Wprowadzenie do diagnostyki obrazowej z zastosowaniem rezonansu magnetycznego. (część druga)07.10.2009

autor: Urszula Hangiel
słowa kluczowe: diagnostyka, MRI

obraz głowy - rezonans magnetyczny

Część pierwsza artykułu.

Zastosowanie kliniczne MRI

Skoro już przeanalizowaliśmy pokrótce zagadnienia fizyczne, które leżą u podstaw MRI, możemy zająć się zastosowaniem MRI w diagnostyce obrazowej.

Dzięki wysokiej czułości i wysokiej swoistości MRI stał się jedną  z najdokładniejszych metod obrazowania. Z uwagi na nieinwazyjność, możliwość uzyskania lepszego kontrastu tkanek - wynikającego z zawartości wody, nie jak w przypadku CT  z osłabienia promieniowania X, MRI stało się złotym standardem w obrazowaniu OUN, serca, mięśni, tkanek miękkich [5, 12].

Jednym z pierwszych zastosowań MRI była diagnostyka OUN.

Zastosowanie MRI w neurologii i neurochirurgii dotyczy szczególnie takich zagadnień  jak urazy głowy, wady rozwojowe, udary niedokrwienne i krwotoczne. Również MRI wykazuje większą czułość i swoistość jeśli chodzi o ocenę zmian nowotworowych  i rozrostowych oraz zmian degeneracyjnych. Niewątpliwie MRI jest niezastąpiony w takich badaniach jak traktografia. Jest to badanie przebiegu i ciągłości włókien nerwowych, które razem z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym – fMRI, pozwala na określenie obszaru mózgu, który ulega aktywacji na skutek wykonywania danej czynności np. mówienia, czytania. Najważniejsze zastosowanie – w planowaniu zabiegów neurochirurgicznych, tak aby nie uszkodzić najważniejszych ośrodków korowych. Stosowany również w diagnostyce padaczek, zespołów otępiennych itp.. MRI ogrywa istotną rolę w planowaniu radioterapii  i zabiegów neurochirurgicznych [3, 5].

Spektroskopia MRI ma zastosowanie w diagnostyce zmian nowotworowych,  w diagnostyce płodu– ocena choliny, do pośredniej oceny dojrzałości płuc płodu.

Obrazy z MRI stały się prawdziwą rewolucją, jeśli chodzi o nieinwazyjną  ocenę stanu kanału kręgowego i krążków międzykręgowych, w diagnostyce dyskopatii i guzów. Jest obecnie metodą z wyboru w diagnostyce zaburzeń neurologicznych powiązanych ze zmianami zwyrodnieniowymi kręgosłupa: dyskopatia, rwa kulszowa, zespół ogona końskiego, zespół stożka. Również szerokie zastosowanie znalazło w ortopedii, a mianowicie w diagnostyce stawów kolanowych i nadgarstków. W przeciwieństwie do dostępnych metod diagnostycznych, MRI jest jedyną nieinwazyjną metodą która uwidacznia stan łąkotek stawowych, stan chrząstki i więzadeł [5, 12].

Należy tu podkreślić, że MRI nie uwidacznia kości. Mogą się pojawić pytania - jak to skoro, na obrazach MRI widoczne są kości? Otóż na obrazach MRI uzyskujemy obraz szpiku kostnego i tych elementów kości, które są dobrze uwodnione. Stąd MRI nie jest stosowane w diagnostyce urazów kości [5].

W diagnostyce narządów klatki piersiowej i jamy brzusznej, MRI pozwala na uwidocznienie zmian w obrębie płuc, serca, wątroby, żołądka, jelit, narządów miednicy małej – jak macica, jajniki prostata (często trudne do uwidocznienia innymi metodami). Dodatkowo, dzięki możliwości wyłączenia sygnału z tkanki tłuszczowej (tzw. presaturacja), możliwa jest ocena narządów jamy brzusznej u osób z otyłością (co nie zawsze jest możliwe w USG lub w CT. MRI jest jedyną metodą diagnostyczną, która pozwala na równoczesną ocenę parametrów czynnościowych i morfologii nerek i tętnic nerkowych (tzw. renografia MR) [5, 8].

W onkologii MRI stało się złotym standardem i to we właściwie wszystkiego rodzaju zmianach  nowotworowych. Istnieje wysokie prawdopodobieństwo, że zostanie ono wyparte przez bardziej czułe i swoiste badanie PET – CT. Jednak mając na uwadze koszt pojedynczego badania, aparatury i dostępność urządzeń, MRI przez długi czas pozostanie złotym standardem diagnostycznym [5, 12].

Dynamicznie rozwija się obrazowanie dyfuzyjne rezonansu magnetycznego (DWI, ang. Diffusion-Weighted Imaging). Wykorzystuje się w nim ruchy Browna cząsteczek wody zewnątrzkomórkowej. W tej metodzie tworzy się mapy, na których obszary o zmniejszonej dyfuzji (np. na skutek obrzęku) mają zmieniony sygnał. Ponieważ te zmiany zachodzą kilka minut po wystąpieniu epizodu niedokrwienia, dzięki DWI można wykryć uszkodzenie OUN znacznie wcześniej niż w CT czy MRI [5, 8, 12].

W kardiologii MRI jest stosowane do statycznego różnicowania zmian w obrębie miocardium, oceny blizn pozawałowych, oceny żywotności mięśnia sercowego (zaleganie kontrastu w przestrzeni zewnątrzkomórkowej w bliznach pozawałowych - blizny są z tkanki łącznej) w ocenie nowotworów, kardiomiopatii rostrzeniowej. Do oceny jam serca, dużych naczyń krwionośnych i ich wewnętrznych ścian, oceny dysplazji arytmogennej prawej komory (tzw. Black blood – wytłumienie sygnału z krwi, krew w obrazie ciemna). 
W obrazie jamy serca są opróżnione z krwi. MRI nie obrazuje blaszek miażdżycowych, jednak znane są badania z tlenkami żelaza, które wykazują powinowactwo do blaszek miażdżycowych [10, 11] . Za pomocą MRI dokokonuje się również oceny funkcji skurczowej serca, oceny funkcji zastawek. Co należy podkreślić – zastosowanie MRI w kardiologii jest tym ważniejsze, że jest to badanie całkowicie nieinwazyjne, można je wykonać bez zastosowania środków kontrastowych i daje wgląd w drobne naczynia krwionośne [5].

Z uwagi na artefakty ruchowe, w kardiologii wykonuje się badania bramkowane EKG (skanowanie synchroniczne ze skurczem mięśnia sercowego), istnieje możliwość uzyskania badania serca w ruchu.

Wykonuje się  również badania perfuzyjne – dynamiczne. Są to badania w których ocenia się ukrwienie miocardium, badania z obciążeniem adenozyną1. Badanie z adenozyną daje lepsze uwidocznienie ubytków perfuzji, wymagany jest jednak stabilny stan chorego. MRI ma również zastosowanie w angiografii bez wykorzystania środka kontrastowego tzw. angio MR – PCA – Phase Contrast Angiogfaphy – angiografia kontrastu fazy. Istnieje możliwość oceny przepływu TOF (Time Of Flight) – tzw. angiografia czasu przepływu, badanie nie wymaga środka kontrastowego, gdyż kodowana jest prędkość i kierunki krwi płynącej [5, 12] .

Tak jak w CT tak i w MRI stosuje się środki kontrastowe. Jednak w przeciwieństwie do CT, środki kontrastowe nie zwiększają pochłaniania promieniowania X, lecz wydłużają lub skracają czasy relaksacji T1 i T2 dedykowanych tkanek.

Jak wspomniałam wcześniej, MRI jest stosowane również w badaniach naukowych np. fMRI, spektroskopia oraz w obrazowaniu multimodalnym np. z CT, z PET [1, 3]. Jedynym problemem jest kompatybilność powyższych urządzeń z MRI. Jak wiemy pole magnetyczne zakłóca pracę wielu urządzeń, stąd muszą one spełniać określone warunki aby mogły być stosowane razem z MRI (prym wiedzie technologia światłowodowa np. pulsoksymetry itp).

Potencjalne zagrożenia ze strony MRI

Badanie MRI jest badaniem nieinwazyjnym, niemniej jak w każdym badaniu mogą  wystąpić potencjalne zagrożenia dla pacjenta. Do takich zaliczymy: „latające" metalowe przedmioty np. butla z tlenem, wózki itp., hałas, przegrzanie pacjenta. Jeżeli chodzi  o „latające” przedmioty, ich wprowadzenie do pomieszczenia w którym znajduje się aparat jest zaniedbaniem ze strony personelu. Jest to istotnym zagrożeniem, gdyż przedmioty zawierające w swoim składzie ferromagnetyk np. butla z tlenem, w polu magnetycznym doznają dużego przyspieszenia. Dla przykładu spinka do włosów w polu magnetycznym  o natężeniu 3 T doznaje przyspieszenia nawet do 100 km/h. Należy pamiętać, że w rezonansie magnetycznym, pole magnetyczne jest zawsze włączone, nie tylko podczas skanowania pacjenta [5].

Oddziałując na jądra ośrodka impuls RF przekazuje im energię, która pozwala na zmianę ustawienia w polu magnetycznym oraz wywołuje precesję. Z fizyki wiemy, że drgające cząstki wytwarzają energię cieplną. Stąd też w przypadku diagnostyki MRI mówi się  o możliwościach podgrzania tkanek ciała. Skutki te opisuje parametr zwany SAR (z ang. Specific Absorption Rate), dotyczy on promieniowania fal radiowych RF. Wartość SAR jest wypadkową poszczególnych składowych: SAR = Jouli RF/Sekunda/kg = Wat/kg. Za normę przyjmuje się wartość < 3.2 W/kg uśrednione dla głowy. W przypadku podgrzania, szacuje się, że na skutek częstotliwości rezonansowej następuje podgrzanie tkanek o ok. 1 – 2 oC [5, 6, 7].

Opisując to prostymi słowami, temperatura ciała wzrasta jeśli tkanki z otoczenia (a więc pacjent) absorbują więcej energii na jednostkę  czasu, niż może być rozproszone przez zjawisko termoregulacji. Zatem podgrzanie tkanek wzrasta wraz ze wzrostem częstotliwości impulsu RF, która jest również zależna od natężenia pola magnetycznego. Wielokrotnie zdarza się, że pacjent w czasie badania odczuwa ciepło na skórze, często pojawia się uczucie gorąca na twarzy i zaczerwienienie skóry twarzy. Rzadziej spotykane są zlewne poty i wzrost pulsu. Należy również podkreślić, że temperatura głowy nie może przekroczyć 38oC. Dlatego też, mimo rozwoju technologii i coraz częstszego zastosowania MRI w diagnostyce prenatalnej, zaleca się szczególną ostrożność, gdyż płód jest znacznie wrażliwszy na zmiany temperatury niż osoba dorosła i istnieje potencjalne ryzyko uszkodzenia tkanek płodu [5].

Badany w trakcie wykonywania badania słyszy hałas, przypominający współczesną muzykę techno. Hałas ten jest efektem pracy gradientów, może mieć natężenie nawet 100 dB. Ponieważ przez cewki gradientowe przepływa prąd o różnych częstotliwościach (a więc różnych kształtach), to powoduje ich odkształcanie i drgania, a ponieważ cewki są zbudowane z grubych ”prętów”, logicznym jest ze będzie większy hałas [5].

Sposobem na zmniejszenie hałasu w skanerze może być zastosowanie wolnych sekwencji (to jednak wydłuży czas badania), można również  umieścić cewki gradientowe w próżni, jednak nastręcza to pewnych trudności konstrukcyjnych. Na rynku dostępne są również tzw. gradienty szepczące (ang. whisper gradients), jednak jest to dość drogie rozwiązanie. Można również zniwelować hałas, poprzez generowanie antydźwięków (dźwięki o takiej samej częstotliwości ale o przeciwnym kształcie fali).

Należy również  podkreślić, że jeśli chodzi o czas badania jest on dość długi w porównaniu z innymi metodami. Potrafi się on wahać od ok. 20 min (badania kolana, badania OUN), do nawet 1,5 godziny (fMRI, badania serca) [5, 12].

Przeciwwskazania do badania

Przeciwwskazaniem do badania jest przede wszystkim brak zgody pacjenta na wykonanie badania. Do kolejnych przeciwwskazań zaliczymy: wszczepiony stymulator serca, endoprotezy stawu biodrowego, stawu kolanowego. Mając na uwadze fakt, iż istnieje ryzyko podgrzania w polu magnetycznym, oprócz potencjalnego ryzyka rozregulowania stymulatorów u pacjentów w pełni od nich zależnych, istnieje ryzyko poparzenia np. mięśnia sercowego czy okolicznych tkanek [4]. Przeciwwskazaniem również jest zły stan chorego (chory nieprzytomny, chory w stanie ciężkim - wymagający wentylacji itp, chory niewspółpracujący), klaustrofobia, bardzo duża otyłość (średnica aparatu wynosi zwyczajowo 0,7 – 1 m), w przypadku badań bramkowanych EKG – niemiarowość rytmu serca, w przypadku badań z zastosowaniem środków kontrastowych nadwrażliwość na preparat lub jego składnik [5, 12].

Przypisy:

1 adenozyna pobudza receptory pre i postsynaptyczne, powoduje uwalnianie dopaminy, noradrenaliny a wiec wzrostu ciśnienia (przyp. Autorki).

Literatura:   

  1. Cho Z.H., Son Y.D., et al.; A fusion PET-MRI system with a high-resolution research tomography - PET and ultra-high field 7.0 T-MRI for the molecular-genetic imaging of the brain; Proteomics; Vol. 8, No. 6. (March 2008),1302-1323. DOI 10.1002/pmic.200700744;

  2. Gonet B; Spektroskopia i tomografia MR - zasady fizyczne; Kardiologia po dyplomie; 2003; 12 (2): 6; 91 – 96;

  3. Hangiel U; Podstawy fizyczne pozytonowej tomografii emisyjnej, możliwości diagnostyczne i kierunki rozwoju; praca magisterska, Warszawski Uniwersytet Medyczny; 19.03.2009;

  4. Naehle CP, Strach K, Thomas D; Magnetic resonance imaging at 1.5-T in patients with implantable cardioverter – defibrillators; J Am Coll Cardiol.; 2009; 54(6):549-55;

  5. Pruszyński B. red.; Radiologia. Diagnostyka obrazowa Rtg, TK, USG, MR i medycyna nuklearna; PZWL; 2008;

  6. Schild H; Zrozumieć rezonans magnetyczny (...to może być proste), Scheringówka; Warszawa; 1994;

  7. Stelter J.,  Wtorek J.; Pakiet nr 7: Technika Rezonansu Magnetycznego (strona internetowa); http://astrophysics.fic.uni.lodz.pl/medtech/pakiet7/pakiet7.html; 10.09.2009;

  8. Szewczyk P., Guziński M., Sąsiadek M.; Zastosowanie obrazowania dyfuzji rezonansu magnetycznego (DWI) w różnicowaniu świeżych i przewlekłych zmian niedokrwiennych — opis przypadku; Interdyscyplinary Problems of Stroke 2008; 10 (1): 49–54;

  9. Tjun Y. Tang, MRCS; Simon P.S.; Correlation of Carotid Atheromatous Plaque Inflammation Using USPIO-Enhanced MR Imaging With Degree of Luminal Stenosis, Stroke. 2008;39:2144-2147;

  10. Trivedi R. A., U-King-Im J. MGraves., M. J.; Noninvasive imaging of carotid plaque inflammation, Neurology, Vol. 63, Issue 1, 187-188, July 13, 2004;

  11. Ziemiański A., Borkowski W.: Rezonans Magnetyczny, Pruszyński B.(red), Diagnostyka obrazowa, podstawy teoretyczne i metodyka badań, PZWL Warszawa, 2000, 505 – 539;

ISSN 1689-7730