Что такое мрт - подробное описание диагностического исследования. Что такое МРТ: принцип работы томографа и его диагностические возможности

МРТ (магнитно-резонансную томографию) используют во многих областях медицины.

Этот метод диагностики является относительно безопасным и информативным способом исследования различной патологии. Рассмотрим, что представляет собой это исследование и когда его используют.

Что такое МРТ диагностика?

МРТ диагностика – это неинвазивный (без внутреннего вмешательства) метод исследования, который позволяет получить информацию о состоянии и структуре внутренних органов человека.

Способ диагностики основан на измерении электромагнитных полей от разных органов и тканей в организме человека. Эту информацию анализирует компьютер и выдает результат, который оценивает специалист.

Благодаря современной аппаратуре можно получить трёхмерную модель внутренних структур. Такой метод нашел широкое применение в современной медицине, особенно в случаях, когда инвазивные методы обследования противопоказаны пациенту.

Когда назначается врачом МРТ?

Диагностика не связана с ионизирующим излучением и относительно безопасна для пациента.

В некоторых случаях применяют МРТ с использованием контрастных средств для получения четкого детального изображения. В таких случаях возможен риск развития аллергических реакций.

Исследование можно выполнить по собственному желанию или на него направляет специалист при подозрении на опухоль, аневризму, травму, болезни позвоночника и другие проблемы в зависимости от жалоб пациента.

Какие заболевания можно обнаружить с помощью МРТ?

МРТ головного мозга, фото

Существует несколько разновидностей исследования, которые позволяют доктору уточнить диагноз:

Дает возможность определить опухоли, состояние зрительного и слухового нервов, а также выявить проблемы с сосудами и наличие аневризм.

2. МРТ позвоночника. Используют для выявления причины непонятных болей, а также после травм.

Диагностика не только дает информацию о состояние межпозвоночных дисков, наличии грыж и опухолей этой зоны, но и позволяет исследовать скорость тока спинномозговой жидкости и узнать о проблемах с кровоснабжением в этом районе.

3. МРТ суставов. Позволяет диагностировать застарелые травмы и деформации суставов, выявить особенности сращения переломов, уточнить структуру кости и наличие опухолей.

4. МРТ брюшной полости. Дает возможность визуализировать паренхиматозные органы, расположение и размеры лимфоузлов, состояние сосудов.

Используют для диагностики опухолевого процесса, уточняю его распространенность и проводят контроль после противоопухолевого лечения.

Этот способ неинформативен в диагностике заболеваний кишечника, а также при мочекаменной болезни и некоторых других патологиях из-за того, что отдельные структуры не визуализируются при таком исследовании.

Преимущества МРТ диагностики в медицине

анализ головного мозга

МРТ в медицине преимущественно используют для диагностики патологии мягких тканей. Метод нашел широкое применение в онкологии, диагностике патологии позвоночника и головного мозга, ангиологии и других областях медицины.

Ключевыми достоинствами являются:

отсутствие лучевой нагрузки в отличие от КТ;
высокоинформативный метод диагностики опухолей на ранних этапах;
можно получить качественное изображение без использования контраста;
позволяет уточнить не только структуру, но и некоторые функциональные параметры (скорость тока спинномозговой жидкости, активацию коры головного мозга, скорость кровотока и др.).

Важно! Это метод практически не применяют в диагностике патологии легких, желудка, костей и кишечника.

Как проходит процедура МРТ обследование?

процедура МРТ обследования, фото 2

В большинстве случаев специальной подготовки к проведению диагностики не требуется за исключением проведения МРТ брюшной полости.

Перед началом процедуры пациента просят снять с себя все металлические предметы (пуговицы, украшения и др.), поскольку они могут повлиять на качество и результаты исследования.

Пациента приглашают в комнату для МРТ-исследований, где он ложится в специальную трубу. Есть приборы, где пациент может стоять во время исследования, но они уступают по качеству изображения.

В течение всего исследования специалист наблюдает за пациентом при помощи видеоаппаратуры. При необходимости можно разговаривать с доктором при помощи переговорного устройства.

Основным требованием является максимальная неподвижность пациента - это важно для получения максимально качественного изображения.. Длится весь процесс относительно недолго 20-30 минут.

Если нужно, то перед исследованием пациенту вводят контраст, чтобы точнее рассмотреть нужные области.

Во время исследования пациента может беспокоить шум прибора, который является нормальным для работы аппарата. Чтобы шум не доставлял дискомфорта можно использовать специальные наушники.

Проблемой может стать узкое, замкнутое пространство, пугающее людей страдающим клаустрофобией. У новорожденных и детей при проведении исследования часто используют кратковременную анестезию, ведь маленьким пациентам сложно оставаться неподвижными так долго.

Несмотря на относительную безопасность исследования существует ряд противопоказаний для его проведения:

Наличие кардиостимулятора у пациента.
Некоторые виды имплантатов в среднем ухе.
Металлические пластины, осколки или аппарат Илизарова.
Первый триместр беременности, поскольку нет доказанных данных о влиянии магнитных полей на формирование плода.
Психически неустойчивые пациенты.
Пациенты в коме или с сопутствующими тяжелыми заболеваниями в стадии декомпенсации.
Наличие татуировок, в состав которых входят красители на основе металлических соединений.
Некоторые другие.

Если при МРТ применяют контраст, то в список противопоказаний добавляется аллергия на контраст, беременность и тяжелая почечная недостаточность.

Использование МРТ существенно расширило возможности медицины. Этот эффективный и относительно безопасный способ используют и у взрослых, и у детей.

Для получения качественного результата нужно выполнять все рекомендации доктора во время исследования.

Результаты должны быть проанализированы специалистом с учетом анамнеза и данных других клинических исследований.

Возможностей для детального обследования всех органов и тканей человеческого организма у современной медицины немало. Один из надежных и достоверных методов – магнитно-резонансная томография, которая давно перешла из разряда высокотехнологичной помощи в категорию рутинной, доступной диагностики. В статье будут даны ответы на самые частые вопросы об МРТ – что такое, как проводится и в каких случаях назначается.

Принцип работы МРТ

Что такое МРТ в медицине? Это методика исследования, которая базируется на физическом явлении магнитного резонанса. «Резонатором» в данном случае выступает сам пациент, а точнее – его ткани и органы. Несмотря на то, что МРТ обследование называется «ядерным», никакого отношения к радиации оно не имеет.

«Ядерность» в данном случае означает, что ядра атомов водорода, присутствующих во всех тканях, откликаются на сочетание постоянного магнитного поля и электромагнитных волн, источником которых является специальный сканер. Эти отклики фиксируются и упорядочиваются аппаратом, который складывает их в качественное четкое изображение.

Виды магнитно-резонансной томографии (МРТ)=

Диагностика методом МРТ проводится на аппаратах разного типа.

Диагностика методом МРТ проводится на аппаратах разного типа. Классификация, которая имеет важное значение для пациента, – открытые и закрытые аппараты.

Открытые. Что такое МРТ открытого типа? Пространство, в котором располагается пациент во время обследования, остается открытым. Сам прибор состоит из двух частей – верхней, нависающей над пациентом, и нижней, на которую он ложится. Магнитами оборудованы обе части. Открытое исследование МРТ показано тем, кто страдает клаутрофобией, тучным пациентам или имеющим физические ограничения.
Закрытые. Традиционные приборы, представляющие собой тоннель и двигающийся стол.

Некоторые виды МРТ-исследований проводятся только в закрытых аппаратах. Например, если необходимо сделать снимок МРТ головы, важно обеспечить ее полную неподвижность. Для этого голова фиксируется, а в аппаратах открытого типа фиксация не предусмотрена.

Еще одно отличие аппаратов МРТ это мощность, измеряемая в Тесла. В зависимости от этого параметра их разделяют на:

Низкопольные (0,5 Т).
Среднепольные (до 1 Т).
Высокопольные (до 1,5 Т).

От мощности будет зависеть время сканирования конкретной области МРТ, качество визуализации и стоимость исследования. Чем выше мощность оборудования, установленного в клинике, тем выше будет скорость и больше цена.

Разобравшись с тем, что такое диагностика МРТ, стоит уделить время изучению оборудования выбранного медицинского центра. Низкопольные аппараты выдают картинку с менее точной визуализацией, чем высокопольные.

Что показывает МРТ?

Исследование абсолютно неинвазивное и бесконтактное.

МРТ – уникальное исследование, ведь оно позволяет увидеть широкий спектр патологий разных органов.

Воспалительные заболевания.
Инфекции.
Опухоли.
Патологии сосудов и сердца.
Травмы и их последствия.

Структура тканей, конфигурация органов, кровоснабжение, биохимические процессы – все эти явления можно оценить с помощью магнитно-резонансного томографа.

Преимущества обследования на МР-томографе

Магнито-резонансная томография имеет немало преимуществ перед другими видами медицинских исследований:

Получение очень качественного, детального изображения.
Принцип действия МРТ не предполагает облучения, а потому оно может и в детском возрасте.
Позволяет визуализировать сложные для изучения структуры – например, спинной и головной мозг.
Можно получить изображения в нескольких проекциях. Благодаря этому диагностика некоторых заболеваний осуществляется раньше, чем это возможно на компьютерной томографии (например, ишемии мозга).

В сравнении с другими способами исследования состояния здоровья этот диагностический метод имеет как преимущества, так и недостатки:

КТ – более опасное исследование, поскольку оно сопряжено с рентгеновским облучением. Однако если необходимо сделать диагностику состояния костно-мышечной системы, целесообразнее проведение компьютерной томографии.
УЗИ. Для ультразвукового исследования нет противопоказаний, поэтому оно может быть проведено любому больному. Однако ультразвук не справится с такими задачами, как оценка состояния костей, желудка, легких. Кроме того, снимки МРТ отличаются более высокой точностью.
ЭЭГ (электроэнцефалография) – диагностика заболеваний . По энцефалограмме очень трудно диагностировать наличие опухолей и других органических заболеваний. Кроме того, метод нельзя назвать точным, так как на результат оказывают влияние эмоции, которые испытывает пациент.

Как делают МРТ?

Исследование абсолютно неинвазивное и бесконтактное. Неприятное ощущение во время сканирования могут доставить лишь звуки, издаваемые аппаратом. Чтобы пациент их не слышал, ему предлагают наушники с приятной музыкой. Как проводится МРТ? Алгоритм следующий:

Пациент снимает все металлические украшения, часы.
Обследуемый ложится на стол. , ноги, иногда и голова комфортно закрепляются ремнями.
Стол заезжает в тоннель, где на протяжении необходимого времени (от 15 до 60 минут) проводится сканирование.
Читайте также: о .

При наличии клаустрофобии об этом нужно обязательно сообщить доктору. Как делают МРТ в этом случае? Скорее всего, будет предложено пройти диагностику на открытом аппарате.

Виды диагностики

МР-ангиографию можно делать без применения контрастного вещества.

Процедура МРТ имеет несколько разновидностей:

МР-диффузия. Это вид магнитной томографии, с помощью которого фиксируется скорость движения молекул воды. Метод позволяет определить нарушения мозгового кровообращения и выявить онкологические образования.
МР-перфузия визуализирует особенности прохождения крови через ткани, скорость этого процесса, проницаемость сосудов. За счет этого удается дифференцировать здоровые ткани от патологических.
МР-спектроскопия для выявления биохимических изменений в тканях. Ценность подобного анализа МРТ заключается в том, что биохимические изменения возникают еще тогда, когда отсутствуют клинические проявления болезни. Значит, обнаружить ее можно на самой ранней стадии.
Ангиография – это такое исследование, которое позволяет увидеть просветы сосудов и оценить кровоток.

МР-ангиографию можно делать без применения контрастного вещества. Но чаще всего для улучшения видимости сосудов используется контрастирование. МРТ с контрастом – это метод, позволяющий увидеть, что такое происходит с сосудами, пронизывающими каждый орган. В качестве контрастирующего вещества используются так называемые парамагнетики – в первую очередь, гадолиний.

Как работает МРТ с контрастом? Чаще всего оно вводится после того, как были сделаны снимки без контраста. Вещество вводится внутривенно, затем делаются повторные снимки. В каких случаях и для чего рекомендуется сделать такое исследование?

Подозрения на аневризму.
Есть основания предполагать наличие опухолей.
Инсульт.
Диагностика после некоторых операций (например, предстательной железы).
Травмы головы.
Для выявления метастазов.

Аллергия на гадолиний – явление редкое, в отличие от аллергической реакции на йод, который используется в качестве основы контрастного вещества при КТ.

Показания и противопоказания

После прохождения МРТ расшифровка результатов занимает обычно 1-2 дня.

Показания к МРТ различны в зависимости от той области организма, которую необходимо обследовать. Перечислим некоторые достаточные для МРТ показания:

Головной мозг подлежит обследованию при неврологической симптоматике, нарушениях зрения или слуха, после травм. Что такое головного мозга?
Органы брюшной полости исследуются при болях, желтушности, выраженных диспептических явлениях.
Сердце подлежит изучению при ИБС, болях и аритмиях, после инфаркта.
Мочеполовая система исследуется при нарушениях мочеиспускания, болях, появлении крови.

МРТ – это аббревиатура названия современного, безопасного (без ионизирующего излучения) диагностического метода «Магнитно-резонансная томография». МРТ является диагностической процедурой, выполняемой в медицинских учреждениях (больницах, специализированных МРТ-центрах). Процедура МРТ заключается в исследовании органов и систем человеческого организма с целью выявления в них каких-либо изменений. Магнитно-резонансная томография на сегодняшний день занимает первое место в диагностике большинства заболеваний головного и спинного мозга, позвоночника, органов малого таза и суставов, получила широкое применение в неврологии, онкологии, травматологии, нейрохирургии. Магнитно-резонансная томография (МРТ) является одним из наиболее динамично развивающихся методов диагностики. МРТ позволяет получить изображение с высоким контрастом между различными мягкими тканями и позволяет проводить исследование в любом сечении с учетом анатомических особенностей тела пациента, а при необходимости – получать трехмерные изображения.

Противопоказания

Основным противопоказанием к проведению МРТ является наличие в теле маталлических объектов и электронных медицинских устройств, на которые может повлиять магнитное поле. В настоящее время практически все медицинские импланты, протезы и металлические зубные пломбы изготавливаются из немагнитных материалов и не восприимчивы к магнитному полю, однако они могут повлиять на качество изображений.
Абсолютные противопоказания (проводить МРТ нельзя):

установленный кардиостимулятор
ферромагнитные или электронные импланты среднего уха
большие металлические импланты, ферромагнитные объекты в теле
кровоостанавливающие клипсы сосудов головного мозга

Относительные противопоказания при определенных обстоятельствах могут затруднить или сделать нежелательным проведение процедуры МРТ. Большинство таких факторов относится к невозможности сохранять неподвижное состояние во время обследования. В ряде случаев при наличии в теле ферромагнитных имплантов или осколков безопаснее проходить обследование на аппаратах с более низкой напряженностью поля (0,3 - 0,4 Тл), чтобы уменьшить риск их смещения под действием сильного магнитного поля. ВОЗ не рекомендует проходить МРТ при беременности, так как данных о влиянии магнитного поля на плод пока собрано не достаточно. Однако при необходимости в данном случае предпочтительнее проходить МРТ, чем КТ.
Обязательно проконстультируйтесь с вашим лечащим врачом или врачом-рентгенологом перед процедурой.

МРТ и КТ, отличия

Отличия КТ от МРТ многообразны и выбор метода непосредственно влияет на достоверность поставленного в итоге врачом диагноза, характер лечения и жизненный прогноз для пациента. В большинстве случаев это не конкурирующие, а дополняющие друг-друга виды обследования. Объединяет данные методы лишь принцип послойного сканирования.
Данные методы визуализации используют совершенно разные физические явления для получения изображений. В компьютерной томографии (КТ) используется достаточно опасное ионизирующее рентгеновское излучение. В МРТ для получения диагностических изображений используется магнитное поле, радиоволны и сигналы излучаемые атомами водорода в теле пациента.
В МРТ не применяется ионизирующая радиация, метод является безопасным в плане лучевой нагрузки, что позволяет его применять в случае необходимости с любой частотой, в том числе беременным женщинам на сроке позднее 3-х месяцев и младенцам. Вопрос «что лучше: КТ или МРТ?» некорректен. У каждого из этих методов есть свои преимущества и недостатки. В одном случае эффективнее использование КТ, в другом МРТ, а в части случаев понадобятся оба исследования.
Ваш выбор МРТ, если необходимо обследовать мягкие ткани: мозг, нервы, мышцы, связки, сухожилия, хрящевые элементы, межпозвонковые диски, сосуды. В костях посредством метода МРТ визуализируется преимущественно костный мозг, а собственно кости и костная структура методом МРТ не распознается, при КТ ситуация обратная. Таким образом для исследования костей выбирать КТ или МРТ следует в зависимости от характера заболевания.
Для следующих случаев необходимо использовать КТ:

Выявление костной деструкции, переломов и других поражений и заболеваний костей скелета, свода черепа, основания черепа, лицевого черепа
Патология органов грудной клетки
Некоторые виды исследований состояния сосудов
Травма мозга (только в первые 12 ч)
При ряде заболеваний органов брюшной полости и забрюшинного пространства

Процедуры МРТ и КТ отличаются по продолжительности исследования – МРТ более длительная процедура, в зависимости от исследуемой области сканирование может длиться от 10-15 мин до 1 часа.
По стоимости МРТ и КТ на сегодняшний день практически идентична, при этом для КТ чаще необходимо внутривенное введение контрастных препаратов, основанных на йоде. Необходимо помнить, что йодсодержащие препараты имеют свои противопоказания, могут вызывать сильную аллергию и осложнения. Для МРТ используются препараты другого типа, практически не вызывающие аллергические реакции и побочные эффекты и не являющиеся частью метаболизма в организме.
В ситуациях, когда информативность МРТ и КТ сходна, для многих пациентов немаловажным является отсутствие вреда организму при МРТ и наличие такового при КТ. При любой патологии мягких тканей наряду с УЗИ высокоинформативно и специфично магнитно-резонансное исследование.
Всегда необходимо помнить, что выбор того или иного метода диагностики организма зависит от конкретного случая.

МР-контрастные препараты

В ряде случаев диагностическая ценность МР-исследования - точность и достоверность выявления и определения локализации различных патологических процессов, таких как опухоли, сосудистые мальформации, абсцессы и пр. может быть существенно повышена при внутривенном введении специального препарата - МР-контраста или контрастного вещества.
Основой для создания МР-контрастных препаратов стал металл гадолиний, который при внутривенном введении в составе сложного химического соединения практически безопасен для человека. Побочные реакции возникают крайне редко (даже реже, чем от некоторых широко распространенных препаратов, свободно продающихся в аптеках) и обычно имеют легкую степень выраженности (покраснение в меcте введения, легкая головная боль).
Контрастные препараты вводятся внутривенно при помощи шприца или инъектора.

Подготовка заключения

После обследования имеющий соответствующую квалификацию врач-рентгенолог анализирует полученные МР-изображения и готовит письменное заключение - оценку состояния тканей и органов области исследования, а также описание обнаруженных отклонений от нормы или патологий. Следует помнить, что МР-томограф является всего лишь инструментом для получения изображений и не может автоматически ставить диагноз, поэтому решающее значение при постановке точного диагноза имеет квалификация и опыт врача.
Подготовка заключения в среднем занимает около 30 минут, однако в сложных случаях этот процесс может занимать несколько часов.
Результаты обследования в виде снимков на пленке или изображений на электронных носителях можно получить в течение нескольких минут после завершения процедуры МРТ.

МРТ В НЕВРОЛОГИИ

Сосудистые заболевания головного мозга
- Ишемический инсульт
- Геморрагический инсульт
  - Внутримозговое кровоизлияние
  - Субарахноидальное кровоизлияние
  - Оболочечные кровоизлияния
Травматические кровоизлияния, ушибы головного мозга
Опухоли головного и спинного мозга, метастатическое поражение ЦНС
Образования (опухоли, кисты) задней черепной ямки, поражения ствола головного мозга
Опухоли мосто-мозжечкового угла, тугоухость
Пароксизмальные состояния, эпилепсия
Инфекционные заболевания ЦНС
- Абсцессы
- Менингит
- ВИЧ-инфекция
Головная боль
Нарушения когнитивных функций
Патологические изменения селлярной области (аденомы гипофиза)
Аномалии развития и варианты строения сосудов головы и шеи
- Артерио-венозные мальформации
- Аневризмы внутричерепных сосудов
- Тромбоз венозных синусов
Нейродегенеративные заболевания
Рассеянный склероз
Синусит
Патологические образования в области основания черепа

МРТ ПОЗВОНОЧНИКА

Грыжа, протрузия межпозвонкового диска (шейный, грудной, поясничный отделы позвоночника)
Стеноз позвоночного канала
Воспалительные заболевания (спондилит, спондилодисцит)
Травматические поражения позвоночника
Аномалии развития позвоночника и спинного мозга
Дегенеративные и сосудистые заболевания спинного мозга
Опухоли спинного мозга и метастатическое поражение спинного мозга и позвоночника

МРТ СУСТАВОВ

Общие показания к проведению МРТ суставов и опорно-двигательного аппарата:

Опухоли костей и мягких тканей
Дегенеративные и воспалительные заболевания суставов (артриты, артрозы)
Стресс- переломы
Спортивная травма
Переломы не выявляющиеся при рентгенографии и КТ

МРТ тазобедренного сустава

Аваскулярный некроз головки бедренной кости
Остеомиелит
Септический артрит
Стрессовый перелом
Болевой синдром неясной этиологии

МРТ коленного сустава

Повреждение внутренних структур колена (суставного хряща, менисков, связок)
Стрессовые переломы

МРТ голеностопного сустава

Переломы, не диагностированные рентгеновскими методами
Повреждения костей
Повреждения сухожилий
Подвывихи, растяжения

МРТ плечевого сустава

Разрыв сухожилий мышц, формирующих вращательную манжету плеча
Синдром прижатия сухожилия подостной мышцы
Разрывы суставной капсулы
Привычные вывихи
Дистрофические и дегенеративные изменения сустава

МРТ лучезапястного сустава

Синдром ущемления срединного нерва в запястном канале
Перелом ладьевидной кости
Переломы у пожилых пациентов при множественной травме
Нарушение стабильности лучезапястного сустава
Отрыв шиловидного отростка локтевой кости и повреждение связок лучезапястного сустава

МР-АНГИОГРАФИЯ

выявление аневризм
выявление артерио-венозных мальформаций
тромбоз крупных артерий головы и шеи
тромбоз венозных синусов (МР-венография)
выявление аномалий и вариантов развития сосудов головы и шеи

Современная медицинская диагностика базируется на двух видах исследований: прикладных (биологических, химических и т.п.) и визуализационных. Если первый вид исследований появился с незапамятных времен, когда человек определял наличие болезни, как говорится, «по запаху и на язык», то визуализация внутренних органов без повреждения организма стала возможной только с открытием свойства радиоактивных материалов производить проникающее излучение, известное сейчас как «рентгеновское».

Открытия физиков в мире элементарных частиц подарили медицине еще один способ получения изображений всех тканей и органов человеческого тела без прямого внедрения. Магнитно-резонансная томография (МРТ) является одним из самых передовых и продолжающих развиваться видов получения информации о состоянии живых организмов.

В диагностике заболеваний позвоночника МРТ является ведущим типом визуализации, т.к. конструкция позвоночного столба включает множество элементов из мягких тканей (межпозвоночные диски, связки, сумки фасеточных суставов), для которых магнитно-резонансная томография является наилучшим способом «неразрушающего контроля».

Что такое МРТ?

В основе визуализационного метода исследований, названного «Магнитно-резонансная томография», лежит одно из открытий квантовой физики и физики элементарных частиц, что ядра определенных элементов способны излучать излишки энергии, поглощенной под воздействием ориентированных магнитных полей и радиочастотных излучений.

Явление «ядерного магнитного резонанса», на котором базируется магнитно-резонансное исследование предметов (живых и неодушевленных), было открыто в 1922 году в ходе эксперимента по определению «спиновой квантизации» в электронах. Именно тогда ученые-физики поняли, что понятие квантовой физики «спин» (момент импульса частицы) имеет физическое выражение.

В ходе исследований по воздействию радиочастотных (РЧ) излучений на частицы, находящиеся в сильном магнитном поле, в 1937 году было выявлено, что ядра образцов поглощают РЧ-энергию определенной частоты и излучают после отключения внешнего импульса. Такое действие могут производить только частицы, ядра которых обладают электрическим зарядом и спином. Такие свойства присущи элементам, в ядре которых присутствует один «лишний» протон (т.е. количество протонов превышает количество электронов). Современная МР томография использует в исследованиях свойства нескольких «органических» элементов, самым популярным из которых является водород Н(1).

Находясь в сильном однородном магнитном поле ядро водорода, состоящее из одного протона, под воздействием радиоимпульса, излученного на определенной частоте (Ларморовская частота резонанса), способно «возбудиться»: энергия поглощенного РЧ-импульса переводит атом водорода на более высокий энергетический уровень. Но это нестабильное состояние неспособно сохраняться без внешнего воздействия, и когда импульсы прекращаются, происходит возврат к стабильному состоянию (релаксация). В процессе этого «остывания» ядро излучает электромагнитную волну, которую можно зафиксировать. Дальнейшее – дело сложных математических пространственных вычислений, в ходе которых сигнал определенного атома превращается в «пиксель» с определенными координатами.

Что заставляет ядро водорода поглощать энергию РЧ-импульса? Именно взаимодействие собственного магнитного поля ядра и наведенного вокруг «объекта исследований», большого, постоянного и ориентированного в определенном направлении магнитного поля, созданного сильными электромагнитами. Каждое ядро атома водорода является единичной магнитной системой, обладающей уникальной направленностью магнитного момента. Магнитные моменты всех протонов принудительно ориентируются в том направлении, в каком направлен вектор магнитной индукции внешнего поля. Энергия РЧ-импульса, излученного на частоте, совпадающей с частотой вращения протонов, поглощается, изменяя положение оси, ориентированной вдоль общего направления магнитного поля (поворачивается на 90 (Т1) и 180 градусов (Т2)). Возврат в нормальное, т.е. «невозбужденное», состояние с разворотом оси вращения в первоначальном направлении сопровождается излучением электромагнитной волны с той же частотой, на которой произошло поглощение энергии. В положениях Т1 и Т2 ядра водорода «запасают» разное количество энергии, и соответственно мощность излучения различается (первое состояние дает меньший импульс, нежели второе).

Это самое простое объяснение сути ядерно-магнитного резонанса в единичной системе, какой является атом водорода, но в плотном веществе для получения результатов требуется более сложное приложение магнитных полей. Для этого введены дополнительные магнитные поля, названные «градиентные». С их помощью можно менять направленность общего магнитного поля в трех измерениях, что позволяет получать изображения в любой проекции (плоскости) и формировать трехмерные изображения с помощью компьютерной обработки (как в компьютерной рентгеновской томографии).

По справедливости томографию следовало бы называть «ядерно-магнитной», т.к. используется именно излучение ядер атомов. Но после аварии, повлекшей разрушение атомного реактора на Чернобыльской АЭС и заражение прилежащих территорий радиоактивными выбросами, любое название, содержащее слово «ядерный», воспринимается со значительной долей нездорового скептицизма. Сокращение было принято для сохранения спокойствия населения, не знакомого с квантовой физикой.

История изобретения, устройство и принцип действия

Современные магнитно-резонансные томографы выпускаются в нескольких технически продвинутых странах, из которых на долю США приходится до 40% общего объема производства. Это не случайно, т.к. большинство основных технологических открытий, касающихся МР томографии, было сделано в американских научных центрах:

1937 год – профессор Колумбийского университета (Нью-Йорк, США) Исидор Раби провел первый эксперимент по исследованию ядерно-магнитного резонанса в молекулярных лучах;
1945 год – в двух университетах (Стэнфорде и Гарварде) проводились фундаментальные исследования ЯМР в твердых объектах (Ф. Блох и Э. Парселл);
1949 год – Э.Ф. Рамсей (Колумбийский университет) сформулировал теорию химического сдвига, легшую в основание МР спектроскопии, обеспечившей химические лаборатории самой точной аналитической аппаратурой;
1971-1977 годы – физик Раймонд Ваган Дамадиан с группой коллег (Бруклинский медицинский центр) создал первый МР-сканер и получил изображение внутренних органов живых объектов (и в том числе человека). В ходе исследований медики выявили, что изображения опухолей сильно отличаются от здоровых тканей. На проектирование и проведение работ потребовалось около 7 лет;
1972 год – химик Пол Лаутербур (Госуниверситет г. Нью-Йорк) получил первое двумерное изображение, используя собственные разработки по применению переменных градиентных магнитных полей.

В 1975 году швейцарский физикохимик Рихард Эрнст предложил методы увеличения чувствительности МРТ (использование преобразований Фурье, фазовое и частотное кодирование), значительно увеличившие качество двумерных изображений.

В 1977 году Р. Дамадиан представил научному миру первое изображение среза грудной клетки человека, сделанное на первом МР-сканере. В дальнейшем техника только совершенствовалась. Особенно большой вклад в развитие МРТ внесло развитие компьютерной техники и программирования, позволившее программно управлять сложным комплексом электромагнитного оборудования и обрабатывать полученное излучение для получения пространственного изображения или двумерных «срезов» в любой плоскости.

На текущий момент существует 4 типа МР-томографов:

На постоянных магнитах (небольшие, переносные, со слабым магнитным полем до 0,35 Тл). Позволяют производить «полевые» исследования во время операций. Наибольшее применение получают постоянные неодимовые магниты.
На резистивных электромагнитах (до 0,6 Тл). Достаточно громоздкие стационарные аппараты с мощной системой охлаждения.
Гибридные системы (на постоянных и резистивных магнитах);
На сверхпроводящих электромагнитах (мощные стационарные системы с криогенной системой охлаждения).

Самое высокое качество изображения, четкое и контрастное, ученые получают на криогенных МР-томографах с сильными магнитными полями до 9,4 Тл (в среднем – 1,5 -3 Тл). Но практика показывает, что для получения качественного изображения требуется не столько мощное поле, но в большей мере быстрая обработка сигналов и хорошая контрастность. С развитием программного обеспечения мощность магнитов стандартных медицинских МР-сканеров снижена до 1-1,5 Тл. Самые мощные томографы изготавливаются для научных медицинских исследований.

Стандартный МР-томограф состоит из нескольких блоков:

Система из нескольких магнитов:

большой торовидный магнит, создающий постоянное поле;
градиентные магнитные катушки, с помощью которых производится изменение направления вектора магнитной индукции («смещаются полюсы») в трех измерениях. Для смещения градиента изобретены катушки разных форм и размеров (8-образные, седловидные, парные (Гельмготца), Максвелла, Голея). Контролируемая компьютером работа одиночных и парных катушек способна направить моменты ядер в любую сторону или даже развернуть относительно первоначально заданного большим магнитом направления;
шиммирующие катушки, необходимые для стабилизации общего поля. Малые магнитные поля этих катушек компенсируют посторонние наводки или возможную неоднородность поля, созданного большим и градиентными магнитами;
РЧ-катушка. Радиочастотные катушки создают магнитное поле, пульсирующее с частотой резонанса. Разработаны и применяются три вида катушек: передающие, принимающие и комбинированные (передающе-принимающие). РЧ-излучатель одновременно является и детектором, т.к. при наведении на катушку внешнего излучения, созданного «релаксирующими» протонами, в ее контуре возникают индукционные токи, фиксируемые как РЧ-сигналы. Конструкции детекторов – катушек делятся на два типа: поверхностные и объемные, т.е. окружающие объект. Формы зависят от способов улавливания сигналов, при которых учитываются мощность и направленность излучений. Например, объемная катушка «птичья клетка» служит для получения более качественных изображений головы и конечностей. На томографе установлено несколько парных и одиночных РЧ-катушек для всех видов и направлений РЧ-сигналов.

Самое мощное поле создается сверхпроводящими магнитами. Большой кольцевой магнит, создающий постоянное поле, погружен в герметичный сосуд, наполненный сжиженным гелием (t= -269 о С). Этот сосуд замкнут в другом, большем герметичном сосуде. В пространстве между двумя стенками создан вакуум, что не позволяет гелию нагреться ни на долю градуса (количество вложенных вакуумных сосудов может быть больше двух). Чем меньше сопротивление в проводе катушки, тем выше мощность магнитного поля. Именно этим свойством обосновано применение сверхпроводников, сопротивление в которых близко к 0 Ом.

Система управления томографом состоит из устройств:

компьютер;
программатор градиентных импульсов (формирует направление магнитного поля с помощью изменения амплитуды и вида градиентных полей);
градиентный усилитель (управляет мощностью градиентных импульсов через изменение выходной мощности катушек);
источник и программатор РЧ-импульсов формируют амплитуду резонансного излучения;
РЧ-усилитель изменяет мощность импульсов до необходимого уровня.

Компьютер управляет блоками формирования полей и импульсов, принимает данные из детекторов и обрабатывает, трансформируя поток аналоговых сигналов в цифровую «картину», которую выводят на монитор и печать.

МР-сканер (т.е. магнитная система) в обязательном порядке окружается системой экранирования от внешних «наводок» электромагнитного и радиоизлучения, которые могут исходить от источников радиосигналов и любых металлических предметов, попавших в сильное магнитное поле. Металлическая сетка или сплошное листовое покрытие стен комнаты создают электрически проводящий экран типа «клетка Фарадея».

МРТ в медицинской диагностике

Магнитно-резонансная томография полностью отличается от рентгеновского просвечивания, т.к. это буквально не «аналоговый» (т.е. фотографический) способ получения изображения, а построение образа с помощью оцифрованных данных. То есть картинка, которую человек видит на экране, является продуктом дешифровки множества микроскопически малых сигналов, которые улавливает детектор томографа (РЧ-катушка). Каждый из этих электромагнитных импульсов обладает определенной мощностью и пространственными координатами внутри тела. Обработка и построение изображения на основании полученных импульсов «релаксации протонов» производится мощным компьютером по специальным программам.

В МРТ используется набор последовательностей РЧ-импульсов, которые создают определенные режимы «возбуждения» протонов водорода в тканях организма с уникальной интенсивностью поглощения и соответствующего возврата энергии. Фактически последовательности являются компьютерными программами, согласно которым производится излучение РЧ-сигналов с определенной амплитудой и мощностью и управление градиентами магнитных полей.

Водород является самым распространенным элементом в теле, т.к. не только присутствует во всех органических молекулах, но и, как компонент воды, содержится в большинстве тканей. Именно поэтому (а также потому, что в ядре только один протон, что позволяет легче вызвать резонанс) томография лучше отображает мягкие ткани, в которых концентрация воды значительно выше. На МРТ-изображении кости, содержащие крайне мало свободных молекул воды, выглядят как непроглядно черные области.

Многочисленные эксперименты показали, насколько различным может быть время релаксации протона, если атом, в котором находится эта элементарная частица, находится в определенном виде ткани. Причем если эта ткань здорова, время «отклика» будет значительно отличаться. Именно по времени релаксации, т.е. скорости возврата РЧ-импульса, компьютером определяется яркость объекта.

В медицинской диагностике с помощью МРТ обследуют не только плотные ткани, но и жидкости: МР-ангиография позволяет определять места образования тромбов, выявлять турбулентности и направление тока крови, измерять просвет сосудов. В исследованиях жидкой среды помогают специальные вещества, изменяющие время отклика протонов в составе жидкости. Контрастные вещества содержат соединения элемента «гадолиний», у которого имеются уникальные магнитные свойства ядер атомов, за которые его называют «парамагнетик».

Также с помощью МРТ измеряется внутренняя температура в любой точке тела. Бесконтактная термометрия основана на измерении резонансных частот тканей (температура измеряется на основании отклонений частоты релаксации в ядах водорода в атомах воды).

В основе построения изображений лежит фиксация трех базовых параметров, которыми обладают протоны:

время релаксации Т1 (спин-решеточная, поворот оси вращения протона на 90 о);
время релаксации Т2 (спин-спиновая, поворот оси вращения протона на 180 о);
протонная плотность (концентрация атомов в ткани).

Другими двумя условиями, влияющими на контрастность и яркость изображения, являются время повторения последовательности и время появления эхо-сигнала.

Используя в последовательностях РЧ-импульсы с определенной мощностью и амплитудой и измеряя время отклика Т1 и Т2, исследователи получают изображения одних и тех же точек тела (тканей) с разной контрастностью и яркостью. Например, короткое время Т1 дает мощный РЧ-сигнал релаксации, что при построении образа выглядит ярким пятном. По комбинации световых характеристик ткани в разных последовательностях выявляются увеличение концентрации воды, жира или конкретное изменение характеристик ткани, говорящее о наличии опухоли или уплотнения.

Для полноты информации о магнитно-резонансной томографии нужно сказать, что управление магнитными полями и радиочастотными импульсами не обходится без «казусов», необычно выглядящих изображений. Их называют «артефактами». Это любая точка, область или черта, присутствующие на изображении, но отсутствующие в организме в виде изменения ткани. Причиной появления таких артефактов могут быть:

случайные наводки от неизвестных металлических предметов, попавших в магнитное поле;
неисправности аппаратуры;
физиологические особенности организма («фантомы», пятна, вызванные движением внутренних органов при дыхании или сердцебиении);
неверные действия оператора.

Для устранения «артефактов» проводится внеочередная калибровка и тестирование аппаратуры, пациент и помещение проверяются на наличие инородных предметов, производится повторное обследование в нескольких режимах.

Использование МРТ в диагностике заболеваний позвоночника

Позвоночник – самая подвижная часть опорно-двигательного аппарата. Именно мягкие ткани обеспечивают и подвижность, и целостность позвоночной системы. Если подсчитать все известные и распространенные заболевания позвоночника, на долю повреждений мягких тканей придется до 90% от всех учтенных болезней. А если включить неврологические болезни спинного мозга и спинномозговых нервов и различные виды опухолей, то статистика возрастет до 95-97%. Иначе говоря, болезни, повреждающие костные ткани позвонков, встречаются более чем редко по сравнению с болезнями мягких тканей: межпозвоночных дисков, суставных сумок, связок и мышц спины.

Если сравнивать симптомы различных нарушений целостности мягких тканей, сходство будет исключительным:

боли (локальные и распространенные в определенной области);
«корешковый синдром» (нарушения целостности спинномозговых нервов и связанные с ними искажения сенсорных сигналов и ответных реакций);
различные по силе параличи (плегии), парезы и потери чувствительности.

Именно поэтому результаты магнитно-резонансной томографии имеют высокий статус «решающего слова» в визуализационной диагностике заболеваний позвоночника. Иной раз качественный снимок пораженного участка – это единственный способ окончательно утвердить диагноз, сделанный на основании предварительного осмотра, неврологических тестов и анализов.

Показанием для проведения обследования в МРТ считается наличие воспалительных процессов в области позвоночного столба, сопровождающихся активной иммунной реакцией (повышение температуры тела, отекание тканей, покраснение кожного покрова). Анализы подтверждают наличие иммунной реакции, но не способны указать точное положение места инфицирования и воспаления. МР томограмма с точностью до 1 мм устанавливает координаты очага, ареал распространения воспалительного процесса. МР ангиограммы укажут границы тромбирования сосудов и отека тканей. В исследовании хронических заболеваний (остеохондроз во всех стадиях, спондилоартроз и т.п.) МРТ показывает исключительную полезность.

Также прямым показанием для применения МРТ являются симптомы, указывающие на возможное образование абсцессов в эпидуральной области: сильные локализованные боли, «корешковый синдром», прогрессирующая потеря чувствительности и парализация конечностей и внутренних органов.

Инфекционные заболевания, способные повредить все типы тканей (туберкулез, остеомиелит), требуют комплексного исследования с помощью МРТ и компьютерной томографии (КТ). На МР томограммах выявляются поражения нервных тканей, хрящевых межпозвоночных дисков, суставных сумок. КТ дополняет общую картину данными о разрушениях костных тканей тел позвонков и отростков.

Повреждения спинного мозга и близких к ним тканей (кровеносных сосудов, оболочек мозга, внутренней надкостницы спинномозгового канала) требуют многосторонних и кропотливых исследований на МРТ, т.к. большая часть нарушений нервных тканей связана с образованием опухолей (доброкачественных и раковых), изредка – абсцессов (эпидуральных и субдуральных). Исследования магнитно-резонансной томографии первоначально были нацелены на выявление именно опухолевых образований в ЦНС. Многолетние наблюдения и систематизация накопленного опыта позволяют исследователям определять появляющиеся новообразования на первой стадии, «в зачаточном состоянии».

Развитие сканерной техники направлено на повышение детализации, контрастности и яркости изображения объектов любого размера, а также на максимально быстрое получение данных после излучения РЧ-импульса. Современный МР-томограф способен «показывать» происходящие процессы в реальном времени: сердцебиение, движение жидкостей, дыхание, сокращение мышц, образование тромба. Малые открытые МР-сканеры на постоянных магнитах позволяют производить операции с минимальным уровнем повреждений поверхностных тканей (интервенционная МРТ).

Компьютерное программирование позволяет построить по данным, полученным со сканера, объемное изображение на экране монитора или с помощью лазерной техники.

Развивается направление МРТ исследований позвоночника в вертикальном положении. Подвижная установка оборудована столом, меняющим положение на 90 о, что позволяет снять в реальном времени изменения в позвоночном столбе при увеличении вертикальных нагрузок. Особенно ценны такие данные при изучении травм (переломов разных типов) и спондилолистеза.

По отзывам проходивших обследование, они не испытывают никаких болезненных ощущений. Самое большое впечатление на них производит шум, который создает аппаратура: «сильный стук в стенках тоннеля, как будто поблизости работает перфоратор». Это вращается подвижная деталь постоянного магнита.

Противопоказания

Однозначным препятствием проведению МРТ обследования является наличие в теле пациента имплантатов и устройств, содержащих металлы, в любой степени обладающие свойствами ферромагнетиков. Для информации: только чистый титан, применяющийся для создания вертебральных систем фиксации, не обладает магнитными свойствами.

Наличие в теле пациента кардиостимулятора, кохлеарного имплантата с электронным оборудованием и металлическими деталями сразу вызовет в магнитном поле возмущения, которые на томограмме создадут «артефакт». Кроме того, электронный аппарат выйдет из строя, причинив владельцу максимальный ущерб. К такому же результату приведет наличие в теле искусственных суставов, штифтов, скоб или даже осколков металла, оставшихся после ранения. Некоторые химические соединения, входящие в состав красок для татуажа, также обладают ферромагнитными свойствами (в частности, микроскопические частицы способны нагреваться в сильном магнитном поле, что приводит к ожогам глубоких слоев эпидермиса).

Во время обследования от пациента требуется максимальная неподвижность во время достаточно продолжительного времени. Препятствием к проведению МРТ может быть психическая нестабильность, определенные фобии (клаустрофобия, например), которые вызовут у обследуемого шоковое состояние, истерику, непроизвольную подвижность.

Для повышения качества изображения могут применяться контрастные вещества (соединения гадолиния), свойства которых еще не до конца изучены. Например, как они могут подействовать на развитие плода во время первых трех месяцев беременности. Поэтому не рекомендуется проводить обследования беременных женщин, требующие применения контрастных веществ. Кроме того, у людей, имеющих индивидуальную физиологическую непереносимость, эти препараты могут вызвать непредвиденную анафилактическую реакцию.

Совершенствование техники, использующей явление ядерно-магнитного резонанса, дает медикам, химикам и биологам мощный инструмент для исследования текущих процессов в живом организме и поиска патологий на самых ранних стадиях развития.

Статьи по теме