агентами для контрастирования
– комплексы и взвеси Fe2O3

Контрастирование парамагнетиками на Т1-взвешенных изображениях
До контрастирования
После контрастирования Gd-ДТПА

Динамическая контрастированная МРТ
Динамика накопления Магневиста у пациентки с ангиоэпенди-момой заднего рога правого желудочка

Динамическая контрастированная МРТ
Динамика аккумуляции
Магневиста в дифференци-
рованной менингиоме
мостомозжечкового угла
справа. Слабо-интенсивное
прогрессивно нарастающее
накопление Магневиста.

Автоматизированный расчет
площади поперечного среза артерии
Выделение зоны усиленного сигнала (потока крови) – контура сосуда
по данным срезов МР-ангиографического исследования
МР-ангиография – первичные изображения

МР-ангиография – реконструированные ангиограммы

МР-ангиография при реноваскулярной гипертензии
Область фибромускулярной дисплазии правой
почечной артерии отмечена звездочкой *
Селективная ангиография правой почечной артерии

Спектрограмма нормального головного мозга (белое вещество, лобная доля)
NAA - N-ацетиласпартат (2,0 ppm);
Cho - холин (3,2 ppm);
Сг - креатин (3,03 и 3,94 ppm);
ml - миоинозитол (3,56 ppm);
Glx - глутамат и глутамин (2,1-2,5 ppm);
Lac - лактат (1,32 ppm);
Lip - липидный комплекс (0,8, 1,2 ppm).

Магнитно-резонансная томограмма и спектр участка анапластической астроцитомы левой заднелобно-височной области. В спектре - снижение соотношения NAA/Cr, повышение Cho/Cr, значительное увеличение пика Lac

Магнитно-резонансная томограмма и спектр участка менингиомы крыльев основной кости слева.
В спектре - высокий пик Cho на фоне практически полной редукции пиков других метаболитов. Пик NAA не определяется