Контраст на МР-зображеннях обумовлен відмінностями в магнітних властивостях тканин чи, точніше, відмінностями в магнітних векторах, що індуцирують токи в прийомній катушці. Величина магнітного вектора тканини насамперед обумовлюється щільністью протонів. Анатомічні ділянки з малою кількістью протонів, наприклад, повітря, завжди індуцирують дуже слабий МР-сигнал, та, таким чином, завжди представляються на зображенні темними. Вода та інші рідини, з іншого боку, повинні бути яркими на МР-зображеннях, тому що вони мають дуже високу щільність протонів. Однак, це не так. У залежності від методу, що використовується для отримання МР-зображення, рідини (наприклад, спинномозгова) могуть давати як яркі, так і темні зображення. Причина цього явища полягає у тому, що контрастність зображення обумовлюється не тільки щільністью протонів. Певну роль відіграють ще кілька інших параметрів, де найбільш важливі з них –Т1 та Т2.
Для реконструкції зображення необхідно кілька МР-сигналів. Таким чином, повинно бути передано кілька радіочастотних імпульсів. У проміжку між передачею імпульсів протони подвергаються двом процессам релаксації – Т1 та Т2. Релаксація – це наслідок поступового зникнення намагніченості у плоскості x-y (Mxy). Втрата магнетизму у плоскості x-y називається Т2-релаксацієй. Т2 визначається як час, протягом якого Mxy втрачає 63% від свого первісного максимального значення. Звичайне Т2 для паренхіматозих тканин – 50 м. Величина Т2 сильно залежить від фізичних та хімічних властивостей тканин. Рідина та подібні до рідини тканини зазвичай мають більш тривалий час Т2 (МР-сигнал зникає повільно), а тверді тканини та речовини – короткий час Т2 (МР-сигнал зникає швидко). Т1 –релаксація – більш повільний, у порівнянні з Т2-релаксацією процес, який полягає у поступовому вибудовуванні окремих протонів впродовж напрямку Во. Таким чином відновлюється стан, що передує 90-градусному імпульсу. Протягом цього процесу чистий магнітий момент впродовж осі z (Mz) збільшується від нуля до свого максимального значення, який визначається щільністю протонів у тканині. Т1 визначається як час, протягом якого (Mz) відновиться до 63% від свого первісного максимального значення. Чим коротший час Т1, тим бистріше іде відновлення Mz. Звичайне значення Т1 для паренхіматозних тканин – приблизно 500 мс, однак Т1 різних тканин дуже відрізняється. Величина Т1 в значній мірі залежить від розміру молекул та їх мобільності. Як правило, Т1 мінімально для тканин з молекулами середнього розміру та середньої мобільності, наприклад, для жирової тканини. Менші, більш мобільні молекули (як в рідині) та великі, менш мобільні молекули (як в твердих тілах) мають високе значення Т1.
Регулюючи період часу між радіочастотними імпульсами, що передаються, оператор МР-системи може вибирати те, що буде зумовлювати контрастність зображення: щільність протонів, час Т1 чи Т2. МР-зображення, в яких контрастність переважно зумовлюється відмінностями в Т1, називають Т1-зваженими зображеннями. Інтервал часу між радіочастотними імпульсами називають часом повторення (TR); Т1 –зваженим зображенням відповідає відносно невелике TR (приблизно 500 мсек).
Збільшуючи TR, можливо досягти альтернативної контрастності зображення, таким чином створювати зображення, що зважене по протонній щільності чи по Т2. На Т2-зважених зображеннях найбільш інтенсивний сигнал спостерігається від тканин з максимальним Т2. Таким чином, стає ясно, що в МРТ існує значно більше можливостей для змінення контрасту на зображеннях, чим в альтернативних методиках, таких як комп’ютерна томографія та ультрасонографія. Контрастність зображення обумовлюється як параметрами, що регулюються оператором, такими, як TR, так і параметрами, що залежать від тканин, такими як щільність протонів, Т1 та Т2.
Величезна кількість протонів (приблизно 1022 в 1 мл води), що містяться в більшості тканин зумовлює той факт, що чистий магнітний момент достатньо великий, для того щоб індуціювати електричний струм у розташованій поза пацієнтом приймаючій котушці (рис.2).
Ці індуковані МР-сигнали використовуються для реконструкції МР- зображень.
Система для МРТ складається з магніту, що створює статичне магнітне поле. Магніт порожнистий, в ньому є тунель, ув якому розташовується пацієнт (рис.3). Стіл для пацієнта має автоматичну систему керування рухом. Для радіохвильового збудження ядер водню всередині магніта встановлюють додаткову високочастотну котушку, яка приймає сигнали релаксації.
МР-томографи бувають будь-яких розмірів: дуже малі, малі, середні, великі і дуже великі. Завдяки технічній природі МРТ їх називають томографами з ультраслабким, слабким, середнім, сильним та надсильним магнитнім полем. Ці епітети відносяться до напруженості постійного магнітного поля відповідного пристрою.
Значний контраст м'яких тканин - одна з основних характеристик МРТ, що зумовила швидкий розвиток цієї техніки. Контрастність в основному пояснюється релаксаційними явищами Т1 і Т2. Значний контраст м'яких тканин - одна з основних характеристик МРТ, що обумовила швидкий розвиток цієї техніки. Контрастність в основному пояснюється релаксаційними явищами Т1 і Т2.
В МР-томографії інтенсивність сигналу (його яркість) від нерухливої крові обумовлюється щільністью протонів, Т1 та Т2 крові, та обраною зваженістю зображення. З іншого боку, кров, що рухається, через наявність швидкості кровотоку у більшості випадків не буде генерувати МР-сигнал, проявляючись, таким чином, як ефективний «негативний» контрастний засіб. Просвіт судин та камери серця відображаються темними та чітко відмежовуються від онавколишних ярких нерухливих тканин.
Однак існують спеціальні МР-методики, що дозволяють зобразити циркулюючу кров яркою, а нерухливі тканини - темними. Ці методики використовуються для МРТ-аніографії (МРА) для отримання двохмірних проєкційних зображень трьохмірних судинних структур. Після однократного збору інформації можливо розглядати анатомію судин під різними кутами.
Років 5-10 назад контрастні засоби для МРТ вважалися цілком непотрібними. У багатьох клінічних ситуаціях це справді так, але досвід показав, що контрастні засоби при певних патологічних процесах збільшують обсяг діагностичної інформації. Тому за останні роки була розроблена велика кількість контрастних препаратів для МРТ. Усі вони мають магнітні властивості і змінюють інтенсивність зображення тканин, у яких вони знаходяться, скорочуючи релаксацію (Т1 і/або Т2) навколишніх протонів. Найчастіше контрастні препарати містять парамагнітний іон металу гадолінію (GdЗ+), який зв'язаний з молекулою - носієм. Контрастні речовини вводяться внутрішньовенно і розподіляються по організму подібно водорозчиненим рентгеноконтрастним речовинам.
Показання до застосування МРТ постійно поширюються. Якщо на перших порах основне клінічне застосування метода обмежувалося клінікою неврологічних хвороб, той в теперішній час дослідження проводяться пацієнтам з захворюваннями опорно-рухового апарату, серця і великих судин, органів малого тазу, молочних залоз, ЛОР- органів, органів черевної порожнини. Апарати з великої напругою магнітного поля, починаючи з 1.5 Тл, додатково до МРТ виконують програми спектроскопії, що дозволяє вивчати хімічний склад тканин і процеси метаболізму іп vivo.
Протипоказання і потенційні небезпеки МРТ
Хоч в МРТ не використовується іонізуюче випромінювання, при проведенні досліджень повинні строго виконуватися певні заходи безпеки. До теперішнього часу не доведені шкідливі ефекти постійних і змінних магнітних полів, що використовуються в МРТ. Потенційні джерела небезпеки для пацієнтів та персоналу зв’язані з постійним магнітним полем (небезпека притягання металевих предметів чи порушення функції механічних, електричних та магнітних пристроїв), радіочастотним випрмінюванням (ризик нагрівання тканин) та змінними магнітними полями.
До абсолютних протипоказань щодо дослідження відносяться стани, при яких його проведення обумовлює загрожуючу для життя хворого ситуацію. Наприклад, наявність будь-якого феромагнітного об'єкту в тілі пацієнта є абсолютним протипоказанням до застосування МРТ. Найбільш важливими і небезпечними об'єктами є металеві хірургічні кліпси і металеві осколки в тілі, металеві сторонні тіла. Найбільша потенційна небезпека пов'язана з цими об'єктами - це кровотеча. Наявність кардіостимуляторів є абсолютним протипоказанням для МРТ. Вплив радіочастотного випромінення МР томографа може порушити функціоннювання кардіостимулятора, так як змінення магнітних полів може імітувати серцеву діяльність. Магнітне притяжіння може визвати також зміщення стімулятора в гнізді та здвинути електроди. К абсолютним противопоказанням для дослідження відносяться також наявність невеликих металевих хірургічних імплантів (гемостатичні кліпси) на артеріях головного мозгу, так як їх зміщення внаслідок магнітного притяжіня загрожує кровотечею. Наявність металевих предметів в інших частинах тіла має меншу загрозу. Однак, крім потенційної небезпеки, металеві імпланти можуть створювати артефакти, що утруднюють інтерпретацію результатів дослідження. До теперішнього часу не доведені шкідливі ефекти постійних і змінних магнітних полів, що використаються в МРТ. У будь-якому випадку можливість проведення МРТ за наявності металевих об’єктів у тілі повинна враховиватись при його направленні на дослідження та обговорюватись із спеціалістом, що проводить дослідження. Більшість невеликих металевих об’єктів (штучні зуби, хірургічний шовний матеріал, деякі види штучних клапанів серця) не є протипоказаннями для проведення дослідження. Клаустрофобія є перешкодою для проведення досліджень в 1-4% випадків. Перші три місяця вагітності деякими авторами розцінюються як абсолютне протипоказання для МРТ через ризик нагріву плоду, однак свідчень щодо ушкоджующих дій МРТ на ембріон не отримано. Рух пацієнта під час проведення МР досліджень викликає перешкоди (артефакти), тому дослідження хворих з гострою патологією, спастичними станами, деменцієй та дітей нерідко буває ускладненим. Завжди перед проведенням МРТ рентген-лаборант або врач повинні поговорити з пацієнтом з метою з’ясування можливих протипоказань до дослідження. При вході у відділення МРТ завжди имеются предупреждающие знаки та надписи (наприклад, об небезпеці магнітного поля для пацієнтів із штучними водителями ритму, можливість размагничування носіїв інформації – дискет, кредитних карток, тощо).