В этой статье мы будем говорить о различных технологиях МРТ, которые уменьшают время проведения диагностики, повышают качество изображения, а также о специфических подвидах томографии – функциональной МРТ и МР-ангиографии.

Быстрая томография

Все классические последовательности обладают большим временем сканирования, к примеру, получение одной спин-эхо-томограммы может занимать до двадцати минут, что делает процедуру МРТ очень медленной. Как можно уменьшить время получения изображения? Главными факторами, влияющими на это, являются желаемые величины отношения сигнал/шум, пространственного разрешения, а также большие времена релаксации.

Рассмотрим несколько последовательностей, которые позволяют уменьшить время сканирования.

• последовательность RARE основана на регистрации многократных эхо в спин-эхо-импульсной последовательности. Вместо применения в том же объеме фазового кодирования для каждого эха и использования каждого эха как одной линии в получаемом изображении, в данной последовательности каждому эхо-сигналу соответствуют разные дозы фазового кодирования, что делает возможным использовать их в разных линиях одного изображения. В клинической практике наиболее эффективным является вариант RARE с использованием первой половины цуга эхо-сигналов с целью построения изображения, которое контрастируется по протонной плотности. Вторая половина цуга используется для изображения с Т2-контрастом. В результате этого время сканирования уменьшается от двух до восьми раз.
• последовательность градиентных эхо-сигналов FLASH представляет собой реализацию метода насыщение-восстановление с рефокусировкой с помощью градиентного эха, временем повторения менее 200 мс и малым углом отклонения (менее 90 градусов). Основной принцип применения малых углов отклонения показан на рисунке 1. При использовании 90º импульса продольная намагниченность преобразуется в поперечную, но при использовании 30º импульса поперечная намагниченность убывает в 2 раза (sin30º), а продольная становится равной 87% от первоначальной намагниченности (cos30º). Поскольку в такой последовательности время TR мало, сохранившаяся от предыдущего импульса z-намагниченность остается доминирующей, в результате чего увеличивает сигнал, который получается после последующего РЧ-импульса.
• сверхбыстрая последовательность градиентных эхо-сигналов с временем TR от 4 до 10 мс используются в основном в кардиологических исследованиях, абдоминальных и динамических томограммах с применением контрастных препаратов. В данной последовательности не используют никаких рефокусирующих или очищаючих градиентов, но применяют очень малый угол отклонения. При такой комбинации действий не создается поперечная намагниченность, в результате изображения представляют собой отражения распределения протонной плотности.  
• эхо-планарная томография (EPI) является наиболее быстрым методом из известных в настоящее время и не использует принцип спин-подтягивания. Действие метода основано на однократном возбуждении спинов, после котрого следует быстрое включение сильного градиента, которые создает серию градиентных сигналов. Каждому из этих сигналов задан различный уровень фазового кодирования, и такая серия может быть превращена в изображение. Одной из проблем в методе оказалась Т2* расфазировка за период сканирования. Для минимизации эфффектов, связанных с этим, приходится выполнять довольно короткие времена сканирования, но в результате уменьшается отношение сигнал/шум, увеличивается амплитуда считывающего градиента. Поэтому однокадровая EPI обладает тенденцией ограничения кадра в максимальных размерах 34 на 128 пикселов.

Контраст

Контраст характеризует относительную разницу интенсивностей соседних участков изображения на цветной или серой шкале. Если численная разность интенсивностей двух элементов больше нуля, они могут быть различены, в случае, если разность соседних пикселов равняется нулю, они не обладают контрастом и не являются различимыми. Чем выше эта разность, тем лучше будет контраст двух элементов.

Основными параметрами, влияющими на контраст в томографии, являются:

• протонная плотность;
• ферромагнитные возмущения;
• химический сдвиг;
• время релаксации;
• вязкость;
• объемные потоки;
• температура, физиологические движения;
• изменения состава тканей;
• перфузия, диффузия;
• напряженность магнитного поля, его однородность;
• параметры аппаратуры, к примеру, число срезов, их толщина, положение, размер матрицы, пиксела, число усреднений, тип катушки и пр.;
• РЧ-последовательности (спин-эхо, быстрые последовательности, насыщение-восстановление, инверсия-восстановление);
• параметры импульсных последовательностей (угол отклонения, время повторения, инверсии и пр.);
• агенты, которые влияют на контраст.

Следует отметить, что жировые ткани создают сложности при оценке контраста. Они дают довольно сильный сигнал на Т1-взвешиванных SE томограммах, в результате чего происходит затемнение патологий или других тканей. Существует несколько путей устранения жирового сигнала – с помощью GRE- последовательности (при выборе соответствующего эхо-интервала можно увеличить или ослабить вклад сигнала от жира, а суммируя усреднения сигналов в фазе и противофазе, можно убрать сигнал жировой ткани) и с помощью использования различий Т1. В последнем случае применяют модифицированную последовательность инверсия-восстановление (STIR), когда при выборе соответствующего времени инверсии жировой сигнал захватывают в точке пересечения нуля и в результате устраняют.

Также улучшения контраста используются методы переноса намагниченности и создания контраста по коэффициенту диффузии. Первый способ основывается на факте, что в большинстве тканей организма существует кросс-релаксация между пулом свободных протонов (протонов подвижной воды) и пулов связанных протонов (протоны иммобилизованной воды или макромолекул). Основой контрастирования изображения по коэффициенту диффузии заключается в том, что беспорядочное движение молекул приводит к распределению фаз по Гауссу. Усилить эффект можно при использовании SE-последовательностей с относительно большими ТЕ-интервалами при наложении сильных градиентов. Для этого метода используют специальные импульсные последовательности.

Ангиография

МР-ангиография (МРА) представляет собой метод МРТ, чувствительный к движению жидкости и не требует введения контрастных препаратов, т.к. по сути кровь используется как внутреннее контрастирующее вещество. Для отображения потоков жидкостей используют фазо-контрастные (РС) и время-пролетные методы (TOF). Оба метода получают изображения светлой крови, однако на основе TOF разработан метод «темной крови», который используется в местах с высокой турбулентностью, к примеру, для оценки стенозов.

Время-пролетная МРА использует преимущество контраста между протекающей полностью намагниченной кровью и МР-насыщенными соседними тканями. При реализации данного метода используется создание тонких слоев при помощи быстрой GRE-последовательности. Кровь, протекающая перпендикулярно срезу или имеющая перпендикулярную к нему компоненту скорости, дает сильный сигнал.

Фазо-контрастная МРТ использует сдвиг по фазе, возникающий при перемещении спинов в присутствии изображающего градиента. Преимуществом метода является его чувствительность к скорости движения ликвора или крови. Слабый градиент позволяет выявлять быстрые потоки, а сильный – медленные течения. Величина фазового сдвига зависит от временного интервала между градиентами, от их выбора и от скорости течения, благодаря этим параметрам можно вычислить скорость движения крови.

Структуры сосудов, которые получаются на МРА-изображениях, дают сигнал яркой интенсивности. Для селекции всех ярких пикселов на параллельных 2-D спезах и 3-D-подобъемах, проекции их на одно изображение используется алгоритм проекции максимальной интенсивности, при котором на окончательное изображение проектируются только самые яркие пикселы. При темнокровной МРА выполняется обратная процедура – выбираются пикселы с минимальной интенсивностью и создается ангиограмма с темной кровью.

Функциональная МРТ

Метод представляет собой разновидность МРТ и проводится для определения активации определенного участка головного мозга во время нормального его функционирования при воздействии различными физическими факторами или при патологиях.

Сутью метода является усиление кровотока при работе определенных отделов головного мозга. В процессе проведения функциональной МРТ пациент выполняет различные задания, при этом регистрируются соответствующие участки мозга с повышенным кровотоком, полученные их изображения накладываются на обычную томограмму головного мозга.

В методе используется импульсная эхопланарная последовательность на основе градиентного эха, которая разрешает регистрировать от активных участков коры МР-сигнал высокой интенсивности за короткое время. Затем происходит сопоставление интенсивности сигналов, которые были зарегистрированы при активации коры и ее отсутствии. Области статистически значимого увеличения сигнала соответствуют зонам нейрональной активности головного мозга.

Данный метод применяют в нейрохирургии, нейхопсихологии, радиологии, для выявления очагов эпилепсии, новообразований и пр.

Также здесь Вы можете подробнее узнать об особенностях устройства магнитно-резонансного томографа, физике МРТ.