MRS — метод ядерного магнитного резонанса в медицине¶
Магнитно-резонансная спектроскопия (МРС, англ. Magnetic Resonance Spectroscopy, MRS) — неинвазивный диагностический метод, основанный на ядерном магнитном резонансе (ЯМР), позволяющий получать информацию о химическом составе и обмене веществ в тканях организма человека без хирургического вмешательства. В отличие от магнитно-резонансной томографии (МРТ), которая даёт анатомическое изображение, МРС отражает концентрации метаболитов — химических соединений, участвующих в биохимических процессах.
¶Физические основы
Метод использует явление ядерного магнитного резонанса: ядра некоторых атомов (прежде всего водорода ¹H, фосфора ³¹P, углерода ¹³C) обладают магнитным моментом и в сильном магнитном поле способны поглощать и излучать радиочастотную энергию. При помещении объекта в магнитное поле (обычно 1,5 или 3 Тл в клинических томографах) протоны выстраиваются вдоль направления поля. Последующее воздействие радиочастотного импульса переводит их в возбуждённое состояние, а сигнал, возникающий при возврате в исходное состояние (релаксация), регистрируется и анализируется.
Ключевое отличие МРС от обычной МРТ — так называемый химический сдвиг. Электронное окружение ядра слегка изменяет резонансную частоту, поэтому разные химические соединения дают пики в разных точках спектра. По положению, площади и форме пиков определяют вид и концентрацию метаболитов.
¶Основные метаболиты
В клинической МРС чаще всего исследуют протонный (¹H) спектр, в котором регистрируют следующие соединения:
| Метаболит | Химическое сдвиг, ppm | Биологическое значение |
|---|---|---|
| N-ацетиласпартат (NAA) | 2,02 | Маркер нейронов и их плотности; снижается при нейродегенерации |
| Креатин (Cr) | 3,03 | Энергетический обмен; часто используется как внутренний стандарт |
| Холин (Cho) | 3,22 | Мембранный метаболизм; повышается при активном клеточном делении |
| Лактат (Lac) | 1,33 | Продукт анаэробного гликолиза; появляется при ишемии и опухолях |
| Мйо-инозитол (mI) | 3,56 | Глиальный маркер; повышается при демиелинизации |
| Глутамат и глутамин (Glx) | 2,1–2,5 | Возбуждающие нейромедиаторы |
| Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) | 3,01 | Тормозной нейромедиатор |
¶Виды МРС
По типу исследуемых ядер различают протонную (¹H-MRS), фосфорную (³¹P-MRS), углеродную (¹³C-MRS) и другие разновидности. В клинической практике доминирует ¹H-MRS благодаря высокой чувствительности и возможности проводить исследования на стандартных МРТ-сканерах.
По способу получения сигнала выделяют:
- SVS (Single Voxel Spectroscopy) — одноразмерная спектроскопия с объёмом (воксель), обычно 2–8 см³. Требует точного позиционирования вокселя, даёт высокое качество спектра.
- CSI / MRSI (Chemical Shift Imaging) — химическое смещение-изображение, позволяющее получить карту распределения метаболитов по всей области исследования.
¶Клиническое применение
¶Неврология
Наиболее развитой областью применения МРС является диагностика заболеваний головного мозга. Метод применяется при:
- Опухолях мозга — повышение холина и снижение NAA характерны для неоплазий; соотношение Cho/NAA помогает в дифференциальной диагностике и оценке злокачественности.
- Эпилепсии — снижение NAA в височной доле указывает на очаг эпилептической активности.
- Рассеянном склерозе — повышение мйо-инозитола отражает глиоз, снижение NAA — аксональную дегенерацию.
- Нейродегенеративных заболеваниях — болезнь Альцгеймера, деменции.
- Инсульте — появление лактата и снижение NAA свидетельствуют о тканевом повреждении.
- Травматическом повреждении мозга.
¶Онкология
МРС применяется для характеристики опухолей не только мозга, но и предстательной железы, молочной железы, печени. В онкологии простаты комбинация МРТ и МРС повышает точность выявления клинически значимого рака.
¶Мышечная система и сердце
³¹P-MRS позволяет оценивать энергетический обмен (соотношение АТФ, креатинфосфата, неорганического фосфора) в мышцах и миокарде, что применяется при миопатиях, сердечной недостаточности.
¶Печень
МРС печени помогает в диагностике стеатоза, гемохроматоза и других метаболических нарушений.
¶Ограничения
МРС обладает рядом недостатков:
- Низкая чувствительность по сравнению с МРТ — концентрации метаболитов измеряются в миллимолиарах, тогда как МРТ регистрирует сигнал от воды в концентрации около 55 моль/л.
- Длительное время исследования — от 5 до 15 минут на воксель.
- Требовательность к гомогенности магнитного поля — артефакты в области основания мозга, около носовых пазух и свода черепа.
- Сложность количественной оценки — необходимость внутренних или внешних стандартов.
- Ограниченная доступность — метод реализуется не во всех клиниках.
¶Развитие метода в России
МРС в российских медицинских центрах внедряется прежде всего на базе крупных научных институтов и специализированных клиник, оснащённых томографами с напряжённостью поля 3 Тл. Наиболее активно метод применяется в нейроонкологии, диагностике рассеянного склероза и эпилепсии. Разработкой отечественных методик и программного обеспечения для обработки спектров занимаются научные коллективы в области медицинской физики и радиологии.
Источники:
- «Магнитно-резонансная спектроскопия в клинической неврологии» — обзорные статьи в журнале «Неврологический журнал»
- de Graaf R. A. In Vivo NMR Spectroscopy: Principles and Techniques. — Wiley, 2019
- «Основы магнитно-резонансной томографии и спектроскопии» — учебные пособия медицинских вузов
- Mukherjee B. et al. Magnetic Resonance Spectroscopy: Basics and Clinical Applications. — Springer, 2022