Феномен ядерного магнитного резонанса был описан независимо друг от друга E.PurcellиF.Bloch в 1946г., за что авторы получили в 1952 г. Нобелевскую премию. Однако теоретические предпосылки намного опередили возможности практики, и только в 70-х годах появились сообщения об использовании явления ядерного магнитного резонанса для получения изображения, а в 1977 г. была проведена первая томография внутренних органов человека [71].

Первые типы клинических МР-томографов в силу своих технических возможностей позволяли исследовать в основном голову, шею и головной мозг. В начале 80-х годов были созданы образцы томографов для всего тела, что привело к интенсивному исследованию внутренних органов, костно-мышечного аппарата и др. Бурно развивалась и сама методика, включая создание все более совершенных компьютерных программ. В приборах последнего поколения (томографы фирм “Instrumentarium”, “Siemens”, “Bruker”, “General-Electric”, “Picker” и др.) заложена возможность синхронизации измерений с физиологической деятельностью, что позволяет исследовать сердце и сосуды с получением изображения в реальном масштабе времени.
Следует заметить, что при всех достоинствах МР-томографию никак нельзя отнести к числу простых методов, поэтому определить возможности ее применения в клинике нельзя без достаточно глубокого, хотя по необходимости и упрощенного, понимания физических принципов, на которых она основана.
Некоторые феномены метода могут быть объяснены только с позиций квантовой механики, однако изложение его основ может быть осуществлено в терминах классической механики и магнетизма. Полная и строгая теория ядерного магнитного резонанса дана в соответствующих монографиях [71-74], к которым мы и отсылаем подготовленного читателя.
МР-томография использует магнитные свойства ядер некоторых химических элементов (H1, C13, N14, Na23, P31 и др), которые можно рассматривать как маленькие магниты или магнитные диполи. В отсутствие внешнего магнитного поля ориентация ядерных диполей случайна, так что намагниченность исследуемого образца в целом равна нулю.
Магнит с набором градиентных и разночастотных катушек

Передатчик

Приемник

Градиентная система

Z
Х
Y

V 1

Управляющая ЭВМ
Рис. 3.40. Упрощенная схема МР-томографа.
При помещении биологического объекта в постоянное однородное магнитное поле парамагнитные ядра ориентируются таким образом, что суммарный вектор намагниченности вращается вокруг параллельного направления магнитного поля, описывая поверхность конуса с противоположнонаправленной вершиной. Это движение, именуемое прецессией, аналогично отклонению оси вращающегося волчка от направления земного тяготения.
Для получения ядерного магнитного резонанса необходимо объект,
помещенный в постоянное магнитное поле, облучить дополнительным радиочастотным полем (рис.

39. . Если частота радиосигнала совпадает с параметрами ядра и магнитного поля, то возникает явление резонанса, то есть атомы элемента поглощают энергию дополнительного импульса и переходят на более высокий энергетический уровень.

После выключения радиочастотного сигнала суммарный вектор намагниченности парамагнитных ядер, отклонившийся от направления силовых линий основного поля, возвращается в исходное состояние, что обозначается как процесс релаксации.
Выделяют 2 времени релаксации (Т):
— у — время про-              Рис. 3.42. МР-томограмма в поперечной (аксиальной)
дольной спин-реше-              плоскости на уровне желудочков сердца: 1 ~
„              ^              позвоночник; 2 - правое легкое; 3- левое легкое; 4 -
точной релаксации,              правый желудочек; 5 - левый желудочек; 6 - правое
которое отражает вза-              предсердие; 7 - нисходящая аорта.

Рис. 3.43. МР-томограмма головы человека. А - в сагиттальной плоскости по средней линии (А1) и анатомический срез на том же уровне (А2); Б - МР-томограмма головы в горизонтальной плоскости на разных уровнях (Б1, Б2, Б3).
имодействие резонировавших ядер с другими окружающими их ядрами и молекулами;

• Т2 — время поперечной спин-спиновой релаксации, которое зависит от взаимодействия магнитных моментов внутри ядра.

Параметры релаксации являются постоянными величинами ядер определенного элемента при заданной температуре, параметрах постоянного магнитного поля и переменного радиочастотного импульса.
Таким образом, суммируя и сильно упрощая, во время прецессии и релаксации резонировавшие ядра излучают слабые электромагнитные волны. При этом в катушке индуктивности, окружающей исследуемый объект, возникает переменная электродвижущая сила, амплутудно-ча- стотный спектр и временные характеристики которой несут информацию о пространственной плотности резонирующих ядер, временах ре
лаксации и других параметрах, специфичных для явления ядерного магнитного резонанса определенного химического элемента [72].
Техника получения изображения определяется способами кодирования точек исследуемого объекта, позволяющими в регистрируемом сигнале отличить сигнал любой точки объекта от всех других. Для этого используется основное магнитное поле, три градиентных импульсных магнитных поля в трех взаимно перпендикулярных направлениях (X, Y, Z), передающая и принимающая радиочастотные катушки и электрический блок, формирующий под управлением ЭВМ последовательность импульсов и градиентных полей и регистрирующий МР-сигнал (рис.

40. .              После обработки и Фурье-трансформации принятых сигналов ЭВМ выводит изображение образца на экран видеомонитора. Очень важно при этом, что с помощью МР-томографии можно получить изображение объекта в трех взаимно перпендикулярных проекциях: поперечной (аксиальной), сагиттальной и фронтальной (корональной). Такое изображение, с одной стороны, отражает анатомическое строение биологических структур, а с другой, — характеризует плотность ядер химических элементов, распределение скоростей потоков жидкостей, интенсивность биохимических обменных процессов [74,75].

Важнейшим преимуществом МР-томографии перед компьютерной томографией и рентгеноконстрастной ангиографией является ее безопасность, обусловленная тем, что МР-визуализация не требует введения в кровоток контрастных средств и не использует ионизирующее излучение. Не менее выгодным отличием МР-томографии от рентгенологического и ультразвукового исследования является возможность получения изображения высокой контрастности в нескольких проекциях, которое, кроме анатомических и морфологических показателей, позволяет оценивать метаболические особенности изучаемых органов и тканей.
Сама процедура МР-томографии заключается в следующем (рис.

41. .              Пациента помещают в градиентные катушки, расположенные в магните и имеющие отверстие диаметром 55-57 см, при этом область интереса располагается между обмотками разночастотной излучающей и воспринимающей катушки. Включается постоянное магнитное поле, и подается резонансный импульс. Излученный при релаксации сигнал воспринимается той же катушкой и подается для обработки в ЭВМ, после чего на экране дисплея представляется сечение части тела человека в заданной плоскости (рис. 3.42).

Время одного исследования на МР-томографе современной модели составляет примерно 15 мин, включая обработку сигнала. По мнению большинства специалистов, дальнейшее совершенствование аппаратуры позволит существенно сократить время, затрачиваемое на исследование.
Учитывая конструктивные недостатки первых типов приборов, на на
чальных этапах развития метода изучалась возможность получения МР- томограмм головы человека в разных плоскостях сечения (рис. 3.43). Весьма важно, что во всех случаях метод позволил различить серое и белое вещество головного мозга: серое вещество содержит много протонов в составе воды, а белое вещество — в составе липидов, поэтому время их релаксации различно [75-77], что, в свою очередь, обусловливает контрастные различия изображения тканей головы и мозга.
В МР-томографии сердца и сосудов важнейшим принципиальным фактором является дифференцировка изображения движущейся крови и окружающих тканей (сосудистая стенка, миокард), поскольку ламинарное движение жидкости при обычных скоростях кровотока либо дает сигнал небольшой величины, либо не дает вообще никакого сигнала [71].
Отсутствие сигнала движущейся крови позволяет даже на несинхро- низированных томограммах получить четкое изображение полостей и стенок сердца, межжелудочковой перегородки. На синхронизированных с кардиоциклом изображениях могут быть измерены диастолические и систолические размеры полостей желудочков (и, следовательно,

• сердечный выброс), толщина и сократительная активность разных отделов миокарда. Можно видеть нарушения конфигурации сердца (например, аневризму), дефекты межжелудочковой перегородки, внутри- сердечные тромбы и опухоли. Заманчивой представляется возможность сочетания исследования ишемии миокарда (по изменению содержания воды) с определением нарушения его функции [79].

Таким образом, МР-томография визуализирует на разных уровнях все полости сердца, клапанные структуры, крупные сосуды, позволяет оценивать ряд анатомических, функциональных и биохимических параметров, важных для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний [77].
Большой интерес вызывают перспективы МР-ангиографии, т.е. неинвазивное получение изображений достаточно больших участков сосудистого русла в проекционном формате при отсутствии фона от костей и мягких тканей.
Упомянутое выше отсутствие сигнала движущейся крови дает возможность получать четкое изображение просвета сосудов, измерять их диаметр, выявлять зоны и протяженность обструкции. С помощью МР- ангиографии можно контролировать проходимость сосуда или сосудистого протеза после любых реконструктивных операций на аорте, сонных, коронарных почечных и периферических артериях [80].
Весьма важную роль МР-ангиография может играть в диагностике атеросклеротических поражений сосудов. Существующие в настоящее время методы их выявления можно условно разделить на две категории. С помощью первой (рентгеноконтрастная ангиография и допплерография) определяют проходимость сосудов и изменения скорости крово
тока. С помощью второй (УЗИ и радионуклидная техника) оценивают функциональные и метаболические последствия нарушений кровотока.
В принципе, МР-томография может решать все перечисленные задачи, и, более того, с помощью МР-спектроскопии возможно определение состава атероматозной бляшки. Суть дела в том, что жировая ткань (триглицериды) обладает коротким временем релаксации Т и значительным Т2, что обеспечивает высокую интенсивность сигнала. Обызвествленная ткань, напротив, дает слабый сигнал ввиду короткого Т2 и относительно низкой протонной плотности. Соединительная ткань излучает сигнал промежуточной плотности. Иными словами, МР-томог- рафия позволяет отличать липидные отложения и зоны кальцификации от других типов ткани и текущей крови и оценивать изменения эластичности пораженных сосудов.
Наряду с бесконтрастной МР-томографией в последние годы начали проводиться клинические исследования с применением контрастных средств, обладающих парамагнитными свойствами. Принцип метода заключается в определении изменения регионарной интенсивности сигнала в результате возрастания концентрации парамагнитного контрастного вещества, которое приводит у укорочению Т и лучшему кон-

Рис. 3.44. Церебральная МР-ангиограмма здорового человека: А - передняя проекция, хорошо видны крупные интракраниальные артерии и сосуды Виллизиева круга; Б - правая боковая проекция, отчетливо визуализируются ветви внутренней сонной артерии.
трастированию сосудов от соседних структур [81].
Наиболее перспективными препаратами признаны гадолинийсодержащие вещества (в частности, гадолиний- ДТПК). В немногочисленных клинических исследованиях показана возможность использования МР-ангиографии с парамагнитным контрастным усилением в диагностике заболеваний аорты и ее ветвей [81,82].
Метод МР-томог- рафии практически не имеет противопоказаний. Проведение исследования не показано у больных с искусственными водителями ритма, так как в магнитном поле нарушается их программа, а также у пациентов с крупными металлическими
протезами, ввиду возможного термического эффекта под действием переменных магнитных полей и радиочастотных импульсов [76]. В 13% случаев отмечено развитие клау-строфобии при помещении больных в относительно узкий канал магнита [83], поэтому МР-томография может проводиться только у лиц с устойчивой психикой.
Основной причиной, ограничивающей широкое практическое применение метода, является высокая стоимость оборудования, хотя есть основания надеяться, что со временем она станет сравнимой со стоимостью рентгеновского компьютерного томографа [81]. Утешительным также является то обстоятельство, что магнит — самая дорогостоящая часть МР-томографа — будучи однажды установленным, длительное
время не нуждается в замене, несмотря на возможные усовершенствования радиочастотных катушек, компьютерных программ и электронного оборудования. Здесь же необходимо подчеркнуть, что технология МР-томографии быстро совершенствуется, поэтому многие из указанных недостатков и ограничений временны.
МР-томография в диагностике коронарного атеросклероза в настоящее время не получила широкого распространения по нескольким причинам. Во-первых, быстрые проекционные смещения венечных артерий во время циклических движений сердечной мышцы затрудняют получение качественного изображения. Во-вторых, основные стволы коронарных артерий, имеющие сравнительно небольшой диаметр и извилистый ход, располагаясь в эпикарде, окружены жировой тканью, “забивающей” их сигнал [85,86].
Первое препятствие уже сейчас можно обойти с помощью методов синхронизации или скоростной регистрации сигналов, использованием укоренных, так называемых градиентных импульсных последовательностей с коротким (менее 100 мс) интервалом и уменьшенным углом отклонения вектора намагниченности, которые позволяют достичь высокой интенсивности сигнала от движущейся крови и низкой от стационарных тканей [85]. Второе препятствие, несомненно, будет преодолено по мере совершенствования разрешающей способности МР-томог- рафии до субмиллиметрового уровня, когда удается отличить сигнал тонкой стенки артерии от сигнала ее жирового слоя [86], а также по мере развития метода парамагнитного контрастирования.
МР-томография в диагностике атеросклероза экстра- и интракраниальных артерий по сравнению с дуплексным сканированием имеет некоторые преимущества, одним из которых является большое поле изображения без артефактов от костных структур. Это позволяет одновременно визуализировать интракраниальные ветви внутренней сонной и базилярной артерий, что важно для выявления сочетанных поражений церебральных сосудов [83,84].
На церебральных МР-томограммах, полученных при обследовании здоровых добровольцев, сосуды выглядят как трубчатые структуры с повышенной интенсивностью сигнала, резко выделяющиеся на фо-не окружающих тканей. Сигнал от кровотока в них однороден, контур артерий четкий (рис. 3.44). На МР-ангиограммах, во фронтальной проекции визуализируются дуга аорты, брахиоцефальный ствол, общие сонные артерии, вертебральные, начальные отделы подключичных артерий, область бифуркации общих сонных артерий, внутренние сонные артерии, начальные отделы наружных сонных артерий, средние и задние мозговые артерии, начальные отделы передних мозговых артерий [88].
Для выявления стенозов брахиоцефальных артерий (рис. 3.45) оптимальной методикой МР-ангиографии в настоящее время является трехмерный режим исследования с последующей реконструкцией каждой
интересующей артерии отдельно с помощью специальных компьютерных программ [87,94]. В этом случае достигается максимальное подавление артефактов от кровотока и лучшее пространственное разрешение. Применение методики “спин-эхо” также вносит существенный вклад в оценку степени стеноза, так как в отличие от МР-ангиографии на этих изображениях можно видеть сосудистую стенку и собственно атеросклеротическую бляшку [83,84].
В работах последних лет показана высокая разрешающая способность МР-ангиографии в получении изображения брахиоцефальных и интракраниальных сосудов [84]. В отличие от ультразвукового сканирования МР-ангиография в меньшей степени зависит от профессиональных навыков оператора, выполняющего исследование, что повышает возможности стандартизации результатов МР-томографии. Кроме того, считается, что МР-ангиограммы более удобны для понимания неспециалистов, чем ультразвуковые изображения сосудов [83]. Расширив протокол исследования, можно получить МР-томограммы головного мозга, оценить состояние интракраниальных сосудов, наличие и характер очаговых изменений в веществе мозга.
Церебральная МР-ангиография, как и любой другой метод визуализации, имеет и ряд недостатков, среди которых наиболее существенным является возможность пропадания сигнала от кровотока из-за артефактов, турбулентности потока, малого калибра сосудов и других причин. Это может приводить к переоценке степени стеноза или ложноположительным заключениям.
Как мы уже отмечали, МР-томографы — очень дорогостоящее и сложное в эксплуатации оборудование, что делает невозможным их широкое использование с целью выявления каротидных стенозов (в отличие от ультразвуковых методов). На современном этапе развития медицинской техники МР-ангиография не может быть рекомендована как метод скрининга стенозов сонных артерий и других сосудистых поражений [89], в том числе при исследовании ветвей брюшной аорты и периферических артерий у больных ОААНК. Однако МР-ангиография может быть использована как весьма ценный неинвазивный метод при верификации данных УЗИ в сомнительных или диагностически сложных случаях, что позволит улучшить отбор больных для проведения рентгеноконтрастной ангиографии.
Вместе с тем было бы неправильным рассматривать МР-томографию лишь как еще один метод в ряду рентгеновской и ультразвуковой инт- ро-скопии. Уже сегодня имеется достаточно оснований полагать, что она может значительно изменить практику современной медицины и, в частности, кардиологии и ангиологии, так как ее уникальная способность характеризовать болезнь и здоровье в фундаментальных химических, морфологических и физиологических терминах открывает принципиально новые перспективы диагностики сердечно-сосудистых за-
болеваний.
Резюмируя и обобщая данные, изложенные в этой главе, необходимо высказать ряд соображений о целесообразности интеграции различных методов исследования для получения изображения внутренних органов человека и оценки их функционального состояния.
Несмотря на различную физическую природу отдельных видов медицинского изображения, их объединяет прежде всего одна цель — получение визуальной информации о структуре и функции внутренних органов. Важным общим свойством всех видов изображений является схожесть психофизических и психофизиологических принципов их восприятия. Мощным стимулом для объединения различных визуализирующих методов является широкое использование в них вычислительной техники для построения, обработки, хранения и представления изображения.
Можно сказать, что в настоящее время степень научной проработки и широта использования в практической медицине средств вычислительной техники в значительной мере характеризует уровень здравоохранения.
В заключение необходимо подчеркнуть, что концепция медицинского диагностического изображения, базирующаяся на интеграции различных визуализирующих методов исследования, требует не только переосмысления направленности научных разработок в рентгенологии, радиологии и ультразвуковой технологии, но, по-видимому, и переориентации практического здравоохранения на создание в лечебных учреждениях единых диагностических служб интегративного типа. Не менее очевидно также и то, что в вузовскую и последипломную подготовку специалистов должны быть внесены определенные коррективы.