Osteoartriidi diagnoosimine: magnetresonantstomograafia

Magnetresonantstomograafiast (MRI) on viimastel aastatel saanud üks juhtivaid meetodeid osteoartriidi mitteinvasiivseks diagnostikaks. Alates 1970. aastatest, mil magnetresonantsi (MRI) põhimõtteid esmakordselt inimkeha uurimiseks kasutati, on see meditsiinilise pildistamise meetod dramaatiliselt muutunud ja areneb jätkuvalt kiiresti.

Täiustatakse tehnilisi seadmeid ja tarkvara, arendatakse piltide omandamise meetodeid ja arendatakse magnetresonantstomograafia (MRT) kontrastaineid. See võimaldab MRT-le pidevalt uusi rakendusvaldkondi leida. Kui algselt piirdus selle rakendamine kesknärvisüsteemi uuringutega, siis nüüd kasutatakse MRT-d edukalt peaaegu kõigis meditsiinivaldkondades.

1946. aastal avastasid Stanfordi ja Harvardi ülikoolide teadlaste rühmad iseseisvalt nähtuse, mida nimetatakse tuumamagnetresonantsiks (NMR). Selle olemus seisnes selles, et mõnede aatomite tuumad, olles magnetväljas ja välise elektromagnetvälja mõjul, on võimelised energiat neelama ja seejärel seda raadiosignaali kujul kiirgama. Selle avastuse eest pälvisid F. Bloch ja E. Parmel 1952. aastal Nobeli preemia. Uut nähtust kasutati peagi bioloogiliste struktuuride spektraalanalüüsiks (NMR-spektroskoopia). 1973. aastal demonstreeris Paul Rautenburg esmakordselt võimalust saada pilt NMR-signaalide abil. Nii tekkiski NMR-tomograafia. Esimesed elava inimese siseorganite NMR-tomogrammid demonstreeriti 1982. aastal Pariisis toimunud rahvusvahelisel radioloogide kongressil.

Tuleks teha kaks täpsustust. Hoolimata asjaolust, et meetod põhineb NMR-nähtusel, nimetatakse seda magnetresonantsiks (MR), jättes välja sõna "tuuma". Seda tehakse selleks, et patsientidel ei tekiks mõtteid aatomituumade lagunemisega seotud radioaktiivsuse kohta. Ja teine asjaolu: MR-tomograafid ei ole kogemata "häälestatud" prootonitele ehk vesiniku tuumadele. Kudedes on seda elementi palju ja selle tuumadel on kõigi aatomituumade seas suurim magnetiline moment, mis määrab üsna kõrge MR-signaali taseme.

Kui 1983. aastal oli maailmas vaid üksikuid kliinilisteks uuringuteks sobivaid seadmeid, siis 1996. aasta alguseks oli kogu maailmas töös umbes 10 000 tomograafi. Igal aastal võetakse praktikas kasutusele 1000 uut seadet. Üle 90% MR-tomograafide pargist on ülijuhtivate magnetitega (0,5–1,5 T) mudelid. Huvitav on märkida, et kui 1980. aastate keskel juhindusid MR-tomograafide tootjad põhimõttest „mida tugevam väli, seda parem“, keskendudes 1,5 T ja kõrgema väljaga mudelitele, siis 1980. aastate lõpuks selgus, et enamikus rakendusvaldkondades pole neil keskmise väljatugevusega mudelite ees olulisi eeliseid. Seetõttu pööravad MR-tomograafide peamised tootjad (General Electric, Siemens, Philips, Toshiba, Picker, Bruker jne) praegu suurt tähelepanu keskmise ja isegi madala väljaga mudelite tootmisele, mis erinevad tugeva väljaga süsteemidest oma kompaktsuse ja ökonoomsuse poolest rahuldava pildikvaliteedi ja oluliselt madalama hinnaga. Tugeva väljaga süsteeme kasutatakse peamiselt uurimiskeskustes MR-spektroskoopia jaoks.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ]

MRI meetodi põhimõte

Magnetresonantstomograafia (MRI) põhikomponendid on: ülitugev magnet, raadiosaatja, vastuvõttev raadiosagedusmähis, arvuti ja juhtpaneel. Enamikul seadmetel on magnetväli, mille magnetmoment on paralleelne inimkeha pikiteljega. Magnetvälja tugevust mõõdetakse teslates (T). Kliinilise MRI jaoks kasutatakse välju tugevusega 0,2–1,5 T.

Kui patsient asetatakse tugevasse magnetvälja, pöörduvad kõik prootonid, mis on magnetdipoolid, välise magnetvälja suunas (nagu kompassinõel, mis on suunatud Maa magnetvälja poole). Lisaks hakkavad iga prootoni magnetteljed pöörlema välise magnetvälja suuna ümber. Seda spetsiifilist pöörlemisliikumist nimetatakse rongkäiguks ja selle sagedust nimetatakse resonantssageduseks. Kui patsiendi kehast läbi lastakse lühikesi elektromagnetilisi raadiosageduslikke impulsse, põhjustab raadiolainete magnetväli kõigi prootonite magnetmomentide pöörlemise välise magnetvälja magnetmomendi ümber. Selleks peab raadiolainete sagedus olema võrdne prootonite resonantssagedusega. Seda nähtust nimetatakse magnetresonantsiks. Magnetiliste prootonite orientatsiooni muutmiseks peavad prootonite ja raadiolainete magnetväljad resoneeruma, st olema sama sagedusega.

Patsiendi kudedes tekib netomagnetiline moment: koed on magnetiseeritud ja nende magnetism on suunatud rangelt paralleelselt välise magnetväljaga. Magnetism on proportsionaalne prootonite arvuga koe mahuühiku kohta. Enamikus kudedes sisalduv tohutu prootonite (vesiniku tuumade) arv tähendab, et netomagnetiline moment on piisavalt suur, et indutseerida patsiendist väljaspool asuvas vastuvõtumähises elektrivool. Neid indutseeritud magnetresonantstomograafia signaale kasutatakse magnetresonantstomograafia pildi rekonstrueerimiseks.

Tuuma elektronide üleminekut ergastatud olekust tasakaaluolekusse nimetatakse spinn-võre relaksatsiooniprotsessiks ehk pikisuunaliseks relaksatsiooniks. Seda iseloomustab T1 - spinn-võre relaksatsiooniaeg - aeg, mis kulub 63% tuumade üleviimiseks tasakaaluolekusse pärast nende ergastamist 90° impulsiga. Eristatakse ka T2 - spinn-spin relaksatsiooniaega.

MR-tomogrammide saamiseks on mitu meetodit. Need erinevad raadiosageduslike impulsside genereerimise järjekorra ja olemuse ning MR-signaali analüüsi meetodite poolest. Kaks enimkasutatavat meetodit on spinnvõre ja spinnkaja. Spinnvõre analüüsib peamiselt T1 relaksatsiooniaega. Erinevad koed (aju hall- ja valgeaine, tserebrospinaalvedelik, kasvajakude, kõhr, lihased jne) sisaldavad erineva T1 relaksatsiooniajaga prootoneid. MR-signaali intensiivsus on seotud T1 kestusega: mida lühem on T1, seda intensiivsem on MR-signaal ja seda heledam on pildi antud ala teleriekraanil. Rasvkude on MR-tomogrammidel valge, millele järgnevad aju ja seljaaju, tihedad siseorganid, veresoonte seinad ja lihased MR-signaali intensiivsuse kahanevas järjekorras. Õhk, luud ja kaltsifikatsioonid praktiliselt MR-signaali ei tekita ja seetõttu kuvatakse neid mustana. Need T1 relaksatsiooniaja seosed loovad eeldused normaalsete ja muutunud kudede visualiseerimiseks MRI-uuringutel.

Teises magnetresonantstomograafia meetodis, mida nimetatakse spin-ehho-meetodiks, suunatakse patsiendile raadiosageduslike impulsside seeria, mis pööravad precesseerivaid prootoneid 90° võrra. Pärast impulsside peatumist registreeritakse magnetresonantstomograafia vastussignaalid. Vastussignaali intensiivsus on aga T2 kestusega erinevalt seotud: mida lühem on T2, seda nõrgem on signaal ja sellest tulenevalt on teleriekraani kuma heledus madalam. Seega on T2 meetodil saadud lõplik magnetresonantstomograafia pilt vastupidine T1 meetodil saadud pildile (nii nagu negatiivne kui positiivse vastandpilt).

MRI-tomogrammid kuvavad pehmeid kudesid paremini kui kompuutertomograafia (KT): lihaseid, rasvakihte, kõhre ja veresooni. Mõned seadmed suudavad veresoonte kujutisi luua ilma kontrastainet süstimata (MRI-angiograafia). Luukoe madala veesisalduse tõttu ei tekita viimane varjestavat efekti nagu röntgen-KT-uuringul, st see ei sega näiteks seljaaju, lülidevaheliste ketaste jms kujutist. Loomulikult ei sisaldu vesiniku tuumad mitte ainult vees, vaid luukoes on nad fikseeritud väga suurte molekulide ja tihedate struktuuridena ning ei sega MRI-uuringut.

MRI eelised ja puudused

MRI peamised eelised hõlmavad mitteinvasiivsust, kahjutust (kiirgusdoosi puudumine), pildi saamise kolmemõõtmelist olemust, loomulikku kontrasti liikuva verega, luukoe artefaktide puudumist, pehmete kudede kõrget diferentseerumist ning võimalust teostada MP-spektroskoopiat koemetabolismi uuringuteks in vivo. MRI võimaldab saada kujutisi inimkeha õhukestest kihtidest mis tahes lõigus - frontaalses, sagitaalses, aksiaalses ja kaldpinnas. On võimalik rekonstrueerida elundite mahulisi kujutisi, sünkroniseerida tomogrammide omandamist elektrokardiogrammi hammastega.

Peamised puudused hõlmavad tavaliselt piltide saamiseks kuluvat suhteliselt pikka aega (tavaliselt minuteid), mis viib hingamisliigutuste artefaktide ilmnemiseni (see vähendab eriti kopsuuuringute efektiivsust), arütmiaid (südameuuringutel), suutmatust usaldusväärselt tuvastada kive, kaltsifikatsioone, teatud tüüpi luupatoloogiat, seadmete ja nende käitamise kõrget hinda, erinõudeid ruumidele, kus seadmed asuvad (varjestus häirete eest), suutmatust uurida klaustrofoobiaga patsiente, kunstlikke südamestimulaatoreid, suuri mittemeditsiiniliste metallide metallmplantaate.

[ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ]

Kontrastained MRI jaoks

MRI kasutamise alguses arvati, et loomulik kontrast erinevate kudede vahel välistab kontrastainete vajaduse. Peagi avastati, et kontrastainete abil saab oluliselt parandada signaalide erinevust erinevate kudede vahel ehk MR-pildi kontrastsust. Kui esimene MR-kontrastaine (mis sisaldas paramagnetilisi gadoliiniumiioone) kaubanduslikult kättesaadavaks muutus, suurenes MRI diagnostilise informatsiooni sisu märkimisväärselt. MR-kontrastainete kasutamise olemus seisneb kudede ja organite prootonite magnetiliste parameetrite muutmises ehk T1 ja T2 prootonite relaksatsiooniaja (TR) muutmises. Tänapäeval on MR-kontrastainetel (või õigemini kontrastainetel - CA) mitu klassifikatsiooni.

Lõõgastusaja domineeriva mõju järgi jaguneb MR-KA järgmiselt:

• T1-CA, mis lühendab T1 ja suurendab seeläbi koe MP-signaali intensiivsust. Neid nimetatakse ka positiivseks CA-ks.
• T2-CA-d, mis lühendavad T2-d, vähendades MR-signaali intensiivsust. Need on negatiivsed CA-d.

Sõltuvalt magnetilistest omadustest jagunevad MR-CA-d paramagnetilisteks ja superparamagnetilisteks:

[ 16 ], [ 17 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 20 ]

Paramagnetilised kontrastained

Paramagnetilisi omadusi omavad aatomid, millel on üks või mitu paardumata elektroni. Need on gadoliiniumi (Gd), kroomi, nikli, raua ja mangaani magnetioonid. Gadoliiniumiühendid on saanud kõige laiema kliinilise kasutuse. Gadoliiniumi kontrastne efekt tuleneb relaksatsiooniaegade T1 ja T2 lühenemisest. Väikeste annuste korral domineerib mõju T1-le, suurendades signaali intensiivsust. Suurte annuste korral domineerib mõju T2-le, vähendades signaali intensiivsust. Paramagnetilisi ühendeid kasutatakse nüüd kõige laialdasemalt kliinilises diagnostilises praktikas.

Superparamagnetilised kontrastained

Superparamagnetilise raudoksiidi domineeriv mõju on T2 relaksatsiooni lühenemine. Doosi suurenedes signaali intensiivsus väheneb. Sellesse ahelate rühma kuuluvad ka ferromagnetilised ahelad, mille hulka kuuluvad magnetiitferriidile (Fe2 ₊^OFe23 + _O3 ) ^struktuurilt sarnased ferromagnetilised raudoksiidid.

Järgnev klassifikatsioon põhineb CA farmakokineetikal (Sergeev PV jt, 1995):

• rakuväline (koespetsiifiline);
• seedetraktist;
• organotroopne (koespetsiifiline);
• makromolekulaarsed, mida kasutatakse veresoonte ruumi määramiseks.

Ukrainas on teada neli MR-CA-d, mis on rakuvälised vees lahustuvad paramagnetilised CA-d, millest gadodiamiidi ja gadopenteethapet kasutatakse laialdaselt. Ülejäänud CA rühmad (2-4) läbivad kliinilisi uuringuid välismaal.

Rakuväline vees lahustuv MR-CA

Rahvusvaheline nimi	Keemiline valem	Struktuur
Gadopenteethape	Gadoliiniumdimeglumiindietüleentriamiinpentaatsetaat ((NMG)2Gd-DTPA)	Lineaarne, ioonne
Gadoteerhape	(NMG)Gd-DOTA	Tsükliline, ioonne
Gadodiamiid	Gadoliiniumdietüleentriamiinpentaatsetaat-bis-metüülamiid (Gd-DTPA-BMA)	Lineaarne, mitteioonne
Gadoteridool	Gd-HP-D03A	Tsükliline, mitteioonne

Rakuväliseid CA-sid manustatakse intravenoosselt, 98% neist eritub neerude kaudu, ei tungi läbi hematoentsefaalbarjääri, on madala toksilisusega ja kuuluvad paramagnetiliste ainete rühma.

MRI vastunäidustused

Absoluutsete vastunäidustuste hulka kuuluvad seisundid, mille korral uuring kujutab endast ohtu patsientide elule. Näiteks elektrooniliselt, magnetiliselt või mehaaniliselt aktiveeritavate implantaatide olemasolu – need on peamiselt kunstlikud südamestimulaatorid. Kokkupuude magnetresonantstomograafia (MRI) skanneri raadiosagedusliku kiirgusega võib häirida päringusüsteemis töötava südamestimulaatori tööd, kuna magnetväljade muutused võivad imiteerida südametegevust. Magnetiline külgetõmme võib põhjustada ka südamestimulaatori nihkumist pesas ja elektroodide liigutamist. Lisaks tekitab magnetväli takistusi ferromagnetiliste või elektrooniliste keskkõrva implantaatide tööle. Kunstlike südameklappide olemasolu on ohtlik ja on absoluutne vastunäidustus ainult siis, kui uuringuid tehakse tugeva väljaga MRI-skanneritel ja kui kliiniliselt kahtlustatakse klapi kahjustust. Uuringu absoluutsete vastunäidustuste hulka kuulub ka väikeste metallist kirurgiliste implantaatide (hemostaatiliste klambrite) olemasolu kesknärvisüsteemis, kuna nende nihkumine magnetilise külgetõmbe tõttu ohustab verejooksu. Nende olemasolu teistes kehaosades kujutab endast vähem ohtu, kuna pärast ravi aitab klambrite fibroos ja kapseldamine neid stabiilsena hoida. Lisaks potentsiaalsele ohule põhjustab magnetiliste omadustega metallimplantaatide olemasolu igal juhul artefakte, mis raskendavad uuringu tulemuste tõlgendamist.

MRI vastunäidustused

Absoluutne:	Sugulane:
Südamestimulaatorid	Muud stimulandid (insuliinipumbad, närvistimulaatorid)
Ferromagnetilised või elektroonilised keskkõrva implantaadid	Mitteferromagnetilised sisekõrva implantaadid, südameklapiproteesid (tugeva magnetvälja korral, kui kahtlustatakse düsfunktsiooni)
Aju veresoonte hemostaatilised klambrid	Hemostaatilised klambrid teistes kohtades, dekompenseeritud südamepuudulikkus, rasedus, klaustrofoobia, füsioloogilise jälgimise vajadus

Suhteliste vastunäidustuste hulka kuuluvad lisaks ülaltoodule ka dekompenseeritud südamepuudulikkus ja füsioloogilise jälgimise vajadus (mehaaniline ventilatsioon, elektrilised infusioonipumbad). Klaustrofoobia on uuringu takistuseks 1-4% juhtudest. Sellest saab üle ühelt poolt lahtiste magnetitega seadmete kasutamisega, teiselt poolt seadme ja uuringu käigu üksikasjaliku selgitamisega. Puuduvad tõendid MRI kahjuliku mõju kohta embrüole või lootele, kuid raseduse esimesel trimestril on soovitatav MRI-d vältida. MRI kasutamine raseduse ajal on näidustatud juhtudel, kui muud mitteioniseerivad diagnostilised pildistamismeetodid ei anna rahuldavat teavet. MRI-uuring nõuab patsiendi suuremat osalemist kui kompuutertomograafia, kuna patsiendi liikumine uuringu ajal mõjutab piltide kvaliteeti palju rohkem, mistõttu on ägeda patoloogia, teadvushäirete, spastiliste seisundite, dementsusega patsientide, samuti laste uurimine sageli keeruline.

[ 21 ], [ 22 ], [ 23 ], [ 24 ], [ 25 ], [ 26 ]