Читать книгу Obrazowanie magnetyczno-rezonansowe - Bolesław Gonet - Страница 6

W roku 1895 W. K. Roentgen uzyskał pierwszy obraz radiologiczny kończyn człowieka. Od tego czasu metoda obrazowania z udziałem promieniowania Roent­gena (X) była ciągle doskonalona; wymownym tego świadectwem jest obecnie powszechnie stosowana tomografia komputerowa (CT). Powstały i roz­wijają się również inne metody obrazowania narządów wewnętrznych ciała bez naruszania jego ciągłości, jak np. pozytonowa tomografia emisyjna (PET), cyfrowa angiografia różnicowa (DSA), ultrasonografia (USG), tomografia NMR. Główną rolę w tych metodach spełnia obecnie tomografia NMR (Nuclear Magnetic Resonance) – zwana też zeugmatografią lub, najczęściej, metodą MRI (Magnetic Resonance Imaging) – czyli obrazowanie na podstawie zjawis­ka magnetycznego rezonansu jądrowego. Szerokie, a także zupełnie nowe moż­liwości diagnostyczne i poznawcze tomografii NMR oraz jej nieinwazyjność spowodowały, że wzbudza ona zainteresowanie wielu laboratoriów na świecie i rozpowszechnia się niezwykle szybko. Zjawisko NMR zostało wykryte w roku 1946, przez niezależnie pracujące zespoły Blocha [11] i Purcella [101], którym przyznano za to nagrodę Nobla w 1952 roku. Zostało ono wkrótce zastosowane w fizyce do badania właściwości jąder atomowych oraz w chemii organicznej i biochemii do badania struktury i dynamiki cząsteczek organicznych jako spektroskopia NMR.

Ogromny postęp (zwiększenie czułości i rozdzielczości) w rozwoju spektroskopii NMR nastąpił wraz z wprowadzeniem metody impulsowej badania rezonansu oraz zastosowaniem przekształcenia Fouriera do analizy sygnałów (R. Ernst, 1996 r.).

Tomografia NMR umożliwia uzyskiwanie map rozkładu (topografii) gęsto­ści, przede wszystkim jąder atomów wodoru (protonów) oraz tzw. czasów relaksacji tych protonów, na dowolnie wybranym przekroju ciała. Wodór wchodzi w skład wody, zawartej w dużych ilościach w organizmach żywych (60–70%), a także jest składnikiem wszystkich związków organicznych; szcze­gólnie dużo wodoru wykazują tłuszcze. Uzyskana informacja o jego rozkładzie wewnątrz organizmu jest parametrem obrazów różnicującym tkanki pod wzglę­dem stopnia ich uwodnienia lub zawartości tłuszczu. Gęstość protonów i (lub) czasy relaksacji są odwzorowane poprzez jasność świecenia (stopień szarości) punktów takiej mapy, podobnie jak w metodzie CT stopień szarości odwzoro­wuje pochłanianie promieniowania Roentgena. Rozpoznanie wielu zmian cho­robowych, jak np. różnego rodzaju guzów, obrzęku, zawału, zatoru, krwiaka, tętniaka, stłuczenia i wielu innych jest możliwe dzięki „sekcji bez sekcji”. Na uwagę zasługuje fakt, że metoda tomografii NMR zapewnia kontrastowe obra­zy tkanek miękkich; substancja biała i szara w mózgu daje się dobrze rozróżnić. Metoda ta nie tylko lepiej ukazuje szczegóły anatomiczne niż tomografia kom­puterowa (CT), ale ujawnia dokładniej różnice pomiędzy zdrową i chorobowo zmienioną tkanką. Co więcej, rezonans wykazują nie tylko protony, ale również niektóre inne jądra, np. fosforu ³¹P; umożliwia to określenie zawartości ATP, fosfokreatyny, a pośrednio nawet pH w wybranych obszarach organizmu; od­powiednia dziedzina badań nazywana jest spektroskopią NMR in vivo. Po­wstały zatem możliwości badania zaburzeń metabolizmu in vivo, co znalazło już zastosowanie w badaniach niedotlenienia mózgu, metabolizmu mięśnia serco­wego i wątroby, dystrofii mięśniowych i innych miopatii.

Pierwsze badania organizmów żywych wykonane techniką NMR zostały przeprowadzone w 1971 roku, kiedy to Damadian [26] wykazał różnice czasów relaksacji protonów cząsteczek wody w fizjologicznych i zmienionych nowotworowo tkankach szczura. W 1973 roku Lauterbur [73] opracował metodę przestrzennej lokalizacji sygnałów NMR, stwarzając podstawy rekonstrukcji obrazów badanego obiektu. Dzięki temu pierwsze obrazy NMR przekrojów ludzkiego nadgarstka uzyskano w 1977 roku [60]. Od tego czasu datuje się rozwój produkcji urządzeń do badań metodą NMR. Początkowo najlepsze rezultaty uzyskano w obrazowaniu mózgu [18], obecnie wszystkie narządy i tkanki stały się dostępne do badań metodą MRI [32].

Zjawisko NMR jest złożone, tomograf NMR jest zaś urządzeniem skompliko­wanym; w tej dziedzinie wysoce użyteczne dla medycyny są fizyka i informatyka. Tomografy NMR produkuje obecnie kilkanaście firm: Bruker, General Electric, Philips, Picker, Siemens, Toshiba i inne, ale na ich budowę mogą pozwolić sobie jedynie firmy o dużym doświadczeniu elektronicznym. Tomografy NMR stano­wią już, pomimo wysokiej ceny, standardowe wyposażenie klinik, a nawet prywa­tnych gabinetów lekarzy. W Polsce zainstalowanych jest obecnie około 100 takich urządzeń. Należy szczególnie podkreś­lić, że w metodzie NMR nie używa się wysoce szkodliwych czynników – promie­niowania jonizującego X ani pierwiastków radioaktywnych, stosuje się w niej pola magnetyczne i fale elektromagnetyczne z zakresu radiowego – czynniki bezpiecz­ne dla pacjentów i personelu. Metoda NMR jest całkowicie bezpieczna (nieinwa­zyjna) i znajduje obecnie szerokie zastosowanie w diagnostyce medycznej.

Celem tej publikacji jest zapoznanie Czytelników ze zjawiskiem jądrowego rezonansu magnetycznego NMR, z koncepcją spektroskopii NMR, przejściem od spektroskopii NMR do tomo­grafii NMR, jak też ukazanie właściwości i szerokich możliwości diagnostycznych tej nowej metody obrazowania. Wystarczy wspomnieć o możliwości wizualizacji ośrodków pobudzenia kory mózgowej przez stymulację zewnętrzną (światło, dźwięk), jak również wewnętrzną, wywołaną procesem mowy, a nawet wyobraźni.

Szczególnie dużo uwagi poświęcono, ważnym z biologicznego punktu wi­dzenia, czasom relaksacji. Cytowane piśmiennictwo ułatwi zainteresowanym dostęp do informacji źródłowych z zakresu działania, budowy i możliwości diagnostycznych metody MRI. Książka jest przeznaczona głównie dla studen­tów medycyny, może być również lekturą wstępną w zakresie obrazowania magnetyczno-rezonansowego dla lekarzy różnych specjalności. Poznanie szcze­gółów metody NMR umożliwi lekarzowi stosowanie jej według własnej inwen­cji, gdyż zawiera ona potencjalnie olbrzymie możliwości diagnostyczne i po­znawcze. „Piękno” metody tomografii NMR wynagrodzi Czytelnikowi intelek­tualny wysiłek wniesiony w jej poznanie.