Магниттік-резонанстық томография

Кіріспе

Медициналық бейнелеу техникасы магниттік-резонанстық бейнелеу

Магниттік-резонанстық бейнелеу (МРТ) – радиологияда анатомия мен дене ішіндегі физиологиялық процестердің суреттерін жасау үшін қолданылатын медициналық бейнелеу техникасы. МРТ сканерлері күшті магниттік өрістерді, магниттік өріс градиенттерін және радиотолқындарды қолданады, осы арқылы дене мүшелерінің суреттерін жасайды. МРТ рентген сәулелерін немесе иондаушы сәулелерді пайдаланбайды, бұл оны компьютерлік томографиядан (КТ) және позитрон-эмиссиялық томографиядан (ПЭТ) ерекшелендіреді. МРТ – ядролық магниттік резонанстың (ЯМР) медициналық қолданылуы, оны ЯМР спектроскопиясы сияқты басқа ЯМР қолданымдарында да бейнелеу үшін пайдалануға болады. МРТ ауруханалар мен клиникаларда медициналық диагностика, аурудың сатысын анықтау және оның барысын қадағалау үшін кеңінен қолданылады. КТ-мен салыстырғанда МРТ жұмсақ тіндердің, мысалы, мидың немесе іш қуысының суреттерінде жақсырақ контраст береді. Дегенмен, пациенттер үшін бұл процедура ыңғайсыз болуы мүмкін, себебі зерттеу ұзаққа созылып, қатты дыбыс шығарады және пациенттің денесі тар түтікшеге орналастырылады. Бірақ "ашық" МРТ дизайны бұл мәселенің шешілуіне көмектеседі. Сонымен қатар, денедегі имплантаттар мен басқа да алынбайтын металл заттар қауіп тудыруы мүмкін және кейбір пациенттерге МРТ зерттеуін қауіпсіз түрде жүргізуге мүмкіндік бермейді. МРТ бастапқыда ЯМРТ (ядролық магниттік резонанстық бейнелеу) деп аталды, бірақ "ядролық" сөзінің жағымсыз ассоциацияларын болдырмау үшін алынып тасталды. Кейбір атом ядролары сыртқы магниттік өрісқа орналастырылғанда радиожиіліктік (РЖ) энергияны сіңіре алады; нәтижесінде айналмалы спин поляризациясы радиожиіліктік катушкада РЖ сигналын тудырады, осы арқылы ол анықталады. Клиникалық және зерттеу МРТ-да сутек атомдары көбінесе зерттелетін адамға жақын орналасқан антенналар арқылы анықталатын макроскопиялық поляризацияны жасау үшін қолданылады.

Құрылыс және физика

Медициналық қолданудың басым бөлігінде, тек протондан тұратын сутек ядролары тіндерде болады және олардың белгілі бір аймақтағы тығыздығына сәйкес дене бейнесін жасау үшін өңделетін сигнал тудырады. Протондарға байланысқан басқа атомдардың әсерінен, нақты қосылыстардағы сутектің реакцияларын бөліп қарастыру мүмкін. Зерттеу үшін адам МРТ сканеріне орналастырылады, ол суретке түсірілетін аймақтың айналасында күшті магниттік өріс құрайды. Алдымен, науқасқа магниттік өрістің тербелісінен туындаған энергия, тиісті резонанстық жиілікте уақытша түрде жіберіледі. X және Y градиенттік катушкаларымен сканерлеу, науқастың таңдалған аймағында энергия сіңірілуі үшін қажетті магниттік өрісті тудырады. Атомдар радиожиіліктік импульспен қоздырылады және нәтижедегі сигнал қабылдағыш катушкамен өлшенеді. RF сигналы градиенттік катушкаларды пайдалану арқылы жергілікті магниттік өрістің өзгеруіне байланысты RF деңгейі мен фазасындағы өзгерістерді қарастыру арқылы орналасу туралы ақпаратты анықтау үшін өңделеді. Осы катушкалар қозғалатын сызықтық сканерлеу кезінде қоздыру және жауап беру кезінде жылдам ауыстырылатындықтан, олар магнитострикция салдарынан катушкалардың сәл қозғалуынан МРТ сканерінің ерекше қайталамалы шуын тудырады. Әртүрлі тіндердің арасындағы контраст, қоздырылған атомдардың тепе-теңдік күйіне оралу жылдамдығымен анықталады. Бейне айқындығын арттыру үшін адамға экзогенді контрасттық заттар берілуі мүмкін. МРТ сканерінің негізгі құрамдас бөліктері – үлгіні поляризациялайтын негізгі магнит, негізгі магниттік өрістің біртектілігін түзетуге арналған шим катушкалары, сканерленетін аймақты локализациялауға қолданылатын градиенттік жүйе және үлгіні қоздырып, нәтижедегі ЯМР сигналын анықтайтын RF жүйесі. Жүйенің барлық бөлігін бір немесе бірнеше компьютерлер басқарады. МРТ үшін сканерлеу көлеміндегі магниттік өріс күшті әрі біркелкі болуы керек, миллионнан бір бөлік дәлдікпен. Магниттік өріс күші тесламен өлшенеді, және жүйелердің көпшілігі 1,5 Т жиілігінде жұмыс істейді, бірақ 0,2 мен 7 Т аралығындағы коммерциялық жүйелер де қолжетімді. Зерттеу мақсатындағы бүкіл денеге арналған МРТ жүйелері, мысалы, 9,4 Т, 10,5 Т, 11,7 Т жиіліктерінде жұмыс істейді. Тіпті жоғары өрістік бүкіл денеге арналған МРТ жүйелері, мысалы, 14 Т және одан жоғары, концептуалды ұсыныстарда немесе инженерлік жобалау кезеңінде. Клиникалық магниттердің көпшілігі – суперөткізгіш магниттер, оларды төмен температурада ұстау үшін сұйық гелий қажет. Төменгі өріс күші тұрақты магниттермен қамтамасыз етілуі мүмкін, олар көбінесе клаустрофобиясы бар пациенттерге арналған "ашық" МРТ сканерлерінде қолданылады. Төменгі өріс күші 2020 жылы FDA мақұлдаған портативті МРТ сканерінде де қолданылады. Жақында МРТ өте төменгі өрістерде де қолданылатыны көрсетілді, яғни микротесладан миллитеслаға дейінгі диапазонда, мұнда жеткілікті сигнал сапасы преполризация (10-100 мТ) және шамамен 100 микротеслада Лармор прецессиялық өрістерін өлшеу арқылы, өте сезімтал суперөткізгіш кванттық интерференциялық құрылғылармен (SQUID) қамтамасыз етіледі.

In most medical applications, hydrogen nuclei, which consist solely of a proton, that are in tissues create a signal that is processed to form an image of the body in terms of the density of those nuclei in a specific region. Given that the protons are affected by fields from other atoms to which they are bonded, it is possible to separate responses from hydrogen in specific compounds. To perform a study, the person is positioned within an MRI scanner that forms a strong magnetic field around the area to be imaged. First, energy from an oscillating magnetic field is temporarily applied to the patient at the appropriate resonance frequency. Scanning with X and Y gradient coils causes a selected region of the patient to experience the exact magnetic field required for the energy to be absorbed. The atoms are excited by a RF pulse and the resultant signal is measured by a receiving coil. The RF signal may be processed to deduce position information by looking at the changes in RF level and phase caused by varying the local magnetic field using gradient coils. As these coils are rapidly switched during the excitation and response to perform a moving line scan, they create the characteristic repetitive noise of an MRI scan as the windings move slightly due to magnetostriction. The contrast between different tissues is determined by the rate at which excited atoms return to the equilibrium state. Exogenous contrast agents may be given to the person to make the image clearer. The major components of an MRI scanner are the main magnet, which polarizes the sample, the shim coils for correcting shifts in the homogeneity of the main magnetic field, the gradient system which is used to localize the region to be scanned and the RF system, which excites the sample and detects the resulting NMR signal. The whole system is controlled by one or more computers. MRI requires a magnetic field that is both strong and uniform to a few parts per million across the scan volume. The field strength of the magnet is measured in teslas – and while the majority of systems operate at 1.5 T, commercial systems are available between 0.2 and 7 T. Whole body MRI systems for research applications operate in e. g. 9.4T, 10.5T, 11.7T. Even higher field whole body MRI systems e. g. 14 T and beyond are in conceptual proposal or in engineering design. Most clinical magnets are superconducting magnets, which require liquid helium to keep them at low temperatures. Lower field strengths can be achieved with permanent magnets, which are often used in "open" MRI scanners for claustrophobic patients. Lower field strengths are also used in a portable MRI scanner approved by the FDA in 2020. Recently, MRI has been demonstrated also at ultra low fields, i. e., in the microtesla to millitesla range, where sufficient signal quality is made possible by prepolarization (on the order of 10–100 mT) and by measuring the Larmor precession fields at about 100 microtesla with highly sensitive superconducting quantum interference devices (SQUIDs).

Нейросуретке түсіру

МРТ неврологиялық қатерлі ісіктерді зерттеу үшін басым құрал болып табылады, себебі ол ми сабасы мен шашақабақ қамтитын артқы бас сүйек қуысын жақсырақ көрсетеді. Сұр және ақ зат арасындағы контраст МРТ-ны орталық нерв жүйесінің көптеген жағдайлары үшін ең жақсы таңдауға айналдырады, оның ішінде демиелинизациялық аурулар, деменция, цереброваскулярлық аурулар, жұқпалы аурулар, Альцгеймер ауруы және эпилепсия. Көптеген суреттер миллисекундтар арасында түсірілгендіктен, мидың түрлі стимулдарға қалай жауап беретінін көрсетеді, бұл зерттеушілерге психологиялық ауруларда мидың функционалдық және құрылымдық бұзылыстарын зерттеуге мүмкіндік береді. МРТ бас ішілік ісіктерді, артериовенозды мальформацияларды және басқа да хирургиялық емдеуге жататын жағдайларды емдеу үшін басқарылатын стереотаксиялық хирургия мен радиохирургияда да қолданылады, бұл үшін N локализаторы деп аталатын құрылғы пайдаланылады. Денсаулық сақтауда жасанды интеллектіні енгізген жаңа құралдар нейросуреттемеде сурет сапасын және морфометриялық талдауды арттырды, бұл шуды азайту жүйесінің арқасында мүмкін болды. Толыққанды, өлі денеден алынған мидың ең жоғары кеңістіктік ажыратымдылығы 100 микронды құрайды, бұл деректер Массачусетс жалпы ауруханасынан алынған. Бұл мәліметтер 2019 жылғы 30 қазанда NATURE журналында жарияланды.

Жүрек- қан тамырлары

Жүрек МРТ-сі эхокардиография, жүрек КТ-сы және ядролық медицина сияқты басқа бейнелеу әдістеріне толықтыру болып табылады. Ол жүректің құрылымын және функциясын бағалау үшін қолданылады. Оның қолданылу салалары миокардтық ишемия және тірі ұлпа қабілетін, кардиомиопатияларды, миокардитті, темірдің шамадан артық жиналуын, қан тамырлары ауруларын және туа біткен жүрек ақауларын бағалауды қамтиды.

Мүшелік- қаңқалық

Бұлшықет-скелет жүйесінде қолданылуы омыртқаның суреттелуін, буын ауруларының бағалануын және жұмсақ тіндердегі ісіктерді қамтиды. МРТ техникалары генетикалық бұлшықет ауруларын қоса алғанда, жүйелік бұлшықет ауруларының диагностикалық суреттелуі үшін де қолданылуы мүмкін. Жұтыну кезінде жұқыншақ пен өңештің қозғалысы суреттелген омыртқада қозғалыс артефактісін тудыруы мүмкін. Сондықтан, осы аймаққа – жұқыншақ пен өңештің үстіне қанықтыру импульсі қолдану осы артефактіден сақтануға көмектеседі. Жүректің соққысынан туындайтын қозғалыс артефактісін МРТ импульсын жүрек циклдеріне сәйкес уақыттап реттеу арқылы азайтуға болады. Қан тамырларының ағын артефактілерін қызығушылық аймағының жоғары және төмен жағына қанықтыру импульстарын қолдану арқылы азайтуға болады.

Бауыр және асқазан- ішек

Гепатобилиарлық МР бауыр, бүйрек безі және өт жолдарындағы зақымдануларды анықтау және сипаттау үшін қолданылады. Бауырдың ошақтық немесе тараған бұзылыстарын диффузиялық салмақталған, қарсы фазалық бейнелеу және динамикалық контраст күшейту тізбектерін пайдалану арқылы бағалауға болады. МРТ кезінде жасушадан тыс контрасттық заттар кеңінен қолданылады, ал жаңа гепатобилиарлық контрасттық заттар функционалды өт жолдары бейнелеуін жүргізуге мүмкіндік береді. Өт жолдарының анатомиялық бейнелеуі магниттік-резонанстық холангиопанкреатографияда (МРХП) жоғары T2 салмақты тізбектерді пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Бүйрек безінің функционалдық бейнелеуі секретин енгізілгеннен кейін жүргізіледі. МР энтерографиясы ішек қабыну ауруларын және жіңішке ішектің ісіктерін инвазивті емес бағалауға мүмкіндік береді. МР колонографиясы колоректальды қатерлі ісік қаупі жоғары науқастарда ірі полиптерді анықтауда маңызды рөл атқарады.

Ангиография

Магниттік-резонанстық ангиография (МРА) артериялардың суреттерін жасап, оларды стеноз (аномальды тарылу) немесе аневризмалар (тамыр қабырғасының кеңеюі, жарылу қаупі бар) үшін бағалауға мүмкіндік береді. МРА көбінесе мойын мен ми артерияларын, кеуде және ішкі аорталарды, бүйрек артерияларын және аяқтарды ("ағын" деп аталады) бағалау үшін қолданылады. Суреттерді алу үшін әртүрлі техникалар қолданылуы мүмкін, мысалы, парамагниттік контрасттық затты (гадолиний) енгізу немесе "қан ағынына байланысты күшейту" деп аталатын техниканы пайдалану (мысалы, 2D және 3D уақыттық ұшу тізбектері), онда суреттегі сигналдың көп бөлігі осы жазықтыққа жақында келген қанға байланысты (ФЛАСХ МРТ-ге де қараңыз). Фазалық жинақталуға негіделген техникалар (фазалық контрасттық ангиография деп аталады) ағын жылдамдығы карталарын оңай және дәл жасау үшін де қолданылуы мүмкін. Магниттік-резонанстық венография (МРВ) – бұл тамырларды бейнелеуге арналған ұқсас процедура. Бұл әдісте тіндер төменгі жағынан қозуға келтіріледі, ал сигнал қозу жазықтығынан жоғары жазықтықта жиналады, осылайша қозудан жақында қозғалған веноздық қанды бейнелейді.

Контраст агенттері

Анатомиялық құрылымдарды немесе қан ағынын бейнелеу үшін МРТ контрастты заттарды қажет етпейді, себебі тіндердің немесе қанның әртүрлі қасиеттері табиғи контрастты қамтамасыз етеді. Дегенмен, бейнелеудің нақты түрлері үшін экзогенді контрасттық заттарды ішекке, ауызға немесе буынға енгізуге болады. Жалпы алғанда, бұл заттар рентгендік радиографияда немесе КТ-де қолданылатын йодталған контрасттық заттарға қарағанда қауіпсіз деп дәлелденді. Анафилактоидтық реакциялар сирек кездеседі, шамамен 0,03–0,1% құрайды. Айрықша қызығушылық тудыратыны – йодталған заттармен салыстырғанда, әдеттегі дозада қолданғанда бүйрек токсикалық әсерінің төмендеуі. Бұл бүйрек функциясы бұзылған пациенттер үшін контрастты күшейткен МРТ сканилеуін мүмкін етеді, әйтпесе олар контрастты күшейткен КТ-ге түсе алмас еді. Гадолиний негізіндегі контрастты реагенттер әдетте гадолиний(III) октадентатты кешендері болып табылады. Кешен өте тұрақты (log K > 20), сондықтан қолдану кезінде комплекстемеген Gd3+ иондарының концентрациясы уыттылық шегінен төмен болуы керек. Металл ионының координациялық сферасындағы 9-орынды реагент молекуласының жақын маңдағы су молекулаларымен жылдам алмасатын су молекуласы алып тұрады, бұл магниттік резонанс релаксация уақытына әсер етеді. Толығырақ МРТ контрастты заты туралы мәліметтерді қараңыз. 2017 жылдың желтоқсанында АҚШ-тың Азық-түлік және дәрі-дәрмек басқармасы (FDA) дәрі-дәрмек қауіпсіздігі туралы хабарламада барлық гадолиний негізіндегі контрастты заттарға (GBCA) жаңа ескертулер қосылатынын жариялады. FDA пациенттерді кеңінен хабардар етуді және гадолиний контрастты сатушылардан осы заттардың қауіпсіздігін бағалау үшін қосымша жануарлар мен клиникалық зерттеулер жүргізуді талап етті. Гадолиний заттары бүйрек функциясы бұзылған пациенттерге пайдалы болғанымен, диализ қажет ететін ауыр бүйрек жеткіліксіздігі бар пациенттерде сирек, бірақ қауіпті ауру – нефрогендік жүйелік фиброзға шалдығу қаупі бар, ол кейбір гадолиний құрамындағы заттарды қолданумен байланысты болуы мүмкін. Ең көп байланыстырылғаны – гадодиамид, бірақ басқа да заттар да байланыстырылған. Себеп-салдарлық байланыс нақты анықталмағанымен, АҚШ-тағы қазіргі нұсқаулар бойынша диализдік пациенттерге гадолиний заттарын тек қажет болған жағдайда ғана беруге және препаратты денеден жылдам шығару үшін сканерлеуден кейін мүмкіндігінше тезірек диализ жасауға болады. Гадолиний құрамындағы заттар көп қолданылатын Еуропада заттарды ықтимал қауіптерге қарай жіктеу жарияланды. 2008 жылы диагностикалық қолдануға жаңа контрастты зат – gadoxetate, Eovist (АҚШ) немесе Primovist (ЕО) брендімен мақұлданды: Бұл теориялық артықшылығы – екі жолмен экскрециялану мүмкіндігі.

MRI for imaging anatomical structures or blood flow do not require contrast agents since the varying properties of the tissues or blood provide natural contrasts. However, for more specific types of imaging, exogenous contrast agents may be given intravenously, orally, or intra articularly. In general, these agents have proved safer than the iodinated contrast agents used in X ray radiography or CT. Anaphylactoid reactions are rare, occurring in approx. 0.03–0.1%. Of particular interest is the lower incidence of nephrotoxicity, compared with iodinated agents, when given at usual doses—this has made contrast enhanced MRI scanning an option for patients with renal impairment, who would otherwise not be able to undergo contrast enhanced CT.

Gadolinium based contrast reagents are typically octadentate complexes of gadolinium(III). The complex is very stable (log K > 20) so that, in use, the concentration of the un complexed Gd3+ ions should be below the toxicity limit. The 9th place in the metal ion's coordination sphere is occupied by a water molecule which exchanges rapidly with water molecules in the reagent molecule's immediate environment, affecting the magnetic resonance relaxation time. For details see MRI contrast agent. In December 2017, the Food and Drug Administration (FDA) in the United States announced in a drug safety communication that new warnings were to be included on all gadolinium based contrast agents (GBCAs). The FDA also called for increased patient education and requiring gadolinium contrast vendors to conduct additional animal and clinical studies to assess the safety of these agents. Although gadolinium agents have proved useful for patients with kidney impairment, in patients with severe kidney failure requiring dialysis there is a risk of a rare but serious illness, nephrogenic systemic fibrosis, which may be linked to the use of certain gadolinium containing agents. The most frequently linked is gadodiamide, but other agents have been linked too. Although a causal link has not been definitively established, current guidelines in the United States are that dialysis patients should only receive gadolinium agents where essential and that dialysis should be performed as soon as possible after the scan to remove the agent from the body promptly. In Europe, where more gadolinium containing agents are available, a classification of agents according to potential risks has been released. In 2008, a new contrast agent named gadoxetate, brand name Eovist (US) or Primovist (EU), was approved for diagnostic use: This has the theoretical benefit of a dual excretion path.

Тізбелер

МРТ реттілігі – радиожиілік импульстар мен градиенттердің нақты бір параметрлер жиынтығы, нәтижесінде нақты бір бейне пайда болады. T1 және T2 салмақтаулары да МРТ реттілігі ретінде сипатталуы мүмкін.

Магниттік резонанстық спектроскопия

Магниттік-резонанстық спектроскопия (МРС) дене тіндеріндегі әртүрлі метаболиттердің деңгейін өлшеу үшін қолданылады, бұл әртүрлі бір воксельді немесе бейнелеуге негізделген техникалар арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. МР сигналы "қоздырылатын" изотоптың әртүрлі молекулалық құрамына сәйкес келетін резонанстар спектрін тудырады. Бұл ерекшелік белгілі бір метаболизмдік бұзылыстарды, әсіресе миға әсер ететіндерін диагностикалау үшін, сондай-ақ ісіктің метаболизмі туралы ақпарат алу үшін қолданылады. Магниттік-резонанстық спектроскопиялық бейнелеу (МРСИ) спектроскопиялық және бейнелеу әдістерін біріктіріп, сынаманың немесе науқастың ішіндегі кеңістіктік локализацияланған спектрлерді тудырады. Кеңістіктік ажыратымдылығы айтарлықтай төмен (қол жетімді SNR-мен шектеледі), бірақ әр воксельдегі спектрлер көптеген метаболиттер туралы ақпаратты қамтиды. Қол жетімді сигнал кеңістіктік және спектрлік ақпаратты кодтау үшін пайдаланылатындықтан, МРСИ жоғары өріс күшінде (3 Т және одан жоғары) қол жетімді жоғары SNR талап етеді. Өте жоғары өріс күші бар МРТ құралдарын сатып алу және күтіп ұстаудың жоғары құны олардың танымалдылығын шектейді. Дегенмен, жақында компрессиялық сенсорлық негізделген бағдарламалық алгоритмдер (мысалы, SAMV) ұсынылды, олар мұндай жоғары өріс күшін қажет етпей, суперрезолюцияға қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Нақты уақыттағы МРТ

Реалдық уақыттағы МРТ – қозғалатын объектілерді (мысалы, жүректі) нақты уақытта үздіксіз бейнелеу болып табылады. 2000-жылдардың басынан бері әзірленген көптеген стратегиялардың бірі радиалды FLASH МРТ және итеративті реконструкцияға негізделген. Бұл 1,5–2,0 мм жазықтықтағы кескіндер үшін 20–30 мс уақыт шешімін қамтамасыз етеді. Теңгерілген тұрақты күйдегі еркін прецессия (bSSFP) бейнелеуі, FLASH МРТ-мен салыстырғанда, қан ағыны мен миокард арасында жақсы бейне контрастын көрсетеді, бірақ B0 біртектілігі жоғары болған жағдайда күшті жолақты артефакттар тудыруы мүмкін. Реалдық уақыттағы МРТ жүрек және буындар аурулары туралы маңызды мәліметтер беруге қабілетті, сондай-ақ көптеген жағдайларда пациенттер үшін, әсіресе тынысын тоқтата алмайтындар немесе аритмиясы барлар үшін МРТ тексерулерін оңайырақ және ыңғайлырақ жасайды.

Интервенциялық МРТ

Пациентке және операторға зиянды әсерінің болмауы МРТ-ны интервенциялық радиология үшін өте ыңғайлы етеді, онда МРТ сканерінің түсірген суреттері ең аз инвазивті процедураларды бағыттайды. Мұндай процедураларда ферромагниттік құралдар қолданылмайды. Интервенциялық МРТ-ның ерекше дамитын саласы – операция кезіндегі МРТ, онда МРТ хирургияда қолданылады. Кейбір арнайы МРТ жүйелері хирургиялық процедурамен бір мезгілде суреттеуге мүмкіндік береді. Көбінесе, хирургиялық процедура уақытша тоқтатылады, соның арқасында МРТ процедураның нәтижесін бағалауға немесе келесі хирургиялық қадамдарды басқаруға көмектеседі.

Магниттік резонанспен басқарылатын , шоғырландырылған ультрадыбыс

Жетектелген терапияда жоғары интенсивті фокустық ультрадыбыс (HIFU) сәулелері тіндік қабатқа бағытталады және МР термиялық бейнелеу арқылы бақыланады. Фокус нүктесіндегі жоғары энергия салдарынан температура 65 °C-тан (150 °F) жоғары көтеріліп, тінді толығымен жояды. Бұл технологияның көмегімен ауру тіндік қабатты нақты алып тастауға болады. МР-суреттеме нысана тіндік қабаттың үш өлшемді бейнесін ұсынады, бұл ультрадыбыс энергиясын дәл бағыттауға мүмкіндік береді. МР-суреттеме емделген аймақтың нақты уақыт режиміндегі сандық жылулық суреттерін береді. Бұл дәрігерге ультрадыбыс энергиясының әрбір циклында туындайтын температураның қажетті тіндік қабатта жылулық абляция жасауға жеткілікті екенін тексеруге және қажет болмаған жағдайда тиімді емдеуді қамтамасыз ету үшін параметрлерді реттеуге мүмкіндік береді.

Көп ядролы бейнелеу

Сутегінің ядросы МРТ-да ең көп суретке түсіріледі, себебі ол биологиялық тіндерде көп мөлшерде кездеседі, және оның жоғары гиромагниттік қатынасы күшті сигнал береді. Дегенмен, кез келген ядролық спині бар ядро МРТ арқылы суретке түсірілуі мүмкін. Мұндай ядроларға гелий-3, литий-7, көміртек-13, фтор-19, оттек-17, натрий-23, фосфор-31 және ксенон-129 жатады. 23Na және 31P денеде табиғи түрде көп кездесетіндіктен, оларды тікелей суретке түсіруге болады. 3He немесе 129Xe сияқты газ тәрізді изотоптарды гиперполяризациялау қажет, содан кейін оларды жұту керек, себебі олардың ядролық тығыздығы қалыпты жағдайда пайдалы сигнал беруге жеткіліксіз. 17O және 19F жеткілікті мөлшерде сұйық түрінде (мысалы, 17O суы) енгізілуі мүмкін, сондықтан гиперполяризациялау қажет емес. Гелий немесе ксенон қолданудың артықшылығы – фондық шуды азайту, демек суреттің контрастын арттыру, себебі бұл элементтер әдетте биологиялық тіндерде кездеспейді. Сонымен қатар, таза ядролық спині бар және сутек атомына байланысқан кез келген атомның ядросы гетероядролық магниттеуді беру МРТ арқылы суретке түсірілуі мүмкін, бұл сутек атомына байланысқан төмен гиромагниттік қатынас ядросының орнына жоғары гиромагниттік қатынас сутек ядросын суреттейді. Принцип бойынша, гетероядролық магниттеуді беру МРТ белгілі бір химиялық байланыстардың болуын немесе болмауын анықтау үшін қолданылуы мүмкін. Көп ядролық суреттеу қазіргі уақытта негізінен зерттеу әдісі болып табылады. Дегенмен, потенциалды қолданысқа функционалдық суреттеу, 1H МРТ-да нашар көрінетін мүшелерді (мысалы, өкпелер мен сүйектер) суреттеу немесе баламалы контрасттық заттар жатады. Тыныспен алынатын гиперполяризацияланған 3He өкпелердегі ауа кеңістіктерінің таралуын суреттеу үшін қолданылуы мүмкін. 13C немесе гиперполяризацияланған 129Xe-нің тұрақтандырылған көпіршіктері бар инъекциялық ерітінділер ангиография және перфузиялық суреттеу үшін контрасттық заттар ретінде зерттелді. 31P сүйек тығыздығы мен құрылымы туралы, сондай-ақ мидың функционалдық суреттеуі туралы ақпарат бере алады. Көп ядролық суреттеу адам миындағы литийдің таралуын картаға түсіруге мүмкіндік береді, бұл элемент биполярлық бұзылыс сияқты жағдайларға ұшыраған адамдар үшін маңызды дәрі ретінде қолданылады.

Hydrogen has the most frequently imaged nucleus in MRI because it is present in biological tissues in great abundance, and because its high gyromagnetic ratio gives a strong signal. However, any nucleus with a net nuclear spin could potentially be imaged with MRI. Such nuclei include helium 3, lithium 7, carbon 13, fluorine 19, oxygen 17, sodium 23, phosphorus 31 and xenon 129. 23Na and 31P are naturally abundant in the body, so they can be imaged directly. Gaseous isotopes such as 3He or 129Xe must be hyperpolarized and then inhaled as their nuclear density is too low to yield a useful signal under normal conditions. 17O and 19F can be administered in sufficient quantities in liquid form (e. g. 17O water) that hyperpolarization is not a necessity. Using helium or xenon has the advantage of reduced background noise, and therefore increased contrast for the image itself, because these elements are not normally present in biological tissues. Moreover, the nucleus of any atom that has a net nuclear spin and that is bonded to a hydrogen atom could potentially be imaged via heteronuclear magnetization transfer MRI that would image the high gyromagnetic ratio hydrogen nucleus instead of the low gyromagnetic ratio nucleus that is bonded to the hydrogen atom. In principle, heteronuclear magnetization transfer MRI could be used to detect the presence or absence of specific chemical bonds. Multinuclear imaging is primarily a research technique at present. However, potential applications include functional imaging and imaging of organs poorly seen on 1H MRI (e. g., lungs and bones) or as alternative contrast agents. Inhaled hyperpolarized 3He can be used to image the distribution of air spaces within the lungs. Injectable solutions containing 13C or stabilized bubbles of hyperpolarized 129Xe have been studied as contrast agents for angiography and perfusion imaging. 31P can potentially provide information on bone density and structure, as well as functional imaging of the brain. Multinuclear imaging holds the potential to chart the distribution of lithium in the human brain, this element finding use as an important drug for those with conditions such as bipolar disorder.

МРТ арқылы молекулалық бейнелеу

МРТ-ның артықшылығы өте жоғары кеңістіктік ажыратымдылығы және морфологиялық және функционалдық бейнелеуде өте тиімді болуы. Дегенмен, МРТ-ның бірнеше кемшіліктері бар. Біріншіден, МРТ-ның сезімталдығы 10−3 моль/л-ден 10−5 моль/л-ге дейін, бұл басқа бейнелеу түрлерімен салыстырғанда өте шектеулі болуы мүмкін. Бұл мәселе ядролық спин күйлері арасындағы популяциялық айырмашылықтың бөлме температурасында өте аз болуына байланысты. Мысалы, 1,5 теслада, клиникалық МРТ үшін әдеттегі магниттік өріс күшінде, жоғары және төмен энергиялық күйлер арасындағы айырмашылық шамамен 2 миллионға 9 молекулаға тең. МР сезімталдығын арттыру үшін магниттік өріс күшін арттыру және оптикалық сорғылау немесе динамикалық ядролық поляризация арқылы гиперполяризация сияқты жақсартулар жасалды. Сондай-ақ, сезімталдықты арттыратын химиялық алмасуға негізделген сигнал күшейтудің әртүрлі схемалары бар. МРТ арқылы ауру биомаркерлерін молекулалық деңгейде бейнелеу үшін жоғары ерекшелікке және жоғары релаксациялық қасиетке (сезімталдыққа) ие мақсатты МРТ контрасттық агенттер қажет. Бүгінгі күнге дейін көптеген зерттеулер МРТ арқылы молекулалық бейнелеуді жүзеге асыру үшін мақсатты МРТ контрасттық агенттерін әзірлеуге бағытталған. Әдетте, мақсатқа жету үшін пептидтер, антиденелер немесе кішкентай лигандтар, сондай-ақ HER 2 аффибодилері сияқты кішкентай белок домендері қолданылады. Контраст агенттерінің сезімталдығын арттыру үшін бұл мақсатты топтар әдетте жоғары мөлшердегі МРТ контрасттық агенттеріне немесе жоғары релаксациялық қасиеттері бар МРТ контрасттық агенттеріне қосылады. МРНҚ және ген транскрипция факторларының гендік әсерін көрсету үшін МРНҚ-ны нысанаға алатын гендік контраст агенттерінің жаңа класы енгізілді. Бұл жаңа контраст агенттері ерекше МРНҚ, микроРНҚ және вирустармен байланысты жасушаларды, сондай-ақ тірі мидың қабынуға жауабын анықтай алады. МР нәтижелері TaqMan талдауымен, оптикалық және электронды микроскопиямен оң корреляцияда ген экспрессиясының өзгеруін көрсетеді.

Параллель МРТ

Магниттік өрістің градиенттерін тізбектей қолдану арқылы МРТ деректерін жинауға уақыт кетеді. Тіпті ең оңтайланған МРТ реттіліктері үшін де градиент ауысу жылдамдығының физикалық және физиологиялық шектері бар. Параллель МРТ бұл шектеулерді айналып өтеді, деректердің бір бөлігін дәстүрлі тізбектей әдіс емес, бір мезгілде жинап алады. Бұл радиожиіліктік (РЖ) детекторлар тізбегі арқылы жүзеге асырылады, олардың әрқайсысы денеге қатысты әртүрлі «көзқарасқа» ие. Градиенттік қадамдардың қысқартылған жиынтығы қолданылады, ал қалған кеңістіктік ақпарат белгілі кеңістіктік сезімталдық үлгілеріне сүйене отырып, әртүрлі тізбектерден алынған сигналдарды біріктіру арқылы толықтырылады. Нәтижедегі үдеу тізбектердің санымен және сигнал-шу қатынасымен (үлкейген үдеумен азаяды) шектеледі, бірақ қолайлы тізбек конфигурацияларымен екіден төрт есеге дейін үдеуді жиі қол жеткізуге болады, ал арнайы тізбектермен айтарлықтай жоғары үдеулер көрсетілген. Параллель МРТ көптеген МРТ реттіліктерімен қолданылуы мүмкін. МРТ саласында бейнелеуді үдету үшін детекторлар тізбегін пайдалану туралы алғашқы ұсыныстар көп назарсыз қалғаннан кейін, 1996-97 жылдары СиМультандық Кеңістіктік Гармоникаларды (SMASH) алу әдісі енгізілгеннен кейін параллель бейнелеу кеңінен дамып, қолданысқа енді. SENSitivity Encoding (SENSE) және Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisitions (GRAPPA) әдістері – қазіргі таңда ең көп қолданылатын параллель бейнелеу әдістері. Параллель МРТ-ның пайда болуы бейнелерді қайта құру және РЖ тізбектерін жобалау саласында кең ауқымды зерттеулер мен әзірлемелерге, сондай-ақ коммерциялық МР жүйелерінде қол жетімді қабылдағыш арналардың санын тез кеңейтуге әкелді. Параллель МРТ қазіргі уақытта дененің әртүрлі аймақтарында және клиникалық немесе ғылыми-зерттеу мақсаттарында МРТ тексерулері үшін жүйелі түрде қолданылады.

Гиперполяризацияланған газ МРТ

Дәстүрлі МРТ өкпе тінінің нашар суретін береді, себебі магниттік өріспен қоздырылатын протондары бар су молекулалары аз. Гиперполяризацияланған газды пайдалану арқылы МРТ сканирлеуі өкпедегі тыныс алмасудың бұзылуларын анықтай алады. Сканирлеуден бұрын пациенттен гелий немесе азотпен араластырылған гиперполяризацияланған ксенон газын тыныс алуы сұралады. Нәтижесінде алынған өкпе суреттері дәстүрлі МРТ-ге қарағанда әлдеқайда жақсы сапалы болады.

Қауіпсіздік

МРТ, әдетте, қауіпсіз техника болып табылады, бірақ қауіпсіздік шараларын орындамау немесе адам факторы салдарынан жарақаттар болуы мүмкін. МРТ-ға қарсы көрсетілімдерге көбінесе кохлеарлық имплантаттар, жүрек стимуляторлары, сынықтар және көзге енген металл бөгде денелер жатады. Жүктілік кезінде, әсіресе екінші және үшінші триместрде контрастты заттар қолданбастан жасалған магниттік-резонанстық томография қауіпсіз деп есептеледі. МРТ иондаушы сәулелендіруді пайдаланбайтындықтан, егер екі әдіс бірдей ақпарат бере алса, оны КТ-ға қарағанда қолдану артықшылықты болып табылады. Кейбір пациенттерде клаустрофобия пайда болуы мүмкін, сондықтан оларға седация немесе қысқартылған МРТ протоколы қажет болуы мүмкін. Кескін түсіру кезінде градиенттік катушкалардың амплитудасы мен жылдам ауысуы шеткі нервтерді стимуляциялауы мүмкін. МРТ күшті магниттерді қолданады, сондықтан магниттік материалдар жоғары жылдамдықпен қозғалып, құлап түсу қаупін тудыруы және қайғылы жағдайларға әкелуі мүмкін. Дегенмен, әлем бойынша жыл сайын миллиондаған МРТ зерттеулері жүргізіледі, сондықтан өлім жағдайлары өте сирек кездеседі. МРТ аппараты 120 дБ(А) дейін қатты дыбыс шығарады. Бұл есту қабілетінің жоғалуына, құлақта шуға, дыбысқа сезімталдықтың артуына алып келуі мүмкін, сондықтан тексеру кезінде МРТ сканер бөлмесінде жүрген әрбір адам үшін есту қабілетін қорғау маңызды.

Шамадан тыс пайдалану

Медициналық қоғамдар дәрігерлердің науқастарға қашан МРТ жасау керектігі туралы ұсынымдар береді және оны артық пайдалануға қарсы ескертеді. МРТ денсаулық проблемаларын анықтауға немесе диагнозды растауға көмектеседі, бірақ медициналық қоғамдар көбінесе пациенттің шағымын диагностикалау немесе емдеу жоспарын құру үшін МРТ-ны бірінші кезектегі процедура ретінде ұсынбайды. Көп кездесетін жағдай – МРТ-ны белдегі ауырсынудың себебін анықтау үшін пайдалану; мысалы, Американдық дәрігерлер колледжі пациент үшін оң нәтижеге қол жеткізілмейтіндіктен, бейнелеу (МРТ-ны қоса алғанда) жасауға қарсы кеңес береді.

Өнер бұйымдары

[[Файл:Қозғалыс артефактілері бар МРТ.jpg|thumb|Қозғалыс артефактісі (мойын омыртқаларының T1 короналды зерттеуі)]

Медициналық емес пайдалану

МРТ өнеркәсіпте негізінен химиялық заттарды реттеліп тексеру үшін қолданылады. Ядролық магниттік резонанс әдісі, мысалы, тағамдағы су мен май арақатынасын өлшеуге, құбырлардағы коррозиялық сұйықтықтар ағынын қадағалауға немесе катализаторлар сияқты молекулалық құрылымдарды зерттеуге пайдаланылады. Сонымен қатар, ветеринариялық радиологияда диагностикалық мақсаттар үшін қолданылады. Бұдан өзге, зоологияда жоғары құнына байланысты қолданылуы шектеулі, бірақ оны көптеген түрлерге қолдану мүмкін. Палеонтологияда ол қазбалардың құрылымын зерттеу үшін қолданылады. Сот-медициналық бейнелеу, қолмен жасалатын қараусыз жүзеге асырылатын, аутопсияның графикалық құжаттамасын қамтамасыз етеді. КТ сканилеуі сүйек және паренхималық өзгерістерді дененің толық суретін жылдам түсіруге мүмкіндік береді, ал МР-да жұмсақ тіндердің патологиясы жақсырақ көрінеді. Дегенмен, МРТ қолдануға қымбат әрі уақытты көп талап етеді.

Тарих

1971 жылы Стони Брук университетінде Пол Лаутербур барлық үш өлшемде магнит өрісінің градиенттерін және кері проекция әдісін қолданып, ЯМР суреттерін жасады. Ол 1973 жылы Nature журналында судың екі түтігінің алғашқы суреттерін жариялады, одан кейін 1974 жылы тірі жануардың – қабықтың және егеуқұйрықтың кеуде қуысының суреті жарияланды. Лаутербур өзінің бейнелеу әдісін «зеугматография» деп атады, бірақ бұл термин (Н)МР бейнелеуімен алмастырылды. Рэймонд Дамадианның ядролық магниттік резонанс (ЯМР) саласындағы жұмысы МРТ-ға енгізілді, ол алғашқы сканерлердің бірін жасаған болатын. Практикалық МРТ-ны дамыту үшін жартылай өткізгіш технологиядағы жетістіктер маңызды болды, себебі оған үлкен есептеу қуаты қажет. Бұл бір интегралды схемадағы транзисторлардың санының жылдам өсуінің арқасында мүмкін болды. Мансфилд пен Лаутербур 2003 жылы «магниттік резонанстық бейнелеуге қатысты жаңалықтары» үшін физиология немесе медицина саласындағы Нобель сыйлығымен марапатталды.