Diagnose von Arthrose: Magnetresonanztomographie

Die Magnetresonanztomographie (MRT) hat sich in den letzten Jahren zu einer der führenden Methoden der nicht-invasiven Diagnose von Osteoarthritis entwickelt. Seit den 70er Jahren, als die Prinzipien der Magnetresonanz (MP) erstmals zur Untersuchung des menschlichen Körpers eingesetzt wurden, hat sich diese Methode der medizinischen Bildgebung bis heute radikal verändert und entwickelt sich rasch weiter.

Technische Ausrüstung, Software verbessern sich, bildgebende Verfahren entwickeln sich, MP-Kontrastmittel werden entwickelt. So können Sie immer neue Anwendungsgebiete der MRT finden. War die Verwendung zunächst nur auf das zentrale Nervensystem beschränkt, wird die MRT heute in fast allen Bereichen der Medizin erfolgreich eingesetzt.

Im Jahr 1946 entdeckte eine Gruppe von Forschern der Universitäten Stanford und Harvard unabhängig voneinander das Phänomen, das als Kernspinresonanz (NMR) bezeichnet wurde. Das Wesen davon war, dass die Kerne einiger Atome, die sich in einem Magnetfeld befinden, unter dem Einfluss eines externen elektromagnetischen Feldes Energie absorbieren können und sie dann in Form eines Radiosignals aussenden. Für diese Entdeckung erhielten F. Bloch und E. Parmel 1952 den Nobelpreis. Ein neues Phänomen erfuhr bald, wie man es für die Spektralanalyse von biologischen Strukturen verwendet (NMR-Spektroskopie). Paul Rautenburg hat 1973 zum ersten Mal die Möglichkeit demonstriert, ein Bild mit NMR-Signalen zu erhalten. Somit erschien die NMR-Tomographie. Die ersten NMR-Tomogramme der inneren Organe einer lebenden Person wurden 1982 auf dem Internationalen Radiologenkongress in Paris vorgestellt.

Zwei Erklärungen sollten gegeben werden. Trotz der Tatsache, dass die Methode auf dem Phänomen der NMR basiert, wird sie Magnetresonanz (MP) genannt, wobei das Wort "nuklear" weggelassen wird. Dies geschieht, damit Patienten keine Vorstellung von der Radioaktivität haben, die mit dem Zerfall von Atomkernen verbunden ist. Und der zweite Umstand: MP-Tomographen sind nicht zufällig auf Protonen "abgestimmt", d.h. Auf den Kern von Wasserstoff. Dieses Element in den Geweben ist sehr stark, und seine Kerne haben das größte magnetische Moment unter allen Atomkernen, was ein ausreichend hohes Niveau des MR-Signals verursacht.

Waren 1983 weltweit nur wenige Geräte für die klinische Forschung geeignet, so gab es Anfang 1996 rund 10.000 Tomographen auf der Welt. Jedes Jahr werden 1000 neue Instrumente in die Praxis eingeführt. Mehr als 90% der MP-Tomographen sind Modelle mit supraleitenden Magneten (0,5-1,5 T). Es ist interessant festzustellen, dass die Hersteller von MP-Scannern Mitte der 80er Jahre nach dem Prinzip "Je höher das Feld, desto besser" sich auf Modelle mit einem Feld von 1,5 T und höher konzentrierten, dann Ende der 1980er Jahre Es ist klar, dass sie in den meisten Anwendungen keine signifikanten Vorteile gegenüber Modellen mit mittlerer Feldstärke haben. Die Haupthersteller von MP-Tomographen (General Electric, Siemens, Philips, Toshi-ba, Picker, Brucker, etc.) widmen der Herstellung von Modellen mit mittlerem und sogar niedrigem Wert derzeit große Aufmerksamkeit Feld, die sich von Hochfeldsystemen in Kompaktheit und Wirtschaftlichkeit mit befriedigender Bildqualität und deutlich geringeren Kosten unterscheiden. Hochflursysteme werden hauptsächlich in Forschungszentren zur Durchführung von MR-Spektroskopie eingesetzt.

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

Das Prinzip der MRI-Methode

Die Hauptkomponenten des MP-Tomographen sind: Ultrastarker Magnet, Funksender, Empfangsfunkfrequenzspule, Computer und Bedienfeld. Die meisten Geräte haben ein Magnetfeld mit einem magnetischen Moment parallel zur Längsachse des menschlichen Körpers. Die Stärke des Magnetfeldes wird in Tesla (T) gemessen. Für klinische MRT-Felder mit einer Kraft von 0,2-1,5 T.

Wenn ein Patient in ein starkes Magnetfeld gebracht wird, entfalten sich alle Protonen, die magnetische Dipole sind, in Richtung des äußeren Feldes (wie eine Kompassnadel, die durch das Erdmagnetfeld geführt wird). Außerdem beginnen sich die magnetischen Achsen jedes Protons um die Richtung des äußeren Magnetfelds zu drehen. Diese spezifische Rotationsbewegung wird Prozess genannt und ihre Frequenz ist eine Resonanzfrequenz. Wenn ein kurzer elektromagnetischer Hochfrequenzimpuls durch den Körper des Patienten übertragen wird, bewirkt das Magnetfeld der Radiowellen, dass sich die magnetischen Momente aller Protonen um das magnetische Moment des externen Feldes drehen. Damit dies geschieht, ist es notwendig, dass die Frequenz der Radiowellen gleich der Resonanzfrequenz der Protonen ist. Dieses Phänomen wird Magnetresonanz genannt. Um die Orientierung magnetischer Protonen zu ändern, müssen die Magnetfelder von Protonen und Radiowellen mitschwingen, d.h. Habe die gleiche Frequenz.

In den Geweben des Patienten wird ein totales magnetisches Moment erzeugt: Die Gewebe sind magnetisiert und ihr Magnetismus ist streng parallel zum äußeren Magnetfeld orientiert. Der Magnetismus ist proportional zur Anzahl der Protonen pro Volumeneinheit des Gewebes. Die große Anzahl von Protonen (Wasserstoffkerne), die in den meisten Geweben enthalten sind, bewirkt, dass das reine magnetische Moment groß genug ist, um einen elektrischen Strom in der außerhalb des Patienten befindlichen Empfangsspule zu induzieren. Diese induzierten MP-Signale werden verwendet, um das MR-Bild zu rekonstruieren.

Der Prozess des Übergangs der Elektronen des Kerns vom angeregten Zustand in den Gleichgewichtszustand wird als Spin-Gitter-Relaxationsprozess oder longitudinale Relaxation bezeichnet. Es ist charakterisiert durch eine T1-Spin-Gitter-Relaxationszeit - die Zeit, die notwendig ist, um 63% der Kerne in einen Gleichgewichtszustand zu überführen, nachdem sie durch einen 90 ° -Puls angeregt wurden. T2 ist auch eine Spin-Spin-Relaxationszeit.

Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, MP-Tomogramme zu erhalten. Ihr Unterschied liegt in der Reihenfolge und Art der Erzeugung von Radiofrequenzpulsen, Methoden zur Analyse von MP-Signalen. Am gebräuchlichsten sind zwei Methoden: Spin-Gitter und Spin-Echo. Für das Spin-Gitter wird hauptsächlich die Relaxationszeit T1 analysiert. Verschiedene Gewebe (graue und weiße Hirnsubstanz, Gehirn- und Rückenmarksflüssigkeit, Tumorgewebe, Knorpel, Muskeln usw.) haben Protonen mit unterschiedlichen Relaxationszeiten T1. Mit der Dauer von T1 hängt die Intensität des MP-Signals zusammen: Je kürzer der T1, desto intensiver das MR-Signal und je heller der Bildraum auf dem Fernsehmonitor erscheint. Fettgewebe auf dem MP-Tomogramm ist weiß, gefolgt von der Intensität des MP-Signals in absteigender Reihenfolge sind Gehirn und Rückenmark, dichte innere Organe, Gefäßwände und Muskeln. Luft, Knochen und Verkalkungen geben praktisch kein MP-Signal und werden daher schwarz dargestellt. Diese Beziehungen der Relaxationszeit T1 schaffen die Voraussetzungen für die Visualisierung von normalem und verändertem Gewebe auf MR-Tomogrammen.

Bei einer anderen Methode der MP-Tomographie, genannt Spin-Echo, wird eine Reihe von Radiofrequenzpulsen an den Patienten gesendet, die die präzessierenden Protonen um 90 ° drehen. Nach dem Stoppen der Impulse werden die MP-Antwortsignale aufgezeichnet. Die Intensität des Antwortsignals ist jedoch unterschiedlich abhängig von der Dauer von T2: Je kürzer T2 ist, desto schwächer ist das Signal und demzufolge ist die Helligkeit des Bildschirms des TV-Monitors geringer. Somit ist das endgültige Bild der MRT in der Methode T2 entgegengesetzt zu dem von T1 (als negativ bis positiv).

Auf MP-Tomogrammen werden Weichteile besser dargestellt als auf Computertomogrammen: Muskeln, Fettschichten, Knorpel, Gefäße. Bei einigen Geräten kann man sich ein Bild von den Gefäßen machen, ohne ein Kontrastmittel einzuführen (MP-Angiographie). Aufgrund des geringen Wassergehalts im Knochengewebe erzeugt das Letztere keinen Abschirmungseffekt, wie bei der Röntgen-Computertomographie, d.h. Interferiert nicht mit dem Bild, zum Beispiel das Rückenmark, Bandscheiben usw. Natürlich sind die Wasserstoffkerne nicht nur in Wasser enthalten, sondern im Knochengewebe sind sie in sehr großen Molekülen und dichten Strukturen fixiert und stören die MRT nicht.

Vor- und Nachteile der MRT

Die wichtigsten Vorteile der MRI sind nicht-invasiv, harmlos (keine Strahlenbelastung), dreidimensionale Figurbild zu erhalten, ein natürlicher Kontrast von Blut bewegt wird , die Abwesenheit von Artefakten von Knochengewebe, hohe Differenzierung von Weichteilgewebe, die Fähigkeit , MP-Spektroskopie zur in - vivo - Untersuchung des Stoffwechsels von Geweben durchzuführen , in vivo. MPT ermöglicht die Abbildung von dünnen Schichten des menschlichen Körpers in jedem Querschnitt - in der frontalen, sagittal, axial und schrägen Ebenen. Es ist möglich , dreidimensionale Bilder von Organen zu rekonstruieren, synchronisieren Tomogrammen mit Elektrokardiogramme Zähnen zu erhalten.

Die Hauptnachteile sind in der Regel auf eine ausreichend lange Zeit im Zusammenhang dauert es Bilder (in der Regel Minuten) zu erzeugen, die von Artefakten aus den Atembewegungen auf die Erscheinung führt (insbesondere reduziert die Effizienz der Lichtforschung), Arrhythmien (wenn das Herz-Studie), die Unfähigkeit, zuverlässig Steine, Verkalkungen zu erkennen, einige Arten von Pathologie der Knochenstrukturen, die hohen Kosten für die Ausrüstung und deren Betrieb, besondere Anforderungen für die Räumlichkeiten, in denen die Geräte befinden (Abschirmung vor Störungen), die Unmöglichkeit zu prüfen Ich bin krank mit Klaustrophobie, künstlichen Herzschrittmachern, großen Metallimplantaten aus nicht medizinischen Metallen.

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

Kontrastmittel für die MRT

Zu Beginn der MRI-Anwendung wurde angenommen, dass der natürliche Kontrast zwischen verschiedenen Geweben die Notwendigkeit von Kontrastmitteln beseitigt. Bald wurde festgestellt, dass der Unterschied in Signalen zwischen verschiedenen Geweben, d.h. Der Kontrast des MR-Bildes kann durch Kontrastmittel deutlich verbessert werden. Als das erste MP-Kontrastmedium (das paramagnetische Gadoliniumionen enthielt) im Handel erhältlich wurde, nahm die diagnostische Information der MRI signifikant zu. Das Wesen des MR-Kontrastmittels besteht darin, die magnetischen Parameter der Protonen von Geweben und Organen zu verändern, d.h. Ändern Sie die Relaxationszeit (TR) von T1- und T2-Protonen. Bis heute gibt es mehrere Klassifikationen von MP-Kontrastmitteln (bzw. Kontrastmitteln - CA).

Durch die überwiegende Wirkung auf die Relaxationszeit des MR-Cadel bei:

• T1-KA, die T1 verkürzen und dadurch die Intensität des MP-Signals der Gewebe erhöhen. Sie werden auch als positive SC bezeichnet.
• T2-KA, die T2 verkürzen, die Intensität des MR-Signals verringern. Dies ist ein negativer SC.

Abhängig von den magnetischen Eigenschaften des MR-SC sind in paramagnetische und superparamagnetische unterteilt:

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

Paramagnetische Kontrastmittel

Paramagnetische Eigenschaften besitzen Atome mit einem oder mehreren ungepaarten Elektronen. Dies sind magnetische Ionen von Gadolinium (Gd), Chrom, Nickel, Eisen und auch Mangan. Gadoliniumverbindungen wurden am häufigsten klinisch verwendet. Die gegensätzliche Wirkung von Gadolinium beruht auf der Verkürzung der Relaxationszeiten T1 und T2. In geringen Dosen überwiegt der Einfluss auf T1, der die Intensität des Signals erhöht. In hohen Dosen überwiegt der Effekt auf T2 mit einer Abnahme der Signalintensität. Paramagnetik wird heute am häufigsten in der klinischen Diagnostik eingesetzt.

Superparamagnetische Kontrastmittel

Der dominierende Effekt von superparamagnetischem Eisenoxid ist die Verkürzung der T2-Relaxation. Wenn die Dosis erhöht wird, nimmt die Intensität des Signals ab. Zu dieser Gruppe von Raumfahrzeugen können ferromagnetische Satelliten gezählt werden, die ferromagnetische Eisenoxide strukturell ähnlich wie Magnetitferrit (Fe ²⁺ OFe ₂ ³⁺ 0 ₃ ) enthalten.

Die folgende Klassifizierung basiert auf der Pharmakokinetik der CA (Sergeev, V.V., Isoavt., 1995):

• extrazellulär (gewebespezifisch);
• Magen-Darm;
• organotropisch (gewebespezifisch);
• Makromolekulare, die verwendet werden, um den vaskulären Raum zu bestimmen.

In der Ukraine sind vier MR-CAs bekannt, die extrazelluläre wasserlösliche paramagnetische SCs sind, von denen Gadodiamid und Gadopentetsäure weit verbreitet sind. Die übrigen SC-Gruppen (2-4) werden im Ausland klinisch getestet.

Extrazellulärer wasserlöslicher MP-CA

Internationaler Name	Chemische Formel	Struktur
Gadopentetsäure	Gadolinium Dimeglumina Diethylentriaminpentaacetat ((NMG) 2Gd-DTPA)	Linear, ionisch
Säure gadoterovaya	(NMG) Gd-DOTA	Zyklisch, ionisch
Gadodamidid	Gadoliniumdiethylentriaminpentaacetat-bis-methylamid (Gd-DTPA-BMA)	Linear, nicht-ionisch
Outotéridol	Gd-HP-D03A	Zyklisch, nichtionisch

Extrazelluläre Raumsonden werden intravenös verabreicht, 98% von ihnen werden über die Nieren ausgeschieden, dringen nicht in die Blut-Hirn-Schranke ein, sind wenig toxisch und gehören zur paramagnetischen Gruppe.

Kontraindikationen für MRT

Absolute Kontraindikationen sind die Bedingungen, unter denen die Studie lebensbedrohliche Patienten sind. Zum Beispiel sind Implantate, die durch elektronische, magnetische oder mechanische Mittel aktiviert werden, in erster Linie künstliche Herzschrittmacher. Der Einfluss von HF-Strahlung von dem MR-Scanner kann die Funktion des Stimulators beeinträchtigen, der in dem Abfragesystem arbeitet, da Änderungen der Magnetfelder die Herztätigkeit nachahmen können. Die magnetische Anziehung kann auch bewirken, dass sich der Stimulator in dem Nest bewegt und die Elektroden bewegt. Außerdem erzeugt das Magnetfeld Hindernisse für den Betrieb der ferromagnetischen oder elektronischen Implantate des Mittelohrs. Das Vorhandensein künstlicher Herzklappen stellt eine Gefahr dar und ist eine absolute Kontraindikation nur bei Hochfeld-MR-Scannern und auch bei klinisch vermuteter Schädigung des Ventils. Das Vorhandensein kleiner metallischer chirurgischer Implantate (hämostatische Clips) im zentralen Nervensystem bezieht sich auch auf absolute Kontraindikationen für die Studie, da ihre Verschiebung aufgrund magnetischer Anziehung zu bluten droht. Ihre Anwesenheit in anderen Teilen des Körpers ist weniger eine Bedrohung, da nach der Behandlung, Fibrose und Verkapselung der Klammern helfen, sie in einem stabilen Zustand zu halten. Zusätzlich zu der potentiellen Gefahr verursacht das Vorhandensein von Metallimplantaten mit magnetischen Eigenschaften in jedem Fall Artefakte, die Schwierigkeiten bei der Interpretation der Ergebnisse der Studie verursachen.

Kontraindikationen für MRT

Absolut:	Relativ:
Herzschrittmacher	Andere Stimulanzien (Insulinpumpen, Nervenstimulatoren)
Ferromagnetische oder elektronische Implantate des Mittelohrs	Nichtferromagnetische Implantate des Innenohrs, Herzklappenprothesen (in hohen Feldern, bei Verdacht auf Dysfunktion)
Hämostatische Klammern der zerebralen Gefäße	Hämostatische Clips anderer Lokalisation, dekompensierte Herzinsuffizienz, Schwangerschaft, Klaustrophobie, die Notwendigkeit einer physiologischen Überwachung

Zu den relativen Kontraindikationen gehören neben den oben genannten auch dekompensierte Herzinsuffizienz, die Notwendigkeit einer physiologischen Überwachung (mechanische Beatmung, elektrische Infusionspumpen). Klaustrophobie ist ein Hindernis für die Forschung in 1-4% der Fälle. Es kann zum einen mit Geräten mit offenen Magneten überwunden werden, zum anderen mit einer detaillierten Erklärung der Apparatur und des Verlaufs der Untersuchung. MRI Beweis für die schädigende Wirkung auf den Embryo oder Fötus nicht erhalten wird, jedoch empfohlen, es MRT in der ich Trimester der Schwangerschaft zu vermeiden. Die Verwendung von MRT während der Schwangerschaft ist in Fällen angezeigt, in denen andere nichtionisierende Methoden der diagnostischen Bildgebung keine zufriedenstellenden Informationen liefern. MRT erfordert eine stärkere Beteiligung an Patienten es als Computertomographie, wie Patientenbewegung während des Tests viel stärkeren Einfluss auf die Bildqualität ist, so die Studie von Patienten mit akuten Erkrankungen, Bewusstseinsstörungen, spastische Zustände, Demenz, sowie Kinder ist oft schwierig.

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