Магнитно-резонансная спектроскопия. Новые направления в нейрорентгенологии Для визуализации анизотропии диффузии воды в ткани применяют диффузионно- тензорную МРТ

> Магнитно-резонансная спектроскопия

Данная информация не может использоваться при самолечении!
Обязательно необходима консультация со специалистом!

Такой эффективный метод как магнитно-резонансная томография активно используется во всех областях медицины. МРТ отличается безопасностью и вместе с тем высокой информативностью, что позволяет использовать ее для постановки правильного диагноза на самых ранних стадиях возникновения болезни. Однако иногда даже этот метод не может дать точного ответа на диагностические вопросы, полученных сведений не хватает. В этом случае специалисты назначают проведение более узких исследований, основывающихся так же на явлении ядерно-магнитного резонанса. Одним из таких специальных методов является магнитно-резонансная спектроскопия (МРС, МР-спектроскопия).

В чем заключается суть метода?

МРС – новейший метод диагностики, который проводится в специализированных клиниках при помощи особого оборудования. Данная методика основывается на определении биохимических изменений в различных тканях тела человека, вызванных теми или иными заболеваниями.

Выделяют два вида МР-спектроскопии: МРС внутренних органов и МРС биологических жидкостей. Чаще всего этот метод диагностики применяют для получения биохимического анализа мышечной ткани, так как исследование ее состояния каким-либо другим образом иногда просто невозможно выполнить без проведения биопсии.

Что показывает МР-спектроскопия?

Проведение МРС дает возможность с помощью полученных магнитно-резонансных спектров расшифровать процессы метаболизма (обмена веществ) в тканях различных органов. Нарушения процессов обмена веществ происходит задолго до появления симптомов заболевания. Таким образом МРС позволяет поставить правильный диагноз на самых ранних стадиях развития патологии и является сегодня чуть ли не единственным способом провести неинвазивное исследование метаболизма в некоторых анатомических областях.

МР-спектроскопия, например, является уникальным методом диагностики энергетического метаболизма сердечной мышцы, который не требует введения радиоактивных препаратов. В данном случае МРС дает ответ на большое количество клинических вопросов кардиологии, позволяя в сочетании с магнитно-резонансной томографией получить точную информацию о размерах сердца, изменениях в структуре миокарда, увидеть нарушения кровообращения в нем, а также функциональные расстройства. Кроме того, МР-спектроскопия позволяет контролировать эффективность проводимой терапии при ишемической болезни сердца, сердечной недостаточности, гипертрофии различного происхождения.

Магнитно-резонансная спектроскопия часто применяется для диагностики различных неврологических патологий – например, помогает определить разницу между рассеянным склерозом и нейрооптикомиелитом. МР-спектроскопия позволяет увидеть биохимические процессы в различных клетках головного мозга, что, по мнению ученых, делает этот метод особенно полезным для ранней диагностики и лечения различных расстройств психики.

Показания для проведения магнитно-резонансной спектроскопии

Данное исследование, как и МРТ, основывается на физическом явлении ядерно-магнитного резонанса, но результатом спектроскопии являются не снимки. Она помогает увидеть, правильно ли распределены в тканях продукты метаболизма согласно их молекулярным свойствам.

Показаниями для проведение МР-спектсроскопии становятся следующие заболевания и состояния: различные воспалительные процессы, эпилепсия, нейродегенеративная патология (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона), травматические повреждения тканей, ишемия (местное малокровие), новообразования головного мозга.

Метаболизм здоровых тканей сильно отличается от метаболизма пораженных, поэтому проведение МРС так важно для ранней диагностики опухолевых процессов различной этиологии.

Магнитно-резонансная томография (МРТ) — метод получения изображений внутренних органов человека, основанный на явлении ядерно-магнитного резонанса (ЯМР).

Физика метода

Человеческое тело содержит большое количество протонов — ядер атома водорода: в составе воды, в каждой молекуле органического вещества — белках, жирах, углеводах, мелких молекулах... Протон же - один из немногих атомов, у которого есть собственный магнитный момент или вектор направления. При отсутствии внешнего мощного магнитного поля магнитные моменты протонов ориентированы случайным образом, то есть стрелки векторов направлены в разные стороны.

Если же поместить атом в сильное постоянное магнитном поле все меняется. Магнитный момент ядер водорода ориентируется либо сонаправленно направлению магнитного поля, либо в противоположном направлении. Во втором случае энергия состояния будет чуть выше. Если же теперь воздействовать на этим атомы электромагнитым излучением резонансной частоте (к счастью для нас, это частота радиоволн, абсолютно безопасная для человека), то часть протонов поменяют свой магнитный момент на противоположный. А после отключения внешнего магнитного поля они вернутся в исходное положение, выделяя энергию в виде электромагнитного излучения, которое и регистрируется томографом.

Ориентация магнитных моментов ядер а ) в отсутствии б ) при наличии внешнего магнитного поля

Эффект ЯМР можно представить не только на протонах, но и на любых изотопах, имеющих ненулевой спин (то есть вращающихся в определенном направлении), чья встречаемость в природе (или в организме человека) достаточно велика. К таким изотопам можно отнести 2 Н, 31 Р, 23 Na, 14 N, 13 C, 19 F и некоторые другие.

История МРТ

В 1937 году Изидор Раби , профессор Колумбийского университета изучил интересное явление, при котором атомные ядра образцов, помещённые в сильное магнитное поле, поглощали радиочастотную энергию. За это открытие он получил Нобелевскую премию по физике в 1944 году.

Позже две группы физиков из США, одна под руководством Феликса Блоха , другая — Эдварда М. Парселла , впервые получили сигналы ядерного магнитного резонанса от твёрдых тел. За это оба в 1952 также удостоились Нобелевской премии физике.

В 1989 Норман Фостер Рамсей получил Нобелевскую премию по химии за теорию химического сдвига, которую сформулировал в 1949 году. Суть теории в том, что ядро атома можно опознать по изменению резонансной частоты, а любую молекулярную систему может описать её спектр поглощения. Эта теория стала основой магнитно-резонансной спектроскопии. В период с 1950 по 1970 годы ЯМР использовался для химического и физического молекулярного анализа в спектроскопии.

В 1971 году физик Раймонд Дамадьян (США) открыл возможность применения ЯМР для обнаружение опухолей. Он продемонстрировал на крысах, что сигнал водорода от злокачественных тканей сильнее, чем от здоровых. Дамадьян и его команда потратили 7 лет на разработку и создание первого МР-сканера для медицинского отображения человеческого тела.

Доктор Дамадьян при попытке получить собственное МРТ изображение

В 1972 году химик Пол Кристиан Лотербур (США) сформулировал принципы отображения ядерного магнитного резонанса, предложив использовать переменные градиенты магнитного поля для получения двумерного изображения.

В 1975 г. Ричард Эрнст (Швейцария) предложил использовать в магнитно-резонансной томографии фазовое и частотное кодирование и Фурье-преобразования, метод, который используется в МРТ и в настоящее время. В 1991 году Ричард Эрнст удостоился Нобелевской премии по химии за достижения в области импульсной томографии.

В 1976 Питер Мэнсфилд (Великобритания) предложил эхо-планарное отображение (EPI) — самую скоростную методику, основанную на сверхбыстром переключении градиентов магнитного поля. Благодаря этому время получения изображения уменьшилось с нескольких часов до нескольких десятков минут. Именно Питер Мэнсфилд вместе с Полом Лотенбуром в 2003 году получил Нобелевскую премию по физиологии или медицине за изобретение метода магнитно-резонансной томографии. Кстати, любопытно, что с Лотенбуром над созданием метода МРТ работал правнук Альфреда Нобеля, Микаэль Нобель.

Итак, 3 июля 1977 , спустя почти 5 часов после начала первого теста, наконец, получили первое изображение среза человеческого тела на первом прототипе магнитного резонансного сканера.

Первое МРТ-изображение среза человеческого тела. Получено 3 июля 1977 года

Устройство томографа

МР-томограф состоит из следующих блоков: магнит, градиентные, шиммирующие и радиочастотные катушки, охлаждающая система, система приема, передачи и обработки данных, система экранирования (см. рис.)

Схема МР - томографа

Магнит — самая, собственно, важная и дорогая часть томографа, создающая сильное устойчивое магнитное поле. Магниты в МР-томографе бывают самые разные: постоянные, резистивные, сверхпроводящие и гибридные.

В томографе с постоянным магнитом поле создается между двумя полюсами, сделанными из ферромагнитных материалов (ферромагнетик — вещество, обладающее магнитными свойствами в отсутствии внешнего магнитного поля). Плюс такого томографа в том, что он не требует дополнительной электроэнергии или охлаждения. Однако создаваемое таким типом томографов поле не превышает по своей индукции 0,35 Тл (Тесла, Тл — единица измерения силы магнитного поля. Надо сказать, что и 0,35 Тл — это мощное магнитное поле, в 10000 раз мощнее магнитного поля Земли). Недостатки постоянных томографов — высокая стоимость непосредственно самого магнита и поддерживающих структур, а также проблемы с однородностью магнитного поля.

В резистивных магнитах поле создается пропусканием сильного электрического тока по проводу, намотанному на железный сердечник. Сила поля таких МРТ примерно чуть больше — 0,6 Тл. Но эти томографы нуждаются в хорошем охлаждении и в постоянном электропитании для поддержания однородности магнитного поля.

В гибридных системах для создания магнитного поля используются и проводящие ток катушки, и постоянно намагниченный материал.

Для создания полей свыше 0,5 Тл обычно необходимы сверхпроводящие магниты, которые очень надежны и дают однородные и стабильные во времени поля. В таком магните поле создается током в проводе из сверхпроводящего материала, не имеющего электрического сопротивления при температурах вблизи абсолютного нуля (-273,15°C). Сверхпроводник пропускает электрический ток без потерь. В МРТ обычно используется провод из ниобий-титанового сплава длиной в несколько километров, вложенный в медную матрицу. Охлаждается эта система жидким гелием. Более 90% производящихся сегодня МР-томографов составляют модели со сверхпроводящими магнитами.

Внутри магнита расположены градиентные катушки, предназначенные для создания небольших изменений главного магнитного поля. Приложенные в трех взаимно перпендикулярных направлениях, градиентные поля позволяют точно локализовать зону интереса в трехмерном пространстве.

Шиммирующая катушка — это катушка с малым током, создающая вспомогательные магнитные поля для компенсации неоднородности главного магнитного поля томографа из-за дефектов основного магнита или присутствия намагниченных объектов в поле исследований.

Радиочастотная (РЧ ) катушка представляет собой одну или несколько петель проводника, создающих магнитное поле, необходимое для поворота спинов на 90° или 180° и регистрирующих сигнал от спинов внутри тела.

Еще недавно клинической практике верхний предел напряженности магнитного поля составляет 2 Тл, однако сегодня на рынок выходят уже семитесловые томографы.

Типы МРТ

По виду конструкции МР-томографы могут быть открытые и закрытые. Первые МРТ-сканеры конструировались как длинные и узкие туннели. МРТ открытой конструкции имеют горизонтальные или вертикальные противостоящие магниты и имеют больше пространства вокруг пациента. Существуют системы для исследования пациентов в вертикальном положении.

МРТ-сканер с вертикальным положением пациента

МРТ-сканер открытого типа

МРТ -сканер закрытого типа

Диффузионно-тензорная МРТ. Этот метод определяет направление и тензор (силу) диффузии молекул воды в тканях: клетках, сосудах, нервных волокнах. Метод не требует использования контрастного вещества и поэтому абсолютно безопасен. На основе полученных в ходе томографии данных строят карты диффузии. Данный метод хорошо подходит для исследования ЦНС, позволяет хорошо визуализировать проводящие структуры мозга. Тензорную МРТ иногда называют трактографией.

Изображение проводящих путей мозга, получено с помощью диффузионно-тензорной МРТ

МР-ангиография. Метод визуализации кровеносных сосудов, основан на отличии сигнала движущихся протонов в крови от сигнала протонов окружающих неподвижных тканей.

МР-ангиография сосудов головы

Функциональная МРТ. Метод основан на регистрации кровообращения активно работающих участков мозга. Этому методу на портале будет посвящен отдельный материал.

МР-спектроскопия. Метод позволяет определить наличие определённых метаболитов (лактата, креатинина, N-ацетиласпартата и многих других) в тканях, органах и полостях, что позволяет делать выводы о наличии заболевания, его динамике.

Применение МРТ

МРТ позволяет увидеть любые внутренние органы человека, не нанося ему вреда. Высокая разрешающая способность, безопасность делают МРТ весьма популярным и перспективным методом исследования в клинической практике, несмотря на довольно высокую стоимость.

Помимо исследования больших объектов — человека, животных, для исследователей есть и другие способы использования магнитного резонанса. Например, МР-микроскопия. Для химиков, физиков и биологов МР-микроскопия возможно самый мощный инструмент изучения веществ на молекулярном уровне. Можно локализовать в 3D объеме магнитные ядра, позволяющие получать изображения и наблюдать объекты с разрешением, достигающим 10 -6 м.

ЯМР-микроскопия сегодня уже применяется для обнаружения микродефектов в различных объектах. Для химиков метод позволяет идентифицировать составы сложных смесей.

Источники:

1. Хорнак Дж. П. Основы МРТ. 2005

2. Марусина М.Я., Казначеева А.О. Современные виды томографии. Учебное пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. - 132 с.

3. McRobbie D. W. et al. MRI from Picture to Proton. - Cambridge university press, 2006.

4. http://www.fonar.com/nobel.htm

5. Александр Грек. Мозги на просвет: Цветные мысли. Популярная механика // 2008 — № 2(64) — стр. 54-58

6. http://www.bakuprightmri.com

7. http://mri-center.ru/mrt-otkritogo-tipa

8. Окользин А. В. Магнитно-резонансная спектроскопия по водороду в характеристике опухолей головного мозга //Онкология. - 2007. - Т. 8.

Дарья Прокудина

Одним из методов молекулярной визуализации является МР-спектроскопия головного мозга. Сейчас это единственный способ неинвазивного исследования метаболизма, нарушения которого появляются еще до клинических проявлений патологии, в связи с чем МР-спектроскопия имеет большое значение в ранней диагностике заболеваний.

Для чего нужна МРТ спектроскопия головного мозга

Исследование позволяет оценивать скорость движения молекул различных веществ, а также дифференцировать серое, белое вещества, кровь, жировую ткань, мышечные волокна. На основании изменения магнитно-резонансных спектров веществ специалисты могут предположить характер заболевания - воспалительный, инфекционный и пр.

Регистрация процесса транспорта натриевых и калиевых ионов через мембраны клеток позволяет определять активность фагоцитоза.

В медицинской практике этот вид МРТ все чаще становится востребованным при черепно-мозговых травмах, мозговой ишемии, эпилепсии, дегенеративных изменений белого вещества у детей и прочих случаях. Часто данные МРТ спектроскопии дополняют информацию, полученную перфузионными методами.

Также диагностику назначают при подозрении на объемные образования, однако отметим, что данные спектроскопии не могут однозначно определить гистологический тип опухоли, тем не менее она применяется в дифференциальной диагностике эпендиом, астроцитом и других. Широко используется методика в дифференцировании метастазов и первичных опухолей и для отличия их от инфекционных, демиелинизирующих заболеваний. МР-спектроскопия используется для определения возможного рецидива опухоли в постоперационном периоде.

Статья была подготовлена Службой записи на МРТ и КТ .

Запись на диагностику в более 50 клиник по всем районам города.
Услуги совершенно бесплатны для пациентов.
Служба работает каждый день с 8 утра до 24 вечера.

Узнайте минимальную стоимость на Ваше исследование позвонив по телефону:

Магнитно-резонансная спектроскопия (MP-спектроскопия) позволяет неинвазивно получить информацию о метаболизме мозга. Протонная 1H-МР-спектроскопия основана на «химическом сдвиге» - изменении резонансной частоты протонов, входящих в состав различных химических соединений. Этот термин ввел N. Ramsey в 1951 г., чтобы обозначить различия между частотами отдельных спектральных пиков. Единица измерения «химического сдвига» - миллионная доля (ррт). Приводим основные метаболиты и соответствующие им значения химического сдвига, пики которых определяются in vivo в протонном МР-спектре:

• NAA - N-ацетиласпартат (2,0 ррт);
• Cho - холин (3,2 ррт);
• Сr - креатин (3,03 и 3,94 ррт);
• ml - миоинозитол (3,56 ррт);
• Glx - глутамат и глутамин (2,1-2,5 ррт);
• Lac - лактат (1,32 ррт);
• Lip - липидный комплекс (0,8-1,2 ррт).

В настоящее время в протонной MP-спектроскопии используют два основных метода - одновоксельную и мультивоксельную (Chemical shift imaging) MP-спектроскопию - единовременное определение спектров от нескольких участков головного мозга. В практику сейчас стала также входить мультиядерная MP-спектроскопия на основе МР-сигнала ядер фосфора, углерода и некоторых других соединений.

При одновоксельной 1H-МР-спектроскопии для анализа выбирают только один участок (воксел) мозга. Анализируя состав частот в регистрируемом от этого воксела спектра, получают распределение определенных метаболитов по шкале химического сдвига (ррт). Соотношение между пиками метаболитов в спектре, уменьшение или увеличение высоты отдельных пиков спектра позволяют неинвазивно оценивать биохимические процессы, происходящие в тканях.

При мультивоксельной MP-спектроскопии получают MP-спектры для нескольких вокселов сразу, и можно сравнить спектры отдельных участков в зоне исследования. Обработка данных мультивоксельной MP-спектроскопии даёт возможность построить параметрическую карту среза, на которой концентрация определённого метаболита отмечена цветом, и визуализировать распределение метаболитов в срезе, т.е. получить изображение, взвешенное по химическому сдвигу.

Клиническое применение МР-спектроскопии. MP-спектроскопию в настоящее время довольно широко используют для оценки различных объёмных образований головного мозга. Данные MP-спектроскопии не позволяют с уверенностью предсказать гистологический тип новообразования, тем не менее большинство исследователей сходятся во мнении, что опухолевые процессы в целом характеризуются низким соотношением NAA/Cr, увеличением соотношения Cho/Cr и, в некоторых случаях, появлением пика лактата. В большинстве МР-исследований протонную спектроскопию применяли в дифференциальной диагностике астроцитом, эпендимом и примитивных нейроэпителиальных опухолей, предположительно определяя тип опухолевой ткани.

В клинической практике важно использовать MP-спектроскопию в послеоперационном периоде для диагностики продолженного роста новообразования, рецидива опухоли либо лучевого некроза. В сложных случаях 1Н-МР-спектроскопия становится полезным дополнительным методом в дифференциальной диагностике наряду с получением перфузионно-взвешенных изображений. В спектре лучевого некроза характерный признак - наличие так называемого мёртвого пика, широкого лактат-липидного комплекса в диапазоне 0,5-1,8 ррт на фоне полной редукции пиков остальных метаболитов.

Следующий аспект использования МР-спектроскопии - разграничение впервые выявленных первичных и вторичных поражений, дифференцировка их с инфекционными и демиелинизующими процессами. Наиболее показательны результаты диагностики абсцессов головного мозга на основе применения диффузионно-взвешенных изображений. В спектре абсцесса на фоне отсутствия пиков основных метаболитов отмечено появление пика липид-лактатного комплекса и пиков, специфичных для содержимого абсцесса, таких как ацетат и сукцинат (продукты анаэробного гликолиза бактерий), аминокислоты валин и лейцин (результат протеолиза).

В литературе также очень широко исследуют информативность МР-спектроскопии при эпилепсии, при оценке метаболических нарушений и дегенеративных поражений белого вещества головного мозга у детей, при черепно-мозговой травме, ишемии мозга и других заболеваниях.

Развитие визуализирующих технологий в нейрорентгенологии идёт по пути "от анатомии к функциям мозга". Анатомические срезы стандартных КТ и МРТ демонстрируют разные типы тканей: кровь, жировую ткань, белое и серое вещество мозга, мышцы и пр. Современные методы КТ и МРТ позволяют оценить скорость и ориентацию диффузионного движения молекул воды, "увидеть" ткани, отличающиеся по обменному взаимодействию протонов, транспорту ионов и молекул (К+, Na+), рН среды, активности фагоцитоза. По притоку обогащённой кислородом крови МРТ позволяет выявить области мозга с повышенной нейрональной и метаболической активностью, обнаружить участки нарушения гематоэнцефалического барьера, количественно оценить микроваскулярную проницаемость ткани, состояние рецепторов на поверхности клеток, гормональную активность, наличие в ткани определённого антигена, белковых структур и пр. Таким образом, с помощью КТ и МРТ стали осуществлять диагностику не только на клеточном, но и на молекулярном уровне. По этой причине диффузионную, перфузионную, функциональную МРТ и MP-спектроскопию относят к так называемым методам молекулярной визуализации.

Рис. 3-8. МР-ангиография с контрастным усилением. Магистральные сосуды головы от дуги аорты до большого круга основания мозга, вид спереди .

Диффузионно-взвешенная МРТ

Диффузия - основной физический процесс, про исходящий в ходе метаболических реакций клетки. Первое диффузионно-взвешенное МР-изображение было построено в 1985 г. . В клиническую практику диффузионная МРТ пришла вместе с МРТ - сканерами III поколения. Для получения диффузионновзвешенных томограмм используют эхопланарные импульсные последовательности "спиновое эхо" ЕРI с двумя диффузионными градиентами одинаковой амплитуды и длительности. Для количественной оценки диффузионных свойств воды в ткани строят параметрические диффузионные карты, на них цвет каждого пиксела соответствует измеряемому коэффициенту диффузии (рис. 3-10).

Рис. 3-10. Диффузионная МРТ. а - диффузионно-взвешенное изображение (комбинированное), полученное с фактором диффузии b = 1000 с/мм 2 ; б - диффузионная цветовая карта на этом уровне.

На диффузионной карте ткани с высокой скоростью диффузии воды окрашены в красно-белые тона, ткани с низкой скоростью диффузии - в сине-чёрные.

Зависимость диффузионной способности молекул от направления называют анизотропией диффузии. В белом веществе мозга молекулы воды легко диффундируют вдоль нервных волокон, но поперёк волокон их движение ограничено непроницаемой миелиновой оболочкой.

Для визуализации анизотропии диффузии воды в ткани применяют диффузионно- тензорную МРТ.

В диффузионно-тензорной МРТ по ориентации эллипсоидов диффузии в вокселах определяют ход нервных волокон, образующих нервные тракты, соединяя друг с другом собственные векторы диффузионного тензора. Алгоритмы соединения довольно сложны, поэтому применяют различные методы расчёта, позволяющие "нарисовать" ход множества нервных волокон, образующих нервный тракт.

Вследствие этого тензорную МРТ часто называют трактографией - методом визуализации хода нервных трактов. В простейшей форме частичная анизотропия диффузии кодируется цветом, а визуализация направлений диффузионного движения молекул воды в тканях осуществляется окрашиванием определённым цветом пикселов в зависимости от ориентации их собственного вектора (красным - по оси Х, зелёным - по оси У, синим - по оси Z) (рис. 3-11) .

Диффузионно-тензорная МРТ позволяет обнаружить структурные связи между отделами мозга, что особенно важно при объёмных процессах и заболеваниях, искажающих анатомическую структуру или разрушающих белое вещество (опухоли, ЧМТ, демиелинизирующие заболевания и др.).

Клиническое применение диффузионно-взвешенной и диффузионнотензорной МРТ . Снижение скорости измеряемого коэффициента диффузии в тканях мозга - чувствительный индикатор ишемических нарушений и степени тяжести ишемии . На сегодняшний день применение диффузионно-взвешенных изображений - один из наиболее быстрых и высокоспецифичных методов диагностики ишемического инфаркта мозга в ранних стадиях его развития (до 6 ч) , когда существует -"терапевтическое окно" для использования тромболизиса и частичного или полноrо восстановления кровотока в поражённых тканях мозга. В острой фазе мозгового инсульта на диффузионно-взвешенных изображениях зона поражения мозга имеет типично высокий МР-сигнал, тогда как нормальные ткани мозга выглядят тёмными. На картах измеряемого коэффициента диффузии - обратная картина (рис. 3-12) . Карты измеряемого коэффициента диффузии стали средством диагностики ишемии и динамического наблюдения за развитием острого нарушения мозгового кровообращения и последующей хронической дегенерации тканей, вызванной ишемией. Неинвазивность и быстрота применения диффузионно-взвешенных изображений предопределяют главенствующее значение метода в первичной диагностике ишемического поражения мозга.

Рис. 3-12 . Острейшая фаза (3 ч) мозгового инсульта в вертебробазилярной системе. На диффузионно-взвешенном изображении нормальные ткани мозга выглядят тёмными, зоны поражения в обеих гемисферах мозжечка (D>S ) имеют типично высокий МР-сигнал (а); на диффузионной цветовой карте - обратная картина (б); на мр-томограмме в режиме Т2 зона поражения ещё не видна (в).

Все диффузионные исследования проводят без введения контрастного вещества, что важно для тяжёлых больных и при специализированных исследованиях развития мозга у детей, начиная с внутриутробного периода. В последнем случае диффузионная МРТ позволяет получить дополнительные качественные (визуализационные) и количественные тканевые характеристики, открывает новые возможности исследования микроструктуры тканей мозга в процессе его развития [Коновалов А.Н. и др., 2001] .

Диффузионно-взвешенные изображения и диффузионные карты дают дополнительную диагностическую информацию для дифференцировки новообразований головного мозга со сходными проявлениями на Т1- и Т2-МРТ (глиомы, опухоли с кольцевидным накоплением контрастного вещества), перитуморального отёка (вазогенный или цитотоксический), предоставляют данные о наличии или отсутствии внутриопухолевых кист и пр. .

Неоценимую информацию за столь короткое время сканирования применение диффузионно-взвешенные изображения дают при диагностике воспалительных поражений головного мозга и позвоночника (например, абсцессы мозга, эмпиема) . Гнойное содержимое абсцесса характеризуется высоким МР-сигналом и легко визуализируется на любом этапе лечения, включая послеоперационный.

Особенности структурной организации некоторых новообразований головного мозга, в частности менингиом и неврином, дают возможность при применении диффузионно-взвешенных изображений с высокой достоверностью прогнозировать гистологический тип опухоли ещё перед операцией. На основе данных этого метода точно дифференцируют эпидермоидные и арахноидальные кисты. Трактография - новая и многообещающая методика, позволяющая неинвазивно "увидеть" проводящие пути головного мозга (рис. 3-13, 3-14).

Рис. 3-13 . М Р-трактография. а - МРТ в режиме Т2, аксиальная проекция: глиобластома левой височной доли; б - построение хода кортикоспинального тракта показывает его расположение по отношению к зоне опухолевой инфильтрации.

Рис. 3-14 . МР-трактография. а - МРТ в режиме Т2, аксиальная проекция: астроцитома правой затылочной дол и; 6 - трактографbz , дислокация пучков зрительной радиации опухолью латерально.

Несмотря на ещё существующие технические сложности, первые результаты в приложении к задачам нейрохирургии кажутся многообещающими . Стало возможным с помощью диффузионно-тензорной МРТ, зная расположение проводящих путей и учитывая их заинтересованность в патологическом процессе (смещение/деформация или инвазия и повреждение), планировать операционный доступ и объём оперативного удаления внутримозговых опухолей.

Перфузионные исследования

С помощью методов исследования перфузии рассматривают и количественно оценивают движение крови.

К современным количественным методам исследования мозговой гемодинамики относят МРТ, спиральную КТ с контрастным усилением, КТ с ксеноном, однофотонную эмиссионную КТ И позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ).

Преимущества малоинвазивных КТ - и МРТ -методов - минимальная инвазивность, высокая чувствительность в оценке тканевой микроциркуляции, высокая разрешающая способность, короткое время исследования в рамках стандартных протоколов и, наконец, воспроизводимость результатов с течением времени - очевидны. Наибольшее распространение в нейрорентгенологии получили перфузионные исследования на основе внутривенного введения болюса контрастного препарата (КТ и МРТ) . ДЛЯ количественной оценки используют основные гемодинамические тканевые характеристики: мозговой кровоток (CBF) , объём мозгового кровотока (CBV) , среднее время транзита крови (МТТ).

Перфузионная КТ. При перфузионной КТ анализируют повышение КТ-плотности при прохождении контрастного вещества по сосудистому руслу головного мозга. Болюс рентгеноконтрастного вещества (препарат йода с концентрацией 350-370 мг/мл, скорость введения 4 мл/с) вводят внутривенно.

Спиральные режимы сканирования позволяют получать серию срезов с интервалом 1 с в течение 50-60 с после внутривенной инъекции.

Этот метод обладает высоким разрешением, даёт количественные оценки тканевой перфузии и признан одним из самых перспективных в настоящее время.

Перфузионная МРТ. В МРТ существуют методы исследования гемодинамических перфузионных процессов с помощью экзогенных и эндогенных маркёров (с использованием контрастных веществ, получение изображений, зависящих от уровня оксигенации крови, и др.).

Перфузионной МРТ в настоящее время называют методы оценки перфузии при прохождении болюса контрастного вещества. Эти методы исследования мозговой перфузии наиболее широко сейчас применяют в МР-диагностике, особенно в сочетании с диффузионными исследованиями, МР-ангиографией и MP-спектроскопиеЙ. По мере прохождения болюса контрастного вещества по сосудистой системе многократно регистрируют изображение одного и того же среза (обычно это 10 разных уровней или срезов). Само сканирование занимает 1-2 мин. График снижения интенсивности МР-сигнала при прохождении болюса контрастного вещества даёт зависимость "интенсивность сигнала - время" в каждом пикселе среза. Форма этой кривой в артерии и вене определяет артериальную и венозную функции, с помощью которых рассчитывают гемодинамические тканевые параметры.

Клиническое применение перфузионных КТ и МРТ . В настоящее время перфузионные исследования проводятся, чтобы оценить гемодинамику опухолей головного мозга при дифференциальной диагностике поражений мозга, проводить мониторинг состояния опухоли после лучевой терапии и химиотерапии, диагностировать рецидив опухоли и/или лучевой некроз, ЧМТ, заболевания и повреждения ЦНС (ишемия/гипоксия, окклюзирующие заболевания магистральных артерий головы, заболевания крови, васкулиты, болезнь мойа-мойа идр.) .

К перспективным направлениям относят использование перфузионных методов при эпилепсии, мигрени, вазоспазме, различных психических заболеваниях. КТ- и МР-перфузионные карты позволяют количественно характеризовать зоны гипер- и гипоперфузии, что особенно важно для диагностики опухолевых и цереброваскулярных заболеваний.

На первом месте по частоте использования перфузионных методов стоят ишемические поражения мозга. В настоящее время перфузионно-взвешенные изображения - неотъемлемая часть диагностического протокола у больного с подозрением на церебральную ишемию. Впервые клинически метод применили у человека именно для диагностики инсульта. На современном этапе перфузионная КТ /МРТ - пожалуй, единственный метод ранней верификации ишемии мозга, способный уловить снижение кровотока в зоне поражения уже в первые минуты после появления неврологических симптомов (рис. 3-15).

Рис. 3-15 . Острая ишемия в бассейне средней мозговой артерии слева (как осложнение после клипирования мешотчатой аневризмы бифуркации правой средней мозговой артерии) . а - аксиальный срез из набора данных КТ-перфузии; б - карта мозгового кровотока. Продемонстрирован обширный участок отсутствия кровотока в конвекситальных отделах правой височно-теменной области.

В нейрохирургии перфузионно-взвешенные изображения в основном используют для того, чтобы провести первичную дифференциальную диагностику степени злокачественности внутримозговых новообразований головного мозга, в частности глиом. Следует помнить, что перфузионная МРТ и КТ не позволяют дифференцировать опухоли по их гистологической принадлежности, а тем более оценивать распространённость опухоли в мозговом веществе. Наличие очагов гиперперфузии в структуре астроцитомы предполагает повышение степени злокачественности поражения. Это основано на том, что при новообразованиях тканевая перфузия характеризует развитие аномальной сосудистой сети (ангионеогенез) в опухоли и её жизнеспособность. Наличие аномальной сосудистой сети в опухоли может свидетельствовать об агрессивности последней. И наоборот, снижение перфузии в опухолевой ткани под действием радио- или химиотерапии может указывать на то, что достигнут лечебный эффект. Использование перфузионно-взвешенных изображений для выбора цели при стереотаксической пункции оказало большую помощь, особенно в группе глиом, характеризующихся полным отсутствием контрастного усиления при стандартных КТ и МРТ.

При оценке гистологического типа новообразования и распространённости внемозговых объёмных поражений в полости черепа возможности перфузионновзвешенных изображений выше, чем при внутримозговых опухолях. С помощью перфузионно-взвешенных изображений успешно дифференцируют менингиомы и невриномы мостомозжечкового угла по характерно высоким показателям гемодинамики у первого типа. Существует чёткая корреляция между локальным кровотоком и данными прямой церебральной ангиографии в группе больных с менингиомами (рис. 3-16).

Рис. 3-16 . Перфузионная КТ. Карта кровотока у больного с большой менингиомой средней черепной ямки. а - объём мозгового кровотока; б - КТ с контрастным усилением; в - церебральная ангиография (боковая проекция). Определено выраженное повышение объёма мозгового кровотока в опухолевой ткани в соответствии с обильным кровоснабжением опухоли на ангиографии.

Опухоли, характеризующиеся наличием плотной рентгеноконтрастной тени в ранней капиллярной фазе ангиографии, имеют исключительно высокие показатели перфузии и отличаются высоким риском интраоперационного кровотечения в момент удаления. Весьма специфичны полученные при КТ перфузионно-взвешенные изображения в демонстрации кровоснабжения гемангиобластом задней черепной ямки - раннее и выраженное контрастирование в сочетании с высокой перфузией.

Функциональная магнитно-резонансная томография

Функциональная МРТ основана на усилении кровотока в мозге в ответ на увеличение нейрональной активности коры при действии соответствующего раздражителя.

Картирование активности мозга позволяет выявить области нейрональной активации, возникающие в ответ на стимуляцию (моторные, сенсорные и другие раздражители).

Использование импульсной эхопланарной последовательности на основе градиентного эха позволяет зарегистрировать МР-сигнал высокой интенсивности от активных участков коры мозга, причём время регистрации одного МР-изображения составляет около 100 мс. При функциональной МРТ сопоставляют интенсивность сигналов, зарегистрированных при физиологической нагрузке (активация) и в её отсутствие (контроль) . Участки статистически значимого повышения МР-сигнала, выявленные при последующей математической обработке изображений, соответствуют зонам нейрональной активности мозга. Их выделяют цветом, строят карты нейрональной активности и накладывают их на Т1-МРТ или н а трёхмерную модель поверхности мозга.

Клиническое применение функциональной МРТ . Картирование зон нейрональной активности мозга позволяет спланировать хирургический подход и исследовать патофизиологические процессы головного мозга. Метод применяют в нейропсихологии при изучении когнитивных функций головного мозга. Он перспективен для выявления очагов эпилепсии.

Использование функциональной МРТ стало в настоящее время неотъемлемой частью МРТ -протокола у больных с опухолями головного мозга, расположенными около функционально значимых зон коры головного мозга (рис. 3-17).

Рис. 3-17 . Функциональная МРТ: карта нейрональной активности при активации моторных центров коры мозга у больного с внутримозговой опухолью левой парацентральнойзоны.

В большинстве случаев полученные результаты адекватно отображают расположение сенсомоторной, речевой и слуховой зоны коры мозга. Перспективны в рамках одного МР-исследования у больных с опухолью мозга функциональная МРТ (пока её осуществляют только для соматосенсорной и зрительной коры), трактография с построением карт функционально значимой зоны коры, пирамидного или зрительного тракта и наложением их на трёхмерное изображение мозга. На основе совмещения полученных данных нейрохирурги планируют операционный подход и объём: резекции новообразования, а радиологи рассчитывают области распределения дозы облучения опухоли.

Магнитно-резонансная спектроскопия

Магнитно-резонансная спектроскопия (МР-спектроскопия) позволяет неинвазивно получить информацию о метаболизме мозга. Протонная l H - МР-спектроскопия основана на "химическом сдвиге" - изменении резонансной частоты протонов, входящих в состав различных химических соединений. Этот термин ввел N. Ramsey в 1951 г., чтобы обозначить различия между частотами отдельных спектральных пиков. Единица измерения "химического сдвига" - миллионная доля (ppm ). Приводим основные метаболиты и соответствующие им значения химического сдвига, пики которых определяются in vivo в протонном МР-спектре:

• NAA - N-ацетиласпартат (2,0 ppm );
• Cho - холин (3,2 ppm );
• Сr - креатин (3,03 и 3,94 ppm );
• mI - миоинозитол (3,56 ppm );
• Gl x - глутамат и глутамин (2,1 -2,5 ppm );
• Lac - лактат (1,32 ppm );
• Lip - липидный комплекс (0,8-1,2 ppm ).

В настоящее время в протонной МP-спектроскопии используют два основных метода - одновоксельную и мультивоксельную (Chemical shift imaging) МР-спектроскопию - единовременное определение спектров от нескольких участков головного мозга. В практику сейчас стала также входить мультиядерная МР- спектроскопия на основе MP-сигнала ядер фосфора, углерода и некоторых других соединений [Ринк П., 2003].

При одновоксельной 1 Н-МР-спектроскопии для анализа выбирают только один участок (воксел) мозга. Анализируя состав частот в регистрируемом от этого воксела сигнале, получают распределение пиков метаболитов по шкале химического сдвига (ррm ) (рис. 3-18). Соотношение между пиками метаболитов в спектре, уменьшение или увеличение высоты отдельных пиков спектра позволяют неинвазивно оценивать биохимические процессы, происходящие в тканях.

Рис. 3-18. Одновоксельная протонная МР- спектроскопия вещества мозга в норме. Пики основных метаболитов обозначены на рисунке .

При мультивоксельной MP-спектроскопии получают МР-спектры для нескольких вокселов сразу, и можно сравнить спектры отдельных участков в зоне исследования (рис. 3-19, а) . Обработка данных мультивоксельной МР-спектроскопии даёт возможность построить параметрическую карту среза, на которой концентрация определённого метаболита отмечена цветом, и визуализировать распределение метаболитов в срезе, т.е. получить изображение, взвешенное по химическому сдвигу (рис. 3-19, б).

Рис. 3-19 . Мулыивоксельная протонная МР-спектроскопия вещества мозга у больного с лимфангитом ЦНС. а - отображение спектров в каждом вакселе; б - цветное изображение. взвешенное по химическому сдвигу.

Клиническое применение MP-спектроскопии . МР-спектроскопию в настоящее время довольно широко используют для оценки различных объёмных образований головного мозга. Данные MP-спектроскопии не позволяют с уверенностью предсказать гистологический тип новообразования, тем не менее большинство исследователей сходятся во мнении, что опухолевые процессы в целом характеризуются низким соотношением NAA/Cr, увеличением соотношения Cho/Cr и, в некоторых случаях, появлением пика лактата. В большинстве МР-исследований протонную спектроскопию применяли в дифференциальной диагностике астроцитом, эпендимом и примитивных нейроэпителиальных опухолей, предположительно определяя тип опухолевой ткани. В клинической практике важно использовать МР-спектроскопию в послеоперационном периоде для диагностики продолженного роста новообразования, рецидива опухоли либо лучевого некроза. В сложных случаях 1 Н-МР-спектроскопия становится полезным дополнительным методом в дифференциальной диагностике наряду с получением перфузионно-взвешенных изображений. в спектре лучевого некроза характерный признак - наличие так называемого мёртвого пика, широкого лактат-липидного комплекса в диапазоне 0,5-1,8 ррm на фоне полной редукции пиков остальных метаболитов.

Следующий аспект использования МР-спектроскопии - разграничение впервые выявленных первичных и вторичных поражений, дифференцировка их с инфекционными и демиелинизующими процессами. Наиболее показательны результаты диагностики абсцессов головного мозга на основе применения диффузионновзвешенных изображений. в спектре абсцесса на фоне отсутствия пиков основных метаболитов отмечено появление пика липид-лактатного комплекса и пиков, специфичных для содержимого абсцесса, таких как ацетат и сукцинат (продукты анаэробного гликолиза бактерий) , аминокислоты валин и лейцин (результат протеолиза) . В литературе также очень широко исследуют информативность МР-спектроскопи и при эпилепсии, при оценке метаболических нарушений и дегенеративных поражений белого вещества головного мозга у детей, при ЧМТ, ишемии мозга и других заболеваниях.