Magnetisk resonanstomografi(MR) eller Magnetic Resonance Imaging (MRI)
MR er en viktig modalitet innen radiologi, og den er brukt i svært mange sammenhenger, nesten alle nevrologiske utredninger, mange onkologiske utredninger, hjertefunksjon og svært mye innen muskeloskeletalt arbeid. Noen punkter dere bør kunne:
- MR benytter seg ikke av ioniserende stråling, og det er ikke rapportert noen bivirkninger. Forholdsreglene er metall i/på kroppen. Metall varmes opp, og piercing og tatoveringer som inneholder jern, kan varmes så mye opp at det gir brannskader. Ortopedisk metall vil gi store artefakter rundt metallet, og pasienten kan kjenne at det varmes opp. Tidligere var hjerteklaffer en absolutt kontraindikasjon, men dagens klaffer skal være amagnetiske og følgelig kunne gå inn i en MR. Generelt vil klips på kar være så fastgrodd i løpet av få dager at de ikke representerer et problem, men klips i hjernen vil kunne «snu» seg. Nyere klips skal ikke være magnetiske, men det er betydelig frykt for å rive opp et kar i hjernen. Pacemakere vil bli slått av, og undersøkelse må planlegges sammen med cardiolog. Moderne pacemakere skal ikke bli ødelagt, eldre kan bli det. Tunellen i magneten er såpass trang at en del pasienter vil få klaustrofobi av å ligge der.
- Pasienten plasseres i en stor magnet, det vanligste er magneter med feltstyrke på 1,5 Tesla, men det finnes maskiner fra 0,2 til 7,0 Tesla.
- Alle nukleoner (protoner og nøytroner) har et kjernespinn, dvs at de spinner rundt sin egen akse. Atomer med ulikt antall protoner og/eller nøytroner er magnetiske. I kroppen har vi mest vann, og H1(hydrogenprotoner) er et godt egnet atom i denne sammenheng. Når kroppen er plassert inne i den store magneten, vil dette føre til at protonenes (H1-protonene) magnetfelt retter seg enten parallelt eller antiparallelt med det store magnetfeltet til MR maskinen og ha en bestemt bevegelse som kalles presesjon. Denne presesjonen har en egenfrekvens typisk for atomet. Når vi treffer disse atomene med en radiobølge med samme frekvens, får vi frem resonans der protoners magnetfelt endres fra parallelt til antiparallelt med tomografens magnetfelt. Når de eksterne radiobølgene opphører vil protonenes avgi sin energi i form av at kroppen sender ut radiobølger som fanges opp av MR maskinens antenner. Denne energien vil fortelle oss om antall hydrogenatomer og dette i kombinasjon med hvor lenge signalene fra kroppen varer vil danne grunnlaget for å få til et bilde. MR bilder som vektlegger tettheten av protoner kalles «protonvektet», mens bilder som viser ulik varighet på MR signalet kalles «T1-» eller «T2»-vektede» bilder.
- For å flytte opptaket fra et bildesnitt til det neste, finnes det feltgradienter inne i den store magneten. For å få alle data fra nettoenergiregistrering til et bilde, går vi først om en organisering av data (etter Fouriertransformasjonen) og disse dataene ordnes i det som kalles k-rommet. Herfra hjelper datamaskiner oss med å danne bilder.
- Husk at vann er hvitt på T2-vektede bilder og mørkegrått på T1 vektede bilder. Fett er hvitt på begge. Periostalt bein blir alltid svart (det inneholder ikke vann).
- Pasienten vil oppleve at det «bråker» inne i magneten. Det er den raske av- og på- switchingen av feltgradientene som er årsak til lydene under opptaket.
Bilder av MR-maskiner. Legg merke til den lange tunellen inne i magneten. Pasienten ligger på bordet og føres inn i magneten.
Litt historie
Vi starter i 1938 med Isidor Rabi, Han oppdager kjernespinnet og får nobelprisen i 1944. Bloch og Purcell fortsetter arbeidet med faste stoff og væsker. De får Nobelprisen i 1952. Det er mange inne i området og Varian (som lager selskapet Varian) får til den første NMR- maskinen. 1950, -60 og til dels -70 tallet er kjemikernes tid og brukes i analyse av stoffer. Innimellom her kommer en ukjent «helt», Erik Odeblad er den første som får til spektroscopi og bilde av biologisk materiale, han analyserer først leddbrusk. Publikasjonen viser at det var mulig å finne forskjell i forskjellige vevstyper, de hadde forskjellig relaksasjonstid. Han publiserer i alt 60 arbeider om NMR-spektroskopi i humant vev. Odeblad ble etter hvert både spesialist i gynekologi og arbeidet som overlege på Sabbatsberg sjukhus i Stockholm og forsker i biofysikk ved Nobelinstituttet. I 1966 flyttet han til det nye universitetet i Umeå, som professor i biofysikk og overlege i gynekologi. Mange av de arbeidene han gjorde, kan man si var grunnlaget for de arbeidene med MR-bilder av kroppen som senere ble gjort av Raymond Damadian og James Hutchison. Richard Ernst (nobelpris 1991) brukte korte bølgelengder og bearbeidet bruken av Fourierligningen. Dette ga mulighet for 2- og 3-dimensjonale spectroskopiopptak.
I 1970 publisere legen Raymond Damadian data som viser at MR signalene fra kreftvev generelt har lenger levetid (T1 og T2 tid) enn friskt vev. Dette ble det store gjennombruddet som initierte kappløpet om å lage en maskin som kunne avbilde disse forskjellene. I løpet av 1970-tallet kommer det derfor mye forskning og utvikling, fra mange grupper og personer. Raymond Damadian fikk til de første MR bildene av mennesker og viste forskjell på vev i en malign tumor og normalt vev (presentert 1974). De to gruppene som stod for den største utviklingen, var gruppene omkring nobelprisvinnerne Lauterbur og Mansfield. Lauterburs foreslo å bruke magnetgradienter til å kode MR signalene i forhold til sin plassering (spatial informasjon) og Mansfield til Echo Planar Imaging, den raskeste av alle MR teknikkene. De fikk begge nobelprisen for «their discoveries concerning magnetic resonance imaging» i 2003.
De første kliniske bildene kom i 1980, så man kan si at det er et skille her. Den første helkropps-MR-en ble bygget i Aberdeen i 1980 av fysikeren James Hutchison (han påpekte at det var et teamarbeid og sjefen for teamet var professor Mallard). Den første kliniske diagnosen ble stilt av professor i radiologi Brian Worthington i Nottingham i 1980 (et avrevet korsbånd). I 1980 kom også General Electric med sin første kommersielt tilgjengelige maskin. Den første riktignok bare for hodescan.
Det er også senere mange som står for utvikling av MR, av teknologideer og av nye sekvenser muliggjort av disse idene. Den formidable utviklingen av MR apparatet som har funnet sted over de siste 3 ti-årene skyldes det omfattende samarbeide som har funnet sted og som finner sted mellom de kommersielle aktørene, akademia og brukerne.
Noen begreper
T1: T1 vektede bilder. T1 (longitudinell relaksasjonstid) er den tidskonstanten som bestemmer tiden eksiterte protoner bruker på å returnere til equilibrium, til de er tilbake til å være parallelle med det eksterne magnetfeltet. Væske er mørkegrått, nesten svart på T1.
T2: T2 (transversal relaksasjonstid) er den tidskonstanten som bestemmer tiden det tar for eksiterte protoner til å gå ut av fase med hverandre. Det er et mål for tiden spinnende prototer mister samme fase målt i et plan vinkelrett på hovedfeltet. Vann er hvitt på T2.
GRE (gradient echo): Gir mulighet for raskere bilder. Denne metoden er i stor grad grunnlaget for de fleste raske sekvensene som er i bruk.
Fettsuppresjon: Enten ved å «mette» fettvevet før signalet skal registrere eller bruke metoder hvor fett ikke er med i opptaket (inn og ut av fase), kan vi få bilder hvor fettet blir svart (er borte). Ellers er fett hvitt både på T1 og T2 vektede bilder.
DWI: Diffusion weighted imaging. Dette er en registrering av brownske bevegelser av vann (i vann). Når det beskrives diffusjonsrestriksjon, så hindres den frie bevegelsen av protonene, som for eksempel ved cytotoxisk ødem etter et hjerneinfarkt.
Medisinsk bruk
Innen nervesystemet, både CNS og i ryggen, er MR det eneste valget ved bildediagnostisk utredning. CT brukes ved akutte tilstander, som blødninger og traumer, men ved utredning er det MR som gjelder.
Innen muskeloskeletal radiologi er også MR dominerende ved utredning. For skader brukes mye røntgen og CT. For muskler og ledd brukes en del ultralyd, og CT brukes noe i forbindelse med tumorutredning. MR er beste undersøkelse for ledd, for bløtvev i ledd og for å se på brusk. MR er beste undersøkelse for bløtvevsstrukturer, altså muskler og sener og viktig i all tumorutredning.
I thorax brukes MR en del i forbindelse med hjertet og er beste undersøkelse for å vurdere hjertets funksjon og muskulatur. Ellers er det andre metoder som dominerer i thorax.
I abdomen brukes MR og CT mye om hverandre, men MR er beste metode for å undersøke lever og bekken, og egentlig eneste bildediagnostiske metode for å undersøke prostata. All utredning i bekkenet er MRs domene, prostata, rectum, bekkenbunn og mer.