а) Почти столетие... Ученые — неугомонные люди. С 1915 по 1940-е гг. они не ограничивались простым изучением элементов периодической таблицы Д.И. Менделеева, а исследовали их состав до уровня атомов.
Ученых интересовали элементарные частицы и свойства излучения, магнетизма, света, звука и многое другое. Они выделили новый раздел физики — квантовую механику и придумали ее собственный язык. Кроме того, все ее переменные они определили количественно: измерили, взвесили и рассчитали время для этих невидимых частиц и их эффектов.
В связи с наличием уникального потенциала для выполнения исследования были выбраны химические элементы с нечетным числом протонов в ядре. У ученых вызвал интерес самый простой и самый распространенный элемент в нашей Вселенной: водород, ядро которого имеет единственный положительный заряд.
Водород и тяжелые химические элементы с магнитными свойствами были изучены и, как ни странно, нашли применение как в медицине для спасения жизней, так и в военной промышленности для создания бомб, уносящих жизни. Такими были предпосылки для начала развития МРТ.
Что такого особенного в водороде? Что привлекло внимание ученых и воодушевило их на годы исследований и экспериментов? Ответ: две частицы (электроны и протоны) в легком газообразном водороде и их способность создавать слабое намагниченное состояние, которое создает фон в виде РЧ-сигналов. Более тяжелое ядро, расположенное в центре атома, имеет один протон.
У атома водорода также есть один быстро вращающийся по орбите легкий электрон. Несмотря на то что обе частицы обладают слабым магнетизмом, определяется размер более тяжелого протона в ядре; электрон слишком мал, легок, а его измерение в объеме вещества с тысячами других электронов практически невозможно. Масса электрона составляет 9,1х10-28 г, а протона — 1836 х масса электрона.
Протон вращается, как волчок, и, как у волчка, у него есть внутренний угол вращения, который изменяется вместе с изменением его скорости вращения. Он движется по дальним орбитам быстрых спинов, а затем раскачивается и падает с более медленной, уменьшенной энергией; такое явление называется прецессией. Такие осцилляции создают шум за счет колебаний.
Когда протон набирает силу, он внезапно и ненадолго возвращается в свое высокоэнергетическое состояние с мощным резонансом. С высвобождением энергии более высокоэнергетическое состояние возвращает положительно заряженный протон в его прежнее естественное состояние и создает шесть избыточных протонов на каждые 10 000 протонов в той области вещества, в которой находятся атомы водорода. Именно эти шесть избыточных протонов создают слабый магнитный сигнал, который воспринимается как радиочастотный.
РЧ — это электромагнитная волна, распространяемая антенной. Она передает данные невидимо по воздуху. На этом основан принцип МРТ.
Felix Bloch из Стэнфордского университета уловил спин в 1946 г. Он предположил, что любая вращающаяся заряженная частица (например, атом водорода) создает электромагнитное поле, и определил его количественно. Работа в области квантовой теории принесла ему Нобелевскую премию по физике, и он сделал акцент на словах «ядерный» и «магнитный», основе ЯМР, за 30 лет до того, как последний был применен в качестве метода медицинской визуализации у людей.
К 1977 г. Raymond Damadian, врач и ученый, вместе со своими коллегами выполнил первое ЯМР-сканирование человека. Тело человека на 60% состоит из воды, а вода (Н2О) состоит в основном из водорода. Исследователи изучали атомы водорода внутри тела человека, который лежал в узкой трубе, окруженной крупным магнитом. Они соединили воедино изображение его тканей, жира, костей, мышц и органов.
В память о том, что они стали первопроходцами этого метода исследования, в Смитсоновском институте установили их первый ЯМР-аппарат. Два года спустя, в 1979 г., было проведено первое ЯМР-сканирование молочной железы in vivo.
Стремительный прогресс в течение 1980-х и 1990-х гг. способствовал совершенствованию МРТ: внедрение более быстрых и мощных компьютеров, масса усовершенствованных вариантов использования магнитов, инновационных катушек и модифицированных последовательностей РЧ-импульсов для возбуждения протонов водорода, чтобы они подчинялись сложным последовательностям радиоимпульсных команд, передаваемых компьютером.
К 1982 г. в мире существовало всего несколько ЯМР-аппаратов, используемых для диагностической визуализации. Однако сегодня они установлены практически в каждом лечебнодиагностическом центре. Магнитный резонанс (МР) используется в радиологических отделениях более 40 лет. Свою нишу он занимает и в диагностическом, и в скрининговом исследовании молочной железы.
Вследствие настороженного отношения к слову «ядерный» название было изменено с ЯМР на МРТ. В современных медицинских документах, касающихся использования технологии МРТ для части тела, это исследование называется просто МР или МР молочной железы.
Но это был только первый результат работы ученых (Pauli, Rabi, Lauterbur, Mansfield, Heywang и др.), наблюдений и экспериментов с вращающимися атомами и магнетизмом на протяжении столетия инноваций.
Подавление сигнала от жировой ткани. (А) Без подавления. Это изображение позволяет легко понять, почему подавление сигнала от жировой ткани облегчает обнаружение очагов поражений. (B) Спектрально-селективное подавление сигнала от жировой ткани. Теперь увидеть опухоль просто
б) Достижения в области визуализации молочной железы. Статьи, исследования, отчеты и передовые статьи из последних медицинских журналов обычно превозносят достоинства скрининговой маммографии, особенно в отношении новейших цифровых 3D-технологий. Большинство признают уникальные преимущества полученных изображений, обработанных с помощью компьютера. Не вызывает разногласий факт того, что маммография остается «золотым стандартом» визуализации молочной железы. В ближайшее время это может измениться.
Мы стали свидетелями перемен в медицинских системах визуализации — от пленки, цифровых рентгеновских методов до цифровой визуализации с использованием МР. Почему возник интерес к использованию технологии МРТ для визуализации молочной железы? Почему именно сейчас?
На это есть восемь весомых причин.
1. Более чем четыре десятилетия использования МРТ в клинической практике демонстрируют ее эффективность. Это исследование позволяет решать большое количество сложных задач визуализации, особенно визуализации мягких тканей. Спектр его применения шире, чем спектр цифровой маммографии, и включает выявление патологии, локализацию новообразования, его биопсию и планирование лечения рака молочной железы.
2. МРТ прекрасно зарекомендовала себя как диагностический инструмент в сложных диагностических случаях: у женщин с мутациями генов BRCA1 и BRCA2 с высоким риском развития рака молочной железы, а также у женщин, перенесших рак молочной железы, с высоким риском рецидива.
3. МРТ позволяет лучше, чем маммография или УЗИ молочных желез, отследить динамику опухолевого процесса на фоне неоадъювантной химиотерапии.
4. Доступно выполнение МРТ в условиях практически любой больницы или клиники амбулаторного звена.
5. Возможность сравнения радиологом всех снимков пациентки в различных цифровых форматах перед постановкой диагноза или планированием лечения.
6. МРТ позволяет осуществлять постобработку изображений, недоступную при выполнении цифровой маммографии.
7. При выполнении МРТ не используется ионизирующее излучение.
8. Фиброзно-железистая ткань не влияет на чувствительность/специфичность исследования.
В первые годы применения в клинической практике МРТ молочной железы выполняли как дополнительный метод к маммографии или УЗИ, позволяющий решать сложные задачи визуализации. Сегодня она играет более важную, но все еще вспомогательную роль в диагностике, стадировании и планировании лечения рака молочной железы у определенной категории пациенток. Вместе с тем обратите внимание: до сих пор остается дискутабельной роль МРТ как наиболее эффективного радиологического исследования молочной железы.
Видео различий КТ и МРТ, показаний и прототивопоказаний к ним
