...

Rezonans magnetyczny (MRI)

Rezonans magnetyczny to technika diagnostyczna wykorzystująca pole magnetyczne i fale radiowe do uzyskania obrazów wnętrza organizmu. Znalazł szerokie zastosowanie w medycynie i nauce. Jest metodą stosunkowo bezpieczną i mało inwazyjną.

Spis treści:

Rezonans magnetyczny (MRI, ang. magnetic resonance imaging) to nieinwazyjna metoda diagnostyczna, która wykorzystuje pole magnetyczne i fale radiowe do uzyskania szczegółowych obrazów tkanek i narządów wewnętrznych. MRI jest jednym z najważniejszych narzędzi diagnostycznych w medycynie, a jego zastosowanie obejmuje różne dziedziny, w tym neurologię, ortopedię, kardiologię i onkologię.

1. Historia wynalezienia

Historia wynalezienia rezonansu magnetycznego rozpoczęła się w latach 40. XX wieku. W 1946 roku amerykańscy fizycy Felix Bloch i Edward Purcell opublikowali niezależne prace, w których opisali zjawisko rezonansu magnetycznego jąder atomowych w obecności pola magnetycznego. W 1971 roku amerykański naukowiec i lekarz Raymond Damadian przedstawił nowatorską koncepcję zastosowania rezonansu magnetycznego w medycynie. Jego prace nad wykorzystaniem różnic w sygnałach otrzymywanych ze zdrowych i chorobowo zmienionych tkanek stanowiły fundament dla rozwoju diagnostyki obrazowej opartej na MRI.

Dwa lata później amerykański chemik Paul Lauterbur wprowadził technikę kodowania przestrzennego, która umożliwiała uzyskanie obrazów z wykorzystaniem rezonansu magnetycznego. Dzięki temu osiągnięciu Lauterbur uznawany jest za jednego z pionierów w rozwoju technologii MRI. Był on także członkiem międzynarodowego zespołu badawczego, który na przestrzeni lat 70. i 80. XX wieku udoskonalił techniki obrazowania metodą rezonansu magnetycznego. W 2003 roku Paul C. Lauterbur i Peter Mansfield zostali uhonorowani Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki za rozwój technik MRI.

2. Budowa aparatu do badania MRI

Elementy składowe aparatu MRI, to:

  • nadprzewodzący elektromagnes wytwarzający jednorodne pole magnetyczne
  • nadajnik i odbiornik fal o częstotliwościach radiowych
  • elektromagnesy gradientowe, ułożone wzdłuż trzech prostopadłych do siebie kierunków

Pacjent zostaje umieszczony wewnątrz kapsuły, która wytwarza mocne pole magnetyczne wokół ciała. Podczas badania poprzez szybkie zmiany pola magnetycznego wzbudzane są spiny jądrowe atomów badanej tkanki. Następnie rejestrowane jest promieniowanie elektromagnetyczne powstające podczas powrotu spinów do stanu niewzbudzonego. Poszczególne typy tkanek mają odmienne czasy relaksacji, co objawia się różnymi odcieniami szarości na uzyskanym obrazie.

3. Techniki MRI

Istnieją różne techniki obrazowania za pomocą aparatów MRI. Pozornie niewielkie zmiany w ustawieniu podstawowych parametrów sprzętu mogą prowadzić do uzyskania wielu danych dających różne możliwości diagnostyczne. Ze względu na parametry podstawowe metody obrazowania dzieli się na:

  • obrazy T1-zależne, w których widoczne są struktury anatomiczne mózgu, gdzie istota biała jest ukazywana w jasnych kolorach, zaś istota szara w ciemnych. Dodatkowo płyn mózgowo-rdzeniowy, ropnie i guzy barwione są na ciemno, a miąższ wątroby na jasno;
  • obrazy T2-zależne, na których istota biała ukazywana jest w ciemniejszych barwach, zaś istota szara w jaśniejszych, płyn mózgowo-rdzeniowy, guzy, ropnie, naczyniaki wątroby i śledziony na jasno, a wątroba i trzustka na ciemno;
  • FLAIR (ang. fluid-attenuated inversion recovery) – pewna modyfikacja sekwencji T2-zależnej, gdzie obszary z małą ilością wody ukazywane są w ciemniejszych barwach, zaś obszary z dużą ilością wody w jaśniejszych. Obrazowanie w tej sekwencji znajduje dobre zastosowanie w wykrywaniu chorób demielinizacyjnych;
  • obrazowanie dyfuzyjne, mierzące dyfuzję molekuł wody w tkance. Wyróżnia się tutaj następujące techniki: obrazowanie tensora dyfuzji (DTI, ang. diffusion tensor imaging), które może być zaadaptowane do obrazowania zmian w połączeniach istoty białej oraz obrazowanie zależne od dyfuzji (DWI, ang. diffusion-weighted imaging), które wykazuje dużą skuteczność obrazowania udarów mózgu.

Dzięki zastosowaniu MRI współczesne obrazowanie może mieć również charakter badania perfuzyjnego (PWI, perfusion weighted MRI), spektroskopii (MRS, magnetic resonance spectroscopy) i badania funkcjonalnego MR (fMRI). Pozwala ono na wielopłaszczyznową ocenę organów wewnętrznych, w tym cech makroskopowych, biochemicznych, mikrokrążenia oraz zmian na poziomie komórkowym i molekularnym. Każda z tych technik umożliwia uzyskanie obrazów tkanek w inny sposób, co pozwala na dokładne zobrazowanie patologii i chorób.

4. Zastosowania MRI

Różnorodność zastosowań MRI w medycynie jest niezwykle imponująca. Technika ta umożliwia diagnozowanie różnorodnych chorób, m.in. neurologicznych, takich jak choroba Alzheimera, stwardnienie rozsiane oraz guzy mózgu. Ponadto MRI jest wykorzystywane do badania układu sercowo-naczyniowego, narządów jamy brzusznej, stawów i tkanek miękkich.

4.1. Zastosowanie MRI w neurologii

MRI jest szeroko stosowane w diagnostyce chorób układu nerwowego, w tym schorzeń neurologicznych, urazów czaszkowo-mózgowych, chorób rdzenia kręgowego, czy guzów mózgu. MRI jest także przydatne w diagnozowaniu chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, stwardnienie rozsiane, czy choroba Parkinsona. Umożliwia dokładne zobrazowanie struktur mózgu i rdzenia kręgowego oraz wczesne wykrycie zmian patologicznych, takich jak guzy, krwotoki i stany zapalne.

W chorobie Parkinsona za pomocą aparatów MRI analizuje się stopień utraty neuronów dopaminergicznych w okolicy istoty czarnej śródmózgowia. W chorobie Alzheimera MRI może wykazać zmiany strukturalne w hipokampie i korze mózgowej. Badanie rezonansem magnetycznym pomaga w postawieniu wczesnej diagnozy i może być wykorzystane do opracowania protokołu hamującego objawy choroby.

MRI jest również stosowane w diagnozowaniu urazów mózgu, takich jak pourazowe krwiaki, uszkodzenia tkanek i stłuczenia mózgu. Umożliwia dokładne zobrazowanie tych zmian i pozwala na dokładną ocenę rozległości uszkodzeń, pomaga także w planowaniu dalszego leczenia pacjenta.

Badanie rezonansem magnetycznym jest najczęściej stosowaną metodą diagnostyki guzów mózgu. Umożliwia ono dokładne zobrazowanie rozmiaru, lokalizacji i charakterystyki tworu patologicznego, co jest istotne dla planowania leczenia chirurgicznego i radioterapii.

MRI jest również stosowane w diagnozowaniu chorób naczyniowych mózgu, takich jak udary krwotoczne i niedokrwienne. Wykonanie rezonansu magnetycznego z kontrastem umożliwia dokładne zobrazowanie zmian w przepływie krwi, takich jak zakrzepy, niedrożność naczyń, czy ich pęknięcie, co jest istotne w wykrywaniu i leczeniu udarów.

4.2. Zastosowanie MRI w pulmonologii

Rezonans magnetyczny pozwala dzięki swojej nieinwazyjności i precyzji na uzyskanie szczegółowych informacji o stanie płuc oraz innych narządów w obrębie klatki piersiowej. Jednym z najważniejszych zastosowań MRI w pulmonologii jest diagnostyka chorób takich jak astma, przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP), rak płuc oraz choroby śródmiąższowe.

W przypadku astmy MRI umożliwia ocenę stopnia zapalenia dróg oddechowych oraz ich zwężenia. Z kolei w przypadku POChP MRI pozwala na wizualizację stanu struktur płucnych, takich jak przestrzenie powietrzne, naczynia krwionośne oraz tkanka śródmiąższowa. Dzięki temu lekarz może precyzyjnie określić stopień zaawansowania choroby i dostosować odpowiednie leczenie.

W diagnostyce raka płuc MRI wykorzystywane jest przede wszystkim do oceny zaawansowania choroby i identyfikacji ewentualnych przerzutów do innych narządów. Badanie rezonansem magnetycznym pozwala również na planowanie operacji oraz kontrolowanie skuteczności leczenia.

MRI ma również zastosowanie w diagnostyce chorób śródmiąższowych, takich jak sarkoidoza czy włóknienie płuc. Dzięki precyzyjnemu wizualizowaniu tkanki płucnej umożliwia określenie rozległości zmian oraz ich lokalizacji, co jest kluczowe w procesie leczenia.

4.3. Zastosowanie MRI w onkologii

Zastosowanie MRI w onkologii jest szerokie i obejmuje wiele różnych dziedzin, takich jak diagnostyka, planowanie leczenia i monitorowanie skuteczności terapii. Jednym z najważniejszych jego zastosowań w onkologii jest wykrywanie guzów nowotworowych. Metoda ta pozwala na uzyskanie bardzo szczegółowego obrazu struktury guza, co pozwala lekarzom na dokładne określenie jego wielkości, kształtu i lokalizacji.

MRI jest także wykorzystywane w planowaniu leczenia. Pozwala na dokładne zobrazowanie obszaru zajętego przez nowotwór i pomaga lekarzom w określeniu najskuteczniejszych sposobów terapii. MRI jest także wykorzystywane do monitorowania skuteczności leczenia oraz wykrywania ewentualnych przerzutów.

MRI jest jedną z najważniejszych metod diagnostycznych w przypadku pacjentów z rakiem mózgu. Dzięki tej technice można dokładnie określić wielkość guza, jego położenie i ewentualne przerzuty do innych części mózgu. Ułatwia lekarzom planowanie poszczególnych sesji radio- lub  chemioterapii.

MRI jest również stosowane w diagnostyce raka piersi. Ta technika pozwala na wykrycie nawet najmniejszych guzków i ocenę ich charakteru. Jest ona szczególnie przydatna w przypadku kobiet z nadmiernie rozwiniętą tkanką gruczołową piersi. W takim przypadku tradycyjne metody diagnostyczne, takie jak mammografia i USG, mogą być mało skuteczne.

4.4. Zastosowanie MRI w kardiologii

Zastosowanie MRI w kardiologii pozwala na dokładne zobrazowanie struktury serca oraz ocenę jego funkcji, takich jak frakcja wyrzutowa czy prędkość przepływu krwi. Umożliwia również dokładne zobrazowanie stanu tętnic wieńcowych i żył. Pozwala na ocenę przepływu krwi oraz wykrycie ewentualnych zwężeń czy niedrożności naczyń krwionośnych.

Dodatkowo MRI umożliwia dokładne zobrazowanie uszkodzeń serca i zlokalizowanie blizn po przebytym zawale. Pozwala to na ocenę stanu mięśnia sercowego i oszacowania ryzyka powikłań. MRI kardiologiczne jest również wykorzystywane w planowaniu zabiegów takich jak wszczepienie stentów czy pomostów naczyniowych, co pozwala na dokładne zaplanowanie procedury i minimalizację ryzyka powikłań.

Należy jednak zauważyć, że zastosowanie MRI w kardiologii ma pewne ograniczenia. Nie jest ono w stanie dokładnie zobrazować ruchów serca w czasie rzeczywistym, co utrudnia ocenę niektórych funkcji tego narządu. Ponadto badanie MRI może być czasochłonne i kosztowne w porównaniu do innych metod diagnostycznych.

4.5. Zastosowanie MRI w gastroenterologii

W dzisiejszych czasach coraz więcej chorób układu pokarmowego jest diagnozowanych za pomocą obrazowania rezonansu magnetycznego. MRI stanowi bardzo cenną pomoc w badaniach gastroenterologicznych, umożliwiając uzyskanie szczegółowych informacji o stanie narządów jamy brzusznej oraz funkcjonowaniu przewodu pokarmowego.

Jednym z najczęstszych zastosowań MRI w gastroenterologii jest ocena stanu wątroby, trzustki i dróg żółciowych. Badanie umożliwia dokładne zobrazowanie wielkości, kształtu i struktury narządów oraz wykrycie zmian patologicznych, takich jak guzy, torbiele, zapalenia, powiększenia narządów, czy ich zwłóknienie. Dodatkowo możliwe jest uzyskanie informacji o przepływie krwi i ewentualnym występowaniu żylaków w naczyniach okalających narządy wewnętrzne.

Kolejnym obszarem, w którym MRI znajduje zastosowanie w gastroenterologii, jest ocena stanu jelit. W przypadku chorób zapalnych jelit, takich jak choroba Leśniowskiego-Crohna czy wrzodziejące zapalenie jelita grubego (WZJG) MRI umożliwia dokładne zobrazowanie zmian zapalnych, zwężenia jelit, zrostów, przetok i ropni. Ponadto możliwe jest uzyskanie informacji o grubości ścian jelit.

MRI znajduje również zastosowanie w diagnostyce nowotworów jelita grubego. Za pomocą rezonansu magnetycznego można dokładnie określić rozmiar guza, jego położenie oraz stopień naciekania sąsiednich tkanek i narządów. Dodatkowo specjalne techniki MRI pozwalają na uzyskanie informacji o aktywności metabolicznej guza, co umożliwia ocenę jego złośliwości i wybór optymalnej metody leczenia.

4.6. Zastosowanie MRI w ortopedii

W ortopedii MRI jest szczególnie przydatne do diagnozowania urazów i chorób układu mięśniowo-szkieletowego, takich jak złamania, uszkodzenia więzadeł, choroba zwyrodnieniowa stawów czy nowotwory kości i tkanek miękkich.

Jednym z najważniejszych zastosowań MRI w ortopedii jest ocena urazów stawów i więzadeł. W przypadku podejrzenia uszkodzenia więzadeł badanie rezonansem magnetycznym pozwala na dokładną ocenę uszkodzeń i określenie ich rozmiaru oraz lokalizacji. MRI umożliwia również ocenę stanu chrząstki stawowej, co jest kluczowe w diagnozowaniu chorób zwyrodnieniowych stawów. Technika ta pozwala również na dokładne obrazowanie guzów kości i tkanek miękkich.

Kolejnym ważnym zastosowaniem MRI w ortopedii jest planowanie operacji. W przypadku wielu zabiegów ortopedycznych, takich jak rekonstrukcje więzadeł, endoprotezy stawów czy operacje kręgosłupa, dokładna wizualizacja wewnętrznych struktur jest niezbędna do zaplanowania zabiegu i uzyskania najlepszych wyników leczenia.

MRI ma również zastosowanie w leczeniu urazów i chorób układu mięśniowo-szkieletowego. Pozwala na monitorowanie postępu leczenia i ocenę skuteczności terapii. Dzięki MRI można dokładnie ocenić, jak zmieniają się struktury wewnętrzne ciała w odpowiedzi na leczenie i czy leczenie przynosi oczekiwane efekty.

5. Bezpieczeństwo stosowania

MRI jest uważane za bezpieczną metodę diagnostyczną. Mimo to istnieje ryzyko powikłań po badaniu. Kontakt z silnym polem magnetycznym może źle wpłynąć na pacjentów z implantami medycznymi, takimi jak stenty, stymulatory i rozruszniki serca, defibrylatory, czy pompy insulinowe. Z drugiej strony urządzenia elektryczne umieszczone w ciele mogą zmienić działanie pola magnetycznego i fałszować wyniki.

Ważne jest, aby pacjenci z tatuażami powiadomili personel medyczny o ich obecności przed badaniem MRI. Niektóre farby do tatuażu zawierają metale ciężkie, takie jak np. tlenek żelaza, miedź, nikiel, kobalt, chrom, mangan czy tytan. W obecności silnego pola magnetycznego, jakie generuje urządzenie, mogą one nagrzewać się i powodować podrażnienia skóry. Mogą także powodować zniekształcenia obrazu i w efekcie utrudniać interpretację wyników badania. Istnieje również ryzyko reakcji alergicznych na środki kontrastowe używane w MRI, chociaż dzieje się to stosunkowo rzadko.

6. Przygotowanie pacjenta do badania MRI

Przygotowanie pacjenta do badania MRI jest ważne, by uzyskać jak najdokładniejsze wyniki. Pacjent powinien być poinformowany, że na czas badania powinien pozbyć się metalowych przedmiotów, takich jak biżuteria, klucze czy telefon komórkowy. Jeśli pacjent ma wszczepione implanty medyczne konieczna jest konsultacja lekarska, aby określić, czy przeprowadzenie badania MRI jest dla nieg bezpieczne.

Pacjent powinien poinformować lekarza o wszelkich schorzeniach, chorobach lub alergiach oraz o przyjmowanych lekach. Może być on poproszony o pozostanie na czczo przed badaniem, zwłaszcza jeśli jest pacjentem gastroenterologicznym.

Bibliografia

  1. Cieszanowski A. Zastosowanie rezonansu magnetycznego w diagnostyce medycznej. Wyd. Med. Urban & Partner. 2018.
  2. Gambarota G. et al. Non-invasive detection of cocaine dissolved in wine bottles by 1H magnetic resonance spectroscopy. Drug Testing and Analysis. 2010.
  3. Jurkiewicz E., Sławek J., Niewiadomska E. Zastosowanie rezonansu magnetycznego w neurologii. Via Medica. 2017.
  4. Krzyżowski J. Leksykon Psychiatrii i Nauk Pokrewnych. Wyd. Medyk. 2010.
  5. Rinck P.A. A short history of magnetic resonance imaging. Article. 2008.