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 (и реже вен) с целью оценки их стеноза (аномального сужения), окклюзий , аневризм (расширение стенок сосудов, риск разрыва) или других аномалий. МРА часто используется для оценки артерий шеи и головного мозга, грудной и брюшной аорты, почечных артерий и ног (последнее исследование часто называют «сливом»).

Приобретение

Для создания изображений кровеносных сосудов, как артерий , так и вен , можно использовать различные методы на основе эффектов потока или контраста (природного или фармакологического). Наиболее часто применяемые методы МРА включают использование внутривенных контрастных веществ , особенно содержащих гадолиний , для сокращения Т 1 крови примерно до 250 мс, что короче, чем Т ₁ всех других тканей (кроме жировой). Последовательности коротких TR дают яркие изображения крови. Однако существует множество других методов выполнения MRA, которые можно разделить на две общие группы: «зависимые от потока» методы и «независимые от потока» методы. ^{[ нужна цитата ]}

Поток-зависимая ангиография

Одна группа методов МРА основана на кровотоке. Эти методы называются потокозависимыми MRA. Они используют тот факт, что кровь внутри сосудов течет, чтобы отличить сосуды от других неподвижных тканей. Таким образом, можно получить изображения сосудистой сети. Потокозависимая MRA можно разделить на различные категории: существует фазово-контрастная MRA (PC-MRA), которая использует разность фаз, чтобы отличить кровь от статической ткани, и времяпролетная MRA (TOF MRA), которая использует движущиеся спины крови. испытывают меньше импульсов возбуждения, чем статичная ткань, например, при визуализации тонкого среза. ^{[ нужна цитата ]}

Времяпролетная (TOF) или приточная ангиография использует короткое время эхо и компенсацию потока, чтобы сделать текущую кровь намного ярче, чем неподвижная ткань. Когда текущая кровь поступает в отображаемую область, она воспринимает ограниченное количество импульсов возбуждения, поэтому она не насыщается, что дает гораздо более сильный сигнал, чем насыщенная неподвижная ткань. Поскольку этот метод зависит от тока крови, области с медленным кровотоком (например, большие аневризмы) или потоком, находящимся в плоскости изображения, могут быть плохо визуализированы. Чаще всего этот метод используется для исследования 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

Реконструкция изотропной проекции (VIPR) с существенно недостаточной выборкой последовательности МРТ с фазовым контрастом (ПК) 56-летнего мужчины с расслоением чревной артерии (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) можно использовать для кодирования скорости движения крови в фазе сигнала магнитного резонанса . ^[3] Наиболее распространенным методом кодирования скорости является применение биполярного градиента между импульсом возбуждения и показаниями. Биполярный градиент формируется двумя симметричными лепестками одинаковой площади. Он создается путем включения градиента магнитного поля на некоторое время, а затем на такое же время переключения градиента магнитного поля в противоположном направлении. ^[4] По определению, общая площадь (0-й момент) биполярного градиента равна нулю: ${\displaystyle G_{\text{bip}}}$

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

Биполярный градиент можно применять вдоль любой оси или комбинации осей в зависимости от направления, в котором измеряется расход (например, x). ^[5] фаза, накапливаемая при применении градиента, равна 0 для стационарных спинов: на их фазу не влияет применение биполярного градиента. Для спинов, движущихся с постоянной скоростью вдоль направления приложенного биполярного градиента: ${\displaystyle \Delta \Phi }$ ${\displaystyle v_{x}}$

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

Накопленная фаза пропорциональна обоим моментам и 1-му моменту биполярного градиента , что дает возможность оценить . — ларморовская частота изображаемых спинов. Для измерения сигнала МРТ манипулируют биполярными градиентами (переменными магнитными полями), которые предварительно настроены на максимальную ожидаемую скорость потока. Затем получают изображение, противоположное биполярному градиенту, и вычисляют разницу двух изображений. Статические ткани, такие как мышцы или кости, будут вычитаться, однако движущиеся ткани, такие как кровь, приобретут другую фазу, поскольку они постоянно перемещаются по градиенту, что также определяет скорость потока. Поскольку фазовый контраст может одновременно регистрировать поток только в одном направлении, для получения полного изображения потока необходимо вычислить 3 отдельных получения изображения во всех трех направлениях. Несмотря на медлительность этого метода, его преимущество заключается в том, что помимо 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 основаны на использовании контрастных веществ или их попадании в кровь для создания контраста (методы с усилением контраста), существуют также методы, не требующие усиления контраста и не зависящие 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 воксела. Одним из основных преимуществ такого рода методов является то, что мы можем легче визуализировать области медленного кровотока, часто встречающиеся у пациентов с сосудистыми заболеваниями. Более того, методы без контрастирования не требуют введения дополнительного контрастного вещества, которое недавно было связано с нефрогенным системным фиброзом у пациентов с хроническим заболеванием почек и почечной недостаточностью .

Магнитно-резонансная ангиография с контрастированием использует введение контрастных веществ для 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 прохождения агента через артерии. Путем вычитания этих двух изображений при постобработке получается изображение, на котором в принципе видны 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, в отличие от большинства агентов, не покидает сосудистую систему в течение нескольких минут, а остается в кровообращении до часа («агент депо крови »). Поскольку для получения изображения доступно больше времени, возможно получение изображений с более высоким разрешением. Проблема, однако, заключается в том, что если требуются изображения с более высоким разрешением, одновременно улучшаются и артерии, и вены.

Магнитно-резонансная ангиография с контрастным усилением без вычитания: последние разработки в технологии МРА позволили создавать высококачественные МРА-изображения с контрастным усилением без вычитания изображения маски без контрастного усиления. Было показано, что этот подход улучшает качество диагностики ^[7] , поскольку он предотвращает артефакты вычитания движения , а также увеличение фонового шума изображения, которые являются прямыми результатами вычитания изображения. Важным условием для этого подхода является превосходное подавление жировых отложений на больших площадях изображения, что возможно при использовании методов сбора данных mDIXON. Традиционная МРА подавляет сигналы, исходящие от жировых отложений, во время фактического получения изображения. Этот метод чувствителен к небольшим отклонениям в магнитных и электромагнитных полях и в результате может показывать недостаточное подавление жира в некоторых областях. Методы mDIXON позволяют различать и точно разделять сигналы изображения, созданные жиром или водой. При использовании «изображений воды» для МРА-сканирования жировые отложения практически не видны, поэтому для получения высококачественных МР-венограмм не требуются маски вычитания.

Неусиленная магнитно-резонансная ангиография. Поскольку введение контрастных веществ может быть опасным для пациентов с плохой функцией почек, были разработаны другие методы, не требующие каких-либо инъекций. Эти методы основаны на различиях Т ₁ , Т ₂ и химическом сдвиге разных тканей воксела. Примечательным неусиленным методом потоконезависимой ангиографии является визуализация сбалансированной стационарной свободной прецессии (bSSFP), которая естественным образом создает высокий сигнал от артерий и вен.

2D и 3D снимки

3D-рендеринг МРА для идентификации аберрантной подключичной артерии .

Для получения изображений существуют два разных 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 генерировать путем объединения 2D-данных из разных срезов, но этот подход приводит к получению изображений более низкого качества под углами обзора, отличными от исходных данных. Кроме того, 3D-данные можно использовать не только для создания изображений поперечного сечения, но также на основе данных можно рассчитывать проекции. Сбор трехмерных данных также может быть полезен 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). И PC-MRA, и TOF-MRA имеют преимущества и недостатки. PC-MRA вызывает меньше проблем с медленным потоком, чем TOF-MRA, а также позволяет проводить количественные измерения потока. ПК-МРА показывает низкую чувствительность при визуализации пульсирующего и неравномерного потока. В целом, медленный кровоток является серьезной проблемой при потокозависимой МРА. Это приводит к тому, что различия между сигналом крови и статическим сигналом ткани становятся небольшими. Это относится либо к PC-MRA, где разность фаз между кровью и неподвижной тканью уменьшена по сравнению с более быстрым потоком, либо к TOF-MRA, где поперечная намагниченность крови и, следовательно, сигнал крови уменьшаются. Для усиления сигнала крови можно использовать контрастные вещества – это особенно важно для очень мелких сосудов и сосудов с очень малой скоростью кровотока, которые обычно показывают соответственно слабый сигнал. К сожалению, использование контрастных веществ на основе гадолиния может быть опасным, если у пациентов нарушена функция почек. Чтобы избежать этих осложнений, а также снизить затраты на контрастные вещества, недавно были исследованы неусиленные методы.

Нерасширенные методы в разработке

Независимые от потока методы NEMRA не основаны на потоке, но используют различия в T ₁ , T ₂ и химическом сдвиге, чтобы отличить кровь от статической ткани.

Быстрое спин-эхо с контролируемым вычитанием: метод визуализации, при котором вычитаются две последовательности быстрого спин-эхо, полученные в систолу и диастолу. Артериография достигается путем вычитания систолических данных, где артерии кажутся темными, из набора диастолических данных, где артерии кажутся яркими. Требуется использование электрокардиографического стробирования. Торговые названия этого метода включают Fresh Blood Imaging (Toshiba), TRANCE (Philips), Native SPACE (Siemens) и DeltaFlow (GE).

4D-динамическая МР-ангиография (4D-MRA). Первые изображения перед усилением служат маской вычитания для извлечения сосудистого дерева на последующих изображениях. Позволяет оператору разделить артериальную и венозную фазы кровотока с визуализацией его динамики. На исследование этого метода до сих пор было потрачено гораздо меньше времени по сравнению с другими методами MRA.

Жирная венография или визуализация, взвешенная по чувствительности (SWI): этот метод использует различия в чувствительности между тканями и использует фазовое изображение для обнаружения этих различий. Данные о величине и фазе объединяются (в цифровом виде с помощью программы обработки изображений) для получения изображения с повышенной контрастностью, которое чрезвычайно чувствительно к венозной крови, кровотечению и накоплению железа. Визуализация венозной крови с помощью SWI представляет собой метод , зависящий от уровня кислорода в крови (ЖИРНЫЙ), поэтому его называли (а иногда и до сих пор) ЖИРНОЙ венографией. Из-за своей чувствительности к венозной крови SWI обычно используется при черепно-мозговых травмах (ЧМТ) и для венографии головного мозга с высоким разрешением.

Для визуализации вен можно использовать процедуры, аналогичные МРА на основе эффекта потока. Например, магнитно-резонансная венография (MRV) достигается путем возбуждения плоскости внизу, в то время как сигнал собирается в плоскости, непосредственно превосходящей плоскость возбуждения, и, таким образом, визуализирует венозную кровь, которая недавно переместилась из плоскости возбуждения. Различия в тканевых сигналах также можно использовать для МРА. Этот метод основан на различных сигнальных свойствах крови по сравнению с другими тканями организма, независимо от эффектов МР-потока. Наиболее успешно это достигается с помощью сбалансированных последовательностей импульсов, таких как TrueFISP или bTFE. BOLD также можно использовать при визуализации инсульта, чтобы оценить жизнеспособность тканей.

Артефакты

Методы MRA в целом чувствительны к турбулентному потоку, который приводит к потере фазовой когерентности различных спинов намагниченных протонов (феномен внутривоксельной дефазировки), что приводит к потере сигнала. Это явление может привести к завышенной оценке артериального стеноза. Другие артефакты, наблюдаемые при MRA, включают:

• Фазово-контрастная МРА : фазовый сдвиг, вызванный недооценкой максимальной скорости крови на изображении. Быстро движущаяся кровь с максимальной заданной скоростью для фазово-контрастной MRA накладывается, и вместо этого сигнал преобразуется от pi к -pi, что делает информацию о потоке ненадежной. Этого можно избежать, используя значения кодирования скорости (VENC), превышающие максимальную измеренную скорость. Это также можно исправить с помощью так называемой фазовой развертки.
• Условия Максвелла : вызваны переключением поля градиентов в основном поле B0. Это приводит к искажению сверхмагнитного поля и дает неточную информацию о фазе потока.
• Ускорение : ускорение кровотока неправильно кодируется методом фазового контраста, что может привести к ошибкам в количественной оценке кровотока.
• Время полета MRA:
• Артефакт насыщения из-за ламинарного потока . Во многих сосудах кровоток вблизи стенок сосуда медленнее, чем вблизи центра сосуда. Это приводит к насыщению крови у стенок сосудов и может уменьшить видимый диаметр сосуда.
• Артефакт венецианских жалюзи : поскольку этот метод получает изображения в плитах (как в случае с получением нескольких перекрывающихся тонких плит, MOTSA), неравномерный угол поворота поперек плиты может выглядеть как горизонтальная полоса на составных изображениях. ^[8]

Визуализация

Проекция максимальной интенсивности покрытия MRA от дуги аорты чуть ниже Уиллизиева круга

Иногда MRA напрямую создает (толстые) срезы, содержащие весь интересующий сосуд. Однако чаще всего в результате сбора данных получается стопка срезов, представляющих трехмерный объем тела. Чтобы отобразить этот набор 3D-данных на 2D-устройстве, таком как монитор компьютера, необходимо использовать какой-либо метод рендеринга . Наиболее распространенным методом является проекция максимальной интенсивности (MIP), при которой компьютер имитирует лучи, проходящие через объем, и выбирает наибольшее значение для отображения на экране. Полученные изображения напоминают изображения обычной катетерной ангиографии. Если несколько таких проекций объединить в кинопетлю или объект QuickTime VR , впечатление глубины улучшается, и наблюдатель может получить хорошее восприятие трехмерной структуры. Альтернативой MIP является прямая объемная визуализация , при которой MR-сигнал преобразуется в такие свойства, как яркость, непрозрачность и цвет, а затем используется в оптической модели.

Клиническое использование

МРА успешно изучила многие артерии организма, в том числе церебральные и другие сосуды головы и шеи, 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 анатомия сосудов.

Преимуществом МРА по сравнению с инвазивной катетерной ангиографией является неинвазивный характер исследования (не требуется введение катетеров в организм). Еще одним преимуществом по сравнению с КТ-ангиографией и катетерной ангиографией является то, что пациент не подвергается ионизирующему излучению . 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 подвергаются риску аллергии. Также гораздо меньше необходимо вводить пациенту. Самыми большими недостатками метода являются его сравнительно высокая стоимость и несколько ограниченное пространственное разрешение . Продолжительность сканирования также может быть проблемой, поскольку КТ выполняется намного быстрее. Это также исключено у пациентов, для которых МРТ-исследование может быть небезопасным (например, наличие кардиостимулятора, металлических предметов в глазах или некоторых хирургических зажимов).

Процедуры МРА для визуализации черепного кровообращения ничем не отличаются от позиционирования обычного МРТ головного мозга. Потребуется иммобилизация внутри головной катушки. МРА обычно является частью общего МРТ-обследования головного мозга и добавляет примерно 10 минут к обычному протоколу МРТ.

Смотрите также

• Компьютерная томография-ангиография
• Транскраниальная допплерография

Рекомендации

1. Кампо; Хьюстон (2012). «Сосудистые нарушения - магнитно-резонансная ангиография: сосуды головного мозга». Клиника нейровизуализации. Н. Ам . 22 (2): 207–33, х. дои : 10.1016/j.nic.2012.02.006. ПМИД  22548929.
2. Хартунг, Майкл П; Грист, Томас М; Франсуа, Кристофер Дж (2011). «Магнитно-резонансная ангиография: современное состояние и будущие направления». Журнал сердечно-сосудистого магнитного резонанса . 13 (1): 19. дои : 10.1186/1532-429X-13-19 . ISSN  1532-429Х. ПМК 3060856 . ПМИД  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. ПМИД  3966130.
4. "ГЛАВА-13". www.cis.rit.edu . Проверено 13 апреля 2020 г.
5. Брайант, ди-джей (август 1984 г.). «Измерение потока с помощью ЯМР-визуализации с использованием метода градиентного импульса и разности фаз» (PDF) . Журнал компьютерной томографии . 8 (4): 588–593. дои : 10.1097/00004728-198408000-00002. PMID  6736356. S2CID  8700276.
6. Крамер; Грист (ноябрь 2012 г.). «Периферическая МР-ангиография». Магнитно-резонансная томография Clin N Am . 20 (4): 761–76. doi : 10.1016/j.mric.2012.08.002. ПМИД  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.). «Безвычитающая 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. Блаттер, Д.Д.; Бахр, Алабама; Паркер, Д.Л.; Робисон, РОД; Кимбалл, Дж.А.; Перри, DM; Хорн, С. (декабрь 1993 г.). «МРТ-ангиография цервикальной сонной артерии с множественным перекрытием тонких пластин: сравнение с традиционной ангиографией». Американский журнал рентгенологии . 161 (6): 1269–1277. дои : 10.2214/ajr.161.6.8249741. ISSN  0361-803X. ПМИД  8249741.

Внешние ссылки

• Магнитно-резонансная + ангиография в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)