Современная магнитно-резонансная томография

В.Е.Синицын, С.П.Морозов

Кафедра лучевой диагностики и терапии ГОУВПО Московская медицинская академия им.И.М.Сеченова

Магнитно-резонансная томография (МРТ) является одним из современных методов лучевой диагностики, позволяющим неинвазивно получать изображения внутренних структур тела человека. Важнейшим преимуществом МРТ по сравнению с другими методами лучевой диагностики является отсутствие ионизирующего излучения и как следствие эффектов канцеро- и мутагенеза, с риском возникновения которых сопряжено (хотя и в очень незначительной степени) воздействие рентгеновского излучения. Устаревшее название метода "ядерно-магнитно-резонансная томография" (ЯМРТ) в настоящее время не используется, чтобы избежать неправильных ассоциаций с ионизирующим излучением. МРТ позволяет проводить исследование в любых плоскостях с учетом анатомических особенностей тела пациента, а при необходимости - получать трехмерные изображения для точной оценки взаиморасположения различных структур. МРТ обладает высокой мягкотканной контрастностью и позволяет выявлять и характеризовать патологические процессы, развивающиеся в различных органах и тканях тела человека. Более того, МРТ является единственным методом неинвазивной диагностики, обладающим высокой чувствительностью и специфичностью при выявлении отека и инфильтрации костной ткани. Развитие МР-спектроскопии и диффузионной МРТ, а также создание новых органотропных контрастных препаратов является основой развития "молекулярной визуализации" и позволяет проводить гистохимические исследовании in vivo.

Проведение МР-обследования

Спектр обследований, выполнение которых возможно на конкретном МР-томографе, определяется как техническими характеристиками аппарата, так и набором радиочастотных (РЧ) катушек, или специализированных "датчиков" для различных анатомических областей, а также программным обеспечением прибора. Существуют РЧ-катушки для исследования головного мозга, позвоночника, сосудов шеи, молочных желез, коленного сустава, плечевого сустава, эндокавитарные датчики и многие другие. При покупке МР-томографа его комплектование набором РЧ-катушек осуществляется в соответствии с потребностями конкретного лечебного учреждения, поэтому большинство отделений МРТ не обладает возможностью проведения полного спектра МР-обследований.

Обследование одной анатомической области методом МРТ включает выполнение нескольких так называемых импульсных последовательностей. Различные импульсные последовательности позволяют получить специфические характеристики тканей человека, оценить относительное содержание жидкости, жира, белковых структур или парамагнитных элементов (железо, медь, марганец и др.). Стандартные протоколы МРТ включают в себя Т1-взвешенные изображения (чувствительные к наличию жира или крови) и Т2-взвешенные изображения (чувствительные к отеку и инфильтрации) в двух-трех плоскостях (аксиальной, сагиттальной и фронтальной). Структуры, практически не содержащие протонов (кортикальная кость, кальцификаты, фиброзно-хрящевая ткань), а также артериальный кровоток имеют низкую интенсивность сигнала и на Т1-, и на Т2-взвешенных изображениях. Выбор импульсных последовательностей и плоскостей томографии осуществляется рентгенолаборантом в соответствии с инструкциями врача-специалиста по лучевой диагностике. Обычно обследование пациента основывается на стандартном протоколе, дополняемом специализированными импульсными последовательностями и плоскостями (в том числе ориентированными под углом по ходу анатомических структур) в зависимости от конкретной клинической ситуации и предварительного диагноза. Соответственно время проведения исследования обычно составляет от 20 до 40 мин в зависимости от анатомической области и клинической ситуации. Длительность исследования является одним из ограничений метода, препятствующих адекватному обследованию пациентов, находящихся в тяжелом состоянии.

МР-контрастные препараты

На заре развития МРТ предполагалось, что потребность в создании МР-контрастных препаратов не возникнет. Однако исследовательские работы в этой области шли, и постепенно стало очевидным, что точность диагностики и характеризации гиперваскулярных процессов (опухоли, воспаление, сосудистые мальформации) может быть существенно повышена при использовании внутривенного контрастного усиления. Более того, многие патологические процессы (например, мелкие опухоли головного мозга) зачастую не выявляются без внутривенного контрастирования. Основой для создания МР-контрастных препаратов стал редкоземельный металл гадолиний. В чистом виде данный металл обладает высокой токсичностью, однако в форме хелата становится практически безопасным (в том числе отсутствует нефротоксичность). Побочные реакции возникают крайне редко (менее 1% случаев) и обычно имеют легкую степень выраженности (тошнота, головная боль, жжение в месте инъекции, парестезии, головокружение, сыпь). При почечной недостаточности частота побочных эффектов не увеличивается. Введение МР-контрастных препаратов при беременности не рекомендуется, так как неизвестна скорость клиренса из амниотической жидкости. В настоящее время разработаны и другие классы контрастных агнетов для МРТ, в том числе - орган-специфические и внутрисосудистые.

Клиническое применение МРТ

Исторически первым применением МРТ было исследование головного мозга, открывшее новые горизонты в диагностике неврологических заболеваний. МРТ оказалась единственным методом, позволяющим визуализировать бляшки рассеянного склероза и определить наличие активной воспалительной демиелинизации. На сегодняшний день МРТ стала основным методом нейровизуализации, оттеснив на второй план КТ. Современные методики МР-обследования головного мозга, доступные на высокопольных томографах, позволяют получить информацию о кровотоке на капиллярном уровне (перфузионная МРТ), количественно оценить движение молекул воды через мембраны клеток (диффузионная МРТ), определить концентрацию метаболитов, таких как N-ацетиласпартат, лактат, холин, мио-инозитол, в веществе мозга или измерить pH ткани мозга (МР-спектроскопия - рис. 1), визуализировать ход проводящих путей головного мозга, например кортикоспинального тракта (МР-трактография), картировать функциональные зоны коры головного мозга, например двигательную или речевую кору (функциональная МРТ). Применение новых возможностей МРТ позволяет существенно улучшить результаты лечения пациентов с опухолями головного мозга, в том числе за счет определения участка наибольшей злокачественности опухоли для его стереотаксической биопсии, а также неинвазивного моделирования и планирования хирургической операции с сохранением жизненно важных функций головного мозга. У пациентов с острейшей стадией инсульта МРТ позволяет дифференцировать геморрагические и ишемические поражения, прогнозировать развитие инфаркта мозга и определять показания к тромболитической терапии. У пациентов с микроаденомами гипофиза или интраканаликулярными невриномами вестибулокохлеарного нерва МРТ позволяет выявлять опухоль на ранней стадии развития, задолго до появления КТ-признаков.

Основным преимуществом МРТ в травматологии и ортопедии по сравнению с рентгенологическим исследованием и КТ является возможность визуализации мягкотканных структур, в том числе внутрисуставных связок, менисков, синовиальных складок (рис. 2). При проведении МРТ патологические процессы, связанные с увеличением содержания жидкости (отек, инфильтрация, разрывы, контузии), представляются яркими (гиперинтенсивными) на Т2-взвешенных изображениях (рис. 3) на фоне исходно низкой интенсивности сигнала от связок, менисков и сухожилий (структур с низким содержанием протонов). С появлением МРТ практически отпала необходимость в выполнении контрастной артрографии. В отличие от ультразвукового исследования МРТ позволяет выполнить комплексную оценку как мягких тканей, так и губчатой кости при меньшей степени операторной зависимости метода. Использование импульсных последовательностей с подавлением сигнала от жира (в том числе входящего в состав желтого костного мозга) позволяет выявлять зоны контузии (посттравматического отека) в губчатой кости, что невозможно при рентгенографических исследованиях (рис. 4). В целом ряде исследований было показано, что МРТ позволяет выявлять инфильтрацию и деструкцию костной ткани, замещение костного мозга задолго до появления рентгенологических (в том числе КТ) признаков. По этой причине МРТ является методом выбора для ранней диагностики аваскулярного некроза головок бедренных костей, стрессовых и рентгенологически скрытых переломов. Чувствительность и специфичность МРТ в выявлении скелетных метастазов превзошли возможности остеосцинтиграфии, в особенности с момента появления томографов с возможностью одномоментного исследования всего тела.

МРТ органов брюшной полости может проводиться только на высокопольных томографах, причем наилучшее качество томограмм достигается при томографии с задержкой дыхания (обычно около 20 сек на 1 импульсную последовательность). МРТ является методом выбора для дифференциальной диагностики образований паренхиматозных органов брюшной полости и забрюшинного пространства при невозможности выполнения КТ с внутривенным введением йодсодержащих контрастных препаратов. В настоящее время МРТ является наиболее информативным методом в диагностике и дифференциальной диагностике очаговых поражений печени - метастазов (особенно при использовании гепатотропных МР-контрастных препаратов), гемангиом, аденом, фокальной узловой гиперплазии, печеночно-клеточного рака и других опухолей. МРТ позволяет с высокой точностью дифференцировать злокачественные и доброкачественные образования надпочечников с помощью специальных протоколов, высокочувствительных к наличию внутриклеточного жира в аденомах. МРТ хорошо выявляет солидные и кистозные опухоли поджелудочной железы. Прекрасным дополнением к МРТ органов брюшной полости является бесконтрастная магнитно-резонансная холангиопанкреатикография (МРХПГ), позволяющая получить яркий сигнал только от свободной жидкости (желчи) и являющаяся неинвазивной альтернативой диагностической эндоскопической ретроградной холангиопанкреатикографии (ЭРХПГ), сопряженной с высокой частотой осложнений. МРХПГ успешно используется в диагностике аномалий и стриктур желчных протоков, склерозирующего холангита, холедохолитиаза.

Применение МРТ в урологии существенно расширило возможности предоперационной дифференциации атипичных кист и кистозных опухолей почек (рис. 5), определения стадии рака почки, выявления инвазии почечной вены опухолью почки. Применение эндокавитарных датчиков (в том числе эндоректальных) впервые позволило визуализировать при МРТ капсулу предстательной железы (рис. 6), целостность которой является одним из основных критериев операбельности пациента с раком предстательной железы.

Возможности МРТ в акушерстве и гинекологии пока еще недооценены в России представителями соответствующих клинических специальностей, в первую очередь в силу высокой информативности и распространенности УЗИ . Вместе с тем уже доказано, что МРТ должна использоваться для определения стадии рака эндометрия и шейки матки (эндоректальные датчики), дифференциации миомы и аденомиоза (рис. 7), предоперационной оценки миом матки, уточнения характера врожденных аномалий матки. У пациенток в третьем триместре беременности с подозрением на клинически узкий таз МР-пельвиометрия является безопасной и информативной альтернативой продолжающей широко применяться рентгеновской пельвиометрии. Развивается методика МР-исследования плода.

Диагностические возможности МР-ангиографии наиболее широко раскрываются при обследовании сосудов виллизиева круга, синусов головного мозга (рис. 8), сонных артерий, грудной и брюшной аорты. МР-ангиография сосудов головы и шеи может проводиться без введения контрастного вещества и является рекомендуемым исследованием перед хирургическим вмешательством на внутренних сонных артериях (рис. 9). У пациентов с реноваскулярной гипертензией контрастная МР-ангиография с внутривенным усилением позволяет оценить локализацию, протяженность и степень стеноза почечных артерий, спланировать последующее их стентирование.

При исследованиях сердца МРТ стала эталонным методом оценки сократительной функции миокарда, объемов камер сердца и массы миокарда. С помощью методики кино-МРТ возможна оценка функции клапанов, а посредством фазово-контрастной МРТ можно проводить количественную оценку кровотока в камерах сердца и сосудах. МРТ конкурирует с радионуклидными методами в изучении перфузии и жизнеспособности миокарда. Развивается методика МР-коронарографии.

Физический принцип МРТ

В основе МРТ лежит феномен ядерно-магнитного резонанса, открытый в 1946 г. физиками Ф.Блохом и Э.Перселлом (Нобелевская премия по физике, 1952 г.). Суть этого феномена состоит в способности ядер некоторых элементов, находящихся под воздействием статического магнитного поля, принимать энергию радиочастотного импульса. Параллельные работы по изучению электронного парамагнитного резонанса проводились в Казанском государственном университете проф. Е.К.Завойским. На протяжении многих последующих десятилетий определение резонансных частот с помощью ЯМР-спектроскопии позволяло анализировать химический состав различных веществ и соединений. В 1973 г. американский ученый П.Лотербур предложил дополнить феномен ядерно-магнитного резонанса наложением градиентных магнитных полей для пространственной локализации сигнала. С помощью протокола реконструкции изображений, использовавшегося в то время при проведении компьютерной томографии (КТ), ему удалось получить первую МР-томограмму. В последующие годы МРТ претерпела целый ряд качественных преобразований, став в настоящее время наиболее сложной и многообразной методикой лучевой диагностики. Принцип МРТ позволяет получать сигнал от любых ядер в теле человека, но наибольшей клинической значимостью обладает оценка распределения протонов, входящих в состав биоорганических соединений, что определяет высокую мягкотканную контрастность метода. В 2003 г. П.Лотербур и П.Мэнсфилд (создатель методик быстрой МРТ) были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине. Сегодня в мире насчитывается более 25 тыс. МР-томографов, на которых суммарно проводится более полумиллиона исследований в день (данные European Magnetic Resonance Forum).

Основным техническим параметром, определяющим диагностические возможности МРТ, является напряженность магнитного поля, измеряемая в Т (тесла). Высокопольные томографы (от 1 до 3 Т) позволяют проводить наиболее широкий спектр исследований всех областей тела человека, включающий функциональные исследования, ангиографию, быструю томографию. Томографы этого уровня являются высокотехнологичными комплексами, требующими постоянного технического контроля и крупных финансовых затрат. Напротив, низкопольные томографы обычно являются экономичными, компактными и менее требовательными с технической и эксплуатационной точек зрения. Однако возможности визуализации мелких структур на низкопольных томографах ограничены более низким пространственным разрешением, а спектр обследуемых анатомических областей преимущественно ограничен головным и спинным мозгом, крупными суставами. Поэтому за последние 10 лет высокопольная томография стала "локомотивом" развития МРТ, а число систем этого уровня в мире превысило число низкопольных томографов в 10-12 раз (данные European Magnetic Resonance Forum).

Рис. 1. МР-спектроскопия головного мозга.

Стрелка указывает относительное снижение концентрации N-ацетиласпартата

(маркер нормальной нейрональной ткани) в области кистозной опухоли левого полушария.

Рис. 2. МРТ высокого разрешения нормального лучезапястного сустава и костей запястья.

Т2-взвешенное изображение во фронтальной плоскости с подавлением сигнала от жировой ткани.

Рис. 3. МРТ коленного сустава в сагиттальной плоскости

(Т2-взвешенное изображение).

Пациент с нестабильностью в коленном суставе вследствие разрыва передней крестообразной связки (стрелка).

Рис. 4. МРТ коленного сустава в сагиттальной плоскости (Т2-взвешенное изображение с подавлением сигнала от жировой ткани).

Выраженный посттравматический отек костного мозга (трабекулярное повреждение)

эпифизов бедренной и большеберцовой костей с вовлечением субхондральных отделов

(стрелки) и локальный дефект суставного хряща (указатель).

Рис. 5. МРТ почек во фронтальной плоскости (Т2-взвешенное изображение с подавлением сигнала

от жировой ткани).

Поликистоз почек.

Рис. 6. МРТ предстательной железы с эндоректальным датчиком (Т2-взвешенное изображение).

Аденокарцинома предстательной железы

с экстракапсулярным распространением и инвазией правого нейроваскулярного пучка.

Рис. 7. МРТ матки в наклонной аксиальной плоскости по длинной оси матки (Т2-взвешенное изображение).

Фокальный аденомиоз с выраженным расширением переходной зоны матки (стрелка). Эндометриоидная киста левого яичника (указатель).

Рис. 8. МР-венография нормальных синусов головного мозга (задне-боковая проекция).

Рис. 9. Бесконтрастная МР-ангиография сосудов шеи в прямой проекции.

Конфигурация дуги аорты по типу "бычьей"

(отхождение обеих общих сонных артерий одним

стволом и подключичных артерий одним стволом) и гипоплазия правой позвоночной артерии (стрелка).

Ограничения МРТ

Один из основных недостатков МРТ связан с большой продолжительностью исследования. Для большинства исследований обязательным условием получения качественных изображений является спокойное и неподвижное состояние пациента, что определяет необходимость седации у беспокойных пациентов или применения анальгетиков у пациентов с выраженным болевым синдромом. Данная проблема усугубляется необходимостью пребывания пациента в неудобном, нефизиологичном положении при некоторых специальных укладках (например, при исследовании плечевого сустава у крупных пациентов).

Боязнь замкнутого пространства (клаустрофобия) может быть непреодолимым препятствием для проведения обследования, в особенности у пациентов со склонностью к развитию истероидных реакций. Однако во многих случаях эту проблему можно решить с помощью объяснения необходимости и важности диагностики, подробного разъяснения характера исследования, демонстрации устройства МР-томографа, легкой седации. Также для пациентов с клаустрофобией существенной психологической поддержкой является нахождение рядом врача или родственника на протяжении исследования. Вместе с тем выраженная клаустрофобия является абсолютным противопоказанием для обследования методом МРТ. У детей в возрасте от периода новорожденности до 5-6 лет обследование обычно может быть проведено только на фоне седации под контролем анестезиолога. У детей младшего школьного возраста может потребоваться присутствие во время исследования одного из родителей.

Также существуют технические ограничения, связанные с нагрузкой на стол томографа, при обследовании пациентов с избыточной массой тела (обычно более 130 кг). Дополнительным ограничением может оказаться окружность талии, несовместимая с диаметром туннеля томографа. У таких пациентов предпочтительным является проведение обследования на томографах открытого типа с низкой напряженностью магнитного поля.

Основными диагностическими ограничениями МРТ является невозможность достоверного выявления кальцинатов, оценки минеральной структуры костной ткани (плоские кости, кортикальная пластинка). МРТ не позволяет детально характеризовать паренхиму легких. В этой области она уступает возможностям КТ. Также МРТ значительно в большей степени, чем КТ, подвержена возникновению артефактов от движений. Качество томограмм может быть резко снижено из-за артефактов от движения пациента (дыхания, сердцебиения, непроизвольных движений), металлических объектов (фиксированных внутри тела или в предметах одежды), пульсации сосудов, неправильной настройки томографа. Для уменьшения выраженности артефактов обычно используется дополнительная фиксация исследуемой части тела пациента, синхронизация томографии с ЭКГ, дыханием, периферическим пульсом. Все металлические предметы (заколки, булавки, монеты, съемные зубные протезы и т.д.) должны оставляться пациентом на время обследования в специально отведенном для этого месте. Более того, в помещение МР-томографа не должны вноситься никакие металлические объекты, так как они могут быть притянуты магнитным полем с большой скоростью, нанести травму пациенту или медицинскому персоналу и надолго вывести из строя томограф.

Распространение МРТ в развивающихся странах (в том числе в России) существенно ограничивается высокой стоимостью самого оборудования (томографа, РЧ-катушек, программного обеспечения, рабочих станций и т.д.) и его технического обслуживания. МР-томографы являются высокотехнологичными устройствами, требующими постоянного технического контроля и периодического ремонта представителями сервисной службы компании-производителя.

Противопоказания к МРТ

Противопоказания к МРТ связаны с воздействием магнитного поля и радиочастотного (неионизирующего) излучения. К абсолютным противопоказаниям относятся наличие у пациента искусственного водителя ритма (может перейти в асинхронный режим работы под воздействием градиентного магнитного поля), внутричерепных ферромагнитных гемостатических клипс (при смещении может произойти повреждение сосуда и кровотечение), периорбитальных ферромагнитных инородных тел (при смещении может произойти повреждение глазного яблока) и выраженной клаустрофобии. У этих пациентов обследование методом МРТ запрещено. К относительным противопоказаниям относятся первый триместр беременности, застойная сердечная недостаточность. Большинство медицинских устройств является условно совместимыми с МРТ. Это значит, что обследование пациентов с установленными стентами, внутрисосудистыми катушками, фильтрами, протезами сердечных клапанов может проводиться при наличии клинических показаний по согласованию со специалистом по лучевой диагностике на основе информации компании-производителя о характеристиках металла, из которого изготовлено установленное устройство. Имеющийся клинический опыт позволяет утверждать, что в подавляющем большинстве таких случаев МРТ абсолютно безопасна для пациентов. Несъемные зубные протезы или беременность (второй и третий триместр) не являются противопоказанием для МРТ.

Перспективы развития МРТ

Основой прогресса современной лучевой диагностики (в том числе и МРТ) является развитие цифровых технологий, обеспечивающих возможность математической обработки изображений (например, создание многоплоскостных и трехмерных реконструкций), компьютерного моделирования хирургических вмешательств, получения функциональной информации (например, картирование коры головного мозга). В последние десять лет в странах Западной Европы и США наблюдается повсеместный отход от традиционных аналоговых технологий радиологии (статичное изображение на пленке) с их планомерной заменой на цифровые носители информации. Вместе с тем уже во многих российских медицинских центрах хранение диагностических изображений осуществляется в цифровых архивах на основе магнитных лент или жестких дисков, а результаты всего обследования передаются пациенту на лазерном компакт-диске. Развитие цифровой радиологии является основой создания телерадиологических сетей (в том числе интегрированных в больничную систему электронной истории болезни) для проведения удаленных консультаций. Основное технологическое совершенствование современной МРТ состоит в постоянном увеличении скорости томографии, дальнейшей специализации обследований и развитии программ компьютерной обработки изображений.

Заключение

МРТ является прицельным методом исследования, дающим детальную информацию о морфологии конкретной анатомической области. Обязательным условием высокой информативности МРТ является наличие предварительных клинических данных. Только в этом случае специалист по лучевой диагностике может спланировать специализированное МР-обследование с учетом клинической картины, которое позволит ответить на специфический клинический вопрос. В значительной части случаев МРТ используется как метод уточняющей диагностики у пациентов, ранее обследованных с помощью рентгенографии, УЗИ, КТ, сцинтиграфии. При этом МРТ обеспечила переход в лучевой диагностике от принципа "от простого к сложному" к принципу "наибольшей информативности", заменив собой целый ряд ранее использовавшихся методик. Несмотря на высокую стоимость МР-обследования, присущие этому методу оптимальное соотношение стоимость/эффективность и высокая клиническая значимость - при правильно выбранных показаниях к исследованию - определяют продолжающееся бурное развитие и распространение МРТ.

В последние годы в России наблюдается интенсивное распространение диагностического оборудования, в подавляющем большинстве случаев закупаемого из средств федерального бюджета. В нашей стране уже насчитывается около 500 МР-томографов, при этом каждый год устанавливаются десятки новых аппаратов с широким набором современных диагностических возможностей. На этом фоне основной проблемой МРТ в России является недостаточная, ограниченная подготовка специалистов по лучевой диагностике, выражающаяся в неполноценном, а зачастую и неправильном использовании возможностей современного диагностического оборудования.