Мрт структур головы. Новые направления в нейрорентгенологии Магнитно резонансная спектроскопия

Магнитно-резонансная спектроскопия

подготовила студентка

3 курса, 34 гр.

Лисовская Татьяна

МР-спектроскопия

Метод магнитно-резонансной томографии широко применяется во всех областях медицины. Благодаря высокой информативности и безопасности МРТ позволяет максимально точно диагностировать различные заболевания и патологии даже на ранних стадиях развития. Однако, несмотря на высокую точность, бывают случаи, когда традиционной магнитно-резонансной томографии не хватает для постановки диагноза и выявления болезни. Поэтому существуют специальные методики проведения МРТ, такие как МР-ангиография, МР-перфузия и МР-спектроскопия.

Что такое МР-спектроскопия?

Магнитно-резонансная спектроскопия (МРС) - это методика проведения исследования на магнитно-резонансном томографе, которая дает возможность определять биохимические изменения тканей при развитии различных заболеваний. Магнитно-резонансные спектры отображают процессы метаболизма. Нарушения этих процессов происходят еще до клинических проявлений болезни, поэтому магнитно-резонансная спектроскопия позволяет диагностировать заболевания на самых ранних этапах развития. На сегодняшний день этот метод является единственным способом неинвазивно провести исследование обмена веществ в различных анатомических областях. Это метод исследования, базирующийся на принципе классического магнитно-ядерного резонанса, но имеющий некоторые отличия. Если в магнитно-резонансных приборах используется свойство частиц поглощать и излучать электромагнитные волны, то целью спектроскопии является определение наличия и концентрации отдельных химических веществ.

Виды магнитно-резонансной спектроскопии

МР-спектроскопия биологических жидкостей

МР-спектроскопия внутренних органов

Магнитно-резонансная спектроскопия базируется на методе ядерного магнитного резонанса, но в отличие от него она не создает анатомические снимки, а позволяет различать распределение компонентов мягких тканей и продуктов обмена веществ согласно их молекулярным свойствам.

Основными показаниями для проведения МР-спектроскопии являются:

Травматические повреждения

Эпилепсия

Нейродегенеративные заболевания

Воспалительные процессы

1. Объемные образования головного мозга

   Опухолевые заболевания

Первая установка для МР-спектроскопии сконструирована австрийским профессором Эвальдом Мозером с сотрудниками в 1990 году. В 1996 году выполнены первые исследования метаболизма глюкозы и жирных кислот в головном мозге, скелетных мышцах и печени здоровых испытуемых, а также пациентов с диабетом 1 и 2 типа. К настоящему времени также выполнены клинические исследования МР-спектроскопии сердца и предстательной железы.

Так как обмен веществ в здоровых тканях отличается от обмена веществ, протекающего в пораженных тканях, то в диагностике опухолевых заболеваний и патологических процессов МР-спектроскопия играет важную роль. Обнаружение опухоли или патологического процесса на ранних стадиях существенно облегчает весь дальнейший процесс лечения.

Метод магнитно-резонансной спектроскопии позволяет проводить измерения в живых тканях. Он используется в научных исследованиях и позволяет получить информацию о химическом составе тканей. Протонная магнитно-резонансная спектроскопия (1Н-МРС) основана на определении концентрации N-ацетиласпартата, содержащегося исключительно в нейронах, или холин-креати нина и лактата, содержащихся в глии и нейронах. Определение концентрации веществ в головном мозге помогает выявлять утрату специфических тканей при таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера и ишемически-гипоксическая энцефалопатия, классифицировать опухоли головного мозга, определять сторону эпилептогенного очага при височной эпилепсии. Магнитно-резонансная спектроскопия с определением фосфора (31Р-МРС) может быть полезной в диагностике метаболических миопатий.

В последние годы метод получил широкое распространение в онкологии, так как позволяет определить накопление патологических веществ при различных онкологических заболеваниях.

Если ранее было осуществимо лишь исследование крупных органов и значительных изменений, то сейчас стало возможным исследование такого небольшого органа, как предстательная железа с разрешением до <0,5 см3. В здоровой ткани предстательной железы определяется в больших количествах цитрат, или лимонная кислота. При злокачественных новообразованиях количество цитрата уменьшается. Так как общее число клеток при онкологических заболеваниях увеличивается, то возрастает и количество холина, составной части клеточной оболочки. Концентрацию двух этих веществ как раз и позволяет измерить МР спектроскопия. Для получения трехмерного изображения и точной локализации опухоли весь орган делится на небольшие участки менее 0,5 см3, в каждом из которых определяется концентрация указанных веществ.

МР-спектрограмма

Вместо привычных «анатомических» МР-изображений МР- спекторограмма представляет собой график из пиков, соответствующих отдельным метаболитам. Условиями для обнаружения метаболитов в 1Н- спектре являются: наличие в их составе протонов водорода; концентрация метаболита должна превышать определенный минимальный уровень (≥0,5 ммоль/л); метаболиты должны резонировать на различной частоте (так называемое явление химического сдвига); эффективное подавление сигнала от воды. Конкретное положение сигнала от метаболита на горизонтальной оси является постоянной величиной, присущей данному метаболиту. Оно определяется его химическим сдвигом и характеризуется значением «частей на миллион» – parts per million (ppm). Здесь подразумевается, что протоны водорода находятся в специфическом окружении в составе метаболита, приводящем к изменению локального магнитного поля и, следовательно, частоты, на которой эти протоны резонируют во внешнем магнитном поле. В этом собственно и заключается явление химического сдвига. Изменение локального магнитного поля очень невелико (составляет миллионные части).

1Н-МРC может быть реализована в двух вариантах – одновоксельной и мультивоксельной спектроскопии.

Одновоксельная спектроскопия (single- voxel spectroscopy, SVS) наиболее распространена. При этом получают спектр из кубического участка (вокселя) вещества мозга или опухоли размером 2х2х2 см (8 см3) на что требуется от 3 до 5 мин. В некоторых случаях желательно уменьшить размер вокселя, чтобы измерение производилось именно в опухоли без захвата окружающих тканей. Нежелательным последствием этого становится снижение отношения сигнал - шум. Преимуществом одновоксельной спектроскопии является получение спектров более высокого качества с меньшим количеством шагов постобработки. Главный недостаток – ограниченная зона исследования, ввиду чего правильное расположение вокселя имеет критическое значение. Не следует включать в зону исследования кровь и ее продукты, воздух, ликвор, жир, некроз, кость, кальцинаты, метал. Все эти среды приводят к неоднородности локального магнитного поля и образованию недиагностичных спектров. Положение вокселя должно соответствовать наиболее жизнеспособным участкам опухоли, которые, в противоположность некрозу, обычно накапливают контрастное вещество (кроме глиом I и II степени злокачественности). Мультивоксельная спектроскопия, также называемая chemical shift imaging (CSI) или spectroscopic imaging, позволяет расположить несколько вокселей в зоне интереса, может быть реализована в двухмерном и трехмерном пространстве.

Мультивоксельная спектроскопия является предпочтительным методом исследования при внутричерепных опухолях. Ее преимуществом перед одновоксельной спектроскопией является наложение цветных карт метаболитов или их соотношений на достаточно большой по размерам участок мозга, включающий не только зону опухоли, но и противоположное полушарие, что делает возможным прямое сравнение опухоли и неизмененных участков мозга. Техническая реализация мультивоксельной спектроскопии более сложна, так как требует поддержки гомогенности магнитного поля на гораздо большем участке. В задней черепной ямке из-за ее уменьшенного объема и близости костных структур часто проще получить качественные спектры с помощью одновоксельной спектроскопии. Ввиду сложности шиммирования (выравнивания однородности магнитного поля), длительного времени сбора (от 8 до 19 мин) и многоступенчатого процесса обработки информации мультивоксельная спектроскопия до недавнего времени была доступна только в специализированных центрах

ОСНОВНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ ПРИ 1Н-МР-СПЕКТРОСКОПИИ

Н-ацетил аспартат (NAA) – нейрональный маркер. Присутствует с телах нейронов и аксонах, указывает на их жизнеспособность. В физиологических условиях NAA постепенно увеличивается у новорожденных и уменьшается у пожилых. При патологических состояниях снижение уровня NAA указывает на потерю нейронов, что имеет место при глиомах, ишемии, дегенеративных заболеваниях головного мозга. Пики NAA расположены на 2,02 ppm, 2,5 ppm и 2,6 ppm.

Креатинин (Cr) – маркер аэробного метаболизма клеток головного мозга. Концентрация выше в сером веществе, чем в белом. Самый постоянный пик, независящий от уровня оксигенации и перфузии, ввиду чего используется как «внутренний стандарт» для расчета отношений

концентраций метаболитов. Снижается при опухолях, инфекциях, гипоксии, инсульте. Пики на 3,02 ppm и 3,94 ppm.

Холин (Cho) – компонент фосфолипидного метаболизма, маркер клеточных мембран, отражающий пролиферацию клеток. Повышение уровня Cho связано с увеличением синтеза мембран и пролиферацией клеток (опухоли головного мозга). Снижается при абсцессах, некрозе. Пик на 3,22 ppm.

Лактат (Lac) – конечный продукт анаэробного гликолиза, маркер гипоксии. У здоровых добровольцев концентрация лактата находится на уровне предела чувствительности метода, то есть обычно на спектрах не обнаруживается. Увеличивается при ишемии, опухолях. Двойной пик лактата находится на 1,33 ppm, причем при ТЕ 135 мсек он инвертирован (находится в противофазе), при ТЕ 30 мсек – направлен вверх (находится в фазе).

Липиды (lip) – индикатор некроза и разрушения миелиновых оболочек. Обычно не выявляются у здоровых добровольцев, повышаются при опухолях, некрозе, абсцессах, демиелинизации. Пики на 0,8 ppm и 1,3 ppm. Сигнал от липидов лучше всего выявляется при низких значениях ТЕ (меньше 35 мсек) и снижается при более высоких. Поскольку Lac и lip резонируют на одной и той же частоте (1,3 ppm), то в случае присутствия в исследуемом участке обоих метаболитов их пики могут быть неразличимы. Для выделения пика Lac рекомендуется обращать внимание на следующие моменты: Lac имеет двойной пик; при ТЕ порядка 135 мсек пик Lac инвертирован; при использовании высоких значений ТЕ (270 мсек) сигнал от lip подавляется и остается сигнал только от Lac.

Мио-инозитол (ml) – продукт деградации миелина. Повышается при рассеянном склерозе, снижается при опухолях. Пики на 3,56 ppm и 4,06 ppm.

Глютамин и глютамат (Glx) – маркер астроцитов и нейрототоксин соответственно. Повышаются при энцефалопатии. Пики на 2,1 ppm и 2,55 ppm.

Аланин – двойной пик находится на 1,48 ppm. Аналогично лактату пик аланина при ТЕ 135 мсек инвертирован, а при ТЕ 30 мсек направлен вверх.

Для интерпретации МР-спектров необходимо оценить метаболиты количественно и сравнить полученные значения с нормальными. Для количественной характеристики можно измерять высоту (амплитуду) пиков и площадь под ними (интеграл). Чаще используют интеграл, так как площадь под индивидуальными пиками пропорциональна концентрации каждого из метаболитов, к тому же интеграл не зависит от неоднородности магнитного поля и менее чувствителен к шуму. Величину МР-сигнала не выражают в абсолютных цифрах, поскольку она находится под влиянием многих местных и внешних условий. Поэтому в МРС принято вычислять отношения интегралов пиков друг к другу.

Метод МР-спектроскопии является очень многообещающим. В комбинации с обычной магнитно-резонансной томографией правильный диагноз устанавливается в 80-85% случаев. Ошибки происходят в тех случаях, когда опухолевая ткань значительно не отличается от нормальной по степени зрелости, и количество холина в ней приближено к нормальной ткани.

Магниторезонансная томография головы является наиболее актуальным методом обследования. Она дает достоверные и информативные результаты при диагностировании многих патологий мозга и мягких тканей головы.

Итак, что такое МРТ головного мозга? Томография использует явление резонанса, наблюдающееся при воздействии на протоны водородных атомов в клетках человеческого тела мощного магнитного поля. МРТ позволяет увидеть послойные изображения мягких тканей головы, сосудов, вещества самого мозга, костей, то есть провести анализ состояния практически всех структур головы.

Каждое полученное изображение выводится на монитор, а также может сохраняться как на пленке, так и в электронном виде. Это позволяет в последующем повторно делать анализ результата проведенного исследования разными специалистами.

Показания к проведению МРТ головы

Для диагностирования патологий мягких тканей и сосудов головного мозга МРТ является оптимальным вариантом. Снимок, полученный при МРТ головного мозга, дает возможность врачу исключить или диагностировать наличие следующих патологий:

1. Тромбоз вен.
2. Сужение просвета сосудов за счет наличия в них атеросклеротических бляшек.
3. Аневризмы.
4. Опухоли (их выявление, анализ развития и эффективности лечения).
5. Аномалии развития мозга.
6. Сосудистые патологии мозга, геморрагический и ишемический инсульты.
7. Патологии органов зрения, слуха.
8. Травмы черепно-мозговые.
9. Патологии гипофиза, мозжечка (около 30% всех метастазов мозга обнаруживается в ткани мозжечка).
10. Изменения при хронических заболеваниях.
11. Диагностика причин болей в голове, головокружений, беспричинных обмороков.
12. Обнаружения патологических изменений у пациентов с деменцией.

Преимущества МРТ головы

Магнитно-резонансная томография популярна благодаря своим преимуществам:

1. Абсолютная безвредность. Компьютерная томография мозга и рентгенография предусматривают применение рентгеновского излучения. Этим объясняется то, что их не рекомендуют использовать, в отличие от МРТ головы, при необходимости повторения снимков. Например, чтобы сделать анализ результата лечения.
2. Метод чувствителен к изменению химического состава клеток, нарушениям обмена веществ в них.
3. Есть возможность видеть в структурах головы мелкие объекты размером 1 см.
4. Магниторезонансная томография головного мозга предполагает большое количество плоскостных срезов мозга. В результате можно получить высокого качества объемное трехмерное изображение глубоко расположенных мозговых структур: гипофиза, мозжечка, продолговатого мозга, турецкого седла.

Недостатки метода

Есть у данного метода и минусы:

1. Продолжительность процедуры. Это 20 минут минимум. Даже небольшое движение пациента может приводить к искажению снимков. Но этот недостаток при МРТ структур головы не так важен, как, например, при исследовании сердца. Человеку в адекватном состоянии не очень сложно пролежать без движений некоторое время. К тому же при МРТ головы в перерывах между снимками можно расслабиться и пошевелить головой.
2. МРТ является чувствительным и информативным методом диагностики заболеваний любых мягких структур мозга - от коры и до мозжечка, продолговатого мозга. Информативность же при определении некоторых образований в костях небольшая. Объясняется это тем, что водород не проникает в плотную костную ткань. Поэтому при подозрении на патологии костей предпочтение отдается КТ.
3. Минусом магнитно-резонансной томографии головного мозга является ее относительно высокая стоимость. Это исследование стоит несколько дороже КТ головы и значительно дороже рентгеновского исследования.
4. Кроме того, проводится МРТ головного мозга в крупных медицинских учреждениях и центрах. В некоторых из них предусмотрен даже круглосуточный график работы. Для живущих же в небольших населенных пунктах прохождение этого исследования проблематично.

Проведение процедуры

Никакой специальной подготовки для проведения исследования не требуется. Человек до него ведет обычный образ жизни: не вносит изменений в питание, прием лекарственных препаратов, нагрузки. Перед проведением процедуры пациент дает письменное согласие. Врач объясняет суть исследования, его ход, противопоказания, возможные ощущения при ее проведении.

В некоторых больницах пациентам предлагают переодеться в больничную рубашку. Но необходимости в этом нет. Достаточно, чтобы пациент был одет удобно. Единственное требование - отсутствие на одежде металлических деталей. Пациент не должен иметь на себе при исследовании украшений, электронных приборов, кредитных карт, ручек, очков. Необходимо снимать также слуховой аппарат во избежание негативного влияния на него мощного магнитного поля.

Абсолютно никаких болезненных и неприятных ощущений процедура не вызывает. От обследуемого требуется лежать без движений некоторое время. Иногда это около 10 мин. Но в некоторых случаях может потребоваться, например, час.

Дискомфорт могут испытывать те, кто страдает клаустрофобией, т. к. тело пациента во время исследования на специальном устройстве перемещается внутри аппарата МРТ. Особенно ощутим дискомфорт в тех случаях, когда для обследования требуется длительное время, например час. В таком случае может помочь прием успокоительных средств перед исследованием. Некоторые отмечают небольшой интенсивности локальное повышение температуры в области проведения исследования.

Во время процедуры пациент находится один в комнате. Но врач общается с ним при помощи громкоговорителя и может слышать пациента. Снимки делаются сериями. Между ними пациенту разрешают расслабиться и немного пошевелиться.

Детям и некоторым особенно тревожным взрослым рекомендуются беруши. Это позволяет не слышать гудения и щелчков аппарата. Иногда включают спокойную музыку. Ребенка может испугать то, что он находится один при проведении томографии головного мозга, но эту проблему легко устранить присутствием его родителя рядом в течение исследования.

Пациент после процедуры получает на руки снимки МРТ, диск с записью исследования и заключение.

МРТ с контрастированием

Эта методика заключается в том, что МРТ проводится с предварительным введением контраста в вену пациента. Благодаря обильному кровоснабжению мозговых структур, это позволяет достичь еще большей информативности их изображения. Рекомендуется такое исследование в сложных диагностических случаях.

Введение контраста влечет некоторые изменения. Пациенту объясняют необходимость введение определенного вещества в вену. Пациента спрашивают о наличии аллергии, перенесенных операциях, заболеваниях. Контрастное вещество может вызывать аллергические реакции. Осторожность при введении контраста должна присутствовать всегда, даже если больной уверен в отсутствии у него любой аллергии. Не исключено, что именно контрастное вещество станет ее первой и, возможно, единственной причиной. С осторожностью делается контрастирование и при почечной недостаточности.

При введении контраста некоторые отмечают слабое ощущение холода в руке. Другие отмечают приливы к голове. В любом случае все эти ощущения проходят в течение пары минут.

Контрастирование не требует какого-либо восстановительного периода. Сразу после исследования пациент может самостоятельно идти домой, на работу, вести транспортное средство.

В редких случаях при введении контраста может иметь место тошнота, некоторая слабость, головная боль. Как правило, сразу после исследования все неприятные ощущения проходят. Но обследуемый должен сразу говорить врачу обо всех неприятных ощущениях.

Контраст (-ные лекарственные препараты) выводится из организма в течение суток. Поэтому рекомендуется кормящим грудью мамам после проведения исследования отказаться на сутки от грудного вскармливания. Хотя исследования говорят о том, что для малышей на грудном вскармливании МРТ, проведенная их мамам, не приносит негативных последствий.

Не было зарегистрировано отклонений и в течение беременности после проведения МРТ головы. Однако, по понятным причинам, экспериментальных исследований над беременными не проводилось.

Противопоказания

Противопоказана магниторезонансная томография головного мозга пациентам, у которых в организме есть:

• подкожные кардиостимуляторы;
• имплантаты структур уха;
• некоторые клипсы, применяемые при аневризмах мозга;
• металлические сосудистые стенты.

МР-спектроскопия

МР-спектроскопией называют одну из разновидностей МРТ головы. Она позволяет диагностировать отклонения в биологических процессах при патологических изменениях тканей во время заболеваний. При этом используется определение локальной концентрации отдельных метаболитов, биологически активных веществ. По этим данным судят о метаболизме в исследуемом органе.

Ценность МР-спектроскопии заключается в возможности максимально ранней диагностики. Обменные процессы значительно отличаются у здоровых тканей и у тех, в которых начались патологические изменения. Поэтому диагностировать эти изменения при МР-спектроскопии можно еще до того, как заболевание даст о себе знать очевидными клиническими проявлениями.

• воспалениях структур мозга разной этиологии;
• эпилепсии;
• дегенеративных патологиях нервной системы (болезни Альцгеймера, Паркинсона);
• травмах;
• ишемических изменениях (местном малокровии);
• новообразованиях в головном мозге.

Функциональная МРТ

Предпосылкой для появления функциональной МРТ головного мозга (ФМРТ) стало то, что выполнение определенных действий в организме сопровождается активацией соответствующих структур мозга.

Например, совершение движений приводит к возбуждению определенных структур, функция которых заключается в контроле за правильностью их выполнения. Зрительная нагрузка приводит к активации затылочной области, отвечающей за обработку и анализ зрительной информации. Координация требует активации мозжечка.

ФМРТ определяет состояние функциональной активности структуры, отвечающие за мышление, память, слух… Активация любой структуры мозга требует обязательного усиления ее кровотока. Это и регистрирует функциональная МРТ.

МРТ и ангиография

Магниторезонансная ангиография признана высокоинформативным методом, обеспечивающим достоверную визуализацию сосудов головы. Это позволяет не только выявить патологические изменения сосудов, но и спланировать ход оперативного вмешательства на сосудах.

По информативности МР-венография не уступает классической флебографии при рентгенографии. Однако, учитывая отсутствие вредного излучения, является оптимальной, особенно для беременных.

МР- венография позволяет визуализировать артериовенозные мальформации сосудов мозга, изменения венозных синусов, а также любые сосудистые патологии. С помощью метода определяется низкая скорость кровотока головного мозга, что может говорить о наличии локальных нарушений кровоснабжения, наличии тромбов венозных сосудов.

Процедура венографии может проводиться как с контрастированием, так и без него. Введение контраста рекомендуется при диагностике сложной патологии. Так, тромбоз венозного синуса диагностировать довольно непросто.

МРТ исследование перфузии

Перфузионные исследования при МРТ относят к наиболее информативным и достоверным способам диагностики мозга. Перфузия головного мозга - прохождение крови через ткани этого органа. Исследование этого показателя позволяет оценить особенности и дефекты мозгового кровотока, величину участка формирующейся ишемии, сделать прогноз о возможности восстановления нормального функционирования нервной ткани. Введение контраста является непременным условием.

1. Инсультах.
2. Оценке кровотока мозга перед проведением операций на нем.
3. Для оценки гемодинамики опухолей мозга, а также при необходимости проверять результативность противоракового лечения после сеансов химио- и лучевой терапии.
4. При диагностике тромбированного сосуда мозга.
5. Этот метод является вспомогательным при диагностике причин мигрени, эпилепсии, психических расстройств.

Сначала делается исследование без контраста, затем с его введением. Снимки делают, как правило, с интервалом в 1 сек при введении препарата, а также после этого. Интерпретируя результаты, врач учитывает такие показатели:

• объем мозгового кровотока;
• объемную скорость кровотока;
• среднее время циркуляции контраста.

Анализ данных показателей проводится с помощью программной компьютерной поддержки.

После завершения МРТ врач описывает полученные изображения, констатирует наличие или отсутствие мозговой патологии. Это занимает около получаса.

Любое исследование, МРТ головного мозга в том числе, проводится специалистом. Кроме получения высшего медицинского образования, он должен пройти еще и специальные курсы. Они включают информацию об особенностях работы с МР-аппаратурой, учат расшифровке результатов.

Есть анатомические атласы поперечных сечений головы, существуют и специальные атласы по МРТ анатомии головного мозга. Необходимость этого возникает из-за большой вероятности ошибочных результатов, связанных с индивидуальными особенностями каждого исследуемого, которые выявляет томография мозга.

Заключение врача, который описывает МРТ головы, не является диагнозом. Он только делает анализ увиденного.

Только лечащий врач может выставлять на основании результатов МРТ и клинических данных окончательный диагноз, при необходимости проверенный и подтвержденный другими методами исследования.

Протонная магнитно-резонансная спектроскопия (ПМРС) – один из наиболее молодых и быстро развивающихся методов лучевого исследования головного мозга, позволяющих определять содержание основных метаболитов (холин, N-ацетиласпартат, креатин, глютамат/глутамин, лактат) в интересующих участках органа и их соотношение.

История и этимология

МРС впервые использовали при исследовании эритроцитов в 1973 году Мун и Ричардс, а в 1974 году при помощи МРС Хаулт исследовал бедренную мышцу мыши.

Пики .

Лактат: резонирует на 1,3 ppm

Липиды: резонирует на 1,3 ppm

Аланин: резонирует на уровне 1,48 ppm

N-ацетиласпартат (NАА): резонирует на 2.0 ppm

Глутамин/глутамат: резонанс на 2.2-2.4 ppm

ГАМК: резонирует на 2.2-2.4 ppm

2-гидроксиглутарат: резонирует на уровне 2,25 ppm

Цитрат резонирует 2,6 ppm

Креатин: резонирует на 3.0 ppm

Холин: резонирует на 3.2 ppm

Мио-инозитол: резонанс на 3.5 ppm

ppm — pars per million

Как лучше запомнить?

Вспомнить шоколадку с названием My ChoCrNaaLa

My: Myo-inositol 3.5 — Мио-инозитол

Cho: Choline 3.2 — Холин

Cr: Creatine 3.0 — Креатин

Naa: Naa 2.0 — N-ацетиласпарта

L: Lactate 1.3 — Лактат

Патология

Глиома

МРС помогает предсказать степень дифференцировки. Чем выше степень дифференцировки, тем ниже пик N-ацетиласпартата и креатина, но выше пики холина, лактата и липидов.

Не-глиальные опухоли

Незначительные изменения пика NAA.

Лучевая терапия

Дифференциация изменений головного мозга на фоне лучевой терапии от опухоли всегда проблематична, но при рецидиве опухоли пик холина чаще повышен в то время, как после лучевой терапии пик NAA, холина и креатина будет низким.

Ишемия и инфаркт

Пик лактата будет повышаться, как только клетки головного мозга переходят на анаэробный метаболизм. Пик липидов и всех остальных пиков будет снижаться.

Инфекция

Пик NAA отсутствует при всех патологических процессах, разрушающих ткань головного мозга. При абсцессе пик лактата, аланина, ацетата повышен. Пик холина низкий или отсутствует при токсоплазмозе, а при лимфоме повышен, данный показатель используют для отличия одного патологического процесса от другого.

Заболевания белого вещества мозга (лейкодистрофии)

Прогрессирующая мультифокальная лейкоэнцефалопатия повышение Мио-инозитол. Болезнь Канавана повышение NAA.

Печеночная лейкоэнцефалопатия

При печеночной лейкоэнцефалопатии снижение пика миоинозитола и в меньшей степени холина. Глутамин увеличивается.

Митохондриальные заболевания.

Синдром Лея: повышение пика холина, снижение NAA и реже повышение пика лактата.

Примеры

РИС. 1.

Астроцитома низкой степени злокачественности в левой лобной доле. Зона повышенного по Т2 ВИ сигнала без чётких контуров в левой лобной доле. 2D мультивоксельная МР-спектроскопия. В спектре патологического участка определяется высокий пик холина, снижение пика N-ацетиласпартата и наличие пика лактата. На цветной карте отра- жается распределение соотношения Cho/NAA. В патологической зоне отмечается повышение индекса Cho/NAА выше 1.0 (красный цвет).

РИС. 2.

Глиобластома. 2D мультивоксельная МР-спектроскопия.

А. Цветная карта распределения соотношения Cho/NAA. Отмечается повышение индекса Cho/NAA выше 1.80 в зоне опухоли (красный цвет). Метаболические изменения распространяются далеко за пределы патологической зоны. Б. Цветная карта распределения NAA. Отмечается сни- жение содержания NAA выше в зоне опухоли (синий цвет).

РИС. 3.

Астроцитома низкой степени злокачественности.

А. 2D мультивоксельная МР-спектроскопия, карта распределения соотношения Cho/Cr. Отмечается повышение индекса Cho/Cr в зоне опухоли выше 1.0. Б. Т2 взвешенные изображения. В левой теменной доле зона повышенного МР-сигнала без чётких контуров. В. Отсутствие контрастного усиления на Т1 ВИ. Г. ADC карта. Д. Диффузионно-взвешенные изображения.

РИС. 4.

Солитарный метастаз.

Объёмное образование с распадом в центре, солидный компонент интенсивно накапливает контрастное вещество. В спектре опухоли определяется повышение пика холина, отсутствие пика N-ацетиласпартата, невысокий пик лактата. На 2D мультивоксельной карте распределения холина отмечаются высокие интегральные показатели этого метаболита.

РИС. 5.

Состояние после перенесенной длительной комы.

Диффузное снижение N-ацетиласпартата с обеих сторон.

РИС. 6.

Эписиндром неопухолевой этиологии. Фокальная кортикальная дисплазия. А, Б, В, Г. Протонная МР-спектроскопия. Карты распределения Cho/Cr, Cho, NAA, Lac. Отмечается снижение N-ацетиласпартата при нормальных показателях Cho/Cr, Cho, Lac.

Д, Е, Ж. Повышение МР-сигнала по Т2 ВИ от медиальных отделов правой височной кости. З, И. Метаболические изменения с обеих сторон.

РИС. 7.

Состояние после удаления астроцитомы . Признаки продолженного роста. А. Т2 взвешенные изображения. Б. Т2 FLAIR. В. Протонная МР-спектроскопия. Карта распределения NAA. Снижение содержания N-ацетиласпартата. Г. Карта распределения Cho/NAA. Повышение индекса Cho/NAA. Д. Карта распределения Cho/Cr. Повышение индекса Cho/Cr. Е. Протонная МР спектроскопия. Увеличение пика холина, сни- жение пика N-ацетиласпартата. Ж. Т2 ВИ корональная проекция. З. Т1 ВИ сагиттальная проекция.

РИС. 8.

Состояние после удаления астроцитомы правой височной доли. А. Т2 взвешенные изменения. Кзади от послеоперационной кисты име- ется подозрительный на рецидив участок. Б. Протонная МР-спектроскопия. Снижение пиков холина, креатина и N-ацетиласпартата. В, Г, Д, Е. Карты распределения метаболитов: Cho, NAA, Cho/Cr Lac соответственно. Снижение содержания Cho, NAA. Lac и индекс Cho/Cr в пределах нормы.

Для справки:

PPM — это pars per million, т.е. миллионная доля от резонансной частоты данного ядра (например для водорода в поле с магнитной индукцией в 1,5 Тл размерность 1 ppm будет равна 63.87 Герц, при 3 тесла уже 127,74 Гц. За 0 ppm принята частота тетраметилсилана, что пришло из аналитической химии.

Источник

• Radiopaedia
• ПРИМЕНЕНИЕ ПРОТОННОЙ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ В ЦЕРЕБРАЛЬНОЙ НЕЙРООНКОЛОГИИ — И.А. Лобанов1, И.А. Медяник2, А.П. Фраерман2, Б.Е. Шахов3, Л.Я. Кравец2, Д.Н. Никитин2,

Магнитно-резонансная томография (МРТ) — метод получения изображений внутренних органов человека, основанный на явлении ядерно-магнитного резонанса (ЯМР).

Физика метода

Человеческое тело содержит большое количество протонов — ядер атома водорода: в составе воды, в каждой молекуле органического вещества — белках, жирах, углеводах, мелких молекулах... Протон же - один из немногих атомов, у которого есть собственный магнитный момент или вектор направления. При отсутствии внешнего мощного магнитного поля магнитные моменты протонов ориентированы случайным образом, то есть стрелки векторов направлены в разные стороны.

Если же поместить атом в сильное постоянное магнитном поле все меняется. Магнитный момент ядер водорода ориентируется либо сонаправленно направлению магнитного поля, либо в противоположном направлении. Во втором случае энергия состояния будет чуть выше. Если же теперь воздействовать на этим атомы электромагнитым излучением резонансной частоте (к счастью для нас, это частота радиоволн, абсолютно безопасная для человека), то часть протонов поменяют свой магнитный момент на противоположный. А после отключения внешнего магнитного поля они вернутся в исходное положение, выделяя энергию в виде электромагнитного излучения, которое и регистрируется томографом.

Ориентация магнитных моментов ядер а ) в отсутствии б ) при наличии внешнего магнитного поля

Эффект ЯМР можно представить не только на протонах, но и на любых изотопах, имеющих ненулевой спин (то есть вращающихся в определенном направлении), чья встречаемость в природе (или в организме человека) достаточно велика. К таким изотопам можно отнести 2 Н, 31 Р, 23 Na, 14 N, 13 C, 19 F и некоторые другие.

История МРТ

В 1937 году Изидор Раби , профессор Колумбийского университета изучил интересное явление, при котором атомные ядра образцов, помещённые в сильное магнитное поле, поглощали радиочастотную энергию. За это открытие он получил Нобелевскую премию по физике в 1944 году.

Позже две группы физиков из США, одна под руководством Феликса Блоха , другая — Эдварда М. Парселла , впервые получили сигналы ядерного магнитного резонанса от твёрдых тел. За это оба в 1952 также удостоились Нобелевской премии физике.

В 1989 Норман Фостер Рамсей получил Нобелевскую премию по химии за теорию химического сдвига, которую сформулировал в 1949 году. Суть теории в том, что ядро атома можно опознать по изменению резонансной частоты, а любую молекулярную систему может описать её спектр поглощения. Эта теория стала основой магнитно-резонансной спектроскопии. В период с 1950 по 1970 годы ЯМР использовался для химического и физического молекулярного анализа в спектроскопии.

В 1971 году физик Раймонд Дамадьян (США) открыл возможность применения ЯМР для обнаружение опухолей. Он продемонстрировал на крысах, что сигнал водорода от злокачественных тканей сильнее, чем от здоровых. Дамадьян и его команда потратили 7 лет на разработку и создание первого МР-сканера для медицинского отображения человеческого тела.

Доктор Дамадьян при попытке получить собственное МРТ изображение

В 1972 году химик Пол Кристиан Лотербур (США) сформулировал принципы отображения ядерного магнитного резонанса, предложив использовать переменные градиенты магнитного поля для получения двумерного изображения.

В 1975 г. Ричард Эрнст (Швейцария) предложил использовать в магнитно-резонансной томографии фазовое и частотное кодирование и Фурье-преобразования, метод, который используется в МРТ и в настоящее время. В 1991 году Ричард Эрнст удостоился Нобелевской премии по химии за достижения в области импульсной томографии.

В 1976 Питер Мэнсфилд (Великобритания) предложил эхо-планарное отображение (EPI) — самую скоростную методику, основанную на сверхбыстром переключении градиентов магнитного поля. Благодаря этому время получения изображения уменьшилось с нескольких часов до нескольких десятков минут. Именно Питер Мэнсфилд вместе с Полом Лотенбуром в 2003 году получил Нобелевскую премию по физиологии или медицине за изобретение метода магнитно-резонансной томографии. Кстати, любопытно, что с Лотенбуром над созданием метода МРТ работал правнук Альфреда Нобеля, Микаэль Нобель.

Итак, 3 июля 1977 , спустя почти 5 часов после начала первого теста, наконец, получили первое изображение среза человеческого тела на первом прототипе магнитного резонансного сканера.

Первое МРТ-изображение среза человеческого тела. Получено 3 июля 1977 года

Устройство томографа

МР-томограф состоит из следующих блоков: магнит, градиентные, шиммирующие и радиочастотные катушки, охлаждающая система, система приема, передачи и обработки данных, система экранирования (см. рис.)

Схема МР - томографа

Магнит — самая, собственно, важная и дорогая часть томографа, создающая сильное устойчивое магнитное поле. Магниты в МР-томографе бывают самые разные: постоянные, резистивные, сверхпроводящие и гибридные.

В томографе с постоянным магнитом поле создается между двумя полюсами, сделанными из ферромагнитных материалов (ферромагнетик — вещество, обладающее магнитными свойствами в отсутствии внешнего магнитного поля). Плюс такого томографа в том, что он не требует дополнительной электроэнергии или охлаждения. Однако создаваемое таким типом томографов поле не превышает по своей индукции 0,35 Тл (Тесла, Тл — единица измерения силы магнитного поля. Надо сказать, что и 0,35 Тл — это мощное магнитное поле, в 10000 раз мощнее магнитного поля Земли). Недостатки постоянных томографов — высокая стоимость непосредственно самого магнита и поддерживающих структур, а также проблемы с однородностью магнитного поля.

В резистивных магнитах поле создается пропусканием сильного электрического тока по проводу, намотанному на железный сердечник. Сила поля таких МРТ примерно чуть больше — 0,6 Тл. Но эти томографы нуждаются в хорошем охлаждении и в постоянном электропитании для поддержания однородности магнитного поля.

В гибридных системах для создания магнитного поля используются и проводящие ток катушки, и постоянно намагниченный материал.

Для создания полей свыше 0,5 Тл обычно необходимы сверхпроводящие магниты, которые очень надежны и дают однородные и стабильные во времени поля. В таком магните поле создается током в проводе из сверхпроводящего материала, не имеющего электрического сопротивления при температурах вблизи абсолютного нуля (-273,15°C). Сверхпроводник пропускает электрический ток без потерь. В МРТ обычно используется провод из ниобий-титанового сплава длиной в несколько километров, вложенный в медную матрицу. Охлаждается эта система жидким гелием. Более 90% производящихся сегодня МР-томографов составляют модели со сверхпроводящими магнитами.

Внутри магнита расположены градиентные катушки, предназначенные для создания небольших изменений главного магнитного поля. Приложенные в трех взаимно перпендикулярных направлениях, градиентные поля позволяют точно локализовать зону интереса в трехмерном пространстве.

Шиммирующая катушка — это катушка с малым током, создающая вспомогательные магнитные поля для компенсации неоднородности главного магнитного поля томографа из-за дефектов основного магнита или присутствия намагниченных объектов в поле исследований.

Радиочастотная (РЧ ) катушка представляет собой одну или несколько петель проводника, создающих магнитное поле, необходимое для поворота спинов на 90° или 180° и регистрирующих сигнал от спинов внутри тела.

Еще недавно клинической практике верхний предел напряженности магнитного поля составляет 2 Тл, однако сегодня на рынок выходят уже семитесловые томографы.

Типы МРТ

По виду конструкции МР-томографы могут быть открытые и закрытые. Первые МРТ-сканеры конструировались как длинные и узкие туннели. МРТ открытой конструкции имеют горизонтальные или вертикальные противостоящие магниты и имеют больше пространства вокруг пациента. Существуют системы для исследования пациентов в вертикальном положении.

МРТ-сканер с вертикальным положением пациента

МРТ-сканер открытого типа

МРТ -сканер закрытого типа

Диффузионно-тензорная МРТ. Этот метод определяет направление и тензор (силу) диффузии молекул воды в тканях: клетках, сосудах, нервных волокнах. Метод не требует использования контрастного вещества и поэтому абсолютно безопасен. На основе полученных в ходе томографии данных строят карты диффузии. Данный метод хорошо подходит для исследования ЦНС, позволяет хорошо визуализировать проводящие структуры мозга. Тензорную МРТ иногда называют трактографией.

Изображение проводящих путей мозга, получено с помощью диффузионно-тензорной МРТ

МР-ангиография. Метод визуализации кровеносных сосудов, основан на отличии сигнала движущихся протонов в крови от сигнала протонов окружающих неподвижных тканей.

МР-ангиография сосудов головы

Функциональная МРТ. Метод основан на регистрации кровообращения активно работающих участков мозга. Этому методу на портале будет посвящен отдельный материал.

МР-спектроскопия. Метод позволяет определить наличие определённых метаболитов (лактата, креатинина, N-ацетиласпартата и многих других) в тканях, органах и полостях, что позволяет делать выводы о наличии заболевания, его динамике.

Применение МРТ

МРТ позволяет увидеть любые внутренние органы человека, не нанося ему вреда. Высокая разрешающая способность, безопасность делают МРТ весьма популярным и перспективным методом исследования в клинической практике, несмотря на довольно высокую стоимость.

Помимо исследования больших объектов — человека, животных, для исследователей есть и другие способы использования магнитного резонанса. Например, МР-микроскопия. Для химиков, физиков и биологов МР-микроскопия возможно самый мощный инструмент изучения веществ на молекулярном уровне. Можно локализовать в 3D объеме магнитные ядра, позволяющие получать изображения и наблюдать объекты с разрешением, достигающим 10 -6 м.

ЯМР-микроскопия сегодня уже применяется для обнаружения микродефектов в различных объектах. Для химиков метод позволяет идентифицировать составы сложных смесей.

Источники:

1. Хорнак Дж. П. Основы МРТ. 2005

2. Марусина М.Я., Казначеева А.О. Современные виды томографии. Учебное пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. - 132 с.

3. McRobbie D. W. et al. MRI from Picture to Proton. - Cambridge university press, 2006.

4. http://www.fonar.com/nobel.htm

5. Александр Грек. Мозги на просвет: Цветные мысли. Популярная механика // 2008 — № 2(64) — стр. 54-58

6. http://www.bakuprightmri.com

7. http://mri-center.ru/mrt-otkritogo-tipa

8. Окользин А. В. Магнитно-резонансная спектроскопия по водороду в характеристике опухолей головного мозга //Онкология. - 2007. - Т. 8.

Дарья Прокудина

Рубрика: Диагностика в Германии

Это метод исследования, базирующийся на принципе классического магнитно-ядерного резонанса, но имеющий некоторые отличия. Если в магнитно-резонансных приборах используется свойство частиц поглощать и излучать электромагнитные волны, то целью спектроскопии является определение наличия и концентрации отдельных химических веществ . Метод магнитно-резонансной спектроскопии позволяет проводить измерения в живых тканях. Так, с помощью ядер водорода (Н 1) возможно определять количество N-ацетиласпартата в нейронах головного мозга или количество холина в клеточных мембранах. Молекулы фосфора Р 31 применяются, главным образом для изучения обмена веществ на клеточном уровне, а молекулы углерода С 13 - для отслеживания метаболизма глюкозы.

Первая установка для МР-спектроскопии сконструирована австрийским профессором Эвальдом Мозером с сотрудниками в 1990 году. В 1996 году выполнены первые исследования метаболизма глюкозы и жирных кислот в головном мозге, скелетных мышцах и печени здоровых испытуемых, а также пациентов с диабетом 1 и 2 типа. К настоящему времени также выполнены клинические исследования МР-спектроскопии сердца и предстательной железы .

В ПОМОЩЬ ОНКОЛОГУ

В последние годы метод получил широкое распространение в онкологии , так как позволяет определить накопление патологических веществ при различных онкологических заболеваниях.

Если ранее было осуществимо лишь исследование крупных органов и значительных изменений, то сейчас стало возможным исследование такого небольшого органа, как предстательная железа с разрешением до <0,5 см 3 . В здоровой ткани предстательной железы определяется в больших количествах цитрат, или лимонная кислота. При злокачественных новообразованиях количество цитрата уменьшается. Так как общее число клеток при онкологических заболеваниях увеличивается, то возрастает и количество холина, составной части клеточной оболочки. Концентрацию двух этих веществ как раз и позволяет измерить МР спектроскопия. Для получения трехмерного изображения и точной локализации опухоли весь орган делится на небольшие участки менее 0,5 см 3 , в каждом из которых определяется концентрация указанных веществ.

На рисунке показана разница в содержании различных метаболитов в нормальной ткани предстательной железы (А) и в ткани карциномы предстательной железы (Б). При этом Cholin - холин, Kreatin - креатин, а Citrat - cоли лимонной кислоты. В злокачественной ткани преобладает повышенная концентрация холина, но снижена концентрация цитрата. (Источник: Dr. Scheidler. Patienteninfo Prostata-Spektroskopie. Radiologische Zentrum München-Pasing, 2010 ).

Комбинация МРТ (определение морфологической структуры) с МР спектроскопией (выявление и определение концентрации химических соединений) позволяет охарактеризовать и спланировать лечение рака предстательной железы.

ПРИ РАКЕ ПРОСТАТЫ

Для такого исследования требуется МРТ-установка с высоким разрешением, а также две передающие капсулы: одна располагается поверхностно на передней брюшной стенке в области предстательной железы, а другая - ректально. Для обработки сигнала необходим также специальный прибор и программное обеспечение. Для получения достоверных результатов врачу требуется достаточный опыт работы с оборудованием. Только в 2010 году была завершена экспериментальная фаза применения МР- спектроскопии для диагностики рака предстательной железы. В Германии такое обследование можно пройти, например, в радиологическом центре Мюнхен-Пазинг. Врачами этого центра с 1993 года обследовано более 7000 пациентов. В сентябре 2003 года здесь был проведен первый в Германии курс для врачей по диагностике рака предстательной железы с помощью МР-спектроскопии.

В настоящее время «золотым стандартом» ранней диагностики рака предстательной железы является определение опухолевого маркера, простатспецифического антигена (ПСА). При повышении ПСА выполняется дальнейшая диагностика - поиск злокачественного новообразования или доброкачественных изменений (гиперплазии). Основным недостатком метода является низкая специфичность, то есть повышение ПСА и при других, например, воспалительных заболеваниях.

В случае повышения ПСА на помощь как раз может прийти такой метод как МР-спектроскопия. Особенно МР-спектроскопия показана пациентам с постоянно повышенным уровнем ПСА, но неподтвержденными с помощью гистологического исследования злокачественными изменениями предстательной железы.

ПРОЦЕДУРА

Как же выполняется исследование предстательной железы? Самым приятным фактом является отсутствие специальной подготовки пациента. Лишь незадолго до процедуры рекомендуется естественное опорожнение кишечника и мочевого пузыря. Контрастное средство в исследовании не применяется.

Противопоказанием к исследованию является наличие искусственного водителя ритма. При наличии искусственных клапанов сердца или протезов внутреннего уха необходимо обязательно информировать врача, имея при себе описание (аннотацию или паспорт) данных протезов. Исследование проводится в закрытом помещении, в специальной продолговатой кабине. Если имеет место боязнь закрытых пространств - клаустрофобия, то перед исследованием пациент получает успокаивающее средство. Исследование длится около часа, в положении лежа на спине.

Метод МР-спектроскопии является очень многообещающим. В комбинации с обычной магнитно-резонансной томографией правильный диагноз устанавливается в 80-85% случаев. Ошибки происходят в тех случаях, когда опухолевая ткань значительно не отличается от нормальной по степени зрелости, и количество холина в ней приближено к нормальной ткани. Редко наблюдаются случаи, когда клетки опухоли рассеяны по всей предстательной железе, а не сконцентрированы на определенном участке, тогда в диагностике поможет исследование ткани под микроскопом.

В СПЕКТРЕ НАУКИ

В Германии признанным международным центром МР-спектроскопии является Франкфурт-на-Майне, где располагаются Центр биомолекулярной МР-спектроскопии, Институт Макса Планка и исследовательские группы Университета Гете. С помощью МР-спектроскопии здесь изучаются внутриклеточные белки, их изменения под воздействием различных медикаментов и температурных колебаний. В берлинской клинике Шарите и Рейнском университете Фридриха Вильгельма в Бонне активно изучается применение МР- спектроскопии для диагностики рассеянного склероза. Показано, что в неповрежденных клетках головного мозга содержится значительное количество N-ацетил-аспартата, снижение которого может указывать на развитие заболевания.

Др. София Ротэрмель