Сосудистые изображения при МРТ отличаются от паренхиматозных изображений различных органов тем, что при них для создания сосудистого сигнала используется внутренний контраст - контраст, созданный кровотоком.
Это значит, что сосудистый сигнал определяется не только разницей во времени релаксации тканей, но также чувствительностью МРТ к движущимся структурам. Специфический характер движений вызывает типичные сигналы или хотя бы влияет на эмиссию сигнала.
Эти эффекты в первые годы использования МРТ рассматривались как наносящие вред вследствие артефактов, обусловленных кровотоком. Они могут искажать или смещать восстанавливающий сигнал и мешать визуализации структур, близко расположенных к сосудам.
Однако впоследствии определенные компенсирующие механизмы позволили использовать эти «ложные» сигналы для создания специальных типов изображений. Этот метод, получивший название магнитно-резонансная ангиография (МРА), стал признанным клиническим методом.
При МРТ с «яркой кровью» внутрисосудистый сигнал отображается как высокоинтенсивный, в то время как фоновые ткани сильно подавляются. При МРТ с «темной кровью» подавляется сигнал от кровотока, тогда как окружающие ткани и стенки сосудов выглядят яркими.
Каждым из этих двух методов могут быть собран двухмерный или трехмерный массив данных. Оба метода требуют полного охвата всего сосудистого сегмента, чтобы из массивов данных могла быть создана полная реконструкция сосуда. Обычно реконструируют сосудистые изображения, которые очень сходны с обычной ангиографией, что и породило термин «магнитно-резонансная ангиография».
Так как на MP-визуализацию сосудов влияют физиологические и патофизиологические эффекты кровотока, вид сосуда при МРТ может отличаться от обычных ангиограмм. Эта разница может быть причиной ложной интерпретации MP-изображений в случае неправильной оценки типичных проявлений определенных эффектов кровотока.
Знание эффектов кровотока при МРТ - главное для правильной интерпретации МР-ангиографии.
а) Эффекты кровотока и МРА без введения контрастных средств. Движения элементов жидкости крови внутри массива данных влияет и на амплитуду сигнала (продольная намагниченность), и на его фазу (поперечная намагниченность). Таким образом, МРА без введения контрастного средства использует изменения известных релаксационных процессов для создания ангиографических изображений.
ИП МРА, как правило, основаны на ИП GRE и обычно продолжаются от 3 до 10 мин в зависимости от изображаемого объема и параметров визуализации. Это ограничивает применение метода теми областями тела, в которых не происходит существенных движений во время процесса изображения (голова, шея, таз, конечности).
МРА без контрастирования обычно занимает от 3 до 10 мин, и тем самым ее применение ограничено областями тела, которые относительно неподвижны в течение этого периода времени.
б) Эффект притока и МРА на основе времени пролета (TOF). Во время сбора данных от слоя или объема интереса непрерывное применение повторяющихся возбуждающих РЧ-импульсов ведет к прогрессирующему уменьшению сигнала. Так как повторяющиеся РЧ-импульсы подаются слишком быстро для того, чтобы между возбуждениями успела восстановиться продольная намагниченность, амплитуда доступной продольной намагниченности уменьшается до низкого уровня (эффект насыщения).
Это происходит при условии, что Т1 длиннее, чем TR. Нетрудно задать необходимые параметры для достижения такого эффекта при доступных ИП GRE. Короткое TR создает эффекты насыщения для неподвижных протонов.
Если сосуд с кровотоком пересекает изображаемый объем, ранее не возбуждавшиеся (ненасыщенные) спины внутри этого сосуда будут притекать в изображаемый слой, или слэб, во время сбора данных. Так как эта кровь не была насыщена предшествующими импульсами, еще доступна полная величина продольной намагничености для спинов, притекающих в слой. Это приводит к заметному контрасту между сигналом от ненасыщенной крови, которая восстанавливает высокий сигнал, и насыщенным неподвижным фоном.
Таким образом, сигнал, полученный этим методом, основан на Т1-эффектах или на разнице в продольной намагниченности, которая возникает под действием эффектов притока. Этот тип МРА называют ангиографией на основе «времени пролета» (time of flight), или TOF-ангиографией.
В случае очень медленного кровотока или кровотока в плоскости слоя внутри кровеносных сосудов могут возникать проблемы, связанные с насыщением. Эти эффекты насыщения могут влиять на результаты TOF-ангиографии.
в) Фазовая дисперсия и фазоконтрастная ангиография:
1. Фазовая дисперсия. Второй эффект потока, вначале рассматривавшийся как артефакт МРТ, - действие градиентов пространственного кодирования на спины, которые движутся в направлении градиента во время сбора данных.
Благодаря наличию этих градиентов спины испытывают некоторый сдвиг фазы относительно исходной фазы, зависящий от их локализации (расфазируются), и затем, после второго градиентного импульса, восстанавливают исходное направление (рефазируются). Это относится к спинам, остающимся неподвижными во время сбора данных.
Вследствие пространственных отличий в амплитуде градиентных импульсов движущиеся спины испытывают разную степень расфазировки и рефазирования, что приводит к «фазовым ошибкам». Эти остаточные фазовые углы прямо пропорциональны скорости движущихся спинов и поэтому могут использоваться для измерений скорости и кровотока. При МРТ такие фазовые ошибки воспринимаются как ошибки пространственной регистрации сигнала.
При обычной МРТ к ИП может быть добавлена пара рефазирующих градиентов, чтобы компенсировать наведенные движениями фазовые ошибки (градиент рефазирования движений - GMR). В настоящее время GMR-градиенты используются в большинстве ИП и имеют первостепенное значение при TOF-МРА.
2. Фазоконтрастная ангиография. Помимо того, что фазовые сдвиги порождают фазовую дисперсию (фазовые ошибки), величина сдвига фазы, зависящего от движений, может использоваться для создания сигнала. Это легло в основу метода, получившего название фазоконтрастная МРА (ФК-MPA), более сложного, чем TOF-метод.
При фазоконтрастной МРА пара градиентов, кодирующих движения, включается в ИП для каждого из трех направлений пространства (х, у, z). Эти пары градиентов чувствительны к определенным движениям или к диапазону скорости кровотока и должны быть выбраны, соответственно, перед сбором данных (кодирование скорости - velocity encoding, VENC).
Благодаря комплексному прослаиванию и субтракции (вычитанию) массивов данных, собранных вдоль каждой оси (х, у, z), можно скомпоновать элементы движений вдоль каждой оси и создать цельное изображение движений. При ФК-MPA достигается то же самое пространственное разрешение, что и при TOF-ангиографии. Сбор данных более длительный, зато ФК-MPA свободна от проблем насыщения и остаточных сигналов от фона. Кроме того, этот метод может использоваться также для визуализации медленного потока.
При фазоконтрастной МРА для создания сигналов используется сдвиг фазы, зависящий от движений.
a-g Расслаивание левой сонной артерии.
а При ЦСА выявляется неравномерное сужение просвета левой внутренней сонной артерии на большом протяжении по длине в средней и дистальной третях.
b MIP-изображения по трехмерной TOF-MPA. В средней и дистальной третях артерия причудливо извита, ее просвет окружен полосой сигнала средней и высокой интенсивности, которая отображает интрамуральную гематому.
c, d Исходные изображения до (в) и после (г) дополнительного насыщающего импульса показывают перемежающий сигнал от кровотока, тогда как гематома выглядит гиперинтенсивной на обоих изображениях.
e Селективная визуализация гематомы на MIP-реконструкции после дополнительного каудального (насыщающего артериальную кровь) импульса.
f При КТ с контрастированием гематома визуализируется как неспецифическое гипоинтенсивное утолщение стенки артерии.
g При МРТ головного мозга не выявляется осложняющих свежих ишемических очагов поражения к моменту исследования.
г) МРА с введением контрастных средств. Контраст, который продуцируется кровотоком при МРА без введения контрастных средств, не используется для создания сигнала при МРА с введением контрастных средств. При последней сосудистый сигнал создается внутривенной инъекцией контрастного средства, которое укорачивает время релаксации Т1.
1. Общие принципы. Основной принцип МРА с введением контрастного средства сравним с КТ-ангиографией. Во время сбора данных болюс контрастного средства вводится в периферическую вену, чтобы создать максимальный контраст между сосудами зоны интереса и фоновыми тканями.
Получают изображение первого пассажа болюса контрастного средства до того, как оно успевает смешиваться с циркулирующей кровью (состояния равновесия) и проникнуть в экстрацеллюлярное пространство. Это означает, что МРА с введением контрастного средства всегда выполняется с быстрыми ИП, которые позволяют сократить время сбора данных для данного объема до времени первого пассажа болюса контрастного средства.
Эти ИП в свою очередь требуют современных оборудования и программного обеспечения, причем ключевыми факторами являются амплитуда и производительность градиентов. Быстрый сбор данных совместим с техникой задержки дыхания, что позволяет выполнять МРА даже сосудов туловища.
2. Сравнение с КТ-ангиографией. Решающее отличие между МРА и КТА относится к процессу сбора данных. В то время как при КТ срезы непрерывные и последовательно собираются вдоль оси тела, сбор сигнала при МРТ определяется считыванием данных k-пространства. Пространственная информация при этом не регистрируется с течением времени, как при КТ, но весь объем данных собирается более или менее одновременно.
Это значит, что каждая точка к-пространства содержит данные от всех частей изображаемого объема. Внешние линии к-пространства ответственны за пространственное разрешение, центральные линии - за разрешение контраста. Если внутри сосудов нет достаточного количества контрастного средства во время сбора центральных линий к-пространства, контраст будет плохим.
Если же количества контрастного средства недостаточно во время заполнения периферических линий, может быть получен отличный контраст, но ухудшится пространственное разрешение.
Считывание k-пространства осуществляется линия за линией, причем периферические линии содержат высокие пространственные частоты, а центральные линии - низкие пространственные частоты. Таким образом, низкие частоты определяют контраст изображения, а высокие - его пространственное разрешение. При обычной последовательности считывания (от одного края к-пространства через центр к противоположному краю) сигналы, определяющие контраст, собираются в середине сбора данных.
При МРА с контрастированием минимальные требования к сосудистому контрасту удовлетворяются, если внутривенное введение контрастного средства покрывает немного больше половины пространства данных (при условии обязательного включения в эту половину центральных 20% к-пространства). Таким образом, ведущим принципом получения приемлемого сосудистого контраста при МРА с контрастированием является координация первого пассажа болюса контрастного средства с заполнением центральных линий к-пространства.
3. Временное окно. Так как МРА, как правило, используется для получения чисто артериального или чисто венозного изображения, важно устранить суперпозицию артериальной и венозной систем. Временное окно для артериальной МРА ограничено заполнением вен контрастированной кровью.
Продолжительность этого временного окна колеблется в разных сосудистых регионах: например, 6-9 с для сонных артерий и яремных вен и до 60 с в периферических сосудах. Таким образом, центральной проблемой МРА с контрастированием является координация сбора данных с инъекцией контрастного средства.
4. Таймирование инъекции контрастного средства. Достигнуть приемлемого сосудистого контраста помогает определение индивидуального уровня перфузии. Это осуществляется посредством инъекции тестового болюса контрастного средства объемом 1-2 мл препарата гадолиния в периферическую (кубитальную) вену с определенной скоростью (обычно 2-3 мл/с).
Одновременно запускается однослойная ИП с высоким временным разрешением через область интереса, позволяющая определить время появления болюса (ВПБ) в сосуде зоны интереса. Это значение затем используется для последующей ангиографической ИП, при условии, что параметры инъекции остаются теми же. Для большинства применений удовлетворительна стандартная доза 0,1 ммоль Gd/кг массы тела.
На геометрию болюса сильно влияет инъекция физиологического раствора, выполняемая вслед за инъекцией контрастного средства. Раствор NaCl вводится с той же скоростью, что и контрастное средство, чтобы протолкнуть его центрально по приводящим венам. Он должен иметь адекватный объем (например, 30 мл), и тот же самый объем должен использоваться для тестового болюса и ангиографического болюса.
Расчетное ВПБ может быть скоординировано с желаемым временем сбора данных и предполагаемым временем появления венозного сигнала таким образом, чтобы инъекция создала хороший контраст в центре k-пространства и только небольшое снижение контраста к его периферии. Контрастное средство не должно достигать вен, пока не завершена фаза высокого контраста с заполнением центральных линий к-пространства.
Может использоваться автоматизированная техника, чтобы координировать тестовый болюс и ИП МРА. При этом методе изображения реконструируются на экране монитора в режиме реального времени, позволяя определить индивидуальное появление болюса контрастного средства и начать непосредственно после этого сбор данных для МРА.
Сбор данных с очень высокой скоростью может устранить необходимость таймирования болюса в некоторых случаях. Когда серия коротких ИП проходит во время инъекции контрастного средства, по крайней мере одна из них должна совпасть с его первым артериальным пассажем, в то время как предшествующие не создадут сигнала, а при последующих будет получен смешанный артериально-венозный сигнал.
5. Катушки. Как и вообще при МРТ, типом используемой катушки определяется соотношение С/Ш получаемых изображений. Локальные приемные катушки, которые тесно охватывают зоны интереса, создают более предпочтительный сигнал, чем катушки большого объема. Катушки с распределенной фазой дают возможность интерактивных манипуляций во время сбора данных так же, как и параллельного изображения, что позволяет сократить время сбора данных или улучшить пространственное разрешение.
Чтобы обеспечить приемлемые результаты при сборе МРА-данных в составных объемах (при периферической МРА сосудов таза или нижних конечностей), рекомендуется применять специальные катушки для МРА. Такие катушки требуют мгновенного переключения их активных элементов во время сбора данных, которое происходит после завершения предшествующей части общего сбора данных. Современные многоканальные дизайны катушек дают возможность сканирования всего тела за одно исследование.
д) Преимущества и ограничения МРА:
1. TOF-MPA. Плоскость визуализации при TOF-ангиографии должна быть перпендикулярна направлению кровотока, что ограничивает длину отображаемого сосудистого сегмента. Когда плоскость среза проходит вдоль сосуда, усиливаются эффекты насыщения и конечные сегменты сосуда плохо визуализируются.
2. МРА с контрастированием. МРА с контрастированием может обеспечить визуализацию сосудов по длине без явного уменьшения сигнала. Это очень помогает при исследовании длинных сосудов, таких как аорта, подвздошные сосуды и сонные артерии. МРА с контрастированием также нечувствительна к эффектам расфазировки, так как ультракороткое время эха (<2 мс) не допускает значительной дисперсии фазы.
Могут также изображаться интраторакальные и интраабдоминальные сосуды при условии координирования сбора данных с задержкой дыхания. Этот метод благодаря высокому интраваскулярному контрасту позволяет отображать даже терминальные сосуды конечностей у пациентов с развитым окклюзирующим атеросклерозом. Как оказалось, МРА даже превосходит традиционные «золотые стандарты» визуализации этих сосудов - катетерную ангиографию и цифровую субтракционную ангиографию.
Существенным ограничением МРА с контрастированием является уменьшенное пространственное разрешение, зависящее от короткого времени сбора данных. Иногда это проявляется в виде частичного объемного эффекта или смазанности изображения сосудов, что может вести к неточной оценке степени стеноза. Но этот недостаток все больше компенсируется совершенствованием дизайна ИП и прогрессирующим улучшением способности переключения градиентов.
