אבחון דלקת מפרקים ניוונית: דימות תהודה מגנטית

דימות תהודה מגנטית (MRI) הפכה בשנים האחרונות לאחת השיטות המובילות לאבחון לא פולשני של דלקת מפרקים ניוונית. מאז שנות ה-70, כאשר עקרונות התהודה המגנטית (MR) שימשו לראשונה לחקר גוף האדם, שיטה זו של הדמיה רפואית השתנתה באופן דרמטי וממשיכה להתפתח במהירות.

ציוד טכני ותוכנה נמצאים בשיפור, שיטות לרכישת תמונה מפותחות, וחומרי ניגוד ל-MRI נמצאים בפיתוח. זה מאפשר למצוא כל הזמן תחומי שימוש חדשים עבור MRI. אם בתחילה היישום שלו הוגבל למחקרים של מערכת העצבים המרכזית, כיום MRI משמש בהצלחה כמעט בכל תחומי הרפואה.

בשנת 1946, קבוצות חוקרים מאוניברסיטאות סטנפורד והרווארד גילו באופן עצמאי תופעה הנקראת תהודה מגנטית גרעינית (NMR). מהותה הייתה שגרעיני אטומים מסוימים, הנמצאים בשדה מגנטי, תחת השפעת שדה אלקטרומגנטי חיצוני, מסוגלים לספוג אנרגיה ולאחר מכן לפלוט אותה בצורת אות רדיו. על תגלית זו, פ. בלוך וא. פרמל זכו בפרס נובל בשנת 1952. התופעה החדשה שימשה עד מהרה לניתוח ספקטרלי של מבנים ביולוגיים (ספקטרוסקופיית NMR). בשנת 1973, פול ראוטנבורג הדגים לראשונה את האפשרות לקבל תמונה באמצעות אותות NMR. כך הופיעה טומוגרפיית NMR. טומוגרמות ה-NMR הראשונות של האיברים הפנימיים של אדם חי הודגמו בשנת 1982 בקונגרס הבינלאומי לרדיולוגים בפריז.

יש לתת שתי הבהרות. למרות העובדה שהשיטה מבוססת על תופעת ה-NMR, היא נקראת תהודה מגנטית (MR), תוך השמטת המילה "גרעינית". הדבר נעשה כדי שמטופלים לא יעלו מחשבות על רדיואקטיביות הקשורה לדעיכה של גרעיני אטום. והנסיבה השנייה: טומוגרפיות MR אינן "מכוונות" בטעות לפרוטונים, כלומר, גרעיני מימן. יש הרבה יסוד זה ברקמות, ולגרעינים שלו יש את המומנט המגנטי הגדול ביותר מבין כל גרעיני האטום, מה שקובע רמה גבוהה למדי של אות MR.

אם בשנת 1983 היו בעולם רק מכשירים בודדים המתאימים למחקר קליני, הרי שבתחילת 1996 היו כ-10,000 טומוגרפים בפעולה ברחבי העולם. מדי שנה 1000 מכשירים חדשים מוכנסים לפעולה. יותר מ-90% מפארק טומוגרפי ה-MR הם דגמים עם מגנטים מוליכי-על (0.5-1.5 T). מעניין לציין שאם באמצע שנות ה-80 החברות - יצרניות טומוגרפי ה-MR - התמקדו בעיקרון "ככל שהשדה גבוה יותר, כך ייטב", תוך התמקדות בדגמים עם שדה של 1.5 T ומעלה, הרי שבסוף שנות ה-80 התברר שברוב תחומי היישום אין להם יתרונות משמעותיים על פני דגמים עם עוצמת שדה ממוצעת. לכן, היצרנים העיקריים של טומוגרפים מסוג MR (ג'נרל אלקטריק, סימנס, פיליפס, טושיבה, פיקר, ברוקר וכו') מקדישים כיום תשומת לב רבה לייצור דגמים בעלי שדות בינוניים ואף נמוכים, הנבדלים ממערכות בעלות שדה גבוה בקומפקטיות ובחסכוניות שלהם עם איכות תמונה משביעת רצון ועלות נמוכה משמעותית. מערכות בעלות שדה גבוה משמשות בעיקר במרכזי מחקר לספקטרוסקופיית MR.

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

עקרון שיטת ה-MRI

הרכיבים העיקריים של סורק MRI הם: מגנט חזק במיוחד, משדר רדיו, סליל קליטה של תדר רדיו, מחשב ולוח בקרה. לרוב המכשירים יש שדה מגנטי בעל מומנט מגנטי מקביל לציר הארוך של גוף האדם. עוצמת השדה המגנטי נמדדת בטסלה (T). עבור MRI קליני, משתמשים בשדות בעוצמה של 0.2-1.5 T.

כאשר מטופל נמצא בשדה מגנטי חזק, כל הפרוטונים, שהם דיפולים מגנטיים, פונים לכיוון השדה החיצוני (כמו מחט מצפן המכוונת לכיוון השדה המגנטי של כדור הארץ). בנוסף, הצירים המגנטיים של כל פרוטון מתחילים להסתובב סביב כיוון השדה המגנטי החיצוני. תנועה סיבובית ספציפית זו נקראת תהליך, ותדירותה נקראת תדר תהודה. כאשר פולסים קצרים של תדר רדיו אלקטרומגנטי עוברים דרך גוף המטופל, השדה המגנטי של גלי הרדיו גורם למומנטים המגנטיים של כל הפרוטונים להסתובב סביב המומנט המגנטי של השדה החיצוני. כדי שזה יקרה, תדר גלי הרדיו חייב להיות שווה לתדר התהודה של הפרוטונים. תופעה זו נקראת תהודה מגנטית. כדי לשנות את כיוון הפרוטונים המגנטיים, השדות המגנטיים של הפרוטונים וגלי הרדיו חייבים להדהד, כלומר להיות בעלי אותה תדר.

נוצר מומנט מגנטי נטו ברקמות המטופל: הרקמות ממוגנטות והמגנטיות שלהן מכוונת במקביל לחלוטין לשדה המגנטי החיצוני. המגנטיות פרופורציונלית למספר הפרוטונים ליחידת נפח של רקמה. המספר העצום של פרוטונים (גרעיני מימן) הכלולים ברוב הרקמות פירושו שהמומנט המגנטי נטו גדול מספיק כדי לגרום זרם חשמלי בסליל קליטה הממוקם מחוץ למטופל. אותות MR המושרים הללו משמשים לשחזור תמונת ה-MR.

תהליך המעבר של האלקטרונים בגרעין ממצב עירור למצב שיווי משקל נקרא תהליך הרלקסציה של ספין-סריג או הרלקסציה אורכית. הוא מאופיין על ידי T1 - זמן הרלקסציה של ספין-סריג - הזמן הנדרש להעברת 63% מהגרעינים למצב שיווי משקל לאחר עירורם על ידי פולס של 90 מעלות. T2 - זמן הרלקסציה של ספין-ספין נבחן גם כן.

ישנן מספר שיטות להשגת טומוגרמות MR. הן נבדלות בסדר ובאופי יצירת פולסי גלי רדיו ובשיטות ניתוח אותות MR. שתי השיטות הנפוצות ביותר הן ספין-סריג וספין-הד. ספין-סריג מנתח בעיקר את זמן הרלקסציה של T1. רקמות שונות (חומר אפור ולבן של המוח, נוזל מוחי שדרתי, רקמת גידול, סחוס, שרירים וכו') מכילות פרוטונים עם זמני הרלקסציה של T1 שונים. עוצמת אות ה-MR קשורה למשך ה-T1: ככל ש-T1 קצר יותר, כך אות ה-MR עוצמתי יותר והאזור הנתון בתמונה מופיע בהיר יותר על צג הטלוויזיה. רקמת שומן לבנה בטומוגרפיות MR, ואחריה המוח וחוט השדרה, איברים פנימיים צפופים, דפנות כלי דם ושרירים בסדר יורד של עוצמת אות ה-MR. אוויר, עצמות והסתיידויות כמעט ולא מייצרים אות MR ולכן מוצגים בשחור. יחסי זמן הרלקסציה של T1 יוצרים את התנאים המוקדמים להמחשת רקמות תקינות ומשתנות בסריקות MRI.

בשיטה אחרת של MRI, הנקראת ספין-אקו, סדרה של פולסים בתדרי רדיו מכוונים אל המטופל, ומסובבים את הפרוטונים הנעים ב-90 מעלות. לאחר שהפולסים נעצרים, אותות התגובה של ה-MRI נרשמים. עם זאת, עוצמת אות התגובה קשורה באופן שונה למשך T2: ככל ש-T2 קצר יותר, כך האות חלש יותר, וכתוצאה מכך, בהירות הזוהר על מסך הטלוויזיה נמוכה יותר. לפיכך, תמונת ה-MRI הסופית בשיטת T2 היא ההיפך מזו שבשימוש בשיטת T1 (מכיוון שתמונה שלילית היא ההיפך מפוזיטיבית).

טומוגרפיות MRI מציגות רקמות רכות בצורה טובה יותר מסריקות CT: שרירים, שכבות שומן, סחוס וכלי דם. חלק מהמכשירים יכולים לייצר תמונות של כלי דם מבלי להזריק חומר ניגוד (אנגיוגרפיה MRI). בשל תכולת המים הנמוכה ברקמת העצם, האחרונה אינה יוצרת אפקט מגן, כמו בסריקת CT בקרני רנטגן, כלומר, היא אינה מפריעה לתמונה של, למשל, חוט השדרה, דיסקים בין חולייתיים וכו'. כמובן, גרעיני מימן אינם כלולים רק במים, אלא שברקמת העצם הם מקובעים במולקולות גדולות מאוד ובמבנים צפופים ואינם מפריעים ל-MRI.

יתרונות וחסרונות של MRI

היתרונות העיקריים של MRI כוללים אי-פולשנות, חוסר נזק (ללא חשיפה לקרינה), אופי תלת-ממדי של רכישת תמונה, ניגודיות טבעית מדם נע, היעדר ממצאים מרקמת העצם, התמיינות גבוהה של רקמות רכות, ויכולת לבצע ספקטרוסקופיית MP למחקרי מטבוליזם של רקמות in vivo. MRI מאפשר קבלת תמונות של שכבות דקות של גוף האדם בכל חלק - במישורים הקדמיים, הסגיטליים, הציריים והאלכסוניים. ניתן לשחזר תמונות נפחיות של איברים, לסנכרן את רכישת הטומוגרמות עם שיני האלקטרוקרדיוגרמה.

החסרונות העיקריים כוללים בדרך כלל את הזמן הארוך יחסית הנדרש לקבלת תמונות (בדרך כלל דקות), מה שמוביל להופעת ארטיפקטים מתנועות נשימה (זה מפחית במיוחד את יעילות בדיקת הריאות), הפרעות קצב (בבדיקת לב), חוסר יכולת לזהות באופן אמין אבנים, הסתיידויות, סוגים מסוימים של פתולוגיית עצם, העלות הגבוהה של הציוד ותפעולו, דרישות מיוחדות לחצרים שבהם ממוקמים המכשירים (הגנה מפני הפרעות), חוסר יכולת לבדוק חולים עם קלסטרופוביה, קוצבי לב מלאכותיים, שתלים מתכתיים גדולים העשויים ממתכות שאינן רפואיות.

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

חומרי ניגוד ל-MRI

בתחילת השימוש ב-MRI, האמינו שהניגודיות הטבעית בין רקמות שונות מבטלת את הצורך בחומרי ניגוד. עד מהרה התגלה כי ניתן לשפר משמעותית את ההבדל באותות בין רקמות שונות, כלומר את הניגודיות של תמונת ה-MR, באמצעות חומרי ניגוד. כאשר חומר הניגודיות הראשון ב-MR (המכיל יוני גדוליניום פאראמגנטיים) הפך לזמין מסחרית, תכולת המידע האבחוני של ה-MRI גדלה משמעותית. מהות השימוש בחומרי ניגודיות ב-MR היא שינוי הפרמטרים המגנטיים של פרוטונים ברקמות ובאיברים, כלומר שינוי זמן הרלקסציה (TR) של פרוטונים T1 ו-T2. כיום, ישנם מספר סיווגים של חומרי ניגודיות ב-MR (או ליתר דיוק חומרי ניגוד - CA).

לפי ההשפעה הדומיננטית על זמן הרפיה, MR-KA מחולק ל:

• T1-CA, אשר מקצרים את T1 ובכך מגבירים את עוצמת אות MP הרקמתי. הם נקראים גם CA חיובי.
• T2-CAs המקצרים את T2, ומפחיתים את עוצמת אות ה-MR. אלו הם CAs שליליים.

בהתאם לתכונות המגנטיות שלהם, MR-CA מחולקים לפאראמגנטיים וסופרפאראמגנטיים:

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

חומרי ניגוד פאראמגנטיים

תכונות פאראמגנטיות קיימות לאטומים עם אלקטרון אחד או יותר לא מזווג. אלה הם יונים מגנטיים של גדוליניום (Gd), כרום, ניקל, ברזל ומנגן. תרכובות גדוליניום קיבלו את היישום הקליני הרחב ביותר. אפקט הניגוד של גדוליניום נובע מקיצור זמן הרלקסציה T1 ו-T2. במינונים נמוכים, ההשפעה על T1 שולטת, מה שמגביר את עוצמת האות. במינונים גבוהים, ההשפעה על T2 שולטת, מה שמפחית את עוצמת האות. פאראמגנטים נמצאים כיום בשימוש נרחב ביותר בפרקטיקה אבחנתית קלינית.

חומרי ניגוד סופר-פאראמגנטיים

ההשפעה הדומיננטית של תחמוצת ברזל סופר-פאראמגנטית היא קיצור הרלקסציה של T2. עם עלייה במינון, יש ירידה בעוצמת האות. CA פרומגנטיים, הכוללים תחמוצות ברזל פרומגנטיות הדומות מבחינה מבנית למגנטיט פריט (Fe2 ^+OFe23 + _O3 ), יכולים להיכלל גם _הם בקבוצת CA זו.

הסיווג הבא מבוסס על הפרמקוקינטיקה של CA (Sergeev PV et al., 1995):

• חוץ-תאי (לא ספציפי לרקמות);
• מערכת העיכול;
• אורגנוטרופי (ספציפי לרקמות);
• מקרומולקולריות, המשמשות לקביעת חלל כלי הדם.

באוקראינה, ידועים ארבעה חומצות MR-CA, שהן חומצות קרבונט פאראמגנטיות מסיסות במים חוץ-תאיות, שמתוכן נמצאות בשימוש נרחב גאדודיאמיד וחומצה גאדופנטטית. קבוצות ה-CA הנותרות (2-4) עוברות ניסויים קליניים בחו"ל.

MR-CA מסיס במים חוץ-תאי

שם בינלאומי	נוסחה כימית	מִבְנֶה
חומצה גאדופנטטית	גדוליניום דימגלומין דיאתילןטריאמין פנטה-אצטט ((NMG)2Gd-DTPA)	ליניארי, יוני
חומצה גדוטרית	(NMG)God-DOTA	מחזורי, יוני
גדודיאמיד	גדוליניום דיאתילןטריאמין פנטאצטט-ביס-מתילמיד (Gd-DTPA-BMA)	ליניארי, לא יוני
גדוטרידול	גד-HP-D03A	מחזורי, לא יוני

CA חוץ-תאי ניתנים דרך הווריד, 98% מהם מופרשים על ידי הכליות, אינם חודרים את מחסום הדם-מוח, בעלי רעילות נמוכה, ושייכים לקבוצת החומרים הפרמגנטיים.

התוויות נגד ל-MRI

התוויות נגד מוחלטות כוללות מצבים בהם הבדיקה מהווה איום על חיי המטופלים. לדוגמה, נוכחות שתלים המופעלים באופן אלקטרוני, מגנטי או מכני - אלה הם בעיקר קוצבי לב מלאכותיים. חשיפה לקרינת גלי רדיו מסורק MRI עלולה לשבש את תפקודו של קוצב לב הפועל במערכת ה-Banking, מכיוון ששינויים בשדות מגנטיים עלולים לחקות פעילות לבבית. משיכה מגנטית עלולה גם לגרום לקוצב הלב לזוז בשקע שלו ולהזיז את האלקטרודות. בנוסף, השדה המגנטי יוצר מכשולים לפעולת שתלים פרומגנטיים או אלקטרוניים באוזן התיכונה. נוכחות מסתמי לב מלאכותיים מסוכנת ומהווה התוויות נגד מוחלטות רק כאשר נבדקים בסורקי MRI עם שדות גבוהים, ואם קיים חשד קליני לנזק למסתם. התוויות נגד מוחלטות לבדיקה כוללות גם נוכחות של שתלים כירורגיים מתכתיים קטנים (קליפסים המוסטטיים) במערכת העצבים המרכזית, מכיוון שתזוזה שלהם עקב משיכה מגנטית מאיימת על דימום. נוכחותם בחלקים אחרים בגוף מהווה פחות איום, מכיוון שלאחר הטיפול, פיברוזיס וקפסולציה של הקליפסים עוזרים לשמור על יציבותם. עם זאת, בנוסף לסכנה הפוטנציאלית, נוכחותם של שתלים מתכתיים בעלי תכונות מגנטיות בכל מקרה גורמת לחריגות היוצרות קשיים בפירוש תוצאות המחקר.

התוויות נגד ל-MRI

מוּחלָט:	יַחֲסִי:
קוצבי לב	ממריצים אחרים (משאבות אינסולין, ממריצים עצביים)
שתלים פרומגנטיים או אלקטרוניים לאוזן תיכונה	שתלים לא פרומגנטיים לאוזן פנימית, תותבות של מסתמי לב (בשדות גבוהים, אם יש חשד לתפקוד לקוי)
קליפסים המוסטטיים של כלי דם מוחיים	קליפסים המוסטטיים במקומות אחרים, אי ספיקת לב לא מפוצה, הריון, קלסטרופוביה, צורך בניטור פיזיולוגי

התוויות נגד יחסית, בנוסף לאלו המפורטות לעיל, כוללות אי ספיקת לב לא מפוצה, הצורך בניטור פיזיולוגי (אוורור מכני, משאבות עירוי חשמליות). קלסטרופוביה מהווה מכשול למחקר ב-1-4% מהמקרים. ניתן להתגבר עליה, מצד אחד, באמצעות מכשירים עם מגנטים פתוחים, ומצד שני - על ידי הסבר מפורט על המכשיר ועל מהלך הבדיקה. אין עדויות להשפעה מזיקה של MRI על העובר או העובר, אך מומלץ להימנע מ-MRI בשליש הראשון של ההריון. השימוש ב-MRI במהלך ההריון מצוין במקרים בהם שיטות הדמיה אבחנתיות לא מייננות אחרות אינן מספקות מידע מספק. בדיקת MRI דורשת השתתפות רבה יותר של המטופל מאשר טומוגרפיה ממוחשבת, מכיוון שלתנועות המטופל במהלך הבדיקה יש השפעה גדולה בהרבה על איכות התמונות, ולכן בדיקת חולים עם פתולוגיה חריפה, הכרה לקויה, מצבים ספסטיים, דמנציה, כמו גם ילדים היא לעתים קרובות קשה.

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