Osteoartrito diagnostika: magnetinio rezonanso tomografija

Magnetinio rezonanso tomografija (MRT) pastaraisiais metais tapo vienu iš pirmaujančių neinvazinės osteoartrito diagnostikos metodų. Nuo aštuntojo dešimtmečio, kai magnetinio rezonanso (MRT) principai pirmą kartą buvo panaudoti žmogaus kūnui tirti, šis medicininio vaizdavimo metodas smarkiai pasikeitė ir toliau sparčiai vystosi.

Tobulinama techninė įranga ir programinė įranga, kuriami vaizdo gavimo metodai, kuriamos MRT kontrastinės medžiagos. Tai leidžia nuolat atrasti naujų MRT taikymo sričių. Jei iš pradžių jo taikymas apsiribojo centrinės nervų sistemos tyrimais, tai dabar MRT sėkmingai naudojamas beveik visose medicinos srityse.

1946 m. Stanfordo ir Harvardo universitetų tyrėjų grupės savarankiškai atrado reiškinį, vadinamą branduoliniu magnetiniu rezonansu (BMR). Jo esmė buvo ta, kad kai kurių atomų branduoliai, esantys magnetiniame lauke, veikiami išorinio elektromagnetinio lauko, gali sugerti energiją ir vėliau ją skleisti radijo signalo pavidalu. Už šį atradimą F. Blochui ir E. Parmeliui 1952 m. buvo skirta Nobelio premija. Naujasis reiškinys netrukus buvo panaudotas biologinių struktūrų spektrinei analizei (BMR spektroskopijai). 1973 m. Paulas Rautenburgas pirmasis pademonstravo galimybę gauti vaizdą naudojant BMR signalus. Taip atsirado BMR tomografija. Pirmosios gyvo žmogaus vidaus organų BMR tomogramos buvo pademonstruotos 1982 m. Tarptautiniame radiologų kongrese Paryžiuje.

Reikėtų pateikti du patikslinimus. Nepaisant to, kad metodas pagrįstas BMR reiškiniu, jis vadinamas magnetiniu rezonansu (MRT), praleidžiant žodį „branduolinis“. Tai daroma tam, kad pacientams nekiltų minčių apie radioaktyvumą, susijusį su atominių branduolių skilimu. Ir antra aplinkybė: MRT tomografai netyčia nėra „suderinti“ su protonais, t. y. vandenilio branduoliais. Audiniuose šio elemento yra daug, o jo branduoliai turi didžiausią magnetinį momentą tarp visų atominių branduolių, o tai lemia gana aukštą MRT signalo lygį.

Jei 1983 m. pasaulyje buvo tik keli klinikiniams tyrimams tinkami prietaisai, tai 1996 m. pradžioje visame pasaulyje veikė apie 10 000 tomografų. Kasmet praktikoje pradedama naudoti 1000 naujų prietaisų. Daugiau nei 90 % MR tomografų parko sudaro modeliai su superlaidžiais magnetais (0,5–1,5 T). Įdomu tai, kad jei devintojo dešimtmečio viduryje MR tomografų gamintojos vadovavosi principu „kuo stipresnis laukas, tuo geriau“, daugiausia dėmesio skirdamos modeliams, kurių lauko stipris yra 1,5 T ir didesnis, tai devintojo dešimtmečio pabaigoje paaiškėjo, kad daugumoje taikymo sričių jie neturi reikšmingų pranašumų, palyginti su modeliais, kurių lauko stipris yra vidutinis. Todėl pagrindiniai MR tomografų gamintojai („General Electric“, „Siemens“, „Philips“, „Toshiba“, „Picker“, „Bruker“ ir kt.) šiuo metu daug dėmesio skiria vidutinio ir net silpno lauko modelių gamybai, kurie nuo stiprio lauko sistemų skiriasi savo kompaktiškumu ir ekonomiškumu, užtikrindami patenkinamą vaizdo kokybę ir žymiai mažesnę kainą. Stipraus lauko sistemos pirmiausia naudojamos tyrimų centruose MR spektroskopijai.

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

MRT metodo principas

Pagrindiniai MRT skaitytuvo komponentai yra šie: itin stiprus magnetas, radijo siųstuvas, priimanti radijo dažnių ritė, kompiuteris ir valdymo pultas. Dauguma prietaisų turi magnetinį lauką, kurio magnetinis momentas yra lygiagretus žmogaus kūno išilginei ašiai. Magnetinio lauko stiprumas matuojamas teslomis (T). Klinikiniam MRT naudojami 0,2–1,5 T stiprumo laukai.

Kai pacientas paguldomas į stiprų magnetinį lauką, visi protonai, kurie yra magnetiniai dipoliai, pasisuka išorinio lauko kryptimi (kaip kompaso adata, orientuota į Žemės magnetinį lauką). Be to, kiekvieno protono magnetinės ašys pradeda suktis aplink išorinio magnetinio lauko kryptį. Šis specifinis sukamasis judesys vadinamas procesija, o jo dažnis – rezonansiniu dažniu. Kai per paciento kūną praeina trumpi elektromagnetiniai radijo dažnio impulsai, radijo bangų magnetinis laukas priverčia visų protonų magnetinius momentus suktis aplink išorinio lauko magnetinį momentą. Kad tai įvyktų, radijo bangų dažnis turi būti lygus protonų rezonansiniam dažniui. Šis reiškinys vadinamas magnetiniu rezonansu. Norint pakeisti magnetinių protonų orientaciją, protonų ir radijo bangų magnetiniai laukai turi rezonuoti, t. y. turėti tą patį dažnį.

Paciento audiniuose sukuriamas grynasis magnetinis momentas: audiniai įmagnetinami, o jų magnetizmas orientuotas griežtai lygiagrečiai išoriniam magnetiniam laukui. Magnetizmas yra proporcingas protonų skaičiui audinio tūrio vienete. Dėl didžiulio protonų (vandenilio branduolių) skaičiaus, esančio daugumoje audinių, grynasis magnetinis momentas yra pakankamai didelis, kad indukuotų elektros srovę imtuvo ritėje, esančioje už paciento ribų. Šie indukuoti MRT signalai naudojami MRT vaizdui rekonstruoti.

Branduolio elektronų perėjimo iš sužadintos būsenos į pusiausvyros būseną procesas vadinamas sukinio-gardelės relaksacijos procesu arba išilgine relaksacija. Jam būdingas T1 – sukinio-gardelės relaksacijos laikas – laikas, reikalingas 63 % branduolių perkelti į pusiausvyros būseną po jų sužadinimo 90° impulsu. Taip pat skiriamas T2 – sukinio-gardelės relaksacijos laikas.

Yra keli MR tomogramų gavimo metodai. Jie skiriasi radijo dažnių impulsų generavimo tvarka ir pobūdžiu bei MR signalo analizės metodais. Du plačiausiai naudojami metodai yra sukinio gardelės ir sukinio aido metodai. Sukinio gardelės metodas daugiausia analizuoja T1 relaksacijos laiką. Skirtingi audiniai (smegenų pilkoji ir baltoji medžiagos, smegenų skystis, navikinis audinys, kremzlė, raumenys ir kt.) turi protonų, turinčių skirtingą T1 relaksacijos laiką. MR signalo intensyvumas yra susijęs su T1 trukme: kuo trumpesnis T1, tuo intensyvesnis MR signalas ir tuo ryškesnė tam tikra vaizdo sritis televizoriaus ekrane. Riebalinis audinys MR tomogramose yra baltas, po jo seka smegenys ir nugaros smegenys, tankūs vidaus organai, kraujagyslių sienelės ir raumenys mažėjančia MR signalo intensyvumo tvarka. Oras, kaulai ir kalcifikacijos praktiškai nesukuria MR signalo, todėl yra rodomi juodai. Šie T1 relaksacijos laiko ryšiai sudaro prielaidas vizualizuoti normalius ir pakitusius audinius MRT tyrimuose.

Kitu MRT metodu, vadinamu sukinio echoskopija, į pacientą nukreipiama radijo dažnio impulsų serija, kuri 90° kampu pasuka precesinius protonus. Impulsams nutrūkus, įrašomi atsako MRT signalai. Tačiau atsako signalo intensyvumas yra skirtingai susijęs su T2 trukme: kuo trumpesnis T2, tuo silpnesnis signalas ir, atitinkamai, mažesnis švytėjimo ryškumas televizoriaus ekrane. Taigi, galutinis MRT vaizdas, gautas naudojant T2 metodą, yra priešingas tam, kuris gautas naudojant T1 metodą (nes neigiamas vaizdas yra priešingas teigiamam).

MRT tomogramos geriau nei KT vaizduose atvaizduoja minkštuosius audinius: raumenis, riebalinius sluoksnius, kremzles ir kraujagysles. Kai kurie prietaisai gali gauti kraujagyslių vaizdus nesušvirkštus kontrastinės medžiagos (MRT angiografija). Dėl mažo vandens kiekio kauliniame audinyje pastarasis nesukuria ekranavimo efekto, kaip rentgeno KT skenavimo metu, t. y. netrukdo, pavyzdžiui, nugaros smegenų, tarpslankstelinių diskų ir kt. vaizdui. Žinoma, vandenilio branduoliai yra ne tik vandenyje, bet ir kauliniame audinyje jie yra fiksuoti labai didelėmis molekulėmis ir tankiomis struktūromis, todėl netrukdo MRT.

MRT privalumai ir trūkumai

Pagrindiniai MRT privalumai yra neinvaziškumas, nekenksmingumas (nėra radiacijos poveikio), trimatis vaizdo gavimo pobūdis, natūralus kontrastas su judančiu krauju, artefaktų nebuvimas iš kaulinio audinio, didelė minkštųjų audinių diferenciacija, galimybė atlikti MP spektroskopiją audinių metabolizmo tyrimams in vivo. MRT leidžia gauti plonų žmogaus kūno sluoksnių vaizdus bet kuriame pjūvyje – kaktinėje, sagitalinėje, ašinėje ir įstrižinėje plokštumose. Galima rekonstruoti tūrinius organų vaizdus, sinchronizuoti tomogramų gavimą su elektrokardiogramos dantimis.

Pagrindiniai trūkumai paprastai apima gana ilgą vaizdų gavimo laiką (dažniausiai minutes), dėl kurio atsiranda kvėpavimo judesių artefaktų (tai ypač sumažina plaučių tyrimo efektyvumą), aritmijas (atliekant širdies tyrimus), nesugebėjimą patikimai aptikti akmenų, kalcifikacijų, kai kurių tipų kaulų patologijų, didelę įrangos ir jos eksploatavimo kainą, specialius reikalavimus patalpoms, kuriose yra prietaisai (apsauga nuo trukdžių), nesugebėjimą apžiūrėti pacientų, sergančių klaustrofobija, dirbtinius širdies stimuliatorius, didelius metalinius implantus, pagamintus iš nemedicininių metalų.

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

Kontrastinės medžiagos MRT tyrimui

MRT naudojimo pradžioje buvo manoma, kad natūralus kontrastas tarp skirtingų audinių panaikina kontrastinių medžiagų poreikį. Netrukus buvo atrasta, kad kontrastinės medžiagos gali žymiai pagerinti signalų skirtumą tarp skirtingų audinių, t. y. MRT vaizdo kontrastą. Kai pirmoji MR kontrastinė medžiaga (turinti paramagnetinius gadolinio jonus) tapo komerciškai prieinama, MRT diagnostinės informacijos kiekis žymiai padidėjo. MR kontrastinių medžiagų naudojimo esmė – pakeisti audinių ir organų protonų magnetinius parametrus, t. y. pakeisti T1 ir T2 protonų relaksacijos laiką (TR). Šiandien yra kelios MR kontrastinių medžiagų (arba, tiksliau, kontrastinių medžiagų – CA) klasifikacijos.

Pagal vyraujantį poveikį relaksacijos laikui, MR-KA skirstomas į:

• T1-CA, kurios sutrumpina T1 ir taip padidina audinių MP signalo intensyvumą. Jos taip pat vadinamos teigiama CA.
• T2-CA, kurios sutrumpina T2 ir sumažina MR signalo intensyvumą. Tai yra neigiamos CA.

Priklausomai nuo magnetinių savybių, MR-CA skirstomi į paramagnetinius ir superparamagnetinius:

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

Paramagnetinės kontrastinės medžiagos

Paramagnetines savybes turi atomai, turintys vieną ar daugiau nesuporuotų elektronų. Tai gadolinio (Gd), chromo, nikelio, geležies ir mangano magnetiniai jonai. Gadolinio junginiai yra plačiausiai taikomi klinikinėje praktikoje. Gadolinio kontrastinis poveikis atsiranda dėl relaksacijos laiko T1 ir T2 sutrumpėjimo. Mažomis dozėmis vyrauja poveikis T1, didinant signalo intensyvumą. Didelėmis dozėmis vyrauja poveikis T2, mažinant signalo intensyvumą. Paramagnetikai dabar plačiausiai naudojami klinikinėje diagnostinėje praktikoje.

Superparamagnetinės kontrastinės medžiagos

Dominuojantis superparamagnetinio geležies oksido poveikis yra T2 relaksacijos sutrumpėjimas. Didėjant dozei, signalo intensyvumas mažėja. Į šią CA grupę taip pat galima įtraukti feromagnetinius CA, kuriems priklauso feromagnetiniai geležies oksidai, struktūriškai panašūs į magnetito feritą ( ^Fe2₊ OFe23 ⁺ O3 ₎.

Ši klasifikacija pagrįsta CA farmakokinetika (Sergeev PV ir kt., 1995):

• ekstraląstelinis (nespecifinis audiniams);
• virškinimo trakto;
• organotropinis (specifinis audiniams);
• makromolekuliniai, kurie naudojami kraujagyslių erdvei nustatyti.

Ukrainoje žinomos keturios MR-CA, kurios yra neląstelinės vandenyje tirpios paramagnetinės CA, iš kurių plačiai naudojami gadodiamidas ir gadopenteto rūgštis. Likusios CA grupės (2–4) šiuo metu atlieka klinikinius tyrimus užsienyje.

Užląstelinis vandenyje tirpus MR-CA

Tarptautinis pavadinimas	Cheminė formulė	Struktūra
Gadopentetinė rūgštis	Gadolinio dimeglumino dietilentriamino pentaacetatas ((NMG)2Gd-DTPA)	Linijinis, joninis
Gadoterinė rūgštis	(NMG)Gd-DOTA	Ciklinis, joninis
Gadodiamidas	Gadolinio dietilentriamino pentaacetato-bis-metilamidas (Gd-DTPA-BMA)	Linijinis, nejoninis
Gadoteridolis	Gd-HP-D03A	Ciklinis, nejoninis

Ekstraląstelinės CA yra skiriamos į veną, 98% jų išsiskiria pro inkstus, neprasiskverbia pro hematoencefalinį barjerą, yra mažai toksiškos ir priklauso paramagnetinių medžiagų grupei.

Kontraindikacijos MRT tyrimui

Absoliučios kontraindikacijos apima būsenas, kai tyrimas kelia grėsmę pacientų gyvybei. Pavyzdžiui, implantai, kurie aktyvuojami elektroniniu, magnetiniu ar mechaniniu būdu – tai pirmiausia dirbtiniai širdies stimuliatoriai. MRT skaitytuvo radijo dažnių spinduliuotės poveikis gali sutrikdyti užklausos sistemoje veikiančio širdies stimuliatoriaus veikimą, nes magnetinių laukų pokyčiai gali imituoti širdies veiklą. Magnetinė trauka taip pat gali sukelti širdies stimuliatoriaus poslinkį lizde ir elektrodų perkėlimą. Be to, magnetinis laukas sukuria kliūtis feromagnetinių arba elektroninių vidurinės ausies implantų veikimui. Dirbtinių širdies vožtuvų buvimas yra pavojingas ir yra absoliuti kontraindikacija tik tada, kai tyrimas atliekamas MRT skaitytuvais su stipriais laukais ir jei kliniškai įtariamas vožtuvo pažeidimas. Absoliučios kontraindikacijos tyrimui taip pat apima mažų metalinių chirurginių implantų (hemostazinių spaustukų) buvimą centrinėje nervų sistemoje, nes jų pasislinkimas dėl magnetinės traukos kelia kraujavimo grėsmę. Jų buvimas kitose kūno dalyse kelia mažesnę grėsmę, nes po gydymo fibrozė ir spaustukų kapsulė padeda juos išlaikyti stabilius. Tačiau, be galimo pavojaus, metalinių implantų su magnetinėmis savybėmis buvimas bet kokiu atveju sukelia artefaktus, kurie apsunkina tyrimo rezultatų interpretavimą.

Kontraindikacijos MRT tyrimui

Absoliutus:	Giminaitis:
Širdies stimuliatoriai	Kiti stimuliatoriai (insulino pompos, nervų stimuliatoriai)
Ferromagnetiniai arba elektroniniai vidurinės ausies implantai	Neferomagnetiniai vidinės ausies implantai, širdies vožtuvų protezai (esant stipriems laukams, jei įtariama disfunkcija)
Smegenų kraujagyslių hemostatiniai spaustukai	Hemostaziniai spaustukai kitose vietose, dekompensuotas širdies nepakankamumas, nėštumas, klaustrofobija, fiziologinio stebėjimo poreikis

Santykinės kontraindikacijos, be išvardytų aukščiau, yra dekompensuotas širdies nepakankamumas, fiziologinio stebėjimo poreikis (mechaninė ventiliacija, elektriniai infuziniai siurbliai). Klaustrofobija yra kliūtis tyrimui 1–4 % atvejų. Ją galima įveikti, viena vertus, naudojant prietaisus su atvirais magnetais, kita vertus – išsamiai paaiškinant prietaisą ir tyrimo eigą. Nėra įrodymų apie žalingą MRT poveikį embrionui ar vaisiui, tačiau rekomenduojama vengti MRT pirmąjį nėštumo trimestrą. MRT naudojimas nėštumo metu nurodomas tais atvejais, kai kiti nejonizuojantys diagnostinio vaizdavimo metodai nesuteikia patenkinamos informacijos. MRT tyrimas reikalauja didesnio paciento dalyvavimo nei kompiuterinė tomografija, nes paciento judesiai tyrimo metu turi daug didesnę įtaką vaizdų kokybei, todėl dažnai sunku ištirti pacientus, sergančius ūmine patologija, sutrikusia sąmonė, spazminėmis būklėmis, demencija, taip pat vaikus.

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