Визуальная диагностика с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в ветеринарной неврологии

Л. Козениль

Визуальная диагностика, осуществляемая с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР), крайне необходима при исследовании ЦНС.
Знание терминологии и принципов ее применения позволяют лучше интерпретировать визуальное изображение.

Визуальная диагностика с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) основана на анализе взаимодействия двух магнитных полей с нуклеарной частью атома водорода, тогда как томоденситометрия (или сканирование) базируется на ослаблении рентгеновских лучей, проходящих через ткани.

Данная статья не ставит перед собою задачу детального описания основных технических и математических принципов ядерного магнитного резонанса. В первой ее части внимание уделяется схематическому пониманию основных принципов, тогда как во второй путем применения и интерпретации специальных терминов описываются характеристики тканей, визуализируемых с помощью ЯМР, в сравнении с методом томоденситометрического исследования.

 

Физические основы ЯМР

Фото 1. Проведение ЯМР на собаке. Этот аппарат обладает низкой интенсивностью магнитного поля.

Животное помещено в высокоинтенсивное фиксированное магнитное поле (0,3-2,0 Tesla). Это вызывает ориентацию магнитных диполей1 спинов2, формирующихся с помощью ядерного аппарата водорода (рис. 1 и фото 1). Второе магнитное поле применяют в интересующей нас области. Протоны абсорбируют эту энергию и, синхронизируясь (обновление фазы), осуществляют «прецессию»3 (движение гироскопа4) (рис. 2). Когда это второе магнитное поле нарушается, то возвращение протонов в их первоначальное равновесное состояние сопровождается образованием электрического сигнала, улавливаемого принимающей антенной (рис. 3). Этот сигнал трансформируется в визуальное изображение с помощью компьютера (согласно математическому закону Фурье5).


1 Магнитный диполь (от греч. di — два и polos — полюс). 1. Электрический диполь – совокупность двух зарядов, равных по величине и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии по отношению друг от друга; 2. Магнитный диполь – совокупность двух равных по величине фиктивных магнитных зарядов противоположного знака, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. В действительности магнитных зарядов не существует, однако магнитное поле замкнутых токов на больших от них расстояниях оказывается таким же, как если бы оно было создано магнитным диполем.
2 Спин (англ. spin — вращение). Собственный момент количества движения микрочастицы, имеющей квантовую природу и не связанной с движением частицы как целого, измеряется в единицах Планка постоянной h и может быть целым (0, 1, 2, …) или полуцелым (1/2, 3/2, …).
3 Прецессия (лат. precessio – движение впереди). Движение оси вращения твердого тела, в частности гироскопа, при котором оно описывает круговую коническую поверхность. Одновременно ось может совершать нутационные колебания. П. без нутационных колебаний называют регулярной.
4 Гироскоп (от греч. gyros — круг, и skopein — смотреть). Твердое тело, быстро вращающееся вокруг собственной оси вращения. При этом ось вращения Г. обычно закрепляют в так называемом кардановом подвесе. Основное свойство Г. с тремя степенями свободы состоит в том, что его ось устойчиво сохраняет приданное ей первоначальное направление. Если на такой гироскоп начинает действовать сила, то ось его отклоняется не в сторону ее действия, а в направлении перпендикулярном к ней; в результате гироскоп начинает прецессировать.
5 Закон Фурье, закон теплопроводности изотропных сред, связывающий градиент температуры в среде с плотностью теплового потока; установлен Ж. Фурье (1822).


Рисунок 1. Фиксированное поле (В0) построено в определенной направленности диполей (суммарный вектор зеленого цвета). Рисунок 2. Второе магнитное поле представленное “прецессией” диполей (изменение угла суммарного вектора). Рисунок 3. Остановка второго магнитного поля в виде схематического изображения спиралевидной кривой диполей, которое излучает некую энергию. Этот сигнал регистрируется на экране в виде визуального изображения.

Интервал между эмиссией (испусканием) сигнала и его рецепцией (приемом) (TE = времени эха), а также время повторов второго магнитного поля (TR = время повтора), которое можно изменять, позволяет получить оптимальную контрастность тканей. Разные равновесные состояния (выбор оценок в TE и TR) вызывают изменение интенсивности сигнала, что дает возможность дифференцировать ткань (белое или серое вещество, жир, спинномозговая жидкость и т. д.) (приложение 1).


Приложение 1. Трактовка понятий и аббревиатур

  • Визуальное изображение с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и отсутствие магнитного резонанса (ОМР), потому что качество “ядра”, вероятно, было негативным.
  • Tesla: международная единица магнитного поля.
  • TR: время повтора: время между первым и вторым излучениями магнитного поля.
  • ТЕ: время эхо: время между эмиссией сигнала и его приемом.
  • Равновесное состояние спинового эхо в режиме Т1: ТЕ приблизительно равно 25 ms, и TR равно 300-500 ms.
  • Равновесное состояние спинового эхо в режиме Т2: ТЕ приблизительно равно 100 ms, TR от 1500-2000 ms.
  • Соли гадолиниума: это контрастные продукты с парамагнитными свойствами, приводящими к улучшению контраста между здоровой тканью и тканями с нарушением гемато-менингеального барьера.
  • Spin: это способность диполей вращаться вокруг собственной оси.

Таким образом, изображение, которого мы добиваемся в режиме равновесного состояния T1 (TR и TE короткие), основано на получении слабого сигнала или слабой интенсивности тканей, содержащих большое количество воды (например, спинномозговая жидкость). Равновесное визуальное изображение в режиме T2 (TR и TE длинные) дает более интенсивную картину тех же самых тканей, отображаемых на экране (фото 3).

 

Принцип интерпретации

Визуальные изображения структур головного и спинного мозга, а также нормальных позвонков описаны в различных источниках ветеринарной медицины.

 

Головной мозг

Последовательности равновесных состояний в режиме Т1 дают великолепную контрастность различных анатомических структур головного мозга. Последовательности в режиме Т2, наоборот, дают великолепную дифференциацию белого/серого вещества.

Белое вещество в супратенториальной области головного мозга легко дифференцируется от серого вещества. Оно в режиме равновесного визуального изображения Т1 характеризуется высокой интенсивностью благодаря выраженному содержанию жирового компонента (миелина6) (фото 2). При этом интенсивность серого вещества менее выражена.


6 Миелин (англ. mуelin). Субстанция, состоящая из липидов и жиров, которая формирует изолирующий чехол вокруг некоторых нервных волокон, называемых миелиновыми.


Ствол головного мозга и наиболее крупные ядра в субтенториальной области имеют менее интенсивное изображение в сравнении с белым веществом, которое их окружает (фото 4). Система желудочков очень легко визуализируется за счет низкой интенсивности, создаваемой равновесными состояниями в последовательностях Т1, а также за счет повышенной интенсивности равновесных последовательностей в Т2 (фото 2, 3 и 4).

Фото 2. Равновесное визуальное изображение в режиме Т1 (TR и TE короткие) в поперечном срезе на уровне промежуточной части мозга. Следует обратить внимание на слабую интенсивность спинномозговой жидкости (появление темно-серого цвета) внутри латеральных и третьего желудочков. Белое вещество коры головного мозга несколько интенсивнее серого. Фото 3. Равновесное визуальное изображение в режиме Т2 (TR и TE длинные) на том же уровне, как и фото 2. Следует отметить повышенную интенсивность спинномозговой жидкости (появление белого контраста) внутри латеральных и третьем желудочках, а также в субарахноидальном пространстве и перикортикальной области. Белое вещество дифференцируется лучше серого вещества. Фото 4. Равновесное визуальное изображение в режиме Т1 в сагиттальном срезе между полусферами головного мозга. Мы распознаем полушария, с их латеральными желудочками, мозжечком и стволом гловного мозга в продольном срезе. Некоторые ядра имеют низкую интенсивность. Зона повышенной интенсивности под мозжечком соответствует хороидному сплетению, которое обнаруживают путем инъекции контрастного парамагнитного продукта.

 

Спинной мозг

Небольшой диаметр спинного мозга у собаки и кошки при недостаточно интенсивном магнитном поле, как правило, ограничивает возможность детализации визуального изображения внутри спинного мозга и нервных корешков. Последовательности равновесных состояний в режиме Т1 позволяют провести исследование спинного мозга. Последовательности равновесных состояний в режиме Т2 дают четкую контрастность пространства, заполненного спинномозговой жидкостью (ЦСЛ с повышенной интенсивностью), и костно-связочных структур (слабо выраженная интенсивность). Таким образом мы добиваемся эффекта миелографии (фото 5).

Фото 5. Равновесное визуальное изображение в режиме Т2 в поперечном срезе спинного мозга у кошки на уровне атланта. Следует отметить наличие серого вещества в форме бабочки.

 

Прилегающие ткани

Костная ткань не излучает сигнал, потому что она содержит незначительное количество свободных протонов. Сосуды также не издают сигнала в связи с циркуляцией крови. Межпозвоночные диски в нормальном состоянии характеризуются очень выраженным содержанием воды в пульпозном ядре. Их изображение на экране при равновесном состоянии в режиме Т2 характеризуется повышенной интенсивностью, тогда как в Т1 она снижена (фото 6). Фиброзные кольца и прилегающие к ним связки проявляются с более слабой интенсивностью, также как и кортикальный слой костной ткани эпифизов и тела позвонков. Спонгиозная часть кости, костный мозг, и жир, локализующийся в перидуральной области дают средне умеренную интенсивность изображения при равновесной последовательности в режимах Т1 и Т2. Мышечная ткань имеет среднюю степень интенсивности.

Фото 6. Равновесное визуальное изображение шейного отдела позвоночного столба в режиме Т1 (сагиттальный срез). Спинной мозг серого цвета, интенсивность окраски спинномозговой жидкости снижена, интенсивность костного мозга в телах позвонков повышенная. Следует отметить повышенную интенсивность дисков на уровне С5-С6, а также эффект воздействия массы на спинной мозг (формирование грыжи в спинномозговом канале).

 

Использование контрастных веществ

Гадолиниум (hadolinium) является парамагнитным продуктом, который после внутривенной инъекции, вызывает увеличение интенсивности сигнала, свидетельствующего о повреждении, если целостность сосудов или гемато-гистологического барьера нарушена (рис. 4). Такие контрастные агенты не имеют прямого изображения на экране, но они изменяют локальное поле, воздействуя на прилегающие протоны (они сокращают TR при визуализации в Т1), что в свою очередь изменяет интенсивность сигнала (мощный сигнал).

Рисунок 4. Принцип диффузии парамагнитного продукта в паренхиме при проницаемости гемато-паренхиматозного барьера.

 

Сравнение с томоденситометрией. Преимущество ЯМР

Качественный анализ анатомических элементов
Ядерно-магнитный резонанс дает более высокое качество детализации анатомических элементов в сравнении с методом томоденситометрии. Эти различия объясняются высокой разрешающей способностью контраста. Например, при проведении метода томоденситометрии возникают линейные артефакты в задней ямке мозга или субтенториальной области за счет каменистой части височной и мыщелков затылочной костей и позвонков (феномен увеличения плотности костной ткани). Это ограничивает разрешающую способность паренхимы ствола головного мозга (фото 7). Вышеуказанные недостатки в ЯМР отсутствуют, так как ткани не подвергаются прохождению через них рентгеновских лучей и являются источником электромагнитного сигнала (фото 8).

Фото 7. Томоденситометрическое визуальное изображение в поперечном срезе на уровне ствола головного мозга. Следует отметить увеличение плотности костных структур (вследствие прохождения рентгеновских лучей), экранирующих паренхиму ствола головного мозга. Фото 8. Визуализация равновесного состояния плотности протонов (TR длинные и TE короткие) в поперечном срезе на уровне ствола головного мозга. Следует отметить великолепную дифференциацию структур ствола головного мозга (третий желудочек, серые ядра и пучки белого вещества). Также следует обратить внимание на ослабление изображения костной ткани.

 

Ориентация изображений в пространстве

В ЯМР визуальные изображения могут быть ориентированы во всех проекциях исследуемого пространства (сагиттально, коронально — в своде черепа, т.е. лобной кости, и аксиально) при одной позиции животного (фото 9). При этом информационное устройство позволяет реконструировать визуальное изображение в необходимом сечении, без изменения позиции пациента, в отличие от метода томоденситометрии.

Фото 9. Равновесное визуальное изображение в режиме Т1 при корональном срезе (свод черепа,формируемый лобными костями) на уровне ствола головного мозга. Необходимо обратить внимание на визуализацию зрительных нервов, отходящих от сетчатки глаз.

 

Очень низкий риск для животного

Животное не подвергается воздействию рентгеновских лучей и в результате может быть подвержено нескольким сеансам без какой-либо опасности. Так или иначе, риск использования контрастных парамагнитных агентов существенно ниже йодированных продуктов.

 

Недостатки ЯМР

Томоденситометрия в основном с помощью некоторых приспособлений для настройки (образование костных окон) обладает высокой разрешающей способностью визуализации костной ткани на достаточно хорошем уровне, в отличие от ЯМР (фото 10). Костная ткань не способна воспроизвести электромагнитный сигнал, который если и образуется, то слабой интенсивности, и при повреждении костной ткани может оказаться незамеченным. В случае введения ферромагнитного компонента отмечается интерференция и в основном возникает риск смещения по причине возникновения очень большого базового магнитного поля.

Фото 10. Томоденситометрическое изображение в поперечном срезе на уровне ствола головного мозга (регулировка костных окон). Следует обратить внимание на детализацию границ структур барабанных пузырей и каменистых костей (по данным исследования Delisle и Devauchelle, отдел «РадиотерапияСканер», Альфорт).

Наконец, следует учитывать длительность времени исследования по сравнению с тем, которое необходимо для новых поколений сканера и высокую стоимость контрастных парамагнитных продуктов.

 

Характеристики повреждений

Великолепная дифференциация двух прилегающих тканей (количественная и конструктивная дифференциация протонов) позволяет ЯМР обнаружить множественные нарушения нервной системы и иногда уточнить их природу (дегенеративные изменения, опухоль и нарушения сосудов).

 

Новообразования

Новообразования визуализируются слабо и в основном в равновесной последовательности Т1, потому что нормальная паренхима и неопластическая ткань по их консистенции часто схожи. И наоборот, могут быть отмечены вторичные неспецифические эффекты: смещение нормальных структур под воздействием массы. Гадолиниум позволяет лучше определять их границы, потому как он накапливается в неопластической ткани благодаря проницаемости гематопаренхиматозного барьера в новообразовании.

 

Отеки и дегенеративные изменения

Зоны отека воспалительной, травматической или сосудистой природы хорошо дифференцируются в визуальном изображении при равновесном состоянии в режиме Т2 в связи с увеличением интенсивности участков за счет свободной воды. С помощью некоторых последовательностей удается выявлять повреждения волокон нервной системы и получать информацию для прогноза заболевания. Дегенеративные изменения позвоночного столба (стеноз, дегенеративные нарушения и межпозвоночная грыжа диска, деформирующий спондилез) также могут быть исследованы с помощью ядерного магнитного резонанса.

Дегидратация ядра диска, которая соответствует симптому дегенеративного изменения, может быть оценена с помощью изображения при равновесном состоянии в режимах Т1 или Т2, потому как это состояние ведет к снижению интенсивности сигнала.

 

Перспективы на будущее

Магнитный резонанс адаптирован для оценки сосудистых структур (визуализация и функционирование) благодаря его чувствительности к феноменам, связанным с кинетикой (приложение 2). Ангиография с помощью магнитного резонанса (МР) высокого качества может быть сопоставима с классической ангиографией, но в данном случае ее добиваются неинвазивным способом (фото 11).

Фото 11. Ангиография выполнена с помощью магнитного резонанса у собаки. Паренхима головного мозга и все другие ткани не визуализируются, изображение представлено только артерио-венозной сетью.

Приложение 2. Схема визуального изображения

Схема визуального изображения через магнитный резонанс состоит из четырех этапов:

  1. Получение градиента эхо в режиме Т1, в сагиттальной плоскости, который является контрольным.
  2. Серия в режиме Т1 без инъекции, проводимая в аксиальной плоскости для осуществления поиска нарушений травматической природы или аномалий.
  3. Серия в режиме Т1 после инъекции гадолиниума для осуществления поиска нарушений, связанных с новообразованиями или инфекционным процессом.
  4. Серия в режиме Т2 для обеспечения поиска повреждений воспалительной и сосудистой природы или интрааксиального новообразования.

Спектроскопия с помощью МР — это метод, который помимо водорода позволяет анализировать другие нуклеарные структуры визуализируемой ткани. Ее развитие даст возможность приблизится к изучению характеристик тканей (дифференциация нарушений неопластической и дегенеративной природы).

Метод функционального МР позволяет проводить картографию активности головного мозга, осуществляя тем самым большой шаг в понимании нейрофизиологии. Новые аппараты, задуманные для активации «вхождения», практически будут давать реальное визуальное изображение, например, во время проведения хирургической операции.

 

Заключение

Визуальное изображение с помощью магнитного резонанса, вне всякого сомнения, является сложным методом, но обладающим большим потенциалом возможностей.

Чувствительность ЯМР в визуализации черепно-мозговой области и спинного мозга имеет преимущество по сравнению со сканером, но получаемые таким способом изображения редко подтверждают реальную природу нарушения. Его преимущество не согласуется с понятием сложности, но для его использования необходимо применение схем адаптированных последовательностей, которые уже наработаны. С другой стороны, интерпретация полученных визуальных изображений весьма эффективно проходит через знание нейроанатомии, а также нейрофизиологии и клинической неврологии. Возможность использования такого диагностического подхода в области ветеринарии требует времени. Ее грамотное использование требует соответствующих знаний клинициста.

СВМ 6/2004

Оценить материал
Нравится
Нравится Поздравляю Сочувствую Возмутительно Смешно Задумался Нет слов
Теги

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Подписка на новости

После отправки заполненной формы Вам на почту придёт письмо со ссылкой для подтверждения рассылки. Если Вы не видите письма, проверьте папку «Спам». Если не подтвердить рассылку, мы не сможем отправлять её Вам.






Нажимая на кнопку «Подписаться», я даю согласие на обработку персональных данных
Я ознакомлен с политикой конфиденциальности

Close