Vizsgálóeljárások klinikai jelentősége: MRI
5. Vizsgálóeljárások klinikai jelentősége: MRI
Írta: Karlinger Kinga
Semmelweis Egyetem Radiológiai Klinika
5. 1. A fejezet oktatásának célja:
Az egyetem Általános Orvostudományi Karán a IV. évfolyamon tanuló orvostanhallgatókat olyan ismeretekkel lássa el a mágneses rezonanciás képalkotás terén, mellyel az MR vizsgálat fizikai alapokon nyugvó teljesítőképességét megismerve, végzésük után általános /egyéb szakmák orvosaként az MR vizsgálatokat megfelelően tudják indikálni, elkerülve a kontraindikációk okozta veszélyeket, elemi szinten értsék a képeket és a definitív diagnózis / megkapott leletek alapján a beteg kivizsgálását és további sorsát felkészülten irányítani tudják.
5. 2. A jelenségről röviden:
Mágneses rezonanciás képalkotás (MRI) az emberi szervezetben lévő hidrogénatomok atommagjában levő protonok különféle viselkedésének kimutatásán alapszik, mágneses térben.
Az emberi szervezetben, nagyszámban jelenlévő páratlan nucleonszámu (= 1 proton), precesszáló hidrogénatomok, (szervezetünk több, mint 70 %- a víz! De a vízen kívül a fehérjék, zsír is tartalmaz hidrogent) erős mágneses térbe helyezve a mágneses tér erővonalaival párhuzamos (parallel) irányba rendeződnek. Elemi mágnesként működnek, de precessiós fázisuk eltérő marad, A velük rezonanciában lévő nagyfrekvenciás rádióhullámokat felveszik (gerjednek = excitálódnak), majd kisugározzák (relaxálódnak).
Ez egyrészt azt jelenti, hogy a mágnes által megszabott irányba törekednek (spin - mágnes = longitudinális = T1 relaxáció), másrészt, hogy az impulzus hatására létrejött azonos fázisuk felbomlik (spin - spin = transversalis = T2 relaxáció, más néven fázisvesztés jelensége).
A két folyamat egymástól teljesen függetlenül zajlik le és detektálható. Az így kisugárzott rádióhullámokat a rádióvevő (antenna) felfogja, képpontonként méri, és ezt elemzi a nagyteljesítményű computer, majd bonyolult matematikai algoritmusok által (Furier transzformáció) képpé alakítja.
Az alkalmazott mágneses tér erőssége a 0,3 – 3 Tesla és az annak megfelelő, gerjesztésre használt rádióhullámok frekvenciája 8 - 64 -128 MHz.
Tehát az így nyert kép egy hidrogén-, azaz „proton térkép”. (= ahol kevés / nincs / nem gerjeszthető a hidrogén, nem képződik jel: csont corticalisa, levegő)
Jelen ismereteink szerint az alkalmazott közegnek és mágneses térerőnek (ennek mértékegysége a Tesla, jelenleg a klinikai gyakorlatban 3Tesláig használatos), jelen ismereteink szerint nincsen / nem ismert egyértelmű bionegatív hatása : a vizsgálat ismételhető és direkt magzatkárosító hatását eddig nem sikerült kimutatni. (de erre nincs evidenciánk)
5.3. Technikai háttér
5.3.1. Az MR vizsgálat során használatos mágnesek
A mágneses mag rezonancia jelenség kiváltásához és a vizsgálat végrehajtásához olyan nagy térerejű mágnesre van szükség, melynek nyílásába a vizsgálandó test(rész) belefér.
- Állandó (permanens vagy stabil) mágnes (olyan, mint egy óriási mágnespatkó, ill. annak 2 polusa)
- Elektromágnesek (kétféle):
Nagy ellenállású (resistiv) mágnesek (nagy energiafelhasználású, ritkán használatos)
Supravezető (superconductiv) mágnesek (nemcsak a fémspirál kiváló vezető, hanem a külső hűtés: folyékony hélium biztosítja a supravezetést)
5.3.2. Tekercsek, azaz rádiófrekvenciás antennák
A gerjesztő rádiófrekvenciás impulzust kibocsátják és a vizsgált anyag (páciens) által kisugárzott elektromágneses jeleit felfogják.
Ez a két funkció szétválhat: adó a testtekercs, a vevő egy felszíni antenna. Ez utóbbi kisebb régió jobb felbontású ábrázolását teszi lehetővé.
5.3.3 . Jellokalizáció, az MR kép keletkezése
A külső mágneses teret addicionális mágnesekkel kicsit meg kell változtatni: egyenletesen el kell hangolni ahhoz, hogy az egymás mellett lévő szeletekben lévő protonokat egymástól el tudjuk különíteni, rezonancia frequentiájuk alapján. Ha ezt az elhangolást a tér mindhárom irányában megtesszük (x, y és z sík), akkor az adott proton helyzete pontosan meghatározható.
A voxelben (volumen elem) mért jelintenzitás az adott volumenben lévő protonok számától, kötöttségi állapotától és környezeti viszonyaitól függ, és az ezen hatások összegződése révén kialakuló jelintenzitás vetül ki a voxelt reprezentáló pixelre (képelem, amit a vonal/oszlop koordináták határoznak meg), ennek jele tükrözi a voxel teljes mélységében (a szeletvastagságban) keletkezett információt.
Több képelem + vékonyabb szelet = jobb térbeli feloldás, de a jel/zaj arány rosszabb.
Több mérés (acquisitio) javítja a S/N arányt, de növeli a mérési időt. A direkt 3D adatgyűjtés kiküszöböli ezt a hátrányt.
5.4. MR alapfogalmak:
A T1 relaxáció, azaz az eredeti longitudinális mágnesesség újraépülése a rádiófrekvenciás impulzus kikapcsolása után, a nagy erejű külső mágnes hatására. Ez egy exponenciálisan növekvő (felépülő) görbének megfelelően zajlik le.
A T2 relaxáció, azaz a rádiófrekvenciás impulzus hatására létrejött szinkronizáció felbomlása (fázisvesztés) = exponenciálisan csökkenő görbe (a transzverzális mágnesesség leépülése az RF impulzus kikapcsolása után), egy nagyságrenddel rövidebb idő alatt zajlik le, mint a T1 relaxáció, de a kettő egymástól függetlenül megy végbe.
MR mérés technikai fogalmai:
TR vagy Repetíciós (ismétlési) idő: a rádiófrekvenciás impulzusok ismétlésének időintervalluma.
TE vagy Echo idő: az az időpont, amikor a T2 relaxáció során mérjük a jelet, spin echo szekvencia esetén az echo jelek közötti időintervallum.
Alapszekvenciák:
Spin echo szekvenciák:
T1 súlyozás: TR és TE is rövid. (TR ~ 700 ms, TE ~ 20 ms). Jellemző jeladások: víz gyenge, zsír nagyon erős, izomzat közepes jelintensitású, az áramló vér jelhiányos (fekete).
T2 súlyozás: TR és TE is hosszú.(TR ~ 2000 ms, TE ~ 80 ms) Jellemző jeladások: zsír gyenge, víz igen erős jelintenzitású, az egyes szövetek jelintenzitása azok víztartalmától függ, az áramló vér továbbra is jelmentes.
PD (kiegyensúlyozott v. Proton denzitás): TR hosszú, TE rövid. (TR ~ 2000 ms, TE ~ 30ms ). A jel a szövetekben lévő protonok számától (denzitásától) függ. A szöveti tulajdonságokból következőleg alig van különbség az egyes szövetek protontartalma, ennek következtében a jeladása közt, minden többé-kevésbé szürke. A kötött víz jelintenzitása erősebb, mint a szabad vízé. Az áramló vér itt is jelmentes.
Az egyes szövetek erős, esetenként zavaró jele specifikusan elnyomható:
Zsírelnyomás (STIR (Short T1 Inversion Recovery), DIXON, FatSat, zsírkioltás gradiens echoval).
Szabad víz (liquor) jelének specificus elnyomása (FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery) szekvencia).
Az u.n. gyors szekvenciák célja az acquisitios idő (= az egyes szekvenciák mérési időtartama) csökkentése.
Az egyes szövetek szignálintenzitásának ismerete fontos ismérv az MR képek „olvasásában” és a differenciál diagnosztikában.
T1 súlyozással erős jelintenzitásúak: zsír, nagy proteintartalom (cysták), egyes vérzések (subacut v. chronicus: intra-v. extracellularis methaemoglobin), melanin (tumorban), lassú, turbulens, széli áramlási jelenség, paramágneses fémlerakódások (vas, réz, mangán - Wilson kór), dystrophias calcificatio bizonyos stádiuma, paramágneses kontrasztanyag (Gadolinium).
A haemoglobin bomlástermékek jeladása T1 és T2 súlyozással az adott lebomlási fázisnak megfelelően annyira jellemző menetű, hogy általa a vérzés korára / utánvérzésre lehet következtetni. A régi vérzéseket a lerakódott végső bomlástermék (vas) által okozott susceptibilitási (mágneses inhomogenitás) artefactum jelzi (u.n. T2* haemo-epi sequentia vagy SWI (susceptibility weighted imaging).
5.5. Egyes MRI vizsgálatok
Az MR angiographia:
Áramlási (flow void) jelenségek: A vizsgált szeletben keresztbe futó érszakaszban áramló vér jelmentes, mert a rádiófrekvenciás impulzus leadásakor az adott szeletben tartózkodó protonok hiába excitálódnak, mire a kibocsátott MR szignál detektálható lenne, ezek az excitált protonok már elhagyták az adott szeletet és a helyükre lépnek a gerjesztetlenek. Így az erek Spin Echo technikával jelmentességüknél fogva jól ábrázolódnak.
Angiographiás technikák:
A Time of Flight (TOF) az idő mely alatt az áramló vér átfolyik a szeleten. Igen rövid repetíciós idővel az erekben erős jel keletkezik (gyors szekvencia szükséges hozzá (gradiens echo: GRE)).
A Fázis Kontraszt technika (Phase Contrast, PC) azt használja ki, hogy az áramló protonok hamarabb veszítik el fázisukat (gyorsabban deszinkronizálódnak), mint a mozdulatlan szövetekben lévők. Előnye, hogy áramlási sebesség is mérhető vele, valamint nem irányfüggő.
MRCP vizsgálat (mágneses rezonanciás cholangio-pancreatographia):
Gyors pulzus szekvenciákkal (erős T2 súlyozott képalkotás során) egyetlen légvétel alatt ábrázolható az egész intra- és extrahepaticus epeúti rendszer és a pancreas vezeték(ek) álló folyadéktartalmánál fogva. Kiválóan alkalmas a tumoros szűkületek noninvaziv kimutatására a környezettel (májinvázió, nyirokcsomó metastázisok) együtt.
Lymphographia:
Vasoxid nanorészecske tartalmú kontrasztanyaggal (USPIO <50 nm) lehetőség van a nyirokcsomókban lévő metasztázisok kimutatására. A T2* súlyozással jelmentesen ábrázolódó normális nyirokcsomókban (ahol ezt a jelenséget a macrophagok által fagocitált vasrészecskék okozzák), a normalis májszövetben a Kupffer sejtek phagocytálják. A metastázisok magas víztartalmuknál fogva, a kontrasztanyagot nem halmozva erős jelintenzitással ábrázolódnak.
Speciális MR vizsgálatok
Az ultragyors technikák javítják az MR szöveti szenzitivitását és specificitását anélkül, hogy a térbeli feloldáson rontanának.
Lehetséges funkcionális, diffúzió, metabolikus, haemodinamikai paraméterek mérése. Ki lehet számítani a normális és kóros szervi működések során lezajló haemodinamikai és metabolikus változásokat.
A DWI (diffusio súlyozott) MRI a szöveti vízmobilitást / diffuziót (a vízmolekulák Brown mozgása) ill. annak korlátozottságát jelzi (a cytotoxicus oedema érzékeny, korai jelzője.)
Nevezhetjük stroke-sequentiának, mert alkalmazása elengedhetetlen a neurologiai deficit okozta agykárosodás legkoraibb ábrázolásában, amikor még a hagyományos sequentiák nem érzékelik azt. (idő = agy!) A sejtdenzitás (pl. hypercellularis tumorokban) is korlátozza a Brown mozgást, valamint a vízmozgás irányítottsága is ábrázolható általa (pályakövetés, fiber tracking)).
A BOLD sequentia (Blood Oxygen Level Dependence) az oxigenizált és dezoxigenizálódott vér jelét is megkülönböztetni tudó információkkal szolgál (funkcionális vizsgálatok). Az éppen aktiv/ működő agyi központokat képes színkódolva ábrázolni.
A normális és pathophysiologiás szöveti status is felmérhető, ezáltal a megváltozott metabolizmus jellemzésére képes, ami már a „molecular imaging” fogalomkörébe tartozik.
Mágneses rezonanciás spektroszkopia (MRS) a különféle metabolitokat képes kimutatni a szövetekben in vivo. Különösen hasznos a tumorok / gyulladások differenciál diagnosztikájában (N-acetyl aspartat az érett agyszövet jellemző metabolitja, és a cholin (malignus tumorokban nő), lipid arányok- glioma vs abscessus), valamint a tumorresiduum / recidíva vs. hegszövet differenciálásában (prostata (normalisan magas a citrat) / tu - citrat / cholin arány).
5.6. Artefactumok
Számolnunk kell velük az indikáció felállításánál, a beteg felvilágosításánál, a vizsgálat kivitelénél és értékelésénél.
Leggyakoribb, jelentősebb artefactumok:
Fém artefactum: A ruházatban lévő, a testbe épített, laparoscopos cholecystectomia esetén, mellékvese műtétek során (vena cava inferior közelsége!), behelyezett fémklippek sőt a bőrön lévő ferromágneses anyagok (tetoválás) is torzíthatják a mágneses teret, lehetetlenné téve a kép értékelését. Felforrósodnak, a laza környezetben lévő, mágnesezhető fémek (klippek) elmozdulhatnak helyükről, veszélyeztetve ezzel a beteget.
Mozgási artefactum: Akaratlagos, vagy akaratlan mozgások okozzák. A periodikus, egyenletes mozgások okozta artefactumok egy részét ki lehet küszöbölni.
Van még susceptibilitási, áramlási, kémiai eltolódás (chemical shift), behajtogatási (aliasing) artefactum, csonkolásos, burn out (beégéses), statikus elektromosság okozta artefactum, valamint a keresztezett gerjesztés is okoz artefactumot.
5.7. Artefactumok elkerülése / kiküszöbölése
5.7.1. A szívműködés okozta artefactumok elkerülésére EKG-t alkalmazunk.
Az EKG jel elvezetést speciális, artefactumot nem adó fémötvözetből készült elektródákkal végzik és a vezetékeket úgy helyezik el, hogy ne keletkezhessék indukciós hurok (loop).
Szabályos szívműködés esetén lehetőség van a nagyfrekvenciájú impulzusok szinkronizációjára az EKG „R” hullámával. Pace maker ideiglenes kikapcsolását (MR compatibilis készülék esetén) jelenlévő cardiologus végezheti
5.7.2. Légzés okozta mozgási artefactumok elkerülése légzésszinkronizációval
Az MR mérés alatt a légzés okozta mozgási artefactumok elkerülésére légzésszinkronizációt alkalmaznak.
Megbízható eljárás a légzési artefactumok kiküszöbölésére és a reprodukálhatóságra az ugyanazon légzési fázisban (végexspiráció) készített mérések sorozata. Hátránya, hogy a mérési idő jelentősen megnyúlik. Ma már léteznek a szívműködést és a légzést egyaránt „figyelő”, a mérést azokhoz simító beépített opciók
5.8. Az MR vizsgálat biológiai hatásai:
A sugárzás 3 fajtájának van kitéve az egyén az MR vizsgálat alatt:
- statikus mágneses mező (alapgép)
- változó mágneses mező (gradiens tekercsek: áramot indukálnak a testben)
- rádiófrekvenciás sugárzás ("microsütő" hatás, a beteg felmelegszik a vizsgálat alatt). A rádiófrekvenciás energia dozimetriáját a gép automatikusan végzi és határérték elérésekor jelez.
Tudnunk kell, hogy a szemlencse és a here kevésbé hőtűrőek. Úgy tűnik, altatott állapotban nagyobb a felmelegedés, ezért az ilyen betegeknél (főleg gyermekek) az elnyelt energiára fokozottan kell figyelni.
Ügyelni kell arra, hogy a
Fej 38 ºC
Törzs 39 ºC
Végtagok 4o ºC alatt maradjanak
5.9. Kontraindikációk
Az abszolút, és a relatív kontraindikációk ismerete elengedhetetlenül fontos a beutaló orvos számára is, mert ezek be nem tartása komolyabb következményekkel jár, mint más vizsgálati technikák esetén.
Tilos az MR készüléknek még csak a közelébe is menni annak az egyénnek, akinek (nem MR compatibilis) pacemakere van. A vizsgálat minden, a testbe épített elektromosan, magnetikusan, vagy mechanikusan vezérelt műszer működtetését veszélyezteti. (Beépített pacemaker, beépített szív defibrillátor, beépített hallókészülék, beépített csontnövekedés serkentő készülék, beépített gyógyszer befecskendező készülék, neurostimulátorok és egyéb, hasonló készülékek)
A pacemakerek veszélyei: Elmozdulás, ki- vagy bekapcsolás, átprogrammozás, deszinkronizáció, elektromágneses interferencia, az elektródában indukálódó (Eddy) áramok. Fontos tudni tehát, hogy az „elhagyott” elektróda is veszélyes: fibrillációt, égést okozhat.
Implantátumok: ha ferromágneses anyagokból készültek fölforrósodhatnak, bennük és környezetükben elektromos áram gerjedhet, elmozdulhatnak helyükről, köztük elektromos ív húzhat át és fémartefactumot is okoznak. Ilyenek lehetnek aneurysma-, érclipek, orthopaediai vagy traumatologiai fémeszközök, véna filterek, intrauterin pessariumok, egyes régi szívbillentyűk. A stentek általában MR compatibilisek.
A fenti veszélyeztetettség függ a mágnes erősségétől, az alkalmazott gradiensek erősségétől és az implantatum tulajdonságaitól (összetétele, ferromágnesességének foka, alakja, helye és orientációja valamint a behelyezése óta eltelt idő)
Fém idegentestek: A beteg gyakran nem tudja / megfeledkezett róla, hogy benne ferromágneses anyag van (repeszsérülés, öntéssel, fémcsiszolással foglalkozók). Ez orbitális / intraocularis, esetleg gerincközeli fémtesteknél válhat veszélyessé. Egy gyors, tájékozódó CT informativ az előbbiekre vonatkozóan. (tudnunk kell, hogy a rtg nem eléggé érzékeny a piciny, főként csontközeli fémeket illetően.)
Tetoválás (fontos tudni, mert egyre gyakoribb szokás): amennyiben fémtartalmú festékanyaggal történt, nem csak fémartefactumot okozhat, hanem a felmelegedés (szikrázás) miatt égési következményekkel is kell számolnunk.
Gravidák MR vizsgálata
A korai magzati életben a sejtosztódást befolyásoló fizikai tényezők mind károsan hathatnak Ezért korai graviditásban (első trimester) lehetőleg nem végzünk MR vizsgálatot, (bár bizonyítottan magzatkárosító hatását nem írták le) ha csak nem elkerülhetetlen. Továbbiakban feltehető, hogy a foetusra halláskárosító hatással lehet a zaj, valamint a felmelegedés utáni hőelvezetés a magzatvízben nem biztosított.
5.10. MR kontrasztanyagok
Az ép és a kóros szövetek közti differenciálásban segítenek,
A szöveti szignálok közti különbséget úgy növelhetjük, hogy a halmozó szövetek szignálintenzitásának megváltozása következtében nő a szövetek közti kontrasztosság: vagy az egyik szövetben fokozzuk a jel nagyságát, vagy a másikban csökkentjük a jelet.
A specificitási szintek: szervspecifikus, szövetspecifikus, sejtspecifikus, receptor-specifikus kontrasztanyagok.
Az MR kontrasztanyagok természetszerűleg merőben mások, mint az egyéb fizikai hatás alapján létrehozott képalkotó módszerek kontrasztanyagai.
Az MR kontrasztanyag az illető halmozó szövet protonjainak belső mágneses tulajdonságát a környező szövetekhez képest szelektíven megváltoztatja és egyes kontrasztanyagok esetén a normális és kóros szövetek közt úgy oszlik meg, hogy szövet-specificitásával növeli a köztük lévő különbséget.
A kontrasztanyagok nem tartalmaznak H atommagot csak a környezetükben lévő H atommagok protonjaira vannak hatással. Lehetnek paramágneses (T1 relaxatiót rövidítő) vagy superparamágneses ill. ferromágneses (T2 relaxatiót rövidítő) tulajdonságúak.
A kontrasztanyagok viszkozitását és ozmolalitását úgy preparálják, hogy tolerálható legyen.
A kontrasztanyagok biodistribucióját az eloszlás, a clearance és az excretio kinetikája szabja meg.
5.10.1. Paramágneses anyagok:
A gyakorlatban gadolinium 3+ (és mangán2+) alapú paramágneses kontrasztanyagokat alkalmaznak, melyekben a fémion kelátkötésben van jelen, a szövetekben lokális mágneses teret indukálnak, ezáltal lerövidítik a relaxációs időt ( T1, és T2). Gyakorlatban a T1 relaxáció felgyorsulását hasznosítjuk. A gadolinium, ritka földfém, i.v. beadás után egyenletesen megoszlik a vérben, a szervekbe jutva az extracellularis térbe kerül, kiválasztása a vesén át történik. A kóros szövetekben (gyulladás, tumor) halmozódik, erős T1 jelet okozva. Az ép vér-agy gáton nem jut át. Ezzel ellentétes tapasztalatok miatt Europában (EMA) jelenleg csak a makrociklikus Gd készítmények javasoltak /engedélyezettek. Az amerikai regulacio (FDA) ettől eltérő.
Újabb ismeretek a Gadoliniumról: néhány éve észlelték, hogy a gadolinium lerakódik a központi idegrendszerben a basalis ganglionokban és a csontvelőben is. (Ennek bizonyítottan tünetokozó/hosszútávú toxicus hatását eddig nem mutatták ki.)
5.10 2. A superparamágneses és ferromágneses anyagok:
vas ( SPIO = Superparamagnetic Iron Oxide, és USPIO = Ultrasmall Superparamagnetic Iron Oxide) valamint az O17 isotopja a T2 relaxációs időt erősen csökkentik, úgy hogy szövetekben lokálisan a mágneses mezőt inhomogénné teszik (kevésbé hatnak a T1 relaxációra) így erős SI (signál intenzitás) csökkenést okoznak a T2 súlyozással készült képeken.
Az ép szövetekben intracellularisan (RES = reticuloendothelialis rendszer sejtjei) halmozódnak fel. Focalis lépléziók, diffus léplymphoma, nycs metastasisok, májtumorok és májmetastasisok (a májban a Kupffer sejtek phagocytálják) ábrázolhatók vele.
A kontrasztanyagok viszkozitását és ozmolaritását úgy preparálják, hogy tolerálható legyen.
A kontrasztanyagok biodistribucióját az eloszlás, a clearance és az excretio kinetikája szabja meg.
Néhány éven belül számítani lehet az i.v. vaspótlásra szolgáló vegyületek kontrasztanyagként való használatának elterjedésére.
5.10.3. Szervspecificus kontrasztanyagok :
Kontrasztanyagok szervspecificitása természetes kívánalom. Kutatások folynak szelektívebb kontrasztanyagok alkalmazása irányában: A paramágneses és a szuperparamágneses
kontrasztanyagok szerv- és szövetspecificitása a hordozó molekulától függ.
5.11. Fejezet üzenete:
Az MRI vizsgálat sugárterhelést nem okoz, jó szöveti differenciáló képességénél fogva alkalmas az ép és pathológiás szövetek elkülönítésére, s ez fokozható kontrasztanyag adásával. További, igen szofisztikált vizsgálatok is végezhetők vele (MRS, fMRI.) A beküldő orvosnak az indikáció felállításához szükséges ismerni az MR helyét a diagnosztikus algoritmusban, az ábrázolás korlátait és kontraindikációit is.
|
|
5. ábra T2 subacut infarctus
Sidebar
Site Language: English
Theme: Tikinewt