Tomografia i rezonans magnetyczny

Zjawisko rezonansu magnetycznego zostało odkryte w roku 1946, natomiast powstały pierwsze aparaty MR stosowane w badaniach klinicznych powstały na początku lat 80. Od tego czasu  technika badań z zastosowaniem rezonansu magnetycznego jest stale rozwijana i doskonalona. Obecnie jest to jedna z najdynamiczniej rozwijających się dyscyplin diagnostyki obrazowej.

W chwili obecnej w badaniach klinicznych stosowane są różnego typu systemy MR wykorzystujące magnesy stałe lub nadprzewodzące. W zastosowaniach klinicznych używane jest pole magnetyczne w zakresie 0,2 – 3 Tesli. Jakość uzyskiwanych obrazów wzrasta wraz z natężenie stosowanego pola i jest najwyższa w aparatach wysokopolowych. Systemy o wysokim natężeniu pola magnetycznego (≥ 1,5 T) pozwalają także na przeprowadzenie szeregu badań niedostępnych w aparatach o niższym natężeniu pola. Główne zalety systemów wysokoteslowych to: zwiększenie rozdzielczości czasowej, liniowej i przestrzennej, skrócenie czasu badania, zwiększenie matrycy obrazu, zmniejszenie grubości warstw lub liczby powtórzeń, co wpływa na poprawę stosunku sygnału do szumu (SNR).

Zasada powstawania obrazów w badaniach MR

Znaczna część jąder atomów, z których zbudowane są cząstki organiczne wykazuje właściwości magnetyczne. Jądra te charakteryzują się obecnością niezerowego momentu magnetycznego (spinu). W przypadku braku zewnętrznego pola magnetycznego, momenty magnetyczne jąder atomowych są nieuporządkowane i nie mają żadnej uprzywilejowanej orientacji. W przypadku pojawienia się zewnętrznego pola magnetycznego, co ma miejsce w omawianej technice, następuje uporządkowanie ustawienia momentów magnetycznych jąder. W przypadku jąder o niezerowych spinach ustawienie to może być równoległe albo antyrównoległe do linii sił zewnętrznego pola, przy czym jąder o ustawieniu antyrównoległym jest znacznie więcej.

Najbardziej rozpowszechnionym w żywych organizmach pierwiastkiem o właściwościach magnetycznych jest wodór. Jądra jego atomów (protony) odgrywają podstawową rolę w otrzymywaniu obrazów MR. Ponieważ możliwe są dwa sposoby uporządkowania momentów magnetycznych, związane z różnymi wartościami energii posiadanej przez protony, układ jako całość może pochłaniać energię dostarczoną z zewnątrz w postaci promieniowania. Energia ta może być pochłonięta w przypadku, gdy częstotliwość wzbudzającego pola magnetycznego równa jest częstotliwości Larmora. Ponieważ leży ona w zakresie częstotliwości fal radiowych, impulsy wzbudzające określa się skrótem RF (radio frequency). Pochłonięcie energii przez próbkę oznacza przejście pewniej liczby protonów z położenia równoległego w przeciwrównoległe. Po wzbudzeniu impulsem RF, układ powraca stopniowo do stanu wyjściowego, a nagromadzoną energię emituje w postaci sygnału tzw. swobodnej relaksacji. Istotą rezonansu magnetycznego jest zatem naprzemienne nadawanie impulsów o odpowiedniej częstotliwości, wzbudzających próbkę oraz odbieranie emitowanego przez nią sygnału.

Środki kontrastowe w badaniach MR

Zastosowanie środków kontrastowych w badaniach MR znacznie poszerza możliwości diagnostyczne tej metody obrazowania, zwiększa jej czułość i specyficzność oraz wpływa na jakość obrazu. Środki kontrastowe pozwalają na lepszą charakterystykę badanych tkanek, różnicowanie rodzaju stwierdzanych zmian oraz lepsze uwidocznienie struktur naczyniowych. Obecnie w badaniach MR stosuje się jedynie środki należące do grupy paramagnetyków.

Wśród obecnie stosowanych w badaniach MR środków kontrastowych podstawowe znaczenie mają związki gadolinu (⁶⁴Gd), pierwiastka ziem rzadkich należącego do grupy lantanowców. Do najczęściej używanych należy Gd-DTPA (gadopentetate dimeglumine). Po podaniu dożylnym Gd-DTPA ulega wydalaniu przez nerki i nie jest metabolizowany in vivo. Stosowanie Gd-DTPA (jak i innych środków paramagnetycznych) jest bezpieczne biologicznie, ponieważ częstość występowania skutków ubocznych jest znacznie mniejsza niż po jodowych środkach kontrastowych, w tym nawet środkach niejonowych. Ze względu na tak wysokie bezpieczeństwo badania MR z podaniem środka paramagnetycznego są wskazane u chorych z nietolerancją jodowych środków kontrastowych stosowanych np. w tomografii komputerowej.

 

Podstawowe zalety badań MR

1. Podstawową zaletą badań MR jest ich bezpieczeństwo dla pacjenta. W przeciwieństwie do tomografii komputerowej w MR nie używa się promieniowania rentgenowskiego. Powszechnie uważa się zatem, iż badania MR są badaniami nieinwazyjnymi i nie obciążającymi chorego.
2. Badania MR pozwalają na obrazowanie wielopłaszczyznowe, a więc uzyskanie obrazu w różnych, w zasadzie dowolnych przekrojach, co doskonale ułatwia dokładną lokalizację zmian i ich umiejscowienie względem struktur anatomicznych.
3. Rezonans magnetyczny cechuje się bardzo wysoką rozdzielczością przestrzenną, co pozwala na uwidocznienie drobnych szczegółów anatomicznych i zmian patologicznych o bardzo małych wymiarach.
4. MR jest również metodą o najwyższej zdolności kontrastowej dotyczącej tkanek miękkich, które w różnych sekwencjach rezonansowych mają odmienny sygnał (różną jasność na otrzymywanych obrazach). Umożliwia to doskonałe zróżnicowanie różnych rodzajów tkanek oraz rozpoznanie różnicowe poszczególnych typów zmian patologicznych.
5. MR jest kompleksową metodą diagnostyczną. Zakres obrazowania MR jest  bardzo szeroki, obejmuje obrazowanie strukturalne (morfologiczne) w zakresie całego ciała, obrazowanie naczyń tętniczych lub żylnych (angio-MR), dróg żółciowych i trzustkowych (cholangiopankreatografia MR – MRCP), dróg moczowych (urografia MR i hydrografia MR), przestrzeni płynowych kanału kręgowego (pielografia MR). Odrębnym działem badań MR są badania czynnościowe: obrazowanie dyfuzyjne, w których dokonuje się mapowanie ruchów cząsteczek wody w tkankach (diffusion weighted imaging – DWI), badania czynnościowe (functional MR – fMR) pozwalające na uwidocznienie ośrodków mózgowia odpowiedzialnych za różne funkcje (np. ośrodek mowy, ośrodki ruchowe) oraz spektroskopia MR (MRS), metoda umozliwiająca nieinwazyjne określenie składu chemicznego badanych tkanek.

Przeciwwskazania do badania MR obejmują:

• bezwzględnym przeciwwskazaniem do badania MR jest obecność rozrusznika serca, pomp do podawania leków, implantów ślimakowych, neurostymulatorów lub innych wszczepionych urządzeń elektronicznych
• przeciwwskazanie względnym jest obecność sztucznych zastawek serca, klipsów naczyniowych, oraz metalowych implantów ortopedycznych: sztucznych stawów, drutów, śrub i stabilizatorów – w tych przypadkach wymagane jest dostarczenie dokumentacji dotyczącej leczenia operacyjnego, zawierającej informacje na temat typu zastosowanego implantu oraz materiału z jakiego został wykonany. Wykonanie badania w tych przypadkach możliwe jest jeśli implanty wykonane są z materiałów posiadających atest pozwalający na badanie MR
• pacjenci z wszczepionymi stentami, filtrami naczyniowymi, po operacjach by-pass nie powinni być badani wcześniej niż 12 tygodni od zabiegu operacyjnego.
• ostrożność należy zachować u osób, mogących mieć metaliczne ciała obce np. opiłki żelaza, przede wszystkim w obrębie oczodołów – w tych przypadkach przed badaniem wskazana jest konsultacja okulistyczna i wykonanie zdjęć rentgenowskich
• ciąża nie jest przeciwwskazaniem do badania MR, dotychczas nie stwierdzono szkodliwego wpływu pola magnetycznego na płód, jednak wskazania do badania kobiet w ciąży oraz badanie płodu powinno być rozważone pod względem korzyści diagnostycznych; wykonanie badania MR zaleca się po zakończeniu pierwszego trymestru ciąży
• Wypełnienia, mostki i implanty stomatologiczne nie są przeciwwskazania do badania MR. Mogą jedynie powodować powstanie artefaktów w ich sąsiedztwie,  okolicy jamy ustnej i nosogardła.

 

Przygotowanie do badań rezonansu magnetycznego

• 2 godziny przed badaniem należy powstrzymać się od jedzenia.
• Jeśli badanie wykonywane jest w godzinach popołudniowych można zjeść śniadanie.
• Nie jest konieczne powstrzymywanie się od picia płynów. W dniu badania wskazane jest przyjęcie zwykłej ilości płynów (1-2 litry). Można pić wodę niegazowaną, niesłodzone soki owocowe, lekką herbatę.
• W dniu badania należy zażyć stale przyjmowane leki.
• Na badanie należy zgłosić się pół godziny przed planowanym terminem.
• Należy zabrać ze sobą wyniki wcześniejszych badań obrazowych (zdjęcia i opisy) oraz dokumentację z przebiegu leczenia (karty informacyjne, wypisowe).

 

Wskazania i główne zastosowania MR

Ośrodkowy układ nerwowy

Rezonans magnetyczny znajduje zastosowanie przede wszystkim w diagnostyce klinicznej ośrodkowego układu nerwowego i jest obecnie najdoskonalszą i najdokładniejszą techniką obrazowania  mózgowia i rdzenia kręgowego Badanie MR pozwala na ocenę tkanki mózgowej, z uwidocznieniem istoty białej i szarej korowej, jąder podkorowych, układu komorowego oraz wewnątrzczaszkowych odcinków nerwów czaszkowych. Ze względu na brak artefaktów pochodzenia kostnego, występujących w tomografii komputerowej badanie MR jest główną metodą oceny struktur tylnej jamy czaszki, ze szczególnym uwzględnieniem mostu i rdzenia przedłużonego. Wskazania do badania MR obejmują w zasadzie pełne spektrum zmian chorobowych mózgu i rdzenia kręgowego.

Zakres wskazań MR w diagnostyce OUN

• wady rozwojowe OUN
• zmiany nowotworowe i guzy mózgu, rdzenia kręgowego i kanału kręgowego
• choroby demielinizacyjne (np. diagnostyka stwardnienia rozsianego – SM)
• diagnostyka zmian niedokrwiennych mózgu i rdzenia kręgowego (udarowych), zwłaszcza we wczesnym okresie (pierwszej doby), kiedy zmiany te nie uwidaczniają się w tomografii komputerowej
• choroby zwyrodnieniowe i degeneracyjne (np. w choroba Alzheimera)
• schorzenia zapalne OUN: wirusowe, bakteryjne, grzybicze i pasożytnicze
• anomalie i wady naczyń mózgowych – tętniaki, malformacje naczyniowe - (angio-MR)
• diagnostyka obrazowa przysadki mózgowej
• obrazowanie oczodołów i struktur wewnatrzoczodołowych

 

Kręgosłup i układ kostno-stawowy

Rezonans magnetyczny jest doskonałą metodą badania stawów, zarówno dużych takich jak staw kolanowy, ramienny, biodrowy, czy skokowy, jak również w ocenie małych stawów: nadgarstka, śródręcza i śródstopia. Główne wskazania do badania obejmują zmiany pourazowe. MR pozwala na nieinwazyjną ocenę więzadeł i ścięgien, łąkotek stawów kolanowych, obrąbka stawowego w stawie ramiennym, chrząstki stawowej, obecności płynu w jamie stawowej. Rezonans magnetyczny jest wykorzystywany także w rozpoznawaniu i ocenie stopnia zaawansowania zmian nowotworowych i zapalnych kości i tkanek miękkich. Pozwala na ustalenie stopnia złośliwości guza oraz określenie rozległości nacieku.

Badanie MR umożliwia także uwidocznienie wszystkich elementów anatomicznych kręgosłupa; trzonów i łuków kręgów, krążków międzykręgowych, więzadeł oraz rdzenia kręgowego. MR jest najdokładniejszym badaniem w przypadkach choroby zwyrodnieniowej krążków międzykręgowych, uwidaczniającym zmiany wczesne, niewidoczne w innych technikach obrazowych. MR jest metodą z wyboru przy kwalifikacji chorych do zabiegu operacyjnego z powodu zmian zwyrodnieniowych (tzw. dyskopatii) oraz w monitorowaniu i ocenie skuteczności leczenia operacyjnego. Badanie MR kręgosłupa jest szczególnie istotne również w przypadku zmian pourazowych zwłaszcza do określenia uszkodzenia rdzenia kręgowego lub ucisku nerwów rdzeniowych.

 

Angiografia MR

Badanie MR nie tylko pozwala na uwidocznienie struktur anatomicznych ale także dostarcza informacji o przepływie krwi. Dzięki wykorzystaniu specjalnych technik obrazowych w badaniach MR możliwe jest uzyskanie obrazu naczyń krwionośnych – tętniczych lub żylnych, bez konieczności podawania środka kontrastowego. Liczne prace kliniczne potwierdzają przydatność angiografii MR w diagnostyce schorzeń naczyniowych mózgowia - tętniaków oraz malformacji tętniczo-żylnych. Wysoka czułość angiografii MR sprawia, że są one polecana jako badania przesiewowe w diagnostyce wad naczyń mózgowych.

 

Cholangiopankreatografia MR (MRCP), mielografia MR i hydrografia MR

Dzięki zastosowaniu specjalnych technik badania MR pozwalają w sposób nieinwazyjny (bez konieczności nakłucia oraz podawania środka kontrastowego) na uwidocznienie przestrzeni płynowych różnych narządów. W ten sposób można uzyskiwać obrazy pęcherzyka żółciowego, dróg żółciowych i trzustkowych, układu moczowego oraz przestrzeni płynowych kręgosłupa. Badanie dróg żółciowych i trzustkowych określane jest jako MRCP - cholangiopankreatografia MR, układu moczowego – hydrografia MR, natomiast kanału kręgowego – jako pielografia MR. Badania te pozwalają na uzyskanie wysokiej jakości i rozdzielczości obrazów zarówno prawidłowych jak i poszerzonych dróg żółciowych, moczowych jak też worka oponowego kręgosłupa i stanowią istotną alternatywę dla odpowiednich badań inwazyjnych takich jak np. ECPW (endoskopowa cholangiopankreatografia wsteczna), konwencjonalna mielografia czy też urografia.

 

Spektroskopia MR ( magnetic resonance spectroscopy – MRS)

Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego dostarcza obecnie nie tylko dokładnych, szczegółowych informacji o anatomii narządów ciała lecz pozwala uzyskiwać informacje o składzie biochemicznym różnych narządów wewnętrznych. Tego typu badania wykonywane są za pomocą techniki określanej jako spektroskopia MR. Metoda ta określana jest często jako „nieinwazyjna biopsja” ponieważ umożliwia w sposób nieinwazyjny na wgląd w przebieg procesów metabolicznych żywych organizmów. W metodzie stosowane jest pole magnetyczne o wysokim natężeniu i wykonywanie badań MRS jest możliwe jedynie przy użyciu wysokoteslowych aparatów MR.

Praktycznie metody spektroskopii rezonansowej wykorzystywane są głównie w badaniach OUN m. in. w diagnostyce uszkodzeń ogniskowych o charakterze niedokrwiennym, do oceny aktywności procesów demielinizacyjnych (np. w stwardnieniu rozsianym) oraz w chorobach zwyrodnieniowych (np. choroba Alzheimera).  Wiele uwagi poświęca się również zastosowaniu spektroskopii do diagnostyki i różnicowania guzów ośrodkowego układu nerwowego oraz oceny skutków radioterapii i odpowiedzi na chemioterapię u chorych z nieoperacyjnymi guzami mózgu. Metody MRS znalazły również swoje miejsce w diagnostyce schorzeń mięśni szkieletowych, mięśnia sercowego oraz w schorzeniach miąższowych wątroby (np. stłuszczeniu i marskości wątroby).

 

Badania dyfuzyjne (Diffusion Weighted Imaging – DWI) i perfuzyjne (Perfusion MR)

Udary niedokrwienne  mózgu, zaliczane do chorób społecznych stanowią trzecią w kolejności po zawałach serca i nowotworach najczęstszą przyczynę umieralności. Corocznie schorzenie to dotyka niemal 2 promile populacji, a szczyt zachorowalności przypada na 65 rok życia. Warunkiem nowoczesnej, skutecznej terapii zawałów mózgu (fibrynoliza) dążącej do jak najszybszego przywrócenia przepływu mózgowego w okresie zmian odwracalnych jest szybka i precyzyjna selekcja pacjentów z podejrzeniem klinicznym udaru mózgowego. Powodzenie terapii, poza czynnikiem czasu, uwarunkowane jest także właściwą oceną przyczyn zawału oraz określenia rozległości uszkodzenia tkanek. Dlatego też w dobie coraz szerszego stosowania leczenia trombolitycznego udarów wzrasta rola badań obrazowych. Nowe aplikacje w obrazowaniu MR, w tym przede wszystkim obrazowanie dyfuzyjne (DWI), perfuzyjne (Perfusion MR) i spektroskopia MR (1H MRS) pozwalają na wykrycie zmian niedokrwiennych już w pierwszych minutach upośledzenia regionalnej perfuzji i stwarzają dużą szansę na skuteczne leczenie fibrynolityczne, wspomagane zazwyczaj odpowiednimi lekami cytoprotekcyjnymi i  przeciwobrzękowymi.