Принципы магнитно-резонансной томографии головного мозга

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 06.11.2024

Принципы магнитно-резонансной томографии головного мозга

МРТ широко используют для выявления опухолей и других объемных новообразований ЦНС. При правильном применении это исследование относительно безопасно даже для детей и беременных. Далее будет показано, что МРТ можно адаптировать для изучения нормальной физиологии мозга у здоровых добровольцев.

Изначально это исследование называли «ядерно-магнитный резонанс», поскольку принцип его действия заключался в изменении состояния ядер атомов под воздействием магнитных полей. Атомное ядро водорода имеет наиболее простое строение, в нем содержится один протон; этот элемент присутствует во многих средах тела человека (например, в воде).

Ядро характеризуется способностью к вращению; можно провести аналогию этого процесса и вращения гироскопа. В норме направление вращения (оси гироскопа в нашем случае) для любого ядра произвольно. Вращение создает вектор магнитного движения, и ядро становится похожим на небольшой диполь (с разно заряженными полюсами). При отсутствии воздействия внешнего магнитного поля диполи расположены бессистемно.

Однако при воздействии внешнего магнитного поля диполи ориентируются в одном направлении вдоль z-линии вертикальной проекции магнитного поля.

Внешний магнит цилиндрической формы магнитно-резонансного томографа настолько мощный, что способен поднять одновременно вес равный массе нескольких автомобилей. При включении магнита индивидуальные ядерные магнитные моменты совершают процесс, который называют прецессией (этот процесс аналогичен колебаниям гироскопа), в результате которого они начинают воронкообразно вращаться вокруг z-оси внешнего магнитного поля.

Компоненты ядерно-магнитного резонанса и действие на них радиоизлучения.
(А) Протон ядра водорода находится в состоянии постоянного вращения (аналогично гироскопу).
(Б) В состоянии покоя ориентация осей вращения произвольна.
(В) При включении внешнего магнита все оси ориентируются вдоль продольной z-оси. Большинство осей параллельны, некоторые (незначительное количество) не параллельны.
(Г) Одновременно сразу происходит прецессинг магнитных моментов вокруг этой оси (аналогично колебательным движениям гироскопа, ориентированного в промежуточном положении между z-осью магнитного поля и перпендикулярной к ней осью х-у).
(Д) Возбуждающий высокочастотный импульс, расположенный перпендикулярно оси внешнего магнита, направляет магнитные моменты по спирали в плоскость х-у.
(Е) При включении радиочастотного передатчика ядра осуществляют прецессинг синфазно.
(Ж) При выключении передатчика происходит немедленный выход ядер из фазы за короткий постоянный промежуток времени Т2.
(З) Конический прецессинг возобновляется под действием внешнего магнита за более продолжительный постоянный промежуток времени Т1.

Возбуждающая пульсация передается от радиочастотной катушки, расположенной под прямым углом к z-оси внешнего магнитного поля. Результатом этого становится столкновение сети ядерных магнитных моментов, расположенных по оси х-у с ядрами, осуществляющими прецессинг «в фазе». При выключении радиочастотной катушки ядра «выходят из фазы», оставаясь на оси х-у, и затем возвращаются на вертикальную линию. Эту временную константу называют Т2. Далее внешний магнит восстанавливает коническую прецессию вокруг z-оси; временная константа в этом случае больше по значению, ее называют Т1.

Ядра, осуществляющие прецессинг, вследствие колебательных движений становятся похожими на магниты; если окружить их катушкой провода, они будут индуцировать ток в эту катушку, который можно измерить. Катушка радиопередатчика может воспринимать и измерять этот ток.

В этом заключается главный принцип ядерно-магнитного резонанса. Однако для того, чтобы создать реальное изображение, необходим анализ полученного сигнала в пространственном отношении. Это становится возможным при применении градиентных катушек. Наложение второго магнитного поля, установленного под прямым углом по отношению к первому, приводит к нарушению резонансной частоты по оси нового магнитного поля; при этом с одной стороны вращение протонов происходит быстрее, чем с другой. На практике в магнитно-резонансном томографе используют три градиентные катушки, каждая из которых расположена в разных плоскостях пространства. Активация катушек происходит последовательно, в результате чего сигналы от тканей получаются трехмерными. Таким образом, становится возможным получить «срезы» тела пациента, фиксируя сигналы, полученные от различных структур в пределах выбранной плоскости, и тем самым воссоздать изображение по частям.

Магнитно-резонансный томограф.
Снаружи расположен магнит, внутри — высокочастотный радиопередатчик, посередине—градиентные катушки.

Разные плотности изображений, полученных при помощи магнитного резонанса, отражают различные параметры дефазирования и релаксации протонов разной локализации. Например, протоны спинномозговой жидкости способны резонировать на максимальных частотах, тогда как протоны белого вещества во многом схожи с молекулами липидов, а протоны серого вещества характеризуются средними показателями, поскольку молекулы серого вещества связаны с белками. С учетом этих особенностей высокочастотные импульсы могут различаться. Практически все изображения в учебниках (включая этот) являются Т1-взвешенными со слабым поддерживающим сигналом, полученным от свободных протонов в период релаксации. Это объясняют разной плотностью спинномозговой жидкости, серого и белого вещества (последнее обладает большей плотностью).

Для Т2-взвешенных изображений характерно обратное. Т2-взвешенные изображения чаще всего применяют для диагностики поражений белого вещества. Например, они могут показать увеличение числа свободных протонов в результате потери липидов миелиновой оболочкой при рассеянном склерозе или локальный отек ткани мозга в результате инсульта.

Стандартные направления коронарных и аксиальных срезов показаны на рисунке ниже.

Стандартная ориентация МР-томограмм. Коронарные срезы, вид спереди. Аксиальные срезы, вид снизу.

Диффузно-тензорная томография головного мозга - принципы, возможности

• Диффузно-тензорная томография — это методика, разработанная в середине 1990-х годов, при которой МРТ используют для измерения коэффициентов диффузии молекул воды в нескольких (более 6) направлениях. Эта методика характеризуется диффузной анизотропностью.

• Изотропная жидкость характеризуется равномерной диффузией со всех сторон (например, при попадании в воду капля молока распространяется равномерно). Изотропность—равномерность во всех направлениях; моделью изотропности может служить шар.

• Анизотропная («неизотропная») жидкость распространяется преимущественно вдоль какой-либо оси; моделью анизотропности может служить эллипсоид.

• Тензор описывает форму эллипсоида. Диффузионные тензоры являются тензорами второго ранга [особые виды тензоров: скалярные (нулевого ранга или одноразрядные) и векторные (первого разряда или (1хn)-матричные)]. Тензор можно привести к компонентам осей (собственным значениям), которые называют лямбда 1,2,3, они описывают удельный показатель диффузии по длине, объему и ширине эллипсоида (собственные векторы).

Детерминированная трактография всего мозга с использованием программного обеспечения ExploreDTI.
Для получения изображения использовано объединение диффузно-тензорных и трактографических изображений, на которых зеленым цветом показаны структуры, ориентированные спереди назад, синим—сверху вниз, красным—справа налево.
ВНМ—верхняя ножка мозжечка.

Фракционная анизотропия описывает в качестве фракций взаимосвязь между лямбдой 1, 2, 3. Таким образом, величина фракционной анизотропии варьирует от 0 до 1. Диффузия воды в клетках белого вещества нервной системы ограничена клеточными мембранами.

Диффузия воды внеклеточного пространства, циркулирующей в желудочках и субарахноидальном пространстве, а также воды серого вещества характеризуется большей изотропностью. Межклеточная жидкость миелинизированных нервных волокон диффундирует параллельно продольной оси волокон. Чем выше фракционная анизотропия, чем больше плотность и гомогенность пучка волокон.

Этот факт применяют для сравнения целостности соответствующих миелинизированных проводящих путей головного и спинного мозга справа и слева. Совместное использование трактографии и цветового кодирования позволяет воссоздавать трехмерные траектории белого вещества, чтобы показать их направление. Алгоритм реконструкции основан на информации об ориентации нервных волокон, полученной при помощи диффузно-тензорной томографии.

Ограниченная сферическая деконволюция (ОСД) — более прогрессивный метод, снимающий ограничения тензорной модели (суммирует информацию в одно главное направление, как в основе трактографии) и позволяющий создать более точное изображение. ОСД использует информацию из множества направлений для каждого элемента трехмерного изображения, что снимает затруднения трактографии, возникающие при исследовании мест перекреста нервных волокон.

Фракционная анизотропия показана в трех плоскостях.
Цветовые обозначения аналогичны обозначениям на рисунке выше.
МТ — мозолистое тело, СНМ — средняя ножка мозжечка, ПВВМ — поперечные волокна варолиева моста.

МРТ головного мозга - современная и точная диагностика

Магнитно-резонансная томография головного мозга – один из самых информативных неинвазивных методов диагностики. Он использует сочетание магнитного поля и радиочастотных импульсов, которые воздействуют на атомы водорода в составе клеток исследуемого органа. Содержание атомов водорода в разных тканях неодинаково, соответственно, и откликаются (резонируют) они по-разному. В процессе обработки сигнала формируется структурное отображение исследуемой части организма. В том числе областей с патологическими изменениями, которые в здоровом состоянии резонируют по-иному.

Для головного мозга – наверное, самого труднодоступного для исследования и наименее изученного органа – перечень эффективных диагностических методов ограничен. МРТ способна выявить заболевания даже на ранней стадии, когда прочие методики еще не работают.

Что показывает МРТ головного мозга

Получив 3D-изображения головного мозга в разных проекциях, врач имеет возможность рассмотреть в деталях каждую его область. Это позволяет сделать выводы о:

процессах, протекающих в тканях головного мозга;

состоянии кровеносных сосудов;

наличии, расположении, формах и размерах новообразований, гематом или тромбов;

наличии, стадии и локализации других патологий головного мозга.

Благодаря МРТ возможна визуализация головного мозга в разных проекциях, что значительно увеличивает информативность обследования

Если результаты оказались недостаточно точными или требуется дополнительная визуализация определенного участка, может быть назначена МРТ головного мозга с контрастированием. Введение контрастирующего препарата позволяет получить более точное представление о строении ткани мозга или патологического образования, уточнить его границы.

Как делают МРТ головного мозга

В камеру томографа заводится только голова пациента, поэтому ощущение замкнутого пространства сводится к минимуму

Специально готовиться к исследованию не нужно. Единственное требование – не надевать, отправляясь на обследование, металлические и ювелирные украшения, заколки, часы (либо быть готовым снять их или вынуть из карманов перед помещением в томограф). Также во время процедуры при себе нельзя иметь магнитные носители (флешки, банковские карты и др.), поскольку информация, хранящаяся на них, будет уничтожена.

На диагностику уйдет 30–40 минут. Двигать головой в процессе нельзя, однако на мышцы лица это ограничение не распространяется. Можно даже беседовать с врачом, пока он делает последовательные снимки. Периодически доктор сам будет обращаться к пациенту, чтобы осведомиться о его самочувствии.

Если вы страдаете клаустрофобией, но сделать МРТ головного мозга необходимо, сказать об этом нужно заранее. Тогда врач предложит принять успокоительное перед началом процедуры.

Кому нужно пройти МРТ головного мозга

Чаще всего на магнитно-резонансную томографию направляет врач-невролог. Показаниями для исследования могут служить:

регулярные головокружения и головные боли неуточненной природы;

снижение слуха или зрения в отсутствие объясняющего это диагноза ЛОРа или окулиста;

инфекционные заболевания головного мозга;

стенозы (сужение сосудов);

аневризмы (расширение сосудов);

нарушение мозгового кровообращения;

иные неврологические заболевания.

Хотя томография головного мозга – вполне безопасная процедура, противопоказания все же имеются. В первую очередь, они обусловлены наличием металлических элементов, которые нельзя снять на время процедуры:

скоб на сосудах;

При наличии несъемных металлических деталей и устройств делать МРТ нельзя.

Пациенты, страдающие избыточным весом, могут столкнуться с ограничением в виде диаметра капсулы томографа.

В первый триместр беременности проходить МРТ не рекомендуется, однако при наличии медицинских показаний диагностика будет проведена. На более поздних сроках обследование не повредит ни матери, ни ребенку. Кормящие женщины также могут не беспокоиться: магнитные волны не влияют ни на лактацию, ни на качество молока.

Чем отличается КТ от МРТ головного мозга

Компьютерная томография – единственный метод, способный конкурировать с МРТ. Принципы их действия различаются, в первую очередь, характером излучения: магнитное – у МРТ и рентгеновское – у КТ. По этой причине первое может осуществляться многократно без вреда для здоровья пациента, а второе – не чаще, чем обычный рентген. В то же время КТ, в отличие от МРТ, не проводится в замкнутом пространстве, что делает его более предпочтительным для клаустрофобов.

Кроме того, МРТ показывает химическую структуру исследуемых тканей, а КТ расскажет об их физическом состоянии.

Еще одно важное различие заключается в том, что МРТ эффективнее для исследования мягких тканей, а КТ – костей и суставов.

Цена на МРТ головного мозга ненамного отличается от стоимости КТ.

Оставьте телефон –
и мы Вам перезвоним

Не занимайтесь самолечением. Обратитесь к нашим специалистам, которые правильно поставят диагноз и назначат лечение.

Магнитно-резонансная томография (МРТ)

МРТ (магнитно-резонансная томография) – это современный вид диагностики, использующий магнитное поле и радиоволны (а не ионизированное излучение, какое используется в рентгеновских аппаратах и компьютерной томографии). Поэтому МРТ безопасно и может проводиться так часто, как это необходимо.

Магнитно-резонансная томография является высокоинформативным диагностическим методом, наиболее показательным при исследовании мягких тканей, позволяющем получать изображения в виде срезов тканей того или иного органа.

Что нужно знать о принципе МРТ и устройстве магнитно-резонансного томографа

Пациент помещается на подвижном столе, двигающемся сквозь тоннелеобразный магнит. Магнит создает мощное магнитное поле; на обследуемую область пациента, находящегося в магнитном поле, посылаются радиочастотные импульсы. В результате этого радиоволнового воздействия в тканях организма резонируют атомы водорода.

Наше тело по большей части состоит из воды и жира, а эти вещества, в свою очередь, характеризуются высоким содержанием водорода. В разных тканях количество водорода различно; в том числе, в тканях, охваченных патологическими процессами, оно отличается от того, что характерно для здоровой ткани данного органа.

Информация об атомном резонансе считывается специальными датчиками (катушками) и обрабатывается с помощью компьютерной программы, которая реконструирует изображение в виде среза исследуемого органа.

Что показывает МРТ

МРТ позволяет получать изображения с большей четкостью и детализацией, чем другие методы визуализации. С помощью МРТ можно определить структуру органа, обнаружить аномалии (прежде всего, мягких тканей) – опухоли, патологические очаги, нарушения строения , в том числе – и в тех случаях, когда ткани прикрыты костями. МРТ активно используется при диагностике состояний головного мозга, спинного мозга, суставов, внутренних органов (за исключением полых органов).

Виды МРТ-исследований

Наиболее востребованными являются следующие виды МРТ-исследований:

МРТ позвоночника. Позволяет оценить состояние спинного мозга, хрящей, связок и мышц спины. Выявляются нарушения кровообращения, последствия травм, аномалии развития, изменения межпозвонковых дисков и т.д. Может быть проведено МРТ-исследование конкретного отдела или всего позвоночника.
МРТ суставов. Проводится исследование конкретного сустава: коленного, плечевого, тазобедренного. МРТ позволяет подробно изучить структуру суставного соединения, визуализировать внутрисуставные (мениски, суставная жидкость) и околосуставные образования (связки, мышцы). Диагностируются аномалии развития, воспалительные и дегенеративные изменения сустава, патологии околосуставных тканей.
МРТ головного мозга. МРТ-исследование головного мозга отличается высокой чувствительностью и позволяет визуализировать оба полушария мозга, его стволовую часть, желудочковую систему и другие структуры. С помощью МРТ головного мозга могут быть вывялены сосудистые аномалии, расширение сосудов, кровоизлияния, опухоли, очаги воспаления и дегенерации, скопления жидкости и т.д.
МРТ гипофиза. МРТ показывает состояние самого гипофиза и турецкого седла (анатомической области, в которой находится гипофиз). С помощью МРТ выявляются аденомы и другие повреждения гипофиза.
МРТ-ангиография мозга. МРТ предоставляет возможность оценить состояние сосудов головного мозга без введения контрастного вещества. Это возможно, поскольку метод позволяет отличить вещество, находящееся в движении (кровь) от неподвижных структур (стенок сосудов).
МРТ-холангиография – исследование проходимости желчных протоков. Исследуются внутрипеченочные протоки, пузырный проток и общий желчевыводящий проток, а также (частично) ткани печени и поджелудочной железы. Позволяет выявлять камни, полипы, опухоли и сужения желчных путей.
МРТ предстательной железы. МРТ позволяет детально оценить структуру предстательной железы, выявить аденому простаты (доброкачественную гиперплазию), очаги воспаления и опухоли предстательной железы.
МРТ органов малого таза (матки и яичников). МРТ позволяет обнаружить изменения в структуре тканей, эндометриоз, спайки, миомы, полипы, опухоли, помогает установить разновидность образования яичника.

Безвредность МРТ

До настоящего времени случаев, когда магнитное поле или радиоволны, использующиеся при МРТ, принесли бы вред пациенту, не регистрировалось. МРТ не делают в первый триместр беременности, но это – просто предосторожность; факты, когда МРТ причинило бы какой-либо вред плоду, медицине также неизвестны.

Однако к МРТ есть противопоказания.

Прежде всего, они определяются наличием вживленных в организм электронных приборов (слуховые аппараты, искусственные водители ритма сердца), а также любых металлических конструкций и фрагментов (эндопротезы суставов, металлические пластины, спицы , последствия металлоостеосинтеза и огнестрельных ранений и т.д.) . Зубные импланты , сосудистые стенты и зонтичные фильтры , производства последних 5-7 лет обычно делаются из материалов , позволяющих проводить МРТ . Поэтому таким пациентам МРТ исследование может быть проведено после предъявления сертификата или подтверждения от лечебного учреждения, проводившего установку.

МРТ не делают при наличии кардиостимулятора (абсолютное противопоказание).

Нельзя проводить МРТ, если пациент боится замкнутого пространства (страдает клаустрофобией).

Иногда во время исследования возникает чувство жжения или раздражения кожи, обусловленное нанесенным кремом, мазью& или некоторыми видами татуировок, в этих случаях приходится останавливать исследование и , если не удается устранить причину, исследование может быть прекращено.

Кормление грудью, менструация и наличие внутриматочной спирали не являются препятствием для прохождения МРТ.

Подготовка к МРТ

Специальной подготовки к МРТ не требуется. Исключение составляет только МРТ печени и желчного пузыря, которые проводятся строго натощак, желательно утром.

Пациент должен быть готов к тому, что ему придется довольно значительное время (от 15 минут до почти часа в зависимости от вида исследования) пробыть внутри тоннеля томографа. При этом установка производит ощутимый шум (это неизбежное следствие используемой технологии). Одежда, в которой можно проходить МРТ не должна содержать металлических частей (молний, застежек, пуговиц). Все аксессуары (часы, заколки, шпильки, драгоценности и т.п.) надо будет снять. Необходимо так же оставить в специальной кабинке электронные магнитные карты и любые другие магнитные носители (флешки , карты памяти и т.д), иначе в магнитном поле вся информация на них будет стерта.

Преимущества МРТ в «Семейном докторе»

В «Семейном докторе» для проведения магнитно-резонансной томографии используется томограф Brivo MR355 Inspire, производства GE Healthcare (медицинское подразделение американской компании General Electric). Brivo MR355 Inspire – МР-сканер мирового уровня с индукцией магнитного поля в 1,5 Тесла (чем выше этот показатель, тем более детальным может быть получаемое изображение). Данный томограф относится к классу оборудования с высокой мощностью магнитного поля. Благодаря современным технологиям, Brivo MR355 Inspire обеспечивает высококачественную визуализацию, помогающую установить диагноз максимально точно.

МРТ проводится на базе Диагностического отделения Госпитального центра (ст. м. Бауманская). Исследования выполняются по направлениям врачей «Семейного доктора», а также сторонних медицинских организаций.

Магнитно-резонансная томография. Методика МРТ головного мозга

Описанный Bloch и Putec в 1946 г эффект ядерно-магнитного резонанса составляет физическую основу МРТ. Ее объектом являются протоны ядер водорода, которые широко представлены во всех водосодержаших тканях, белках, ли-пидах и других макромолекулах организма.

Магнитное поле. Так как протоны не только имеют определенный заряд, но и спин (вращаясь вокруг своей оси), каждый прогон обладает собственным маленьким магнитным полем. Он ведет себя как стрелка компаса. Попадая в зону действия магнитного поля, протон ориентируется в большинстве случаев параллельно направлению магнитною поля, значительно реже -в противоположном направлении.

Частота. Когда протоны подвергаются действию электромагнитной энергии виде радиоволн определенной частоты, то при определенной их частоте (частоте резонанса, или частоте Лармора) они могут поглощать энергию и менять ориентацию в магнитном иоле с параллельной на энергетически более затратную противоположную ориентацию («антипараллельную»).

Релаксация. В процессе последующей релаксации протоны высвобождают поглощенную энергию и вновь приобретают прежнее направление вращения, заданное им магнитным полем. Время релаксации характеризуется двумя ткане-специфичными временными константами T1- и Т2.

MP-сигнал. Во время релаксации протоны, которые вращаются в плоскости, поперечной направлению внешнего магнитного тюля, излучают электромагнитные волны, которые можно зарегистрировать и измерить с помощью радиоантенны или катушки как MP-сигнал. Время релаксации Т1 и Т2 значительно более вариабельно, чем различия в рентгеновской плотности тканей. В силу этого МРТ позволяет получить более контрастное изображение тканей и является более чувствительным методом исследования, чем КТ или обычная рентгенография.

МРТ-изображение представляет собой картографическое распределение МР-сигнала, интенсивность которого зависит от физических свойств тканей. Магнитно-резонансные изображения могут быть Т1 -, Т2-взвешенными или полученными в режиме протонной плотности. Это зависит от выбранной импульсной последовательности, времени между повторами (TR — интервал между повторами импульсной последовательности), а также времени эхо (ТЕ — интервал между стимуляцией радиоволнами и измерением MP-си гнала).

Опухоли и другие ткани с высоким содержанием свободной воды выглядят темными на Т1-взвешенных изображениях и светлыми на Т2-взвешенных изображениях или изображениях, полученных в режиме протонной плотности. ЦСЖ с очень высоким содержанием свободной поды выглядит очень темной в режиме Т1 и очень светлой - в режимах Т2 и протонной плотности. В Т 1 -режиме получаются более четкие изображения некрозов и кист внутри опухоли, а также кровоизлияний в подостром периоде, чем с помощью Т2-режима.

Градиенты. Для того чтобы построить МР-изображение, необходимо локализовать источник МР-сигнала. Это осуществляется с помощью градиентов — линейно нарастающих в пространстве магнитных полей, перекрывающих гомогенное главное магнитное поле в трех измерениях. Чтобы получить качест венное изображение, предпочтительно применять приборы с напряжением магнитного поля в 1,0-1,5 Тл.

Пространственное разрешение зависит от выбранного поля зрения (FOV — field ofview, для изображения головы, как правило, около 25 см), матрицы (обычно 256x256—51 2x51 2) и толщины среза. Величина поля зрения, разделенная на размер матрицы, представляет собой длину стороны двухмерного элемента изображения — пиксела. В свою очередь, размер пиксела, умноженный на толщину среза, образует воксел — трехмерный элемент МР-изображения.

Время исследования головного мозга с помощью последовательностей спин-эхо составляет 10—20 мин. С помощью модифицированных последовательностей продолжительность исследования значительно сокращается, а применение новых методов, таких как эхопланарная технология, позволяет получить изображение в течение нескольких секунд.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Читайте также: