Дијагноза остеоартритиса: магнетна резонанца

Магнетна резонанца (МРИ) је последњих година постала једна од водећих метода за неинвазивну дијагностику остеоартритиса. Од 1970-их, када су принципи магнетне резонанце (МР) први пут коришћени за проучавање људског тела, ова метода медицинског снимања се драматично променила и наставља да се брзо развија.

Техничка опрема и софтвер се унапређују, развијају се методе снимања слика, а развијају се и контрастна средства за МР. То омогућава стално проналажење нових области примене МРИ. Ако је у почетку њена примена била ограничена на проучавања централног нервног система, сада се МРИ успешно користи у скоро свим областима медицине.

Године 1946, групе истраживача са универзитета Станфорд и Харвард независно су откриле феномен назван нуклеарна магнетна резонанца (НМР). Његова суштина је била да су језгра неких атома, налазећи се у магнетном пољу, под утицајем спољашњег електромагнетног поља способна да апсорбују енергију, а затим је емитују у облику радио сигнала. За ово откриће, Ф. Блох и Е. Пармел су 1952. године добили Нобелову награду. Нови феномен је убрзо коришћен за спектралну анализу биолошких структура (НМР спектроскопија). Године 1973, Пол Раутенбург је први демонстрирао могућност добијања слике помоћу НМР сигнала. Тако се појавила НМР томографија. Први НМР томограми унутрашњих органа живе особе демонстрирани су 1982. године на Међународном конгресу радиолога у Паризу.

Треба дати два појашњења. Упркос чињеници да се метода заснива на феномену NMR, назива се магнетна резонанца (МР), изостављајући реч „нуклеарна“. То се ради да пацијенти не би имали мисли о радиоактивности повезаној са распадом атомских језгара. И друга околност: МР томографи нису случајно „подешени“ на протоне, тј. језгра водоника. Овог елемента има много у ткивима, а његова језгра имају највећи магнетни момент међу свим атомским језгрима, што одређује прилично висок ниво МР сигнала.

Ако је 1983. године у свету постојало само неколико уређаја погодних за клиничка истраживања, онда је до почетка 1996. године у свету у раду било око 10.000 томографа. Сваке године се у праксу уводи 1000 нових уређаја. Више од 90% парка МР-томографа су модели са суперпроводним магнетима (0,5-1,5 Т). Занимљиво је напоменути да ако су се средином 80-их компанија - произвођачи МР-томографа руководили принципом „што је поље веће, то боље“, фокусирајући се на моделе са пољем од 1,5 Т и више, онда је до краја 80-их постало јасно да у већини области примене они немају значајне предности у односу на моделе са просечном јачином поља. Стога, главни произвођачи МР томографа (General Electric, Siemens, Philips, Toshiba, Picker, Bruker, итд.) тренутно посвећују велику пажњу производњи модела са средњим, па чак и ниским пољима, који се од система високог поља разликују по својој компактности и економичности уз задовољавајући квалитет слике и знатно нижу цену. Системи високог поља се користе првенствено у истраживачким центрима за МР спектроскопију.

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

Принцип МРИ методе

Главне компоненте МРИ скенера су: супер јак магнет, радио предајник, пријемни радиофреквентни калем, рачунар и контролна табла. Већина уређаја има магнетно поље са магнетним моментом паралелним са дужом осом људског тела. Јачина магнетног поља се мери у теслама (Т). За клиничку МРИ користе се поља јачине 0,2-1,5 Т.

Када се пацијент смести у јако магнетно поље, сви протони, који су магнетни диполи, окрећу се у правцу спољашњег поља (као игла компаса оријентисана ка Земљином магнетном пољу). Поред тога, магнетне осе сваког протона почињу да се ротирају око правца спољашњег магнетног поља. Ово специфично ротационо кретање назива се процесија, а његова фреквенција се назива резонантна фреквенција. Када кратки електромагнетни радиофреквентни импулси пролазе кроз тело пацијента, магнетно поље радио таласа узрокује да се магнетни моменти свих протона ротирају око магнетног момента спољашњег поља. Да би се то догодило, фреквенција радио таласа мора бити једнака резонантној фреквенцији протона. Ова појава се назива магнетна резонанца. Да би се променила оријентација магнетних протона, магнетна поља протона и радио таласа морају резоновати, односно имати исту фреквенцију.

У ткивима пацијента се ствара нето магнетни момент: ткива су магнетизована и њихов магнетизам је оријентисан строго паралелно са спољашњим магнетним пољем. Магнетизам је пропорционалан броју протона по јединици запремине ткива. Огроман број протона (језгара водоника) садржаних у већини ткива значи да је нето магнетни момент довољно велики да индукује електричну струју у пријемном калему који се налази изван пацијента. Ови индуковани МР сигнали се користе за реконструкцију МР слике.

Процес преласка електрона језгра из побуђеног стања у равнотежно стање назива се процес спин-решеткасте релаксације или лонгитудинална релаксација. Карактерише га Т1 - време спин-решеткасте релаксације - време потребно да се 63% језгара пребаци у равнотежно стање након њихове побуде импулсом од 90°. Такође се разликује и Т2 - време спин-спинске релаксације.

Постоји неколико метода за добијање МР томограма. Оне се разликују по редоследу и природи генерисања радиофреквентних импулса и методама анализе МР сигнала. Две најчешће коришћене методе су спин-решетка и спин-ехо. Спин-решетка углавном анализира време Т1 релаксације. Различита ткива (сива и бела масе мозга, цереброспинална течност, туморско ткиво, хрскавица, мишићи итд.) садрже протоне са различитим временима Т1 релаксације. Интензитет МР сигнала је повезан са трајањем Т1: што је Т1 краћи, МР сигнал је интензивнији и светлија је дата област слике на ТВ монитору. Масно ткиво је бело на МР томограмима, затим следе мозак и кичмена мождина, густи унутрашњи органи, васкуларни зидови и мишићи у опадајућем редоследу интензитета МР сигнала. Ваздух, кости и калцификације практично не производе МР сигнал и стога се приказују црном бојом. Ови односи времена Т1 релаксације стварају предуслове за визуелизацију нормалних и измењених ткива на МРИ скеновима.

Код друге методе МРИ, назване спин-ехо, низ радиофреквентних импулса се усмерава на пацијента, ротирајући прецесирајуће протоне за 90°. Након што импулси престану, снимају се одговорни МРИ сигнали. Међутим, интензитет одговорног сигнала је различито повезан са трајањем Т2: што је Т2 краћи, то је сигнал слабији и, последично, нижа осветљеност сјаја на екрану ТВ монитора. Дакле, коначна МРИ слика коришћењем Т2 методе је супротна оној добијеној коришћењем Т1 методе (јер је негатив супротан позитивном).

МРИ томограми боље приказују мека ткива од ЦТ скенирања: мишиће, масне слојеве, хрскавицу и крвне судове. Неки уређаји могу да произведу слике крвних судова без убризгавања контрастног средства (МРИ ангиографија). Због ниског садржаја воде у коштаном ткиву, ово последње не ствара ефекат заштите, као код рендгенског ЦТ скенирања, тј. не омета слику, на пример, кичмене мождине, интервертебралних дискова итд. Наравно, језгра водоника нису садржана само у води, већ су у коштаном ткиву фиксирана у веома великим молекулима и густим структурама и не ометају МРИ.

Предности и мане магнетне резонанце

Главне предности МРИ укључују неинвазивност, нешкодљивост (без излагања зрачењу), тродимензионалну природу снимања слике, природни контраст од крви у покрету, одсуство артефаката из коштаног ткива, високу диференцијацију меких ткива, могућност извођења МП спектроскопије за in vivo студије метаболизма ткива. МРИ омогућава добијање слика танких слојева људског тела у било ком пресеку - у фронталној, сагиталној, аксијалној и косој равни. Могуће је реконструисати волуметријске слике органа, синхронизовати снимање томограма са зубима електрокардиограма.

Главни недостаци обично укључују релативно дуго време потребно за добијање слика (обично неколико минута), што доводи до појаве артефаката од респираторних покрета (то посебно смањује ефикасност прегледа плућа), аритмије (код прегледа срца), немогућност поузданог откривања каменаца, калцификација, неких врста костне патологије, високу цену опреме и њеног рада, посебне захтеве за просторије у којима се уређаји налазе (заштита од сметњи), немогућност прегледа пацијената са клаустрофобијом, вештачке пејсмејкере, велике металне имплантате направљене од немедицинских метала.

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

Контрастна средства за магнетну резонанцу

На почетку употребе МРИ, веровало се да природни контраст између различитих ткива елиминише потребу за контрастним средствима. Убрзо је откривено да се разлика у сигналима између различитих ткива, односно контраст МР слике, може значајно побољшати контрастним средствима. Када је прво МР контрастно средство (које садржи парамагнетне јоне гадолинијума) постало комерцијално доступно, дијагностички информативни садржај МРИ се значајно повећао. Суштина употребе МР контрастних средстава је промена магнетних параметара протона ткива и органа, односно промена времена релаксације (ТР) Т1 и Т2 протона. Данас постоји неколико класификација МР контрастних средстава (или боље речено контрастних средстава - КА).

Према претежном ефекту на време релаксације, MR-KA се дели на:

• Т1-ЦА, који скраћују Т1 и тиме повећавају интензитет МП сигнала ткива. Такође се називају позитивним ЦА.
• Т2-КА које скраћују Т2, смањујући интензитет МР сигнала. То су негативне КА.

У зависности од својих магнетних својстава, MR-CA се деле на парамагнетне и суперпарамагнетне:

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

Парамагнетна контрастна средства

Парамагнетна својства поседују атоми са једним или више неспарених електрона. То су магнетни јони гадолинијума (Gd), хрома, никла, гвожђа и мангана. Једињења гадолинијума су добила најширу клиничку примену. Контрастни ефекат гадолинијума је последица скраћивања времена релаксације Т1 и Т2. У ниским дозама, преовлађује ефекат на Т1, повећавајући интензитет сигнала. У високим дозама, преовлађује ефекат на Т2, смањујући интензитет сигнала. Парамагнети се сада најшире користе у клиничкој дијагностичкој пракси.

Суперпарамагнетна контрастна средства

Доминантни ефекат суперпарамагнетног оксида гвожђа је скраћивање Т2 релаксације. Са повећањем дозе долази до смањења интензитета сигнала. У ову групу КА могу се уврстити и феромагнетни оксиди гвожђа, који укључују феромагнетне оксиде гвожђа структурно сличне магнетит фериту (Fe ²⁺ OFe ₂³⁺ O _{3 ).}

Следећа класификација је заснована на фармакокинетици CA (Сергејев ПВ и др., 1995):

• екстрацелуларни (ткивно неспецифични);
• гастроинтестинални;
• органотропни (ткивно-специфични);
• макромолекуларни, који се користе за одређивање васкуларног простора.

У Украјини су познате четири МР-КА, које су екстрацелуларне парамагнетне КА растворљиве у води, од којих се широко користе гадодиамид и гадопентетична киселина. Преостале групе КА (2-4) се налазе на клиничким испитивањима у иностранству.

Екстрацелуларна водорастворљива МР-ЦА

Међународно име	Хемијска формула	Структура
Гадопентетична киселина	Гадолинијум димеглумин диетилентриамин пента-ацетат ((NMG)2Gd-DTPA)	Линеарни, јонски
Гадотерска киселина	(NMG)Gd-DOTA	Циклични, јонски
Гадодиамид	Гадолинијум диетилентриамин пентаацетат-бис-метиламид (Gd-DTPA-BMA)	Линеарни, нејонски
Гадотеридол	Гд-ХП-Д03А	Циклични, нејонски

Екстрацелуларне ЦА се примењују интравенозно, 98% њих се излучује бубрезима, не продиру кроз крвно-мождану баријеру, имају ниску токсичност и припадају групи парамагнетних супстанци.

Контраиндикације за МРИ

Апсолутне контраиндикације обухватају стања у којима преглед представља претњу по живот пацијената. На пример, присуство имплантата који се активирају електронски, магнетно или механички - то су првенствено вештачки пејсмејкери. Излагање радиофреквентном зрачењу са МРИ скенера може пореметити функционисање пејсмејкера који ради у систему захтева, јер промене у магнетним пољима могу имитирати срчану активност. Магнетна привлачност такође може проузроковати померање пејсмејкера у свом лежишту и померање електрода. Поред тога, магнетно поље ствара препреке раду феромагнетних или електронских имплантата средњег ува. Присуство вештачких срчаних залистака је опасно и представља апсолутну контраиндикацију само када се прегледају на МРИ скенерима са високим пољима и ако се клинички сумња на оштећење залиска. Апсолутне контраиндикације за преглед такође укључују присуство малих металних хируршких имплантата (хемостатских клипси) у централном нервном систему, јер њихово померање услед магнетне привлачности прети крварењем. Њихово присуство у другим деловима тела представља мању претњу, јер након лечења, фиброза и енкапсулација стезаљки помажу да се одрже стабилним. Међутим, поред потенцијалне опасности, присуство металних имплантата са магнетним својствима у сваком случају узрокује артефакте који стварају потешкоће у тумачењу резултата студије.

Контраиндикације за МРИ

Апсолутно:	Рођак:
Пејсмејкери	Остали стимуланси (инсулинске пумпе, нервни стимуланси)
Феромагнетни или електронски имплантати средњег ува	Неферомагнетни имплантати унутрашњег уха, протезе срчаних залистака (у високим пољима, ако се сумња на дисфункцију)
Хемостатске клипсе церебралних судова	Хемостатске клипсе на другим локацијама, декомпензована срчана инсуфицијенција, трудноћа, клаустрофобија, потреба за физиолошким праћењем

Релативне контраиндикације, поред горе наведених, укључују декомпензовану срчану инсуфицијенцију, потребу за физиолошким праћењем (механичка вентилација, електричне инфузионе пумпе). Клаустрофобија је препрека за студију у 1-4% случајева. Може се превазићи, с једне стране, коришћењем уређаја са отвореним магнетима, а с друге стране - детаљним објашњењем уређаја и тока прегледа. Нема доказа о штетном дејству МРИ на ембрион или фетус, али се препоручује избегавање МРИ у првом тромесечју трудноће. Употреба МРИ током трудноће је индикована у случајевима када друге нејонизујуће дијагностичке методе снимања не пружају задовољавајуће информације. МРИ преглед захтева веће учешће пацијента него компјутеризована томографија, пошто покрети пацијента током прегледа имају много већи утицај на квалитет слика, па је преглед пацијената са акутном патологијом, оштећеном свешћу, спастичним стањима, деменцијом, као и деце често отежан.

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