Diagnosticul osteoartritei: imagistica prin rezonanță magnetică

Imagistica prin rezonanță magnetică (IRM) în ultimii ani a devenit una dintre metodele principale de diagnostic neinvaziv de osteoartrită. Începând cu anii '70, când principiile rezonanței magnetice (MP) au fost folosite pentru studiul corpului uman, până în prezent această metodă de imagistică medicală sa schimbat radical și continuă să se dezvolte rapid.

Echipamentele tehnice, software-ul se imbunatatesc, tehnicile de imagistica sunt in curs de dezvoltare, MP-contrast preparate sunt in curs de dezvoltare. Acest lucru vă permite să găsiți în mod constant noi domenii de aplicare a RMN. Dacă inițial utilizarea sa a fost limitată doar la studiile asupra sistemului nervos central, RMN se folosește cu succes în aproape toate domeniile medicinei.

În 1946, un grup de cercetători de la universitățile din Stanford și Harvard au descoperit independent fenomenul numit rezonanță magnetică nucleară (RMN). Esența a fost că nucleele câtorva atomi, fiind într-un câmp magnetic, sub influența unui câmp electromagnetic extern, sunt capabili să absoarbă energia și apoi să o emită sub forma unui semnal radio. Pentru această descoperire, F. Bloch și E. Parmel în 1952 au primit Premiul Nobel. Un nou fenomen a învățat în curând să utilizeze pentru analiza spectrală a structurilor biologice (spectroscopie RMN). În 1973, Paul Rautenburg a demonstrat pentru prima dată posibilitatea de a obține o imagine folosind semnale RMN. Astfel, a apărut tomografie RMN. Primele tomograme RMN ale organelor interne ale unei persoane vii au fost demonstrate în 1982 la Congresul Internațional al Radiologilor din Paris.

Trebuie explicate două explicații. În ciuda faptului că metoda se bazează pe fenomenul RMN, se numește rezonanța magnetică (MP), omiterea cuvântului "nuclear". Acest lucru se face astfel incat pacientii sa nu aiba o idee despre radioactivitatea asociata cu degradarea nucleelor atomice. Și cea de-a doua circumstanță: tomografiile MP nu sunt "reglate" accidental la protoni, adică pe nucleul hidrogenului. Acest element în țesuturi este foarte mult, iar nucleele sale au cel mai mare moment magnetic din toate nucleele atomice, ceea ce determină un nivel suficient de ridicat al semnalului MR.

Dacă în 1983, în întreaga lume există doar câteva dispozitive care sunt potrivite pentru studiile clinice, pana la inceputul anului 1996 existau aproximativ 10 000 de scanere din lume. În fiecare an, 1000 de instrumente noi sunt introduse în practică. Mai mult de 90% din parc MP-tomografe constituie modelul cu magnet supraconductor (0,5-1,5 T). Este interesant de notat că, dacă la mijlocul anilor '80 ai companiei - producători MP-tomografia ghidat de principiul „mai mare domeniu, cu atât mai bine“, concentrându-se pe modelul cu un câmp de 1,5 T și mai sus, până la sfârșitul anilor '80 a fost este clar că în majoritatea aplicațiilor acestea nu au avantaje semnificative față de modelele cu intensitate medie a câmpului. Prin urmare, principalii producători de MP-tomografie ( „GE“, „Siemens“, „Philips“, „ba Toshi“, „Picker“, „Brooker“ și altele.) Acum, să acorde o mare atenție la producția de-modele de mijloc și chiar scăzută câmp, care diferă de eficiență ridicată și sisteme de câmp compacte cu o calitate a imaginii satisfăcătoare și costuri semnificativ mai mici. Sistemele cu podea înaltă sunt utilizate în principal în centrele de cercetare pentru efectuarea spectroscopiei MR.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]

Principiul metodei RMN

Componentele principale ale tomografului MP sunt: magnet ultra-puternic, transmițător radio, bobină cu frecvență radio, calculator și panou de control. Majoritatea dispozitivelor au un câmp magnetic cu un moment magnetic paralel cu axa lungă a corpului uman. Rezistența câmpului magnetic este măsurată în Tesla (T). Pentru câmpurile de utilizare RMN clinic cu o forță de 0,2-1,5 T.

Când un pacient este plasat într-un câmp magnetic puternic, toate protonii care sunt dipoli magnetici se desfășoară în direcția câmpului exterior (ca un ac de busolă, care este ghidat de câmpul magnetic al Pământului). În plus, axele magnetice ale fiecărui proton încep să se rotească în jurul direcției câmpului magnetic extern. Această mișcare specifică de rotație este numită proces și frecvența acesteia este o frecvență rezonantă. Atunci când un scurt puls de frecvență radio electromagnetică este transmis prin corpul pacientului, câmpul magnetic al undelor radio determină rotirea momentelor magnetice ale tuturor protonilor în jurul momentului magnetic al câmpului exterior. Pentru ca acest lucru să se întâmple, este necesar ca frecvența undelor radio să fie egală cu frecvența rezonantă a protonilor. Acest fenomen se numește rezonanță magnetică. Pentru a schimba orientarea protonilor magnetici, câmpurile magnetice ale protonilor și undelor radio trebuie să rezoneze, adică au aceeași frecvență.

Un moment magnetic total este creat în țesuturile pacientului: țesuturile sunt magnetizate și magnetismul lor este orientat strict paralel cu câmpul magnetic extern. Magnetismul este proporțional cu numărul de protoni pe unitatea de volum de țesut. Numărul mare de protoni (nuclei de hidrogen) conținute în majoritatea țesuturilor determină faptul că momentul magnetic pur este suficient de mare pentru a induce un curent electric în bobina de recepție situată în afara pacientului. Aceste semnale MP induse sunt folosite pentru reconstrucția imaginii MR.

Procesul de tranziție a electronilor nucleului de la starea excitat la starea de echilibru se numește un proces de relaxare prin spin-lattice sau o relaxare longitudinală. Se caracterizează printr-un timp de relaxare T1-spin-lattice - timpul necesar pentru a transfera 63% din nuclei într-o stare de echilibru după ce sunt excitați de un impuls de 90 °. T2 este, de asemenea, un timp de relaxare spin-spin.

Există o serie de modalități de a obține tomografii MP. Diferența lor constă în ordinea și natura generării de impulsuri de frecvență radio, metode de analiză a semnalelor MP. Cele mai frecvente sunt două metode: spin-lattice și spin-echo. Pentru matricea de spin, timpul de relaxare T1 este în principal analizat. Diferitele țesuturi (materia cenușie și albă a creierului, lichidul cefalorahidian, țesutul tumoral, cartilajul, mușchii etc.) au protoni cu diferite timpi de relaxare T1. Cu durata T1, intensitatea semnalului MP este corelată: cu cât T1 este mai scurt, cu atât semnalul MR va fi mai intens și mai luminos va apărea spațiul de imagine pe monitorul TV. Țesutul de grăsime de pe tomografia MP este alb, urmat de intensitatea semnalului MP în ordine descendentă sunt creierul și măduva spinării, organele interne dense, pereții vasculari și mușchii. Air, oase și calcificări practic nu dau un semnal MP și prin urmare sunt afișate în negru. Aceste relații de timp de relaxare T1 creează premisele pentru vizualizarea țesuturilor normale și modificate pe tomogramele MR.

Într-o altă metodă de tomografie MP, numită spin-echo, o serie de impulsuri de radiofrecvență sunt trimise pacientului transformând protonii de precesare cu 90 °. După oprirea impulsurilor, semnalele MP de răspuns sunt înregistrate. Cu toate acestea, intensitatea semnalului de răspuns este în mod diferit legată de durata T2: T2 mai scurtă, cu cât este mai slab semnalul și, în consecință, luminozitatea ecranului monitorului TV este mai mică. Astfel, imaginea finală a RMN în metoda T2 este opusă celei a T1 (negativă la pozitiv).

Pe tomogramele MP, țesuturile moi sunt afișate mai bine decât pe tomogramele computerizate: mușchii, straturile de grăsime, cartilajul, vasele. La unele dispozitive, se poate obține o imagine a vaselor fără introducerea unui agent de contrast (MP-angiografie). Datorită conținutului scăzut de apă din țesutul osos, acesta din urmă nu creează un efect de ecranare, ca în tomografia computerizată cu raze X, adică Nu interferează cu imaginea, de exemplu, măduva spinării, discurile intervertebrale etc. Desigur, nucleele de hidrogen sunt conținute nu numai în apă, dar în țesutul osos sunt fixate în molecule foarte mari și structuri dense și nu interferează cu RMN.

Avantajele și dezavantajele RMN

Principalele avantaje ale IRM sunt non-invazive, inofensiv (fără expunere la radiații), obținerea de imagini de caractere tridimensionale, un contrast natural de mișcare din sânge, lipsa de artefacte de țesut osos, diferențierea ridicată a țesutului moale, capacitatea de a efectua MP-spectroscopie de studiu in vivo a metabolismului țesuturilor in vivo. MPT permite imagistica straturilor subțiri ale corpului uman , în orice secțiune transversală - în frontal, sagital, axial și planurilor înclinate. Este posibil să se reconstituie imagini tridimensionale ale organelor, sincroniza obținerea tomografii cu electrocardiogramă dinți.

Principalele dezavantaje sunt de obicei legate de un timp suficient de lung este nevoie pentru a produce imagini (de obicei minute), ceea ce duce la apariția unor artefacte din mișcările respiratorii (în special reduce eficiența cercetării luminii), aritmii (în cazul în care studiul de inima), incapacitatea de a detecta în mod fiabil pietre, calcificări, unele tipurile de patologie a structurilor osoase, costul ridicat al echipamentului și funcționarea acestuia, cerințele speciale pentru spațiile în care sunt amplasate instrumentele (screening-ul de la interferențe), imposibilitatea examinării Sunt bolnav cu claustrofobie, stimulatoare cardiace artificiale, implanturi metalice mari din metale nemedicale.

[8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15]

Materiale contrastante pentru RMN

La începutul utilizării RMN, se credea că contrastul natural dintre diferitele țesuturi elimină necesitatea agenților de contrast. Curând s-a descoperit că diferența de semnale între diferitele țesuturi, adică contrastul imaginii MR poate fi îmbunătățit semnificativ prin mediile de contrast. Atunci când primul mediu de contrast MP (conținând ioni paramagnetici de gadoliniu) a devenit comercial disponibil, informațiile de diagnostic ale RMN au crescut semnificativ. Esența agentului de contrast MR este de a schimba parametrii magnetici ai protonilor țesuturilor și organelor, adică modificați timpul de relaxare (TR) al protonilor T1 și T2. Până în prezent, există mai multe clasificări ale agenților de contrast MP (sau, mai degrabă, agenți de contrast - CA).

Prin efectul predominant asupra timpului de relaxare al MR-Cadel la:

• T1-KA, care scurtează T1 și astfel sporesc intensitatea semnalului MP al țesuturilor. Acestea sunt, de asemenea, numite SC pozitive.
• T2-KA, care scurtează T2, reducând intensitatea semnalului MR. Acesta este un SC negativ.

În funcție de proprietățile magnetice ale MR-SC sunt împărțite în paramagnetice și superparamagnetice:

[16], [17], [18], [19], [20]

Medii de contrast paramagnetice

Proprietățile paramagnetice sunt posedate de atomi cu unul sau mai mulți electroni nepartiți. Acestea sunt ioni magnetici de gadoliniu (Gd), crom, nichel, fier și, de asemenea, mangan. Compușii de gadoliniu au fost utilizați cel mai frecvent clinic. Efectul contrastant al gadoliniului se datorează scurgerii timpului de relaxare T1 și T2. În doze mici, influența asupra T1, care crește intensitatea semnalului, predomină. În doze mari, efectul asupra T2 predomină cu o scădere a intensității semnalului. Paramagneticele sunt acum cele mai utilizate pe scară largă în practica de diagnostic clinic.

Medii de contrast superparamagnetice

Efectul dominant al oxidului de fier superparamagnetic este scurtarea relaxării T2. Pe măsură ce doza este crescută, intensitatea semnalului scade. La acest grup de nave spațiale pot fi atribuite și sateliți feromagnetici, care includ oxizi feromagnetici de fier structural similar cu ferită de magnetit (Fe2 ⁺ OFe ₂ ³⁺ 0 ₃ ).

Următoarea clasificare se bazează pe farmacocinetica CA (Sergeev, V.V., Isoavt., 1995):

• extracelular (specific țesutului);
• gastro-intestinale;
• organotropic (specific țesutului);
• macromoleculare, care sunt utilizate pentru a determina spațiul vascular.

În Ucraina sunt cunoscute patru MR-CA, care sunt SC paramagnetice extra-solubile în apă, dintre care gadodiamida și acidul gadopentetic sunt utilizate pe scară largă. Restul gruparilor SC (2-4) suferă o etapă de studii clinice în străinătate.

Extracelulară MP-CA solubilă în apă

Numele internațional	Formula chimică	Structură
Acid gadopentetic	Gadolinium dimeglumina dietilenetriaminpentaacetat ((NMG) 2Gd-DTPA)	Linear, ionic
Acid gadoterovaya	(NMG) Gd-DOTA	Cyclic, ionic
Gadodiamid	Gadolinium-dietilenetriaminpentaacetat-bis-metilamidă (Gd-DTPA-BMA)	Linear, neionic
Gadotyeridol	Gd-HP-D03A	Cyclic, neionic

Cărțile spațiale extracelulare sunt administrate intravenos, 98% din ele sunt excretate prin rinichi, nu penetrează bariera hemato-encefalică, au toxicitate scăzută, aparțin grupului paramagnetic.

Contraindicații la IRM

Contraindicațiile absolute includ condițiile în care studiul este un pacient care pune viața în pericol. De exemplu, prezența implanturilor, care sunt activate prin mijloace electronice, magnetice sau mecanice, este în primul rând stimulatoare cardiace artificiale. Impactul radiației RF de la scanerul MR poate interfera cu funcționarea stimulatorului care operează în sistemul de interogare, deoarece modificările câmpurilor magnetice pot imita activitatea cardiacă. Atracția magnetică poate, de asemenea, determina stimulatorul să se deplaseze în cuib și să miște electrozii. În plus, câmpul magnetic creează obstacole pentru funcționarea implanturilor feromagnetice sau electronice ale urechii medii. Prezența supapelor artificiale de inimă reprezintă un pericol și este contraindicată absolută numai atunci când este examinată pe scanere MR de mare intensitate și, de asemenea, dacă se consideră că supapa este deteriorată clinic. Prezența implanturilor chirurgicale mici (clipsuri hemostatice) în sistemul nervos central se referă, de asemenea, la contraindicații absolute la studiu, deoarece deplasarea lor datorată atracției magnetice amenință să sângereze. Prezența lor în alte părți ale corpului este mai puțin amenințătoare, deoarece după tratament, fibroza și încapsularea clemelor ajută la menținerea lor într-o stare stabilă. Cu toate acestea, în plus față de pericolul potențial, prezența implanturilor metalice cu proprietăți magnetice cauzează, în orice caz, artefacte care creează dificultăți în interpretarea rezultatelor studiului.

Contraindicații la IRM

Absolută:	Relativă:
Stimulatoare cardiace	Alte stimulente (pompe de insulină, stimulatoare nervoase)
Implanturi feromagnetice sau electronice ale urechii medii	Implanturile neferomagnetice ale urechii interne, supapele inimii protetice (în câmpuri înalte, cu disfuncții suspecte)
Clampuri hemostatice ale vaselor cerebrale	Clipsuri hemostatice de altă localizare, insuficiență cardiacă decompensată, sarcină, claustrofobie, necesitatea monitorizării fiziologice

Pentru contraindicații relative, în plus față de cele de mai sus, includ, de asemenea, insuficiență cardiacă decompensată, necesitatea monitorizării fiziologice (ventilație mecanică, pompe electrice de perfuzie). Claustrofobia este un obstacol în calea cercetării în 1-4% din cazuri. Se poate depăși, pe de o parte, dispozitive cu magneți deschiși, pe de altă parte - o explicație detaliată a aparatului și cursul anchetei. Nu se obțin dovezi ale efectului dăunător al RMN asupra embrionului sau fătului, dar se recomandă evitarea RMN în primul trimestru de sarcină. Utilizarea RMN în timpul sarcinii este indicată în cazurile în care alte metode neionizante de diagnosticare a imaginii nu furnizează informații satisfăcătoare. RMN este nevoie de o mai mare participare la pacient ea decat tomografie computerizata, ca mișcarea pacientului în timpul testului este o influență mult mai puternică asupra calității imaginii, astfel încât studiul pacienților cu tulburări acute, alterarea stării de conștiență, stări spastice, demență, precum și copii este adesea dificil.

[21], [22], [23], [24], [25], [26]