Kontrast, relaxace, kontrastní látky

Prezentace na téma: "Kontrast, relaxace, kontrastní látky"— Transkript prezentace:

1 Kontrast, relaxace, kontrastní látky
Vít Herynek

2 Druhy kontrastů T1 T1-kl T2 GE MRA T1-IR

3 Účinek vysokofrekvenčního pole
B1 B1=0 B0 M0 Mz M ┴ T1 relaxace T2* relaxace t Mz = M0*(1-exp(-t/T1)) M┴ = M0*exp(-t/T2)

4 Spinové echo Mx T2* relaxace T2 relaxace t Te/2 Te t
Mz = M0*(1-exp(-TR/T1)) M┴ = M0*exp(-Te/T2) T2* relaxace T2 relaxace Mx t Te/2 Te TR t

5 Proton-denzitní obraz (PDW)
TR Te/2 Te Intenzita signálu = výška echa ≈ M0 (celková magnetizace, hustota protonů)

6 Proton-denzitní obraz (PDW)

7 T2-vážený obraz (T2W) TR Te/2 Te

8 Intenzita signálu bude silně ovlivněna T2 relaxací
T2-vážený obraz (T2W) Te/2 TR Te Intenzita signálu bude silně ovlivněna T2 relaxací

9 T2-vážený obraz (T2W)

10 T1-vážený obraz (T1W) Te/2 Te TR

11 T1-vážený obraz (T1W) Te/2 Te Te/2 Te TR

12 Intenzita signálu bude silně ovlivněna T1 relaxací
T1-vážený obraz (T1W) Te/2 Te/2 Te Te Te/2 Te Te/2 Te TR TR TR Intenzita signálu bude silně ovlivněna T1 relaxací

13 T1-vážený obraz (T1W)

14 Výběr parametrů u sekvence SE
PD T2 krátký echočas TE krátký repetiční čas TR krátký echočas TE dlouhý repetiční čas TR dlouhý echočas TE dlouhý repetiční čas TR

15 Výběr parametrů u sekvence SE
PD T2 kontrastní látky

16 Požadavky na kontrastní látky
zvýšení kontrastu zdravotní nezávadnost tkáňová selektivita dostatečně dlouhý/krátký poločas vyčištění

17 Intenzita signálu hustota protonů T1 relaxační čas T2 relaxační čas
Kontrast obrazu: C/N = (S1-S2)/N Kontrastní látka - odlišení “isomagnetických” tkání

18 Intenzita signálu hustota protonů T1 relaxační čas T2 relaxační čas

19 T1 vážený obraz

20 T2 vážený obraz

21 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)

22 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

23 PD kontrastní látky Podání olejové emulze - zvýšení signálu v žaludku, dvanáctníku, zvýraznění obvodu pankreasu

24 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

25 PD kontrastní látky Rektálně aplikovaný Perflubron – zvýraznění obvodu konečníku a esovitého zakončení tlustého střeva

26 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

27 Fyzikální odbočka Paramagnetismus B = 0, M = 0 B M

28 Fyzikální odbočka Paramagnetismus B = 0, M = 0 B M

29 Fyzikální odbočka Paramagnetismus B = 0, M = 0 B M

30 Fyzikální odbočka Paramagnetismus B = 0, M = 0 B M

31 Fyzikální odbočka Paramagnetismus B = 0, M = 0 B M

32 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+

33 PM kontrastní látky

34 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 26Fe

35 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

36 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

37 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

38 PM kontrastní látky X N+ PAMAM SCN-Bz-DOTA
(polyaminoaminový dendrimer) X N+ SCN-Bz-DOTA (tetraazacyklododekantetraacetátová kyselina) tetra aza – cyklo DOdekan – Tetra Acetátová kyselina

39 PM kontrastní látky T1 relaxivita (mM-1 s-1) volný EDTA DTPA DOTA EHPG
Gd Fe Mn Dy Cr EDTA - Ethylenediaminetetraacetic acid DTPA - Diethylenetriaminepentaacetic acid DOTA - Tetraazacyclododecanetetraacetic acid EHPG - Ethylenebis-(2-hydoxyphenylglycine)

40 PM kontrastní látky A. bez vazby na protein
Magnevist (Gd-DTPA), Gadovist (Gd-BT-DO3A) , ProHance (Gd-HP-DO3A) B. slabá vazba na protein - vyšší T1 efekt MultiHance (Gd-BOPTA) C. silná vazba na protein - „intravaskulární kontrastní látky“ Vasovist (Diphenylcyclohexyl phosphodiester-Gd-DTPA)

41 PM kontrastní látky Nejznámější - Gd-DTPA
fyziologicky podobná dalším kovovým chelátům (EDTA a odvozené) popsána v roce 1984 schválena 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 minut

42 PM kontrastní látky Intenzita signálu závisí na koncentraci:
s rostoucí koncentrací do 1mM roste (zvýšení signálu T1 efektem), přes 1 mM klesá (vliv T2 efektů)

43 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

44 Příklad použití - meningeom
T1W nativní kontrast PD T2W

45 Příklad použití - gliom
T1W nativní kontrast

46 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

47 Fyzikální odbočka Paramagnetismus Ferromagnetismus
Superparamagnetismus B M

48 Fyzikální odbočka Ferromagnetismus B = 0, M = 0 B M

49 Fyzikální odbočka Ferromagnetismus B = 0, M = 0 B M

50 Fyzikální odbočka Ferromagnetismus B = 0, M = 0
přechází v paramagnetismus za teploty vyšší než je Currieova teplota materiálu B = 0, M = 0 B M

51 Fyzikální odbočka Ferromagnetismus B = 0, M = 0
přechází v paramagnetismus za teploty vyšší než je Currieova teplota materiálu B = 0, M = 0 B M

52 Fyzikální odbočka Superparamagnetismus B = 0, M = 0 B M

53 Fyzikální odbočka Superparamagnetismus B = 0, M = 0 B M

54 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…

55 SPM kontrastní látky Struktura superparamagnetické částice
Jádro – krystal železa (Fe2O3 + Fe3O4) Slupka - polysacharid (dextran) Velikost: 20–1000 nm Jádro: 1-50 nm Endorem: 160/20 nm Resovist: 60/4 nm Sinerem: 20/1 nm

56 nativ GE T2*W 4 min 19 min

57 TSE T2W

58 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, ...)

59 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

60 Registrované kontrastní látky
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

61 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

62 Orálně podávané kontrastní látky
Signál v gastrointestinálním traktu lze zvýšit podáním některých běžných nápojů: Borůvkový džus Ananasový džus Zelený čaj >>> vysoký obsah Mn

63 Mangan, železo jako „vnitřní“ kontrast

64 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):

65 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

66 Systémová nefrogenní fibróza

67 Systémová nefrogenní fibróza historie
1988 – FDA schvaluje první kontrastní látku na bázi Gd (Gd-DTPA, Gadovist) 1997 – popsáno dermatologické onemocnění NSF 2006 – prokázána souvislost s Gd

68 Systémová nefrogenní fibróza
Incidence: Na cca 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!)

69 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

70 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%!

71 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+

72 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

73 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

74 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

75 NSF – jak vzniká? scar formation serum amyloid protein (SAP)

76 NSF – jak vzniká?

77 NSF – jak vzniká?

78 NSF – jak se Gd z chelátu uvolní? Rozpad chelátu?

79 Systémová nefrogenní fibróza

80 Systémová nefrogenní fibróza
Termodynamická stabilita - pKtherm Dotarem (cyklický, iontový) Prohance 23.8 (cyklický, neiontový) Primovist (lineární, iontový) Multihance 22.6 (lineární, iontový) Magnevist 22.1 (lineární, iontový) Vasovist (lineární, iontový) Gadovist (cyklický, neiontový) Omniscan 16.9 (lineární, neiontový) Optimark (lineární, neiontový)

81 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)

82 NSF – jak se Gd z chelátu uvolní? Transmetalace?
Zn Gd3+ Cu ...

83 NSF – jak se Gd z chelátu uvolní? Transmetalace?
Zn Gd3+ Cu ...

84 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

85 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

86 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

87 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

88 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?

89 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