IMAGISTICĂ MEDICALĂ – METODE – METODE DE REZONANŢĂ – PRINCIPII DE FUNCŢIONARE ŞI APLICAŢII MRI, IRM, PET – PRINCIPII
MEDICALE
1. INTRODUCERE
Rezonanţa magnetică nucleară (RMN) a fost prevazută teoretic teoretic încă din 1936 de către C. Garter şi realizată practic în 1946 de F. Bloch şi independent de E. M. Purcel, este utilizată prima oară în chimie, la investigarea structurii compuşilor organici. Aparatele care realizau acest lucru se numesc spectrometre RMN. Prin dezvoltarea unor tehnici care să permit localizarea unor zone de inter es, es, aceste aparate se utilizează cu succes şi în studiile clinice.
Bazele utilizării fenomenului RMN în imagistica medicală, sunt puse în 1972, când Lauterbur, independent de Mausfield, obţin prin această metodă primele imagini în două dimensiuni. Întâlnită în literatura de specialitate sub denumirea MRI (Magnetic Resonance Imaging), metoda este foarte complexă, aplicarea şi folosirea eficientă a ei necesitând folosirea unor cunoştinţe din magnetism , câmp electromagnetic şi matematică. Principiul metodei: pacientul este introdus într-un câmp magnetic puternic, peste care se suprapune un câmp electromagnetic de radio-frecvenţă (RF). Cele două câmpuri sunt create cu ajutorul unui magnet şi respectiv a unor antene poziţionate în vecinătatea ţesuturilor investigate. La o anumită frecvenţă a câmpului radio, moleculele de apă din ţesuturile investigate, absorb energie electromagnetică. După un timp această energie este eliberată sub forma unor unde electromagnetice, ce sunt recepţionate, analizate şi - prin folosirea unui computer – transformate în imagine. Pentru o mai bună înţelegere a metodei, vom face în prima parte o descriere a principalelor fenomene implicate în MRI. Fenomenele magnetice
Au fost puse în evidenţă încă din antichitate prin descoperirea unor minerale , numite magnetite (oxid de Fe sub formă de cristale) care au proprietatea de a atrage obiecte mici de Fe, ce sunt aduse în apropierea lor. Înseamnă că magnetitul înzestrează spaţiul din jurul său cu anumite proprietăţi şi se spune că aceasta creează un câmp magnetic. De asemenea, s-a observat că acest câmp este mai puternic în apropierea unor zone de pe aceste corpuri numite poli magnetici. Folosind substante care contin Fe, Fe, Ni sau Co s-au construi magneţi permanenţi. Page 1 of 20
Astfel, un magnet de dimensiuni mici, care se poate roti în în jurul unei axe verticale, se numeşte ac magnetic. Dacă în vecinătatea unui magnet este adusă pilitura de Fe, se constată că ea se distribuie de-a lungul unor linii curbe închise ce s-au numit linii de câmp magnetic. Aducând în diverse puncte din apropierea unui magnet permanent un ac magnetic, se observă că el se orientează după direcţia tangentei la aceste linii.
Aceste observaţii experimentale au permis descrierea câmpului magnetic printr -o mărime vectorială (caracterizată prin direcţie, sens şi valoare sau modul) numită inducţie magnetică B. Unitatea de măsură adoptată în Sistemul Internaţional, pentru această mărime a fost tesla (T). În general valoarea inducţiei magnetice în diverse puncte din vecinătatea unui magnet este diferită, caz în care putem spune că avem un câmp magnetic neuniform. Există diverse geometrii ale magneţilor , pentru care într-o anumită regiune din spaţiu, câmpul magnetic poate fi considerat, într-o primă aproximaţie, ca fiind constant, adică uniform. O noţiune des utilizată în rezonanţa magnetică este aceea de gradient de câmp. Un gradient de câmp apare atunci când inducţia magnetică îşi schimbă valoarea de-a lungul unei direcţii din spaţiu . Gradienţii utilizaţi în RMN sunt liniari , ei fiind orientaţi după cele trei direcţii (Ox, Oy, Oz) şi se notează cu Gx, Gy, Gz. Este important a se face distincţia între direcţia câmpului magnetic (care în cazul RMN se păstrează constantă, fiind paralelă cu axa Oz a sistemului de referinţă) şi direcţia acestor gradienţi. Astfel, existenţa unui gradient de câmp Gx, nu înseamnă că are loc o modificare a direcţiei câmpului magnetic extern. Inducţia este orientată tot de-a lungul axei Oz, modificându-se doar valoarea ei în puncte de pe axa Ox. Dacă modificarea inducţiei de-a lungul axei Ox este liniară, spunem că avem un gradient liniar. Câmpul magnetic este caracterizat de liniile de câmp (reprezentate cu punct) şi vectorul inducţie magnetică, B. Prin fiecare punct, trece o singură linie de câmp. Sensul unei linii este este indicat de polul nord al acului magnetic. Pentru magnet, câmpul magnetic este neuniform, fiind mult mai intens în apropierea polilor magnetici (liniile sunt mai dese). În cazul unui câmp uniform, liniile de câmp magnetic şi vectorii inducţie sunt echidistante şi paralele. Valoarea gradientului este dată de modificarea inducţiei pe unitatea de lungime . Astfel, existenţa unui gradient Gx=10 mT/m sugerează că de-a lungul axei Ox inducţia magnetică creşte cu 10 mT, pe o distanţă de 1m. În cazul în care valoarea ar fi negativă, inducţia ar scădea cu aceeaşi cantitate.
Chiar dacă cea mai simplă metodă de obţinere a câmpurilor magnetice este utilizarea magneţilor permanenţi, ei nu se folosesc în tehnicile RMN. Aceasta, deoarece, pe de o parte, inducţiile obţinute în acest caz (mai mici de 0. 2T) sunt insuficiente pentru observarea fenomenului RMN şi , pe de altă parte, datorită modificării intensităţii câmpului , cu temperatura mediului exterior. În aceste condiţii se utilizează diferite configuraţii de bobine, parcurse de un curent electric (fizicianul H. C. Oersted a Page 2 of 20
observat pentru prima dată în 1820 că un conductor parcurs de curent electric generează un câmp magnetic). Modificând intensitatea curentului prin bobine, se pot obţine inducţiile cerute de condiţia de rezonanţă magnetică nucleară. Din păcate, valoriile mari ale curentului, determină inevitabil o creştere a temperaturii, ce duce la instabilităţi ale câmpurilor magnetice . De aceea în ultimul timp se utilizează tot mai des magneţii supraconductori. Bobinele acestor magneţi sunt realizate din materiale supraconductoare care au propritatea ca, în apropierea temperaturii de 0 k, să-şi reducă brusc rezistenţa electrică. Se obţin, în aceste condiţii, valori ale inducţiei magnetice superioare celor obţinute prin alte metode şi mult mai stabile în timp.
Proprietăţile magnetice ale substanţelor se explică în fizică prin considerarea că, la nivel atomic şi molecular, există curenţi electrici ce determină apariţia câmpurilor magnetice. Aceşti curenţi se obţin prin deplasarea particulelor constituente ale atomilor (elctroni, protoni). Pe lângă mişcarea de traiectorie, numită şi orbită (cum este cazul electronilor) aceste particule au şi o mişcare de rotaţ ie în jurul axei lor. Aceasta se mai numeşte şi mişcare de spin, şi care determină apariţia unui câmp magnetic. În aceste condiţii protonul în mişcarea de spin poate fi considerat ca un magnet elementar , a cărui axă conincide cu axa de rotaţie. Pentru a caracteriza din punct de vedere magnetic această mişcare, se asociază protonului o mărime vectorială numită MOMENT MAGNETIC DE SPIN, notată de obicei, cu µ. Chiar dacă neutronul, se manifestă ca fiind neutru din punct de vedere electric, posedă totuşi un moment magnetic de spin diferit de zero. În nucleele mai grele decât ale atomului de hidrogen, momentele magnetice de spin ale protonilor şi neutronilor se combină într -un mod complicat formând momentul magnetic de spin nuclear. O altă noţiune necesară înţelegerii procesului MRI, este câmpul electromagnetic. Pus în evidenţă experimental, prima oară de către Heinrich Hertz, reprezintă ansamblul câmpurilor electric şi magnetic, care îşi modifică valorile şi se generează reciproc. Dacă printr -un conductor trece un curent electric variabil în timp, în jurul lui apar câmpuri electrice şi magnetice, de asemenea variabile în timp. Câmpul electromagnetic astfel produs, pierde legătura cu conductorul ce l-a creat (numit antena) şi se propagă în spaţiu cu o viteză foarte mare (viteza de propagare a undelor electromagnetice în vid este egală cu viteza luminii (3 x 108 m/s). Spunem în acest caz că avem o undă electromagnetică. O caracteristică a undelor electromagnetice este frecvenţa de oscilaţie a câmpului electromagnetic notată, de obicei υ. Ea se măsoară în hertzi (Hz) şi reprezintă numărul de oscilaţii ale câmpului electric sau magnetic efectuate într-o secundă. Deoarece toate undele electromagnetice pot fi considerate ca fiind constituite din cuante de energie, formând un flux de particule (fotoni), ele se mai numesc şi radiaţii electromagnetice. Energia acestor particule este E= hυ unde h=constantă universală (constanta lui Planck).
Page 3 of 20
Cea mai uzuală împărţire a undelor electromagnetice se face după frecvenţă în: unde radio , microunde, radiaţii X, radiaţia ultravioletă, radiaţia infraroşie. În cazul metodelor RMI se utilizează unde radio (RF) cu frecvenţa cuprinsă în intervalul 1 - 10 MHz. Dacă o astfel de undă, are o durată de existenţă finită se mai numeşte şi puls electromagnetic . Pulsurile RF, utilizate în MRI, au în componenţa lor oscilaţii de frecvenţe diferite. Diferenţa dintre frecvenţa maximă şi cea minimă formează banda de frecvenţe WB (wide band) . Dacă, pentru producerea câmpului electromagnetic se utilizează conductoare parcurse de curenţi electrici variabili în timp, detecţia lor are la bază inducţia electromagnetică. Fenomenul este pus în evidenţă pentru prima oară de fizicianul M. Faraday şi constă în apariţia unei tensiuni induse , într-un circuit electric, aflat în general într-un câmp magnetic variabil în timp. În cazul aparatelor RMI, generarea şi detecţia câmpurilor RF se realizează de obicei cu acelaşi sistem de bobine ce înconjoară ţesuturile analizate. Tensiunea indusă în aceste bobine are alura unei sinusoide amortizate în timp şi este caracterizată de trei parametri: 1.
Frecvenţa de oscilaţie – aceeaşi cu cea a câmpului electromagnetic care a generat-o
2.
Amplitudinea – valoarea maximă a tensiunii. Această mărime descreşte în timp.
3.
Panta descreşterii amplitudinii, T* . Punctele de maxim ale tensiunii induse, se află situate
pe o curbă descrescătoare de tip exponenţial, ce poate fi modelată printr -o funcţie de tipul (e = 2,71). Astfel, cu cât valoarea parametrului T * este mai mare, cu atât descreşterea amplitudinii tensiunii este mai lentă . Atunci când bobinele de detecţie (recepţie), sunt introduse într-o suprapunere de câmpuri electromagnetice de frecvenţe diferite, tensiunea indusă are o formă complexă, fiind formată dintr -o suprapunere de unde sinusoidale de amplitudini şi frecvenţe , de asemenea diferite. În acest caz se obişnuieşte ca reprezentarea semnalului în funcţie de timp, să fie înlocuită cu reprezentarea amplitudinii semnalului în funcţie de frecvenţele componente. Această trecere între cele două reprezentări diferite se realizează printr -o operaţie matematică specială numită transformarea Fourier . Orice semnal complex, f(t), poate fi descompus într-o sumă de semnale sinusoidale de frecvenţe şi amplitudini diferite. Extragerea acestor amplitudini şi frecvenţe se realizează printr -o procedură matematică numită transformată Fourier – prin care se trece de la reprezentarea unui semnal în funcţie de timp , f(t), la reprezentarea în funcţie de frecvenţele sinusoidale ce o compun f(ω). În cazul metodei MRI procedura este realizată de un calculator performant, fiind esenţială în obşinerea imaginii. Fiecare punct al ţesutului investigat determină un semnal ce are o anumită amplitudine, frecvenţă şi fază. Acestea sunt extrase din semnalele captate de bobine, cu ajutorul metodei FT. Informaţia astfel obţinută este folosită la construirea imaginii (faza şi frecvenţa sunt Page 4 of 20
folosite pentru localizarea punctului în planul secţiunii investigate, iar amplitudinea pentru stabilirea contrastului). Spinul nuclear.
Rezonanţa magnetică nucleară (RMN)
Număr cuantic magnetic de spin Dacă am considera practic electronul ca o sferă care se roteşte în jurul axei proprii, va avea loc generarea unui câmp magnetic – a cărui orientare va depinde de sensul de rotaţie. De aceea mişcarea de spin a electronului se caracterizează printr -un număr cuantic de spin (s=1/2), în timp ce câmpul magnetic generat se caracterizează printr -un număr cuantic magnetic de spin orientări posibile).
= 1/2(pentru cele două
Astfel, proiecţia momentului magnetic de spin, după o direcţie oz, este: (5. 1)
Asemănător electronului, protonul se caracterizează şi el printr -o mişcare de spin care va genera un moment magnetic de spin. Deoarece masa protonului este mult mai mare decât cea a electronului, magnetonul nuclear, ,
(5. 2)
Este cu mult mai mic (cu aproximativ 1836 ori – cât este raportul maselor celor două particule).
În acelaşi timp, deşi neutronul nu are sarcină electrică, el posedă totuşi moment magnetic. Acest paradox a fost explicat considerând că, pentru un scurt timp, neutronul este disociat într-un proton şi o altă particulă negativă (mezon), al cărui moment magnetic este superior protonului. În aceste condiţii, fără a detalia, momentul mecanic de spin al nucleului este cuantificat, exprimându-se prin relaţia: =
=γ·
·ħ
=
·
(5. 3)
·
I = numărul cuantic de spin nuclear γ = raportul giromagnetic = factorul giromagnetic nuclear Page 5 of 20
(5. 4)
Deşi modul de împerechere a spinilor protonilor şi neutronilor este destul de com plicat, mărimea numărului I poate fi obţinută pe baza unor reguli semiempirice:
Astfel, dacă nucleul conţine un număr par de protoni şi neutroni, spinurile acestora se compensează, numărul cuantic de spin fiind I=0. De aceea aceste nuclee nu au moment magnetic, şi conform celor discutate în paragraful dedicat fenomenelor magnetice, ele nu interacţionează cu câmpul magnetic;
Dacă numărul de protoni sau de neutroni este impar , atunci valoarea maximă a lui I este un număr impar de 1/2;
Atunci când atât numărul de protoni cât şi cel de neutroni sunt impare, valoarea lui este un număr par de ½, adică valori de forma 1, 2, 3, 4.
În prezenţa unui câmp magnetic extern, de intensitate H, momentele magnetice nucleare tind să se orienteze paralel cu câmpul. De fapt, datorită agitaţiei termice, această aliniere nu este perfectă, astfel încât ele efectuează o mişcare de rotaţie în jurul câmpului, numită şi precesie Larmor . , trecerea pe nivelul În stare fundamentală, protonii se vor găsi în stare de energie joasă, superior fiind posibilă prin absorbţia unei cantităţi de energie egală cu diferenţa ∆E . Această energie ar putea fi absorbită de la un câmp electromagnetic de frecvenţă υ, atunci când este îndeplinită aşa numita condiţie de rezonanţă magnetică nucleară, RMN:
hυ = ∆E =
·
·
·H
(5. 10)
Se obţine astfel valoarea frecvenţei de rezonanţă: υ=
·
·
·H/h
(5. 11)
Spectrul RMN
Reprezentând grafic intensitatea energiei absorbite în funcţie de intensitatea câmpului magnetic, atunci când se îndeplineşte condiţia RMN , nucleele absorb energie de la câmpul electromagnetic, iar graficul astfel obţinut va conţine o bandă de absorbţie. Acest grafic se numeşte spectru RMN. Acest fenomen îşi găseşte aplicabilitatea în elucidarea structurii compuşilor organici, deoarece cele mai multe combinaţii organice au în structura lor atomi de hidrogen. Deşi condiţia de rezonanţă s-ar putea obţine şi prin modificarea frecvenţei câmpului electromagnetic, din punct de vedere practic este mai comod sa se modifice treptat intensitatea câmpului magnetic. Page 6 of 20
Trebuie precizat că intensitatea câmpului magnetic în care se găseşte nucleul nu este identică cu cea aplicată din exterior ,
.
Se poate considera că valoarea intensităţii locale a câmpului verifică relaţia: H=
+,
= câmpul magnetic generat de învelişul electronic al nucleului Acesta va depinde şi de modul în care protonul este legat în moleculă. Cu alte cuvinte, intensitatea la care se produce rezonanţa poartă informaţii despre structura chimică a compusului analizat. De aceea, spectrul RMN este deosebit de util în analiza calitativă . Referitor la intensitatea câmpului magnetic, , precizăm că ea este datorată efectului diamagnetic exercitat de electronii din jurul nucleului. De aceea, câmpul magnetic extern este parţial ecranat de prezenţa acestora, iar gradul de ecranare depinde de felul cum nucleul (protonul) este legat în moleculă. Frecvent utilizat în explicarea spectrului RMN este cazul alcoolului etilic. În acest compus, atomul de hidrogen legat cu cel de oxigen este cel mai puţin ecranat. De aceea, primul maxim ( ) ce apare la valori mici ale câmpului magnetic corespunde grupării O-H. Din punct de vedere al gradului de ecranare urmează protonii grupării C şi C Pe de altă parte, aşa cum este firesc, intensitatea benzilor este direct proporţională cu numărul atomilor de hidrogen.
Folosirea poziţiei maximelor la identificarea unui compus nu este recomandată, datorită variaţiilor de poziţie ce pot să apară la modificarea unor parametri precum câmpul magnetic sau frecvenţa. Deoarece menţinerea acestor parametri la valori constante nu poate fi realizată, se preferă măsurarea distanţelor dintre aceste maxime şi unul ales drept referinţă (sau standard). În alegerea standardului trebuie ţinut cont ca spectrul său să aibă un singur maxim cât mai îngust, cât mai intens şi de preferinţă să fie poziţionat la una din extremităţile axei ox a spectrului . Frecvent utilizat este tetrametilsilanul (abreviat TMS, formula (C Si ) în care există un maxim intens, datorat prezenţei celor 12 atomi de hidrogen. Fiind puternic ecranaţi, maximul se obţine la valori mari ale intensităţii câmpului magnetic extern. De manţionat că standardul este fie introdus în aparat, anterior analizei probei (standard extern), fie este dizolvat în probă (standard intern).
În aceste condiţii, poziţiile diferitelor grupări se exprimă prin deplasarea chimică δ, definită astfel: δ=
·
(ppm) Page 7 of 20
(5. 13)
H(standard) = valoarea intensităţii câmpului corespunzător standardului H(grupare) = valoarea intensităţii câmpului corespunzătoare grupării analizate.
Datorită diferenţelor foarte mici între intensităţile câmpului magnetic , se preferă exprimarea în părţi per milion – ppm. Valorile acestor deplasări sunt cunoscute, ele fiind folosite la identificarea grupărilor moleculei analizate. În ceea ce priveşte dispozitivul experimental, componenta principală este magnetul, în interiorul căruia se introduce proba care trebuie să fie lichidă. Aceasta deoarece, în cazul solidelor benzile de absorbţie sunt foarte lungi, metoda nefiind potrivită analizei calitative. 2. POSIBILITAŢI
DE UTILIZARE PRACTICĂ A RMN
Rezonanţa magnetică nucleară are la bază două fenomene:
Rezonanţa (transferul de energie între două sisteme ce oscilează cu aceeaşi frecvenţă)
Magnetismul nuclear
Cele două sisteme, între care are loc transferul de energie, sunt în acest caz câmpul electromagnetic şi specia nucleară, aflată într -un câmp magnetic extern. În legătură cu specia nucleară, prezintă interes pentru imagistica nucleară atomul de hidrogen. De aceea, adesea această rezonanţă se mai numeşte şi rezonanţa protonului. Corpul uman conţine aproximativ 70% apă. Fiecare moleculă are asociaţi 2 atomi de hidrogen nuclee de covalent legaţi de un atom de oxigen. Există în organismul adultului, aproximativ 5 · hidrogen, care în absenţa câmpului magnetic extern, au o orientare haotică, a momentelor magnetice individuale. În prezenţa unui câmp magnetic extern de inducţie B, aceste momente tind să devină orientate în direcţia câmpului sau în sens contrar acestuia, adică paralel, respectiv, antiparalel. Cele două orientări sunt rezultatul existenţei a două stări energetice, asociate interacţiei dintre momentul magnetic şi câmpul magnetic. Alinierea paralelă corespunde unei stări energetice mai scăzute, în timp ce alinierea antiparalelă corespunde unei stări energetice mai ridicate . Dacă sistemul nu are energie termică (adică se află la zero grade Kelvin) toate momentele magnetice ar avea o configuraţie paralelă. La temperatura camerei însă, populaţia protonică, este distribuită între cele două stări energetice după o lege, frecvent întâlnită în fizică , legea Boltzmann. În termeni practici, aceasta înseamnă că populaţiile din stările paralel şi antiparalel sunt aproape egale. Din fiecare milion de nuclee sau momente magnetice plasate într-un câmp magnetic de 1. 5 T, la 25 grade Celsius, în medie doar 5 vor fi preferenţial paralel aliniate cu câmpul . Deşi spunem că sunt aliniate cu câmpul magnetic extern, momentele magnetice nucleare nu pot însă rămâne statice, ci mai
Page 8 of 20
degrabă se rotesc, în jurul direcţiei câmpului magnetic, analog unor titireze mecanice. Această mişcare se numeşte precesie. Frecvenţa de precesie, numită şi frecvenţa Larmor ( depinde de mărimea inducţiei câmpului = , unde γ este factorul giromagnetic, care magnetic extern şi este dată de ecuaţia Larmor : MHz/T. Astfel la o inductie de 1. 5 T spinul protonic pentru hidrogen are valoarea γ/2π =42. 57 x efectuează o mişcare de precesie în jurul direcţiei câmpului magnetic, cu o frecvenţă de 63. 86 MHz. La nivel macroscopic, ansamblul de momente magnetice nucleare formează magnetizarea (M) probei. Ea reprezintă de fapt suma tuturor momentelor magnetice din 1 de substanţă. Această mărime este direct proporţională şi cu concentraţia protonică.
Deoarece frecvenţa de precesie Larmor depinde de câmpul magnetic, înseamnă că la nivel microscopic vor avea loc variaţii locale ale inducţiei. Chiar dacă magnetul asigură un câmp uniform, există totuşi factori pertutbatori, cum ar fi de exemplu prezenţa pacienţilor , ce determină neuniformităţi ale câmpului. Diferitele ţesuturi ale organismului se magnetizează diferit, determinând astfel variaţii locale ale inducţiei magnetice . 3. P RINCIPIUL
FORMĂRII I MAGINII
Imaginea obţinută prin RMN se obţine din analiza semnalelor electrice produse de câmpurile electromagnetice, emise de protonii ţesuturilor analizate. Amplitudinea acestor semnale este direct proporţională cu magnetizarea transversală ce caracterizează punctele de emisie, iar frecvenţa lor este egală cu frecvenţa de precesie Larmor . Pentru a putea obţine imaginea, ar trebui să obţinem poziţia acestor puncte şi contrastul lor . Dacă câmpul magnetic extern ar fi păstrat uniform, frecvenţa acestor semnale ar fi egale (frecvenţa Larmor corespunzătoare mişcării de spin fiind aceeaşi) . În aceste condiţii este practic imposibilă obţinerea de informaţii privind poziţia punctelor sursă . Aflarea poziţiei devine însă posibilă prin suprapunerea peste câmpul magnetic uniform, a unor gradienţi de câmp, orientaţi după anumite direcţii. În aceste condiţii frecvenţele de precesie Larmor ale zonelor analizate, diferă dea lungul direcţiei gradientului. Aplicând transformata Fourier asupra semnalului electric obţinut în acest caz, este posibilă extragerea frecvenţelor Larmor iar cunoscând gradientul se poate astfel determina poziţia punctelor . În felul acesta, s-ar obţine imaginea punctelor aflate de-a lungul direcţiei gradientului de câmp. Imaginile obţinute prin RMN sunt de două feluri: bidimensionale (2D) şi tridimensionale (3D). Unitatea de bază ce caracterizează o imagine 2D este pixelul, dimensiunea unei imagini fiind reprezentată de numărul de pixeli Nx şi Ny, existenţi după cele două direcţii transversale OX şi OY. Astfel o imagine de 256x256, înseamnă că este formată dintr -un număr de 64537 pixeli. Cu cât numărul punctelor ce intră în componenţa unei imagini este mai mare, cu atât spunem că rezoluţia spaţială este mai bună. Atunci când aceşti pixeli au şi o a treia dimensiune se obţine unitatea de bază a Page 9 of 20
unei imagini 3D, numită voxel. În ceea ce priveşte dimensiunile acestor unităţi, ele sunt corelate cu dimensiunile câmpului de vedere imagistic şi respectiv cu grosimea d a secţiunii analizate . Astfel volumul unui voxel este: Volum_ voxel = d *
*
, unde Dx, Dy sunt dimensiunile câmpului de vedere după cele
două direcţii. În literatură acest termen este întâlnit sub denumirea FOV (field of view) şi este cuprinsa între 20-40 cm. El reprezintă de fapt dimensiunile regiunii din ţesutul investigat ce apare pe ecranul aparatului. Obţinerea unei imagini de calitate, necesită atât stabilirea unei rezoluţii spaţiale ridicate (prin creşterea numărului de pixeli după cele două direcţii) cât şi obţinerea unui raport semnal zgomot , SNR (signal/noise rate) cât mai mare. Măsurarea unei mărimi este în orice domeniu influenţată de o serie de factori perturbatori, de erori. Totalitatea acestor factori reprezintă, zgomotul (noise), care în cazul metodei MRI îşi face simţită prezenţa printr -o creştere a dimensiunii pixelilor . În literatura de specialitate din acest domeniu, fenomenul este întâlnit sub numele de „creşterea granulaţiei” fiind datorat acţiunii a două cauze principale:
Mişcarea aleatoare a ionilor moleculari, ce intră în componenţa corpului uman ( o sarcină încărcată electric aflată în mişcare generează câmp electromagnetic).
Rezistenţa electrică a bobinelor de detecţie.
Zgomotul nu poate fi eliminat complet, astfel încât, se caută soluţii pentru ca semnalul util , emis de tranziţiile spinului nuclear , să fie mult mai mare decât semnalul perturbator , adică să avem un raport SN cât mai mare.
În imagistica medicală apare necesitatea de a obţine cât mai multe detalii dintr -o imagine. Acest lucru necesită micşorarea dimensiunilor câmpului vizual (Dx şi Dy) şi/sau creşterea numărului de pixeli după cele două direcţii (Nx şi Ny). Oricare din aceste două variante duce la o micşorare a raportului SN. De aceea, în funcţie de scopul urmărit de operator , pentru a nu micşora considerabil acest raport, se poate mări numărul de excitaţii , n. În acest caz va creşte timpul achiziţiei imaginii existând posibilitatea apariţiei unor erori datorate mişcării pacientului. O soluţie ar fi utilizarea unor tehnici rapide de achiziţie a imaginii. O altă problemă ce apare frecvent în metodele de imagistică medicală este existenţa art efactelor. Acestea reprezintă structuri ce apar pe imagine. Ele nu sunt datorate structurii anatomice a organelor investigate. În general ele apar prin mişcarea pacientului sau a existenţei unor mişcări fiziologice (mişcarea respiratorie, fluxul sanguin, mişcarea cordului). Deşi s-au dezvoltat diverse tehnici,
Page 10 of 20
eliminarea lor completă nu este posibilă . Esenţial este identificarea lor din imaginile RMI, evitând astfel stabilirea unui diagnostic medical eronat. Există două metode principale folosite în achiziţionarea unei imagini: metoda reconstrucţiei din proiecţie (proiection reconstruction – PR) şi metoda transformatei Fourier bidimensionale (2D FT). Prima dintre ele folosită in cazul CT , constă în achiziţionarea unor proiecţii ale obiectului investigat, urmată de refacerea imaginii tridimensionale prin folosirea unor algoritmi numerici speciali . Această metodă a fost folosită în primele încercări de obţinere a imaginilor prin rezonanţă magnetică. În general, se preferă metoda transformatei Fourier bidimensională, ce prezintă o serie de avantaje. Comparativ cu prima metodă, 2DFT este mai puţin influenţată de neomogenitatea câmpului magnetic, de existenţa artefactelor de mişcare, prezentând un raport SN mai bun. În cazul metodei 2DFT se achiziţioneză imagini plane. Selecţia unei secţiuni transversale se realizează prin aplicarea unui gradient de câmp Gz, orientat de-a lungul axei z. Ţinând cont că precisa Larmor depinde de valoarea inducţiei, spinii aflaţi de-a lungul acestei direcţii, vor avea propria frecvenţă de precesie. Pentru a realiza selecţia secţiunii A (de grosime ∆z), proba va trebui iradiată cu un puls RF de 90, ce va trebui sa aiba un spectru de frecvenţe cuprins între f1 şi f2 (adică să fie format dintr -o suprapunere de sinusoide cu frecvenţele cuprinse în acest interval). Aceste valori sunt de fapt frecvenţe Larmor ce corespund celor două feţe ale secţiunii considerate. Gradientul astfel aplicat de-a lungul direcţiei z, este numit gradient de selectarea a secţiunii (gradient slice selection). Practic, prin această operaţie are loc numai rotirea cu 90 a spinilor existenţi în secţiunea selectată, de aceea semnalele recepţionate vor proveni numai din această secţiune.
Grosimea feliei selectate este direct proporţională cu lărgimea de bandă a pulsului RF şi invers proporţională cu gradientul de câmp. De aceea modificarea acestora duce la creşterea sau micşorarea ei. Dacă undele emise au aceeaşi frecvenţă, imaginea nu poate fi obţinută. Reprezentând frecvenţa, faza într-un spaţiu bidimensional (plan) se obţine „spaţiul K”. Folosind transformata Fourier, informaţia existentă în acest spaţiu este folosită pentru obţinerea unei imagini formată din Nx şi Ny pixeli . Pentru ca acest lucru să fie posibil o secvenţă de lucru se repetă pentru Ny valori distincte ale gradientului de codarea a fazei ( acest gradient duce la o modificarea ainducţiei şi implicit a frecvenţei Larmor de-a lungul axei Oy, spinii aflaţi în câmpuri magnetice mai intense se vor roti mai repede). În aceste condiţii timpul necesar obţinerii unei imagini devine: T=TR xNy x n unde n este numărul de excitaţii succesive. Deoarece reducerea zgomotului se poate efectua printr-un proces de mediere asupra semnalelor achiziţionate este de preferat a se realiza mai multe excitaţii . Astfel dacă timpul de repetiţie este de 1s , rezoluţia imaginii de 256x256 de puncte şi se realizează 2 excitaţii, timpul de o bţinere al acestor imagini este: T=2x256x1 = 512 secunde. Dacă este necesară obţinerea mai multor secţiuni, timpul total creşte considerabil. De aceea pentru micşorarea lui se preferă fie alegerea unei rezoluţii inferioare sau folosirea unor tehnici de achiziţie mult mai rapide. Page 11 of 20
În anumite cazuri este necesară suprimarea unor semnale provenite de la anumite ţesuturi. Este cazul grăsimilor a căror mişcare determină apariţia unor semnale nedorite (artefacte). De aceea s-a dezvoltat o tehnică de achiziţie inversie-reversie: IR (Inversion Recovery). Secvenţa Inversie –Reversie (IR) constă dintr -o succesiune de trei pulsuri: Un puls iniţial de ce va roti magnetizarea în sens invers câmpului magnetic (în acest caz magnetizarea va avea o valoare negativă)
Un puls de
ce va roti spinii cu 90 grade
Un puls de ce va determina ca şi în cazul secvenţei SE, o refazare a spinilor, în şi cel de se numeşte scopul producerii ecoului. Intervalul de timp dintre primul puls de timp de inversie (TI).
După încetarea acţiunii pulsului iniţial de, vectorul magnetizare, aflat în sens invers câmpului magnetic, se va roti din nou spre poziţia iniţială (paralelă). În cazul acestui proces la un moment dat el se va găsi în planul transversal . Dacă în acest moment este iniţiat pulsul de , spinii se vor roti spre direcţia câmpului şi vor da un semnal nul. Astfel prin alegerea corespunzătoare a timpului de inversie se poate anula semnalul ce provine de la un anumit ţesut. În cazul grăsimilor , folosirea unui timp de inversie scurt de aproximativ 150 ms anulează semnalul emis. Metoda este întâlnită în aceste condiţii sub numele de STIR ( Short TI Inversion Recovery). De asemenea, în anumite situaţii este necesară şi anularea semnalului provenit de la lichidul cefalorahidian, caz în care secvenţa se numeşte FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery). Dacă imaginea formată ţine cont de valorile negative ale magnetizării longitudinale spunem că avem o imagine reală. Imaginile reale ale unor ţesuturi, au un puternic contrast negru (magnetizări negative) şi alb în cazul magnetizărilor pozitive . Ţesuturile suprimate vor avea un constrast gri, asemănător imaginii de fond. În cazul imaginii modul, în formarea imaginii nu se ţine cont de semnul magnetizării longitudinale. Practic, contează numai modulul acestei mărimi iar ţesuturile suprimate vor avea un fond negru pe imaginea RM. Pregătirea probei pentru m ăsurătorile RMN
Chiar în condiţiile în care se dispune de un spectometru RMN multinuclear dotat cu toate accesoriile ce permit executarea experimentelor de rezonanţă multiplă şi acumularea spectrelor, precum şi oricare din artificiile instrumentale descrise mai sus, obţinerea unui spectru RMN utilizabil şi în general calitatea informaţiei analitice furnizate de spectru depinde într-o proporţie apreciabilă, adesea hotarâtoare, de modul de pregătire a probei. În cele ce urmează se vor trata problemele legate de acest subiect, examinându-se condiţiile pe care trebuie sa le îndeplinească proba supusă analizei. Page 12 of 20
Celula de masură
În practică totalitatea aparatelor RMN de uz curent, proba supusă analizei este conţinută într-un tub cilindric, confecţionat dintr-o sticlă de bună calitate, cu rezistenţă mecanică. Sticla trebuie să prezinte de asemenea calităţi termice satisfacatoare şi mai ales să fie lipsită de impurităţi paramagnetice. Tubul de analiză de regulă calibrat prin şlefuire în interior şi exterior, astfel ca rotirea să decurgă în condiţiile unei stabilităţi mecanice cât mai ridicate, iar înregistrarea propriu-zisă, precum şi intoducerea şi scoaterea din cavitatea de rezonanţă să se facă f ără riscul spargerii fiolei în aparat. Substanţa de analizat
În principiu, substanţa supusă analizei trebuie adusă în condiţiile de puritate care să ofere certitudinea că proprietăţile observate se datorează numai unei anumite specii moleculare şi pot fi corelate univoc cu structura acesteia. Această cerinţă î şi pătrează fireşte valabilitatea şi în cazul RMN, si trebuie îndeplinită cu deosebită scupulozitate dacă se urmăreşte chiar determinarea parametrilor spectrali RMN ca atare, cu scopuri de analiză structurala mai amănunţită sau pentru stabilirea unor valori de referinţă. Trebuie însă subliniat că RMN-ul prezintă, ca metodă de analiză, unele particularităţi foarte avantajoase, care atenuează severitatea condiţiilor de puritate impuse probei, in unele cazuri. Astfel, sensibilitatea relativă redusă a spectometriei RMN face ca spectrul obţinut de la o probă să reflecte aproape exclusiv, în multe cazuri, substanţa care reprezintă 80-90%din speciile moleculare prezente-impurităţile dau semnale abia diferenţiate faţă de zgomot. În plus, întocmai ca şi în spectometria IR, dar într-o măsură mult mai mare, semnalele de absorbţie caracteristice ale unei serii întregi de compuşi străini, care, eventual, pot totaliza sensibil 50% din amestecul analizat. De aceea, contrar opiniei destul de răspandite, este mult mai raţional să se utilizeze intensiv specometrele RMN din dotarea laboratoarelor şi să se supună analizei şi probe din amestecurile brute de reacţie sau din diferitele etape intermediare ale proceselor de izolare a compuşilor utili din produşi naturali. Mai ales atunci cand substanţele sunt solubile în sovenţi curent accesibili(tetraclorura sau sulfura de carbon) şi nu necesită medii derutante, un spectru f ăcut la timp poate scuti zile întregi de prelucrare a unor produse de reacţie care se soldează uneori cu concluzia că substanţa c ăutată nici nu era prezentă în materialul brut. Spectometrul RMN este prin excelenţă un aparat de anliză structurală şi acest gen de probleme, unde dă rezultate aproape neîntrecute, trebuie desigur să aibă prioritate, dar pe lângă acestea se pot executa, cu eficienţă economică globală deosebită, şi analize de detectare a unor grupe funcţionale, elemente structurale sau compuşi chimici pe parcusrul lucrărilor curente, având în vedere rapiditatea, selectivitatea şi caracterul nedestructiv al acestei metode. În mod curent, cantităţile de substanţă necesare pentru analiză sunt de ordinul a 50-100 mg.
Page 13 of 20
Solvenţii
Imagistica prin rezonanţă magnetică (IRM) este cea mai utilizată metodă imagistică: vizualizează structura creierului în toată complexitatea sa precum si bolile care îl pot afecta . Progresele medicale recente s-au concretizat într-o metoda nouă de vizualizare a anatomiei umane, de cea mai mare profunzime şi acurateţe înregistrate până acum. Rezonanţa magnetică nu foloseşte razele X, ci examinează comportamentul protonilor în contact cu moleculele de grăsime şi apă din diferite ţesuturi . Protonii se magnetizează când sunt plasaţi într -un câmp magnetic de 15-20000 de ori mai puternic decât câmpul magnetic terestru, acest fapt determinând modificări cuantificabile ale moleculelor de hidrogen din organism. Energia de radio-frecvenţă sub forma undelor radio, stimulează protonii care vor emite semnale de putere foarte mică.
Aceste semnale sunt amplificate şi transformate în imagini digitale de un computer de mare putere. Prin desincronizarea pulsurilor de unde radio, se obţin o serie de secvenţe imagistice în diferite planuri. Examinarea RMN permite evaluarea directă a creierului nu numai in planul transversal utilizat de CT, dar si in plan sagital sau frontal. Medicul poate varia grosimea secţiunilor în funcţie de obiectul investigaţiei, în mod curent între 2-10 mm. Creşterea grosimii determină scăderea calităţii imaginii şi favorizează apariţia artefactelor (imagini false). Pentru vizualizarea integrală a creierului poate fi nevoie de până la 30 de secţiuni. Imaginile de rezonanţă magnetică sunt apoi analizate în mod sistematic, pentru observarea prezenţei unor eventuale afecţiuni sau anomalii cerebrale. Deşi este foarte scumpă în comparaţie cu alte metode imagistice , de exemplu radiografia simplă, această metodă imagistică furnizează mai multe informaţii decât orice alt tip de investigaţie radiologică şi este utilă în mod special în examinarea celui mai complex dintre organe, adică creierul. IRM este utilă mai ales pentru că furnizează imagini de înaltă vizibilitate ale ţesuturilor moi , care nu sunt detectate ca atare de radiografii sau imaginile CT (computer tomograf). La nivel cerebral examinarea IRM poate face distincţia între substanţa albă cu conţinut relativ de gră sime, substanţa cenuşie cu conţinut mai ridicat de apă şi fasciculele nervoase mai structurate ale măduvei spinării. Structurile dense, cum ar fi oasele nu se văd pe imaginile RMN şi de aceea reprezintă o metodă ideală de explorare şi analizare a interiorului cutiei craniene şi a coloanei vertebrale.
O malformaţie arterio-venoasă (MAV) se localizează de obicei la suprafaţa creierului. Cel mai adesea venele se dilată foarte mult pentru că sunt supuse unei presiuni sangvine ridicate , prezentă în mod normal numai la nivelul arterelor. Vasele astfel modificate pot comprima zonele vitale ale creierului, determinând în acest fel apariţia unor simptome cracteristice, ca de exemplu convulsiile. Hemoragiile produse la nivelul vaselor dilatate, care inundă ţesutul cerebral din jur , pot avea un efect catastrofal prin producerea de leziuni cerebrale extinse, termenul folosit în mod usual pentru o hemoragie cerebrală fiind cel de “accident vascular”.
Page 14 of 20
Tulburările neurologice se manifestă adesea prin simptome de tipul durerilor de cap, vertij şi accidente vasculare sau atacuri tranzitorii determinate de obstrucţiile de la nivelul vaselor de sânge. IRM este foarte utilă pentru vizualizarea următoarelor afecţiuni: Tumori ale creierului şi ale măduvei spinăr ii; acestea includ meningioamele şi sarcoidoza leptomeninegeală (care ia naştere de la nivelul învelişurilor fibroase ale creierului)
Anomalii vasculare şi anatomice ca accidentul vascular, hemoragiile şi hidrocefalia, afecţiune caracterizată printr -un exces de lichid în jurul creierului.
Afectările tecii de mielină, prin care sunt distruse fibrele din jurul celulelor nervoase, ca în scleroza multiplă.
Avantaje majore
O imagine precisă a organismului: RMN-ul permite obţinerea unei imagini de bună calitate, în planuri multiple, in două sau trei dimensiuni. Aproape toate părţile corpului pot fi distinse: organele toracelui (inima, plămânii, bronhiile, pleura, etc.), organele digestive (ficatul, splina, pancreasul, căile biliare, intestinul, colonul, rectul, etc.), organele genitor-urinare (rinichii, ovarele, uterul, prostata, sânul, etc.), coloana vertebrală si măduva spinării. RMN-ul furnizează informaţii cu privire la anatomie: dimensiunea şi volumul organelor, punerea în evidenţă a tumorilor, dimensiunea lor şi, eventual, natura lor (canceroasă sau benignă).
RMN-ul permite detectarea malformaţiilor, a inflamaţiilor, a hematoamelor în formare. RMN-ul este deosebit de util pentru studiul ţesuturilor moi, al tendoanelor, al ligamentelor, al muşchilor care nu pot fi observaţi complet cu ajutorul imagisticii obişnuite. Astfel, este posibilă stabilirea cauzei unei dureri la nivelul unei articulaţii. Aceasta este una dintre cele mai bune metode de examinare în vederea diagnosticării traumatismelor legate de practicarea unui sport. Principalele informaţii obţinute
hemoragii, senilizare, tumori (creier);
scleroza în plăci (măduva spinării);
hernia de disc, patologia infecţioasă (coloana vertebrală);
probleme diverse la nivelul articulaţiilor (umeri, coate, pumni, şolduri, genunchi, glezne).
tulburări arteriale (arterele cerebrale, cervicale etc).
RMN-ul furnizează informaţii preţioase în cazul problemelor cardiace şi vasculare. Este de asemenea, posibilă îmbunătăţirea depistării unei patologii, cum ar fi tumorile, prin injectarea Page 15 of 20
intravenoasă a unui produs de contrast: Gadolinium. Un alt avantaj major îl reprezintă inocuitatea acestei tehnici care utilizează un principiu fizic neinvaziv, care nu produce radioactivitate; în radiologia clasică, sunt utilizate razele X şi razele gama, care sunt radioactive. În cazul RMN-ului nu există nici un risc de iradiere. Contraindicaţii şi precauţii de utilizare
În măsura în care RMN-ul utilizează un câmp magnetic puternic, nici un obiect metalic sau feromagnetic nu trebuie să pătrundă în sala de examinare (cum ar fi: cesuri, bijuterii, plăci osoase, implanturi, corpuri străine metalice intraoculare, etc.). Anumite persoane sunt incompatibile cu efectuarea unui RMN, şi este deci necesar să ne asigurăm de acest lucru. Persoanele care au stimulatoare cardiace, valve cardiace metalice, pompe cu insulină, nu pot beneficia de această tehnică (puterea magnetului ar putea determina dereglare, şi chiar oprirea stimulatorului cardiac). De asemenea nervozitatea pacientului este un factor important deoarece cea mai mică mişcare poate cauza o imagine de proastă calitate şi a sta închis într-un cilindru pe toată perioada examinării (între 30-50 minute), suportând un zgomot puternic, poate fi dificil pentru unii pacienţi. Se propune introducerea unor căşti la care să se poată asculta muzică, dar chiar şi aşa, anumite persoane nu pot face faţă unei astfel de încercări. De asemenea, claustrofobia reprezintă un factor de limitare, deoarece persoana trebuie să stea întinsă într-un tunel strâmt. În prezent există aparate care nu sunt închise, fiind astfel mai puţin “sufocante”. Nu în ultimul rând obezitatea poate limita accesul în tunelul foarte strâmt. Costul mediu al unui examen medical este de aproximativ 250 de euro. Perioada de aşteptare este, în medie, 14 zile. Costurile acestor aparate (între 800.000 şi 1.000.000 de euro), precum şi costurile legate de întreţinerea lor sunt foarte mari, limitând astfel achiziţionarea acestora. 4. A PARATUL PET/CT
Combină tomografia computerizată şi tomografia cu emisie de pozitroni, cu aplicaţii deosebite mai ales în domeniul oncologiei, cu ajutorul căruia bolnavii pot fi acum diagnosticaţi cu o mai mare acurateţe. PET-ul oferă medicului informaţia pe care tomografia computerizată nu o poate aduce. Este vorba despre detalii legate de metabolismul unor organe sau al unor tumori. Studiul PET începe cu injectarea intravenoasă a unei substanţe pe bază de glucoză ce se ataşează de izotopul fluor18. Ţesuturile active din punct de vedere metabolic sau cele cu rata de multiplicare anormal crescută (tumorile) consumă zahărul radioactiv în cantitate mult crescută faţă de alte ţesutur i sau organe. Acumularea radiotrasorului duce la emisia de radiaţii gamma care sunt transformate de computer în imagini. Aceste imagini indică zonele “fierbinţi” din punct de vedere metabolic, semnalând ţesuturile cu activitate metabolică crescută. Page 16 of 20
Cu a jutorul acestei metode de investigare se pot diagnostica cu o acurateţe mult mai mare diferite cancere, se poate observa localizarea, mărimea şi răspândirea tumorilor cu mai multă precizie şi se poate stabili tratamentul cel mai bun. Urmărirea recidivelor este mult mai uşoară apelând la scanarea PET.
Printre tipurile de cancer ce pot fi diagnosticate şi evaluate cu această tehnologie se numără cancerul de sân, cancerele digestive (esofagian, gastric, de colon), genitale (col, ovar, endometrial), cancerul pulmonar, limfoamele şi cancerele osoase. Alte ramuri medicale în care PET/CT şi-a găsit aplicabilitatea sunt neurologia şi cardiologia. În domeniul neurologiei metoda poate diagnostica focarele epileptice şi poate stabili necesitatea tratamentului chirurgical, boala Alzheimer etc. În cardiologie PET/CT este folosit petru studiul inimii, pentru diagnosticul afecţiunilor coronariene şi bolilor miocardice. Investigaţia PET/CT nu este o examinare care se face de rutină , ci numai la indicaţia precisă a medicului, dacă celelalte teste nu au fost concludente (fiind foarte scumpă).
CT şi IRM oferă informaţii de ordin morfologic, permiţând stadializarea unor tumori ale pancreasului. PET, prin evaluarea cu o sensibilitate înaltă a gradului de malignitate a condus, în ultimii ani, la o stadializare mai precisă. Limitele explorărilor PET sunt reprezentate de fixarea nespecifică a radiofarmaceuticului la nivelul leziunilor de tip inflamator (pancreatită acută) şi de lipsa informaţiilor de tip morfologic/ anatomic, tehnica fiind cu precădere una funcţională.
Imagistica de fuziune digitală este capabilă de a suprapune informaţii obţinute prin două sau mai multe tehnici imagistice, combinând avantajele fiecăreia. Pentru practica clinică a adus o creştere a sensibilităţii şi specificităţii diagnosticului . Cel mai important câştig al acestei tehnici este posibilitatea de a corela în acelaşi timp datele de morfologie macroscopică (structuri anatomice vizibile CT) cu informaţii de tip funcţional (hipercaptarea radiofarmaceuticului din PET). PET-ul (Positron Emission Tomography) este o tehnică a medicinii nucleare care produce imagini tridimensionale a proceselor funcţionale ale corpului ca circulaţia sângelui, utilizarea oxigenului, metabolismul glucozei. PET-ul (tomograful cu emisie de pozitroni) este un aparat cu un dispozitiv de scanare rotund cu un orificiu în mijloc similar CT-ului sau RMN-ului. Înăuntrul aparatului sunt multiple „inele detectoare” (care detectează pozitronii-particule subatomice). Acestea î nregistrează emisia energiei produsă de radiotrasorul din corpul pacientului (pentru creier se foloseşte frecvent TRIUMF adică 2-fluoro-2-deoxiD-Glucoza (FDG), dar şi glucoza, oxigenul sau carbonul-substanţe care sunt folosite în mod natural în procesele metabolice; alte substanţe care pot fi utilizate mai ales pentru ţinerea sub observaţie a circulaţiei sângelui sunt azotul sau galiul ). Un computer înregistrează imaginile obţinute de la scanerul PET-ului. Page 17 of 20
PET şi PET/CT sunt utilizate în: 1. 2. 3. 4. 5.
detectarea cancerului; identificarea metastazelor; evaluarea eficienţei unui tratament (de exemplu tratamentul cancerului); identificarea recidivelor unui anumit tip de cancer după ce pacientul a urmat un tratament; ţinerea sub observaţie a circulaţiei sângelui către inimă, a funcţionării normale a cordului precum şi a creierului; 6. determinarea efectelor atacului de cord, a infarctului miocardic asupra unor zone ale inimii; 7. identificarea unor zone a cordului unde ar putea să se execute anumite proceduri ca angioplastia sau bypass-ul arterelor coronare; 8. evaluarea bolilor creierului precum tumorile, tulburările de memorie, crizele sau alte tulburări ale sistemului nervos central. De asemenea PET-ul mai poate fi utilizat: 1. pentru detectarea unor boli precum Alzheimer, Parkinson, boala Huntington, epilepsia sau accidentul vascular cerebral; 2. pentru localizarea celor mai bune zone ale creierului favorabile unor proceduri chirurgicale; 3. evaluarea creierului în urma unei traume pentru a detecta hematoamele, hemoragiile; 4. evaluarea în detaliu a unor leziuni ale plămânilor detectate la radiografii sau computer tomograf a toracelui; 5. pentru detectarea tumorilor mult mai devreme decât cu alte modalităţi de diagnostic.
Radiografiile produc imagini trimiţând raze X în corp dintr -o s ursă exterioară. Spre deosebire de acestea, procedurile medicinii nucleare utilizează material radioactiv numit radiotrasor care este injectat în circulaţia sangvină, înghiţit sau inhalat ca gaz. Acest material radioactiv se acumulează la nivelul unui organ sau a unei zone a corpului care va fi examinată, unde emite o cantitate mică de energie sub forma razelor gamma. O cameră gamma, scanerul PET, detectează energia şi cu ajutorul unui computer creează imagini oferind detalii atât asupra structurii, cât şi a funcţiei organului sau ţesutului în corpul pacientului (de exemplu oferă detalii fine a metabolismului glucozei în creier). Majoritatea procedurilor nucleare sunt nedureroase şi sunt rar asociate cu discomfort sau efecte secundare. Dacă radiotrasorul este administrat intravenos pacientul va simţi doar o înţepătură uşoară când acul este introdus în venă. De asemenea dacă materialul radioactiv este injectat în braţ pacientul poate simţi o senzaţie răcoroasă, care însă nu are efecte secundare. Dacă este înghiţit, radiotrasorul nu are gust, iar dacă este inhalat, pacientul nu va simţi nici o diferenţă faţă de aerul ambiental . În anumite proceduri, este introdus un cateter în vezica urinară care poate cauza un discomfort temporar . Este important ca pacientul să rămână nemişcat în timp ce se înregistrează imaginile . Deşi imagistica nucleară nu produce durere, ar putea să apară o stare de discomfort cauzată de faptul că pacientul trebuie Page 18 of 20
să stea nemişcat sau într -o anumită poziţie pentru a fi înregistrate imaginile. Dacă pacientul este claustrofob, ar putea să aibă o stare de anxietate în timpul scanării. Cantitatea mică de radiotrasor din corp se va pierde în scurt timp (în primele ore sau zile după testare) prin procese naturale (prin urină sau fecale). Este indicat ca pacientul să bea multă apă pentru ca materialul radioactiv să se elimine mai rapid . Beneficiile aparatului PET/CT:
imagistica nucleara oferă informaţii care nu pot fi obţinute cu alte proceduri;
prin identificarea schimbărilor la nivel celular , PET-ul poate detecta mai devreme decât MRI-ul sau CT-ul anumite convulsii sau boli;
este utilizat de peste cinci decenii şi nu s -au raportat reacţii adverse pe termen lung deoarece dozajul materialului radioactiv este foarte mic;
nivelul de acurateţe creşte deoarece ambele scanări sunt făcute în acelaşi timp fără ca pacientul să-şi schimbe poziţia; asta înseamnă că posibilitatea de eroare va fi mai mică;
Riscuri şi dezavantaje:
reacţii alergice (rare);
injectarea radiotrasorului poate cauza o uşoară durere sau roşeaţă care vor trece însă rapid;
femeile ar trebui sa informeze radiologul dacă este însărcinată sau dacă alăptează;
tehnicile PET sunt foarte scumpe şi nu sunt compensate.
Scanarea PET poate da rezultate false dacă balanţele chimice din corp nu sunt normale. De exemplu, pentru pacienţii diabetici sau pentru cei care au mâncat cu câteva ore înainte de examinare rezultatele testelor pot fi afectate datorită concentraţiei de glucoză din sânge sau a nivelului sangvin de insulină. PET-ul este folosit în oncologie, cardiologie (pentru determinarea aterosclerozei sau altor boli vasculare, de exemplu aşa-numitul „miocard hibernal” sau atacul de cord), neurologie, neuropsihologie (pentru a examina procesele psihologice sau alte tulburări ale activităţii creierului), psihiatrie (pentru determinarea schizofreniei, tulburărilor de stare), farmacologie (medicamente noi care sunt testate pe animale -în special şobolani sau maimuţe- şi cu ajutorul aparatului PET sunt studiate efectele acestora).
Page 19 of 20
5. B IBLIOGRAFIE
Ioan Silberg-Spectometria RMN a compusilor organici, Editura Dacia, 1978 J. Neamtu, P. G. Anoaica-Aplicatii ale radiariitlor electromagnetice in domeniul medical, Editura Medicala Universitara, 2006 Ioana Gabriela Lupescu, Dragos Cuzino-Rezonanta magnetica hepato-bilio-pancreatica,
Editura Universitara „Carol Davila”, 2003 Zoia Stoica-Imagistica prin computer tomograf si rezonanta magnetica, Editura Medicala Universitara, 2005
Revista “Interiorul Corpului Uman” , Nr.10 , ISSN 1791-6011, editura “DeAgostini” Revista “Corpul Omenesc”, editura “Editions Atlas” http://en. wikipedia. org/wiki/Positron_emission_tomography http://www. radiologyinfo. org/en/info. cfm?PG=pet http://www. healthsystem. virginia. edu/UVaHealth/adult_radiology/pet. cfm http://legacyweb. triumf. ca/welcome/petscan. html
Page 20 of 20
