Diagnosis osteoartritis: pencitraan resonansi magnetik

Magnetic Resonance Imaging (MRI) dalam beberapa tahun terakhir telah menjadi salah satu metode diagnosis non-invasif osteoartritis. Sejak tahun 70an, ketika prinsip resonansi magnetik (MP) pertama kali digunakan untuk mempelajari tubuh manusia, hingga saat ini metode pencitraan medis ini telah berubah secara radikal dan terus berkembang dengan cepat.

Peralatan teknis, perangkat lunak membaik, teknik pencitraan berkembang, persiapan kontras MP sedang dikembangkan. Hal ini memungkinkan Anda untuk terus mencari area baru penerapan MRI. Jika awalnya penggunaannya hanya terbatas pada penelitian tentang sistem saraf pusat, sekarang MRI berhasil digunakan di hampir semua bidang kedokteran.

Pada tahun 1946, sekelompok peneliti dari Stanford dan Universitas Harvard secara independen menemukan fenomena tersebut, yang disebut resonansi magnetik nuklir (NMR). Inti dari itu adalah bahwa nukleus dari beberapa atom, berada di medan magnet, di bawah pengaruh medan elektromagnetik eksternal mampu menyerap energi, dan kemudian memancarkannya dalam bentuk sinyal radio. Untuk penemuan ini F. Bloch dan E. Parmel pada tahun 1952 dianugerahi Hadiah Nobel. Sebuah fenomena baru segera belajar bagaimana menggunakan analisis spektral struktur biologis (spektroskopi NMR). Pada tahun 1973, Paul Rautenburg mendemonstrasikan untuk pertama kalinya kemungkinan mendapatkan gambar menggunakan sinyal NMR. Dengan demikian, tomografi NMR muncul. Tomogram NMR pertama dari organ internal orang hidup ditunjukkan pada tahun 1982 di Kongres Ahli Radiologi Internasional di Paris.

Dua penjelasan harus diberikan. Terlepas dari kenyataan bahwa metode ini didasarkan pada fenomena NMR, ini disebut magnetic resonance (MP), menghilangkan kata "nuklir". Hal ini dilakukan agar pasien tidak memiliki gagasan tentang radioaktivitas yang terkait dengan peluruhan inti atom. Dan keadaan kedua: MP-tomograf tidak sengaja "disetel" ke proton, mis. Di inti hidrogen. Unsur ini dalam jaringan sangat banyak, dan nukleanya memiliki momen magnet terbesar di antara semua inti atom, yang menyebabkan tingkat sinyal MR yang cukup tinggi.

Jika pada tahun 1983 hanya ada beberapa perangkat di seluruh dunia yang cocok untuk penelitian klinis, pada awal tahun 1996 ada sekitar 10.000 tomografi di dunia. Setiap tahun, 1000 instrumen baru diperkenalkan ke dalam praktek. Lebih dari 90% armada MP-tomographs adalah model dengan magnet superkonduktor (0,5-1,5 T). Menarik untuk dicatat bahwa jika pada pertengahan 1980-an produsen pemindai MP dipandu oleh prinsip "semakin tinggi bidangnya, semakin baik", dengan fokus pada model dengan bidang 1,5 T dan lebih tinggi, maka pada akhir tahun 1980an Jelas bahwa pada sebagian besar aplikasi mereka tidak memiliki keuntungan yang signifikan dibandingkan model dengan kekuatan medan sedang. Oleh karena itu, produsen utama MP-tomographs (General Electric, Siemens, Philips, Toshi-ba, Picker, Brucker, dll.) Saat ini sangat memperhatikan produksi model dengan rata-rata dan bahkan rendah. Lapangan, yang berbeda dengan sistem lapangan tinggi dalam kekompakan dan ekonomi dengan kualitas gambar yang memuaskan dan biaya yang jauh lebih rendah. Sistem lantai tinggi digunakan terutama di pusat penelitian untuk melakukan spektroskopi MR.

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

Prinsip metode MRI

Komponen utama MP-tomograph adalah: magnet ultra kuat, pemancar radio, kumparan frekuensi radio, komputer dan panel kontrol. Sebagian besar perangkat memiliki medan magnet dengan momen magnetik sejajar dengan sumbu panjang bodi manusia. Kekuatan medan magnet diukur dalam Tesla (T). Untuk bidang penggunaan MRI klinis dengan kekuatan 0,2-1,5 T.

Ketika seorang pasien ditempatkan di medan magnet yang kuat, semua proton yang dipole magnetik terungkap ke arah medan eksternal (seperti jarum kompas, yang dipandu oleh medan magnet bumi). Selain itu, sumbu magnetik masing-masing proton mulai berputar mengelilingi arah medan magnet luar. Gerakan rotasi spesifik ini disebut proses, dan frekuensinya adalah frekuensi resonansi. Ketika pulsa frekuensi radio elektromagnetik pendek ditransmisikan melalui tubuh pasien, medan magnet gelombang radio menyebabkan momen magnetik semua proton berputar mengelilingi momen magnetik medan eksternal. Agar hal ini terjadi, perlu frekuensi gelombang radio sama dengan frekuensi resonansi proton. Fenomena ini disebut magnetic resonance. Untuk mengubah orientasi proton magnetik, medan magnet proton dan gelombang radio harus beresonansi, mis. Memiliki frekuensi yang sama.

Sebuah momen magnetik total dibuat di jaringan pasien: jaringan dimagnetisasi dan magnetisme mereka digerakkan secara ketat sejajar dengan medan magnet luar. Magnetisme sebanding dengan jumlah proton per satuan volume jaringan. Sejumlah besar proton (inti hidrogen) yang terkandung di sebagian besar jaringan menyebabkan fakta bahwa momen magnetik murni cukup besar untuk menginduksi arus listrik pada koil penerima yang berada di luar pasien. Sinyal MP yang diinduksi ini digunakan untuk merekonstruksi citra MR.

Proses transisi elektron nukleus dari keadaan tereksitasi ke keadaan ekuilibrium disebut proses relaksasi spin-kisi atau relaksasi longitudinal. Hal ini ditandai dengan waktu relaksasi T1-spin-kisi - waktu yang diperlukan untuk mentransfer 63% nuklei ke keadaan ekuilibrium setelah mereka senang dengan pulsa 90 °. T2 juga merupakan waktu relaksasi spin-spin.

Ada beberapa cara untuk mendapatkan MP-tomogram. Perbedaannya terletak pada urutan dan sifat dari generasi pulsa frekuensi radio, metode untuk menganalisa sinyal MP. Yang paling umum adalah dua metode: spin-kisi dan spin-echo. Untuk spin-kisi, waktu relaksasi T1 dianalisis. Berbagai jaringan (materi abu-abu dan putih otak, cairan serebrospinal, jaringan tumor, tulang rawan, otot, dll.) Memiliki proton dengan waktu relaksasi yang berbeda T1. Dengan durasi T1, intensitas sinyal MP terkait: semakin pendek T1, semakin kuat sinyal MR dan semakin terang ruang gambar muncul di monitor TV. Jaringan lemak pada MP-tomogram berwarna putih, diikuti oleh intensitas sinyal MP dalam urutan menurun adalah otak dan sumsum tulang belakang, organ dalam yang padat, dinding pembuluh darah dan otot. Udara, tulang dan kalsifikasi praktis tidak memberikan sinyal MP dan karena itu ditampilkan dalam warna hitam. Hubungan waktu relaksasi ini T1 menciptakan prasyarat untuk visualisasi jaringan normal dan perubahan pada tomogram MR.

Dalam metode lain MP-tomografi, yang disebut spin-echo, serangkaian pulsa frekuensi radio dikirim ke pasien untuk memutar proton precess 90 °. Setelah menghentikan pulsa, respon sinyal MP dicatat. Namun, intensitas sinyal respons berbeda terkait dengan durasi T2: T2 yang lebih pendek, semakin lemah sinyal dan, akibatnya, kecerahan layar monitor TV lebih rendah. Dengan demikian, gambaran akhir MRI dalam metode T2 berlawanan dengan T1 (negatif terhadap positif).

Pada MP-tomogram, jaringan lunak ditampilkan lebih baik daripada pada tomogram komputer: otot, lapisan lemak, tulang rawan, pembuluh darah. Pada beberapa perangkat, seseorang dapat memperoleh gambar kapal tanpa memperkenalkan agen kontras (MP-angiography). Karena kandungan air yang rendah di jaringan tulang, yang terakhir tidak menimbulkan efek perisai, seperti pada tomografi hitung sinar-X, mis. Tidak mengganggu gambar, misalnya sumsum tulang belakang, cakram intervertebralis, dll. Tentu saja, inti hidrogen terkandung tidak hanya di air, tapi di jaringan tulang mereka tetap berada dalam molekul yang sangat besar dan strukturnya yang padat dan tidak mengganggu MRI.

Keuntungan dan kerugian dari MRI

Keuntungan utama dari MRI adalah non-invasif, tidak berbahaya (tidak ada paparan radiasi), memperoleh gambar karakter tiga dimensi, kontras alami dari bergerak darah, tidak adanya artefak dari jaringan tulang, diferensiasi tinggi jaringan lunak, kemampuan untuk melakukan MP-spektroskopi untuk studi in vivo metabolisme jaringan in vivo. MPT memungkinkan Anda untuk mendapatkan gambar lapisan tipis tubuh manusia di bagian manapun - di bidang frontal, sagital, aksial dan miring. Hal ini dimungkinkan untuk merekonstruksi gambar organ volumetrik, untuk menyinkronkan penerimaan tomogram dengan elektrokardiogram gigi.

Kelemahan utama biasanya berkaitan dengan waktu yang cukup lama waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan gambar (biasanya menit), yang mengarah ke penampilan artefak dari gerakan pernapasan (terutama mengurangi efisiensi penelitian cahaya), aritmia (ketika studi jantung), ketidakmampuan untuk mampu mendeteksi batu, kalsifikasi, beberapa jenis patologi struktur tulang, biaya peralatan dan operasinya yang tinggi, persyaratan khusus untuk tempat perangkat berada (penyaringan dari gangguan), ketidakmungkinan untuk memeriksa Saya sakit dengan klaustrofobia, alat pacu jantung buatan, implan logam besar dari logam non-medis.

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

Kontras zat untuk MRI

Pada awal penggunaan MRI, diyakini bahwa kontras alami antara berbagai jaringan menghilangkan kebutuhan akan agen kontras. Segera ditemukan bahwa perbedaan sinyal antara berbagai jaringan, yaitu. Kontras gambar MR dapat ditingkatkan secara signifikan dengan media kontras. Ketika media kontras MP pertama (mengandung ion gadolinium paramagnetik) menjadi tersedia secara komersial, informasi diagnostik MRI meningkat secara signifikan. Inti dari agen kontras MR adalah mengubah parameter magnetik proton jaringan dan organ tubuh, mis. Ubah waktu relaksasi (TR) proton T1 dan T2. Sampai saat ini, ada beberapa klasifikasi agen kontras MP (atau lebih tepatnya, agen kontras - CA).

Dengan efek utama pada waktu relaksasi MR-Cadel di:

• T1-KA, yang mempersingkat T1 dan dengan demikian meningkatkan intensitas sinyal MP dari jaringan. Mereka juga disebut SC positif.
• T2-KA, yang memperpendek T2, mengurangi intensitas sinyal MR. Ini adalah SC negatif.

Bergantung pada sifat magnetik MR-SC dibagi menjadi paramagnetik dan superparamagnetik:

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

Media kontras parametrik

Sifat-sifat paramagnetik dimiliki oleh atom dengan satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan. Ini adalah ion magnetik gadolinium (Gd), kromium, nikel, besi, dan juga mangan. Senyawa Gadolinium paling banyak digunakan secara klinis. Efek kontras dari gadolinium adalah karena memperpendek waktu relaksasi T1 dan T2. Dalam dosis rendah, efek pada T1, yang meningkatkan intensitas sinyal, mendominasi. Dalam dosis tinggi, efek pada T2 mendominasi dengan penurunan intensitas sinyal. Paramagnetics sekarang paling banyak digunakan dalam praktik diagnostik klinis.

Media kontras superparamagnet

Efek dominan oksida besi superparamagnetik adalah memperpendek relaksasi T2. Saat dosis dinaikkan, intensitas sinyal menurun. Untuk kelompok pesawat ruang angkasa ini dapat dikaitkan dan satelit feromagnetik, yang meliputi oksida besi feromagnetik yang secara struktural mirip dengan magnetit ferit (Fe ²⁺ OFe ₂ ³⁺ 0 ₃ ).

Klasifikasi berikut didasarkan pada farmakokinetik CA (Sergeev, V.V., Isoavt., 1995):

• ekstraselular (spesifik jaringan);
• gastrointestinal;
• organotropik (spesifik jaringan);
• makromolekul, yang digunakan untuk menentukan ruang vaskular.

Di Ukraina, empat MR-CA diketahui, yaitu alat paramagnetik yang dapat larut dalam air ekstraselular, dimana gadodiamide dan asam gadopentetic banyak digunakan. Kelompok SC yang tersisa (2-4) menjalani tahap uji klinis di luar negeri.

MP-CA yang mudah larut dalam air ekstraselular

Nama internasional	Formula kimia	Struktur
Asam Gadopentetic	Gadolinium dimeglumina diethylenetriaminepentaacetate ((NMG) 2Gd-DTPA)	Linear, ionik
Asam gadoterovaya	(NMG) Gd-DOTA	Siklik, ionik
Gadodamidid	Gadolinium dietilenetriaminepentaasetat-bis-metilamida (Gd-DTPA-BMA)	Linear, non-ionik
Outotéridol	Gd-HP-D03A	Siklik, non-ionik

Pesawat ruang angkasa ekstraselular diberikan secara intravena, 98% di antaranya diekskresikan oleh ginjal, tidak menembus sawar darah otak, memiliki toksisitas rendah, termasuk pada kelompok paramagnetik.

Kontraindikasi terhadap MRI

Kontraindikasi absolut mencakup kondisi di mana penelitian ini adalah pasien yang mengancam jiwa. Misalnya, kehadiran implan, yang diaktifkan dengan cara elektronik, magnetis atau mekanis, terutama alat pacu jantung buatan. Dampak radiasi RF dari pemindai MR dapat mengganggu fungsi stimulator yang beroperasi dalam sistem kueri, karena perubahan medan magnet dapat meniru aktivitas jantung. Daya tarik magnetik juga dapat menyebabkan stimulator bergerak dalam sarang dan memindahkan elektroda. Selain itu, medan magnet menciptakan hambatan untuk pengoperasian implan feromagnetik atau elektronik telinga tengah. Kehadiran katup jantung buatan merupakan bahaya dan merupakan kontraindikasi mutlak hanya bila diperiksa pada pemindai MR lapangan tinggi, dan juga jika katup diasumsikan secara klinis rusak. Adanya implan bedah logam kecil (klip haemostatik) di sistem saraf pusat juga mengacu pada kontraindikasi absolut pada penelitian ini, karena perpindahan mereka akibat daya tarik magnetik mengancam pendarahan. Kehadiran mereka di bagian tubuh lain kurang mendapat ancaman, karena setelah perawatan, fibrosis dan enkapsulasi klem membantu menjaga mereka dalam keadaan stabil. Namun, selain potensi bahaya, kehadiran implan logam dengan sifat magnetik dalam hal apapun menyebabkan artefak yang menimbulkan kesulitan untuk menafsirkan hasil penelitian.

Kontraindikasi terhadap MRI

Mutlak:	Relatif:
Alat pacu jantung	Stimulan lain (pompa insulin, stimulator saraf)
Implan elektromagnetik atau elektrik telinga tengah	Implan non-feromagnetik telinga bagian dalam, katup jantung buatan (di bidang tinggi, dengan disfungsi yang dicurigai)
Klem hemostatik pada pembuluh serebral	Klip hemostatik dari lokalisasi lainnya, gagal jantung dekompensasi, kehamilan, klaustrofobia, kebutuhan akan pemantauan fisiologis

Kontraindikasi relatif, selain hal di atas, juga mencakup gagal jantung dekompensasi, kebutuhan untuk pemantauan fisiologis (ventilasi mekanis, pompa infus listrik). Claustrophobia adalah halangan untuk meneliti 1-4% kasus. Hal ini dapat diatasi, di satu sisi, menggunakan perangkat dengan magnet terbuka, di sisi lain - penjelasan rinci tentang aparatus dan jalannya survei. Bukti efek merusak MRI pada embrio atau janin tidak didapat, namun dianjurkan untuk menghindari MRI pada trimester pertama kehamilan. Penggunaan MRI selama kehamilan ditunjukkan pada kasus di mana metode pencitraan diagnostik non-pengion lainnya tidak memberikan informasi yang memuaskan. Pemindaian MRI memerlukan keterlibatan lebih banyak pasien daripada tomografi terkomputerisasi, karena pergerakan pasien selama penelitian berpengaruh secara signifikan terhadap kualitas gambar, sehingga studi pasien dengan patologi akut, gangguan kesadaran, kondisi kejang, demensia, dan anak-anak seringkali sulit dilakukan.

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