Substante de Contrast Si Imagistica Prin Rezonanta Magnetica

Structurile corpului uman care au densități apropiate nu pot fi diferențiate între ele. Pentru a fi vizualizate se folosesc computer-tomografia, ecografia sau se folosesc SDC.

SDC utilizate sunt cu:

Substanțe cu contrast negativ

Aerul este folosit în examinarea articulațiilor și pneumoartrografie. Odată cu apariția CT și IRM examinările precum retropneumoperitoneul, pneumomediastinul, ventriculografia, etc., au doar un interes istoric.

Substanțe cu contrast pozitiv

Substanțe baritate:

–         sulfatul de bariu este o sare insolubilă

–         nu este degradată în mediile cu pH diferit ale tubului digestiv

–         nu se resoarbe

–         este substanța de contrast de elecție în examinarea organelor cavitare abdominale.

Substanțe iodate

Sunt cele mai folosite SDC. Sunt hidrosolubile, ionice sau nonionice și au eliminare elective urinară.  Substanțele cu eliminare biliară nu se mai folosesc astăzi.  Examinarea căilor biliare se face ecografic.

     Substante de contrast cu eliminare urinara

Sunt ionice sau nonionice.

SDC ionice

Monomeri ionici

Sunt derivați triiodați ai sărurilor acidului benzoic. Produsul cel mai cunoscut este Odiston 75%.

Dimeri ionici

–         conțin două nuclee benzenice, deci 6 atomi de iod

–         cationul, ca și în cazul monomerilor este sodiul sau meglumina

–         produsul cel mai cunoscut este Hexabrix.

SDC nonionice

Monomeri nonionici

In anul 1968, radiologul T. Almen a propus folosirea uno produsi nonionici cu o osmolaritate mult mai redusă.

Compușii nonionici sunt formați dintr-un nucleu aromatic ce conțin trei atomi de iod, un grup de cuplare si un grup polihidroxilic.

Prin înlocuirea grupului carboxyl COO- a scăzut neurotoxicitatea, iar prin adaugarea grupului hidroxil OH s-a redus chemotoxicitatea. Evitarea folosirii cationilor prin includerea unui număr suficient de grupări hidroxil a crescut solubilitatea în apă. Cele mai utilizate substanțe sunt Ultravist,  Omnipaque,  Iopamiro.

Dimeri nonionici

Continuă sinteza unor noi produși nonionici, reușindu-se producerea unor substanțe izoosmolare cu un raport 6. Deocamdată, aceștia sunt folosiți sistematic doar in mielografii.

Reacții sistemice acute neprevăzute

Administrarea i.v. a subtanțelor de contrast produce reacții cu intensități diferite din partea organismului. Uneori reacțiile chimice produse în organism nu dau simptomatologie clinică, dar alterori simptomatologia este foarte importantă, chiar dramatică, putând apărea, foarte rar, chiar decesul.

Reacțiile minore apar mult mai frecvent decât cele majore. Odată cu introducerea în practica clinică a substanțelor de contrast nonionice hipoosmolare, numărul cazurilor de deces a scăzut foarte mult. SDC ionice dau reacții minore în 10% din cazuri, iar decesul apare la 1:50.000 și 1:100.000 de cazuri.

Simptomatologia aparută după injectarea SDC este asemănătoare cu cea întâlnită în reacțiile alergice de tip I. S-a constatat că această simptomatologie nu este dată de o adevărată reacție antigen-anticorp și este denumită pseudoalergică sau alergoida atunci când există simptome minore și pseudoanafilactică sau anafilactoida atunci când există reacții importante.

Reacțiile sunt:

–         minore, care nu necesită tratament

–         moderate, care impun tratament, dar nu și terapie intensivă

–         severe, care pun în pericol viața și necesită terapie intensivă.

Reacții minore

Reacții minore ca: grețuri, gustul metalic, senzații de căldură, roșeata feței, urticarie, erupții cutanate, strănut, cefalee, amețeli apar la aproximativ 10% din pacienți. Aceste simptome dispar după oprirea injectării și de regulă nu mai apar la continuarea sa. Ele nu necesită alt tratament în afara opririi injectării timp de aproximativ 20-30 secunde.

Reacții moderate

Reactiile moderate necesită tratament, dar nu necesită terapie intensivă. Reacțiile moderate pot fi de tip alergic (alergoid) sau de tip anafilactic (anafilactoid).

Reacțiile de tip alergoid sunt: urticarie, edem facial, spasme laringiene, stridor inspirator, spasme bronșice, erupții cutanate, strănuturi repetate, lăcrimare. în cazurile mai grave apar: diaree, dureri abdominale, vărsături, cefalee.

Tratamentul se face prin:

–         administrare de oxigen

–         administrare de adrenalină (epinefrina) 0,5 mg soluție 1 mg/ml subcutanat

–      administrare de antihistaminice: inhibitori de H1 (difenilhidramina) sau inhibitori de H2 (cimetidina).

Reacții de tip anafilactic sunt: hipotensiunea arterială, tahicardie, paloare, care de regulă se adaugă peste cele de tip alergoid. Se aplică același tratament.

Reacții severe (grave)

Aceste reacții cuprind semnele și simptomele șocului anafilactic. Apar simptome cardio-vasculare, respiratorii, neurologice. Tratamentul este cel specific șocului anafilactic.

Profilaxia accidentelor severe se face în primul rând prin identificarea pacienților cu risc: alergici, tarați, cu boli cardio-vasculare, diabet zaharat și căutarea unor alternative la diagnosticul imagistic cu SDC. Atunci când este posibil se vor folosi SDC nonionice hipoosmolare. Daca intervenția este necesară și nu poate fi înlocuită, se va administra o premedicație ce constă din:

–         Prednison 50 mg (10 tb) per os, în două prize cu 12 și respectiv 2 ore înaintea administrării SDC

–         Antihistaminice (Romergan), 1 f cu o ora înaintea examinării.

S-a remarcat o scădere a frecvenței reacțiilor adverse și o reducere a intensității lor, în cazul în care apar, dupa administrarea de Cortizon.

IMAGISTICA PRIN REZONANȚĂ MAGNETICĂ                                             

Imagistica prin rezonanță magnetică (IRM) constituie o metodă non-invazivă de examinare a afecțiunilor neuro-musculo-scheletale. Obținerea imaginilor prin rezonanță magnetică nucleară are la bază tehnologia rezonanței magnetice nucleare (rmn) utilizată în chimie pentru determinarea structurii substanței.

IRM se bazează pe descoperirea făcută în 1946 de Felix Bloch și Edward Purcell (Premiul Nobel, 1952), care au constatat că în prezența câmpului magnetic intens, nucleele se comportă ca niște magneți. Imaginile prin rezonanță magnetică nucleară se obțin ca urmare a absorbției și emisiei energiei din domeniul radiofrecvențelor (RF) ale spectrului electromegnetic de către spinii protonilor.

Deși inițial termenul adoptat pentru această tehnică a fost imagistica prin rezonanță magnetică nucleară (Irmn), dată fiind conotația termenului nuclear, începând din 1970 s-a preferat varianta IRM.

Bazele imagisticii prin rezonanță magnetică

La baza IRM stă capacitatea de localizare spațială a atomilor de hidrogen din organism, care generează câmpuri magnetice de mică intensitate. Vectorii intensitate ai câmpului magnetic generați de nucleele de hidrogen au o distribuție întâmplătoare, astfel încât în ansamblu, intensitatea câmpului magnetic rezultant este nulă, deși concentrația atomilor de hidrogen din organism este foarte mare (80%).

în prezența unui câmp magnetic intens fiecare dintre micii magneți generați de nucleele de hidrogen tind să se orienteze pe direcția câmpului exterior, paralel sau antiparalel cu acesta. Magneții produși de nucleele de hidrogen nu sunt staționari, ci se rotesc în jurul câmpului magnetic exterior, executând o mișcare de precesie, asemănătoare unui titirez. Frecvența mișcării de precesie, numită frecvența Larmor, depiunde de natura nucleului și de intensitatea câmpului magnetic exterior. în cazul protonilor ea se plasează în domeniul undelor de radiofrecvență (RF). Prin aplicarea unui câmp magnetic cu o frecvență identică cu frecvența Larmor, protonii absorb energia cuantei, ceea ce determină devierea magnetizării produse de spini cu un unghi a cărui valoare depinde de intensitatea și durata acțiunii câmpului RF. Unghiul sub care se aplică acest câmp este 90o sau 180o.

După încetarea acțiunii undei excitatoare, urmează așa-numita relaxare, prin care energia acumulată de la unda de radiofrecvență este eliberată, ceea ce determină realinierea magnetizării nete de-a lungul axei Z. Energia eliberată este detectată de bobine, care, acționând ca o antenă, recepționează semnalul emis, permițând obținerea imaginii.

Bazele fizice ale formării imaginii

Spinul protonilor

Nucleele de hidrogen (protonii) sunt caracterizate de spin, motiv pentru care sunt capabile să genereze semnale de rezonanță magnetică. Protonul se comportă ca un magnet, fiind caracterizat de cei doi poli, nord și sud. Dipolii magnetici proveniți din spinii protonilor au, în absența unui câmp magnetic exterior, orientări haotice, care nu permit sesizarea pe ansamblu a unei magnetizări.

Efectul aplicării unui câmp magnetic asupra dipolilor magnetici generați de spinii protonilor

Analog electronului din atom, spinii sunt caracterizați de nivelele energetice. Aplicarea unui câmp magnetic exterior va determina orientarea dipolilor elementari produși de spin pe direcția acestuia. La echilibru termodinamic numărul dipolilor orientați în sensul câmpului exterior depășește cu puțin numărul celor orientați antiparalel. în acest mod apare o magnetizare în exces în sensul lui care poartă numele de magnetizare netă, notată.

Frecvența de rezonanță (Larmor)

în realitate micii magneți generați de spin nu se plasează pe direcția câmpului exterior, ci execută o mișcare de precesie în jurul lui, similară unui titirez.

Frecvența de precesie a unui spin aflat în câmpul magnetic exterior, denumită și frecvență de rezonanță, este direct proporțională cu intensitatea câmpului magnetic (legea Larmor):

Frecveța mișcării de precesie = Raportul giromagnetic x Intensitatea câmpului magnetic exterior.

Pentru câmpurile magnetice utilizate în IRM (0,05-2 Tesla), frecveța Larmor se află în domeniul undelor de radiofrecvență (RF) și este situată în intervalul 2,19-85 MHz.

Cu toate că spinii nucleelor de hidrogen au aceeași frecvență de rotație, fazele lor diferă.

Tranziții

Protonul poate suferi o tranziție între cele două stări energetice prin absorbția unui foton. Rezultatul tranziției este trecerea protonului din starea de energie minimă în cea maximă. Pentru ca absorbția fotonului să fie posibilă este necesar ca energia lui să fie identică cu diferența dintre energiile celor două stări.

Efectul aplicării și întreruperii acțiunii unui câmp magnetic cu frecvența Larmor (plasată în domeniul radiofrecvențelor( RF) asupra spinilor

Dacă pacientului aflat în câmp magnetic intens Bo i se aplică un câmp magnetic B1 cu frecvență din domeniul radiofrecvențelor (RF) egală cu frecvența Larmor, energia undei este absorbită, iar protonul trece �ntr-o stare de energie mai mare. Rezultatul aplicării acestui câmp este refazarea spinilor.

La nivel macroscopic aceasta echivalează cu o mișcare pe o spirală către planul XY, sau cu o rotire a vectrorului Mo plasat inițial de-a lungul axei Z spre planul XOY.

În rezonanța magnetică, pentru o mai bună înțelegere a fenomenelor, este util să raportăm mișcarea la două sisteme de referință:

�        Sistemul de referință fix (al laboratorului), în care spinii execută o mișcare de precesie;

�        Sistemul de referință rotativ, solidar cu protonii, față de care laboratorul execută o mișcare de rotație, iar spinii apar staționari.

La întreurperea acțiunii undei de radiofrecvență, energia primită este eliberată, frecvența undei emise fiind egală cu cea a undei absorbite. Spinii excitați încep să revină la poziția inițială (de-a lungul axei OZ). Revenirea la starea de echilibru termodinamic este caracterizată de timpul T1, numit timp de relaxare longitudinal sau timp de relaxare spin-rețea.

Concomitent se produce defazarea spinilor din planul XOY, definită de timpul de relaxare transversal (T2, respectiv T2x) sau timp de relaxare spin-spin.

Emisia radiației electromagnetice generată de rotația vectorului intensitate a câmpului magnetic

După ce vectorul intensitate a câmpului magnetic Mz a fost deviat față de axa Z, el continuă să execute o mișcare de precesie cu frecvența Larmor în jurul câmpului magnetic exterior Bo. Deoarece orice câmp magnetic în rotație generează o undă electromagnetică, rezultatul obținut va fi emisia unei unde de frecvență din domeniul undelor radio, care constituie semnalul RM, preluat de o bobină.

Timpul de relaxare T1

Așa după cum am arătat, magnetizarea netă poate fi modificată prin aplicarea unei energii a cărei frecvența este egală cu diferența dintre cele două stări ale spinului. Dacă energia externă este suficient de mare, componenta Mz scade, în timp ce componenta din planul XY (Mxy) crește.

La întreruperea acțiunii câmpului RF spinul trece dintr-o stare de energie mare într-una de energie mică, prin emisia de energie. Energia emisă are două componente:

�        Energia undei de RF care constituie semnalul RM;

�        Energia cedată sub formă de căldură țesutului înconjurător, sau altfel spus, rețelei.

Interacțiunea spin-rețea este rezultatul trecerii sistemului excitat la starea de echilibru termodinamic. în sistemul de referință al laboratorului acest fenomen este echivalent cu descreșterea componentei Mxy a magnetizării și creșterea componentei Mz spre valoarea inițială. Fenomenul este descris de timpul de relaxare longitudinal T1, denumit și timp de relaxare spin-rețea.

T1 este de asemenea timpul care a trecut de la aplicarea pulsului excitator în care 63,2% din câmpul magnetic este realiniat cu Bo.

Interacțiunea spin-spin. Defazarea

Pentru un proton izolat viteza precesiei este determinată exclusiv de intensitatea câmpului magnetic exterior Bo. Când spinii sunt deviați spre planul XY ei sunt în fază. Ca urmare a deplasării haotice a spinilor, aceștia ajung unul în apropierea celuilalt și interacționează. Consecința interacțiunii spinilor este defazarea lor și reducerea semnalului. Fenomenul este descris de timpul de relaxare transversal T2 sau timp de relaxare spin-spin.

Timp de relaxare T2

Constanta care descrie revenirea la echilibru a magnetizării transversale Mxy, poartă numele de timp de relaxare spin-spin, notat cu T2, definit ca timpul de la excitare după care amplitudinea semnalului s-a redus la 38,8% (respectiv s-a micșorat cu 83,2%). Valoarea lui T2 este caracteristică pentru fiecare țesut și depinde de mediul înconjurător, fiind practic independentă de intensitatea câmpului magnetic extern.

Deși procesele de relaxare au fost tratate separat, în realitate ele au loc concomitent, cu mențiunea că T2 este cel mult egal cu T1.

Scăderea intensității semnalului

Imediat după întreurperea acțiunii câmpului magnetic cu frecvența undelor radio, protonii încep să emită energia absorbită. Dacă omogenitatea câmpului magnetic nu este afectată de factori perturbatori, toți protonii vor oscila cu frecvența de rezonanță. Amplitudinea inițială a semnalului depinde de unghiul de deviere a spinului față de axa Z spre planul XY. Semnalul maxim se obține pentru o deviere de 90o față de axa Z.

Scăderea intensității semnalului va fi utilizată pentru recepționarea imaginii prin aplicarea transformărilor Fourier, care fac conversia de la domeniul timp la domeniul frecvență.

Timp de relaxare real (T2x)

În realitate scăderea semnalului are loc mai repede decât teoretic, datorită neomogenității câmpului magnetic și a susceptibilității magnetice diferite a țesuturilor, care determină distorsiuni ân special la suprafața de separație dintre țesut și aer. Timpul de scădere a semnalului în condiții reale se notează T2x.

Scăderea componentei transversale a magnetizării este determinată de foi factori:

1.      interacțiunile moleculare (care descriu efectul molecular pur, T2);

2.      variațiile intensității câmpului magnetic exterior Bo (care sunt descrise de efectul neomogenității câmpului T2 neomogenități).

Ecoul

Efectul schimbării sensului de propagare a unui semnal prin reflexie poartă numele de ecou. Prin acest mecanism apare refazarea prin ecou a spinilor, care durează un timp egal cu timpul de ecou (TE).

Mecanismul de producere a ecoului este următorul:

(a)   La momentul t = 0, imediat după aplicarea pulsului din domeniul frecvențelor radio, Mo se află de-a lungul axei Y,

(b)   După trecerea unei jumătăți din timpul de ecou (TE), deci după TE/2, spinii se defazează prin mecanismul T2x. După TE/2 se aplică un alt puls din domeniul frecvențelor radio, care determină rotirea vetorilor defazați în jurul axei X.

(c)   În intervalul de tip TE/2 are loc refazarea vectorilor.

(d)   La finalul ultimului TE/2 vectorii sunt din nou în fază și se produce ecoul, care determină semnalul.

Fenomenul se poate repeta de mai multe ori (în funcție de valoarea lui T2) prin aplicarea unor unde radio sub unghiuri de 180o.

Selecția secțiunilor

Procesele descrise anterior au elucidat formarea semnalului, dar pentru ca aceasta să permită informația diagnostică este necesar să identificăm locul unde s-a produs acest semnal.

La baza localizării în spațiu a semnalului de RM stă aplicarea unui gradient linear al câmpului magnetic.

Gradientul unei mărimi fizice (G) reprezintă variația cu distanța a acestei mărimi. Rolul gradientului linear al câmpului magnetic este de a modifica frecvența de rezonanță cu o valoare cunoscută. Valoarea frecvenței este direct proporțională cu distanța față de centrul magnetului, deci permite localizarea spațială a spinilor. Pe de altă parte modificarea bruscă a frecvenței determină o schimbare a fazei, direct proporțională cu distanța față de centrul magnetului, deci implicit se realizează localizarea spinilor.

Aplicarea unei valori unice a câmpului magnetic de radiofrecvență presupune analiza unei secțiuni plane. Pentru ca secțiunea să aibă grosimea sorită este necesar să se aplica o badă de frecvență (BF), alcătuită dintr-o multitudine de frecvențe plasate de o parte și cealaltă a frecvenței centrale.

Intensitatea semnalului

Pentru ca semnalul obținut să permită obținerea imaginii finale este necesar ca aplicarea pulsului de RF să se repete.

Din cele prezentate rezultă că intensitatea semnalului generat de spini depinde de:

�        Densitatea atomilor de hidrogen;

�        Timpii de relaxare T1 și T2, specifici țesutului investigat.

Intensitatea semnalului în imaginea finală este de asemenea determinată de:

�        Timpul de repetiție (TR), definit ca intervalul dintre două pulsuri de radiofrecvență consecutive;

�        Timpul de ecou (TE), care reprezintă timpul dintre colectarea și emiterea semnalului.

Din aceste motive imaginea finală poate să se bazeze pe următoarele componente:

�        Densitatea protonilor (deci a atomilor de hidrogen);

�        Analiza proprietăților timpilor de relaxare T1 și T2,, denumiți timpi de relaxare ponderați (Tabelul 1).

Componentele IRM sunt:

Tabelul 1. Intensitatea semnalului în funcție de tipul de organ investigat

și afecțiuni – imagini_rmn

Calitatea imaginii în IRM

Analiza performanțelor IRM poate fi făcută prin utilizarea fantomului. Fantomul este construit din materiale care produc semnale RM, cum sunt: soluțiile apoase paramagnetice, siliconul, etc. Apa are rolul de a permite ajustarea timpilor de relaxare spin-rețea (T1) și spin-spin (T2) pentru ca imaginea să poată fi obținută într-un timp minim.

Fantomul are două scopuri principale:

�        Evaluarea rezoluției;

�        Stabilirea omogenității undelor de frecvență.

Fantomul pentru evaluarea rezoluției testează proprietățile spațiale ale imaginii: grosimea secțiunilor, linearitatea și raportul semnal/zgomot în funcție de poziție.

Fantomul destinat testării rezoluției este confecționat din materiale plastice. Din fantom sunt îndepărtate porțiuni, care sunt umplute cu soluții apoase, a căror imagine este vizualizată. în alte situații se utilizează un fantom care produce un semnal standard cu valori cunoscute ale T1, T2 și care permite testarea raportului contrast/zgomot.

Fantomul pentru stabilirea omogenității undelor de radiofrecvență

Uniformitatea spațială a câmpurilor magnetice cu frecvențe din domeniul radio transmise pacientului și recepționate este testată cu ajutorul fantomului. Câmpul magnetic transmis este acel câmp magnetic utilizat pentru rotirea magnetizării. Câmpul magnetic recepționat depinde de sensibilitatea bobinei de a răspunde la semnalul produs de precesia spinilor. Ambele câmpuri magnetice trebuie să fie omogene: primul, pentru a asigura o rotație uniformă a spinilor, iar cel de-al doilea, pentru a produce o sensibilitate spațială uniformă în zona investigată.

Pregătirea pacientului

În general nu sunt necesare măsuri speciale de pregătire a pacientului care urmează a fi supus investigației. Un caz special îl prezintă pacienții care suferă de claustrofobie, la care administrarea unui calmant ușor reduce starea de anxietate.

Durata obișnuită a unui examen cu IRM variază între 30-90 minute, timp în care pacienții pot rămâne singuri. Pentru a evita anxietatea este necesar ca pacienților să li se explice desfășurarea examinării.

Contraindicații

Agenți de contrast în IRM

În general nu este necesară utilizarea unor substanțe de contrast, excepție făcând investigarea diverselor patologii ale lichidului cefalorahidian (în special tumori, scleroze multiple). Substanțele de contrast utilizate în IRM au la bază gadoliniul, care are rolul de a scurta timpul de relaxare T1, ceea ce determină ca imaginea organului care conține acet element să apară mai luminoasă.

Măsuri de protecție

Deși IRM nu utilizează radiațiile ionizante pentru formarea imaginii, este necesar să se cunoască măsurile de protecție asociate utilizării câmpurilor magnetice foarte intense, energiei undelor radio, variațiilor în timp a intensității câmpului magnetic, gazelor lichefiate și gradientului de câmp magnetic.

Câmpurile magnetice determină magnetizarea tuturor corpurilor feromagnetice. Prezența în câmpul magnetic a corpurilor feromagnetice poate produce efecte nedorite asupra pacientului sau poate determina deteriorarea magnetului și a bobinelor. Efecte similare pot fi produse și de corpurile feromagnetice asociate pacientului.

La pacienții cu pacemaker sunt necesare precauții deosebite, deoarece câmpul magnetic intens poate afecta circuitul electronic ca urmare a curenților pe care îi generează. În acest fel viața pacientului poate fi pusă în pericol. Câmpul magnetic poate de asemenea șterge informațiile înregistrate pe card.

Efectele produse de undele de radiofrecvență

Undele de radiofrecvență pot produce încălzirea țesuturilor din organism. Din acest motiv se recomandă limitarea timpului în care o persoană stă în acest câmp.

Unele bobine RF, pot produce arsuri ale pacientului, care trebuie avertizat pentru a anunța dacă simte un asemenea efect, în scopul întreruperii investigației.

Gradientul de imagine determină un nivel mare de zgomot. Nivelul de zgomot maxim admis este de 140 deciBell (dB), iar presiunea acustică maximă de 200 Pascal.

Avantejele IRM:

�        permit obținerea unui contrast mai bun decât în tomografia computerizată;

�        asigură informații mai exacte asupra diferențelor în structura unui țesut decât cele care pot fi percepute prin diferențele de atenuări ale radiațiilor X, deoarece utilizează proprietățile spațiale ale spinilor din nucleele care alcătuiesc țesuturile;

�        utilizează câmpuri magnetice intense și unde din domeniul radiofrecvențelor în locul radiațiilor ionizante, deci efectele dăunătoare asupra organismului sunt semnificativ mai mici.

Limitele examenului IRM:

�        timp de examinare relativ lung;

�        rezoluție spațială încă inferioară față de CT de înaltă rezoluție;

�        calcificările sunt greu evidențiabile datorită absenței semnalului acestor structuri.