Magnit-rezonans elastografiya

Magnit rezonans elastografi ( MRE ) yumshoq to'qimalarning mexanik tomonini ( elastiklik yoki qattiqlik ) miqdoriy aniqlash uchun maxsus MRI'dan foydalanadigan elastografi shaklidir. Birinchi marta Mayo klinikasida Muthupillai va boshqalar tomonidan ishlab chiqilgan. 1995-yilda MRE kuchli, invaziv bo'lmagan diagnostika vositasi sifatida, ya'ni jigar fibrozini aniqlash uchun biopsiya va sarum testlariga alternativa sifatida paydo bo'ldi.

Kasal to'qimalar (masalan, ko'krak shishi ) ko'pincha atrofdagi sog'lom to'qimalardan qattiqroq bo'lib, to'qimalarning qattiqligini baholash uchun tahlil beradi. KT, MRI, AQSh va yadro tibbiyotining an'anaviy tasvirlash usullari yumshoq to'qimalarning elastik moduli haqida hech qanday tasavvurga ega emas. MRE, to'qimalarning qattiqligini baholashning miqdoriy usuli sifatida, jigar, miya, yurak, oshqozon osti bezi, buyrak, taloq, ko'krak, bachadon, prostata va skelet mushaklaridagi to'qimalarning qattiqligiga ta'sir qiluvchi turli xil kasallik jarayonlarini tashxis qilish uchun ishlatiladi.

Magnit rezonans - moddaning maʼlum bir uzunlikdagi elektromagnit toʻlqinlarni tanlab yutishi. Bunga sabab — elektronlar yoki atom yadrolarining magnit momentlari oʻz yoʻnalishini oʻzgartiradi. Moddalarning turi va xususiyatlariga kura, Magnit rezonans hodisasi, asosan, 4 ga boʻlinadi: yadroviy Magnit rezonans (toʻlqinlar amplitudasining kuchli kattalashishi), elektron paramagnit rezonans, ferromagnit rezonans va antiferromagnit rezonans; a) yadroviy Magnit rezonansda elektromagnit toʻlqinlarning yutilishi (nisbatan juda kuchsiz yutilishi) radiochastotali magnit maydoni taʼsiridagi kuchli oʻzgarmas magnit maydonida kuzatiladi. Atom yadrosi magnit "tashuvchi" boʻlib xizmat qiladi va xossalari koʻrilayotgan hodisaning rezonansligini belgilaydi; b) radiochastotali elektromagnit maydon energiyasining paramagnit moddalarda tashqi magnit maydon taʼsirida rezonans yutilishi elektron paramagnit rezonansdir; v) turli chastotali ikki oʻzgaruvchi elektromagnit maydonning modsaga bir vaqtda rezonans taʼsirida juft rezonans hodisasi roʻy beradi. Paramagnit kvant kuchaytirgichlarning ishi shu hodisaga asoslangan, ferromagnit rezonans ferromagnitlardagi elektron Magnit rezonans deb ham ataladi. Ferromagnit modda oʻziga xos magnitlanish xususiyatiga ega, yaʼni ferromagnitda tashki magnit maydon yoʻq holda ham ichki magnit maydon boʻladi. Ferromagnit modda elektronlari oʻrtasidagi taʼsir kuchlari shunchalik katta boʻladiki, hatto issiklik harakati natijasida elek-tronlar spinining harakat yoʻnalishi ham oʻzgarmaydi. Bu hodisaga, asosan, oʻta yuksak chastotali asboblar (ferrit generatorlari va kuchaytirgichlari) yasaladi; g) antiferromagnit rezonans elektromagnit energiyaning antiferromagnitda rezonans yutilishidir. Bu hodisa yuksak chastota diapazoni (odatda, mm li toʻlqinlar diapazoni) da kuzatiladi. Antiferromagnit rezonans hodisasini kuzatishda radiospektroskoplardan foydalaniladi.

MRE uch bosqichda amalga oshiriladi: birinchidan, bemor tanasining yuza qismidan bemorning chuqurroq to'qimalariga o'tadigan kesish to'lqinlarini hosil qilish uchun mexanik vibrator ishlatiladi; ikkinchidan, MRI olish ketma-ketligi to'lqinlarning tarqalishi va tezligini o'lchaydi; va bu ma'lumot 3-D da to'qimalarning qattiqligini miqdoriy xulosa qilish va xaritalash uchun inversiya algoritmi bilan qayta ishlanadi. Ushbu qattiqlik xaritasi elastogramma deb ataladi va o'ngda ko'rsatilganidek, an'anaviy 3-D MRI tasvirlari bilan birga MREning yakuniy natijasidir.

Yumshoq to'qimalarning mexanikasi

MRE biologik to'qimalarning qattiqligini tashqi stressga mexanik javobini o'lchash orqali miqdoriy jihatdan aniqlaydi. Xususan, MRE to'qimalarning siljish modulini uning siljish to'lqinining siljishi o'lchovlaridan hisoblab chiqadi. Elastik modul materialning qattiqligini yoki kuch ta'sirida elastik deformatsiyaga qanchalik yaxshi qarshilik ko'rsatishini aniqlaydi. Elastik materiallar uchun kuchlanish elastik mintaqadagi kuchlanish bilan to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Elastik modul bu mintaqadagi kuchlanish va kuchlanish o'rtasidagi mutanosiblik konstantasi sifatida ko'riladi. Sof elastik materiallardan farqli o'laroq, biologik to'qimalar viskoelastikdir, ya'ni u elastik qattiq moddalar va yopishqoq suyuqliklarning xususiyatlariga ega. Ularning mexanik ta'sirlari qo'llaniladigan kuchlanishning kattaligiga va kuchlanish tezligiga bog'liq. Viskoelastik material uchun kuchlanish-deformatsiya egri chizig'ini ko'rsatadi. Halqasining maydoni viskoelastik material qo'llaniladigan stressga duchor bo'lganda va buzilganda issiqlik sifatida yo'qolgan energiya miqdorini ifodalaydi. Ushbu materiallar uchun elastik modul murakkab va ikkita komponentga bo'linishi mumkin: saqlash moduli va yo'qotish moduli. Saqlash moduli elastik qattiq harakatning hissasini ifodalaydi, yo'qotish moduli esa yopishqoq suyuqlik harakatining hissasini ifodalaydi.

MRE va boshqa elastografiya tasvirlash usullari odatda oddiylik uchun biologik to'qimalarni chiziqli elastik va izotropik deb hisoblaydigan mexanik parametrlarni baholashdan foydalanadi. Samarali kesish moduli $\mu$ quyidagi tenglama bilan ifodalanishi mumkin:

$\mu =E/[2(1+\nu )]$

qayerda $E$ - materialning elastik moduli va $\nu$ Bu Puasson nisbati .

Yumshoq to'qimalar uchun Puasson nisbati taxminan 0,5 ga teng, natijada elastik modul va kesish moduli o'rtasidagi nisbat 3 ga teng bo'ladi Ushbu bog'liqlik, kesish to'lqinlarining tarqalishi o'lchovlaridan hisoblangan siljish moduliga asoslangan biologik to'qimalarning qattiqligini baholash uchun ishlatilishi mumkin. Drayv tizimi ma'lum bir chastotada (50-500 Hz) to'qima namunasiga. Ushbu chastotalarda siljish to'lqinlarining tezligi taxminan 1-10 bo'lishi mumkin. Kesish to'lqinining tezligidan samarali siljish modulini quyidagi formula bilan hisoblash mumkin:

$\mu =\rho {v_{s}}^{2}$

qayerda $\rho$ to'qimalarning zichligi va $v_{s}$ siljish to'lqinining tezligi.

Ikki bemordagi jigar fibrozini aniqlash uchun MR elastografiyasi. Chap ustunda jigarning anatomiyasi ko'rsatilgan. O'rta qatorda MRE texnikasi bilan olingan jigarda tarqaladigan siljish to'lqinlari tasvirlari ko'rsatilgan. O'ng ustunda to'lqinli tasvirlardan hisoblangan elastogrammalar ko'rsatilgan, to'qimalarning qattiqligi ranglar shkalasida tasvirlangan. Yuqori qatorda o'rtacha jigar qattiqligi normal diapazonda 1,8 kPa ni tashkil qiladi. Pastki qatorda bemorda o'rtacha 5,7 kPa jigar qattiqligi bor, bu rivojlangan jigar fibrozi (tsirrozi) mavjudligini ko'rsatadi.

Jigar fibrozi ko'plab jigar kasalliklarida paydo bo'ladigan keng tarqalgan holat. Fibrozning rivojlanishi siroz va jigar kasalligining so'nggi bosqichiga olib kelishi mumkin. Jigarning qattiqligini MRE asosida o'lchash jigar fibrozini aniqlash va bosqichma-bosqich aniqlashning eng aniq noinvaziv usuli sifatida paydo bo'ldi. MRE jigarning katta hududlarida to'qimalarning qattiqligining miqdoriy xaritalarini taqdim etadi. Jigarning g'ayritabiiy darajada kuchayishi jigar fibrozining bevosita natijasidir. Jigar fibrozini baholashda MRE diagnostik ko'rsatkichlari ko'plab tadqiqotlarda aniqlangan.

Jigar MRE tekshiruvlari texnika uchun jihozlangan MRI tizimlarida amalga oshiriladi. Bemorlar jigar qattiqligini eng aniq o'lchash imkonini berish uchun MRE imtihonidan oldin 3-4 soat ro'za tutishlari kerak. Bemorlar tekshirish uchun MRI skanerida yotishadi. Jigar ustidagi ko'krak devorining o'ng tomoniga, jigarda tarqaladigan siljish to'lqinlarini keltirib chiqaradigan yumshoq tebranishlarni qo'llash uchun maxsus qurilma o'rnatiladi. MRE uchun tasvirlash juda tezdir, ma'lumotlar nafasni ushlab turishning 1-4 davrida, har biri 15-20 soniya davom etadi.

Jigar MRE imtihonlarini o'tkazish va tahlil qilish uchun standartlashtirilgan yondashuv RSNA Quantitative Imaging Biomarkers Alliance tomonidan hujjatlashtirilgan.  

(a) buyrak, (b) prostata va (c) oshqozon osti bezining MR elastografiyasi ( Tomoelastografiya ). Tomoelastografiyadan olingan T2 vaznli kattalikdagi tasvirlar chap ustunda, o'ng tomonda esa mos keladigan elastogrammalar ko'rsatilgan. (b) da sog'lom ko'ngilli (yuqori qator) va prostata saratoni bilan og'rigan bemorning o'tish zonasida (pastki qator, o'q bilan ko'rsatilgan zarar) tasvirlari ko'rsatilgan. Xuddi shunday, (c) sog'lom ko'ngilli (yuqori qator) va oshqozon osti bezi kanali adenokarsinomasi (PDAC) bo'lgan bemorning rasmlarini ko'rsatadi (pastki qator, PDAC va oshqozon osti bezi parenximasi mos ravishda to'ldirilgan va bo'sh o'qlar bilan ko'rsatilgan).

Prostata

Prostata, shuningdek, MRE tomonidan tekshirishda xususan, prostata saratonini aniqlash va tashxislash uchun. Prostata bezida kesish to'lqinlarining yaxshi kirib borishini ta'minlash uchun turli xil aktuator tizimlari ishlab chiqilgan va baholangan. Prostata saratoni bilan og'rigan bemorlarning dastlabki natijalari shuni ko'rsatdiki, qattiqlikdagi o'zgarishlar saraton to'qimasini oddiy to'qimalardan farqlashga imkon beradi. Magnit-rezonans elastografiya prostata saratoni bilan og'rigan bemorlarda muvaffaqiyatli qo'llanilgan, bu prostata saratonini prostata bezining yaxshi kasalliklaridan ajratishda yuqori o'ziga xoslik va sezgirlikni ko'rsatadi . Magnit-rezonans elastografiya PI-RADS yordamida tasvirni tizimli talqin qilish bilan birlashtirilganda prostata saratoni uchun 95% yuqori o'ziga xoslikka erishildi.