Upozornění pro čtenáře a uživatele této knihy

Všechna práva vyhrazena. Žádná část této tištěné či elektronické knihy nesmí být reprodukována a šířena v papírové, elektronické či jiné podobě bez předchozího písemného souhlasu nakladatele. Neoprávněné užití této knihy bude trestně stíháno.

Autoři:

MUDr. Martin Pleva, Vítkovická nemocnice a.s., Nemocnice Podlesí a.s.

MUDr. Petr Ouředníček, Ph.D., Philips Česká republika, s.r.o., Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně

MRI SRDCE

Praktické využití z pohledu kardiologa

Recenze: MUDr. Martin Mašek, Ph.D.

Vydání odborné knihy schválila Vědecká redakce nakladatelství Grada Publishing, a.s.

TIRÁŽ TIŠTĚNÉ PUBLIKACE:

© Grada Publishing, a.s., 2012

Cover Design © Grada Publishing, a.s., 2012

Fotografie na obálce z archivu autorů.

Ilustrace v knize, není-li uvedeno jinak, z archivu autorů.

Vydala Grada Publishing, a.s.

U Průhonu 22, Praha 7

jako svou 4836. publikaci

Odpovědná redaktorka Mgr. Daniela Rígrová

Sazba a zlom Josef Pavlík

Počet stran 136 + 8 stran barevné přílohy

1. vydání, Praha 2012

Vytiskla Tiskárna PROTISK, s.r.o., České Budějovice

Názvy produktů, firem apod. použité v knize mohou být ochrannými známkami nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků, což není zvláštním způsobem vyznačeno.

Postupy a příklady v této knize, rovněž tak informace o lécích, jejich formách, dávkování a aplikaci jsou sestaveny s nejlepším vědomím autorů. Z jejich praktického uplatnění ale nevyplývají pro autory ani pro nakladatelství žádné právní důsledky.

ISBN 978-80-247-3931-1

ELEKTRONICKÉ PUBLIKACE:

ISBN 978-80-247-7954-6 pro formát PDF

ISBN 978-80-247-7955-3 pro formát EPUB

Seznam zkratek

2CH dvoudutinová projekce (zobrazení LK a LS) ve vertikální dlouhé ose

4CH čtyřdutinová projekce (zobrazení obou komor a síní) v horizontální dlouhé ose

5G pětigaussová zóna, 0,5 mT (militesla)

ACM arytmogenní kardiomyopatie

AIM akutní infarkt myokardu

Ao aorta, aortální

AV chlopně atrioventrikulární chlopně

B-TFE balanced turbo field echo

BSA povrch těla, body surface area

CE contrast-enhancement

CE-MRA contrast-enhancement magnetic resonance angiography

CMR cardiovascular magnetic resonance

CRT srdeční resynchronizační terapie, cardiac resynchronisation therapy

CT počítačová tomografie, computed tomography

DCM dilatační kardiomyopatie

DSE dobutaminové zátěžové echo, dobutamin stress echo

DSK defekt septa komor

DSMRI dobutaminové zátěžové MRI, dobutamin stress magnetic resonance imaging

DSS defekt septa síní

EDV enddiastolický objem

EF ejekční frakce

EGE časné sycení gadoliniem, early gadolinium enhancement

EGEr early gadolinium enhancement ratio

ECHO echokardiografie

EKG elektrokardiogram

EPI echo planar imaging

FSE fast spin echo (stejné jako TSE)

ESV endsystolický objem

FID volný indukční rozpad, free induction decay

flip angle α úhel překlopení

FOV zobrazovací pole, field of view

GE (GRE) gradient echo sekvence

HCM hypertrofická kardiomyopatie

ICHS ischemická choroba srdeční

IM infarkt myokardu

IR inversion recovery

KMP kardiomyopatie

LGE pozdní sycení gadoliniem, late gadolinium enhancement

LK (LV) levá komora

LS levá síň

LVM hmotnost myokardu LK

LVNC non-kompaktní levá komora, left ventricular noncompaction

LVOT výtokový trakt levé komory, left ventricular outflow tract

MIP maximum intenzity projection

MPR multiplanar reconstruction, multiplanární rekonstrukce

MPRI index myokardiální perfuzní rezervy, myocardial perfusion reserve index

MR magnetická rezonance, magnetic resonance

MRA angiografie pomocí magnetické rezonance, magnetic resonance angiography

MRI zobrazení pomocí magnetické rezonance, magnetic resonance imaging

MSCT mnohovrstevné CT, multi-slice computed tomography

NSF nefrogenní systémová fibróza

NSS náhlá srdeční smrt

PC-MRI metoda fázového kontrastu

PD proton denzitní

PET pozitronová emisní tomografie

PK pravá komora

PSAX parasternální krátká osa

raw data surová data, vyžadující další rekonstrukci

RCM restriktivní kardiomyopatie

RF radiofrekvenční

ROA plocha regurgitačního ústí; regurgitant orifice area

RPA pravá pulmonální arterie, right pulmonary artery

RVOT výtokový trakt pravé komory, right ventricular outflow tract

SA krátká osa

SAR specific absorption rate

SE spin echo

SI intenzita signálu, signal intensity

SPAIR spectral adiabatic inversion recovery

SPECT jednofotonová emisní výpočetní tomografie, single photon emission computed tomography

SSFP steady state free precession

STIR short tau (t) (inversion time) inversion recovery

SV tepový objem

T1 podélná relaxační konstanta, longitudinal relaxation rate

T2 příčná relaxační konstanta, transverse relaxation rate

TE echo čas, time to echo

TE ECHO transezofageální echo

TFE turbo field echo (forma gradientní echo techniky)

TI inverzní čas, inversion time

TR perioda měření, repetiční čas, repetition time

TSE turbo spin echo

Qp plicní průtok

Qs systémový průtok

VCI dolní dutá žíla

VKG vektorkardiografie

VLOT výtokový trakt levé komory v koronární rovině

VR volume rendering

VSV vrozené srdeční vady

Úvod

Ačkoliv zobrazení srdce pomocí magnetické rezonance patří ve světě k etablovaným vyšetřovacím metodám, v našich podmínkách bývá indikováno vzácně. Vyjma arytmogenní kardiomyopatie, kde si MRI srdce vydobylo pevné místo v doporučených postupech, je toto vyšetření u jiných srdečních patologií v českých odborných publikacích uváděno jen jako vhodné či slibné bez doporučení k rutinnímu využití, což je jistě dáno i jeho nepříliš dobrou dostupností na přetížených MR pracovištích. Kardiologové vzhledem k chybějící zkušenosti s MRI srdce volí raději zobrazovací metodu, kterou buď sami ovládají (ECHO), nebo dlouhodobě znají (SPECT). Pro radiology, kteří se v rutinní praxi musí věnovat „celotělovému“ zobrazení, a to nejen pomocí MR, je sporadické provedení MRI srdce nepříliš vyhledávaným vyšetřením pro jeho složitost, nutnost hodnocení i dynamických sekvencí atd. Výsledkem obou přístupů je pak poměrně malý počet provedených vyšetření v naší republice. Snahou naší publikace je seznámit širokou odbornou veřejnost s MRI srdce jako s metodou, která nám otevírá řadu nových diagnostických možností. Nutností pro pochopení celé problematiky je i úvodní seznámení s fyzikálními principy MRI a s principy vyšetřovacích sekvencí, které jsme se snažili co možná nejvíce zkrátit a zjednodušit. Klinická část pak obsahuje bohatou obrazovou dokumentaci pocházející z našeho archivu. V textu je používána převážně terminologie firmy Philips, v příloze uvádíme akronyma ostatních firem. Pevně věříme, že tato rozsahem nevelká publikace bude spouštěcím mechanizmem většího zájmu kardiologické veřejnosti o tuto metodu.

Poděkování

Autoři děkují MUDr. M. Maškovi, Ph.D., za kladnou recenzi díla a Ing. J. Tintěrovi, CSc., za cenné připomínky k teoretické části textu.

Autoři děkují MUDr. M. Kodajovi, MUDr. B. Budínské, MUDr. P. Honajzerovi, prim. MUDr. J. Frydrychovi a Bc. M. Rusnákovi za pomoc při rozvoji metody vyšetření srdce pomocí magnetické rezonance v Moravskoslezském kraji. Za vytvoření podmínek pro rozvoj této metody pak děkují primářům MUDr. J. Krátkému, MUDr. D. Kučerovi, Ph.D., MUDr. M. Wierzgońovi a MUDr. M. Brannemu.

Autoři děkují všem pracovníkům Vítkovické nemocnice a.s. a Nemocnice Podlesí a.s. za každodenní pomoc a spolupráci a děkují i managementu těchto nemocnic za finanční podporu publikace.

Děkujeme rovněž společnosti Philips Česká republika, s.r.o., za poskytnutí odborné dokumentace a sponzoring.

Za kompletizaci díla pak autoři děkují PhDr. Iloně Plevové.

V neposlední řadě autoři děkují svým rodinám za podporu v průběhu přípravy publikace.

1 Zobrazování pomocí magnetické rezonance

Ouředníček Petr

Magnetická rezonance využívá magnetických vlastností jader atomů určitých prvků vykazujících tzv. spin, který vytváří jejich magnetický moment. Magnetický moment lze charakterizovat velikostí asměrem. Orientace magnetických momentů je náhodná azávisí na teplotě. Pokud jsou jádra umístěna do vnějšího magnetického pole, dojde kčástečnémuuspořádání těchto magnetických momentů, ato paralelně aantiparalelně vzhledem kvnějšímu magnetickému poli. Jejich energie může být změněna díky schopnosti přijímat radiofrekvenční energii atu pak zpětně emitovat při návratu do původního nízkoenergetického stavu (Hende, Morgan, 1984; Philips, 2010; Rummeny, Reimer, Heindel, 2006; Schlichter, 1996; Vlaardingerbroek, Boer, 2003). Tato emitovaná energie ve formě vysokofrekvenčního vlnění může být zachycena, zpracována apřevedena do obrazové informace. Vzhledem kvysokému zastoupení vody vlidském těle pochází valná většina obrazůmagnetické rezonance zvodíkových jader amluvíme pak oprotonové magnetické rezonanci (Hende, Morgan, 1984; Philips, 2010; Schlichter, 1996; Vlaardingerbroek, Boer, 2003). Kontrast vobraze je pak ovlivněn dalšími fyzikálními parametry, jako jsou relaxační děje, pohyb vodíkových jader „in vivo“, chemický posun ajiné (Hende, Morgan, 1984; Philips, 2010).

1.1 Magnetické vlastnosti jader

Jádro, mající elektrický náboj aspin, vytváří svůj magnetický moment (magnetický dipól). Tento magnetický moment (vektor) má svoji velikost asměr (obr. 1.1, obr. 1.2). Dipóly jsou orientovány náhodně. Pokud jsou jádra umístěna do vnějšího statického magnetického pole, dojde kčástečnému uspořádání (tab. 1.1) dipólů podle orientace magnetického pole, ato paralelně nebo antiparalelně vzhledem kvnějšímu magnetickému poli (obr. 1.3).

Celkový příspěvek všech magnetických momentů jednotlivých spinů tvoří vektor magnetizace.

Tento vektor (právě díky spinu jednotlivých jader) vykonává precesní pohyb kolem osy statického magnetického pole (obr. 1.4). Frekvence precesního pohybu je dána Larmorovou rovnicí ω = γ × B_0, kde γ charakterizuje magnetické vlastnosti látky (tzv. gyromagnetický poměr) aB_0 představuje indukci magnetického pole (obr. 1.5) (Hende, Morgan, 1984; Philips, 2010; Schlichter, 1996; Vlaardingerbroek, Boer, 2003).

Tabulka 1.1 uvádí hodnoty precesní frekvence vzávislosti na indukci statického magnetického pole B_0 pro jednotlivá jádra arelativní senzitivitu.

Obr. 1.1 Stavba atomu aznázornění jádra vody (Philips, 2002, 2003)

Obr. 1.2 Magnetické vlastnosti protonů jsou dané nábojem arotací (Philips, 2002, 2003)

Obr. 1.3 Umístěním do vnějšího statického magnetického pole dochází kespinové (anti-) iparalelní orientaci (Philips, 2002, 2003) (obrázek viz též barevná příloha)

Obr. 1.4 Zjednodušený vektor magnetizace ukazuje na odklonění osy díky rotaci (precesnímu pohybu) (Philips, 2002, 2003)

Obr. 1.5 Precesní rotace je závislá na indukci magnetického pole ana magnetických vlastnostech látky (Philips, 2002, 2003)

Tab. 1.1 Larmorova precesní frekvence f_0 vzávislosti na indukci magnetického pole arelativní senzitivita rezonančních jader vtěle (Philips, 2002, 2003)

Jádro

F_0 (0,5 T)

F_0 (1,0 T)

F_0 (1,5 T)

Senzitivita

1H

21,3 MHz

42,6 MHz

63,8 MHz

1,000

19F

20,0 MHz

40,1 MHz

60,2 MHz

0,830

31P

8,6 MHz

17,2 MHz

25,7 MHz

0,066

23Na

5,7 MHz

11,3 MHz

17,1 MHz

0,093

13C

5,4 MHz

10,7 MHz

16,1 MHz

0,016

Vysláním radiofrekvenční (RF) energie vLarmorově frekvenci pomocí RF pulzu do tkáně umístěné vsilném magnetickém poli B_0 dochází kexcitaci spinů do vyššího energetického stavu, což se projeví sklopením vektorů magnetizace od směru magnetického pole (osa Z) (obr. 1.6). Energie RF pulzu určuje tzv. sklápěcí úhel (flip angle) odklonu magnetizace vůči ose Z,např. 90°, 180°. Vyslání RF pulzu je prováděno pomocí vysílací cívky.

Obr. 1.6 Schematické zobrazení překlopení spinů vlivem 90° RF pulzu pomocí vysílací cívky (Philips, 2002, 2003)

Při aplikaci excitačního 90° RF pulzu vznikne příčná složka magnetizace (transverzální magnetizace) vrovině XY (obr. 1.7). Poté příčná složka magnetizace indukuje RF energii, která se projeví jako střídavý proud vpřijímací cívce (obr. 1.8) (blíže o cívkách vdalší části kapitoly).

Při aplikaci excitačního 90° RF pulzu vznikne příčná složka magnetizace (transverzální magnetizace) vrovině XY (obr. 1.7). Poté příčná složka magnetizace indukuje RF energii, která se projeví jako střídavý proud vpřijímací cívce (obr. 1.8) (blíže ocívkách vdalší části kapitoly).

Obr. 1.7 Schematické znázornění vektoru magnetizace při 90⁰ RF pulzu vsouřadnicovém systému XYZ (Philips, 2002, 2003)

Při relaxaci spinů (při zpětném návratu systému do energetické rovnováhy) pak můžeme odlišit dva různě rychlé anezávislé děje, ato podélnou relaxaci (spin-mřížková) arelaxaci příčnou (spin-spinová) (Hende, Morgan, 1984; Philips, 2010; Schlichter, 1996; Vlaardingerbroek, Boer, 2003).

1.1.1 Podélná relaxace T1 (spin-mřížková relaxace)

Po aplikaci 90° RF pulzu dojde kvytvoření příčné magnetizace vrovině XY apo přerušení pulzu dochází okamžitě kpostupné relaxaci kpůvodnímu ekvilibriu díky výměně energie sokolní tkání (obr. 1.9). Různé látky se pak odlišují délkou časové konstanty T1 podélné relaxace (viz dále). Rozdíl vrelaxačních časech vytváří základní kontrast vMR obrazu.

Obr. 1.8 Relaxující spiny emitující RF vlnění. Znázorněno pomocí vektoru magnetizace, který se vrací do původního stavu magnetizace vose Z(Philips, 2002, 2003)

Obr. 1.9 Schematické zobrazení spin-mřížkové relaxace pomocí vektoru magnetizace azobrazení nárůstu původní magnetizace vose Z(Philips, 2002, 2003)

T1 relaxační čas je časový interval, který uběhne od excitace, dokud podélná magnetizace tkáně nezíská zpět 63 % své původní rovnovážné hodnoty (obr. 1.10). Typická klinická hodnota kolísá mezi desítkami milisekund až sekundami (Philips, 2010, 2011b). T1 relaxační čas je závislý na velikosti magnetického pole B_0 aje tím delší, čím je vyšší B_0. Volná voda má relativně delší T1 relaxační čas ve srovnání srelaxačním časem T1 ostatních tkání, např. tukem (obr. 1.11). Paramagnetické látky na bázi gadolinia T1 relaxační čas silně zkracují.

Obr. 1.10 Schematické znázornění rychlosti podélné relaxace různých tkání (schematicky různou barvou), včetně zobrazení odečtení 63 % hodnoty, ajejich konečná kontrastní prezentace vT1 váženém obrazu (Philips, 2002, 2003)

Měření T1 relaxačního času nemůže být prováděno přímo, protože nelze měřit magnetizaci ve směru osy Z. Kvantifikace T1 se většinou provádí sekvencemi, kdy RF pulzy jsou aplikovány srůzně dlouhým opakovacím časem (repetiční čas TR) amohou promítnout rozdíl vpodélné relaxaci do měřící roviny XY (obr. 1.12) (viz spin echo technika).

Obr. 1.11Rozdíl ve schopnosti relaxace spinů urůzných tkání (schematicky různou barvou) se projeví až po následujícím 90° RF pulzu. Spřibývajícím časem však rozdíl vpodélné relaxaci klesá (Philips, 2002, 2003)

Obr. 1.12 Rozdíl vkontrastu uT1 váženého obrazu vzávislosti na rozestupu refokusačních pulzů atypické časové parametry pro T1 vážený obraz (viz dále sekvence spinového echa) (Philips, 2002, 2003)

Obr. 1.13 Znázornění vektorů prezentující různé skupiny spinů orůzné úhlové rychlosti vrovině XY ajejich postupné rozfázování. Generovaný FID (free induction decay) signál klesá včase (Philips, 2002, 2003)

1.1.2 Příčná relaxace T2 (spin-spinová relaxace)

Druhým nezávislým dějem, který nastává současně spodélnou relaxací, je relaxace příčné složky magnetizace. Při aplikaci RF excitačního pulzu dochází kfázové synchronizaci, atím se vytvoří transverzální komponenta magnetizace. Proto je možno naměřit vrovině XY silný signál FID (free induction decay). Díky spin-spinové interakci však dochází ke ztrátě fázové koherence, atím iztrátě transverzální složky magnetizace aMR signálu (obr. 1.13).

T2 relaxační čas je časový interval potřebný na to, aby příčná magnetizace tkáně ztratila 63 % své původní transverzální magnetizace (obr. 1.14) (Hende, Morgan, 1984; Philips, 2010; Schlichter, 1996; Vlaardingerbroek, Boer, 2003).

1.1.3 Vztahy mezi T1 aT2 relaxacemi

1.2 Generování MR signálu a jeho zpracování

1.3 Základní sekvence MRI

1.3.1 Sekvence spinového echa

Obr. 1.21 Schéma pulzní sekvence uSE techniky (Philips, 2002, 2003)

Krátká T1 relaxace – hyperintenzní

1.3.2 Sekvence gradientního echa

1.4 Přístroje magnetické rezonance

1.5 Typy MR sekvencí používané pro zobrazování srdce

1.5.1 Morfologické zobrazování srdce

1.5.2 Funkční zobrazování srdce

1.5.3 Měření akvantifikace toku vhlavních cévách achlopních

1.5.4 Zobrazování perfuze srdce pomocí kontrastní látky

1.5.5 Zobrazování časného apozdního sycení

1.5.6 Zobrazování koronárního řečiště

Table of Contents

Seznam zkratek

Úvod

Poděkování

1 Zobrazování pomocí magnetické rezonance

1.1 Magnetické vlastnosti jader

1.1.1 Podélná relaxace T1 (spin-mřížková relaxace)

1.1.2 Příčná relaxace T2 (spin-spinová relaxace)

1.1.3 Vztahy mezi T1 a T2 relaxacemi

1.2 Generování MR signálu a jeho zpracování

1.3 Základní sekvence MRI

1.3.1 Sekvence spinového echa

1.3.2 Sekvence gradientního echa

1.4 Přístroje magnetické rezonance

1.5 Typy MR sekvencí používané pro zobrazování srdce

1.5.1 Morfologické zobrazování srdce

1.5.2 Funkční zobrazování srdce

1.5.3 Měření a kvantifikace toku v hlavních cévách a chlopních

1.5.4 Zobrazování perfuze srdce pomocí kontrastní látky

1.5.5 Zobrazování časného a pozdního sycení

1.5.6 Zobrazování koronárního řečiště