Новая методика МРТ улучшит качество диагностики

24.01.2017

Новая технология МРТ позволит устранить недостатки МРТ сканирований при формировании изображений для того, чтобы более точно диагностировать морфологические изменения в тканях при первичных обследованиях населения. Результаты исследования проведенного в Нью-Йоркском университете были опубликованы в Nature Communications.

С момента своего появления в 1970-е годы, магнитно-резонансная томография (МРТ) дала возможность врачам заглянуть внутрь тканей, что помогает диагностировать различные заболевания - от опухолей головного мозга или внутренних кровотечений, до разрыва связок. И в настоящее время, МРТ это неотъемлемая часть клинической практике во всех развитых странах. Например, в США ежегодно проводится 28 миллионов МРТ исследований .

Несмотря на широкое применение, все МРТ сканеры имеют схожие недостатки.

Во время сканирования антенны воздействуют радиоволнами на ткани и нарушают их магнитное равновесие. После нарушения равновесия, спины магнитных полей атомов начинают излучать радиосигналы, что раскрывает характерные черты и положение морфологических структур тканей и это формирует изображения. Однако качество изображения, зависит от равномерного облучения атомов магнитными полями , которые различаются не только в зависимости от модели сканера МРТ , но и вследствие их взаимодействия с различными частями, даже в пределах одной ткани.

Таким образом, традиционные МРТ радиоволны " высвечивают " некоторые части образца ткани лучше, чем другие, и поэтому происходит некачественное затемнение области визуализации. Производители МРТ сканеров инвестировали значительные средства в магнитные катушки, с помощью которых стараются провести равномерное воздействие на изучаемую область, но, тем не менее, очень много исследований МРТ до сих пор дают на выходе темные артефакты.

"В результате нашего исследования нам удалось достичь определенных успехов - добиться устранения артефактов и создания достаточно точных изображений, которые позволяют нам присвоить числовые значения анатомическим особенностям", говорит автор исследования Дэниел Содиксон, доктор медицинских наук, профессор кафедры радиологии, в NYU .

"Это знаменует появление" количественного МРТ ", где новые виды картирования тканей станут золотым стандартом для диагноза и выявления закономерностей заболеваний, которые будут постепенно совершенствоваться от пациента к пациенту, « говорит Содиксон, который также является ведущим специалистом Центра Advanced Imaging Innovation and Research . "Это кардинально изменит МРТ сканеры."

Новый подход к получению изображений также позволит получать качественную визуализацию с помощью менее дорогих аппаратов МРТ. Быстрые, более простые подходы также помогут решить проблему сканеров, которые необходимо калибровать, подбирать и корректировать вариации магнитного поля, что и приводит к необходимости в длительном нахождении пациента в сканере, что удобно далеко не всем пациентам.

На пути к идеальному МРТ сканеру

Несмотря на десятилетия крупных инвестиций, традиционная МРТ по-прежнему дает только качественные изображения, которые не дают возможность создать базу данных для дальнейшей обработки в формате «Big Data» .

Очередная попытка преодолеть эти проблемы была предпринята командой ученых во главе с Марком Грисуолдом в Case Western Reserve University и результаты проведенной работы были опубликованы в Nature в 2013 году. В ней были описана магнитно-резонансная дактилоскопия (MRF). До этого, МРТ сканеры «ждали», когда магнитные спины вернутся к своему обычному равновесию между каждым последовательным радиоволновым импульсом, что создавало большое препятствие для скорости визуализации. MRF методика вместо того, чтобы формировать из сложного взаимодействия перекрывающихся сигналов, создавало изображения на основе отличительного "отпечатка пальца" совпавшего с характеристиками ткани.

С развитием вычислительных возможностей , MRF изображения были построены на небольшом объеме данных сканирования, совпавших с базами данных известных образцов тканей. Метод заменил более медленные подходы, необходимые для обработки всех данных для построения изображения с нуля. Несмотря на это нововведение, первый автор данной работы, NYU Лангоне, увидел, что MRF имеет определенные сложности при формировании изображения в тех случаях, когда аппарат хорошо калиброван и магнитное поле равномерное .

MRF изображения, из-за невозможности создать однородность, не всегда отражают реальность. Чтобы это исправить, Клоос и коллеги разработали "Plug-and-Play MR Fingerprinting" (PnP-MRF), что приблизило их на шаг к созданию «идеального сканера» "

Описанное в недавно опубликованном исследовании, методика PnP-MRF показала, что ход построения изображения соответствует ее измерениям в моделируемой базе данных каждого возможного взаимодействия магнитного поля или искажения, и поэтому требует нулевой калибровки. Наряду с захватом спиновых характеристик, новый метод показал, что может эффективно отображать искажения, которые возникают, когда MR радиоволны взаимодействуют с тканью, которые радиологи ранее стремились стереть с помощью калибровки. Авторы исследования утверждают, что эти же самые искажения поля также служат в качестве нового набора параметров ткани, которые могут помочь в диагностике.

Если при MRF используется один источник радиоимпульсов для генерации сигналов, при PHP-MRF используется циркулирующий поток различных полей, который бьет с разных направлений, с интервалами в миллисекунды, что позволяет создать новый отпечаток. Артефакт, возникший при воздействии одного радиоволнового импульса, может показать темное пятно в одной версии изображения, но не в том же месте во всех наборах данных, что позволяет удалить ошибки .

Если обобщить результаты работы, эти инновации позволяют использовать PnP-MRF для коррекции особенностей каждого сканера и взаимодействия магнитного поля с тканями .

Возможно, в будущем не будет необходимости в огромных магнитных катушках и МРТ сканеры будут портативными.