Wprowadzenie do rezonansu magnetycznego

Wprowadzenie

Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MR) to temat, który przedstawiany jest w bardzo różny sposób na uczelniach medycznych. Zarówno studenci, jak i pracownicy ochrony zdrowia mogą otrzymywać różne standardy nauczania w tej materii.

Te zawiłości w interpretacji MR mogą onieśmielać studentów. W tym miejscu przedstawiamy krótki przegląd podstaw, podejścia i interpretacji MR. Jednym wpisem nie będziemy w stanie zmienić Cię w radiologa, ale przynajmniej postaramy się, żebyś zdobył/a podstawowe narzędzia do dalszej nauki.

Dlaczego musimy korzystać z rezonansu magnetycznego?

Generalnie rezonans magnetyczny jest używany rzadziej niż RTG, czy TK. Często rezonans magnetyczny zarezerwowany jest dla lepszego oglądania tkanek miękkich. MR jest szczególnie pomocny u pacjentów z podejrzeniem zmian w obrębie OUN lub układu mięśniowo-szkieletowego. Uzyskanie obrazów metodą MR trwa nieco dłużej i jest to metoda droższa. MR jest przeciwwskazane u pacjentów, którzy mają implanty z metalu ferromagnetycznego (zawierające żelazo) lub jakiekolwiek inne podejrzane ciało obce.

Jak działa MR?

Czynnikiem determinującym działanie rezonansu magnetycznego jest pole magnetyczne. Służy ono do wpływania na elektromagnetyczną aktywność jąder komórkowych. Pod wpływem pola magnetycznego dochodzi do uwolnienia z nich energii, która przyjmuje postać sygnałów o częstotliwości radiowej (RF). Ta częstotliwość radiowa jest z kolei zapisywana przez cewki odbiorcze maszyny i przetwarzana na obraz.

Ciało człowieka zbudowane jest z atomów. Procentowo największy udział w budowie ciała człowieka mają cząsteczki wody, składające się z 2 atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Jest to powód dla którego aparaty MR wykorzystują pole magnetyczne do oceny zachowania jąder wodoru.

Charakterystyczną cechą jąder wodoru jest to, że mają nieparzystą liczbę protonów lub neutronów. Zachowują się względem się siebie jak sztabki magnesu, które w dodatku stale się poruszają – rotują w obrębie własnego otoczenia. Poruszający się ładunek elektryczny stanowi istotę prądu elektrycznego. Prąd elektryczny z kolei indukuje pole magnetyczny, dlatego każdy proton wytwarza pole magnetyczne wokół siebie i współtworzy wraz z innymi protonami (jądrami wodoru) tzw. „sieciowy moment magnetyczny”.

Protony rotują w sposób losowy, niezorganizowany w ciele człowieka.

Kiedy pacjent znajduje się w silnym polu magnetycznym, jego protony ustawiają się zgodnie z kierunkiem pola magnetycznego. Jedne będą ustawiać się równolegle, inne przeciwrównolegle względem pola. Każda tkanka znajdująca się w polu magnetycznym posiada swój własny seciowy wektor magnetyzacji, będący sumą wszystkich momentów magnetycznych.

Budowa skanera MR

Skaner MR składa się z 3 podstawowych elementów: magnesu, cewek oraz komputera. Po krótce omówimy sobie każdy z elementów.

Magnes

W przypadku skanera MR do czynienia mamy z magnesem nadprzewodzącym, który zawiera własną cewkę przewodzącą, schłodzoną do -269 stopni Celsjusza (dzięki zastosowaniu płynnego helu lub azotu). Tak niska temperatura zapewnia redukcję oporu przepływu prądu w przewodniku. Dzięki temu prąd elektryczny przesyłany przez tę cewkę przepływa w sposób ciągły, wytwarzając ciągłe pole magnetyczne. Jak silne jest to pole? Większość dostępnych skanerów wytwarza pole magnetyczne o sile między 0,5 a 3 Tesli. Im wyższa siła magnesu, tym wyższa rozdzielność przestrzenna. Z kolei magnesy o niższej sile pola magnetycznego zapewniają lepszy kontrast tkanek.

Cewki

Cewki znajdują się w magnesie i dzieli się je na kilka typów. Mogą albo przekazywać pulsy fal o częstotliwości radiowej (RF) – są to tzw. cewki transmisyjne, albo cewki zbiorcze, które odbierają sygnał.

Ze względu na lokalizację cewek dzieli się je na objętościowe, powierzchniowe i gradientowe. Cewki objętościowe są stałą częścią aparatu, otaczają badaną część ciała. Cewki powierzchniowe układa się bezpośrednio na badanym obszarze i są przydatne do obrazowania struktur położonych powierzchownie. Cewki powierzchowne są cewkami wyłącznie odbiorczymi w przeciwieństwie do cewek objętościowych, które pełnią rolę zarówno transmisyjną jak i odbiorczą RF. Cewki gradientowe z kolei ułatwiają określenie z jakiej tkanki pochodzi dany sygnał, gdyż dzięki nim dochodzi do oceny sygnału w trzech płaszczyznach: x, y, z. Są niezbędne do wytwarzania obrazów.

Zastosowanie impulsu RF zmieni kierunek ułożenia tych jonów wodoru. Kiedy impuls RF zostanie wyłączony, jony te będą próbowały ponownie wyrównać się z polem magnetycznym i uwolnią sygnał. Siła tego sygnału zależy od rodzaju tkanki (tłuszcz, mięśnie, woda), w której znajduje się jon wodorowy.

Komputer

Rolą komputera jest przetwarzanie sygnałów o częstotliwości radiowej (RF) i wytwarzanie obrazu. Parametry obrazowania pozwalają ustalić zależności między tkankami, wykrywania sygnałów o różnych zakresach i różnych płaszczyznach namagnesowania – nazywa się to „weighted imaging”. Można również nakazać komputerowi ignorowanie pewnych wartości sygnałów w celu ich „stłumienia” jeśli chodzi o oglądanie zdjęć – to tak zwane sekwencje „tłumienia tłuszczu”

Jak powstaje obraz w MR?

Kiedy pacjent znajdzie się w polu magnesu skanera, jądra wodorów ustawiają się wzdłuż zewnętrznego pola magnesu. Cewki transmisyjne wysyłają krótki puls elektromagnetyczny (RF), zmieniając ustawienie protonów. Dochodzi wówczas do zjawiska magnetyzacji poprzecznej i podłużnej. To co jest najistotniejsze, to wyłączenie wiązki RF, podczas której wcześniej wzbudzone protony ulegną relaksacji i „wracają na swoje miejsca”. Energia wyzwolona w tym procesie jest rejestrowana przez cewki odbiorcze.

Obrazy i sekwencje MR

Obrazy w sekwencjach T1 i T2

T1 i T2 to czas, który jest potrzebny, aby doszło do powrotu i zaniku sygnału. T1 odpowiada relaksacji podłużnej a T2 poprzecznej. Relaksacja T1 – oznacza czas powrotu tkanki do pierwotnego wymiaru podłużnego. Relaksacja T2 powrót do orientacji poprzecznej.

Obrazy T1 i T2 demonstrują różne tkanki w oparciu o czas impulsów RF. Pomiędzy tymi dwoma sekwencjami są kluczowe różnice, o których musisz pamiętać:

Co jest jasne, a co jest ciemne?

Jasne czyli hiperintensywne w sekwencji T1 są następujące tkanki i stuktury:

• tłuszcz zarówno podskórny jak i znajdujący się w jamie brzusznej
• płyn białkowy
• melanina (w tym czerniak)
• gadolin
• krwotok

Pora omówić jasne, czyli hiperintensywne tkanki i struktury w sekwencji T2:

• woda, obrzęk
• tłuszcz
• krwotok

Tak jest, masz dobre oko. Tłuszcz oraz krwotok mogą być jasne zarówno w sekwencjach T1 jak i T2.

Dodatkowe funkcje obrazów w sekwencjach T1 / T2

Tłumienie (supresja) sygnału tłuszczu

Sygnał tłuszczu można stłumić, wówczas tłuszcz staje się ciemny w sekwencji T1. Jest to przydatne w przypadku oceny zmian zawierających tłuszcz jak szpiczakotłuszczaki nadnerczy, torbiele skórzaste jajników czy tłuszczakomięsaków.

Kontrast gadolinem

Gadolin skraca czas relaksacji T1 protonów. Dzięki temu sygnał w obrazach T1-zależnych staje się jaśniejszy, szczególnie dotyczy to miąższu narządów. Proces aplikacji kontrastu obejmuje dożylne wstrzyknięcie 5-15 ml kontrastu. Wzmocnienie kontrastowe dotyczy tych struktur, które stają się jasne po podaniu gadolinu. Są to najczęściej zmiany  naczyniowe lub zapalne.

Bezpieczeństwo, klaustrofobia, ciąża

Nie wykazano do tej pory żadnych szkodliwych skutków stosowania rezonansu magnetycznego względem pacjentów. Problemem w przypadku niektórych pacjentów może być klaustrofobia, która ogranicza możliwość rozpoczęcia lub ukończenia badania.

Bezwględnym przeciwwskazaniem do obrazowania MR są obiekty ferromagnetyczne jak: klipsy naczyniowe, klamry chirurgiczne i inne ciała obce. Coraz częściej jednak są to narzędzia MRI-compatibile, co znaczy neutralne wobec pola magnetycznego. Urządzenia elektryczne jak: rozruszniki serca, pompy insulinowe, implanty ślimakowe są również przeciwskazaniem do badania MR.

Ciąża nie jest przeciwskazaniem do badania MR, jednak zdania w tej materii są podzielone. Dominuje opinia, że można zalecać badanie MR o ile korzyści płynące dla pacjentki przewyższają potencjalne zagrożenia dla zdrowia matki i płodu. Stosowanie gadolinu w ciąży nie jest zalecane, ponieważ może przenikać przez łożysko do płodu.