Diagnosis osteoartritis: pencitraan resonansi magnetik

Pencitraan resonansi magnetik (MRI) telah menjadi salah satu metode utama untuk diagnostik osteoartritis non-invasif dalam beberapa tahun terakhir. Sejak tahun 1970-an, ketika prinsip-prinsip resonansi magnetik (MR) pertama kali digunakan untuk mempelajari tubuh manusia, metode pencitraan medis ini telah berubah secara dramatis dan terus berkembang pesat.

Peralatan teknis dan perangkat lunak terus ditingkatkan, metode akuisisi gambar terus dikembangkan, dan agen kontras MRI terus dikembangkan. Hal ini memungkinkan bidang aplikasi MRI yang baru terus ditemukan. Jika pada awalnya aplikasinya terbatas pada studi sistem saraf pusat, kini MRI berhasil digunakan di hampir semua bidang kedokteran.

Pada tahun 1946, sekelompok peneliti dari Universitas Stanford dan Harvard secara independen menemukan fenomena yang disebut resonansi magnetik nuklir (NMR). Esensinya adalah bahwa inti beberapa atom, yang berada dalam medan magnet, di bawah pengaruh medan elektromagnetik eksternal mampu menyerap energi dan kemudian memancarkannya dalam bentuk sinyal radio. Atas penemuan ini, F. Bloch dan E. Parmel dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1952. Fenomena baru ini segera digunakan untuk analisis spektral struktur biologis (spektroskopi NMR). Pada tahun 1973, Paul Rautenburg pertama kali menunjukkan kemungkinan memperoleh gambar menggunakan sinyal NMR. Beginilah tomografi NMR muncul. Tomogram NMR pertama dari organ dalam orang yang hidup didemonstrasikan pada tahun 1982 di Kongres Internasional Ahli Radiologi di Paris.

Dua klarifikasi perlu diberikan. Meskipun metode ini didasarkan pada fenomena NMR, metode ini disebut resonansi magnetik (MR), dengan menghilangkan kata "nuklir". Hal ini dilakukan agar pasien tidak memiliki pemikiran tentang radioaktivitas yang terkait dengan peluruhan inti atom. Dan keadaan kedua: tomografi MR tidak secara tidak sengaja "disetel" ke proton, yaitu, inti hidrogen. Ada banyak unsur ini dalam jaringan, dan intinya memiliki momen magnetik terbesar di antara semua inti atom, yang menentukan tingkat sinyal MR yang cukup tinggi.

Jika pada tahun 1983 hanya ada beberapa perangkat yang cocok untuk penelitian klinis di dunia, maka pada awal tahun 1996 ada sekitar 10.000 tomograf yang beroperasi di seluruh dunia. Setiap tahun 1000 perangkat baru diperkenalkan ke dalam praktik. Lebih dari 90% dari taman tomograf MR adalah model dengan magnet superkonduktor (0,5-1,5 T). Menarik untuk dicatat bahwa jika pada pertengahan tahun 80-an perusahaan - produsen tomograf MR dipandu oleh prinsip "semakin tinggi medan, semakin baik", dengan fokus pada model dengan medan 1,5 T dan lebih tinggi, maka pada akhir tahun 80-an menjadi jelas bahwa di sebagian besar bidang aplikasi mereka tidak memiliki keunggulan signifikan dibandingkan model dengan kekuatan medan rata-rata. Oleh karena itu, produsen utama tomografi MR (General Electric, Siemens, Philips, Toshiba, Picker, Bruker, dll.) saat ini menaruh banyak perhatian pada produksi model dengan medan sedang dan bahkan rendah, yang berbeda dari sistem medan tinggi dalam kekompakan dan keekonomisannya dengan kualitas gambar yang memuaskan dan biaya yang jauh lebih rendah. Sistem medan tinggi digunakan terutama di pusat penelitian untuk spektroskopi MR.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ]

Prinsip metode MRI

Komponen utama pemindai MRI adalah: magnet superkuat, pemancar radio, kumparan frekuensi radio penerima, komputer, dan panel kontrol. Sebagian besar perangkat memiliki medan magnet dengan momen magnet yang sejajar dengan sumbu panjang tubuh manusia. Kekuatan medan magnet diukur dalam tesla (T). Untuk MRI klinis, medan dengan kekuatan 0,2-1,5 T digunakan.

Ketika seorang pasien ditempatkan dalam medan magnet yang kuat, semua proton, yang merupakan dipol magnetik, berputar ke arah medan eksternal (seperti jarum kompas yang berorientasi ke medan magnet Bumi). Selain itu, sumbu magnetik setiap proton mulai berputar di sekitar arah medan magnet eksternal. Gerakan rotasi spesifik ini disebut prosesi, dan frekuensinya disebut frekuensi resonansi. Ketika pulsa radiofrekuensi elektromagnetik pendek dilewatkan melalui tubuh pasien, medan magnet gelombang radio menyebabkan momen magnetik semua proton berputar di sekitar momen magnetik medan eksternal. Agar ini terjadi, frekuensi gelombang radio harus sama dengan frekuensi resonansi proton. Fenomena ini disebut resonansi magnetik. Untuk mengubah orientasi proton magnetik, medan magnet proton dan gelombang radio harus beresonansi, yaitu memiliki frekuensi yang sama.

Momen magnetik netto tercipta di jaringan pasien: jaringan tersebut termagnetisasi dan magnetismenya berorientasi sejajar dengan medan magnet eksternal. Magnetisme tersebut sebanding dengan jumlah proton per satuan volume jaringan. Jumlah proton (inti hidrogen) yang sangat banyak yang terkandung di sebagian besar jaringan berarti bahwa momen magnetik netto cukup besar untuk menginduksi arus listrik di kumparan penerima yang terletak di luar pasien. Sinyal MR yang diinduksi ini digunakan untuk merekonstruksi citra MR.

Proses transisi elektron inti dari keadaan tereksitasi ke keadaan setimbang disebut proses relaksasi spin-kisi atau relaksasi longitudinal. Proses ini ditandai dengan T1 - waktu relaksasi spin-kisi - waktu yang diperlukan untuk mentransfer 63% inti ke keadaan setimbang setelah eksitasinya dengan pulsa 90°. T2 - waktu relaksasi spin-spin juga dibedakan.

Ada beberapa metode untuk memperoleh tomogram MR. Metode-metode tersebut berbeda dalam urutan dan sifat pembangkitan pulsa frekuensi radio serta metode analisis sinyal MR. Dua metode yang paling banyak digunakan adalah spin-lattice dan spin-echo. Spin-lattice terutama menganalisis waktu relaksasi T1. Jaringan yang berbeda (materi abu-abu dan putih otak, cairan serebrospinal, jaringan tumor, tulang rawan, otot, dll.) mengandung proton dengan waktu relaksasi T1 yang berbeda. Intensitas sinyal MR terkait dengan durasi T1: semakin pendek T1, semakin kuat sinyal MR dan semakin terang area gambar yang diberikan muncul di monitor TV. Jaringan lemak berwarna putih pada tomogram MR, diikuti oleh otak dan sumsum tulang belakang, organ dalam yang padat, dinding pembuluh darah, dan otot dalam urutan menurun dari intensitas sinyal MR. Udara, tulang, dan kalsifikasi praktis tidak menghasilkan sinyal MR dan karenanya ditampilkan dalam warna hitam. Hubungan waktu relaksasi T1 ini menciptakan prasyarat untuk memvisualisasikan jaringan normal dan yang berubah pada pemindaian MRI.

Dalam metode MRI lain, yang disebut spin-echo, serangkaian denyut frekuensi radio diarahkan ke pasien, memutar proton yang bergerak maju sebesar 90°. Setelah denyut berhenti, sinyal respons MRI direkam. Namun, intensitas sinyal respons terkait secara berbeda dengan durasi T2: semakin pendek T2, semakin lemah sinyalnya dan, akibatnya, semakin rendah kecerahan cahaya pada layar monitor TV. Dengan demikian, gambar MRI akhir menggunakan metode T2 adalah kebalikan dari yang menggunakan metode T1 (karena negatif adalah kebalikan dari positif).

Tomogram MRI menampilkan jaringan lunak lebih baik daripada pemindaian CT: otot, lapisan lemak, tulang rawan, dan pembuluh darah. Beberapa perangkat dapat menghasilkan gambar pembuluh darah tanpa menyuntikkan zat kontras (angiografi MRI). Karena kadar air yang rendah dalam jaringan tulang, yang terakhir tidak menciptakan efek perisai, seperti pada pemindaian CT sinar-X, yaitu, tidak mengganggu gambar, misalnya, sumsum tulang belakang, cakram intervertebralis, dll. Tentu saja, inti hidrogen tidak hanya terkandung dalam air, tetapi dalam jaringan tulang mereka terfiksasi dalam molekul yang sangat besar dan struktur padat dan tidak mengganggu MRI.

Keuntungan dan kerugian MRI

Keunggulan utama MRI meliputi non-invasif, tidak berbahaya (tidak ada paparan radiasi), akuisisi gambar bersifat tiga dimensi, kontras alami dari darah yang bergerak, tidak ada artefak dari jaringan tulang, diferensiasi jaringan lunak yang tinggi, kemampuan untuk melakukan spektroskopi MP untuk studi metabolisme jaringan in vivo. MRI memungkinkan perolehan gambar lapisan tipis tubuh manusia di bagian mana pun - di bidang frontal, sagital, aksial, dan miring. Dimungkinkan untuk merekonstruksi gambar volumetrik organ, menyinkronkan akuisisi tomogram dengan gigi elektrokardiogram.

Kerugian utamanya biasanya meliputi waktu yang relatif lama yang dibutuhkan untuk memperoleh gambar (biasanya menit), yang berujung pada munculnya artefak dari gerakan pernapasan (ini terutama mengurangi efektivitas pemeriksaan paru-paru), aritmia (dalam pemeriksaan jantung), ketidakmampuan untuk mendeteksi batu, kalsifikasi, beberapa jenis patologi tulang dengan andal, tingginya biaya peralatan dan pengoperasiannya, persyaratan khusus untuk tempat di mana perangkat tersebut berada (pelindung dari gangguan), ketidakmampuan untuk memeriksa pasien dengan klaustrofobia, alat pacu jantung buatan, implan logam besar yang terbuat dari logam nonmedis.

[ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ]

Agen kontras untuk MRI

Pada awal penggunaan MRI, diyakini bahwa kontras alami antara jaringan yang berbeda menghilangkan kebutuhan akan agen kontras. Segera ditemukan bahwa perbedaan sinyal antara jaringan yang berbeda, yaitu kontras gambar MR, dapat ditingkatkan secara signifikan oleh agen kontras. Ketika agen kontras MR pertama (mengandung ion gadolinium paramagnetik) tersedia secara komersial, kandungan informasi diagnostik MRI meningkat secara signifikan. Inti dari penggunaan agen kontras MR adalah untuk mengubah parameter magnetik proton jaringan dan organ, yaitu untuk mengubah waktu relaksasi (TR) proton T1 dan T2. Saat ini, ada beberapa klasifikasi agen kontras MR (atau lebih tepatnya agen kontras - CA).

Berdasarkan efek dominan pada waktu relaksasi, MR-KA dibagi menjadi:

• T1-CA, yang memperpendek T1 dan dengan demikian meningkatkan intensitas sinyal MP jaringan. Mereka juga disebut CA positif.
• T2-CA yang memperpendek T2, sehingga mengurangi intensitas sinyal MR. Ini adalah CA negatif.

Berdasarkan sifat magnetiknya, MR-CA dibagi menjadi paramagnetik dan superparamagnetik:

[ 16 ], [ 17 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 20 ]

Agen kontras paramagnetik

Sifat paramagnetik dimiliki oleh atom dengan satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan. Sifat ini adalah ion magnetik gadolinium (Gd), kromium, nikel, besi, dan mangan. Senyawa gadolinium telah menerima aplikasi klinis terluas. Efek kontras gadolinium disebabkan oleh pemendekan waktu relaksasi T1 dan T2. Dalam dosis rendah, efek pada T1 mendominasi, meningkatkan intensitas sinyal. Dalam dosis tinggi, efek pada T2 mendominasi, mengurangi intensitas sinyal. Paramagnet sekarang paling banyak digunakan dalam praktik diagnostik klinis.

Agen kontras superparamagnetik

Efek dominan oksida besi superparamagnetik adalah pemendekan relaksasi T2. Dengan meningkatnya dosis, terjadi penurunan intensitas sinyal. CA feromagnetik, yang mencakup oksida besi feromagnetik yang secara struktural mirip dengan ferit magnetit (Fe ²⁺ OFe ₂³⁺ O ₃ ), juga dapat dimasukkan dalam kelompok CA ini.

Klasifikasi berikut ini didasarkan pada farmakokinetik CA (Sergeev PV et al., 1995):

• ekstraseluler (tidak spesifik jaringan);
• pencernaan;
• organotropik (spesifik jaringan);
• makromolekul, yang digunakan untuk menentukan ruang vaskular.

Di Ukraina, diketahui ada empat MR-CA, yaitu CA paramagnetik yang larut dalam air ekstraseluler, di antaranya gadodiamida dan asam gadopentat yang banyak digunakan. Kelompok CA yang tersisa (2-4) sedang menjalani uji klinis di luar negeri.

MR-CA yang larut dalam air ekstraseluler

Nama internasional	Rumus kimia	Struktur
Asam gadopentetik	Gadolinium dimeglumine dietilen triamina penta-asetat ((NMG)2Gd-DTPA)	Linier, ionik
Asam gadoterat	(NMG)Gd-DOTA	Siklik, ionik
Gadodiamida	Gadolinium dietilen triamina pentaasetat-bis-metilamida (Gd-DTPA-BMA)	Linier, non-ionik
Obat Gadoteridol	Gd-HP-D03A	Siklik, non-ionik

CA ekstraseluler diberikan secara intravena, 98% di antaranya diekskresikan oleh ginjal, tidak menembus penghalang darah-otak, memiliki toksisitas rendah, dan termasuk dalam kelompok zat paramagnetik.

Kontraindikasi MRI

Kontraindikasi absolut meliputi kondisi yang pemeriksaannya dapat membahayakan nyawa pasien. Misalnya, keberadaan implan yang diaktifkan secara elektronik, magnetis, atau mekanis - ini terutama adalah alat pacu jantung buatan. Paparan radiasi frekuensi radio dari pemindai MRI dapat mengganggu fungsi alat pacu jantung yang beroperasi dalam sistem permintaan, karena perubahan medan magnet dapat meniru aktivitas jantung. Daya tarik magnet juga dapat menyebabkan alat pacu jantung bergeser di soketnya dan menggerakkan elektroda. Selain itu, medan magnet menciptakan hambatan terhadap pengoperasian implan telinga tengah feromagnetik atau elektronik. Keberadaan katup jantung buatan berbahaya dan merupakan kontraindikasi absolut hanya jika diperiksa pada pemindai MRI dengan medan tinggi, dan jika kerusakan katup diduga secara klinis. Kontraindikasi absolut untuk pemeriksaan juga meliputi keberadaan implan bedah logam kecil (klip hemostatik) di sistem saraf pusat, karena perpindahannya karena daya tarik magnet mengancam pendarahan. Keberadaannya di bagian tubuh lain tidak terlalu mengancam, karena setelah perawatan, fibrosis dan enkapsulasi klem membantu menjaganya tetap stabil. Namun, di samping potensi bahaya, keberadaan implan logam dengan sifat magnetik dalam hal apa pun dapat menimbulkan artefak yang menciptakan kesulitan dalam menafsirkan hasil penelitian.

Kontraindikasi MRI

Mutlak:	Relatif:
Alat pacu jantung	Stimulan lain (pompa insulin, stimulator saraf)
Implan telinga tengah feromagnetik atau elektronik	Implan telinga bagian dalam non-feromagnetik, prostesis katup jantung (dalam medan tinggi, jika diduga terjadi disfungsi)
Klip hemostatik pembuluh darah otak	Klip hemostatik di lokasi lain, gagal jantung dekompensasi, kehamilan, klaustrofobia, kebutuhan pemantauan fisiologis

Kontraindikasi relatif, selain yang tercantum di atas, meliputi gagal jantung dekompensasi, kebutuhan pemantauan fisiologis (ventilasi mekanis, pompa infus elektrik). Klaustrofobia merupakan kendala pemeriksaan pada 1-4% kasus. Di satu sisi, hal itu dapat diatasi dengan menggunakan perangkat dengan magnet terbuka, di sisi lain, dengan penjelasan terperinci tentang perangkat dan jalannya pemeriksaan. Tidak ada bukti efek merusak MRI pada embrio atau janin, tetapi dianjurkan untuk menghindari MRI pada trimester pertama kehamilan. Penggunaan MRI selama kehamilan diindikasikan dalam kasus-kasus di mana metode pencitraan diagnostik non-pengion lainnya tidak memberikan informasi yang memuaskan. Pemeriksaan MRI memerlukan lebih banyak partisipasi pasien daripada tomografi terkomputasi, karena gerakan pasien selama pemeriksaan memiliki efek yang jauh lebih besar pada kualitas gambar, sehingga pemeriksaan pasien dengan patologi akut, gangguan kesadaran, kondisi spastik, demensia, serta anak-anak seringkali sulit.

[ 21 ], [ 22 ], [ 23 ], [ 24 ], [ 25 ], [ 26 ]