Магнитно-резонансная ангиография

Группа методов, основанных на магнитно-резонансной томографии (МРТ) для визуализации кровеносных сосудов.

Магнитно-резонансная ангиография ( МРА ) — это группа методов, основанных на магнитно-резонансной томографии (МРТ) для визуализации кровеносных сосудов. Магнитно-резонансная ангиография используется для получения изображений артерий (реже вен) с целью их оценки на предмет стеноза (патологического сужения), окклюзии , аневризмы (расширения стенок сосудов, подверженных риску разрыва) или других аномалий. МРА часто используется для оценки артерий шеи и мозга, грудной и брюшной аорты, почечных артерий и ног (последнее исследование часто называют «оттоком»).

Приобретение

Для получения изображений кровеносных сосудов, как артерий , так и вен , можно использовать различные методы, основанные на эффектах потока или на контрасте (врожденном или фармакологически созданном). Наиболее часто применяемые методы МРА включают использование внутривенных контрастных веществ , особенно тех, которые содержат гадолиний, для сокращения T1 _крови примерно до 250 мс, что короче, чем T1 всех других _тканей (кроме жира). Короткие последовательности TR создают яркие изображения крови. Однако существует множество других методов выполнения МРА, и их можно разделить на две общие группы: методы, зависящие от потока, и методы, не зависящие от потока. ^{[ необходима цитата ]}

Потокозависимая ангиография

Одна группа методов МРА основана на потоке крови. Эти методы называются потокозависимыми МРА. Они используют тот факт, что кровь в сосудах течет, чтобы отличить сосуды от других статических тканей. Таким образом, можно получить изображения сосудистой сети. Потокозависимая МРА может быть разделена на различные категории: есть фазово-контрастная МРА (PC-MRA), которая использует фазовые различия, чтобы отличить кровь от статических тканей, и времяпролетная МРА (TOF MRA), которая использует то, что движущиеся спины крови испытывают меньше импульсов возбуждения, чем статичная ткань, например, при визуализации тонкого среза. ^{[ необходима цитата ]}

Времяпролетная (TOF) или приточная ангиография использует короткое время эха и компенсацию потока, чтобы сделать текущую кровь намного ярче, чем неподвижная ткань. Когда текущая кровь попадает в область, которая визуализируется, она видит ограниченное количество импульсов возбуждения, поэтому она не насыщается, что дает ей гораздо более высокий сигнал, чем насыщенная неподвижная ткань. Поскольку этот метод зависит от текущей крови, области с медленным потоком (например, большие аневризмы) или поток, который находится в плоскости изображения, могут быть плохо визуализированы. Это чаще всего используется в области головы и шеи и дает подробные изображения с высоким разрешением. Это также наиболее распространенный метод, используемый для рутинной ангиографической оценки внутричерепного кровообращения у пациентов с ишемическим инсультом. ^[1]

Фазово-контрастная МРА

Значительно недовыбранная изотропная проекционная реконструкция (VIPR) фазово-контрастной (PC) последовательности МРТ 56-летнего мужчины с диссекциями чревного ствола (вверху) и верхней брыжеечной артерии (внизу). Ламинарный поток присутствует в истинном просвете (закрытая стрелка), а спиральный поток присутствует в ложном просвете (открытая стрелка). ^[2]

Фазовый контраст (PC-MRA) может использоваться для кодирования скорости движущейся крови в фазе сигнала магнитного резонанса . ^[3] Наиболее распространенным методом, используемым для кодирования скорости, является применение биполярного градиента между возбуждающим импульсом и считыванием. Биполярный градиент формируется двумя симметричными лепестками равной площади. Он создается путем включения градиента магнитного поля на некоторое время, а затем переключения градиента магнитного поля в противоположном направлении на то же время. ^[4] По определению, общая площадь (нулевой момент) биполярного градиента, , равна нулю: ${\displaystyle G_{\text{bip}}}$

${\displaystyle \int G_{\text{bip}}\,dt=0}$(1)

Биполярный градиент может быть применен вдоль любой оси или комбинации осей в зависимости от направления, вдоль которого измеряется поток (например, x). ^[5] , фаза, накопленная во время применения градиента, равна 0 для неподвижных спинов: их фаза не зависит от применения биполярного градиента. Для спинов, движущихся с постоянной скоростью, , вдоль направления применяемого биполярного градиента: ${\displaystyle \Delta \Phi }$ ${\displaystyle v_{x}}$

${\displaystyle \Delta \Phi =\gamma v_{x}\Delta m_{1}}$(2)

Накопленная фаза пропорциональна как и 1-му моменту биполярного градиента, , таким образом, предоставляя средство для оценки . является частотой Лармора отображаемых спинов. Для измерения , сигнала МРТ манипулируют биполярными градиентами (переменными магнитными полями), которые предварительно установлены на максимальную ожидаемую скорость потока. Затем получают изображение, обратное биполярному градиенту, и вычисляют разницу двух изображений. Статичные ткани, такие как мышцы или кости, будут вычитаться, однако движущиеся ткани, такие как кровь, будут приобретать другую фазу, поскольку она постоянно движется через градиент, таким образом также давая свою скорость потока. Поскольку фазовый контраст может получать поток только в одном направлении за раз, необходимо вычислить 3 отдельных получения изображения во всех трех направлениях, чтобы получить полное изображение потока. Несмотря на медлительность этого метода, сила метода заключается в том, что в дополнение к визуализации текущей крови можно получить количественные измерения кровотока. ${\displaystyle v_{x}}$ ${\displaystyle \Delta m_{1}}$ ${\displaystyle v_{x}}$ ${\displaystyle \gamma }$ ${\displaystyle \Delta \Phi }$

Потоконезависимая ангиография

В то время как большинство методов МРА полагаются на контрастные вещества или поток в кровь для создания контраста (методы контрастного усиления), существуют также методы без контрастного усиления, независимые от потока. Эти методы, как следует из названия, не полагаются на поток, а вместо этого основаны на различиях T ₁ , T ₂ и химическом сдвиге различных тканей вокселя. Одним из главных преимуществ такого рода методов является то, что мы можем легче визуализировать области медленного потока, часто встречающиеся у пациентов с сосудистыми заболеваниями. Более того, методы без контрастного усиления не требуют введения дополнительного контрастного вещества, которое недавно было связано с нефрогенным системным фиброзом у пациентов с хроническим заболеванием почек и почечной недостаточностью .

Контрастная магнитно-резонансная ангиография использует инъекцию контрастных веществ МРТ и в настоящее время является наиболее распространенным методом выполнения МРА. ^{[2] [6]} Контрастное вещество вводится в вену, и изображения получаются как до контрастирования, так и во время первого прохода вещества через артерии. Вычитая эти два получения при постобработке, получается изображение, которое в принципе показывает только кровеносные сосуды, а не окружающие ткани. При условии правильного выбора времени это может привести к получению изображений очень высокого качества. Альтернативой является использование контрастного вещества, которое, как большинство веществ, не покидает сосудистую систему в течение нескольких минут, а остается в кровотоке до часа (« агент кровяного депо »). Поскольку для получения изображения доступно больше времени, возможно получение изображений с более высоким разрешением. Однако проблема заключается в том, что артерии и вены усиливаются одновременно, если требуются изображения с более высоким разрешением.

Магнитно-резонансная ангиография с контрастным усилением без вычитания: последние разработки в технологии МРА сделали возможным создание высококачественных контрастно-усиленных изображений МРА без вычитания неконтрастно-усиленного изображения маски. Было показано, что этот подход улучшает качество диагностики ^{[7], поскольку он предотвращает} артефакты вычитания движения , а также увеличение фонового шума изображения, оба являются прямыми результатами вычитания изображения. Важным условием для этого подхода является превосходное подавление жира на больших площадях изображения, что возможно с помощью методов получения mDIXON. Традиционная МРА подавляет сигналы, исходящие от жира во время фактического получения изображения, что является методом, который чувствителен к небольшим отклонениям в магнитных и электромагнитных полях и, как следствие, может показывать недостаточное подавление жира в некоторых областях. Методы mDIXON могут различать и точно разделять сигналы изображения, создаваемые жиром или водой. Используя «водные изображения» для сканирования МРА, жир практически не виден, поэтому маски вычитания не требуются для высококачественных МР-венограмм.

Неусиленная магнитно-резонансная ангиография: Поскольку инъекция контрастных веществ может быть опасна для пациентов с плохой функцией почек, были разработаны другие методы, которые не требуют инъекций. Эти методы основаны на различиях T ₁ , T ₂ и химическом сдвиге различных тканей вокселя. Известный неусиленный метод для потоконезависимой ангиографии — это сбалансированная стационарная свободная прецессия (bSSFP), которая естественным образом производит высокий сигнал от артерий и вен.

2D и 3D-приобретения

3D-визуализация МРА для выявления аберрантной подключичной артерии .

Для получения изображений существует два различных подхода. В общем, можно получить 2D- и 3D-изображения. Если получены 3D-данные, можно рассчитать поперечные сечения под произвольными углами обзора. Трехмерные данные также можно получить, объединив 2D-данные из разных срезов, но этот подход приводит к получению изображений более низкого качества под углами обзора, отличными от исходного получения данных. Кроме того, 3D-данные можно использовать не только для создания изображений поперечных сечений, но и для расчета проекций на основе данных. Трехмерное получение данных также может быть полезным при работе со сложной геометрией сосудов, где кровь течет во всех пространственных направлениях (к сожалению, в этом случае также требуются три различных кодирования потока, по одному в каждом пространственном направлении). Как PC-MRA, так и TOF-MRA имеют свои преимущества и недостатки. PC-MRA имеет меньше трудностей с медленным потоком, чем TOF-MRA, и также позволяет количественно измерять поток. PC-MRA показывает низкую чувствительность при визуализации пульсирующего и неравномерного потока. В целом, медленный поток крови является основной проблемой в MRA, зависящей от потока. Это приводит к тому, что различия между сигналом крови и статическим сигналом ткани становятся небольшими. Это применимо как к PC-MRA, где разность фаз между кровью и статической тканью уменьшается по сравнению с более быстрым потоком, так и к TOF-MRA, где поперечная намагниченность крови и, следовательно, сигнал крови уменьшаются. Контрастные вещества могут использоваться для усиления сигнала крови — это особенно важно для очень маленьких сосудов и сосудов с очень малыми скоростями потока, которые обычно показывают соответственно слабый сигнал. К сожалению, использование контрастных веществ на основе гадолиния может быть опасным, если пациенты страдают от плохой функции почек. Чтобы избежать этих осложнений, а также исключить расходы на контрастные вещества, недавно были исследованы неусиленные методы.

Неулучшенные методы в разработке

Методы NEMRA, не зависящие от потока, не основаны на потоке, а используют различия в T ₁ , T ₂ и химическом сдвиге, чтобы отличить кровь от статической ткани.

Вычитание быстрого спин-эхо с синхронизацией: метод визуализации, при котором вычитаются две последовательности быстрого спин-эхо, полученные в систолу и диастолу. Артериография достигается путем вычитания систолических данных, где артерии выглядят темными, из набора диастолических данных, где артерии выглядят яркими. Требует использования электрокардиографического стробирования. Торговые наименования этого метода включают Fresh Blood Imaging (Toshiba), TRANCE (Philips), native SPACE (Siemens) и DeltaFlow (GE).

4D динамическая МР-ангиография (4D-МРА): Первые изображения, до усиления, служат маской вычитания для извлечения сосудистого дерева в последующих изображениях. Позволяет оператору разделять артериальную и венозную фазы кровотока с визуализацией его динамики. На исследование этого метода было потрачено гораздо меньше времени по сравнению с другими методами МРА.

BOLD венография или визуализация с весовой восприимчивостью (SWI): этот метод использует различия в восприимчивости между тканями и использует фазовое изображение для обнаружения этих различий. Данные о величине и фазе объединяются (цифровым способом с помощью программы обработки изображений) для получения изображения с улучшенной контрастностью, которое исключительно чувствительно к венозной крови, кровоизлиянию и накоплению железа. Визуализация венозной крови с помощью SWI является техникой, зависящей от уровня кислорода в крови (BOLD), поэтому ее называли (и иногда называют до сих пор) BOLD венографией. Из-за своей чувствительности к венозной крови SWI обычно используется при черепно-мозговых травмах (ЧМТ) и для венографии мозга с высоким разрешением.

Аналогичные процедуры, основанные на эффекте потока, можно использовать для визуализации вен. Например, магнитно-резонансная венография (MRV) достигается путем возбуждения плоскости ниже, в то время как сигнал собирается в плоскости, непосредственно над плоскостью возбуждения, и, таким образом, визуализация венозной крови, которая недавно переместилась из возбужденной плоскости. Различия в сигналах тканей также можно использовать для MRA. Этот метод основан на различных свойствах сигнала крови по сравнению с другими тканями в организме, независимо от эффектов потока MR. Это наиболее успешно делается с помощью сбалансированных последовательностей импульсов, таких как TrueFISP или bTFE. BOLD также можно использовать при визуализации инсульта для оценки жизнеспособности выживания ткани.

Артефакты

Методы МРА в целом чувствительны к турбулентному потоку, который приводит к тому, что различные намагниченные протонные спины теряют фазовую когерентность (явление внутривоксельной дефазировки), что приводит к потере сигнала. Это явление может привести к переоценке артериального стеноза. Другие артефакты, наблюдаемые при МРА, включают:

• Фазово-контрастная МРА : Фазовый перенос, вызванный недооценкой максимальной скорости крови на изображении. Быстро движущаяся кровь около максимальной установленной скорости для фазово-контрастной МРА становится накладываемой, и сигнал вместо этого переносится с пи на -пи, делая информацию о потоке ненадежной. Этого можно избежать, используя значения кодирования скорости (VENC) выше максимальной измеренной скорости. Это также можно исправить с помощью так называемой развертки фазы.
• Термины Максвелла : вызваны переключением поля градиентов в основном поле B0. Это приводит к искажению магнитного поля и дает неточную информацию о фазе потока.
• Ускорение : ускорение кровотока не кодируется должным образом с помощью метода фазового контраста, что может привести к ошибкам в количественной оценке кровотока.
• MRA по времени пролета:
• Артефакт насыщения из-за ламинарного течения : во многих сосудах поток крови медленнее около стенок сосуда, чем около центра сосуда. Это приводит к тому, что кровь около стенок сосуда становится насыщенной и может уменьшить видимый калибр сосуда.
• Артефакт жалюзи : поскольку этот метод позволяет получать изображения в виде пластин (как при получении изображений с помощью многослойных перекрывающихся тонких пластин, MOTSA), неравномерный угол наклона пластины может выглядеть как горизонтальная полоса на скомпонованных изображениях. ^[8]

Визуализация

Максимальная интенсивность проекции МРА, охватывающей дугу аорты до области чуть ниже Виллизиева круга

Иногда МРА напрямую создает (толстые) срезы, которые содержат весь интересующий сосуд. Однако чаще всего в результате получения получается стопка срезов, представляющих трехмерный объем в теле. Чтобы отобразить этот трехмерный набор данных на двухмерном устройстве, таком как монитор компьютера, необходимо использовать какой-либо метод рендеринга . Наиболее распространенным методом является проекция максимальной интенсивности (MIP), где компьютер имитирует лучи через объем и выбирает наибольшее значение для отображения на экране. Полученные изображения напоминают обычные изображения катетерной ангиографии. Если несколько таких проекций объединить в кинопетлю или объект QuickTime VR , то улучшается впечатление глубины, и наблюдатель может получить хорошее восприятие трехмерной структуры. Альтернативой MIP является прямая объемная рендеринг , где сигнал МР преобразуется в такие свойства, как яркость, непрозрачность и цвет, а затем используется в оптической модели.

Клиническое применение

МРА успешно применяется для изучения многих артерий в организме, включая церебральные и другие сосуды в голове и шее, аорту и ее основные ветви в грудной клетке и брюшной полости, почечные артерии и артерии нижних конечностей. Однако для коронарных артерий МРА оказалась менее успешной, чем КТ-ангиография или инвазивная катетерная ангиография. Чаще всего основным заболеванием является атеросклероз , но также могут быть диагностированы такие заболевания, как аневризмы или аномальная сосудистая анатомия.

Преимуществом МРА по сравнению с инвазивной катетерной ангиографией является неинвазивный характер обследования (никакие катетеры не должны вводиться в организм). Другим преимуществом по сравнению с КТ-ангиографией и катетерной ангиографией является то, что пациент не подвергается воздействию ионизирующего излучения . Кроме того, контрастные вещества, используемые для МРТ, как правило, менее токсичны, чем те, которые используются для КТ-ангиографии и катетерной ангиографии, при этом меньше людей подвержены риску аллергии. Также гораздо меньше требуется вводить пациенту. Самыми большими недостатками метода являются его сравнительно высокая стоимость и несколько ограниченное пространственное разрешение . Длительность сканирования также может быть проблемой, поскольку КТ выполняется намного быстрее. Он также исключен для пациентов, для которых МРТ-обследования могут быть небезопасны (например, наличие кардиостимулятора или металла в глазах или определенных хирургических зажимов).

Процедуры МРА для визуализации черепного кровообращения ничем не отличаются от позиционирования для обычного МРТ мозга. Потребуется иммобилизация в пределах головной катушки. МРА обычно является частью общего МРТ-исследования мозга и добавляет около 10 минут к обычному протоколу МРТ.

Смотрите также

• Компьютерная томографическая ангиография
• Транскраниальная допплерография

Ссылки

1. Кампо; Хьюстон (2012). «Сосудистые нарушения — магнитно-резонансная ангиография: сосуды головного мозга». Neuroimaging Clin. N. Am . 22 (2): 207–33, x. doi :10.1016/j.nic.2012.02.006. PMID  22548929.
2. Hartung, Michael P; Grist, Thomas M; François, Christopher J (2011). «Магнитно-резонансная ангиография: текущее состояние и будущие направления». Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance . 13 (1): 19. doi : 10.1186/1532-429X-13-19 . ISSN  1532-429X. PMC 3060856. PMID 21388544  . (CC-BY-2.0)
3. Моран, Пол Р. (1985). «Проверка и оценка внутреннего потока и движения» (PDF) . Радиология . 154 (2): 433–441. doi :10.1148/radiology.154.2.3966130. PMID  3966130.
4. "ГЛАВА-13". www.cis.rit.edu . Получено 2020-04-13 .
5. Брайант, DJ (август 1984 г.). «Измерение потока с помощью ЯМР-визуализации с использованием градиентного импульса и техники разности фаз» (PDF) . Журнал компьютерной томографии . 8 (4): 588–593. doi :10.1097/00004728-198408000-00002. PMID  6736356. S2CID  8700276.
6. Kramer; Grist (ноябрь 2012 г.). «Периферическая МР-ангиография». Magn Reson Imaging Clin N Am . 20 (4): 761–76. doi :10.1016/j.mric.2012.08.002. PMID  23088949.
7. Лейнер, Тим; Хабетс, Джесси; Верслуис, Бастиан; Гертс, Лисбет; Альбертс, Эвелин; Бланкен, Нильс; Хендриксе, Йерун; Вонкен, Эверт-Ян; Эггерс, Хольгер (17 апреля 2013 г.). «Безвычитательная периферическая МР-ангиография с однократной дозой контрастного вещества первого прохода с использованием двухточечной подавления жира по Диксону». Европейская радиология . 23 (8): 2228–2235. doi : 10.1007/s00330-013-2833-y. ISSN  0938-7994. PMID  23591617. S2CID  2635492.
8. Blatter, DD; Bahr, AL; Parker, DL; Robison, RO; Kimball, JA; Perry, DM; Horn, S (декабрь 1993 г.). «МРТ-ангиография шейной сонной артерии с множественным перекрытием тонкослойных изображений: сравнение с обычной ангиографией». American Journal of Roentgenology . 161 (6): 1269–1277. doi :10.2214/ajr.161.6.8249741. ISSN  0361-803X. PMID  8249741.

Внешние ссылки

• Магнитно-резонансная томография и ангиография в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)