Методика магнитно-резонансной томографии

Исследование выполняли на МР-системе «Magnetom Espree» (Siemens Medical Systems, Германия) с индукцией магнитного поля 1,5 Тл. Принимая во внимание протяженность исследования, пациентам с выраженным болевым синдромом непосредственно перед началом сканирования выполнялось медикаментозное обезболивание, что позволяло, во-первых, обеспечить толерантность пациента, и, во-вторых, минимизировать двигательные артефакты.

Исследование выполняли в положении пациента лежа на спине головой к тоннелю магнита, перед началом сканирования вокруг зоны интереса (от свода черепа до середины бедра) размещали принимающие катушки: квадратурные катушки для исследования головы и шеи и две поверхностные катушки для туловища. Поверхностные катушки размещались строго друг за другом без наложения и «свободных» промежутков, что обеспечивало непрерывность получаемых изображений. Позиционирование катушек и укладка пациента проиллюстрированы на рисунке 1.

Рисунок 1. Размещение катушек при подготовке больного к выполнению МРТ аксиального скелета.

Для разметки основных блоков срезов первым выполняли scout изображения в виде 3 срезов в трех плоскостях (сагиттальной, фронтальной и аксиальной) с использованием модифицированной импульсной последовательности HASTE (Half-Fourier Acquired Single-Shot Turbo Spin Echo). Сканирование последовательно осуществляли для 4 «отделов» (голова-шея, грудь-живот, живот-таз, таз-бедро) с управляемым каудальным смещением стола на 25 см для каждого «отдела» и последующим совмещением полученных изображений.

При позиционировании основных блоков срезов использовали функцию их автоматического смещения; при этом для позиционирования серий ДВИ планировалось пересечение блоков на 2 см по z-оси, что позволяло предотвратить появление «слепых» промежутков и делало возможным построение многоплоскостных реконструкций (Рисунок 2).

а б

Рисунок 2.

Блоки срезов размещены таким образом, чтобы обеспечить перекрытие по z-оси на 2 см (белая стрелка протяженность блока, черная стрелка - участки перекрытия).

МР-исследование аксиального скелета предполагало выполнение 3 типов импульсных последовательностей: (1) ДВИ, (2) STIR (Short Tau Inversion Recovery), (3) Т1-ВИ turbo spin echo и gradient echo.

Диффузионно-взвешенные изображения всего тела первично получали в аксиальной плоскости. В сочетании с переднезадним направлением фазовокодирующего градиента это позволяло адаптировать поле обзора под конституционные особенности пациента, снижало дисторцию изображений, а также при поддержании нулевого расстояния между срезами позволяло реконструировать полученные блоки данных в произвольных плоскостях (обычно в ортогональной сагиттальной и фронтальной).

Каждый блок ДВИ включал 40 срезов толщиной 5 мм без расстояния между срезами, что позволяло покрыть зону протяженностью до 20 см по z-оси. Таким образом, для получения ДВИ всего тела (от свода черепа до середины бедра) требовалось 5-6 последовательных блоков в зависимости от роста пациента.

Для исследования применяли модифицированные эхо-планарные последовательности со следующими параметрами сбора данных: число срезов - 40, толщина среза - 5 мм, расстояние между срезами - 0 мм, поле обзора - 45х34 см, TR - 11,400 мс, TE - 87 мс, число усреднений - 8, матрица - 128х128, полоса

л

частот - 2056 Гц/пиксель, факторы взвешенности - 50, 900 с/мм , TI - 180 мс.

При модификации импульсной последовательности для получения ДВИ всего тела мы придерживались двух основных целей: поддержание максимально высокого соотношения сигнал/шум (SNR) и минимизация артефактов, к которым весьма восприимчивы эхо-планарные импульсные последовательности.

В отличие от ДВИ отдельных органов и анатомических областей поддержание высокого разрешения в плоскости среза (т.е. высокой матрицы и малого поля обзора) при ДВИ тела не имело большого значения, и даже было нежелательным, т.к.

Высокие значения соотношения сигнал/шум (SNR) позволяли достичь оптимальной контрастности патологических очагов на фоне сниженного сигнала от неизмененных тканей. Для поддержания высокого соотношения сигнал/шум использовали толщину среза 5 мм при матрице в направлении фазового кодирования 128 и максимальным возможным числом усреднений в пределах отведенного времени.

Важным аспектом поддержания высокого соотношения сигнал/шум являлось поддержание низких значений времени эхо (TE) - менее 100 мс. Влияние TE на соотношение сигнал/шум и контрастность изображений проиллюстрировано на рисунке 3.

^а б

Рисунок 3. Влияние времени эхо (ТЕ) на соотношение сигнал/шум (SNR) диффузионно-взвешенных изображений.

ДВИ с ТЕ 150 мс (а) и 87 мс (б), прочие параметры сбора данных идентичны. Изображение с меньшим ТЕ наглядно демонстрирует более высокий SNR.

Для поддержания минимального TE и нивелирования артефакта химического сдвига целесообразным являлось использование высоких значений полосы частот. Однако чрезмерно высокие значения данного параметра сопровождались падением соотношения сигнал/шум и появлением артефакта Найквиста в виде дублирования изображений в направлении фазово - кодирующего градиента. Таким образом, полоса частот требовала обдуманной адаптации, применение значений порядка 2050 Гц/пиксель позволяло достичь необходимого баланса эффектов данного параметра.

Как известно, с целью минимизации артефактов химического сдвига МР- диффузия всего тела необходимо комбинировать с подавлением сигнала от жировой ткани. Для получения ДВ-изображений всего тела мы использовали жироподавление на основании алгоритма инверсии-восстановление (STIR) со временем инверсии 180 мс. Такое сочетание, во-первых, позволяло минимизировать артефакты, обусловленные негомогенностью магнитного поля, т.е.

Во-вторых, сочетание ДВИ-STIR позволяло достичь однородного подавления сигнала от жировой ткани при использовании большого поля обзора, а также характеризовалось более высокой контрастностью патологических очагов на фоне низкого сигнала от фоновых неизмененных тканей чем альтернативное частотно-селективное жироподавление (Рисунок 4).

а б

Рисунок 4. Пример ДВИ с различными алгоритмами подавления сигнала от жировой ткани: а - частотно-селективное жироподавление, б - Short Tau Inversion Recovery (STIR).

На изображениях с частотно-селективным жироподавлением имеются выраженные периферические артефакты от недостаточного подавления сигнала от жировой ткани (стрелки), на изображениях ДВИ+STIR снижение сигнала от жировой ткани является более однородным.

При получении ДВИ нами использовались два фактора взвешенности (b- фактор). Меньший b-фактор составлял 50 с/мм и использовался для получения изображений с подавлением сигнала от движущейся крови, в остальном контрастность таких сканов мало отличалась от Т2-ВИ с подавлением сигнала от жировой ткани. Максимальный b фактор составлял 900 с/мм , что позволяло, во- первых, эффективно подавлять сигнал от фоновых неизмененных тканей, во- вторых, контрастно визуализировать участки отека, патологической инфильтрации и новообразования различной локализации, и, наконец, поддерживать достаточно высокий SNR, ведь чем выше значение b фактора, тем меньше сигнала будет присутствовать на изображениях. Кроме того, максимальное значение b 900 с/мм позволяло удерживать приемлемое время сбора данных, т.к.

Использование двух b-факторов позволяло рассчитать измеряемый коэффициент диффузии (ИКД), который представляет собой ее количественный эквивалент (Рисунок 5).

а б в

Рисунок 5. Пример получения ДВИ с картами измеряемого коэффициента диффузии в аксиальной плоскости.

Изображения выполнены на идентичном уровне: ДВИ с b-фактором 50 с/мм² (а) характеризуются контрастностью, похожей на Т2-ВИ с подавлением сигнала от жировой ткани, на ДВИ с b-фактором 900 с/мм (б) отмечается эффективное подавление сигнала от неизмененных тканей и становится более контрастным очаг в теле позвонка (стрелка). На карте ИКД (в) контрастность напрямую определяется скоростью броуновского движения в тканях молекул воды и отличается от таковой на ДВИ.

ИКД рассчитывали для каждого вокселя изображения и представляли в виде параметрических карт, автоматически генерируемых МР системой на основании расчета сложной биэкспоненциальной зависимости. Измерения ИКД производились вручную, для этого на ДВ изображениях выбирали зону интереса, которая затем копировалась на карту ИКД.

После получения всех блоков ДВИ их объединяли в единый массив, для этого, а также во избежание краевой дисторции изображений, при планировании серий необходимо было убедиться в том, что последовательные блоки перекрываются не менее чем на 2 см по z-оси. Из такого массива затем вторично получали многоплоскостные реконструкции с толщиной среза 5 мм и изображения максимальной интенсивности (MIP). Для удобства интерпретации вторичные изображения также представляли с инверсией шкалы серого (Рисунок 6).

МР-исследование аксиального скелета являлось частью протокола МРТ всего тела, который помимо ДВИ включал Т1-ВИ и STIR в аксиальной и сагиттальной плоскости, параметры импульсных последовательностей приведены в таблице 3.

Точную анатомическую локализацию для ДВИ определяли по STIR в аксиальной плоскости, т.к.

а

б

в

Рисунок 6. Пример постпроцессингового представления ДВИ аксиального скелета.

MIP в сагиттальной (а) и фронтальной (б) плоскости с инверсией шкалы серого, MPR во фронтальной плоскости.

STIR получали в виде последовательных блоков срезов в аксиальной плоскости. Для груди и живота сбор данных проводили с адаптацией к дыханию посредством триггера, устанавливаемого на верхнюю точку правого купола диафрагмы. Для прочих анатомических областей сбор данных выполняли без учета рисунка дыхания.

Для исследования Т1 контрастности протокол МРТ всего тела включал Т1- ВИ gradient echo с двумя значениями ТЕ (2,2 мс и 4,4 мс), что позволяло за один сбор данных получать помимо традиционных Т1-ВИ с противофазой вода-жир. Артефакт химического сдвига, возникающий на таких изображениях, позволял достоверно дифференцировать очаги реконверсии красного костного мозга от патологических инфильтратов (Рисунок 7).

и

а б в

Рисунок 7. Применение Т1-ВИ (градиентное эхо в противофазе вода-жир) в

визуализации красного костного мозга.

Локальная реконверсия красного костного мозга (стрелка) на фоне его диффузного жирового замещения у пациентки с тяжелой анорексией. Красный костный мозг характеризуется сигналом низкой интенсивности на стандартном Т1-ВИ (а), при этом за счет артефакта химического сдвига и подавления сигнала от внутриклеточного жира он становится резко гипоинтенсивным на Т1 -ВИ в противофазе (б); на STIR (в) сигнал от красного костного мозга слабо гиперинтенсивный.

Изображения в Т1 -ВИ получали в аксиальной плоскости в виде последовательных блоков, покрывая всю зону сбора данных (от свода черепа до середины бедра); для груди и живота сбор данных проводился на задержке дыхания, для прочих областей тела - на свободном дыхании.

После первого применения протокола МРТ всего тела в виде ДВИ+STIR+Tl- ВИ со сбором данных только в аксиальной плоскости на небольшой группе добровольцев стало очевидным, что этой плоскости сбора данных недостаточно для адекватной оценки позвоночного столба, являющегося частой мишенью метастазов. В аксиальной плоскости сложно дифференцировать межпозвоночные диски и замыкательные пластинки тел позвонков, а локализация очаговых изменений в костном мозге позвонков относительно этих анатомических структур имеет большое значение для определения природы изменений.

Для преодоления этого недостатка мы включили в протокол STIR и Tl-ВИ turbo spin echo в сагиттальной плоскости с двумя «отделами» сбора данных: первый отдел предполагал получение изображений шейного и верхнегрудного отделов позвоночника, а второй - нижнегрудного и пояснично-крестцового отделов.

Обобщенные параметры разработанной методики высокопольной МРТ аксиального скелета представлены в таблице 3.

Таким образом, нами была разработана методика МРТ аксиального скелета с применением МР-диффузии, позволяющая выявлять и характеризовать очаговые изменения костного мозга.

Протокол сканирования включает получение ДВИ с двумя факторами

Л

взвешенности b 50, 900 мм /с с картами ИКД, позволяющими количественно оценить изменения диффузии молекул воды.

Постпроцессинг ДВИ в виде MIP и MPR с инверсией шкалы серого предоставляет возможность быстрого обзора всего массива полученных данных с высокой контрастностью патологических очагов.

Помимо ДВИ протокол исследования аксиального скелета пациентов предполагает получение Tl-ВИ и STIR в аксиальной и сагиттальной плоскости, что уточняет анатомическую локализацию и морфологический субстрат выявленных изменений.

Таблица 3

Методика МР-исследования аксиального скелета

2.3.