MRI. Jak to działa?

Historia MRI rozpoczyna się już w 1946 roku. Dwóm niezależnym badaczom: Felixowi Blochowi i Edwardowi Purcellowi udaje się przeprowadzić pierwszy udany eksperyment nad NMR (Nuclear Magnetic Resonance), czyli nuklearnym rezonansem magnetycznym. W 1952 roku otrzymują za to Nagrodę Nobla, a w kolejnych latach technika rezonansu szturmem podbija laboratoria chemiczne i fizyczne. Nikt nie myśli jeszcze o innych zastosowaniach tego wynalazku. Wszystko zmienia się w 1971 roku. Raymond Damadian, badający jony potasu w komórkach za pomocą NMR, odkrywa zadziwiającą zależność. Okazuje się, że komórki rakowe mają inne czasy relaksacji (czyli powrotu do położenia równowagi – jednego z parametrów uzyskiwanych dzięki rezonansowi) niż zdrowe komórki. W głowach badaczy rodzi się pomysł. A może by tak wykorzystać rezonans magnetyczny w medycynie? Powstają więc pierwsze aparaty, za pomocą których można otrzymać zdjęcia mózgu i innych tkanek człowieka. Przełom lat 70. i 80. przynosi prawdziwy rozwój techniki NMR. W powszechnym przyjęciu nowego typu badania przeszkadza jednak... jego nazwa. Po tragediach w Hiroszimie i Nagasaki słowo „jądrowy” zaczyna mieć negatywny wydźwięk. By uniknąć niechęci pacjentów do badań, nowej technice obrazowania nadaje się nazwę MRI (ang. Magnetic Resonance Imaging – obrazowanie rezonansu magnetycznego), która funkcjonuje do dziś.

Działanie

Nasz organizm składa się z około 70–80% wody. I to właśnie jej obecność (a konkretniej – zawartych w niej atomów wodoru) stanowi podstawę badania MRI. Wodór jako jedyny pierwiastek ma w jądrze atomowym tylko jedną cząstkę – proton. W normalnych warunkach protony poszczególnych atomów poruszają się chaotycznie. Pod wpływem silnego pola magnetycznego ustawiają się w jednym kierunku i zaczynają wykonywać ruch przypominający poruszanie się dziecięcej zabawki – bąka – z określoną częstotliwością. Tak przygotowane atomy pobudza się odpowiednim impulsem radiowym, który wytrąca protony z położenia równowagi. Po chwili powracają one do swojego pierwotnego stanu, emitując przy okazji sygnał, który jest wychwytywany przez odbiorniki. Następnie na podstawie zebranych danych za pomocą specjalnych algorytmów komputerowych odtwarzany jest końcowy obraz.

Podczas badania stosuje się oczywiście różne sekwencje sygnałów, a także rejestrowane są inne dodatkowe parametry. Do ważniejszych zaliczamy tak zwane czasy relaksacji T1 i T2, czyli czasy powrotu protonów do położenia równowagi. W zależności od tego, który z czasów wybierzemy jako podstawowy, otrzymamy różne rodzaje zdjęć. I tak, w przypadku obrazów T1-zależnych, płyn mózgowo-rdzeniowy czy istota szara będą dużo ciemniejsze od istoty białej. Natomiast w obrazach T2-zależnych jest na odwrót: istota biała będzie ciemniejsza niż jasny płyn mózgowo-rdzeniowy. Dobrze uwidocznione zostaną również patologiczne struktury: krwiaki czy guzy.

Funkcjonalne MRI

Najbardziej interesujące wydają się być badania fMRI, czyli funkcjonalne MRI. Dzięki nim możemy nie tylko obejrzeć strukturę anatomiczną mózgu, lecz także dowiedzieć się, jak on dokładnie funkcjonuje. W przypadku fMRI zasada obrazowania jest zbliżona do tej stosowanej w zwykłym MRI. Jedyną różnicą jest fakt, że sygnał nie pochodzi z protonów wodoru, a z cząsteczek hemoglobiny. Miejsca, które w danym momencie pracują intensywniej, będą się charakteryzowały zwiększonym przepływem krwi, a więc będą najbardziej „świeciły” na uzyskanym obrazie. W ten sposób jesteśmy w stanie się dowiedzieć, która część mózgu odpowiada za wykonanie danej aktywności. Oprócz oczywistego zastosowania do celów naukowych (badania nad percepcją wzrokową i słuchową, procesami poznawczymi, pamięcią czy... czytaniem w myślach), fMRI stosuje się również do wykrywania nieprawidłowości w funkcjonowaniu mózgu u osób dotkniętych chorobami neurodegeneracyjnymi.

Nie dla wytatuowanych

MRI w ogólności jest uważane za dość bezpieczne i nieinwazyjne badanie. Po to, by otrzymać sygnał z jądra atomowego, nie używa się bowiem żadnego promieniowania czy innych substancji chemicznych (chyba że w celu uzyskania dokładniejszego obrazu pojawi się konieczność zastosowania kontrastu). Co prawda istnieją sprzeczne opinie naukowców na temat wpływu tak silnego pola magnetycznego na organizm, ale generalnie można przyjąć, że sporadyczne poddawanie się badaniom MRI, przeprowadzanym zgodnie z obowiązującymi normami, nie wywiera trwałego wpływu na ciało człowieka.

Duże pole magnetyczne może być jednak problemem całkiem z innego powodu. Jak wiadomo, magnes przyciąga metal, dlatego przed badaniem konieczne jest zdjęcie wszelkiej biżuterii i pozostawienie przed gabinetem innych metalowych przedmiotów. Badania rezonansowego nie powinny mieć także wykonywane osoby z metalowymi implantami oraz rozrusznikami serca. Szczególne środki ostrożności (z wykluczeniem badania włącznie) stosuje się także wobec osób... wytatuowanych. Do niektórych tuszów dodawane były bowiem opiłki metalu, a silne pole magnetyczne mogłoby spowodować ich przemieszczenie czy nawet wyrwanie.

Klaustrofobia i karabin maszynowy

Jednym z przeciwwskazań do wykonania rezonansu jest także silna klaustrofobia. Badanie, choć bezbolesne, nie należy do szczególnie komfortowych. Pacjent kładzie się na noszach, na których jest wsuwany do gantry aparatu (bardzo podobnego do tomografu komputerowego). Obsługa ustawia wszystkie niezbędne parametry, drzwi się zamykają i... chory zostaje sam. W zależności od rodzaju badania, obrazowanej struktury i, niestety, wieku maszyny, może pozostawać tak zamknięty nawet półtorej godziny! W tym czasie nie wolno mu się poruszać, dookoła zwykle panuje półmrok, a w tle słychać powtarzające się postukiwanie (dobiegające z aparatu) przypominające wystrzały z karabinów maszynowych.

Na szczęście każdy ma do dyspozycji specjalny przycisk i jeśli tylko poczuje się gorzej, może w dowolnym momencie przerwać badanie i wezwać obsługę.

Zastosowanie

MRI stosuje się obecnie głównie do obrazowania tkanek miękkich, słabo widocznych na innych urządzeniach. Głównie są to skany mózgu (diagnostyka poudarowa, choroba Alzheimera, guzy oraz krwiaki) czy rdzenia kręgowego. Często w ten sposób uzyskuje się obrazy kolana, na których dobrze zaznaczone są więzadła czy chrząstki. Przy pomocy rezonansu można również rejestrować pracę serca (Cardiac-MR) lub przepływ krwi w naczyniach (angio-MR). Bardzo ciekawe (póki co w fazie eksperymentalnej) jest także badanie z zastosowaniem spolaryzowanego helu. Podaje się go do płuc i dzięki temu na obrazie widoczne są rozgałęzienia oskrzeli i dokładna struktura anatomiczna tego narządu.

Emilia Dominiak