Магнитно-резонансная томография в ветеринарной медицине

Значительно реже разгадка причины недуга лежит на поверхности, несмотря на то, что в арсенале врача в XXI веке имеются все последние достижения естественных наук и отраслей — физики, химии, биологии, генной инженерии, математики, электроники, оптики и т.п. Что же было 100-200 лет назад, когда единственным, широко доступным прибором врача, вносящим в его работу хоть крупицу объективности, был термометр? Медицина была скорее искусством, чем наукой, и диагностика основывалась в основном на опыте врача. Зрение, слух, осязание, вкус и обоняние в союзе с интеллектом, опытом и интуицией заменяли врачу все те приборы, лаборатории, анализы и измерения, без которых мы не представляем себе работу современного доктора. Нужно ли говорить, насколько субъективным был процесс постановки диагноза и почему ясность в историю болезни зачастую вносил лишь вердикт патологоанатома?

Чтобы избавиться от сенсуализма и внести объективность в процесс обследования пациента, медицина пошла по пути развития инструментальных методов исследований. Одним из эпохальных моментов в истории развития медицины стало изобретение в 1895 г. немецким физиком Вильгельмом Конрадом Рентгеном Х-лучей, способных просвечивать организм, оставляя на чувствительной пленке изображение скелета и внутренних органов. Это было революционное изобретение, поскольку теперь стало возможным визуализировать и объективно оценить то, что до сих пор определялось каждым врачом субъективно, а значит, каждым — по-своему, в зависимости от опыта пальпации, перкуссии, аускультации.

Изобретение подняло диагностику на новый уровень. Медики «ухватились» за волшебные лучи, и уже в 1896 г. — всего через 1 год после изобретения — была проведена первая ангиография! В 1901 г. В.К. Рентген был удостоен первой Нобелевской премии за открытие в области физики. Сегодня уже невозможно представить себе медицину без рентгенографии, хотя этот метод является относительно инвазивным и далеко не всегда информативным.

Но вот пришло время потеснить рентгенологов. По значимости для медицины открытие явления ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) приравнивается или даже превосходит открытие Рентгена. Благодаря ЯМР стало возможным визуализировать любые (не только плотные!) органы и ткани живого организма без дополнительного специального контрастирования, не причиняя при этом никакого вреда.

Явление, названное ЯМР, было открыто в 1946 г. двумя независимыми группами исследователей в Гарвардском и Стэндфордском университетах (Великобритания). Суть его состояла в том, что ядра некоторых атомов, находясь в магнитном поле под действием внешнего электромагнитного поля, способны поглощать энергию, а потом испускать ее в виде радиосигнала. За это открытие Ф. Блоч и Е. Персель в 1952 г. были удостоены Нобелевской премии. В 1973 г., используя явление ЯМР, П. Лутебур впервые получил изображение двух наполненных водой капилляров; именно с этого началось развитие ЯМР-томографии. И уже в 1982 г. на Международном конгрессе радиологов в г. Париже (Франция) были представлены первые ЯМР-томограммы живого человека.

История ветеринарной магнитно-резонансной томографии (МРТ) куда скромнее, но от этого не менее славная. В середине 80-х гг. XX века MP-томографы начали появляться в Германии в гуманитарной медицине. Новые сложные и дорогие приборы были доступны только университетским клиникам с государственным финансированием. Доктор Ассоер, гуманитарный врач, специализировавшийся в Англии в области визуальной диагностики, вернувшись после обучения в Германию, продал все свое имущество, взял кредит в банке и купил первый в Германии частный МР-томограф. После этого он создал частный научно-исследовательский институт лучевой диагностики и терапии, а при нем — кабинет визуальной диагностики.



Магнитно-резонансный томограф «Siemens Magnetom Symphony»



Примерно в это же время другой немецкий ученый — ветеринарный доктор Матрин Загер — искал для своих пациентов дополнительные, более информативные методы диагностики. Информация о МРТ привела его к доктору Ассоеру. Энтузиасты и единомышленники, они быстро нашли общие интересы и стали работать над созданием атласа по МРТ-анатомии собак. Итак, днем на томографе исследовали человека, а ночью прибор был в распоряжении ветеринарного врача. Первые исследования на аппарате того времени длились часами — еще не было мощных и быстрых ЭВМ. Долго длился и процесс подбора параметров для визуализации различных органов и тканей животных. В течение 7 лет два подопытных бигля почти ежедневно погружались в наркоз и отправлялись на томографию. К счастью, через некоторое время появилось второе поколение MP-томографов, и процесс пошел быстрее.

В 1997 г. атлас МРТ и КТ (компьютерная томография) анатомии собак был опубликован. На сегодняшний день это первый и единственный в мире подобный атлас. Во многих странах мира он рекомендован в качестве учебника по МРТ животных.

Клиника доктора Загера в настоящее время обладает самой большой в мире базой данных отсканированных пациентов — их число составляет несколько тысяч. Среди них собаки, кошки, кролики, морские свинки, обезьяны, домашние свиньи.

Научные труды Мартина Загера регулярно публикуются в ведущих журналах визуальной диагностики. Уже несколько лет подряд он проводит Дюссельдорфский международный симпозиум по визуальной диагностике в ветеринарной медицине (Германия).


Физические основы метода

Несмотря на то что метод основан на явлении ядерно-магнитного резонанса, его называют магнитно-резонансным (MP), опуская слово «ядерный», чтобы у исследуемых не возникало мысли о радиоактивности, связанной с распадом ядер.

Метод ЯМР-томографии основан на способности ядер некоторых атомов вести себя как магнитные диполи, в т.ч. обладать магнитным моментом. Эти свойства имеют ядра, содержащие нечетное число нуклонов, в частности водород (Н), углерод (С), фтор (F) и фосфор (Р). Протон находится в постоянном вращении, образуя вокруг себя магнитное поле с определенным магнитным моментом, или спином. При помещении вращающихся протонов в постоянное магнитное поле происходит ориентирование оси их вращения вдоль силовых линий этого поля, или прецессирование. Если одновременно в виде импульса приложить дополнительное радиочастотное поле, то ось ориентации прецессирующего протона повернется в зависимости от продолжительности импульса на 90° или 180°. При прекращении радиочастотного импульса протон возвращается в исходное положение (наступает его релаксация), что сопровождается выделением порции энергии. Время релаксации протона строго постоянно. При этом различают два времени релаксации: Т-1 после поворота на 180° и Т-2 после поворота на 90°. Как правило, показатель Т-1 больше, чем Т-2. С помощью специальных приборов можно зарегистрировать сигналы (резонансное излучение) от релаксирующих протонов и на их анализе построить представление об исследуемом объекте. МР-характеристиками объекта служат три параметра: плотность протонов, время Т1 и Т2. Плотность протонов зависит от концентрации элемента (как правило, водорода) в исследуемом объекте и характеризуется амплитудой принимаемого сигнала.

Т1 и Т2 зависят от многих факторов (молекулярной структуры вещества, температуры, вязкости и др.).

Магнитно-резонансная томография (МРТ) позволяет неинвазивно получить изображение любых слоев исследуемого биологического объекта. Современные томографы настроены на ядра водорода (протоны), поскольку этого элемента в тканях очень много, а магнитный момент его протона наибольший, что обусловливает достаточно высокий уровень MP-сигнала. Таким образом, MP-томограмма по сути является картиной пространственного распределения молекул, содержащих атомы водорода.


Система для магнитно-резонансной томографии

Она состоит из томографа и ЭВМ. В свою очередь основу томографа составляет магнит, создающий статическое магнитное поле, катушки дополнительного возбуждения и приемник сигналов.

Основной магнит томографа полый, в нем имеется туннель, в котором на автоматически управляемом столе с координатной системой располагается пациент. Для приложения импульса дополнительного радиочастотного поля и возбуждения протонов внутри основного магнита устанавливается дополнительная катушка, являющаяся одновременно и приемником сигналов релаксации протонов.

При воздействии радиочастотных импульсов на ориентированные в постоянном магнитном поле протоны происходит их возбуждение, сопровождаемое поглощением энергии. После окончания импульса происходит их релаксация, сопровождающаяся выделением энергии в виде MP-сигнала. Этот сигнал принимается специальными устройствами и подается на мощную ЭВМ, где после анализа полученных данных составляется картина пространственного распределения источников его излучения — ядер водорода.
В современных томографах для создания постоянного магнитного поля используются либо резистивные магниты больших размеров, либо сверхпроводящие магниты.

Резистивные магниты дают сравнительно небольшую напряженность магнитного поля — около 0,2-0,3 Тесла. Установки с такими магнитами компактны (могут разместиться в обычном рентгенологическом кабинете) и просты в эксплуатации, но дают изображение небольшого разрешения.

Сверхпроводящие магниты создают магнитное поле до 30 Тесла, что позволяет получать изображение значительного разрешения. Однако они требуют глубокого охлаждения — до -269°С, что достигается помещением магнита в систему из последовательных камер с жидкими гелием и азотом и в вакуумную камеру. Подобные системы занимают значительно больше места и требуют специальных отдельных помещений и обслуживания (ежемесячные эксплуатационные расходы составляют приблизительно 60 тыс. евро). К тому же они значительно сложнее и дороже и в производстве, и в эксплуатации. Возможно, последние достижения физики в области сверхпроводящих материалов позволят добиться существенного прогресса в конструировании томографов со значительной напряженностью магнитного поля.

Для получения изображения определенного слоя тканей организма градиенты магнитного поля вращают вокруг объекта исследования, осуществляя таким образом его сканирование. Полученные сигналы преобразуются в цифровые и поступают в память ЭВМ.


Характер МР-изображения

Он определяется тремя факторами: плотностью протонов и временем релаксации Т1 и Т2. При этом основной вклад в создание изображения вносит именно анализ времени релаксации, зависящего (в отличие от плотности протонов) от большого количества физических и химических характеристик объекта. Так, серое и белое мозговое вещество отличаются по концентрации воды всего на 10%, в то время как продолжительность релаксации протонов в них различается в 1,5 раза, что позволяет четко различать их на получаемом изображении. Время релаксации и плотность протонов, находящихся в жидкостях, жировом веществе, головном и спинном мозге, мышцах, паренхиматозных органах, костях и кальцификатах, а также здоровых тканях и опухолях существенно различаются. Соответственно этим различиям интенсивность MP-сигнала значительно варьирует, давая изображение (Т1) от ярко-белого у жидкостей и жира до черного у костей. Следовательно, на основе анализа этих сигналов удается получать достаточно контрастные послойные изображения объекта. При этом изображения, полученные на основе анализа времени релаксации Т1 и Т2, относятся друг к другу как негатив к позитиву, что позволяет в зависимости от задачи исследования оптимальным способом контрастировать те или иные ткани.

При МРТ, как и при рентгенологическом исследовании, можно применять искусственное контрастирование тканей. С этой целью используют вещества, обладающие парамагнетическими свойствами. Они изменяют время релаксации жидкостей, благодаря чему контрастность изображения существенно повышается. Особенно информативно контрастирование при диагностике новообразований и воспалительных очагов, в которых концентрация и интенсивность обмена жидкости, а следовательно, и контрастного вещества зачастую выше, чем в здоровых тканях.



Изображение опухоли надпочечника на томограмме



МРТ — исключительно информативный метод исследования, позволяющий получить контрастное изображение тонких слоев объекта в любом сечении. Можно реконструировать объемные изображения отдельных органов или интересующих в них участков, проводить ангиографию без введения в сосуды контрастных веществ, синхронизировать получение изображения с зубцами ЭКГ. В отличие от компьютерной томографии, основанной на рентгеновском излучении, на МР-томограммах с высокой степенью контраста отображаются мягкие ткани: мышцы, жировые прослойки, сосуды, нервы, сухожилия, хрящи, патологически измененные ткани. При этом костная ткань не создает экранирующий эффект и не мешает визуализации спинного мозга, межпозвоночных дисков и т.п.

Следует подчеркнуть, что основным препятствием для МРТ, связанным с воздействием сильного магнитного поля, является наличие у пациента металлических инородных тел или имплантатов, поэтому больные с кардиостимуляторами, протезами, пластинами, шурупами и даже металлическими клипсами оказываются лишенными возможности применения этого диагностического метода. Теми же мотивами продиктованы правила техники безопасности при эксплуатации томографа: любые металлические предметы (даже безобидные, на первый взгляд, ключи или шариковая ручка) при размещении в сильном магнитном поле приобретают ускорение и становятся способными причинить травмы и увечья. Недаром все входящие в помещение томографа проходят проверку металлоискателем.

Несмотря на высочайшую информативность и неинвазивность, ЯМР-томография на сегодняшний день не является столь же распространенным методом исследования, как рентгенография. Причины этого — высокая стоимость оборудования (порядка 1,5 млн. евро), сложность эксплуатации, нехватка квалифицированного персонала. Если в Европе, США, Канаде, Японии и других развитых странах MP-томографы достаточно широко распространены, то в России это пока привилегия крупных федеральных медицинских диагностических центров. О применении MP-томографии в ветеринарной медицине речи вообще пока не идет. Редкие случаи MP-исследований животных в нашей стране, как правило, проводятся на медицинском оборудовании окольными путями.

Неотъемлемая «деталь» томографа — опытный оператор. Даже в Европе специалистов по МРТ собак и кошек гораздо меньше, чем томографов, а в России их на сегодняшний день нет вовсе, т.к. выполнение и интерпретация МРТ у людей и животных сильно различаются. В результате ценность таких исследований пока оставляет желать лучшего: рассматривание «нарезанных», как батон колбасы, тканей животных напоминает гадание на кофейной гуще. Иначе обстоят дела в Германии. Здесь количество МР-томографов по отношению к количеству собак превышает такой же показатель в нашей гуманитарной медицине. Но и в Германии не торопятся назначать МРТ по каждому пустяку, поскольку стоимость исследования составляет 400-1500 евро.

Показания к проведению МРТ

Показания определяются особенностями МРТ — неинвазивностью и способностью визуализировать любые мягкотканые структуры биологического объекта. Это делает МРТ единственным информативным неинвазивным методом, если рентген, УЗИ, эндоскопия остаются бессильными.

Большую часть исследуемых пациентов МРТ составляют больные с симптомами поражения ЦНС.

При помощи МРТ можно детально рассмотреть тонкие структуры головного мозга, оценить их форму, размеры, однородность, васкуляризацию. Возможно выявление новообразований, участков ишемии, кровоизлияний или воспалительных очагов. В отличие от далеко небезопасной мие-лографии представляется возможной визуализация спинного мозга и спинномозговых нервов,

оценка их структуры, формы, особенностей кровоснабжения. С помощью МРТ неинвазивно исследуется наличие не только компрессионных поражений спинного мозга, но и интрадуральных интрамедуллярных опухолей, дегенеративных, воспалительных, васкулярных, некоторых метаболических нарушений спинного мозга, не изменяющих его контуров и, следовательно, невидимых на миелограммах. В случаях опухолей оболочек спинного мозга можно оценить их распространенность в окружающих тканях. Удается диагностировать не обнаруживаемые на миелограммах поражения корешков спинномозговых нервов.

МРТ позволяет не только локализовать патологический очаг в спинном или головном мозге, но и распознать его природу, распространенность. Используя ЯМР-томографию, можно выполнить ангиографию сосудов головного и спинного мозга даже без введения контрастного вещества. Можно сказать, что в диагностике большинства патологий головного и спинного мозга МРТ является экспертным методом, при этом с минимальным риском для здоровья пациента.

Еще одна область применения МРТ в ветеринарии — диагностика заболеваний опорно-двигательной системы. Если патологические изменения костей и суставов в большинстве случаев можно диагностировать рентгенологически, то нарушения мягкотканых структур — мышц, сухожилий, связок, суставных капсул, периферических нервов, сосудов — зачастую остаются для врача вне досягаемости.

При помощи МРТ можно диагностировать онкологические, воспалительные, дегенеративные заболевания костей и суставных структур на ранних, не доступных для рентгенографии, стадиях. В диагностике тендосиновитов, травм сухожилий, некоторых артрозов, артритов, невритов, миозитов и других причин хронических, рецидивирующих хромот МРТ оказывается незаменимой. Так, например, разрыв или тендосиновит сухожилия двуглавой мышцы плеча — одни из наиболее частых причин непроходящей хромоты на грудную конечность — четко видны при проведении МРТ, в то время как при рентгенографии они выявляются лишь на поздней стадии, когда развивается минерализация сухожилия. Аналогичная ситуация складывается при развитии саркомы мягких тканей конечностей.

М.С. КАРЕЛИН, ветеринарная клиника «Белый Клык-Митино», г. Москва