ВНКСФ7: Куприянов Дмитрий Алексеевич: Перенос намагниченности в исследованиях вещества мозга методами магнитнорезонансной томографии

Перенос намагниченности в исследованиях вещества мозга методами магнитнорезонансной томографии

Куприянов Дмитрий Алексеевич
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель: Ярных Василий Леонидович, к.х.н.

Магнитнорезонансная томография (МРТ) является одним из наиболее информативных методов визуализации биологических тканей. При помощи методик МРТ могут быть получены изображения биологических объектов, отражающие протонную плотность ткани и ее релаксационные параметры Т₁ и Т₂. В настоящее время разработаны методики, позволяющие получать дополнительную информацию о биофизических свойствах тканей. Одной из наиболее перспективных методик является методика переноса намагниченности.

Эффект переноса намагниченности основан на кросс-релаксационном обмене энергией между фракциями протонов воды и макромолекул. В биологических тканях различают значительное число фракций протонов с различными релаксационными параметрами. В простейшей кросс-релаксационной модели биологической ткани рассматривается две фракции: протоны свободной воды (время корреляции t _c>10^-11) и протоны макромолекул (время корреляции t _c>10^-8). Таким образом, спектр ЯМР биологической ткани может быть представлен как суперпозиция узкого (20-30 Гц) пика протонов воды и широкого (свыше 20 кГц) пика протонов макромолекул; следует также отметить, что сигнал протонов макромолекул не может наблюдаться экспериментально. Технически эффект переноса намагниченности может быть достигнут при помощи селективного радиочастотного воздействия на протоны макромолекул. При этом за счет кросс-релаксационного обмена энергией происходит уменьшение интенсивности наблюдаемого экспериментально сигнала протонов воды. Степень уменьшения интенсивности сигнала ткани может быть оценена при помощи опорного изображения, полученного в отсутствие радиочастотного (РЧ) насыщения.

В настоящее время в Центре Магнитной Томографии и Спектроскопии МГУ (ЦМТС МГУ) для томографа BRUKER TOMIKON S-50 с индукцией поля 0.5 Т разработан протокол исследований с переносом намагниченности на базе трехмерной импульсной последовательности градиентного эха. В качестве насыщающего импульса в протоколе используется селективный внерезонансный импульс с гауссовой формой огибающей, мощностью 2-6 мкТ. Угол поворота считывающего импульса равен 15⁰. Общая длительность исследования с переносом намагниченности составляет около 6 мин.

Применение методики переноса намагниченности в диагностических исследованиях позволяет получить специфический контраст изображения. На полученных изображениях степень уменьшения интенсивности сигнала ткани вследствие РЧ насыщения в существенной степени зависит от содержания в тканях свободной воды, что позволяет четко определить границу кистозной составляющей опухоли и отделить ее от области отека. Исследования с переносом намагниченности при рассеянном склерозе головного мозга часто позволяют выявить склеротические бляшки, невидимые при прочих режимах исследований. Помимо управления контрастом изображения, перенос намагниченности позволяет получить ряд количественных оценок патологической ткани. Степень уменьшения интенсивности сигнала ткани может быть оценена при помощи отношения переноса намагниченности (MTR). Отношение переноса намагниченности максимально в здоровом белом веществе мозга и стабильно уменьшается в областях демиелинизации. На изображениях, отражающих распределение MTR в тканях мозга, участкам демиелинизации соответствуют области аномальных значений MTR. При помощи MTR-картирования возможно обнаружение микроскопических повреждений вещества мозга, не наблюдаемых при помощи иных методик МРТ.

Методика переноса намагниченности позволяет также оценить ряд важных кросс-релаксационных параметров здоровых и патологически измененых тканей, таких как молярное отношение фракций протонов, характерные времена релаксации и константы обмена. Кросс-релаксационные параметры ткани являются уникальным источником информации о состоянии воды в биологических системах. До настоящего времени работы по их оценке проводились только in vitro при помощи спектроскопического оборудования. Для оценки кросс-релаксационных параметров методами МРТ разработана уникальная методика кросс-релаксационной спектроскопии. Длительность исседования по методике кросс-релаксационной спектроскопии составляет около 30 мин. Результаты клинической аппробации методики показали значительное отличие кросс-релаксационных параметров для здоровой и патологически измененной ткани и находятся в хорошем соответствии с представленными в литературе данными спектроскопических исследований.