МРТ

Магнитно-резонансная томография (МРТ) — это метод медицинской визуализации, основанный на явлении ядерного магнитного резонанса (ЯМР), позволяющий получать послойные изображения внутренних структур организма с высоким разрешением. Метод не использует ионизирующее излучение и является одним из наиболее информативных способов диагностики заболеваний мягких тканей, головного и спинного мозга, опорно-двигательного аппарата и внутренних органов.

История

Открытие физических принципов

Явление ядерного магнитного резонанса было независимо открыто в 1937 году американским физиком Исидором Раби (Нобелевская премия 1944 года), а в 1946 году — Феликсом Блохом и Эдвардом Миллсом Пёрселлом (Нобелевская премия 1952 года). Первоначально ЯМР использовался для спектроскопии и анализа химического состава веществ.

Первые медицинские применения

В 1971 году американский врач Рэймонд Дамадиан впервые продемонстрировал, что сигналы ЯМР от нормальных и раковых тканей у крыс различаются. В 1973 году химик Пол Лотербур (США) предложил метод создания двумерного изображения с помощью градиентных магнитных полей, за что в 2003 году получил Нобелевскую премию по физиологии или медицине совместно с британским физиком Питером Мэнсфилдом, который разработал математические алгоритмы быстрой реконструкции изображений (метод эхо-планарной визуализации).

Первое МРТ-изображение человека было получено в 1977 году на аппарате, созданном Дамадианом. Первый клинический томограф был установлен в 1980 году в Великобритании. В СССР первые исследования на лабораторных установках начались в конце 1970-х годов, а серийный выпуск отечественных томографов (например, «Томограф-1») освоен в 1990-х годах.

Физические основы метода

МРТ основана на взаимодействии атомных ядер (преимущественно протонов водорода, входящих в состав воды и жиров) с внешним магнитным полем и радиочастотными импульсами.

Основные этапы получения сигнала

Помещение в магнитное поле. Тело пациента помещается в сильное постоянное магнитное поле (обычно 1,5–3 Тесла для клинических аппаратов). Протоны, обладающие собственным магнитным моментом (спином), выстраиваются вдоль или против линий поля, создавая суммарную намагниченность.
Радиочастотное возбуждение. На ткань подаётся короткий радиочастотный импульс с частотой, равной частоте прецессии протонов (частота Лармора). Это вызывает резонансное поглощение энергии и отклонение вектора намагниченности.
Релаксация. После прекращения импульса протоны возвращаются в исходное состояние, излучая избыточную энергию в виде радиосигнала. Этот процесс характеризуется двумя временными константами:

T1 (продольная релаксация) — восстановление намагниченности вдоль поля;
T2 (поперечная релаксация) — затухание сигнала из-за дефазировки спинов.

Пространственное кодирование. Градиентные катушки создают линейные изменения магнитного поля в трёх направлениях, что позволяет привязать сигнал к конкретным координатам в теле.
Реконструкция изображения. Полученные сигналы обрабатываются с помощью преобразования Фурье, и строится двумерное или трёхмерное изображение.

Контраст изображения

Различия в плотности протонов и временах T1 и T2 в разных тканях создают естественный контраст. Для усиления контраста используются парамагнитные контрастные вещества (например, на основе гадолиния), которые изменяют время релаксации в патологических очагах.

Устройство МРТ-томографа

Основные компоненты:

Основной магнит — создаёт постоянное поле. Используются сверхпроводящие магниты (наиболее мощные и стабильные), резистивные (для низкопольных аппаратов) или постоянные магниты (для открытых систем).
Градиентные катушки — создают линейные градиенты поля для пространственного кодирования.
Радиочастотные катушки — передают возбуждающие импульсы и принимают ответный сигнал. Бывают встроенные (для всего тела) и поверхностные (для отдельных областей).
Система охлаждения — для сверхпроводящих магнитов используется жидкий гелий (температура около -269 °C).
Компьютерная система — управляет работой, обрабатывает данные и реконструирует изображения.

Виды МРТ и классификация

По типу магнита

Сверхпроводящие (напряжённость поля 0,5–7 Тл и выше) — наиболее распространены в клиниках.
Резистивные (до 0,3 Тл) — используются редко из-за высокого энергопотребления.
Постоянные магниты (0,2–0,4 Тл) — применяются в открытых системах, удобны для пациентов с клаустрофобией.

По назначению

Общего назначения — для исследования любых областей тела.
Узкоспециализированные — для головного мозга, суставов, молочных желёз, сердца.
Функциональная МРТ (фМРТ) — оценивает активность мозга по изменению кровотока (BOLD-эффект).
МР-ангиография — визуализация сосудов без введения контраста или с ним.
МР-спектроскопия — анализ химического состава тканей (например, уровня метаболитов в опухолях).
Диффузионно-взвешенная МРТ (ДВИ) — выявляет нарушения диффузии воды (при инсультах, опухолях).
Перфузионная МРТ — оценка кровоснабжения тканей.

По напряжённости поля

Низкопольные (до 0,5 Тл) — имеют меньшее разрешение, но дешевле и безопаснее для пациентов с имплантами.
Высокопольные (1,5–3 Тл) — стандарт клинической диагностики.
Ультравысокопольные (7 Тл и выше) — используются в научных исследованиях, позволяют получать изображения с разрешением до 0,1 мм.

Применение в медицине

МРТ является методом выбора для диагностики широкого спектра заболеваний:

Неврология и нейрохирургия

Опухоли головного и спинного мозга.
Ишемические и геморрагические инсульты (особенно на ранних стадиях с помощью ДВИ).
Рассеянный склероз и другие демиелинизирующие заболевания.
Эпилепсия, травмы, аномалии развития.
Функциональная МРТ используется для картирования зон речи, движения перед операциями.

Опорно-двигательный аппарат

Повреждения менисков, связок, сухожилий (коленный, плечевой, тазобедренный суставы).
Дегенеративные изменения позвоночника (грыжи дисков, стеноз).
Остеонекроз, опухоли костей и мягких тканей.

Онкология

Выявление и стадирование опухолей (молочной железы, предстательной железы, печени, почек, матки).
Оценка метастазов в головной мозг, кости, лимфатические узлы.
Контроль эффективности лечения.

Кардиология

Оценка структуры и функции сердца (МРТ сердца).
Выявление миокардита, инфаркта, кардиомиопатий.
Визуализация сосудов (МР-ангиография аорты, коронарных артерий).

Абдоминальная и тазовая диагностика

Заболевания печени (цирроз, гепатоцеллюлярная карцинома), поджелудочной железы, желчных протоков.
Патологии почек, надпочечников, мочевого пузыря.
Гинекологические и урологические заболевания (миома матки, эндометриоз, рак простаты).

Противопоказания и ограничения

Абсолютные противопоказания

Наличие кардиостимуляторов, дефибрилляторов, нейростимуляторов (кроме совместимых с МРТ).
Металлические инородные тела в глазу, сосудах, головном мозге (например, осколки, клипсы на аневризмах из ферромагнитных материалов).
Кохлеарные импланты (несовместимые).
Первый триместр беременности (относительное противопоказание, решение принимается индивидуально).

Относительные противопоказания

Клаустрофобия (возможно применение седации или открытых томографов).
Тяжёлое состояние пациента (необходимость в мониторинге жизненных функций, который затруднён в магнитном поле).
Аллергия на контрастные вещества (на основе гадолиния) — встречается редко.
Избыточная масса тела (ограничения по диаметру и грузоподъёмности стола).

Преимущества и недостатки

Преимущества

Высокое разрешение и контрастность мягких тканей.
Отсутствие ионизирующего излучения (безопасность для пациента).
Возможность получения изображений в любой плоскости без изменения положения тела.
Мультипараметричность (T1, T2, диффузия, перфузия, спектроскопия).

Недостатки

Высокая стоимость оборудования и исследования.
Длительное время сканирования (от 15 до 60 минут).
Чувствительность к движениям пациента (артефакты).
Ограниченная доступность в отдалённых регионах.
Невозможность визуализации костной ткани (кальций не даёт сигнала) и воздуха (лёгкие, кишечник).

Интересные факты

Первоначально метод назывался «ядерный магнитный резонанс» (ЯМР), но из-за негативных ассоциаций со словом «ядерный» в 1980-х годах в клинической практике закрепилось название «магнитно-резонансная томография».
Самое сильное магнитное поле, используемое в МРТ для человека (7 Тл), примерно в 140 000 раз сильнее магнитного поля Земли.
В России МРТ-исследования проводятся в рамках системы обязательного медицинского страхования (ОМС) по направлению врача, однако сроки ожидания могут варьироваться.
Современные томографы с напряжённостью 3 Тл позволяют получить изображение всего тела за 20–30 минут с разрешением до 0,5 мм.
МРТ активно используется не только в медицине, но и в материаловедении, археологии (изучение мумий), а также в пищевой промышленности (контроль качества продуктов).

Источники

Лотербур П. «Image Formation by Induced Local Interactions: Examples Employing Nuclear Magnetic Resonance». Nature, 1973.
Мэнсфилд П., Граннелл П. «NMR 'diffraction' in solids?». Journal of Physics C, 1973.
Дамадиан Р. «Tumor Detection by Nuclear Magnetic Resonance». Science, 1971.
Федеральные клинические рекомендации по применению магнитно-резонансной томографии (Минздрав РФ, 2020).
Учебник «Лучевая диагностика» под ред. С.К. Тернового, 2019.
Инструкции по эксплуатации МРТ-томографов (Siemens, GE, Philips, Canon).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →

МРТ