Diagnosticarea osteoartritei: imagistică prin rezonanță magnetică

Imagistica prin rezonanță magnetică (IRM) a devenit în ultimii ani una dintre principalele metode de diagnosticare neinvazivă a osteoartritei. Din anii 1970, când principiile rezonanței magnetice (IRM) au fost utilizate pentru prima dată pentru studierea corpului uman, această metodă de imagistică medicală s-a schimbat dramatic și continuă să evolueze rapid.

Echipamentele tehnice și software-ul sunt îmbunătățite, se dezvoltă metode de achiziție a imaginilor și se dezvoltă agenți de contrast pentru RMN. Acest lucru permite găsirea constantă a unor noi domenii de aplicare pentru RMN. Dacă la început aplicarea sa se limita la studii ale sistemului nervos central, acum RMN-ul este utilizat cu succes în aproape toate domeniile medicinei.

În 1946, grupuri de cercetători de la universitățile Stanford și Harvard au descoperit independent un fenomen numit rezonanță magnetică nucleară (RMN). Esența sa era că nucleele unor atomi, aflându-se într-un câmp magnetic, sub influența unui câmp electromagnetic extern, sunt capabile să absoarbă energie și apoi să o emită sub formă de semnal radio. Pentru această descoperire, F. Bloch și E. Parmel au primit Premiul Nobel în 1952. Noul fenomen a fost utilizat în curând pentru analiza spectrală a structurilor biologice (spectroscopie RMN). În 1973, Paul Rautenburg a demonstrat pentru prima dată posibilitatea obținerii unei imagini folosind semnale RMN. Așa a apărut tomografia RMN. Primele tomografii RMN ale organelor interne ale unei persoane vii au fost demonstrate în 1982 la Congresul Internațional al Radiologilor de la Paris.

Două clarificări trebuie făcute. În ciuda faptului că metoda se bazează pe fenomenul RMN, aceasta se numește rezonanță magnetică (RM), omițând cuvântul „nuclear”. Acest lucru se face pentru ca pacienții să nu aibă gânduri despre radioactivitatea asociată cu dezintegrarea nucleilor atomici. Și a doua circumstanță: tomografiile RMN nu sunt „acordate” accidental la protoni, adică la nuclee de hidrogen. Acest element se găsește în mare măsură în țesuturi, iar nucleele sale au cel mai mare moment magnetic dintre toți nucleii atomici, ceea ce determină un nivel destul de ridicat al semnalului RMN.

Dacă în 1983 existau în lume doar câteva dispozitive potrivite pentru cercetarea clinică, atunci până la începutul anului 1996 existau aproximativ 10.000 de tomografii în funcțiune la nivel mondial. În fiecare an, 1000 de dispozitive noi sunt introduse în practică. Peste 90% din parcul de tomografii RMN sunt modele cu magneți supraconductori (0,5-1,5 T). Este interesant de observat că, dacă la mijlocul anilor '80 companiile - producători de tomografii RMN se ghidau după principiul „cu cât câmpul este mai mare, cu atât mai bine”, concentrându-se pe modele cu un câmp de 1,5 T și mai mare, atunci până la sfârșitul anilor '80 a devenit clar că în majoritatea domeniilor de aplicare acestea nu au avantaje semnificative față de modelele cu o intensitate medie a câmpului. Prin urmare, principalii producători de tomografii RMN (General Electric, Siemens, Philips, Toshiba, Picker, Bruker etc.) acordă în prezent o atenție deosebită producției de modele cu câmpuri medii și chiar joase, care se deosebesc de sistemele cu câmpuri înalte prin compactitate și economie, cu o calitate satisfăcătoare a imaginii și un cost semnificativ mai mic. Sistemele cu câmpuri înalte sunt utilizate în principal în centrele de cercetare pentru spectroscopia RMN.

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

Principiul metodei RMN

Principalele componente ale unui scaner RMN sunt: un magnet super-puternic, un emițător radio, o bobină de recepție pentru radiofrecvență, un computer și un panou de control. Majoritatea dispozitivelor au un câmp magnetic cu un moment magnetic paralel cu axa longitudinală a corpului uman. Intensitatea câmpului magnetic se măsoară în teslași (T). Pentru RMN-ul clinic, se utilizează câmpuri cu o intensitate de 0,2-1,5 T.

Când un pacient este plasat într-un câmp magnetic puternic, toți protonii, care sunt dipoli magnetici, se rotesc în direcția câmpului extern (precum acul unei busole orientat spre câmpul magnetic al Pământului). În plus, axele magnetice ale fiecărui proton încep să se rotească în jurul direcției câmpului magnetic extern. Această mișcare specifică de rotație se numește procesiune, iar frecvența sa se numește frecvență de rezonanță. Când impulsuri scurte de radiofrecvență electromagnetică trec prin corpul pacientului, câmpul magnetic al undelor radio face ca momentele magnetice ale tuturor protonilor să se rotească în jurul momentului magnetic al câmpului extern. Pentru ca acest lucru să se întâmple, frecvența undelor radio trebuie să fie egală cu frecvența de rezonanță a protonilor. Acest fenomen se numește rezonanță magnetică. Pentru a schimba orientarea protonilor magnetici, câmpurile magnetice ale protonilor și ale undelor radio trebuie să rezoneze, adică să aibă aceeași frecvență.

În țesuturile pacientului se creează un moment magnetic net: țesuturile sunt magnetizate, iar magnetismul lor este orientat strict paralel cu câmpul magnetic extern. Magnetismul este proporțional cu numărul de protoni pe unitatea de volum a țesutului. Numărul enorm de protoni (nuclee de hidrogen) conținuți în majoritatea țesuturilor înseamnă că momentul magnetic net este suficient de mare pentru a induce un curent electric într-o bobină receptoare situată în afara pacientului. Aceste semnale RMN induse sunt utilizate pentru a reconstrui imaginea RMN.

Procesul de tranziție a electronilor nucleului din starea excitată în starea de echilibru se numește proces de relaxare spin-rețea sau relaxare longitudinală. Se caracterizează prin T1 - timpul de relaxare spin-rețea - timpul necesar pentru a transfera 63% din nuclee în starea de echilibru după excitarea lor cu un impuls de 90°. Se distinge, de asemenea, T2 - timpul de relaxare spin-spin.

Există mai multe metode pentru obținerea tomografiilor RMN. Acestea diferă prin ordinea și natura generării impulsurilor de radiofrecvență și prin metodele de analiză a semnalului RMN. Cele două metode cele mai utilizate sunt spin-lattice și spin-echo. Spin-lattice analizează în principal timpul de relaxare T1. Diferite țesuturi (substanța cenușie și albă a creierului, lichidul cefalorahidian, țesutul tumoral, cartilajul, mușchii etc.) conțin protoni cu timpi de relaxare T1 diferiți. Intensitatea semnalului RMN este legată de durata T1: cu cât T1 este mai scurt, cu atât semnalul RMN este mai intens și cu atât zona dată a imaginii apare mai luminoasă pe monitorul TV. Țesutul adipos este alb pe tomografiile RMN, urmat de creier și măduva spinării, organele interne dense, pereții vasculari și mușchi în ordinea descrescătoare a intensității semnalului RMN. Aerul, oasele și calcificările practic nu produc semnal RMN și, prin urmare, sunt afișate cu negru. Aceste relații de timp de relaxare T1 creează premisele pentru vizualizarea țesuturilor normale și alterate pe scanările RMN.

Într-o altă metodă de RMN, numită spin-echo, o serie de impulsuri de radiofrecvență sunt direcționate către pacient, rotind protonii în proces cu 90°. După ce impulsurile se opresc, se înregistrează semnalele RMN de răspuns. Cu toate acestea, intensitatea semnalului de răspuns este legată diferit de durata T2: cu cât T2 este mai scurt, cu atât semnalul este mai slab și, în consecință, cu atât luminozitatea de pe ecranul monitorului televizorului este mai mică. Astfel, imaginea RMN finală obținută folosind metoda T2 este opusă celei obținute folosind metoda T1 (deoarece un negativ este opusul unui pozitiv).

Tomografiile RMN prezintă țesuturile moi mai bine decât scanările CT: mușchi, straturi de grăsime, cartilaj și vase de sânge. Unele dispozitive pot produce imagini ale vaselor de sânge fără injectarea unui agent de contrast (angiografia RMN). Datorită conținutului scăzut de apă din țesutul osos, acesta din urmă nu creează un efect de ecranare, ca în scanarea CT cu raze X, adică nu interferează cu imaginea, de exemplu, a măduvei spinării, discurilor intervertebrale etc. Desigur, nucleele de hidrogen nu sunt conținute doar în apă, ci în țesutul osos sunt fixate în molecule foarte mari și structuri dense și nu interferează cu RMN-ul.

Avantajele și dezavantajele RMN-ului

Principalele avantaje ale RMN-ului includ non-invazivitatea, inofensivitatea (fără expunere la radiații), natura tridimensională a achiziției imaginilor, contrastul natural din cauza sângelui în mișcare, absența artefactelor din țesutul osos, diferențierea ridicată a țesuturilor moi, capacitatea de a efectua spectroscopie MP pentru studii in vivo ale metabolismului tisular. RMN-ul permite obținerea de imagini ale straturilor subțiri ale corpului uman în orice secțiune - în planurile frontal, sagital, axial și oblic. Este posibilă reconstrucția imaginilor volumetrice ale organelor, sincronizarea achiziției tomografiilor cu dinții electrocardiogramei.

Principalele dezavantaje includ de obicei timpul relativ lung necesar pentru obținerea imaginilor (de obicei minute), ceea ce duce la apariția unor artefacte din mișcările respiratorii (acest lucru reduce în special eficacitatea examinării pulmonare), aritmii (în examinarea cardiacă), incapacitatea de a detecta în mod fiabil calculi, calcificări, unele tipuri de patologie osoasă, costul ridicat al echipamentului și al funcționării acestuia, cerințe speciale pentru spațiile în care sunt amplasate dispozitivele (ecranare împotriva interferențelor), incapacitatea de a examina pacienții cu claustrofobie, stimulatoare cardiace artificiale, implanturi metalice mari din metale nemedicale.

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

Agenți de contrast pentru RMN

La începutul utilizării RMN-ului, se credea că contrastul natural dintre diferite țesuturi elimina necesitatea agenților de contrast. S-a descoperit curând că diferența de semnale dintre diferite țesuturi, adică contrastul imaginii RMN, putea fi îmbunătățită semnificativ prin intermediul agenților de contrast. Când primul agent de contrast RMN (care conține ioni de gadoliniu paramagnetic) a devenit disponibil comercial, conținutul de informații diagnostice al RMN-ului a crescut semnificativ. Esența utilizării agenților de contrast RMN este de a modifica parametrii magnetici ai protonilor din țesuturi și organe, adică de a modifica timpul de relaxare (TR) al protonilor T1 și T2. Astăzi, există mai multe clasificări ale agenților de contrast RMN (sau mai degrabă agenți de contrast - CA).

În funcție de efectul predominant asupra timpului de relaxare, MR-KA se împarte în:

• T1-CA, care scurtează T1 și, prin urmare, cresc intensitatea semnalului MP al țesutului. Sunt numiți și CA pozitivi.
• Accidente vasculare cerebrale (AC) T2 care scurtează T2, reducând intensitatea semnalului RMN. Acestea sunt AC negative.

În funcție de proprietățile lor magnetice, MR-CA sunt împărțite în paramagnetice și superparamagnetice:

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

Agenți de contrast paramagnetici

Proprietățile paramagnetice sunt posedate de atomii cu unul sau mai mulți electroni nepereche. Aceștia sunt ioni magnetici de gadoliniu (Gd), crom, nichel, fier și mangan. Compușii de gadoliniu au primit cea mai largă aplicație clinică. Efectul de contrast al gadoliniului se datorează scurtării timpilor de relaxare T1 și T2. În doze mici, predomină efectul asupra T1, crescând intensitatea semnalului. În doze mari, predomină efectul asupra T2, reducând intensitatea semnalului. Paramagneții sunt acum cel mai utilizati în practica clinică de diagnostic.

Agenți de contrast superparamagnetici

Efectul dominant al oxidului de fier superparamagnetic este scurtarea relaxării T2. Odată cu creșterea dozei, există o scădere a intensității semnalului. Acești acidi feromagnetici, care includ oxizi de fier feromagnetici cu structură similară cu ferită de magnetită (Fe2 ⁺ OFe23 ₊ O3 ), pot fi, de asemenea, incluși în acest grup de acizi ^{feromagnetici}_.

Următoarea clasificare se bazează pe farmacocinetica CA (Sergeev PV și colab., 1995):

• extracelular (nespecific țesutului);
• gastrointestinal;
• organotrop (specific țesuturilor);
• macromoleculare, care sunt utilizate pentru a determina spațiul vascular.

În Ucraina, sunt cunoscute patru MR-CA, care sunt CA paramagnetice extracelulare solubile în apă, dintre care gadodiamida și acidul gadopentetic sunt utilizate pe scară largă. Grupele rămase de CA (2-4) sunt în curs de studii clinice în străinătate.

MR-CA extracelular solubil în apă

Denumire internațională	Formula chimică	Structura
Acid gadopentetic	Pentaacetat de gadoliniu dimeglumină dietilentriamină ((NMG)2Gd-DTPA)	Liniar, ionic
Acid gadoteric	(NMG)Gd-DOTA	Ciclic, ionic
Gadodiamidă	Bis-metilamidă de pentaacetat de dietilentriamină de gadoliniu (Gd-DTPA-BMA)	Liniar, neionic
Gadoteridol	Gd-HP-D03A	Ciclic, neionic

CA extracelulare se administrează intravenos, 98% dintre ele sunt excretate prin rinichi, nu penetrează bariera hematoencefalică, au toxicitate scăzută și aparțin grupului de substanțe paramagnetice.

Contraindicații pentru RMN

Contraindicațiile absolute includ afecțiunile în care examinarea reprezintă o amenințare pentru viața pacienților. De exemplu, prezența implanturilor care sunt activate electronic, magnetic sau mecanic - acestea sunt în principal stimulatoare cardiace artificiale. Expunerea la radiațiile de radiofrecvență de la un scaner RMN poate perturba funcționarea unui stimulator cardiac care funcționează în sistemul de solicitare, deoarece modificările câmpurilor magnetice pot imita activitatea cardiacă. Atracția magnetică poate determina, de asemenea, deplasarea stimulatorului cardiac în soclu și mișcarea electrozilor. În plus, câmpul magnetic creează obstacole în calea funcționării implanturilor feromagnetice sau electronice ale urechii medii. Prezența valvelor cardiace artificiale este periculoasă și reprezintă o contraindicație absolută numai atunci când sunt examinate pe scanere RMN cu câmpuri înalte și dacă se suspectează clinic deteriorarea valvei. Contraindicațiile absolute pentru examinare includ, de asemenea, prezența unor implanturi chirurgicale metalice mici (cleme hemostatice) în sistemul nervos central, deoarece deplasarea lor din cauza atracției magnetice amenință sângerarea. Prezența lor în alte părți ale corpului reprezintă o amenințare mai mică, deoarece, după tratament, fibroza și încapsularea clemelor ajută la menținerea lor stabilă. Totuși, pe lângă pericolul potențial, prezența implanturilor metalice cu proprietăți magnetice provoacă în orice caz artefacte care creează dificultăți în interpretarea rezultatelor studiului.

Contraindicații pentru RMN

Absolut:	Relativ:
Stimulatoare cardiace	Alte stimulente (pompe de insulină, stimulatoare nervoase)
Implanturi feromagnetice sau electronice pentru urechea medie	Implanturi neferomagnetice ale urechii interne, proteze de valve cardiace (în câmpuri înalte, dacă se suspectează o disfuncție)
Clipuri hemostatice ale vaselor cerebrale	Clipuri hemostatice în alte locații, insuficiență cardiacă decompensată, sarcină, claustrofobie, necesitatea monitorizării fiziologice

Contraindicațiile relative, pe lângă cele enumerate mai sus, includ insuficiența cardiacă decompensată, necesitatea monitorizării fiziologice (ventilație mecanică, pompe electrice de perfuzie). Claustrofobia reprezintă un obstacol în calea studiului în 1-4% din cazuri. Aceasta poate fi depășită, pe de o parte, prin utilizarea dispozitivelor cu magneți deschiși, pe de altă parte - printr-o explicație detaliată a dispozitivului și a cursului examinării. Nu există dovezi ale unui efect dăunător al RMN-ului asupra embrionului sau fătului, dar se recomandă evitarea RMN-ului în primul trimestru de sarcină. Utilizarea RMN-ului în timpul sarcinii este indicată în cazurile în care alte metode de imagistică diagnostică neionizante nu oferă informații satisfăcătoare. Examinarea RMN necesită o participare mai mare a pacientului decât tomografia computerizată, deoarece mișcările pacientului în timpul examinării au un efect mult mai mare asupra calității imaginilor, astfel încât examinarea pacienților cu patologie acută, afectarea conștienței, afecțiuni spastice, demență, precum și a copiilor este adesea dificilă.

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