Кoллeктив учeныx из Унивeрситeтa Кeйс Вeстeрн Рeзeрв (СШA) oписaл нoвый мeтoд, пoзвoляющий прoвoдить мaгнитнo-рeзoнaнсную тoмoгрaфию (МРТ) oднoврeмeннo с двумя кoнтрaстaми. Тaкoй пoдxoд, к примeру, пoзвoляeт тoчнee визуaлизирoвaть рaспрeдeлeниe биoлoгичeски специфичного контраста вдоль сравнению с неспецифичным контрольным веществом, что повышает точность и уменьшать время процедуры. Исследование опубликовано в Scientific Reports.

МРТ в сегодняшний день является одним из самых эффективных методов визуализации внутренних органов и тканей. Настоящий метод основан на явлении ядерного магнитного резонанса, который происходит в сильном магнитном нива и сопровождается электромагнитным излучением в радиодиапазоне. Такая комбинация воздействий оказывается значительно в меньшей степени вредной чем другие методы томографии   — в   компьютерной, например, используется более агрессивное рентгеновское излучение. Всё же и у МРТ есть некоторые ограничения, среди которых, например, наличие у пациента металлических имплантатов.

Giphy

Другим ограничением дозволяется назвать работу с контрастами. Так называют вещества, которые дают более волевой сигнал в МРТ, чем вода или жировые ткани, которые обычно визуализируют в этом методе. Тем или иным образом введенный контрастность позволяет получить снимок нужной области с большим разрешением, тем самым повышая информативность обследования. Опричь того, вещество-контраст можно сделать специфичным, например, к определенным белкам   — в ту пору МРТ -снимок позволит дополнительно узнать распределение тех или иных агентов в организме. Про такой диагностики обычно нужно сделать два обследования: одно со специфичным, а другое   — с нейтральным контрастом, (для того получить итоговый снимок по разнице   двух.

В силу особенностей метода накануне сих пор практически не удавалось создать такой метод, в котором МРТ могла бы вдруг отследить два различных контраста. Поэтому между двумя последовательными обследованиями проходит стоит много времени, чтобы состояние организма могло измениться, а из-за сего, в свою очередь, снимки двух контрастов не всегда предоставляют достоверную информацию. Прием, разработанный американскими учеными, направлен как раз на решение этой проблемы.

Авторы опирались получи и распишись базовую математическую модель, описывающую типичное МРТ исследование. Ключевые параметры, которые в нем измеряются,   — сие времена релаксации, которые обычно обозначают T1 и T2. Первое   — это характерное время (на)столь(ко) называемой спин-решеточной релаксации, оно определяется скоростью, с которой спины, выстроившиеся враз внешнему магнитному полю томографа, возвращаются к равновесному положению. Время T2   — время спин-спиновой релаксации   — определяет ведь же самое, но для компоненты спина, лежащей перпендикулярно направлению внешнего полина. Времена T1 и T2 можно измерить независимо, и для обоих величин математическая модель предполагает их простую линейную общение с концентрацией визуализируемого вещества (например, контраста).

В новом эксперименте ученые предопложили, чего линейная связь для времен релаксации сохранится и при одновременном исследовании двух контрастов. В те поры можно независимо измерить времена T1 и T2, а также прочие константы, входящие в модель (релаксивности обоих веществ, а в свой черед времена релаксации при нулевых концентрациях контрастов), и получить систему из двух уравнений с двумя неизвестными   — концентрациями контрастов. Разве это предположение верно, то в одном МРТ-эксперименте можно одновременно ра концентрации двух контрастов.

Распределение концентраций двух контрастов в 17   фантомах. Направо резульататы, полученные в МРТ, справа   — известные карты концентраций. Christian E. Anderson et al./ Scientific Reports

В целях того, чтобы увеличить точность измерения, авторы подобрали контрасты с сильно отличающимися релаксивностями: препарат гадолиния (Вотан из самых популярных контрастов для МРТ) и хлорид марганца. Оба металла являются парамагнетиками, поэтому обладают сильным откликом в МРТ, при этом их спин-спиновые релаксивности различаются получай порядок. Авторы провели измерения времен T1 и T2 для препаратов с различными концентрациями марганца и гадолиния и показали, будто концентрации, измеренные в МРТ с большой точностью совпадают с независимо измеренными величинами (ученые приводят информация о корреляции Пирсона: 0.998). Все измерения проводились in vitro в так называемых фантомах   — специальных емкостях интересах   МРТ.

Чтобы продемонстрировать полные возможности нового метода, авторы также воспользовались модификацией МРТ около названием MRF (magneto-resonance fingerprinting), которая основана на составлении баз данных о поведении контрастов в различных режимах томографии. Оригинальная эксплуатация по MRF преследовала своей целью получить базу «отпечатков» различных тканей организма, соответственно которой впоследствии при помощи статистических методов распознавания можно было бы верней визуализировать карты распределения исследуемого вещества.  

В новом исследовании авторы использовали вариацию MRF, затем) чтоб(ы) одновременно проанализировать сразу несколько фантомов с различными концентрациями контрастов. Таким образом ученым посчастливилось получить карты распределения концентраций гадолиния и марганца в 17   фантомах. По сим результатам авторы делают вывод о применимости двухконтрастного метода в МРТ. Ученые равно как отмечают, что их работа не только описывает новый метод, так и подтверждает применимость математической модели, описывающей линейный отклик для двух независимых контрастов. При всем том в будущем потребуется подтвердить эти результаты в экспериментах in vivo.

Помимо традиционных применений МРТ существует обилие менее распространенных, но не менее впечатляющих разновидностей. Так, с помощью функциональной МРТ только и остается не только увидеть строение тканей и наличие внутренних патологий, но и отследить за активностью тех или иных участков головного мозга. Это достигается вслед счет того, что активность нейронов связана с локальным увеличением кровотока в соответствующей области, как будто и отслеживается при помощи МРТ. С помощью такого метода ученым удавалось, примем, выявить расстройства аутистического спектра у детей возрастом всего 6   месяцев или сознать, что происходит с мозгом человека, принявшего   LSD.

Автор: Тарас Молотилин