Upload
oki
View
82
Download
12
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Kontrast, relaxace, kontrastní látky. Vít Herynek. Druhy kontrastů. T1. T1-kl. T2. GE. MRA. T1-IR. B 0. B 1. B 1 =0. M z = M 0 *(1-exp(-t/T 1 )). Mz. T1 relaxace. T2* relaxace. M ┴ = M 0 *exp(-t/T 2 ). M ┴. t. Účinek vysokofrekvenčního pole. M 0. Te/2. Te. TR. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Kontrast, relaxace, kontrastní látky
Vít Herynek
T1
MRAGE
T1-kl T2
T1-IR
Druhy kontrastů
Účinek vysokofrekvenčního pole
B1 B1=0
B0
Mz
M ┴
T1 relaxace
T2* relaxace
t
Mz = M0*(1-exp(-t/T1))
M┴ = M0*exp(-t/T2)
M0
Spinové echo
Mx
T2 relaxaceT2* relaxace
t
tTe/2 Te
Mz = M0*(1-exp(-TR/T1))
M┴ = M0*exp(-Te/T2)
TR
Proton-denzitní obraz (PDW)
Te/2 TeTR
Intenzita signálu = výška echa ≈ M0 (celková magnetizace, hustota protonů)
Proton-denzitní obraz (PDW)
T2-vážený obraz (T2W)
Te/2 TeTR
T2-vážený obraz (T2W)
Te/2 TeTR
Intenzita signálu bude silně ovlivněna T2 relaxací
T2-vážený obraz (T2W)
T1-vážený obraz (T1W)
Te/2 TeTR
T1-vážený obraz (T1W)
Te/2 TeTR
Te/2 Te
T1-vážený obraz (T1W)
Te/2 TeTR
Te/2 TeTR
Te/2 TeTR
Te/2 Te
Intenzita signálu bude silně ovlivněna T1 relaxací
T1-vážený obraz (T1W)
T1
PD T2
Výběr parametrů u sekvence SE
krátký echočas TE
krátký repetiční čas TR
krátký echočas TE
dlouhý repetiční čas TR
dlouhý echočas TE
dlouhý repetiční čas TR
Výběr parametrů u sekvence SE
T1
PD T2
kontrastní látky
Požadavky na kontrastní látky
• zvýšení kontrastu
• zdravotní nezávadnost
• tkáňová selektivita
• dostatečně dlouhý/krátký poločas vyčištění
Intenzita signálu
• hustota protonů
• T1 relaxační čas
• T2 relaxační čas
Kontrast obrazu: C/N = (S1-S2)/N
Kontrastní látka - odlišení “isomagnetických” tkání
Intenzita signálu
• hustota protonů
• T1 relaxační čas
• T2 relaxační čas
T1 vážený obraz
T2 vážený obraz
PD kontrastní látky
Změna hustoty mobilních protonů dodáním velkého množství tekutiny nebo vytěsněním protonů přítomných ve vyšetřované oblasti => vliv na PD kontrast
Používají se výhradně pro zobrazování gastrointestinálního traktu
(analogie působení k. l. u klasického rentgenu)
PD kontrastní látky
Pozitivní kontrast při zobrazení gastrointestinálního traktu:
• minerální oleje
• polyestery sacharózy
Protony v těchto látkách (metylové skupiny) mají krátký T1 relaxační čas – pozitivní signál na T1W obrazech
PD kontrastní látky
Podání olejové emulze - zvýšení signálu v žaludku, dvanáctníku, zvýraznění obvodu pankreasu
PD kontrastní látky
Negativní kontrast při zobrazení gastrointestinálního traktu – vytěsnění vody:
• plyny (C02, vzduch)
• kaolinové kaše
• dehydratační činidla
• perfluorokarbony – organické sloučeniny, ve kterých jsou mobilní protony nahrazeny fluorem
PD kontrastní látky
Rektálně aplikovaný Perflubron – zvýraznění obvodu konečníku a esovitého zakončení tlustého střeva
PM kontrastní látky
Zkrácení relaxačních časů paramagnetickými látkami => vliv na T1 kontrast, méně na T2 relaxaci
Relaxivita závisí na:
• koncetraci paramagnetických jader
• velikost mg. momentu
• vzdálenosti protonu od daného jádra
• počtu stupňů volnosti (korelačních časů) – spinová relaxace elektronů, pohyb jádra, kontaktní době jádra a protonu
čím vyšší počet nepárových elektronů, tím vyšší relaxivita
Fyzikální odbočka
Paramagnetismus
B
M
B = 0, M = 0
Fyzikální odbočka
Paramagnetismus
B
M
B = 0, M = 0
Fyzikální odbočka
Paramagnetismus
B
M
B = 0, M = 0
Fyzikální odbočka
Paramagnetismus
B
M
B = 0, M = 0
Fyzikální odbočka
Paramagnetismus
B
M
B = 0, M = 0
PM kontrastní látky
Silná paramagnetická činidla:
kysličník dusičný, kysličník dusný, molekulární kyslík
stabilní volné radikály (pyrrolidine-N-oxyl, pyperidin-N-oxylové radikály)
Kationty kovů Dy3+, Ni2+, Fe2+, Cu2+, Cr3+, Fe3+, Mn2+, Mn3+, Gd3+
PM kontrastní látky
Obsazování orbitalů
slupky - hladina
K 1s
L 2s 2p
M 3s 3p 3d
N 4s 4p 4d 4f
O 5s 5p 5d 5f
P 6s 6p 6d
Q 7s
26Fe
Fyzikálně chemická odbočka
Obsazování orbitalů
slupky - hladina
K 1s
L 2s 2p
M 3s 3p 3d
N 4s 4p 4d 4f
O 5s 5p 5d 5f
P 6s 6p 6d
Q 7s
64Gd
Fyzikálně chemická odbočka
Obsazování orbitalů
slupky - hladina
K 1s
L 2s 2p
M 3s 3p 3d
N 4s 4p 4d 4f
O 5s 5p 5d 5f
P 6s 6p 6d
Q 7s
66Dy
Fyzikálně chemická odbočka
PM kontrastní látky
Jak dostat paramagnetické látky do těla v netoxické formě?
Kovové ionty - neschopné vytvářet stabilní kovalentní vazby s organickými sloučeninami
=> cheláty, kovy vázány koordinačními vazbami
PM kontrastní látky
SCN-Bz-DOTA(tetraazacyklododekantetraacetátová kyselina)
PAMAM
(polyaminoaminovýdendrimer)
X N+
tetra aza – cyklo DOdekan – Tetra Acetátová kyselina
PM kontrastní látky
T1 relaxivita (mM-1 s-1) volný EDTA DTPA DOTA EHPG
Gd3+ 9.1 6.6 3.7 3.4Fe3+ 8.0 1.8 0.7 1.0Mn2+ 8.0 2.0 1.1Dy3+ 0.6 0.2 0.1Cr3+ 5.8 0.2
EDTA - Ethylenediaminetetraacetic acidDTPA - Diethylenetriaminepentaacetic acidDOTA - Tetraazacyclododecanetetraacetic acidEHPG - Ethylenebis-(2-hydoxyphenylglycine)
PM kontrastní látky
A. bez vazby na proteinMagnevist (Gd-DTPA), Gadovist (Gd-BT-DO3A) , ProHance (Gd-HP-DO3A)
B. slabá vazba na protein - vyšší T1 efektMultiHance (Gd-BOPTA)
C. silná vazba na protein - „intravaskulární kontrastní látky“Vasovist (Diphenylcyclohexyl phosphodiester-Gd-DTPA)
PM kontrastní látkyNejznámější - Gd-DTPAfyziologicky podobná dalším kovovým chelátům (EDTA a odvozené)
popsána v roce 1984schválena v roce 1988 (FDA)
nejčastější aplikace – vyšetření mozku
po aplikaci se míchá s plasmou, vstupuje do prostoru extracelulární kapaliny, minimálně intracelulárně
vylučuje se přes ledviny močí
poločas vyloučení - 60 - 90 minut
PM kontrastní látkyIntenzita signálu závisí na koncentraci:s rostoucí koncentrací do 1mM roste (zvýšení signálu T1 efektem), přes 1 mM klesá (vliv T2 efektů)
PM kontrastní látky
Odvozené kontrastní látky - změna vlastností:
• prodloužení poločasu - vazba na albumin
• zvýšení T1 relaxivity - vazba na poly-L-lysin• zvýšení T2 efektů - vazba na polysacharidy
• tvorba makromolekulárních komplexů pro zvýšení relaxivity
Příklad použití - meningeom
PD T2W
T1W nativní kontrast
Příklad použití - gliom
T1W nativní kontrast
SPM kontrastní látky
Superparamagnetické kontrastní látky
vysoká mg. susceptibilita => velké nehomogenity lokálních polí („homogeneity spoilers“)=> rozfázování protonů difundujících v blízkosti SPM jader - dominantní vliv na T2
Fyzikální odbočka
ParamagnetismusFerromagnetismusSuperparamagnetismus
B
M
Fyzikální odbočka
Ferromagnetismus
B
M
B = 0, M = 0
Fyzikální odbočka
Ferromagnetismus
B
M
B = 0, M = 0
Fyzikální odbočka
Ferromagnetismus
B
M
B = 0, M = 0
přechází v paramagnetismus za teploty vyšší než je Currieova teplota materiálu
Fyzikální odbočka
Ferromagnetismus
B
M
B = 0, M = 0
přechází v paramagnetismus za teploty vyšší než je Currieova teplota materiálu
Fyzikální odbočka
Superparamagnetismus
B
M
B = 0, M = 0
Fyzikální odbočka
Superparamagnetismus
B
M
B = 0, M = 0
SPM kontrastní látky
• na bázi trojmocných oxidů železa (SPIO, USPIO částice v dextranu)
• známé od roku 1986• angiografie, ledviny, játra, GTI, perfúzní vyšetření
• Clariscan, Resovist, Endorem, Lumirem, Sinerem…
Struktura superparamagnetické částiceJádro – krystal železa (Fe2O3 + Fe3O4)
Slupka - polysacharid (dextran)
Velikost: 20–1000 nmJádro: 1-50 nm
Endorem: 160/20 nmResovist: 60/4 nmSinerem: 20/1 nm
SPM kontrastní látky
nativ
4 min
19 min
GE T2*W
TSE T2W
Dělení KL podle použití
• Gastrointestinální trakt• pozitivní: minerální oleje, polyestery sacharózy, MnCl2 (LumenHance), Gd-DTPA (Magnevist) amonium citrát železa (Geritol)• negativní: plyny, kaolin, perfluorokarbony, SPM k. l. (Resovist, Endorem, ...)
• Hepatobiliární• pozitivní: (Mn-DPDP (Teslascan)), Gd-DTPA (Magnevist), specifický Gd-EOB-DTPA (Primovist)• negativní: SPM k. l. (Resovist, Endorem, ...)
Dělení KL podle použití• Mozek
• Gadodiamid (Omniscan), Gd-DTPA (Magnevist), Gd-HP-DO3A (ProHance)
• Intravaskulární• „Blood pool“ kontrastní látky - Gd-DTPA-albumin (Vasovist)
• Specifické kontrasty pro značení tumorů • PM kontrastní látky (Gd-DTPA) vázané na monoklonální protilátky
Superparamagnetické KL (oxidy železa)
Feridex I.V. (Endorem) - výroba ukončena v listopadu 2008
Resovist Cliavist) – schválen v EU v roce 2001, výroba ukončena v roce 2009
Sinerem (Combidex) – registrace stažena v roce 2007
Lumirem (Gastromark) Schválen pouze FDA (USA) v roce 1996
Clariscan (PEG-fero, Feruglose) Vývoj ukončen kvůli problémům s bezpečností přípravku
Česká republika a EU – v současné době NIC
Proton denzitní kontrastní látky
Perflubron – také neregistrován
Registrované kontrastní látky
Registrované kontrastní látky
Paramagnetické KL (s Gd)
Česká republika a EU
gadoterate (Dotarem)
gadodiamide (Omniscan)
gadobutrol (Gadovist)
gadopentetate (Magnevist, Magnegita, Magnetolux)
gadoteridol (ProHance)
gadoversetamide (OptiMARK)
gadoxetate (Primovist) hepatobiliární
gadobenate (MultiHance) hepatobiliární
V USA
Gadofosveset (Vasovist, Ablavar) – blood pool s vazbou na albumin nemá schválení v EU
Orálně podávané kontrastní látky
Signál v gastrointestinálním traktu lze zvýšit podáním některých běžných nápojů:
Borůvkový džusAnanasový džusZelený čaj
>>> vysoký obsah Mn
Mangan, železo jako „vnitřní“ kontrast
Vedlejší účinky
• Velmi řídké ve srovnání s jodovými KL pro RTG
• Bolesti hlavy, zad, ztížené dýchání, vyrážky, ospalost, pocit na zvracení...
• Nebezpečí vzniku systémové nefrogenní fibrózy u pacientů s renální insuficiencí!
Vymazal J, Med. Pro Praxi 2007, 4(11): 478-480
Systémová nefrogenní fibróza (nephrogenic systemic fibrosis, NSF)
- Neléčitelné onemocnění postihující řadu orgánů
- Symetricky, napřed končetiny, poté trup, kůži i vnitřní orgány (ledviny, srdce, játra, plíce), obličej bývá ušetřen
- Klinické příznaky: otoky, svědění
- Postihuje pacienty bez ohledu na věk, muže i ženy
- Pravděpodobně jde o nekontrolované zjizvení tkáně iniciované gadoliniem
Systémová nefrogenní fibróza
• 1988 – FDA schvaluje první kontrastní látku na bázi Gd (Gd-DTPA, Gadovist)
• 1997 – popsáno dermatologické onemocnění NSF
• 2006 – prokázána souvislost s Gd
Systémová nefrogenní fibrózahistorie
Systémová nefrogenní fibróza
Incidence:Na cca 200 000 000 dávek popsáno 2500
případů NSF + x nehlášených/nediagnostikovaných
• Přesně zdokumentováno 259 fatálních případů
• NSF se objevila pouze u pacientů se selháním ledvin (ne u všech!)
Systémová nefrogenní fibróza
Přesně zdokumentováno dosud: • 180 případů NSF v souvislosti s podáním
kontrastu Omniscan• 78 případů s Magnevistem• 1 případ u současného podání MultiHance a
Omniscanu• V souvislosti s ostatními kontrastními látkami
nebyla NSF popsána
Systémová nefrogenní fibróza
• Existuje vůbec?• 1 případ na 10 miliónů…
• Ale:• U pacientů s renálním selháním (glomerulární
filtrace < 0.25 ml/s nebo na dialýze) se pravděpodobnost rozvoje NSF při podání dvojité dávky Omniscanu pohybuje v rozmezí 3 – 7%!
Systémová nefrogenní fibróza
• Souvislost NSF s Gd kontrastními látkami potvrdily pokusy na zvířatech
• Gd bylo nalezeno v postižených tkáních• NSF pravděpodobně souvisí s volným Gd,
nikoliv s Gd v chelátech: - podání "prázdných" chelátů má protektivní
účinek
Gd3+
Systémová nefrogenní fibróza
• FDA vydává v květnu 2007 guidelines pro Gd kontrastní látky – k.l. se nesmí podat pacientům s glomerulární filtrací menší než 1 ml/s/1.73 m2
• Guidlines jsou následně přijaty v Evropě a Asii• Od srpna 2008 nebyl hlášen žádný nový případ NSF
• Paradoxně toto nařízení může řadu pacientů poškodit – často jsou pacienti s chronickým onemocněním ledvin automaticky posíláni na kontrastní CT a může u nich dojít k selhání ledvin v důsledku nefropatie vyvolané jódovými kontrastními látkami
Systémová nefrogenní fibróza
• Proč právě u pacientů s poškozenou funkcí ledvin?
• Gd cheláty se vylučují ledvinami
• Poločas vyloučení z krve - cca 70 minut při normální funkci ledvin, doba vyloučení je cca 6 hodin
• Při poškozené funkci ledvin – až několik dní
NSF – jak vzniká?
Fibróza postihuje – kůži, srdce, ledviny...
• základem je nekontrolované spuštění obranného procesu - tvorba jizvy (vazivové tkáně)
• Za fyziologických podmínech diferenciaci fibrocytů inhibuje serum amyloid protein (SAP)
• Gd pravděpodobně inhibuje funkci SAP
• navíc Gd stimuluje monocyty, produkující cytokiny a růstové faktory, které stimulují aktivaci fibroblastů
NSF – jak vzniká?
serum amyloid protein (SAP)
scar formation
NSF – jak vzniká?
NSF – jak vzniká?
NSF – jak se Gd z chelátu uvolní? Rozpad chelátu?
Gd3+
Systémová nefrogenní fibróza
Systémová nefrogenní fibróza• Termodynamická stabilita - pKtherm
• Dotarem 25.6 (cyklický, iontový)• Prohance 23.8 (cyklický, neiontový)• Primovist 23.5 (lineární, iontový)• Multihance 22.6 (lineární, iontový)• Magnevist 22.1 (lineární, iontový)• Vasovist 22.1 (lineární, iontový)• Gadovist 21.8 (cyklický, neiontový)• Omniscan 16.9 (lineární, neiontový)• Optimark 16.6 (lineární, neiontový)
Systémová nefrogenní fibróza
• Rozdělení kontrastů
• Vysoké riziko: Omniscan, OptiMARK (lineární, bez náboje)
• Střední riziko: Magnevist, MultiHance, Promovist, Vasovist (lineární, iontové)
• Nízké riziko: ProHance, Gadovist, Dotarem (cyklické)
(dle EU, v USA jsou hodnoceny všechny kontrasty se stejným rizikem)
Gd3+
Zn
Cu
...
NSF – jak se Gd z chelátu uvolní? Transmetalace?
Gd3+
Zn
Cu
...
NSF – jak se Gd z chelátu uvolní? Transmetalace?
NSF – jak se Gd z chelátu uvolní? Transmetalace?
Transmetalace je energeticky podstatně méně náročná
Některé kontrastní látky obsahují určité množství prázdných chelátů, aby těmto problémům částečně předešly
Pravděpodobně vyšší riziko rozvoje NSF u pacientů s poruchami metabolizmu kovů
Systémová nefrogenní fibróza
Praktické důsledky NSF:
• Omezení nadužívání Gd k.l.
• Nižší zájem o CE MRI
• Vyšší zájem o low dose MRI a MRA, nativní MRA
• Rozvoj nových nativních postupů v MRI
Závěr pro pesimisty
• Aplikace MR kontrastních látek na bázi gadolinia je spojena s rizikem rozvoje potenciálně letální NSF.
• U pacientů s porušenými renálními funkcemi (glomerulání filtrace < 0,5 ml/s ~ hladina sérového kreatininu 200 μmol/l) a pacientů podstupujících transplantaci jater či s hepato-renálním syndromem je použití neiontových lineárních chelátů kontraindikováno (Omniscan, OptiMARK; nově i gadopentate – Magnevist). Použití ostatních gadoliniových chelátů je nutné pečlivě zvážit!
• Význam dialýzy po podání KL nebyl potvrzen.
• Za gadoliniové kontrastní látky není plnohodnotná náhrada
Závěr pro optimisty
• MR kontrastní látky jsou stále výrazně šetrnější a bezpečnější než jódové kontrastní látky.
• U pacientů s neporušenými renálními funkcemi není větších důvodů k obavám - NSF nebyla u pacientů s neporušenými renálními funkcemi zatím popsána.
• Onemocnění ledvin automaticky neznamená rozvoj NSF po podání Gd kontrastní látky
• Existuje řada alternativních postupů vyšetření v rámci MR i v rámci jiných zobrazovacích metod
STAČÍ DOTAZNÍK?MR vyšetření je prováděno většinou ambulantně, hladina
kreatininu nebývá známa. Před podáním gadoliniové kontrastní látky je třeba věnovat pozornost:
• Operace/onemocnění ledvin?
• Užití nefrotoxických látek?
• Wilsonova choroba?
• Těžká hypertenze?
• Diabetes?
Shrnutí• PM a SPM kontrastní látky se samy nezobrazují
(stále zobrazujeme protony v těle!)- mění signál zkrácením T1 a T2 relaxací
• silná PM relaxační činidla (kovové kationty Dy3+, Ni2+, Fe2+, Cu2+, Cr3+, Fe3+, Mn2+, Mn3+, Gd3+)
• toxicita kovových kationtů - nutnost tvorby chelátů
• Užití: CNS, játra, angiografie
• KONTRAINDIKACE