ΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΟΥΡΟΓΡΑΦΙΑ: ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΣΕ ΣΤΑΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΜΕΛΕΤΕΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΟΜΕΑΣ ΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΑΣ, ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΔΙΕΥΘΥΝΤΡΙΑ: ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΡΙΑ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ Ε. ΜΟΛΥΒΔΑ- ΑΘΑΝΑΣΟΠΟΥΛΟΥ ΠΑΝΕΠ. ΕΤΟΣ ΑΡΙΘΜ ΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΟΥΡΟΓΡΑΦΙΑ: ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΣΕ ΣΤΑΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΜΕΛΕΤΕΣ ΜΑΡΙΑΣ ΚΑΡΑΒΕΛΗ ΦΥΣΙΚΟΥ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΦΥΣΙΚΟΥ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΥΠΟΒΛΗΘΗΚΕ ΣΤΟ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΤΟΥ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2011

2 Η ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΚΥΡΙΑΚΟΣ ΨΑΡΡΑΚΟΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΣ ΣΙΟΥΝΤΑΣ, ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΧΑΡΙΤΑΝΤΗ ΑΦΡΟΔΙΤΗ, ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ Η ΕΠΤΑΜΕΛΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΠΙΣΤΕΥΟΥ-ΓΟΜΠΑΚΗ ΚΥΡΙΑΚΗ, ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΜΩΡΑΛΙΔΗΣ ΕΥΣΤΡΑΤΙΟΣ-ΙΟΡΔΑΝΗΣ, ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΙΑΚΩΒΟΥ ΙΩΑΝΝΗΣ, ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΑΔΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Η έγκριση της διδακτορικής διατριβής από την Ιατρική Σχολή του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωμών του συγγραφέα. Νόμος 5343/32, αρθρ και ν. 1268/82, αρθρ

3 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΡΟΕΔΡΟΣ ΤΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΝΤΟΜΠΡΟΣ 3

4 4

5 Στη Νεφέλη και την Ηλέκτρα «Alice: And how many hours a day did you do lessons? The Mock Turtle: Ten hours the first day, nine the next, and so on. Alice: What a curious plan! The Gryphon: That's the reason they're called lessons, because they lessen from day to day.» Lewis Carol Η Αλίκη στη χώρα των θαυμάτων. 5

6 6

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Συντομογραφίες.. 1 Πρόλογος 3 ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Ιστορική ανασκόπηση....9 Γενικές αρχές μαγνητικής τομογραφίας...13 Μαγνητικός τομογράφος..33 Ουροποιητικό σύστημα 45 Μαγνητική ουρογραφία 59 Σκοπός της μελέτης..83 ΕΙΔΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Υλικό 87 Μέθοδος...97 Αποτελέσματα. 117 Συζήτηση. 149 Συμπεράσματα 169 Περίληψη 171 Summary. 173 Βιβλιογραφία

8 8

9 ΣΥΝΤΟΜΟΓΡΑΦΙΕΣ ΑΕΣ: Άπω Εσπειραμένο Σωληνάριο ΕΕΣ: Εγγύς Εσπειραμένο Σωληνάριο ΚΑ: Καρβονική Ανυδράση ΚΟΠ: Κυστεοουρητηρική Παλινδρόμηση ΚΟΥΣ: Κυστεοουρητηρική Συμβολή Ρ/Φ: Ράδιοφάρμακο ΣΚΟΥΣ: Στένωση Κυστεοουρητηρικής Συμβολής ΣΠΟΥΣ: Στένωση Πυελοουρητηρικής Συμβολής ΧΝΑ: Χρόνια Νεφρική Ανεπάρκεια ΩΠ: Ωσμωτική Πίεση ADC: Analog to Digital Converter (μετατροπέας αναλογικού σήματος σε ψηφιακό) ADH: Anti-Diuretic Hormone (αντιδιουρητική ορμόνη) CT: Computed Tomography (υπολογιστική τομογραφία) CTT: Calyceal Transit Time (χρόνος καλυκικής διέλευσης) DMSA: Tc-99m-Di-Mercopto-Succinic-Acid DTPA: Tc-99m-Diethylene-Triamine-Penta-Acetic acid DRF: Differential Renal Function (διαφορική νεφρική λειτουργία) DRS: Differential Renal Scintigraphy (διαφορική νεφρική σπινθηρογραφία) ECHO: Υπερηχογράφημα EPI: Echo-Planar Imaging (απεικόνιση επίπεδης ηχούς) FAME: Fast Acquisition with Multiphase Efgre FSE: Fast spin-echo FT: Fourier Transformations (μετασχηματισμοί Fourier) FID: Free Induction Decay (εξασθένιση ελεύθερης επαγωγής) FOV: Field of view (εύρος πεδίου) GE: General Electric GRE: Gradient Echo (ακολουθία βαθμιδωτής ηχούς) GFR: Glomerular Filtration Rate (ρυθμός σπειραματικής διήθησης) Gd-DTPA: Gadolinium DTPA (Γαδολίνιο DTPA) 1

10 HASTE: Half-Fourier acquisition single-shot turbo spin-echo IR: Inversion Recovery (ακολουθία ανάκτησης αναστροφής) LAVA: Liver Acquisition with Volume Acceleration LDL: Low Density Lipoprotein (Χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτεΐνη) MAG-3: Tc-99m-Mercapto-Acetyl-tri-Glycine MIP: Maximum Intensity Projections (προβολές μέγιστης έντασης) MR: Magnetic Resonance (μαγνητικός συντονισμός) MRA: Magnetic Resonance Angiography (μαγνητική αγγειογραφία) MRI: Magnetic Resonance Imaging (μαγνητική τομογραφία) MRU: Magnetic Resonance Urography (μαγνητική ουρογραφία) NMR: Nuclear Magnetic Resonance (πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός) psrf: Patlak-SRF (SRF υπολογισμένη από τα διαγράμματα Patlak) RARE: Rapid acquisition with relaxation enhancement RF: Radio Frequency (ραδιοσυχνότητα) ROI: Region Of Interest (περιοχή ενδιαφέροντος) RTT: Renal Transit Time (χρόνος νεφρικής διέλευσης) SE: Spin Echo SNR: Signal-to-Noise Ratio (ρυθμός σήματος-θορύβου) SR: Saturation Recovery (ακολουθία ανάκτησης κορεσμού) SRF: Split Renal Function SSFSE: Single shot fast spin-echo ΤΕ: Time-to-Echo (χρόνος μεταξύ ηχούς) THRIVE: T1-weighted High-Resolution Isotropic Volume Examination TR: Repetition Time (χρόνος επανάληψης) TSE: Turbo spin-echo VIBE: Volumetric Interpolated Breath-hold Examination vsrf: volumetric-srf (ογκομετρική SRF) 2

11 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η μαγνητική ουρογραφία (Magnetic resonance urography - MRU), είναι μία σχετικά καινούρια τεχνική που έχει ξεκινήσει να εφαρμόζεται επίσημα τα τελευταία 20 περίπου χρόνια. Σημαντικά πλεονεκτήματά της είναι ότι δε χρησιμοποιεί ιοντίζουσα ακτινοβολία και δεν είναι επεμβατική. Για τους δύο αυτούς σημαντικούς λόγους θεωρείται ιδανική για παιδιατρικούς ασθενείς. Η μεγάλη πρόκληση όμως είναι να αποδείξει ότι σαν απεικονιστική τεχνική μπορεί να παράγει τα ίδια, αν όχι και καλύτερα, αποτελέσματα από τις συμβατικές διαγνωστικές μεθόδους. Τα τελευταία χρόνια πραγματοποιείται μια κολοσσιαία προσπάθεια από τη διεθνή κοινότητα να εντοπίσει τα όρια και τις δυνατότητες της MRU και να προτείνει πρωτόκολλα για την εφαρμογή της. Οι πρώτες πληροφορίες που προσέφερε η MRU ήταν ανατομικές, αφού η χωρική και χρονική διακριτική της ικανότητα είναι εξαιρετική. Σε συνδυασμό με την δυνατότητά της να παράγει εικόνες υψηλής αντίθεσης των μαλακών μορίων, παρήγαγε εικόνες υψηλής ευκρίνειας του ουροποιητικού συστήματος των παιδιών. Εκτός όμως από τις ανατομικές εικόνες, η MRU προσέφερε και λειτουργικές πληροφορίες για την αιμάτωση, συγκέντρωση και απέκκριση κάθε νεφρού. Ο ρόλος της MRU όμως έγινε σημαντικός όταν προέκυψαν τα πρώτα ποσοτικά στοιχεία που έδειξαν ότι οι δυνατότητες της MRU δεν είχαν διερευνηθεί πλήρως. Πραγματοποιήθηκαν μελέτες που έδειξαν άμεση συσχέτιση της νεφρικής λειτουργίας που προέκυπτε από την MRU και τις ραδιοϊσοτοπικές μελέτες. Δημιουργήθηκαν μαθηματικά μοντέλα για τον υπολογισμό με MRU του ρυθμού σπειραματικής διήθησης, της ανεξάρτητης νεφρικής λειτουργίας κάθε νεφρού και της διαφορικής νεφρικής λειτουργίας. Από τις καμπύλες έντασης σήματος-χρόνου, 3

12 προέκυψαν καινούριες ποσότητες που μπορούσαν να προσφέρουν μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα για τη λειτουργία του ουροποιητικού συστήματος στα παιδιά, όπως ο χρόνος καλυκικής διέλευσης και ο χρόνος νεφρικής διέλευσης. Οι καμπύλες έντασης σήματος-χρόνου μελετήθηκαν διεξοδικά γεννώντας καινούρια δεδομένα που επηρέασαν τα αρχικά πρωτόκολλα, κυρίως για την επιλογή της δόσης του σκιαστικού που χρησιμοποιείται καθώς και της γωνίας εκτροπής των πρωτονίων. Τα τελευταία χρόνια έχουν προταθεί διάφορα πρωτόκολλα για την MRU, καθένα από τα οποία υπόσχεται καλύτερη απεικόνιση, ευκολία στην εφαρμογή, λιγότερο χρόνο εξέτασης ή και καλύτερα ποσοτικά αποτελέσματα. Για όλα αυτά τα πρωτόκολλα γίνονται πάντα διαφόρων ειδών συμβιβασμοί έτσι ώστε το εκάστοτε πρωτόκολλο να ικανοποιεί τις προσδοκίες του εκάστοτε μελετητή ή κλινικής. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η δημιουργία ενός πρακτικού και τυποποιημένου πρωτοκόλλου, το οποίο να δοκιμαστεί και να επιβεβαιωθεί η λειτουργικότητά του. Μέχρι σήμερα δεν υπάρχει παρόμοια μελέτη στην ελληνική βιβλιογραφία. Η παρούσα μελέτη αποτελείται από δύο μέρη το γενικό και το ειδικό. Στο γενικό μέρος αναφέρονται η ιστορία της μαγνητικής τομογραφίας, οι βασικές αρχές λειτουργίας της μαγνητικής τομογραφίας, η ανατομία και φυσιολογία του ουροποιητικού συστήματος και οι βασικές αρχές της MRU. Περιγράφεται αναλυτικά ο μαγνητικός τομογράφος και οι ακολουθίες που χρησιμοποιούνται και δίνεται έμφαση στα τεχνικά χαρακτηριστικά που απαιτούνται για την πραγματοποίηση μίας MRU. Στο ειδικό μέρος περιγράφονται οι ασθενείς που αποτέλεσαν το υλικό της μελέτης καθώς και το μηχάνημα το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την πραγματοποίηση του πρωτοκόλλου. Επίσης αναλύεται η μέθοδος και το πρωτόκολλο το οποίο 4

13 δημιουργήθηκε για τις ανάγκες της παρούσας διατριβής. Ακολουθεί η περιγραφή των ανατομικών και λειτουργικών-ποσοτικών αποτελεσμάτων που προέκυψαν από το πρωτόκολλο που εφαρμόστηκε. Στη «συζήτηση» σχολιάζονται τα αποτελέσματα και συγκρίνονται με τα σχετικά της διεθνούς βιβλιογραφίας. Τέλος, παρατίθεται η περίληψη στην ελληνική και την αγγλική γλώσσα, καθώς και η βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε. Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον επιβλέποντα Καθηγητή κ. Κυριάκο Ψαρράκο, για την ανάθεση του θέματος και την καθοδήγησή του. Ευχαριστώ θερμά την Καθηγήτρια κ. Αφροδίτη Χαριτάντη, η οποία συνείσφερε σημαντικά με τις υποδείξεις της στη συγγραφή αυτής της διατριβής καθώς και τον Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Αναστάσιο Σιούντα για όλη του τη βοήθεια. Ευχαριστώ επίσης θερμά τον κ. Ιωάννη Καλαϊτζόγλου για τη πολύτιμή του βοήθεια στο τεχνικό μέρος καθώς και τον Καθηγητή κ. Αθανάσιο Δημητριάδη για τη σημαντική του βοήθεια καθ όλη τη διάρκεια της παρούσας διατριβής,. Ιδιαίτερα θα ήθελα να ευχαριστήσω τη μητέρα μου, Καθηγήτρια Παιδιατρικής, Μαγδαληνή Γκατζόλα, για την υποστήριξη και τις πολύτιμες συμβουλές της, για την όσο το δυνατόν καλύτερη συγγραφή και παρουσίαση αυτής της μελέτης, καθώς και για τις ατελείωτες ώρες επεξήγησης της λειτουργίας του ουροποιητικού συστήματος. Τέλος, οφείλω να ευχαριστήσω θερμά το σύζυγό μου, Μιχάλη Μπελή, για τη συνεχή του υποστήριξη και υπομονή, χωρίς τη βοήθεια του οποίου δεν θα είχα καταφέρει να αποπερατώσω σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα την παρούσα διατριβή. 5

14 6

15 ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 7

16 8

17 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Η ανακάλυψη του Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού Η μαγνητική τομογραφία (Magnetic Resonance Imaging - ΜRΙ) αποτελεί σήμερα μία από τις πιο σημαντικές τεχνικές διαγνωστικής απεικόνισης. Η MRI είναι σχετικά καινούρια τεχνολογία και βασίζεται στο φαινόμενο του Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (Nuclear Magnetic Resonance - NMR), το οποίο ανακαλύφθηκε ανεξάρτητα από τους Purcell 1 και Bloch 2 το Ο Bloch στο πανεπιστήμιο του Stanford και ο Purcell στο πανεπιστήμιο του Harvard, παρατήρησαν ότι όταν συγκεκριμένοι πυρήνες τοποθετούνται σε μαγνητικό πεδίο απορροφούν ενέργεια στο εύρος της ραδιοσυχνότητας (radiofrequency RF) του πεδίου, την οποία επανεκπέμπουν όταν επιστρέφουν στην κατάσταση ισορροπίας τους. Η σχέση μεταξύ της έντασης του μαγνητικού πεδίου και της ραδιοσυχνότητας ήταν ήδη γνωστή από τον Ιρλανδό φυσικό Sir Joseph Larmor 3 ( ), η οποία φέρει και το όνομά του (εξίσωση Larmor). Το φαινόμενο αυτό ονομάστηκε πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός για τον εξής λόγο: πυρηνικός γιατί οι πυρήνες συγκεκριμένων ατόμων λειτουργούσαν μ' αυτό τον τρόπο μαγνητικός γιατί είναι απαραίτητη η ύπαρξη μαγνητικού πεδίου συντονισμός λόγω της άμεσης εξάρτησης της συχνότητας με το μαγνητικό πεδίο Με την ανακάλυψη αυτή γεννήθηκε και η φασματοσκοπία NMR. Για την ανακάλυψή τους αυτή οι Bloch και Purcell βραβεύτηκαν με το Νόμπελ Φυσικής το ,5. Ο Dr Isidor Rabi 6, ο οποίος βραβεύτηκε με το Νόμπελ Φυσικής το 1944 για 9

18 την εφεύρεση της μεθόδου συντονισμού με σκοπό την καταγραφή των μαγνητικών ιδιοτήτων των ατομικών πυρήνων, είχε παρατηρήσει το φαινόμενο NMR στα τέλη του 1930, αλλά το θεώρησε ως ψεύτικη ένδειξη (artifact) του μηχανήματός του και το απέρριψε. Μεταξύ 1950 και 1960 η φασματοσκοπία NMR έγινε συνήθης πρακτική για τη μη καταστροφική ανάλυση μικρών δειγμάτων. Στα τέλη του 1960 ο Raymond Damadian 7, στο πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, απέδειξε ότι μία ακολουθία συντονισμού NMR για τους ιστούς, που ονομάστηκε Τ1 χρόνος χαλάρωσης, η οποία μετρήθηκε in vitro, ήταν αρκετά υψηλότερη σε δείγματα όγκων απ' ό,τι σε φυσιολογικούς ιστούς. Η δημοσίευσή του αυτή το 1971 στο περιοδικό Science αποτελεί την πρώτη αναφορά σε σήματα μαγνητικού συντονισμού (magnetic resonance MR) που προέρχονται από βιολογικό ιστό και αποτελεί την απαρχή της απεικόνισης MRI. Ένα χρόνο αργότερα ο Damadian έκανε αίτηση στο γραφείο ευρεσιτεχνιών της Αμερικής για την πραγματοποίηση της πρώτης απεικόνισης με σήματα MR και η αίτησή του έγινε δεκτή 8. Η ανακάλυψη της Μαγνητικής Τομογραφίας Στις 16 Μαρτίου του 1973, ο Paul Lauterbur 9, καθηγητής χημείας στο πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, δημοσίευσε ένα άρθρο στο περιοδικό Nature σχετικά με το σχηματισμό εικόνας από σήματα MR. Αρχικά η δουλειά του θεωρήθηκε άνευ σημασίας και κινδύνευσε να μη δημοσιευτεί στο περιοδικό. Στο άρθρο του αυτό ο Lauterbur περιγράφει μια καινούρια τεχνική απεικόνισης, την οποία ονομάζει "ζευγοματογραφία' (zeugmatography) από την ελληνική λέξη "ζεύγος". Η τεχνική του αυτή βασιζόταν στη δημιουργία ενός ζεύγους μαγνητικών πεδίων: ενός ασθενούς και ενός ισχυρού. Με τη συμβολή του Lauterbur η απεικόνιση 10

19 με σήματα MR γίνεται σε δύο διαστάσεις (2D scan). Δύο χρόνια αργότερα, το 1974, οι Garroway, Grannell και Mansfield 10 δημοσίευσαν μία μέθοδο για τρισδιάστατη απεικόνιση με σήματα MR. Ο δρόμος για την κατασκευή ενός μηχανήματος MRI είχε πλέον ανοιχτεί. Χρειάστηκε να περάσουν τρία ολόκληρα χρόνια μέχρι να κατασκευαστεί το πρώτο μηχάνημα MRI από τους Damadian και συν 11 το Με την κατασκευή του μαγνητικού τομογράφου ο Damadian απεικόνισε για πρώτη φορά το ανθρώπινο σώμα χρησιμοποιώντας την τεχνική του, για την οποία ήταν κάτοχος πατέντας από το Στα επόμενα δύο χρόνια ο Damadian, σε συνεργασία με την εταιρεία Fonar, για την οποία εργαζόταν, κατάφερε να κατασκευάσει τον πρώτο εμπορικό μαγνητικό τομογράφο, του οποίου η διάθεση έγινε επίσημα το Η εταιρεία Fonar άρχισε να εγκαθιστά μαγνητικούς τομογράφους σε ιατρικά κέντρα και νοσοκομεία και οι πρώτες κλινικές δοκιμές έγιναν την περίοδο Το 1997 το ανώτατο Δικαστήριο των Ηνωμένων Πολιτειών ενίσχυσε την πατέντα του Damadian του 1972 και αναγνώρισε ότι οι χρόνοι χαλάρωσης Τ1 και Τ2 που πρωτοαναφέρθηκαν από τον Damadian το 1971, χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία εικόνων από τα μηχανήματα MRI. Η δικαίωση όμως για τον Raymond Damadian δεν ήρθε ποτέ. Το 2003 οι Paul Lauterbur και Peter Mansfield βραβεύτηκαν με το Νόμπελ Ιατρικής για την ανακάλυψη της MRI 14,15. Αυτό που προβληματίζει είναι ότι για πρώτη φορά στην ιστορία της Ακαδημίας, το βραβείο για την ανακάλυψη μιας τεχνικής δόθηκε σε δύο επιστήμονες που συνέβαλαν στη βελτίωσή της και όχι στον επιστήμονα που την ανακάλυψε. Από το 2003 μέχρι και σήμερα έχουν γίνει πολλές διαμαρτυρίες και ενστάσεις για την αναγνώριση του λάθους που έγινε από την Ακαδημία Νόμπελ 16,17. 11

20 Η εξέλιξη της Μαγνητικής Τομογραφίας μέχρι σήμερα Στις 3 Ιουλίου 1977, πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά η δημιουργία εικόνων με MRI σε άνθρωπο, από τους Damadian, Minkoff και Goldsmith 11. Το γεγονός αυτό πρόσθεσε μια νέα διαγνωστική μέθοδο στη σύγχρονη ιατρική. Για τη δημιουργία αυτής της εικόνας χρειάστηκαν 6 περίπου ώρες μετρήσεων και 22 ώρες ανακατασκευής της εικόνας. Η ομάδα των επιστημόνων ονόμασε το πρωτότυπο μηχάνημα "αδάμαστο", για να αποδώσουν τη σημασία που είχε η κατασκευή ενός μηχανήματος, που πολλοί έλεγαν ότι δε μπορούσε ποτέ να γίνει. Η πρωτότυπη αυτή μηχανή βρίσκεται σήμερα στο μουσείο Smithsonian. Από τότε μέχρι σήμερα έχουν αλλάξει πολλά στην απεικόνιση MR. Το 1980 πραγματοποιήθηκαν οι πρώτες μετρήσεις κλινικής φασματοσκοπίας φωσφόρου από τους Gordon και Griffiths 18,19. Το ίδιο έτος ο Edelstein και συν 20 πήραν εικόνες από το ανθρώπινο σώμα χρησιμοποιώντας την τεχνική του Ernst 8. Η ολοκλήρωση μιας τέτοιας εικόνας απαιτούσε 5 λεπτά με την τεχνική αυτή. Το 1987 χρησιμοποιήθηκε η τεχνική echo-planar imaging (EPI) 21 στην κινηματογράφηση σε πραγματικό χρόνο ενός καρδιακού κύκλου, τα αποτελέσματα της οποίας δημοσιεύτηκαν λίγα χρόνια αργότερα. Τον ίδιο χρόνο ο Charles Dumoulin 22 τελειοποίησε την αγγειογραφία με MRI (magnetic resonance angiography, MRA) η οποία επέτρεψε την απεικόνιση της αιματικής ροής χωρίς σκιαστικά. 12

21 ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ Η δημιουργία εικόνας πραγματοποιείται με διαφορετικούς τρόπους, ανάλογα με το είδος ακτινοβολίας που χρησιμοποιείται. Η ακτινοβολία στο ορατό φως (450ΤΗz - 750ΤΗz) ανακλάται (reflection) από το σώμα του ασθενή, στις ακτίνες X ( Hz Hz) διαπερνά (transmission) το σώμα του ασθενή και στην MRI ο ασθενής διεγείρεται ώστε να εκπέμπει (emission) ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Το εύρος των ραδιοκυμάτων που δημιουργούν εικόνες MRI είναι ΜΗz 23. Οι πυρήνες των ατόμων που είναι χρήσιμοι στην MRI έχουν δύο βασικές ιδιότητες: μία εσωτερική γωνιακή στροφορμή ή σπιν, Ιħ και μία μόνιμη μαγνητική διπολική ροπή, μ = γιħ όπου I η ολική στροφορμή, ħ η σταθερά του Planck æ çh è h = 2p ö και γ ο ø γυρομαγνητικός λόγος. Λόγω αυτών των δύο ιδιοτήτων οι πυρήνες μοιάζουν με μικρούς μαγνήτες που κινούνται σαν σβούρες λόγω του βαρυτικού πεδίου της Γης 23. Πιο αναλυτικά, τα πρωτόνια και τα νετρόνια των πυρήνων παρουσιάζουν πρωτίστως στροφορμή λόγω ιδιοπεριστροφής ή σπιν. Εάν η φορά των σπιν είναι η ίδια θεωρείται ότι είναι παράλληλα. Στην περίπτωση που η φορά των σπιν είναι αντίθετη τότε θεωρείται ότι είναι αντιπαράλληλα. Λόγω αυτού του ενδογενούς σπιν των πρωτονίων και νετρονίων, ο πυρήνας εμφανίζει στροφορμή ή πυρηνικό σπιν. Κατά συνέπεια, λόγω του πυρηνικού σπιν το ηλεκτρικό φορτίο του πυρήνα περιστρέφεται. Εξαιτίας αυτής της μετακίνησης ηλεκτρικού φορτίου, ο πυρήνας 13

22 εμφανίζει μαγνητική ροπή (Σχ. 1) 24. Σχήμα 1. Πυρηνικό σπιν I και μαγνητική ροπή μ πυρήνα. Πυρηνικός Μαγνητικός Συντονισμός Ο Bloch 2 ήταν ο πρώτος που παρατήρησε ότι ο πυρήνας του ατόμου συμπεριφέρεται σαν μαγνήτης. Επομένως και οι πυρήνες των ατόμων του υδρογόνου (πρωτόνια) μέσα στο σώμα του ασθενή συμπεριφέρονται σαν μαγνήτες. Το 80% των ατόμων που βρίσκονται στο ανθρώπινο σώμα είναι άτομα υδρογόνου, γεγονός που διευκολύνει πολύ στην απεικόνισή του. Τα βέλη στο Σχήμα 2 αντιπροσωπεύουν τις Σχήμα 2. Κάτω από φυσιολογικές συνθήκες τα μαγνητικά δίπολα στο ανθρώπινο σώμα κατανέμονται τυχαία. χαρακτηριστικές μαγνητικές ροπές των πρωτονίων, που ονομάζονται και μαγνητικά δίπολα. Αυτό συμβαίνει διότι τα μαγνητικά πεδία, συνήθως, εμφανίζονται σαν 14

23 δίπολα, με ένα βόρειο και ένα νότιο πόλο, όπως και οι μαγνήτες από την εποχή που χρησιμοποιούνταν σαν πυξίδες, αντιδρώντας με το γήινο μαγνητικό πεδίο για να δείξουν τον Βόρειο και Νότιο πόλο της Γης 23. Υπό κανονικές συνθήκες, αυτά τα στοιχειώδη μαγνητικά δίπολα, καθ ένα από τα οποία έχει νότιο και βόρειο πόλο, κατανέμονται τυχαία στο χώρο (Σχ. 2). Συνεπώς η συνισταμένη της, δηλαδή το συνολικό μαγνητικό πεδίο του ασθενή (μαγνήτιση) είναι ίσο με μηδέν, διότι αλληλοαναιρούνται όλες οι μαγνητικές διπολικές ροπές. Εάν εφαρμοστεί ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο στον ασθενή, τότε παύει η πλήρης αλληλοαναίρεση και κάποιες πυρηνικές μαγνητικές ροπές ευθυγραμμίζονται με το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο (Σχ. 3) με αποτέλεσμα ο ασθενής να αποκτά νότιο και βόρειο πόλο (πόλωση). Στο Σχ. 3 ο άξονας Ζ είναι ο κατά μήκος άξονας του ασθενή. Κατά κανόνα, στην MRI ο άξονας Ζ ταυτίζεται με τον άξονα του στατικού μαγνητικού πεδίου Β 0 και με τη μαγνήτιση Μ του ασθενή 23. Σχήμα 3. Όταν εφαρμόζεται εξωτερικό μαγνητικό πεδίο Β 0, ο ασθενής αποκτά μαγνήτιση Μ. Όταν ο ασθενής βρεθεί μέσα σε ένα στατικό μαγνητικό πεδίο, τα πρωτόνια εκτός του ότι πολώνονται, περιστρέφονται με έναν ιδιαίτερο τρόπο γύρω από τον άξονα του Β 0. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται μετάπτωση ή μεταπτωτική κίνηση Larmor 3 (precession) (Σχ. 4). Επομένως, όταν ένα 15

24 περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, όπως η μαγνητική ροπή του πρωτονίου, βρεθεί μέσα σε στατικό μαγνητικό πεδίο, δε θα περιστρέφεται μόνο αλλά θα υποστεί επιπλέον και μεταπτωτική κίνηση, η συχνότητα της οποίας είναι ω L. Σχήμα 4. Μετάπτωση πρωτονίων γύρω από τον άξονα Ζ, ο οποίος στην MRI συμπίπτει με τον άξονα του Β 0. Larmor 3. Η εξίσωση που προσδιορίζει τη συχνότητα μετάπτωσης ονομάζεται εξίσωση ω L =γ Β 0 (1) όπου: ω L η συχνότητα μετάπτωσης Larmor γ ο γυρομαγνητικός λόγος 0 γυρομαγνητικός λόγος είναι μια θεμελιώδης πυρηνική σταθερά και έχει διαφορετική τιμή για τους πυρήνες των διαφόρων υλικών 26. Η σταθερά δίνεται γενικά από τη σχέση: γ = μ Ih 25. Δηλαδή ο γυρομαγνητικός λόγος είναι ο λόγος της μαγνητικής ροπής μ των πρωτονίων προς την αυθύπαρκτη γωνιακή στροφορμή τους Ιħ. Από την (1) φαίνεται ότι η συχνότητα Larmor είναι απολύτως ανάλογη της έντασης Β 0 του εξωτερικού πεδίου. 16

25 Όταν λοιπόν, η συχνότητα του εξωτερικού πεδίο γίνει ίση με τη συχνότητα Larmor, τότε τα spin των πυρήνων απορροφούν και επανεκπέμπουν ενέργεια, δηλαδή βρίσκονται σε κατάσταση συντονισμού (πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός). Όταν εκπέμπεται ένα σήμα στη συχνότητα συντονισμού, τότε η ενεργειακή κατάσταση κάθε πρωτονίου μπορεί να αλλάξει (Σχ. 5). Αυτό οδηγεί πολλά πρωτόνια να αναστραφούν στον αρνητικό άξονα Ζ. Η μετάπτωση είναι πάντα κάθετη στον Ζ (επίπεδο ΧΥ) και οφείλεται στο ότι τα σπιν είναι συμφασικά. Σ' αυτή την κατάσταση δημιουργείται και λαμβάνεται ένα σήμα MR 25. Στη συνέχεια, ένα-ένα τα πρωτόνια επιστρέφουν στο θετικό άξονα Ζ. Αυτή η κατάσταση ονομάζεται "κατάσταση ισορροπίας", γιατί τα πρωτόνια βρίσκονται σε ισορροπία με το μαγνητικό πεδίο Β 0. Σχήμα 5. Αναστροφή πρωτονίων στον αρνητικό άξονα Ζ. Ανάλογα με την εξέταση που γίνεται στους διάφορους μαγνητικούς τομογράφους, τα πρωτόνια αναστρέφονται σε διάφορες γωνίες, με μέγιστη αυτή των 90 ο. Η γωνία αναστροφής των πρωτονίων ονομάζεται flip angle. 17

26 Εξασθένηση ελεύθερης επαγωγής Κάθε μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο επάγει ένα ηλεκτρικό ρεύμα. Το επαγόμενο αυτό ηλεκτρικό ρεύμα αντιπροσωπεύει το ραδιοσήμα που εκπέμπεται από τον ασθενή. Το σήμα αυτό ονομάζεται εξασθένιση ελεύθερης επαγωγής (Free Induction Decay - FID) 23, 25. Επομένως, το πηνίο που θα περιβάλει τον ασθενή λαμβάνει ένα σήμα ταλάντωσης που εξασθενεί με το χρόνο, καθώς τα σπιν των πρωτονίων επιστρέφουν στην ισορροπία. Αυτός ο χρόνος ονομάζεται χρόνος μαγνητικής αποκατάστασης. Υπάρχουν δύο τέτοιοι χρόνοι αποκατάστασης, οι Τ1 και Τ2, οι οποίοι είναι μεταξύ τους ανεξάρτητοι και αντιπροσωπεύουν δύο διαφορετικές διαδικασίες που συμβαίνουν την ίδια στιγμή 26. Μετασχηματισμοί Fourier Η FID είναι η γραφική παράσταση της έντασης του σήματος ραδιοσυχνότητας (Radiofrequency RF) συναρτήσει του χρόνου (Σχ. 6). Σχήμα 6. Η FID είναι μία φθίνουσα αρμονική ταλάντωση της έντασης του σήματος RF

27 Όταν εφαρμοστούν μετασχηματισμοί Fourier (Fourier Transformations FT) στη FID το αποτέλεσμα είναι ένα φάσμα NMR. Επομένως το φάσμα NMR είναι η ένταση του σήματος RF συναρτήσει του αντιστρόφου χρόνου (Σχ. 7) ή συναρτήσει της συχνότητας (Hz) 23. Σχήμα 7. Η εφαρμογή ενός μετασχηματισμού Fourier στη FID δημιουργεί ένα φάσμα NMR 23. Κάθε μια από τις κορυφές του φάσματος NMR αντιπροσωπεύει ένα χαρακτηριστικό του υπό μελέτη ιστού. Για τη φασματοσκοπία NMR απαιτείται ομογενές μαγνητικό πεδίο, ενώ για την MRI απαιτούνται μεταβαλλόμενα μαγνητικά πεδία 25. Παραγωγή σήματος Ηλεκτρισμός - Μαγνητισμός Για την παραγωγή εικόνων με MRI χρησιμοποιούνται ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία καθώς και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία 26. Ο ηλεκτρισμός χρησιμοποιείται για την παραγωγή του πρωτογενούς στατικού μαγνητικού πεδίου Β 0, και των δευτερογενών μεταβλητών μαγνητικών πεδίων Β x, Β y, Β z. Αυτά τα μαγνητικά πεδία αλληλεπιδρούν με τον ενδογενή μαγνητισμό του ιστού, δηλαδή τα δίπολα των πρωτονίων. Ο ιστός διεγείρεται με 19

28 μια ραδιοσυχνότητα η οποία παράγεται από ένα ηλεκτρικά διεγερμένο πηνίο, το οποίο επίσης λαμβάνει το σήμα MR που εκπέμπεται από το σώμα του ασθενή. Περιστρέφοντας τα μεταβαλλόμενα μαγνητικά πεδία γύρω από τον ασθενή λαμβάνονται πολλές προβολές, οι οποίες στη συνέχεια ανακατασκευάζονται δίνοντας μια εικόνα MRI 23. Παρ' όλο που αυτή είναι η βασική αρχή παραγωγής εικόνας με MRI, σήμερα πλέον χρησιμοποιούνται δισδιάστατοι μετασχηματισμοί Fourier (2DFT) ή τρισδιάστατοι μετασχηματισμοί Fourier (3DFT) 26. Κβαντομηχανική προσέγγιση Κάθε πυρήνας έχει ιδιοπεριστροφή ή σπιν που προσδιορίζεται ποσοτικά από τον κβαντικό αριθμό σπιν (s). Οι δυνατές τιμές του s είναι ημιπεριττές (π.χ. 0, 1/2, 3/2 κ.ο.κ.). Ο κβαντικός αριθμός σπιν είναι χαρακτηριστικός για κάθε πυρήνα και υπαγορεύει τις ιδιότητες MR κάθε πυρήνα ξεχωριστά 27. Το σπιν κάθε πυρήνα είναι κβαντισμένο μέγεθος. Το γεγονός αυτό υποδηλώνει ότι υπάρχουν περιορισμένοι τρόποι περιστροφής του πυρήνα. Καθένας από αυτούς τους τρόπους ονομάζεται κατάσταση σπιν. Π.χ. για σπιν = 1/2 υπάρχουν δύο πιθανές καταστάσεις οι: +1/2 και -1/2. Γενικά για ένα σωματίδιο με κβαντικό αριθμό σπιν s, υπάρχουν 2s πιθανές καταστάσεις και η μετάπτωση από τη μία κατάσταση στην άλλη, π.χ. από την -1/2 στην +1/2 προϋποθέτει τη μεταβολή του s κατά ±1 (κανόνας επιλογής). Κάθε ηλεκτρικό φορτίο που κινείται δημιουργεί γύρω του μαγνητικό πεδίο. Κάθε φορτισμένο σωματίδιο που περιστρέφεται δημιουργεί ακόμη ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο. Έτσι και ο πυρήνας, που είναι φορτισμένο σωματίδιο σε περιστροφή, συνοδεύεται πάντοτε από ένα μαγνητικό πεδίο. Όπως αναφέρθηκε και 20

29 νωρίτερα, το πεδίο αυτό ονομάζεται μαγνητική διπολική ροπή (μ) και η έντασή του σχετίζεται με τη μάζα, το φορτίο και το ρυθμό περιστροφής του πυρήνα 27. Κάθε κατάσταση σπιν έχει διαφορετική μαγνητική διπολική ροπή. Εάν υπάρχει και εξωτερικό μαγνητικό πεδίο τότε κάθε κατάσταση σπιν έχει και διαφορετική ενέργεια. Στην περίπτωση απουσίας εξωτερικού μαγνητικού πεδίου η ενέργεια είναι η ίδια για όλες τις καταστάσεις. Ένας πυρήνας στην παρουσία εξωτερικού μαγνητικού πεδίου προτιμά τις καταστάσεις χαμηλότερης ενέργειας, όπου και το σύστημα βρίσκεται σε ισορροπία με το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Εάν εφαρμοστεί ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στο σύστημα, ίση με την ενεργειακή διαφορά δύο καταστάσεων, τότε κάποιοι πυρήνες ενεργοποιούνται και μεταπηδούν στην υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση. Το σύστημα σύντομα επιστρέφει στην κατάσταση ισορροπίας καθώς εκπέμπει ένα σήμα το οποίο μετριέται. Αυτό είναι και το σήμα MRI 23. Πιο αναλυτικά, εάν ένα σύστημα πυρήνων - πρωτονίων, π.χ. ένα δείγμα ύδατος, τοποθετηθεί σ' ένα μαγνητικό πεδίο, τότε τα πρωτόνια θα κατανεμηθούν σε δύο ενεργειακές καταστάσεις: τη μία με χαμηλή ενέργεια όπου τα μαγνητικά δίπολα θα έχουν s = +1/2 και κατεύθυνση την ένταση του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου Β 0 και την άλλη με s=-1/2, κατεύθυνση αυτοπεριστροφής αντίθετη του Β 0 και υψηλότερη ενέργεια. Η κατανομή των πρωτονίων στις δύο καταστάσεις ακολουθεί την κατανομή Boltzmann και είναι 27 : n n æ n ç çή ç n è ö = e ø 1 DE + 2 kts 1-2 (2) όπου: n æ ö ç ή n 1 + ο αριθμός των πρωτονίων παράλληλα προς το Β 0 è 2 ø 21

30 n æ ö çή n 1 - ο αριθμός των πρωτονίων αντιπαράλληλα προς το Β 0 è 2 ø Κ η σταθερά Boltzmann T s η απόλυτη θερμοκρασία του συστήματος των σπιν ΔΕ η διαφορά ενέργειας μεταξύ των δύο καταστάσεων, δηλαδή ΔΕ = γħβ 0 (3) Στη θερμοκρασία δωματίου και για B 0 =1Τ, n n (4) για τα πρωτόνια. Δηλαδή, από τη σύνθεση των μαγνητικών διπόλων δημιουργείται μία συνισταμένη μαγνήτιση Μ του δείγματος, κατά τη διεύθυνση του Β 0 και περιστρεφόμενη γύρω από το Β 0 στη συχνότητα Larmor, λόγω του ότι τα n είναι περισσότερα από τα n 27. Μαγνήτιση Εάν ο ασθενής μείνει για αρκετή ώρα μέσα σε μαγνητικό πεδίο, ο αριθμός των σπιν, που ταυτίζονται με τη φορά του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, σταθεροποιείται σε μια τιμή ισορροπίας. Αυτή η τιμή συμβολίζεται με το Μ 0, ονομάζεται μαγνήτιση ισορροπίας και είναι η μεγαλύτερη τιμή που μπορεί να πάρει η Μ. Ως γνωστόν, η Μ είναι πάντα παράλληλη στον άξονα Ζ. Οπότε σε κατάσταση ισορροπίας Μ z = Μ 0, Μ x = Μ y = 0 23, 25. Η ένταση του σήματος MR εξαρτάται από το Μ 0. Όσο μεγαλύτερη τιμή έχει το Μ 0 τόσο ισχυρότερο είναι το σήμα MR. Επειδή ο αριθμός των πυρήνων που συνεισφέρουν στο Μ 0 είναι μικρός (περίπου 1 πυρήνας ανά εκατομμύριο), 22

31 η απεικόνιση MR έχει μικρό λόγο σήματος-θορύβου (signal-to-noise ratio - SNR) 23. Αρχικά είχε υποτεθεί ότι σε ένα σύστημα πυρήνων που αλληλεπιδρά με ένα σταθερό και ομογενές μαγνητικό πεδίο Β 0, η ολική μαγνήτιση Μ ήταν ίση με το άθροισμα των επί μέρους ισοχρωματικών συνιστωσών Μ c (Σχ. 8) 27. Με τον όρο ισοχρωματικές συνιστώσες ορίζονται τα επί μέρους σύνολα των πυρηνικών μαγνητικών ροπών μ, που προέρχονται από μικροσκοπικούς όγκους του υλικού, όπου θεωρείται ότι το πεδίο είναι απόλυτα ομογενές. Αργότερα αποδείχτηκε ότι η κβαντομηχανική μέση τιμή του μ (<μ>) συμπεριφέρεται με τον ίδιο τρόπο όπως η συνολική πυρηνική μαγνήτιση Μ 27. Σχήμα 8. Η κλασσική εικόνα των ανυσμάτων της μακροσκοπικής πυρηνικής μαγνήτισης Μ και των επιμέρους ισοχρωματικών συνιστωσών της Μ c. Στην κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας το άνυσμα Μ είναι παράλληλο με το Β

32 Τόσο το άνυσμα Μ όσο και οι ισοχρωματικές συνιστώσες Μ c θα πρέπει να εκτελούν μεταπτωτικές κινήσεις γύρω από το μαγνητικό πεδίο Β 0. Στην ιδανική περίπτωση, που το πεδίο είναι ομογενές σε όλο τον όγκο του υλικού, όλες οι ισοχρωματικές Μ c θα πρέπει να μεταπίπτουν με την ίδια συχνότητα Larmor με εκείνη του ανύσματος Μ, όχι όμως απαραίτητα και με την ίδια φάση. Επομένως προκύπτει ο σχηματισμός δύο κώνων μετάπτωσης, όπως έχει προαναφερθεί, που αντιστοιχούν στον σχεδόν παράλληλο και σχεδόν αντιπαράλληλο προσανατολισμό των ισοχρωματικών Μ c σε σχέση με το εφαρμοζόμενο πεδίο. Η όλη θεώρηση μπορεί να απλουστευτεί ακόμη περισσότερο εάν ληφθούν υπόψη μόνο οι ισοχρωματικές, που προσανατολίζονται σχεδόν παράλληλα με το Β 0. Το ανυσματικό τους άθροισμα είναι τελικά η συνολική μαγνήτιση Μ του υλικού, που στην κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας είναι παράλληλη με το Β 0. Με ω 0 συμβολίζεται η κυκλική συχνότητα της μεταπτωτικής κίνησης του μ γύρω από το Β 0, και δίνεται από τη σχέση : ω 0 = γ Β 0 (5) Εκτός από τον αριθμό των πυρήνων, που ευθυγραμμίζονται με το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, υπάρχουν και άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν το σήμα MRI. Αυτοί οι παράγοντες συνοψίζονται στην παρακάτω εξίσωση 23 : PDγ 2 B 0 M 0 µ (6) T όπου: PD ο αριθμός των πρωτονίων στη μονάδα του όγκου (πυκνότητα πρωτονίων) Τ η θερμοκρασία του υπό μελέτη υλικού γ ο γυρομαγνητικός λόγος 24

33 Β 0 η ένταση του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου Συνεπώς, όσο η συγκέντρωση των πυρήνων ή ο όγκος του ιστού αυξάνει, τόσο αυξάνει και το σήμα MR, διότι αυξάνει η πυκνότητα των πυρήνων (PD). Το Τρίτιο ( 3 Η) έχει το μεγαλύτερο συντελεστή γ οπότε και θα αποτελούσε το ιδανικό σκιαστικό εάν δεν ήταν ραδιενεργό. Το Πρώτιο ( 1 Η) έχει το μεγαλύτερο συντελεστή γ μετά το Τρίτιο και έχει πολύ μεγαλύτερο σήμα ανά πλήθος πυρήνων. Για το λόγο αυτό το 1 Η είναι ο πυρήνας εκλογής για τα σκιαστικά που χρησιμοποιούνται στην MRI 25. Συνεπώς, υπάρχουν διάφοροι παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα της εικόνας στην MRI. Όσο αυξάνει το Β 0 τόσο ισχυρότερη γίνεται η μαγνήτιση Μ, με αποτέλεσμα να λαμβάνεται ισχυρότερο σήμα άρα και καλύτερη ποιότητα εικόνας. Όσο μειώνεται η θερμοκρασία (Τ) του ιστού τόσο αυξάνεται η μαγνήτιση Μ. Επειδή όμως η θερμοκρασία μετράται σε Kelvin (K), η μείωσή της δεν είναι τόσο δραστική ώστε να υπάρξει βελτίωση στην εικόνα. Ισορροπία Κορεσμός Όπως έχει προαναφερθεί, όταν ένας πυρήνας βρίσκεται εντός μαγνητικού πεδίου μεταπίπτει γύρω από τον άξονα του πεδίου, όπως καθορίζεται από την εξίσωση Larmor. Όταν όμως ο πυρήνας βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας, η μαγνήτισή του δεν μεταπίπτει αλλά είναι ένα διάνυσμα με σταθερή κατεύθυνση, ίδια μ' αυτή του μαγνητικού πεδίου, που είναι πάντοτε στον άξονα Ζ. Γενικά στην κατάσταση ισορροπίας ισχύει 23, 25 : Η μαγνήτιση βρίσκεται μόνο στον άξονα Ζ. 25

34 Όσο πιο πολλά πρωτόνια (Ν) ευθυγραμμίζονται με το εξωτερικό πεδίο τόσο μεγαλύτερη γίνεται η Μ 0. Ο αριθμός των πυρήνων (Ν) που ευθυγραμμίζονται με το εξωτερικό πεδίο εξαρτάται από την ένταση του πεδίου (Β 0 ). Όσο μεγαλύτερος είναι ο γυρομαγνητικός λόγος (γ) τόσο μεγαλύτερο είναι το μέτρο της μαγνήτισης. Όσο μεγαλύτερη είναι η μαγνήτιση τόσο ισχυρότερο είναι το σήμα MR. Επομένως, στη Μ 0 συμβάλλουν οι: Ν, γ και Β 0. Η Μ 0 ή γενικότερα η Μ μπορεί να αναλυθεί σε δύο συνιστώσες, μία κατά τον άξονα Ζ, ο οποίος συμπίπτει με την κατεύθυνση του Β 0 και μία συνιστώσα Μ xy στο επίπεδο XY, κάθετο στον άξονα Ζ (Σχ. 9) 25. Σχήμα 9. Ανάλυση των δύο συνιστωσών της μαγνήτισης στον άξονα Ζ και στο επίπεδο XY. Δυστυχώς, η Μ z συνιστώσα της μαγνήτισης δε μπορεί να μετρηθεί απευθείας, διότι το σήμα της είναι πολύ ασθενές σε σχέση με την ένταση του πεδίου Β 0. Μόνο η συνιστώσα Μ xy μπορεί να ανιχνευθεί από τα πηνία του μαγνητικού τομογράφου 23. Υπάρχει όμως ένα πρόβλημα το οποίο πρέπει να λυθεί προτού μετρηθεί η Μ xy συνιστώσα. Πρώτον, η Μ xy περιστρέφεται στη συχνότητα Larmor, οπότε δεν υπάρχει στατικό μαγνητικό πεδίο κατά μήκος των αξόνων X ή Υ. Δεύτερον, στην κατάσταση 26

35 ισορροπίας η μαγνήτιση δεν έχει συνιστώσα Μ xy. Οπότε για να ληφθεί σήμα από τον ασθενή θα πρέπει το διάνυσμα της μαγνήτισης να εκτραπεί από τον Ζ άξονα ώστε να υπάρχει ένα μη μηδενικό τμήμα της στο επίπεδο ΧΥ. Αυτό επιτυγχάνεται με έναν παλμό ραδιοσυχνότητας ίσης με τη συχνότητα Larmor που προκαλείται από τα πηνία (Σχ. 10). Σχήμα 10. Η εφαρμογή μιας ραδιοσυχνότητας στη συχνότητα Larmor εκτρέπει τη μαγνήτιση από τον άξονα Ζ. Η μαγνήτιση μπορεί να εκτραπεί σε οποιαδήποτε γωνία. Συνήθως στην MRI στρέφεται κατά 90 ή και 180. Μετά τις 90 θεωρείται ότι τα σπιν των πυρήνων έρχονται σε κατάσταση κορεσμού. Στην κατάσταση κορεσμού ισχύει: Μ z = 0, Μ xy = Μ 0. Μερικό κορεσμό των σπιν έχουμε για γωνίες Μετά τη διέγερση, το διάνυσμα της μαγνήτισης προσπαθεί να ευθυγραμμιστεί με το Β 0. Καθώς επιστρέφει στην ισορροπία πραγματοποιεί δύο ανεξάρτητες κινήσεις: 1. μετάπτωση και 2. μείωση του μέτρου της συνιστώσας Μ xy μέχρι να μηδενιστεί, οπότε η 27

36 συνιστώσα Μ z θα λάβει την τιμή Μ 0. Παρ' όλο που οι δύο αυτές κινήσεις είναι ανεξάρτητες, θεωρούμε ότι το αποτέλεσμά τους είναι μία σπείρα 23,26. Η αύξηση του Μz ονομάζεται διαμήκης χαλάρωση με χρόνο αποκατάστασης Τ1. Η μείωση του Μ xy ονομάζεται εγκάρσια χαλάρωση με χρόνο αποκατάστασης Τ2. Η διαμήκης χαλάρωση ονομάζεται και χαλάρωση spin-lattice. Πιο αναλυτικά, η επιστροφή στην κατάσταση ισορροπίας του σπιν, μετά τη διέγερση από την εφαρμογή του σήματος RF, είναι εκθετική με σταθερά χρόνου Τ1. Επιπλέον τα σπιν ανταλλάσσουν ενέργεια και κατά την εγκάρσια χαλάρωση (ή χαλάρωση spin-spin), με χαρακτηριστικό χρόνο Τ2 (Σχ 11). Σχήμα 11. Γραφική παράσταση των Τ1 και Τ2 χρόνων αποκατάστασης. Στον ιστό η εγκάρσια χαλάρωση συμβαίνει γρηγορότερα από τη διαμήκη 23. Το πρώτο σήμα που λαμβάνουμε από το Μ xy, καθώς αυτό αρχίζει και μειώνεται, είναι το σήμα FID 23, 2. Δηλαδή το πρώτο σήμα που λαμβάνουμε από τον ασθενή είναι το σήμα FID, η μορφή του οποίου φαίνεται στο Σχ 6. Παρατηρούμε ότι καθώς το σήμα Μ xy μειώνεται, η τροχιά που διαγράφει είναι σπειροειδής, όπως φαίνεται στο Σχ 9. 28

37 Ακολουθίες παλμών Το σήμα FID είναι το πρώτο σήμα που λαμβάνεται από τον ασθενή. Δυστυχώς, το σήμα αυτό είναι πολύ ασθενές και δε λαμβάνεται ολόκληρο. Αυτό συμβαίνει διότι σε πολλά μηχανήματα MRI, ο πομπός και ο δέκτης σημάτων μοιράζονται τα ίδια ηλεκτρονικά και συχνά το ίδιο πηνίο 26. Επομένως, η αλλαγή από πομπό σε δέκτη θα πρέπει να γίνεται όσο το δυνατόν γρηγορότερα. Παρ' όλο που η αλλαγή αυτή γίνεται αυτόματα, πάντοτε χάνεται ένα ελάχιστο σήμα FID. Για το λόγο αυτό χρειάζεται να σταλούν περισσότεροι παλμοί στον ασθενή ώστε να πάρουμε ισχυρότερο σήμα από αυτόν. Αυτή η ομαδοποίηση δύο ή περισσοτέρων παλμών ονομάζεται ακολουθία παλμών 23. Στην MRI υπάρχουν τρεις βασικές ακολουθίες παλμών: Ανάκτηση κορεσμού (saturation recovery -SR) Spin echo (SE) Ανάκτηση αναστροφής (inversion recovery - IR) και κάποιες πιο γρήγορες ακολουθίες όπως: Βαθμιδωτής ηχούς (gradient echo - GRE) Επίπεδης ηχούς (echo planar imaging - EPI) Ακολουθία ανάκτησης κορεσμού (Saturation Recovery - SR) Η ακολουθία SR είναι η απλούστερη ακολουθία παλμών και αποτελείται από μια αλληλουχία παλμών 90 (Σχ. 12). Μετά από κάθε παλμό 90 παράγεται ένα σήμα FID. Για να ληφθεί μία εικόνα 256x256 χρειάζεται να επαναληφθεί η εκάστοτε ακολουθία 256 φορές. Ο χρόνος από την έναρξη μιας ακολουθίας μέχρι την έναρξη της επόμενης ονομάζεται χρόνος επανάληψης (repetition time - T R ) 25. Εάν ο T R είναι μεγάλος τότε τα σήματα FID είναι ίσου πλάτους με το πρώτο 29

38 σήμα FID. Εάν ο T R είναι μικρός τότε η Μ Z δεν προλαβαίνει να επιστρέψει στην ισορροπία (Μ 0 ) οπότε τα σπιν είναι μερικώς κορεσμένα δίνοντας μικρότερα σήματα FID, σε σχέση με το πρώτο σήμα FID. Στην περίπτωση αυτή η ακολουθία ονομάζεται ακολουθία παλμών μερικού κορεσμού (partial saturation pulse sequence) 23. Σχήμα 12. Η ακολουθία ανάκτησης κορεσμού 23. Ακολουθία spin-echo (Spin Echo - SE) Όταν ένας παλμός 180 ακολουθεί έναν παλμό 90, τότε δημιουργείται μία ηχώ του σήματος FID (Σχ. 13). Η ηχώ αυτή έρχεται καθυστερημένα μετά τον παλμό 180 έτσι ώστε να τη λαμβάνουμε ολόκληρη αφού γίνει η μετατροπή από πομπό σε δέκτη. Η ηχώ του σήματος FID ονομάζεται spin echo (SE) 26. Ο χρόνος μεταξύ του αρχικού παλμού 90 και του SE ονομάζεται χρόνος μεταξύ ηχούς (time-to-echo - Τ Ε ). Επειδή, όπως έχει αναφερθεί, ολόκληρο το σήμα FID είναι σχεδόν αδύνατο να ανιχνευτεί, με την ακολουθία αυτή λαμβάνεται η ηχώ του σήματος αυτού 23,

39 Σχήμα 13. H ακολουθία spin echo 23. Ακολουθία ανάκτησης αναστροφής (Inversion Recovery - ΙR) Η ακολουθία IR προσθέτει έναν παλμό 180 πριν από τον παλμό 90 (Σχ. 14). Ο παλμός αυτός αλλάζει τη φορά της μαγνήτισης κατά 180, χωρίς όμως να εκπέμπει σήμα. Μετά από μία καθυστέρηση που ονομάζεται χρόνος καθυστέρησης αναστροφής (inversion-delay-time, T I ), εφαρμόζεται ένας παλμός 90, ο οποίος εκτρέπει τη μαγνήτιση στο επίπεδο ΧΥ όπου και παράγει ανιχνεύσιμο σήμα 26. Σχήμα 14. Η ακολουθία ανάκτησης αναστροφής 23. Προσθέτοντας παλμούς 180 δημιουργούνται, όπως αναφέρθηκε και νωρίτερα, SE. Όπως και με την τεχνική SE έτσι και με την ακολουθία IR το σήμα 31

40 FID απορρίπτεται και μόνο τα SE χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία εικόνας 23, 25. Ακολουθία βαθμιδωτής ηχούς (Gradient Echo - GRE) Στην τεχνική αυτή εφαρμόζεται παλμός < 90. Ο παλμός αυτός συμβολίζεται ως α και δημιουργεί σήμα FID (Σχ. 15). Η ένταση του σήματος FID μειώνεται όσο μειώνεται η γωνία α του παλμού. Στην τεχνική αυτή, βαθμιδωτά πεδία, σε αντίθεση με επιπρόσθετους παλμούς ραδιοσυχνοτήτων, αναγκάζουν τα σπιν να αλλάξουν φάση και στη συνέχεια να ξαναβρεθούν σε φάση δημιουργώντας μία ηχώ του FID, την GRE 26. Η GRE όπως και η SE είναι ένα δευτερογενές σήμα MRI, του οποίου η ένταση μειώνεται με την ελάττωση της γωνίας α. Παρόλ' αυτά, ακόμη και με γωνίες μικρές, όπως 10, παράγεται αρκετά ισχυρό σήμα ώστε να παρθούν εικόνες καλής ποιότητας 23, 25. Σχήμα 15. Η ακολουθία βαθμιδωτής ηχούς 23. Ακολουθία επίπεδης ηχούς (Echo Planar Imaging - ΕΡΙ) Η τεχνική ΕΡΙ είναι η πιο γρήγορη απ' όλες και χρησιμοποιείται στη μαγνητική φασματοσκοπία και στη λειτουργική MRI (functional MRI). Με την τεχνική αυτή δημιουργούνται εικόνες μέσα σε 50ms. Αρχικά υπάρχει ένας παλμός 90, ο οποίος ακολουθείται από έναν παλμό 180, ο οποίος κατά συνέπεια δημιουργεί μία SE 23,

41 ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΣ Οι εμπορικά διαθέσιμοι μαγνητικοί τομογράφοι, παρόλο που ποικίλλουν στην τεχνολογία, που εφαρμόζουν, έχουν κάποια βασικά κοινά χαρακτηριστικά. Τα βασικά τμήματα ενός μαγνητικού τομογράφου παρουσιάζονται παρακάτω. Μαγνήτης Ο μαγνήτης παράγει το στατικό μαγνητικό πεδίο, το οποίο πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο ομογενές. Συνήθως τα μαγνητικά πεδία που χρησιμοποιούνται στα συστήματα MRI είναι εντάσεως Tesla (Τ). Οι μαγνήτες διακρίνονται σε τρία είδη. Μόνιμοι Μαγνήτες (Permanent Magnets) Ένας μόνιμος μαγνήτης διατηρεί τις μαγνητικές του ιδιότητες χωρίς την ανάγκη εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Αποτελείται από μόνιμα μαγνητισμένα σιδηρομαγνητικά υλικά, όπως Ni, Co, Al. Οι μόνιμοι μαγνήτες αποκτούν τις μαγνητικές τους ιδιότητες είτε με τριβή με φυσικό μαγνήτη, είτε με την εισαγωγή χάλυβα μέσα σε πηνίο που διαρρέεται από συνεχές ρεύμα 28. Οι μόνιμοι μαγνήτες έχουν συνήθως σχήμα ράβδου ή πετάλου. Τα δύο βασικά πλεονεκτήματα των μόνιμων μαγνητών είναι ότι δημιουργούν σχετικά ασθενή μαγνητικά πεδία, που δεν απαιτούν ιδιαίτερη θωράκιση και ότι έχουν χαμηλό κόστος συντήρησης. Αντίστροφα, το γεγονός ότι δημιουργούν ασθενή μαγνητικά πεδία (0,3 0,5Τ) είναι ταυτόχρονα και μειονέκτημά τους. Άλλα μειονεκτήματά τους είναι το μεγάλο βάρος τους, η ευαισθησία τους στις θερμοκρασιακές μεταβολές και η μη ικανοποιητική ομοιογένεια του μαγνητικού πεδίου

42 Ωμικοί Ηλεκτρομαγνήτες (Resistive Electromagnets) Οι ηλεκτρομαγνήτες είναι συσκευές που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου από τη ροή ρεύματος μέσα από σωληνοειδή, συνήθως αλουμινίου, που διαρρέονται από συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα. Γενικά, ο ηλεκτρομαγνήτης αποτελείται από ένα κομμάτι μαλακό σίδηρο ή χαλκό (πυρήνας του ηλεκτρομαγνήτη) και από ένα σύρμα που τυλίγεται στον πυρήνα (πηνίο). Τα πηνία έχουν συγκεκριμένη ωμική αντίσταση, που μετατρέπει μέρος της παρεχόμενης ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμότητα. Το υπόλοιπο ποσό ενέργειας μετατρέπεται σε ενέργεια μαγνητικού πεδίου 28. Οι ηλεκτρομαγνήτες έχουν συνήθως σχήμα πετάλου για να είναι κοντά οι άκρες τους (πόλοι) και να έλκουν μαζί. Σημαντικό πλεονέκτημα των ηλεκτρομαγνητών είναι το χαμηλό κόστος αγοράς και εγκατάστασης καθώς επίσης και η καλή ομοιογένεια πεδίου που τους χαρακτηρίζει 26,29. Για να διατηρείται σταθερή η θερμοκρασία του πηνίου, θα πρέπει αυτό να ψύχεται συνήθως με νερό. Λόγω του ότι σημαντικό τμήμα της παραγόμενης ενέργειας χάνεται με τη μορφή θερμότητας, η ένταση του παραγόμενου μαγνητικού πεδίου δεν ξεπερνά τα 0,3Τ. Επιπλέον, η απαιτούμενη ισχύς για τη λειτουργία ενός τέτοιου μαγνήτη κυμαίνεται συνήθως στα 60kW, μέγεθος που δηλώνει το μεγάλο κόστος λειτουργίας του. Τέλος, σημαντικό μειονέκτημα είναι η ανάπτυξη ισχυρών περιβαλλόντων πεδίων στο χώρο του μαγνήτη 26. Υπεραγώγιμοι Μαγνήτες (Superconductive Magnets) Πρόκειται για τους ευρύτερα χρησιμοποιούμενους μαγνήτες στα συστήματα μαγνητικών τομογράφων. Όπως και στους ηλεκτρομαγνήτες, το μαγνητικό τους πεδίο δημιουργείται από τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος εντός σωληνοειδούς. Η ουσιαστική 34

43 διαφορά είναι ότι οι μαγνήτες αυτοί βυθίζονται σε υγροποιημένο ήλιο ή άζωτο, ώστε να μηδενιστεί η αντίστασή τους 26. Το σύρμα του σωληνοειδούς των υπεραγωγών, που χρησιμοποιούνται στην MRI, είναι κράμα τιτανίου και νιοβίου σε χαλκό. Ο χαλκός υποστηρίζει και προστατεύει το υπεραγώγιμο κράμα και απορροφά θερμότητα σε περίπτωση ξαφνικής αύξησης, προλαμβάνοντας τη βλάβη του ευαίσθητου κράματος. Η κατανάλωση σε ηλεκτρικό ρεύμα δεν είναι σημαντική, καθώς λόγω υπεραγωγιμότητας, το σύστημα δεν υπερθερμαίνεται, ενώ η κατανάλωση σε ήλιο είναι 0.5lt/hr 28. Η θερμοκρασία, στην οποία το κράμα μπορεί και λειτουργεί ως υπεραγωγός, είναι -269 ο C (4 o K). Για να επιτευχθεί αυτή η θερμοκρασία το πηνίο βυθίζεται σε δεξαμενή υγρού ηλίου (κρυοστάτης). Με τον τρόπο αυτό μηδενίζεται η αντίσταση του μαγνήτη, όπως έχει ήδη αναφερθεί. Στην περίπτωση που το πηνίο αποκτήσει ηλεκτρική αντίσταση, π.χ. λόγω θέρμανσης κάποιου τμήματός του, τότε το ηλεκτρικό ρεύμα που διαρρέει το πηνίο προκαλεί βρασμό του ηλίου, με αποτέλεσμα την παύση της υπεραγωγιμότητας. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται απόσβεση (quench) και εφαρμόζεται σε περιπτώσεις εκτάκτου ανάγκης 28,29. Σημαντικά πλεονεκτήματα των υπεραγώγιμων μαγνητών είναι η καλή ομοιογένεια πεδίου, η δυνατότητα παραγωγής ισχυρών και σταθερών μαγνητικών πεδίων, καθώς επίσης και οι περιορισμένες απαιτήσεις τους για ενέργεια. Το ήλιο και το άζωτο είναι αδρανή στοιχεία, εντούτοις σε περίπτωση διαρροής τους υπό αέρια μορφή στο χώρο του μαγνήτη, προκαλούν κορεσμό του περιβάλλοντος αέρα με δραματικές συνέπειες για τον εξεταζόμενο. Επομένως είναι απαραίτητο ένα πολύ καλό σύστημα εξαερισμού στο χώρο του μαγνήτη

44 Σημαντικό μειονέκτημά τους είναι το υψηλό κόστος αγοράς, εγκατάστασης και συντήρησης. Βαθμιδωτά Πεδία (Gradient Fields) Μέσα σε ένα πρακτικά ομογενές πεδίο και σύμφωνα με την εξίσωση Larmor, όλα τα πρωτόνια εμφανίζουν σχεδόν την ίδια συχνότητα γωνιακής περιστροφής, ανεξάρτητα από το πού βρίσκονται στον χώρο. Είναι φανερό, ότι δεν είναι δυνατό υπό αυτές τις συνθήκες να καθορίσουμε την χωρική κατανομή του σήματος, δηλαδή από ποιο σημείο και με ποια ένταση εκπέμπεται σήμα, ώστε να σχηματισθεί η εικόνα. Η απεικόνιση με MRI δεν θα ήταν δυνατή χωρίς την έμπνευση του φυσικού Mallard 30 (1981) να χρησιμοποιηθούν στον μαγνήτη βαθμιδωτά πηνία (gradient coils). Σκοπός της παρουσίας των βαθμιδωτών αυτών πηνίων είναι να προσδώσουν χωρική πληροφορία στο καταγεγραμμένο σήμα. Το ένα από αυτά τα πηνία δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο G z (βαθμιδωτό πεδίο στον άξονα Ζ), το οποίο εμφανίζει γραμμική μεταβολή της έντασής του σε όλο του το μήκος. Η ένταση αυτού του πεδίου είναι περίπου 1% του κυρίως πεδίου [5-10 millitesla (mt)/meter]. Η κατεύθυνση του βαθμιδωτού αυτού πεδίου, είναι παράλληλη με αυτή του κυρίως μαγνητικού πεδίου (άξονας Ζ) με αποτέλεσμα η συνολική ένταση του πεδίου (B 0 + B gradient ) να μεταβάλλεται γραμμικά κατά μήκος του gantry 28. Με βάση την εξίσωση Larmor, τα πρωτόνια κατά μήκος του μαγνήτη θα εμφανίζουν διαφορετικές συχνότητες περιστροφής λόγω της διαφορετικής έντασης του πεδίου, ανάλογα με την θέση τους στο G z. Αν κατά σύμβαση το στατικό μαγνητικό πεδίο Β 0 έχει τη διεύθυνση του άξονα Ζ και ο άξονας εκλογής για την εφαρμογή ενός βαθμιδωτού πεδίου είναι, για 36

45 παράδειγμα, ο άξονας Χ, τότε η συνολική ένταση του στατικού πεδίου Β 0 (x) στη διεύθυνση x είναι 27 : Β 0 (x) = Β 0 + xg x (7) όπου G x είναι το βαθμιδωτό πεδίο στη διεύθυνση x. Για τις διευθύνσεις Y, Z ισχύει: Β 0 (y) = Β 0 + yg y (8) Β 0 (z) = Β 0 + zg z (9) Μεταβάλλοντας τα χαρακτηριστικά του βαθμιδωτού αυτού πεδίου, μπορούμε να καθορίζουμε την θέση της τομής μέσα στον εξεταζόμενο όγκο και μεταβάλλοντας την κλίση της έντασης να καθορίσουμε το πάχος κάθε τομής. Τις περισσότερες φορές η αρχή των αξόνων στην εφαρμογή των βαθμιδωτών πεδίων στα κλινικά συστήματα MRI είναι το φυσικό κέντρο του συστήματος. Το σημείο αυτό λέγεται και ισόκεντρο (Σχ. 16). Σχήμα 16. Οι άξονες εφαρμογής των βαθμιδωτών πεδίων (G x, G y, G z ). Στο ισόκεντρο, η ένταση του στατικού πεδίου είναι πάντοτε Β

46 Τα πηνία παραγωγής βαθμιδωτών πεδίων είναι μικροί ηλεκτρομαγνήτες, οι οποίοι παράγουν βαθμιδωτά μαγνητικά πεδία και οι οποίοι, τοποθετημένοι σε συγκεκριμένες θέσεις σε σχέση με το κύριο μαγνητικό πεδίο, μπορούν να προκαλέσουν ρυθμιζόμενες μεταβολές της έντασης αυτού κατά μήκος των αξόνων Χ, Υ, Ζ. Η διάρκεια λειτουργίας καθώς επίσης και η χρονική στιγμή της εφαρμογής του βαθμιδωτού πεδίου, εξαρτάται από τον τύπο της ακολουθίας 23. Στον μαγνητικό τομογράφο υπάρχουν τρία βαθμιδωτά πηνία με κατεύθυνση τους άξονες Χ, Υ και Ζ, τα οποία διαρρέονται από συνεχές ρεύμα και μας δίνουν την δυνατότητα να πάρουμε πληροφορίες στον εγκάρσιο, τον οβελιαίο και τον στεφανιαίο άξονα. Εάν χρειαστεί να γίνει εξέταση σε μη ορθογώνιο αλλά σε λοξό άξονα, τότε χρησιμοποιείται συνδυασμός των πηνίων ανά δύο αναλόγως. Η εφαρμογή των βαθμιδωτών πεδίων έχει σαν άμεση συνέπεια τη χωρική βαθμίδωση των συχνοτήτων Larmor των στοιχείων του όγκου του υλικού στο χώρο. Έτσι με αντικατάσταση της τιμής του Β z στις πιο πάνω σχέσεις και στην γνωστή σχέση για τη συχνότητα Larmor έχουμε 27 : ω(x) =γ(β 0 +xg x ) (10) ω(y) =γ(β 0 +yg y ) (11) ω(z) =γ(β 0 +zg z ) (12) Με τη χρήση των παραπάνω εξισώσεων συσχετίζεται η θέση (Χ, Υ, Ζ) στον τρισδιάστατο χώρο ενός στοιχείου όγκου του δείγματος με τις αντίστοιχες συχνότητες Larmor ω(x), ω(y) και ω(z) ως προς τους τρεις άξονες εφαρμογής των βαθμίδων. Με τη βοήθεια των σχέσεων (10, 11, 12) επιτυγχάνεται τελικά η σύζευξη (ζεύξη) της θέσης του δείγματος με τη συχνότητα του σήματος NMR που εκπέμπει. Βασισμένος σ αυτές τις σχέσεις ο Lauterbur εισήγαγε την πυρηνική ζευγοματογραφία, που αργότερα μετονομάστηκε σε απεικόνιση MRI

47 Υπάρχουν δύο τύποι γραμμικών πηνίων: τα πηνία Maxwell, και τα πηνία Golay. Τα πηνία Maxwell αποτελούνται από δύο παράλληλα ελλειπτικά πηνία με ρεύμα αντιθέτων διευθύνσεων. Είναι τοποθετημένα, ένα σε κάθε άκρο του εξεταζόμενου όγκου και δημιουργούν το γραμμικό πεδίο στον άξονα Ζ 23. Τα πηνία Golay έχουν σχήμα σκαφοειδές, σαν σαμάρι (saddle coils) και αποτελούνται από δύο αγωγούς με αντίθετη κατεύθυνση ροής του ρεύματος. Χρησιμοποιούνται για την δημιουργία βαθμιδωτών πεδίων κατά μήκος των αξόνων Χ και Υ και μπορούν να αντιστραφούν με απλή μεταβολή της κατεύθυνσης του ρεύματος που τα διαρρέει 23. Τα πηνία αυτά είναι μηχανικά σταθεροποιημένα σε συγκεκριμένες θέσεις, εντούτοις με τη δράση των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων υφίστανται δονήσεις στις οποίες οφείλεται ο έντονος θόρυβος που ακούγεται στο χώρο εξέτασης κατά τη λειτουργία των πηνίων 23. Οι γρήγορες αλλαγές της έντασης του μαγνητικού πεδίου σε συνδυασμό με τη σύντομη δράση ισχυρών πεδίων έχει σαν αποτέλεσμα την παραγωγή ρεύματος εξ επαγωγής (ή ρεύματα του Foucault 31 ή ρεύματα eddy) τα οποία με τη σειρά τους παράγουν μαγνητικά πεδία που συμβάλλουν στην ανομοιογένεια τόσο του κύριως μαγνητικού πεδίου όσο και των βαθμιδωτών. Η παραγωγή του ρεύματος Foucault μειώνεται σημαντικά με θωράκιση του πηνίου 23. Σύστημα ραδιοσυχνότητας Το σύστημα αυτό είναι υπεύθυνο για την παραγωγή ραδιοπαλμού δεδομένης συχνότητας, ώστε να διεγείρει τα πρωτόνια. Αποτελείται από τα εξής μέρη: 39

48 Γεννήτρια ηλεκτρικών παλμών Η ισχύς που απαιτείται για τη διέγερση των πρωτονίων για ορισμένη ένταση Β 0, εξαρτάται από το μέγεθος του υπό εξέταση αντικειμένου (μάζα και όγκος). Τυπικές τιμές είναι τα 4kW για την περιοχή της κεφαλής και τα 16kW για την περιοχή του σώματος 29. Πηνία Ραδιοσυχνότητας Τα πηνία αυτά μπορούν να δημιουργήσουν ή να εντοπίσουν ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Υπάρχουν τριών ειδών πηνία ραδιοσυχνότητας: Τα πηνία εκπομπής χρησιμοποιούνται για να διεγείρουν τους ιστούς στέλνοντας μία ραδιοσυχνότητα, στην συχνότητα Larmor, σ ένα συγκεκριμένο τμήμα του σώματος που βρίσκεται μέσα στο μαγνητικό πεδίο. Τα πηνία λήψης χρησιμοποιούνται για να ανιχνεύσουν και να συλλέξουν το σήμα το οποίο εκπέμπεται από τους ιστούς. Τα πηνία εκπομπής-λήψης κάνουν και τις δύο λειτουργίες. Πηνία ραδιοσυχνότητας υπάρχουν για διάφορα μέρη του σώματος και ανάλογα με τη λειτουργία τους διακρίνονται ως πηνία όγκου και πηνία επιφανείας 29. Πηνία όγκου Τα πιο σημαντικά πηνία όγκου είναι τα πηνία σώματος και εγκεφάλου. Χρησιμοποιούνται και άλλα πηνία όγκου, όπως αυτό του ποδιού και αστραγάλου αλλά όχι τόσο συχνά (Εικ. 1). Το πηνίο σώματος είναι μόνιμο τμήμα του μαγνητικού τομογράφου και περιβάλλει τον ασθενή. Είναι πομπός για όλα τα είδη εξετάσεων και λειτουργεί ως δέκτης όταν πρόκειται να απεικονιστούν μεγάλες περιοχές του σώματος (π.χ. εξετάσεις θώρακα, κοιλίας κ.τ.λ.). 40

49 Το πηνίο εγκεφάλου λειτουργεί μόνο ως πηνίο δέκτης, αφού το πηνίο σώματος εκπέμπει τον παλμό 29. (α) (β) Εικόνα 1. α) Πηνίο κεφαλής, β) Πηνίο ποδιού και αστραγάλου 32. Πηνία επιφάνειας Τα πηνία αυτά τοποθετούνται στην περιοχή ενδιαφέροντος και έχουν διάφορα σχήματα, ανάλογα με την υπό εξέταση περιοχή (Εικ. 2). Εικόνα 2. Συμβατικό επιφανειακό πηνίο (ίσιο βέλος) και πηνίο μαστογραφίας και μικροσκοπίας (κυρτό βέλος)

50 Τα πηνία επιφάνειας είναι μόνο δέκτες και χρησιμοποιούνται για επιφανειακές δομές (π.χ. εξετάσεις γόνατος, ώμου κ.τ.λ.). Η εκπομπή του παλμού RF και σ αυτές τις περιπτώσεις γίνεται από το πηνίο σώματος. Τα πηνία επιφάνειας συμβάλλουν στη βελτίωση της διακριτικής ικανότητας της εικόνας 29. Ενισχυτής σήματος ραδιοσυχνότητας Μετά τη λήψη του σήματος ΜR, που είναι της τάξης των μv, απαιτείται ενίσχυση της τάξης του Ο ρόλος του ενισχυτή είναι να ενισχύει το σήμα MR, πριν διοχετευθεί στον υπολογιστή για περαιτέρω επεξεργασία 29. Σύστημα ηλεκτρονικού υπολογιστή Ο υπολογιστής ελέγχει όλο το απεικονιστικό σύστημα. Αρχικά είναι υπεύθυνος για την ψηφιοποίηση του σήματος MR. Η διαδικασία αυτή πραγματοποιείται με τον μετατροπέα αναλογικού σήματος σε ψηφιακό (Analog to Digital Converter - ADC), ο οποίος αντιστοιχεί μια ψηφιακή ένδειξη σε κάθε δείγμα σήματος. Στη συνέχεια ο υπολογιστής προωθεί αυτή την πληροφορία 28,29. Δεδομένου ότι ο όγκος των δεδομένων είναι μεγάλος, γίνεται χρήση ενός ειδικού επεξεργαστή (array processor), ο οποίος εκτελεί ταυτόχρονα πολλές λειτουργίες 28. Ο υπολογιστής είναι επίσης υπεύθυνος για την ανακατασκευή της εικόνας. Ο σκληρός του δίσκος έχει περιορισμένη χωρητικότητα και χρησιμεύει για την προσωρινή αποθήκευση των εικόνων. 42

51 Κονσόλα χειρισμού Περιλαμβάνει το πληκτρολόγιο, για την εισαγωγή των στοιχείων του εξεταζομένου και των παραμέτρων της εξέτασης. Η αποτύπωση των εικόνων μπορεί να γίνει μέσω LASER camera σε απλό φιλμ ή μέσω LASER printer σε απλό χαρτί. Η επεξεργασία των δεδομένων μπορεί να γίνει ανεξάρτητα σε διαφορετικό σταθμό εργασίας (εμπλουτισμένη διαγνωστική δεύτερη κονσόλα), ώστε να μην υπάρχουν καθυστερήσεις στο πρόγραμμα των εξετάσεων 28,29. Εξεταστική τράπεζα Πάνω στην εξεταστική τράπεζα τοποθετείται κατάλληλα ο εξεταζόμενος. Οι κινήσεις που εκτελεί η τράπεζα, είναι κατακόρυφη και οριζόντια, προκειμένου να εισέλθει ο ασθενής στο χώρο του μαγνήτη 29. Περιφερειακές συσκευές παρακολούθησης εξεταζομένου Οι συσκευές αυτές δίνουν τη δυνατότητα παρακολούθησης της αναπνοής και της καρδιακής λειτουργίας του εξεταζομένου. Δίνεται επίσης η δυνατότητα συγχρονισμού αυτών των λειτουργιών με την εξέταση. Υπάρχει επίσης κάμερα παρακολούθησης του ασθενή με μόνιτορ, στο χώρο της κονσόλας χειρισμού καθώς και ενδοεπικοινωνία 29. Θωράκιση μαγνητικού πεδίου Το μαγνητικό πεδίο των τομογράφων μπορεί να θωρακιστεί με δύο τρόπους: «ενεργητικό» ή «παθητικό». Ο «παθητικός» τρόπος περιλαμβάνει φύλλα σιδήρου, που σκοπό έχουν να περιορίσουν το μαγνητικό πεδίο στο χώρο της εξέτασης. Ο 43

52 τρόπος αυτός βέβαια αυξάνει κατά πολύ το βάρος του συστήματος (συνήθως πάνω από 30 τόνοι σιδήρου τοποθετούνται συμμετρικά γύρω από το μαγνήτη). Με τον «ενεργητικό» τρόπο απαιτούνται επιπλέον πηνία γύρω από το μαγνήτη, τα οποία παράγουν μαγνητικό πεδίο αντίθετης κατεύθυνσης από αυτή του στατικού (αυτοθωρακιζόμενοι μαγνήτες) 26,28. Θωράκιση συστήματος ραδιοσυχνοτήτων Η θωράκιση αυτή στοχεύει να αποκόψει τα εξωτερικά ραδιοφωνικά κύματα, τα οποία θα μπορούσαν να καταγραφούν από τις διατάξεις του συστήματος του μαγνητικού τομογράφου. Για να αποφευχθεί αυτό, η εξεταστική αίθουσα περιβάλλεται από κλωβό κατασκευασμένο συνήθως από χαλκό (κλωβός Faraday 33 )

53 ΟΥΡΟΠΟΙΗΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Ανατομία Το ουροποιητικό σύστημα αποτελείται από δύο μοίρες. την εκκριτική και την αποχετευτική. Η εκκριτική μοίρα περιλαμβάνει τους δύο νεφρούς και η αποχετευτική μοίρα τους νεφρικούς κάλυκες, τις νεφρικές πυέλους, τους ουρητήρες, την ουροδόχο κύστη και την ουρήθρα (Εικ. 3) 34. Εικόνα 3. Η απεικόνιση του ουροποιητικού συστήματος 35. Εκκριτική μοίρα - νεφροί α) Μορφολογία του νεφρού Οι δύο νεφροί, που έχουν σχήμα φασολιού (Εικ. 4), βρίσκονται στα πλάγια της σπονδυλικής στήλης, στο ύψος της οσφυϊκής μοίρας. Έχουν μήκος 11-12cm, πλάτος 6-7cm και πάχος 3-4cm. Το βάρος τους είναι περίπου 150g Ο δεξιός νεφρός βρίσκεται κατά 1,5cm χαμηλότερα από τον αριστερό, γιατί 45

54 πιέζεται από τον δεξιό λοβό του ήπατος που βρίσκεται ακριβώς από πάνω του. Εικόνα 4. Δομή του νεφρού 34. Στο έσω χείλος του νεφρού υπάρχει μια βαθειά σχισμή, η πύλη του νεφρού, που οδηγεί στη νεφρική κοιλία. Στη νεφρική κοιλία βρίσκονται η νεφρική πύελος και οι νεφρικοί κάλυκες. Από την πύλη του νεφρού εισέρχονται η νεφρική αρτηρία και τα νεύρα και εξέρχονται η νεφρική φλέβα, τα λεμφαγγεία του νεφρού και ο ουρητήρας. Ο νεφρός είναι ένα ελεύθερο όργανο που στηρίζεται κυρίως από τα αγγεία του και εν μέρει από τα περιβλήματά του. Το περινεφρικό λίπος, επιπρόσθετα, συμβάλει σημαντικά στην προστασία του 36. Σε διατομή ο νεφρός διακρίνεται, ως προς την όψη και τη σύστασή του σε δύο μοίρες (ουσίες): μία εξωτερική που λέγεται φλοιώδης και μία εσωτερική που λέγεται μυελώδης 36,38. β) Ιστολογία του νεφρού Ο νεφρώνας είναι η ανατομική και λειτουργική μονάδα του νεφρού που αποτελείται από το νεφρικό σωμάτιο και το ουροφόρο σωληνάριο. Πιο 46

55 συγκεκριμένα, ο νεφρώνας (Εικ. 5) αποτελείται από 36,38 : Εικόνα 5. Νεφρώνας 34. Το έλυτρο του Bowman, που είναι μία αναδίπλωση του εγγύς ουροφόρου σωληναρίου σχηματίζοντας μία κοιλότητα μέσα στην οποία βρίσκεται το αγγειώδες σπείραμα. Ανάμεσα στα δύο πέταλα του ελύτρου του Bowman υπάρχει η ουροφόρος κοιλότητα ή κοιλότητα του Bowman, μέσα στην οποία συγκεντρώνεται το πρόουρο, το οποίο διοχετεύεται στο εγγύς εσπειραμένο σωληνάριο. Το αγγειώδες σπείραμα (ή θαυμάσιο σπείραμα). Στην πύλη του νεφρικού σωματίου εισέρχεται το προσαγωγό αρτηρίδιο του νεφρού και εξέρχεται το απαγωγό αρτηρίδιο. Τριχοειδείς διακλαδώσεις αυτών των αρτηριδίων σχηματίζουν το αγγειώδες σπείραμα. Το αγγειώδες σπείραμα με το έλυτρο και την κοιλότητα του 47

56 Bowman αποτελούν το νεφρικό σωμάτιο ή Μαλπιγειανό σωμάτιο. Το νεφρικό σωμάτιο έχει δύο πόλους: τον αγγειώδη πόλο, απ όπου εισέρχεται το προσαγωγό και εξέρχεται το απαγωγό αρτηρίδιο και τα λεμφαγγεία του νεφρού και τον ουροφόρο πόλο, απ όπου ξεκινά το νεφρικό σωληνάριο. Νεφρικό σωληνάριο. Διακρίνεται, κατά σειρά, στα ακόλουθα τμήματα 34,35,38. Εγγύς εσπειραμένο σωληνάριο ή εσπειραμένο σωληνάριο α τάξεως. Αγκύλη του Henle. Άπω εσπειραμένο σωληνάριο ή εσπειραμένο σωληνάριο β τάξεως. Συνδετικό σωληνάριο και Αθροιστικά σωληνάρια γ) Αγγεία και νεύρα του νεφρού Ο νεφρός είναι ένα όργανο ιδιαίτερα αγγειοβριθές. Το 20% περίπου του κατά λεπτόν όγκου αίματος (ΚΛΟΑ) διοχετεύεται στο νεφρικό παρέγχυμα. Αιματώνεται από τη νεφρική αρτηρία, που εκφύεται από την κοιλιακή αορτή. Η νεφρική φλέβα εκβάλλει στην κάτω κοίλη φλέβα. Τα λεμφαγγεία του νεφρού ακολουθούν παράλληλη, περίπου, πορεία με το φλεβικό δίκτυο του νεφρού. Τα νεύρα των νεφρών είναι οι τελικοί κλάδοι του νεφρικού πλέγματος, που εκφύεται από το κοιλιακό πλέγμα 36,38. Αποχετευτική μοίρα Οι Νεφρικοί Κάλυκες διακρίνονται σε ελάσσονες και μείζονες 36,38. Οι ελάσσονες νεφρικοί κάλυκες με το ένα τους άκρο, που εμφανίζει κυπελλοειδή διαμόρφωση, περιβάλλουν τις νεφρικές θηλές και με το άλλο τους άκρο 48

57 συνενώνονται με παρακείμενους ελάσσονες κάλυκες και σχηματίζουν τους μείζονες κάλυκες. Στον άνθρωπο υπάρχουν περίπου 10 ελάσσονες κάλυκες 38. Οι μείζονες νεφρικοί κάλυκες σχηματίζονται από τη συνένωση τριών ή περισσοτέρων ελασσόνων καλύκων. Συνήθως είναι δύο: ο άνω και ο κάτω μείζων νεφρικός κάλυκας και σπάνια υπάρχει και τρίτος, ο μέσος μείζων νεφρικός κάλυκας. Η Νεφρική Πύελος σχηματίζεται από τη συνένωση των μειζόνων καλύκων και εμφανίζει μια ενδονεφρική και μια εξωνεφρική μοίρα. Μεταπίπτει στον ουρητήρα και το σημείο της μετάπτωσης ορίζεται ως πυελοουρητηρική συμβολή. Ο Ουρητήρας είναι ένας κυλινδρικός, ινομυώδης σωλήνας, που μεταφέρει τα ούρα από τη νεφρική πύελο στην ουροδόχο κύστη. Στο σημείο όπου εισέρχεται στην ουροδόχο κύστη, ο ουρητήρας συνεχίζει να πορεύεται υποβλεννογόνια, με λοξή φορά, για 1,5-2εκ. Η ειδική αυτή διάταξη και φορά του υποβλεννογόνιου τμήματος του ουρητήρα λειτουργεί ως βαλβιδικός μηχανισμός και δεν επιτρέπει την παλινδρόμηση των ούρων από την κύστη προς τον ουρητήρα. Σε περίπτωση, που το υποβλεννογόνιο τμήμα του ουρητήρα είναι μικρό ή συντρέχουν λόγοι που αλλοιώνουν αυτόν τον βαλβιδικό μηχανισμό, συμβαίνει κυστεο-ουρητηρικήπαλινδρόμηση (ΚΟΠ). Η Ουροδόχος Κύστη είναι κοίλο, μυώδες όργανο, ενδοπυελικό και βρίσκεται πίσω από την ηβική σύμφυση. Συμβάλλει στην αποθήκευση των ούρων, που φτάνουν από τους ουρητήρες και στην αποβολή τους κατά τη φάση της ούρησης. Η Ουρήθρα αρχίζει από την κύστη, από το έσω ουρηθρικό στόμιο και εκβάλλει στο έξω ουρηθρικό στόμιο

58 Φυσιολογία Η κύρια λειτουργία του ουροποιητικού συστήματος είναι η συμβολή των νεφρών στη διατήρηση της ομοιόστασης ελέγχοντας τον όγκο και τη σύσταση του εξωκυττάριου νερού καθώς και τα επίπεδα της αρτηριακής πίεσης. Τα υπόλοιπα τμήματα του συστήματος αποτελούν κυρίως περιοχές διόδου και περιοχές αποθήκευσης. Επιπλέον οι νεφροί αποτελούν σημαντικό ενδοκρινικό όργανο, καθόσον οι ορμόνες, τις οποίες εκκρίνουν, συμμετέχουν σε διάφορες ρυθμιστικές λειτουργίες. Οι βασικές λειτουργίες των νεφρών είναι: σπειραματική διήθηση οξινοποίηση των ούρων συμπύκνωση των ούρων Σπειραματική Διήθηση Σπειραματική διήθηση (Glomerular Filtration GF) ονομάζεται η λειτουργία κατά την οποία το αίμα διερχόμενο από το αγγειώδες σπείραμα, λόγω διαφοράς υδροστατικής πίεσης, διηθείται μέσω της βασικής μεμβράνης του σπειράματος στην κοιλότητα του Bowman (Εικ. 6). Το αρχικό διήθημα ή πρόουρο είναι ένα υπερδιήθημα του αίματος, καθόσον η βασική μεμβράνη επιτρέπει να περάσουν το νερό και οι κρυσταλλοειδείς ουσίες, (ουρία, κρεατίνη, γλυκόζη, Κ, Νa, Ca κ.α.) αλλά δεν επιτρέπει να περάσουν τα έμμορφα στοιχεία του αίματος και οι μεγαλομοριακές ενώσεις (λευκώματα) 39,40,42. 50

59 Εικόνα 6. Σπειραματική διήθηση 43. Η σπειραματική διήθηση δηλαδή είναι μια παθητική διαδικασία και η κινητήρια δύναμη είναι η υδροστατική πίεση του σπειράματος, η οποία εξαρτάται από τον ΚΛΟΑ. Το ποσό του αρχικού διηθήματος, που σχηματίζεται στη μονάδα του χρόνου (min) εκφράζει το ρυθμό της σπειραματικής διήθησης (Glomerular Filtration Rate GFR). Ο υπολογισμός του GFR βασίζεται στην έννοια της νεφρικής κάθαρσης. Η κάθαρση (clearance - Cl) μιας ουσίας εκφράζει τον όγκο του πλάσματος σε ml που καθαρίζεται από την ουσία αυτή σε ένα min (ml/min). Η τιμή της Cl μιας ουσίας βρίσκεται από τον τύπο: Cl x U V P x = (13) x όπου U x η συγκέντρωση της ουσίας x στα ούρα (mg/dl) V ο όγκος των ούρων (ml/min) 51

60 P x η συγκέντρωση της ουσίας x στο πλάσμα (mg/dl) Ο GFR μπορεί να υπολογιστεί με οποιαδήποτε χημική ουσία που έχει σταθερή συγκέντρωση στο αίμα και φιλτράρεται ελεύθερα, δίχως όμως να επαναρροφάται ή να εκκρίνεται από τους νεφρούς. Εάν μια ουσία x του πλάσματος διερχόμενη από το αγγειώδες σπείραμα διηθείται εξ ολοκλήρου στην κοιλότητα του Bowman και στη συνέχεια δεν επαναρροφάται ούτε απεκκρίνεται κατά μήκος των ουροφόρων σωληναρίων, τότε η Cl αυτής της ουσίας x θα είναι ίση με τον GFR. Μια τέτοια ουσία είναι η ινουλίνη, η οποία δεν επαναρροφάται ούτε εκκρίνεται μετά τη σπειραματική διήθηση και ο ρυθμός απέκκρισής της είναι ανάλογος του ρυθμού φιλτραρίσματος νερού και διαλυμένων ουσιών κατά μήκος του σπειράματος 40,42 Με βάση επομένως την Cl της ινουλίνης, η τιμή του GFR στους ενήλικες υπολογίστηκε σε 125ml/min. Συνεπώς το 24ωρο διηθούνται στην κοιλότητα του Bowman 180lt νερού (125ml 1440min=180lt). Ο μέσος όγκος ούρων 24ώρου κυμαίνεται περί το 1,5lt, άρα το 99% περίπου του διηθούμενου νερού επαναρροφάται κατά μήκος των ουροφόρων σωληναρίων 40,44,. Επειδή όμως η ινουλίνη έχει το μειονέκτημα ότι πρέπει να χορηγηθεί ενδοφλέβια, στην κλινική πρακτική έχει επικρατήσει ο προσδιορισμός του GFR να γίνεται από την Cl της ενδογενούς κρεατινίνης. Η κρεατινίνη παράγεται κατά το μεταβολισμό των μυών, διέρχεται ελεύθερα από τη βασική μεμβράνη του σπειράματος και δεν επαναρροφάται. Παρά το γεγονός ότι απεκκρίνεται σε μικρό ποσοστό από τα νεφρικά σωληνάρια, θεωρείται ότι αυτό ελάχιστα επηρεάζει την τιμή του GFR. Έτσι έχει καθιερωθεί η Cl κρεατινίνης να θεωρείται πολύ ικανοποιητικός δείκτης για την εκτίμηση του GFR. Η Cl κρεατινίνης στους ενήλικες κυμαίνεται περί τα 120ml/min 36,40. Απαραίτητη προϋπόθεση για τον υπολογισμό της Cl κρεατινίνης είναι η συλλογή ούρων 24ώρου. Αυτό αποτελεί ένα τεχνικό μειονέκτημα, ιδίως για τα 52

61 μικρά παιδιά. Ο υπολογισμός του GFR όμως, γίνεται ευκολότερος με τη χρήση ραδιοφαρμάκων επισημασμένα με ραδιονουκλίδια που θεωρούνται υποκατάστατα κυρίως της ινουλίνης. Το πλεονέκτημα των ραδιοϊσοτοπικών μεθόδων είναι ότι οι ραδιενεργές ουσίες ανιχνεύονται εύκολα στο αίμα και στα ούρα και συνήθως δεν απαιτείται η συλλογή ούρων. Υπάρχουν διαφόρων ειδών επισημασμένα ραδιοφάρμακα για τον υπολογισμό του GFR, όμως τα πιο διαδεδομένα είναι οι επισημασμένες μεταλλικές χηλικές ενώσεις του αιθυλενοδιαμινο-τετραοξικού οξέως (EDTA) και του διαιθυλενο-τραμινο-πενταοξικού οξέως (DTPA), καθώς και οι μεταλλικές ενώσεις του DTPA με σημαντικότερη αυτή του Τεχνιτίου-DTPA (Tc- DTPA) 45,46. Οξινοποίηση των ούρων Η λειτουργία αυτή πραγματοποιείται στα εγγύς και άπω εσπειραμένα νεφρικά σωληνάρια και τελικό στόχο έχει να διατηρήσει σταθερή την τιμή του ph του αίματος. Το ph του αρτηριακού αίματος παραμένει μεταξύ 7,35 και 7,45 παρά τη συνεχή παραγωγή από τις μεταβολικές αντιδράσεις περισσότερων οξέων και βάσεων. Η οξινοποίηση των ούρων και κατ επέκταση η διατήρηση της οξεοβασικής ισορροπίας επιτυγχάνεται με τους εξής τρόπους 39,40,47 : 1. Επαναρρόφηση HCO 3 - Η επαναρρόφηση των HCO 3 - συμβαίνει κυρίως στο εγγύς εσπειραμένο σωληνάριο. Συγκεκριμένα επαναρροφάται το Νa + των διηθημένων HCO 3 - και ανταλλάσσεται με Η + (Σχ. 17). Για κάθε NaHCO 3 που διηθείται (και τελικά χάνεται ως HCO 3 - ), ένα Na + παλιρροφάται και ένα NaHCO 3 επανασχηματίζεται μέσα στα 53

62 κύτταρα και επιστρέφει στη συστηματική κυκλοφορία 39,40,47,48. Σχήμα 17. Επαναρρόφηση HCO 3 -. Ι: περισωληναριακό τριχοειδές, ΙΙ: επιθηλιακό κύτταρο, ΙΙΙ: αυλός Ανανέωση HCO 3 Η ανανέωση των διττανθρακικών ιόντων γίνεται κυρίως στο άπω εσπειραμένο σωληνάριο και πραγματοποιείται με την τιτλοποιήσιμη οξύτητα (titratable acid) και την αμμωνιουρία. Τιτλοποιήσιμη Οξύτητα Τα κατάλοιπα του μεταβολισμού (φωσφορικά, θειικά κτλ) διηθούνται στο αρχικό διήθημα και διέρχονται από τα νεφρικά σωληνάρια (Σχ. 18). Το Νa + που παλιρροφάται ενώνεται με το HCO - 3 μέσα στο επιθηλιακό κύτταρο και σχηματίζεται NaHCO 3, το οποίο και διοχετεύεται στη συστηματική κυκλοφορία. Τα Η + που ανταλλάσσονται με τα Νa + των φωσφορικών (θειικών κτλ) ενώνονται με τα μονόξινα φωσφορικά (NaHPO 4 - ) και σχηματίζουν δισόξινα φωσφορικά (NaH 2 PO4), τα οποία και αποβάλλονται. Αυτά τα αποβαλλόμενα αποτελούν την τιτλοποιήσιμη 54

63 οξύτητα 39,40,48. Σχήμα 18. Τιτλοποιήσιμη οξύτητα. Ι: περισωληναριακό τριχοειδές, ΙΙ: επιθηλιακό κύτταρο, ΙΙΙ: αυλός Αμμωνιουρία Η αμμωνιουρία (Σχ. 19) συμβάλλει σημαντικά στη σταθερή διατήρηση της οξεοβασικής ισορροπίας. Η αμμωνία (ΝΗ 3 ) παράγεται κυρίως στα επιθηλιακά κύτταρα των εγγύς και άπω σωληναρίων. Η βάση ΝΗ 3, ως λιποδιαλυτή, διέρχεται εύκολα προς τον σωληναριακό αυλό και σε όξινο περιβάλλον ενώνεται με Η + και σχηματίζει αμμώνιο (ΝΗ + 4 ). Με τον τρόπο αυτό, αφενός αποβάλλονται Η + και ελευθερώνονται HCO - 3, αφετέρου δε τα ανιόντα ισχυρών οξέων (R - ) σχηματίζουν άλατα αμμωνίου κι έτσι αποβάλλονται 39,40,49. 55

64 Σχήμα 19. Αμμωνιουρία. Ι: περισωληναριακό τριχοειδές, ΙΙ: επιθηλιακό κύτταρο, ΙΙΙ: αυλός. Συμπύκνωση των ούρων Ο ανθρώπινος νεφρός μπορεί να συμπυκνώσει τα ούρα μέχρι ωσμωτικότητα τετραπλάσια περίπου του πλάσματος. Η λειτουργία της συμπύκνωσης των ούρων, μέχρι σήμερα, δεν είναι απόλυτα διευκρινισμένη. Θεωρείται ότι βασίζεται στις αρχές του μηχανισμού των αντίρροπων ροών (counter-current mechanism). Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή της μηχανικής, η ανταλλαγή διαφόρων ουσιών διευκολύνεται σε ένα σωλήνα υοειδή (σαν την αγκύλη του Henle) με δύο παράλληλα σκέλη, κοντά το ένα στο άλλο, μέσα στα οποία ρέουν υγρά, παράλληλα αλλά με αντίθετη ροή 40. Τα ούρα φτάνουν στην αρχή του κατιόντος σκέλους της αγκύλης του Henle ισοωσμωτικά ως προς το πλάσμα [Ωσμωτική Πίεση (Ω.Π.) 300mOsm/l]. Στη συνέχεια (Εικ. 7) με τη συνδυασμένη δράση κυρίως της αντλίας Na και της αντιδιουρητικής ορμόνης (ADH), η ΩΠ των ούρων αυξάνεται προοδευτικά από τη 56

65 φλοιώδη μοίρα του νεφρού προς τη μυελώδη, όπου και φτάνει τη μέγιστη τιμή της (ΩΠ περί τα 1200mOsm/l). Εικόνα 7. Συμπύκνωση των ούρων 36. Ο συνδυασμός όλων των ανωτέρω διεργασιών έχει σαν αποτέλεσμα το ποσό των ούρων που απεκκρίνονται το 24ωρο, να αποτελεί τελικά το 1% του συνολικού διηθούμενου νερού 39,40,44,50. 57

66 58

67 ΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΟΥΡΟΓΡΑΦΙΑ Εισαγωγή Η έννοια της μαγνητικής ουρογραφίας (Magnetic Resonance Urography MRU) είναι σχετικά καινούρια. Βασίζεται στην στατική και δυναμική απεικόνιση του νεφρικού εκκριτικού και απεκκριτικού συστήματος. Η MRU χρησιμοποιεί Γαδολίνιο- DTPA (Gadolinium-DTPA Gd-DTPA), το οποίο φιλτράρεται ελεύθερα στα τριχοειδή αγγεία των νεφρών χωρίς σημαντική απέκκριση ή επαναρρόφηση από τα σωληνάρια Σημαντικά πλεονεκτήματα της τεχνικής αυτής είναι ότι δεν χρησιμοποιεί ιοντίζουσα ακτινοβολία και εκτός από την άριστη αντίθεση των μαλακών μορίων συνδυάζει υψηλή χωρική και χρονική διακριτική ικανότητα 54, Όταν χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με δυναμική σάρωση μετά τη χορήγηση σκιαστικού παρέχει μία μη-επεμβατική ανάλυση της αιμάτωσης, της συγκέντρωσης και της απέκκρισης κάθε νεφρού 54,57,59, Συγκεκριμένες παθολογικές καταστάσεις, όπως συγγενείς διαμαρτίες του ουροποιητικού, λοιμώξεις, νεοπλάσματα, αποφράξεις, παρεγχυματικές ισχαιμίες, και αιμορραγία μπορούν να αναγνωριστούν με ακρίβεια 59,63,64, Η ραγδαία τεχνολογική ανάπτυξη και η χρήση του αναπνευστικού πλοηγού μετά την επεξεργασία των εικόνων (post-processing respiratory navigator) επιτρέπει τη λήψη εικόνων υψηλής ποιότητας, ανεξάρτητα από τον αναπνευστικό ρυθμό του ασθενή 59. Η χρήση νέων ταχέων τεχνικών MRI με υψηλή χρονική διακριτική ικανότητα (temporal resolution) έχει επιτρέψει την ποσοτικοποίηση της φλοιομυελικής διάχυσης και της νεφρικής απεκκριτικής λειτουργίας

68 Η πρώτη περιγραφή αυτής της τεχνικής έγινε από τους Hennig και συν 80,81, οι οποίοι χρησιμοποίησαν μία heavily T2-weighted ακολουθία, όπως είναι η RARE (Rapid Acquisition with Relaxation Enhancement), η οποία είναι κατάλληλη για την απεικόνιση αποφρακτικής ουροφόρου οδού. Αργότερα οι Rothpearl και συν 58 πρότειναν ένα εναλλακτικό πρωτόκολλο MRU βασισμένο στη χρήση γρήγορων ακολουθιών παλμού SE. Με τις ακολουθίες αυτές μπορούσαν να απεικονίσουν ταυτόχρονα το συλλεκτικό σύστημα και το νεφρικό παρέγχυμα. Το μεγάλο μειονέκτημα ήταν ο μεγάλος χρόνος λήψης. Χρησιμοποιώντας ισχυρότερα και γρηγορότερα βαθμιδωτά πεδία, οι Aerts και συν 76 εξασφάλισαν εικόνες υψηλής ποιότητας με ένα κράτημα της αναπνοής. Η τεχνική αυτή ονομάστηκε HASTE (half-fourier acquisition single-shot turbo spin echo). Τα σημαντικά πλεονεκτήματα αυτής της τεχνικής έχουν αναφερθεί εκτενώς από τη βιβλιογραφία 76-79, Οι Reuther και συν 77 αναφέρουν ότι η γρήγορη ακολουθία παλμού SE που προσαρμόστηκε για χρήση μιας λήψης (single-shot), μειώνει το χρόνο λήψης για πίνακα 240x256 σε 2,8s και επιτρέπει επιλεγμένες προβολές του συλλεκτικού συστήματος σε διαφορετικά κρατήματα της αναπνοής 68,85. Η MRI του νεφρικού παρεγχύματος βελτιώνεται κατά πολύ με τη χρήση μέσων σκιαγραφικής αντίθεσης, όπως Gd-DTPA 57,61,86,87. Τα σκευάσματα του γαδολινίου δεν έχουν γνωστή νεφροτοξικότητα και μπορούν να χορηγηθούν σε ασθενείς με επηρεασμένη νεφρική λειτουργία 62,88,89. Το Gd-DTPA είναι ανάλογο με το Τεχνήτιο-DTPA (Tc-DTPA), που χρησιμοποιείται στο νεφρικό σπινθηρογράφημα 60. Η εμπλουτισμένη MRI έχει αποδειχθεί ότι είναι πιο ευαίσθητη στο χαρακτηρισμό και την ανίχνευση νεφρικών βλαβών, σε σχέση με τη μηεμπλουτισμένη 88,90,91. Σύμφωνα με τους Huch Böni και συν 92, οι δυναμικές, 60

69 σκιαγραφικά-εμπλουτισμένες ακολουθίες, μπορούν να αναδείξουν μορφολογικές αλλοιώσεις των νεφρών και να αποκαλύψουν λειτουργίες του νεφρού όπως η διήθηση, η ροή του αίματος και η απέκκριση. Επίσης έδειξαν ότι η νεφρική παθολογία μπορεί να προσδιοριστεί με μεγάλη ακρίβεια χρησιμοποιώντας πολυεπίπεδες (Τ1-weighted) ακολουθίες GRE. Με την τεχνική αυτή επιτρέπεται η λήψη έως και 20 παράπλευρων τομών σε λιγότερο από 20s 61,90,91. Η ανάπτυξη διαφόρων μεθόδων απεικόνισης MRI έχει διευκολύνει στη διάγνωση πολλών παθολογικών καταστάσεων του ουροποιητικού συστήματος 61,63,70, Στις αποφρακτικές καταστάσεις, παρέχει λεπτομερείς πληροφορίες, σε μικρό χρονικό διάστημα, με μεγάλη ειδικότητα, ανεξάρτητα από το επίπεδο και το μέγεθος της απόφραξης, όπως έχει καταδειχθεί από πολλούς ερευνητές Αυτή η πολύ καλή απόδοση είναι ανεξάρτητη από τη νεφρική λειτουργία ή τη χρήση σκιαγραφικών μέσων αντίθεσης 61. Πρόσφατες δυναμικές μελέτες με χρήση σκιαστικών έδειξαν τη δυνατότητα της MRU να διαφοροποιεί τις σημαντικές από τις μη σημαντικές στενώσεις της πυελοουρητηρικής συμβολής (ΣΠΟΥΣ), τόσο σε νεογνά όσο και σε μικρά παιδιά 70,73,102. Οι Zielonko και συν 103 έδειξαν ότι η MRU είναι μια υψηλής ευαισθησίας τεχνική στην εκτίμηση της αποφρακτικής ουροπάθειας, ιδίως στις αποφρακτικές ουροπάθειες που δεν οφείλονται σε ουρολιθίαση. Σε πρόσφατη έρευνά τους, όπου σύγκριναν την MRU με ενδοφλέβια πυελογραφία, αξονική τομογραφία και υπερηχοτομογραφία κατέδειξαν ότι η αποκάλυψη της διάτασης του ουροποιητικού σε ασθενείς με αποφρακτική ουροπάθεια είχε ευαισθησία και ειδικότητα 100%. Σε ασθενείς με ουρολιθίαση, η απόφραξη λόγω λιθίασης, αποκαλύφθηκε σε ποσοστό 85%. Σε ασθενείς με ΣΠΟΥΣ και με στένωση του ουρητήρα λόγω κακοήθειας 61

70 αποκαλύφθηκε στο 100% των περιπτώσεων. Ενώ σε ασθενείς με καλοήθη στένωση του ουρητήρα το ποσοστό βρέθηκε 91%. Η MRU έχει αποδειχθεί αποτελεσματική στην απεικόνιση νεφρικών μαζών, όπως και στις απλές κύστεις. Ο Krestin 97 δηλώνει ότι οι απλές κύστεις με ισότονο περιεχόμενο ούρων εμφανίζουν χαμηλή ένταση σήματος στις Τ1 και απεικονίζονται με μεγάλη ένταση στις Τ2 ακολουθίες SE (Εικ. 8). Οι καλοήθεις συμπαγείς μεσεγχυματικές μάζες, όπως αιμαγγειώματα, λεμφαγγειώματα, λειομυοαγγειώματα, λιπώματα και όγκοι της παρασπειραματικής συσκευής, παρ όλο που είναι σπάνιες στον παιδιατρικό πληθυσμό, απεικονίζονται επίσης με την MRU 59,70,97,104,105. Εικόνα 8. Μία μεγάλη (αστερίσκος) και διάφορες μικρότερες κύστεις στο ΔΕ νεφρό ενός κοριτσιού 2 μηνών. α T1-weighted ακολουθία, β, γ Τ2-weighted ακολουθία STIR και δ single-shot T2-weighted ακολουθία

71 Στον προσδιορισμό κακοήθων νεφρικών όγκων, η χορήγηση σκιαστικού είναι απαραίτητη για την ανίχνευση νεφρικής διείσδυσης και την κατάδειξη αγγειακής συμμετοχής. Οι όγκοι Wilms, που είναι οι πιο συνήθεις νεφρικές κακοήθειες στα παιδιά, εμφανίζονται συνήθως ανομοιογενείς, με μεγάλες περιοχές κυστικής νέκρωσης και αιμορραγία. Αρκετοί συγγραφείς θεωρούν την MRU ως τη μέθοδο εκλογής για την προεγχειρητική αξιολόγηση του όγκου του Willms και του νευροβλαστώματος, διότι απεικονίζει τις μεταστάσεις στους λεμφαδένες καθώς και την πιθανή φλεβική συμμετοχή 97,105,106 (Εικ. 9). Εικόνα 9. Κορίτσι 8 μηνών με έναν μεγάλο οπισθοπεριτοναϊκό όγκο, (νευροβλάστωμα σταδίου ΙΙΙ), που πιέζει και απωθεί τον ΑΡ νεφρό. Δεν υπάρχει αγγειακή διήθηση ή απόφραξη στη ροή των μεγάλων αγγείων 59. Σε μια πρόσφατη μελέτη οι Lonergan και συν 107 σύγκριναν την MRU, με τη σπινθηρογραφία, στη διάγνωση πυελονεφρίτιδας στα παιδιά. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι με την MRU μπορούσαν να ανιχνευθούν περισσότερες πυελονεφριτικές αλλοιώσεις σε σχέση με το σπινθηρογράφημα. Οι Taylor και συν 108 συγκρίνοντας τις δύο μεθόδους κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι συγκεκριμένη δόση Gd-DTPA δίνει καλύτερα κλινικά αποτελέσματα από τη συνήθη δόση Tc-DTPA στη 63

72 σπινθηρογραφία, γεγονός που επιβεβαιώθηκε και από άλλους ερευνητές 68,72,109. Σε περιπτώσεις νεφρικής ανεπάρκειας, δυναμικές μελέτες με σκιαστικό μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον ποσοτικό προσδιορισμό της νεφρικής λειτουργίας 79,110. Δεν υπάρχουν αντενδείξεις στη χρήση γαδολινίου σ αυτές τις ομάδες ασθενών. Οι Terrier και συν 111 παρατήρησαν ολική μεταβολή στην ένταση του σήματος σε περιπτώσεις γενικευμένης βλάβης του λειτουργικού νεφρικού παρεγχύματος. Η ασαφοποίηση της φλοιομυελικής σχέσης είναι ευαίσθητη παράμετρος αλλά δεν είναι ειδική για νεφρικά νοσήματα. Εντούτοις, η δυναμική λειτουργική MRU με γαδολίνιο αποκαλύπτει τη συσχέτιση μεταξύ της χαμηλότερης τιμής της κάθαρσης της κρεατινίνης και της καθυστέρησης στην πτώση της έντασης του σήματος στο μυελό σε σύγκριση με υγιείς μάρτυρες 97. Οι νεφρικές αγγειακές ανωμαλίες και οι θρόμβοι των όγκων μπορούν να αποκαλυφθούν με πιο ευαίσθητες υπερηχοτομογραφικές τεχνικές. Η MRU μπορεί να διαχωρίσει επίσης ακόμη και μικρές ενδονεφρικές και περινεφρικές αιμορραγίες 97,112. Η αιτία της αυτόματης αιμορραγίας και η πορεία της μπορούν να αποσαφηνισθούν. Οι περιοχές μιας αιμορραγίας εμφανίζονται με σήματα ποικίλων εντάσεων, σε Τ1 και Τ2 ακολουθίες, και εξαρτώνται από το περιεχόμενο και τη διάρκεια της αιμορραγίας 97. Επίσης μπορούν να αποκαλυφθούν και περιοχές εμφράκτων (Εικ. 10). Συμπερασματικά λοιπόν, η MRU αποτελεί το επόμενο βήμα στην εξέλιξη της ουροακτινολογίας στα παιδιά, συνδυάζοντας εντυπωσιακή ανατομική απεικόνιση με ποσοτικοποιημένη λειτουργική αξιολόγηση σε μία μόνο εξέταση, χωρίς τη χρήση ιοντίζουσας ακτινοβολίας 54,57,61,68,

73 Εικόνα 10. Κορίτσι (νεογνό) 10 ημερών, με νεφρογενή υπέρταση και θρομβωτικές περιοχές στο ΔΕ νεφρό (βέλη) 59. Άλλες απεικονιστικές μέθοδοι: πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα Διάφορες μέθοδοι έχουν χρησιμοποιηθεί για να απεικονίσουν το ουροποιογεννητικό σύστημα στα παιδιά από την ανακάλυψη των ακτίνων Χ και των μέσων σκιαγραφικής αντίθεσης. Η ενδοφλέβια πυελογραφία έχει χρησιμοποιηθεί όσο καμία άλλη ακτινολογική πρακτική, παρ όλο το κόστος της. Θεωρείται επίσης ακριβής, τόσο μορφολογικά όσο και λειτουργικά, σε περιπτώσεις οξείας απόφραξης από ουρόλιθο Τα πιο σημαντικά μειονεκτήματα της μεθόδου είναι η ελαττωμένη ποιότητα εικόνας λόγω της αεροπλήθειας του παχέος εντέρου, ο μεγάλος χρόνος εξέτασης και η χρήση ιοντίζουσας ακτινοβολίας σε συνδυασμό με ιονιστικά σκιαγραφικά μέσα αντίθεσης 63,64,

74 Η ουρηθροκυστεογραφία χρησιμοποιείται κυρίως για να αποκαλύψει τη μορφολογία της ουροδόχου κύστης και της ουρήθρας. Είναι η μέθοδος εκλογής για τη διάγνωση της ΚΟΠ. Είναι όμως μέθοδος επεμβατική και χρησιμοποιεί ιοντίζουσα ακτινοβολία. Ο κίνδυνος μόλυνσης της ουροφόρου οδού κατά τον καθετηριασμό είναι ένα επιπλέον μειονέκτημα της συγκεκριμένης μεθόδου 63,64,117,120. Εναλλακτική, μη επεμβατική μέθοδος, της ενδοφλέβιας πυελογραφίας είναι το υπερηχογράφημα (ECHO) άνω-κάτω κοιλίας, το οποίο παρέχει λεπτομερή πληροφόρηση για το ουροποιητικό σύστημα των εμβρύων, νεογνών και παιδιών, χωρίς τη χρήση ιοντίζουσας ακτινοβολίας. Η υπερηχοτομογραφία χρησιμοποιείται στους περισσότερους ασθενείς με υποψία παθολογικής κατάστασης της ουροφόρου οδού. Η εισαγωγή της έγχρωμης υπερηχοτομογραφίας Doppler, αύξησε την ακρίβεια της συγκεκριμένης μεθόδου. Η απεικόνιση όμως με υπερήχους δεν είναι ακριβής μέθοδος και η απεικόνιση των μη διασταλμένων ουρητήρων δεν είναι πάντοτε εφικτή. Αντίθετα, η MRU απεικονίζει με σαφήνεια τους ουρητήρες, ακόμα και όταν δεν είναι διατεταμένοι. Το μεγάλο μειονέκτημα όμως του ECHO είναι ότι η ακρίβεια των αποτελεσμάτων εξαρτάται από τον χειριστή του μηχανήματος 62,63,70,116,117,121. Η νεφρική μορφολογία και λειτουργία μπορούν να προσδιοριστούν και με σπινθηρογραφικές ή ραδιοϊσοτοπικές μελέτες. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιεί χαμηλές δόσεις ραδιενέργειας σε σχέση με τη συμβατική ενδοφλέβια πυελογραφία και συστήνεται σε περιπτώσεις νεφρικών ουλών, οξείας πυελονεφρίτιδας, μετααποφρακτικής διάτασης, αξιολόγησης μεταμοσχευμένων νεφρών και προσδιορισμού της υπέρτασης. Στη μέθοδο αυτή συμπεριλαμβάνονται δυναμικές ή στατικές μελέτες καθώς και η ραδιοϊσοτοπική κυστεογραφία. Το δυναμικό σπινθηρογράφημα με 99m Tc-DTPA ή MAG-3 και η υπερηχοτομογραφία έχουν στην ουσία εξαλείψει τη χρήση ενδοφλέβιας πυελογραφίας - σε περιπτώσεις υδρονέφρωσης - λόγω του ότι 66

75 μπορούν να ποσοτικοποιήσουν τη νεφρική λειτουργία. Επίσης το στατικό σπινθηρογράφημα με DMSA θεωρείται ιδιαίτερα ευαίσθητο στην ανίχνευση αλλοιώσεων του φλοιού και ιδίως στην αποκάλυψη των νεφρικών ουλών. Σημαντικά μειονεκτήματα της νεφρικής σπινθηρογραφίας είναι οι εικόνες χαμηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας, οι μεγάλοι χρόνοι εξέτασης καθώς και η χρήση ιοντίζουσας ακτινοβολίας 56,63,69,116,117, Η υπολογιστική τομογραφία (Computed Tomography CT) είναι μία χρήσιμη μέθοδος απεικόνισης και συστήνεται για την αξιολόγηση νεφρικών μαζών, σταδιοποίησης και έκτασής τους. Είναι η μέθοδος εκλογής όταν υπάρχει υποψία νεφρικού αποστήματος, αιμορραγίας και μετατραυματικών νεφρών. Η ουρογραφία CT με 2D ή 3D ανακατασκευή εικόνας, πραγματοποιείται επιτυχώς με λήψεις πριν και μετά το σκιαστικό. Με τον τρόπο αυτό εντοπίζονται με μεγάλη ακρίβεια οι όγκοι και ανιχνεύονται οι επασβεστώσεις. Σήμερα, με τη χρήση ελικοειδούς CT και τους τομογράφους πολλαπλών τομών, λαμβάνονται εικόνες υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας χωρίς τη χρήση αναισθησίας. Το σημαντικότερο μειονέκτημα της μεθόδου είναι οι υψηλές δόσεις ακτινοβολίας 57,63,64,106,117, Θεωρία της MRU - Σχέση έντασης σήματος και συγκέντρωσης γαδολινίου Κατά την MRU χορηγείται παραμαγνητική ουσία στο αίμα, συνήθως με τη μορφή bolus. Η σκιαγραφική ουσία αλλάζει τους χρόνους χαλάρωσης των πρωτονίων του νερού, οπότε μεταβάλλεται η ένταση του σήματος του MR που ανιχνεύεται από το αίμα. Η μετακίνηση του αίματος που εμπεριέχει τη σκιαγραφική ουσία διαμέσου του οργάνου που μας ενδιαφέρει, μπορεί επομένως να παρακολουθείται χρονικά 55. Σε ομοιογενή διαλύματα η σχέση μεταξύ του διαμήκη (R 1 ) ρυθμού 67

76 χαλάρωσης με τη συγκέντρωση του σκιαστικού είναι γραμμική. Ειδικά ισχύει 129 : R 1 =R1 0 + r 1 C ca (15) όπου R1 0 είναι ο ρυθμός R 1 απουσία σκιαστικού, r 1 είναι η χαλάρωση του σκιαστικού, δηλαδή ο τρόπος με τον οποίο επανέρχεται στην ισορροπία το σκιαστικό μετά από τη διέγερσή του και C ca είναι η συγκέντρωση του σκιαστικού 56. Ανάλογη σχέση ισχύει και για τον εγκάρσιο (R 2 ) ρυθμό χαλάρωσης. Γενικά στη βιβλιογραφία χρησιμοποιείται περισσότερο ο χρόνος χαλάρωσης Τ 1 ο οποίος ορίζεται ως ο αντίστροφος του R 1 (Τ 1 =1/R 1 ) 56. Η γραμμική σχέση μεταξύ του ρυθμού χαλάρωσης και της συγκέντρωσης του σκιαστικού δεν ισχύει απαραίτητα και σε in vivo συνθήκες, αφού η δράση του σκιαστικού στον ιστό απαιτεί μοριακή αλληλεπίδραση. Για να επηρεαστούν όλα τα μόρια νερού του ιστού θα πρέπει να πραγματοποιηθεί μια ταχύτατη ανταλλαγή νερού μεταξύ όλων των τμημάτων του ιστού. Οι Donahue και συν 130 απέδειξαν ότι μια τέτοια θεώρηση είναι αρκετά σωστή εάν δεν υπάρχει σκιαστικό. Όμως οι μεγάλες διαφορές στον R 1 μεταξύ των τμημάτων του ιστού, σε συνδυασμό με την εισαγωγή σκιαστικού, ακυρώνουν αυτή τη θεώρηση 56. Η σχέση μεταξύ του ρυθμού χαλάρωσης και της έντασης του σήματος εξαρτάται από τον τύπο της ακολουθίας που χρησιμοποιείται, καθώς και από τις διάφορες παραμέτρους που συνοδεύουν την ακολουθία 56. Για την MRU η συνήθης ακολουθία που χρησιμοποιείται μετά τη χορήγηση σκιαστικού, σε δυναμικές μελέτες, είναι μια 3D spoiled GRE, επειδή προσφέρει πολύ καλή χρονική διακριτική ικανότητα. Η ένταση του σήματος που προέρχεται από μια τέτοια ακολουθία περιγράφεται από τη σχέση των Haacke και Tkach 131 : ( 1- exp( - TR R )) ( 1- exp( - TR R )) kp hma S = exp( -TE suna 1 R2 1 ) (16) όπου k η απόδοση του συστήματος, p η πυκνότητα των πρωτονίων, α η γωνία κλίσης 68

77 της RF διέγερσης, TR ο χρόνος επανάληψης του RF παλμού και TE ο χρόνος ηχούς 56. Οι Jones και συν 56 προσομοίωσαν τη σχέση αυτή για το φλοιό και το μυελό του νεφρού και απέδειξαν ότι αν ισχύει η θεώρηση της ταχύτατης ανταλλαγής σκιαστικού μεταξύ των τμημάτων του νεφρού, τότε η σχέση του ρυθμού χαλάρωσης και της συγκέντρωσης του σκιαστικού είναι γραμμική για τους δύο ιστούς. Δεν ισχύει όμως και το ίδιο για τη σχέση έντασης σήματος και συγκέντρωσης σκιαστικού. Στην περίπτωση αυτή οι εκθετικοί όροι της παραπάνω σχέσης καταστρέφουν αυτή τη γραμμικότητα. Παρόλ αυτά όμως, για χαμηλές συγκεντρώσεις σκιαστικού η σχέση προσεγγίζει πολύ τη γραμμική (Εικ. 11) 56,62,132,133. Εικόνα 11. Η επίδραση του Gd-DTPA στους ρυθμούς χαλάρωσης και στην ένταση του σήματος για το φλοιό (Cx) και το μυελό (Med) 56. Εξαιτίας της γραμμικής σχέσης μεταξύ του ρυθμού χαλάρωσης R 1 και της συγκέντρωσης Gd-DTPA, έχουν γίνει αρκετές προσπάθειες στη βιβλιογραφία να μετρηθεί ο ρυθμός χαλάρωσης ώστε να προσδιοριστεί η ιδανική συγκέντρωση γαδολινίου. Οι μέσες τιμές των χρόνων χαλάρωσης για τους ιστούς αυτούς (φλοιό και μυελό) στο 1Τ είναι 589 ± 159ms για χρόνο Τ 1 και 58 ± 24ms για Τ Οι Taylor και συν 108, θεωρώντας ότι το μοντέλο τους βρίσκεται σε σταθερή κατάσταση, προτείνουν ότι η συγκέντρωση Gd-DTPA δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 1,7 ± 0,8mmol kg

78 Το σφάλμα στη θεώρηση αυτή, όπως και σε όλες τις θεωρήσεις που προσπαθούν να μετρήσουν τον R 1, είναι ότι με την εισαγωγή σκιαστικού η τιμή του R 1 αλλάζει στην κλίμακα του χρόνου των δεδομένων λήψης, οπότε δεν μπορούμε να χρησιμοποιούμε μοντέλα σταθερής κατάστασης 138. Εξάλλου, τέτοιες μέθοδοι είναι χρονοβόρες όταν εφαρμόζονται σε μεγάλες βάσεις δεδομένων και πολύ ευαίσθητες στο «θόρυβο» των δεδομένων 56. Στην πράξη χρησιμοποιούνται τρεις μέθοδοι προσέγγισης του προβλήματος του υπολογισμού της συγκέντρωσης του Gd-DTPA από δυναμικές μελέτες MRU 56 : 1. Διατηρώντας τη συγκέντρωση του Gd-DTPA στη γραμμική περιοχή, μπορεί να υπολογιστεί από τη μεταβολή στην ένταση του σήματος. 2. Με τη χρήση επιπλέον λήψεων, πριν και μετά τη δυναμική μελέτη, υπολογίζεται ο R Πραγματοποιείται βαθμονόμηση της ακολουθίας λαμβάνοντας υπόψη την έλλειψη γραμμικότητας του σήματος στην καμπύλη συγκέντρωσης έντασης σήματος. Μέχρι και σήμερα η πρώτη μέθοδος είναι η πιο διαδεδομένη διότι δεν έχει μεγάλες απαιτήσεις για επεξεργασία μετά τη χορήγηση σκιαστικού και θεωρείται πιο απλή στην εφαρμογή 56. Η προφανής λύση για τη διατήρηση της συγκέντρωσης του Gd-DTPA στη γραμμική περιοχή είναι να χορηγείται όσο το δυνατόν λιγότερη ποσότητα σκιαστικού. Το μειονέκτημα είναι ότι μειώνεται και η ευαισθησία 56,132. Ποσοτικοποίηση της νεφρικής λειτουργίας με την MRU Κάθε τεχνική που στοχεύει στη διάγνωση, εκτός από οπτική πληροφορία πρέπει να συνδυάζεται και με την ποσοτικοποίηση χαρακτηριστικών παραμέτρων που 70

79 δίνουν επιπλέον πληροφορίες για την αναγνώριση της πάθησης. Η MRI σήμερα έχει κάνει τεράστια άλματα στην οπτική απεικόνιση ανατομικών δομών ώστε να θεωρείται από τις καλύτερες απεικονιστικές μεθόδους, ειδικά στην αποτύπωση μαλακών μορίων 54,62,66,124. Όπως ήδη έχει αναφερθεί, η MRU αναγνωρίζει με ακρίβεια αρκετές παθολογικές καταστάσεις των νεφρών 54,57. Στην παράγραφο αυτή θα ασχοληθούμε μόνο με τις ποσότητες που μπορεί να υπολογίσει η τεχνική αυτή και όχι με το απεικονιστικό μέρος. Καμπύλες έντασης σήματος χρόνου Στην MRU μπορούμε να παρατηρήσουμε τις αλλαγές στην ένταση του σήματος, σε διάφορες περιοχές των νεφρών ή και στον κάθε νεφρό ξεχωριστά, σε σχέση με τον χρόνο. Παρ όλο που μπορούμε να αξιολογήσουμε την αντίθεση οπτικά, είναι χρήσιμο να παρακολουθήσουμε τις αλλαγές του σήματος και γραφικά, με τη μορφή καμπυλών έντασης σήματος-χρόνου (Εικ. 12, 13) 57. Ο ποσοτικός υπολογισμός της έντασης σήματος σε συγκεκριμένες περιοχές ενδιαφέροντος (region of interest ROI), στο φλοιό και στο μυελό, σε σχέση με το χρόνο, αντανακλά και την αντίστοιχη λειτουργία των περιοχών αυτών 54,57,62,139,140. Στην καμπύλη του φλοιού παρατηρείται μια αρχική αγγειακή κορυφή, η οποία συνοδεύεται από μία καθυστερημένη. Η εμφάνιση σκιαστικού στο φλοιό (νεφρικά σωμάτια, εγγύς και άπω εσπειραμένα σωληνάρια) αντανακλά την αγγειακή φάση του νεφρικού φλοιού καθώς και τον GFR. Η φλοιϊκή καμπύλη επηρεάζεται από τις αλλαγές κυρίως του GFR καθώς και της νεφρική αιμάτωσης. Μετά την πρώτη κορυφή, που αντανακλά την αγγειακή φάση του νεφρικού φλοιού και τη συγκέντρωση του σκιαστικού στο εγγύς εσπειραμένο σωληνάριο (ΕΕΣ), η ένταση του σήματος πέφτει για λίγο μέχρι την εμφάνιση της επόμενης κορυφής που 71

80 αντιπροσωπεύει τη συγκέντρωση που πραγματοποιείται στο άπω εσπειραμένο σωληνάριο (ΑΕΣ) 141. Η τελική πτώση του σήματος ακολουθεί την πτώση της συγκέντρωσης Gd στο πλάσμα 54,57. Εικόνα 12. Καμπύλη έντασης σήματος χρόνου για το ΔΕ νεφρό. Στην εικόνα αυτή παρουσιάζονται οι καμπύλες του ΔΕ φλοιού (Δ Φλ), του ΔΕ μυελού (Δ Μυελ) καθώς και της αορτής, ενός φυσιολογικού νεφρού 57. Ο μυελός έχει πιο αργή αύξηση στην ένταση του σήματος και καταλήγει σε μια αγγειακή κορυφή, η οποία βρίσκεται υψηλότερα από την καμπύλη του φλοιού σε φυσιολογικούς νεφρούς. Η κορυφή αυτή αντιπροσωπεύει τη συγκέντρωση του σκιαστικού στην αγκύλη του Henle (ΑΗ). Μετά την κορυφή, ακολουθεί πτώση στην ένταση του σήματος καθώς το σκιαστικό απεκκρίνεται στα ούρα και η συγκέντρωσή του στο πλάσμα ελαττώνεται. Η μυελική καμπύλη αντανακλά κυρίως την σωληναριακή λειτουργία 54,57. Συμπερασματικά, η απέκκριση του σκιαστικού από το νεφρικό παρέγχυμα προσδιορίζεται από τις καμπύλες έντασης σήματος-χρόνου. 72

81 Μια άλλη παράμετρος που μπορεί να προσδιοριστεί από τις καμπύλες αυτές είναι το φλοιομυελικό σημείο τομής, δηλαδή η χρονική στιγμή όπου ο φλοιός και ο μυελός γίνονται ισότονα. Στους φυσιολογικούς νεφρούς, κάτι τέτοιο συμβαίνει συμμετρικά, όμως το χρονικό αυτό σημείο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ώστε να προσδιοριστούν διαφορές του GFR μεταξύ των δύο νεφρών 57. Εικόνα 13. Καμπύλες έντασης σήματος από ολόκληρους τους δύο νεφρούς και την αορτή 57. Με τις καμπύλες έντασης σήματος-χρόνου που προέρχονται από ολόκληρους τους νεφρούς (αριστερό και δεξιό) μπορεί επίσης να εκτιμηθεί η νεφρική αιμάτωση, ο GFR, η συγκέντρωση και η απέκκριση, με παρόμοιο τρόπο όπως στις καμπύλες χρόνου-ενεργότητας της σπινθηρογραφίας 57. Οι καμπύλες έντασης σήματος-χρόνου στην πύελο, είναι συγκρίσιμες με το δυναμικό-διουρητικό νεφρόγραμμα με DTPA ή MAG-3, διότι τα ανωτέρω σπινθηρογραφήματα μελετούν την ίδια περιοχή ενδιαφέροντος. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι καμπύλες αυτές διαφέρουν με αυτές της σπινθηρογραφίας, στο ότι οι 73

82 καμπύλες της πυρηνικής ιατρικής απεικονίζουν την ολική ενεργότητα, ενώ οι καμπύλες MRU τη σχετική ένταση σήματος 54,57. Ρυθμός σπειραματικής διήθησης - GFR Η πιο διαδεδομένη μη απεικονιστική μέθοδος προσδιορισμού της νεφρικής λειτουργίας είναι η μέτρηση της κάθαρσης της κρεατινίνης. Παρόλ αυτά δεν είναι ο ιδανικός τρόπος υπολογισμού του GFR διότι υπολογίζει μόνο τη συνολική λειτουργία του νεφρού και όχι τη λειτουργία του κάθε νεφρού ξεχωριστά. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, ο GFR μπορεί να υπολογιστεί ακριβώς από την κάθαρση της ινουλίνης, αλλά τέτοια τεστ είναι επεμβατικά και δεν είναι εφικτά στην κλινική πράξη. Πολλές μέθοδοι έχουν αναπτυχθεί για τον προσδιορισμό του GFR από δυναμικές μελέτες της πυρηνικής ιατρικής 129,142. Σημαντικό μειονέκτημα αυτών των μεθόδων είναι η κακή στατιστική (poor counting statistics) και η αδυναμία προσδιορισμού του σήματος που προέρχεται έξω από το νεφρό. Πρόσφατα, πολλές ομάδες ερευνητών, εφάρμοσαν τις τεχνικές της πυρηνικής ιατρικής στη δυναμική MRI σε συνδυασμό με τη χρήση σκιαστικού (Gd- DTPA) 54,56,108,132, Ο υπολογισμός του ρυθμού σπειραματικής διήθησης βασίζεται στην τεχνική Rutland-Patlak 147,148. Η τεχνική αυτή στηρίζεται σ ένα μοντέλο δύο διαμερισμάτων, με αμφίδρομη ροή σκιαστικού από το ένα διαμέρισμα στο άλλο. Στην MRU το διαμέρισμα 1 προσομοιώνει τον αγγειακό χώρο και το διαμέρισμα 2 το νεφρικό 136,143, Στη συνέχεια γίνονται οι παρακάτω υποθέσεις ,151 : 1. Ο ενδιάμεσος χώρος αγνοείται. Η μεταβολή της έντασης του σήματος ΔS είναι ανάλογη της συγκέντρωσης του Gd-DTPA σ ένα συγκεκριμένο ογκοστοιχείο (voxel). Με τον όρο ογκοστοιχείο 74

83 εννοούμε ένα στοιχειώδη κυβικό όγκο, με επιφάνεια έδρας ένα εικονοστοιχείο (pixel). 2. Το Gd-DTPA αναμιγνύεται εξ ολοκλήρου μεταξύ των δύο τμημάτων. 3. Ο αιματοκρίτης είναι σταθερός σε όλα τα νεφρικά αγγεία και στην αορτή. 4. Η συγκέντρωση Gd-DTPA στην αορτή και στα νεφρικά αγγεία είναι ίση για κάθε χρονική στιγμή. Τότε η συγκέντρωση του Gd σε έναν νεφρό μπορεί να υπολογιστεί από τη σχέση: K(t) = B(t) + Q(t) (17) όπου Κ(t) η συγκέντρωση του Gd σε έναν νεφρό, Β(t) η συγκέντρωση του Gd στον αγγειακό χώρο και Q(t) η συγκέντρωση του Gd στο νεφρικό χώρο. Θεωρώντας ότι η συγκέντρωση του Gd στον αγγειακό χώρο είναι ανάλογη μ αυτή της αορτής b(t), τότε ισχύει: Β(t) = c 1 b(t) (18) Η συνάρτηση b(t) αντιπροσωπεύει τη μεταβολή του σήματος που μετράται στην αορτή τη χρονική στιγμή t και θεωρείται ότι είναι ανάλογη της συγκέντρωσης του Gd. Η σταθερά c 1 προσδιορίζεται από τον αγγειακό χώρο. Στη συνέχεια θεωρούμε ότι η ποσότητα Gd που φιλτράρεται προς το νεφρό είναι ανάλογη με το ολοκλήρωμα της καμπύλης της συγκέντρωσης του Gd-DTPA της αορτής, δηλαδή με την κάθαρση: t 1 ò Q (t1) = c 2 b(t) dt (19) 0 Επομένως η c 2 είναι μία σταθερά ισοδύναμη με την κάθαρση από τον αγγειακό χώρο στο νεφρό. Από τις σχέσεις 17, 18, 19 προκύπτει ότι: K (t) = c1 b(t) + c2 b(t) dt (20) t 1 ò 0 75

84 Διαιρώντας την σχέση 20 με τη μεταβολή του σήματος στην αορτή b(t) προκύπτει: t 1 ò b(t)dt K(t) 0 = c1 + c2 (21) b(t) b(t) Δηλαδή η σχέση (21) είναι της μορφής: Y = c 1 + c 2 X (22) Με την προϋπόθεση λοιπόν ότι οι υποθέσεις που έγιναν είναι σωστές, η γραφική παράσταση θα πρέπει να είναι ευθεία γραμμή. Από τη σχέση (22) η c 2, που είναι και η κλίση της καμπύλης, ισούται με τον GFR (για συγκεκριμένο εύρος τιμών), ενώ η c 1, που είναι η τομή με τον άξονα Υ, ισούται με το μέγεθος του πρώτου τμήματος, δηλαδή τον κλασματικό όγκο αίματος (fractional blood volume) του νεφρού 143,146. Ο ολικός GFR προκύπτει από το άθροισμα των κλίσεων των καμπυλών Patlak για τους δύο νεφρούς. Μπορούν να πραγματοποιηθούν και διορθώσεις για τη διαφορά στους ρυθμούς χαλάρωσης διαφορετικών ιστών από μελέτες που έγιναν με ομοιώματα 146,150,152. Παρ όλα αυτά οι καταστάσεις in vivo μπορεί να είναι διαφορετικές, οπότε μια τέτοια διόρθωση δεν έχει νόημα σε τέτοιες μελέτες 54,146,152,153. Για το λόγο αυτό η τιμή που προκύπτει από την κλίση της καμπύλης Patlak θα πρέπει να θεωρείται ως δείκτης του GFR και όχι ως η απόλυτη τιμή του GFR. Παρ όλα τα προβλήματα που προκύπτουν από τον υπολογισμό του GFR με μεθόδους MR, οι τιμές που έχουν αποκομισθεί από ενήλικες εθελοντές με την τεχνική Rutland-Patlak είναι σε καλή συμφωνία με τις άλλες τεχνικές 54,136,143,146. Για τα παιδιά όμως δεν υπάρχει ακόμα, απόλυτα αποδεκτός αριθμός Patlak 57,143,146. Διαγράμματα Patlak για διαφορετικές τιμές συγκέντρωσης Gd-DTPA παρουσιάζονται στην Εικ

85 Εικόνα 14. Διαγράμματα Patlak που υπολογίστηκαν από 4 διαφορετικές μετρήσεις του ίδιου εθελοντή. Τα διαγράμματα Patlak για 2ml και 4ml Gd-DTPA παρουσιάζουν μικρές ταλαντώσεις, ενώ τα διαγράμματα Patlak για 8 και 16ml εμφανίζουν πιο γραμμική συμπεριφορά 146. Ο υπολογισμός του GFR μπορεί να πραγματοποιηθεί και με πιο περίπλοκες μεθόδους, οι οποίες βασίζονται σε πιο ολοκληρωμένα μοντέλα της δυναμικής των σκιαστικών. Σε πρόσφατη όμως μελέτη αποδείχθηκε ότι αυτές οι μέθοδοι σε σύγκριση με ραδιοϊσοτοπικές μεθόδους αναφοράς παρουσίασαν χειρότερη συσχέτιση απ ό,τι η μέθοδος Rutland-Patlak 56,136. Διαφορική νεφρική λειτουργία DRF Η διαφορική νεφρική λειτουργία (Differential Renal Function DRF) είναι ίσως η πιο διαδεδομένη ποσότητα που υπολογίζεται για τον προσδιορισμό της νεφρικής λειτουργίας 54,116,154. Ο υπολογισμός της DRF από τη δυναμική σπινθηρογραφία (Differential Renal Scintigraphy DRS) προκύπτει από την ολοκλήρωση της καμπύλης του ιχνηθέτη, για το χρονικό διάστημα που ο ιχνηθέτης θεωρείται ότι εντοπίζεται κυρίως στο 77

86 παρέγχυμα. Λόγω της περιορισμένης χωρικής διακριτικής ικανότητας των μελετών DRS, χρησιμοποιούνται προκαθορισμένα χρονικά σημεία της καμπύλης, διότι η ακριβής θέση του ιχνηθέτη δεν μπορεί να επιβεβαιωθεί από τον οπτικό έλεγχο των εικόνων 54. Επειδή οι μετρήσεις DRS στηρίζονται σε προβολικές εικόνες του νεφρού, υπολογίζεται η ενεργότητα σ ολόκληρο το νεφρό και στο υπόστρωμα 54,56,108,132,155. Οι περισσότερες τεχνικές που αναπτύχθηκαν για να μετρήσουν την DRF με MRU επιχείρησαν να αντιγράψουν αυτή τη μέθοδο, χρησιμοποιώντας την περιοχή κάτω από τις καμπύλες έντασης-χρόνου που προερχόταν είτε από μία τομή είτε από πολλές, με μία ανεξάρτητη μέτρηση του όγκου 52,108,132,154,155. Η περιοχή κάτω από μια τέτοια καμπύλη ισούται με τη μέση ένταση σήματος ανά voxel ιστού και θεωρείται ότι αντιπροσωπεύει τη λειτουργία ανά μονάδα όγκου ιστού 56. Πολλαπλασιάζοντας επομένως αυτή την ποσότητα με τον όγκο ολόκληρου του ιστού, λαμβάνουμε μια ποσοτική ένδειξη της λειτουργίας του νεφρού 56,151,154. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της DRF βασίζεται αρχικά στον υπολογισμό της SRF (Split Renal Function) που αντιστοιχεί στη λειτουργία κάθε νεφρού ξεχωριστά. Λαμβάνονται τρισδιάστατοι όγκοι που περιβάλλουν τον κάθε νεφρό ξεχωριστά. Επομένως η λήψη (uptake) του σκιαστικού από τον κάθε νεφρό, μπορεί να παρακολουθηθεί ογκομετρικά. Θεωρώντας ότι τα voxels αντιπροσωπεύουν λειτουργικό ή μη ιστό, τότε αθροίζοντας τα voxels που παρουσιάζουν σημαντικό uptake σκιαστικού, μπορεί κανείς να υπολογίσει το λειτουργικό όγκο κάθε νεφρού, δηλαδή την SRF 154. Για να γίνει ο υπολογισμός της SRF θα πρέπει να γίνει σωστή επιλογή του όγκου του κάθε νεφρού. Θα πρέπει δηλαδή να προέρχεται από μία χρονική στιγμή όπου να υπάρχει αρκετή ενίσχυση των νεφρών από το σκιαστικό, ώστε τότε να 78

87 επιλεγεί ανεξάρτητα ο τρισδιάστατος όγκος του κάθε νεφρού ξεχωριστά. Η επιλογή αυτών των όγκων γίνεται από τις δυναμικές σειρές που χρησιμοποιούνται και θα πρέπει να τοποθετείται χρονικά πριν το σκιαστικό φανεί για πρώτη φορά στο συλλεκτικό σύστημα κάθε νεφρού 56. Επομένως το πρώτο βήμα είναι να επιλεγεί η εικόνα, όπου για πρώτη φορά εμφανίζεται το σκιαστικό στο συλλεκτικό σύστημα κάθε νεφρού, ώστε να επιλέξουμε μία εικόνα πριν από αυτή τη χρονική στιγμή. Στη συνέχεια επιλέγουμε μια από τις προηγούμενες εικόνες, με βάση το κριτήριο να υπάρχει ικανοποιητική ενίσχυση και στους δύο νεφρούς (Εικ. 15). Εικόνα 15. Αγόρι 2 ετών με νεφρική υποδυσπλασία ΑΡ. H εικόνα δείχνει τη χρονική στιγμή υπολογισμού της DRF. Η DRF υπολογίστηκε 21% για τον ΑΡ νεφρό και 79% για τον ΔΕ 54. Στην πρόσφατη βιβλιογραφία γίνεται διαχωρισμός της SRF σε δύο ποσότητες, ανάλογα με τον τρόπο υπολογισμού της. Εάν χρησιμοποιηθεί ογκομετρική μέθοδος υπολογισμού της SRF, τότε ονομάζεται vsrf. Η SRF όμως μπορεί να προκύψει και 79

88 από την κλίση της καμπύλης Patlak για τον ένα νεφρό. Στην περίπτωση αυτή ονομάζεται psrf, αφού βασίζεται στην τιμή Patlak της κλίσης της καμπύλης. Θεωρείται ότι η vsrf εμπεριέχει λιγότερα σφάλματα και γι αυτό προτιμάται ο υπολογισμός της 56. Μελέτες έχουν δείξει ότι ο υπολογισμός της DRF με MRU συμφωνεί με αυτόν της πυρηνικής ιατρικής 62,124,156. Επίσης έχει αποδειχθεί ότι ο όγκος του λειτουργικού ιστού που προκύπτει από την ίδια μέθοδο έχει πολύ καλή συσχέτιση με το ρυθμό της κάθαρσης της κρεατινίνης 154,157. Η μέθοδος αυτή επομένως, μπορεί να διαχωρίσει το λειτουργικό από το μη λειτουργικό ιστό και να εντοπίσει νεφρικές ουλές ή ανωμαλία της μορφολογίας του νεφρού, όπως συμβαίνει στις συγγενείς διαμαρτίες με ή χωρίς νεφρική υποδυσπλασία. Σε περίπτωση διπλού πυελοκαλυκικού συστήματος, η MRU μπορεί να πραγματοποιήσει διαχωριστικό νεφρόγραμμα του άνω και του κάτω ημίνεφρου 54,154. Χρόνος νεφρικής διέλευσης - RTT Ως χρόνος νεφρικής διέλευσης (Renal Transit Time RTT) ορίζεται το χρονικό διάστημα που απαιτείται ώστε το σκιαστικό να διέλθει από τον φλοιό στον ουρητήρα, στο ύψος του κάτω πόλο του νεφρού 54,116,154. Ο RTT υπολογίζεται με τη βοήθεια των εικόνων που προέρχονται από τις προβολές μέγιστης έντασης (maximum intensity projections ΜΙΡ). Επιλέγεται η πρώτη εικόνα όπου εμφανίζεται το σκιαστικό στον φλοιό και σημειώνεται ο χρόνος. Στη συνέχεια επιλέγεται η εικόνα που δείχνει για πρώτη φορά το σκιαστικό να φτάνει στον ουρητήρα, στο ύψος του κάτω πόλου του νεφρού και σημειώνεται ο χρόνος. Ο RTT είναι η χρονική διαφορά μεταξύ των δύο αυτών λήψεων. Ο RTT επηρεάζεται τόσο από την παρεγχυματική απέκκριση όσο και από την 80

89 αποχέτευση στον ουρητήρα 54,57,158. Ο RTT χρησιμοποιείται ευρέως στην κατηγοριοποίηση της νεφρικής αποχέτευσης σε αποφρακτική, μη αποφρακτική και διφορούμενη. Εάν ο RTT είναι μικρότερος από 4min το σύστημα είναι συνήθως μη αποφρακτικό. Εάν είναι μεγαλύτερος από 8min, τότε μάλλον είναι αποφρακτικό και εξαρτάται από τη νεφρική λειτουργία και το βαθμό της υδρονέφρωσης. Εάν ο RTT είναι μεταξύ 4 min και 8min τότε το αποτέλεσμα είναι διφορούμενο και απαιτείται στενή παρακολούθηση για να εξασφαλίσουμε ότι η νεφρική λειτουργία είναι σταθερή 54,57,154. Σε περιπτώσεις διαγνωσμένης υδρονέφρωσης, παρατεταμένος RTT δείχνει απλά καθυστέρηση στην αποχέτευση των ούρων. Δεν δίνει όμως πληροφορίες για τη βασική αιτία αυτής της καθυστέρησης, η οποία μπορεί να είναι: μειωμένος GFR, επηρεασμένη σωληναριακή λειτουργία ή ΣΠΟΥΣ 54,124,154. Ένας φυσιολογικός RTT είναι πιο αξιόπιστος στην εκτίμηση της υδρονέφρωσης. Δηλαδή δείχνει φυσιολογικό GFR και σωληναριακή λειτουργία χωρίς να παρεμποδίζεται η διέλευση του σκιαστικού από την πυελοουρητηρική συμβολή. Εάν ο ασθενής τοποθετηθεί σε πρηνή θέση, η αποχέτευση εμφανίζει ταχύτερο ρυθμό, οπότε ο RTT μειώνεται. Αν υπάρχει σημαντική απώλεια λειτουργικής νεφρικής μάζας και λιγότερη αναμενόμενη παραγωγή ούρων, ο προσδιορισμός του RTT έχει περιορισμένη αξία στην εκτίμηση της υποκείμενης απόφραξης 154. Παρά το γεγονός ότι ο RTT είναι συγκρίσιμος με την DRS στην αξιολόγηση των διατεταμένων συστημάτων, εντούτοις μέχρι σήμερα δεν μπορεί να εκτιμηθεί ποιος νεφρός εμφανίζει ή θα εμφανίσει μη αναστρέψιμη βλάβη. Ο RTT θα πρέπει να θεωρείται απλά ως μία από τις πολλές παραμέτρους, που χρησιμοποιούνται στη διερεύνηση της υδρονέφρωσης στα παιδιά

90 Χρόνος καλυκικής διέλευσης - CTT Ως χρόνος καλυκικής διέλευσης (Calyceal Transit Time CTT) ορίζεται το χρονικό διάστημα που απαιτείται ώστε το σκιαστικό να διέλθει από το παρέγχυμα στους κάλυκες. Υπολογίζεται όταν το σκιαστικό φαίνεται για πρώτη φορά στους κάλυκες 154. Ο CTT αντικατοπτρίζει μεταβολές στη δυναμική του παρεγχύματος και εξαρτάται τόσο από τον GFR όσο και από τη σωληναριακή λειτουργία. Ο υπολογισμός του CTT είναι ιδιαίτερα αξιόπιστος αν υπάρχει ετερόπλευρη βλάβη του νεφρού και διαχωρίζεται ως συμμετρικός, γρήγορος ή καθυστερημένος στον πάσχοντα νεφρό 154. Εάν ο CTT είναι συμμετρικός τότε συμπεραίνουμε ότι το σύστημα παραμένει αντιρροπούμενο κατά τη διάρκεια της διούρησης. Εάν ο CTT είναι καθυστερημένος, αυτό δείχνει οξεία μείωση στον GFR και αυξημένη επαναρρόφηση των ούρων από τα νεφρικά σωληνάρια, ως αντίδραση στην αυξημένη ενδοπυελική πίεση 154. Παρ όλ αυτά χρειάζονται περισσότερες μελέτες για τον ποσοτικό προσδιορισμό του CTT, ώστε να διερευνηθεί η εξάρτησή του από την ηλικία του ασθενή και κάθε παθοφυσιολογική διαταραχή. 82

91 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ Η απεικόνιση του ουροποιητικού στα παιδιά, σε συγγενείς διαμαρτίες και άλλες παθολογικές καταστάσεις, απαιτεί μια σειρά εξετάσεων. Οι περισσότερες από αυτές στηρίζονται στη χρήση ιοντίζουσας ακτινοβολίας ή/και επεμβατικών τεχνικών. Η συνεισφορά της MRU έχει ανοίξει καινούριους δρόμους προσέγγισης παθολογικών καταστάσεων για τη συγκεκριμένη κατηγορία ασθενών. Σε συνδυασμό με τις καινούριες ταχείες ακολουθίες, η MRU έχει καταφέρει να απεικονίσει τόσο τη μορφολογία όσο και τη λειτουργία του ουροποιητικού συστήματος των παιδιών. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που συνεισφέρουν στη βελτιστοποίηση της MRU, οι οποίοι διερευνώνται διεθνώς, με απώτερο στόχο η MRU να αντικαταστήσει πλήρως, με μία μόνο εξέταση, όλες τις άλλες απεικονιστικές μεθόδους. Σκοπός αυτής της μελέτης είναι η πραγματοποίηση διαγνωστικών εξετάσεων MRU σε παιδιατρικούς ασθενείς με τον καθορισμό και την βελτιστοποίηση, σε πρώτο επίπεδο, ενός πρωτοκόλλου, που να μπορεί να παράγει ικανοποιητικές εικόνες MRU, τόσο στατικές όσο και δυναμικές. Τούτο προϋποθέτει την κατάλληλη των ακολουθιών και των λήψεων, την ορθότερη προετοιμασία των ασθενών, καθώς και τον κατάλληλο τρόπο και χρόνο χορήγησης του Gd-DTPA. Σε δεύτερο επίπεδο θα διερευνηθούν τρόποι ποσοτικού προσδιορισμού της νεφρικής λειτουργίας με την MRU στους παιδιατρικούς ασθενείς. 83

92 84

93 ΕΙΔΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 85

94 86

95 ΥΛΙΚΟ Κατά το χρονικό διάστημα μελετήθηκαν 21 παιδιά ηλικίας 3-14 ετών, που νοσηλεύτηκαν στη Β Παιδιατρική Κλινική Α.Π.Θ. του Νοσοκομείου ΑΧΕΠΑ ή προσκομίστηκαν στο Τακτικό Παιδονεφρολογικό Εξωτερικό Ιατρείο της ιδίας κλινικής. Για κάθε παιδί συμπληρωνόταν ειδικό πρωτόκολλο, όπου καταγράφονταν τα κλινικά και εργαστηριακά του δεδομένα, πρόσφατα και παλαιότερα, καθώς και τα ευρήματα από τον απεικονιστικό τους έλεγχο. Από το σύνολο των ασθενών 8 ήταν κορίτσια, ηλικίας 5-10 ετών (μέση ηλικία 8,3) και 13 αγόρια, ηλικίας 3-14 ετών (μέση ηλικία 8,4). Όλα τα παιδιά, που διερευνήθηκαν με MRU εμφάνιζαν σοβαρές συγγενείς διαμαρτίες του ουροποιητικού, μεμονωμένες ή σε συνδυασμό μεταξύ τους, όπως: Κυστεοουρητηρική Παλινδρόμηση ΚΟΠ Η ΚΟΠ είναι μια συχνή διαταραχή της διάπλασης της ΚΟΥΣ, που επιτρέπει την παλινδρόμηση των ούρων από την κύστη προς τους νεφρούς παιδιά από τα 21 εμφάνιζαν ΚΟΠ ποικίλου βαθμού. Νεφρική υποδυσπλασία Κλινικά, νεφρική υποδυσπλασία καλείται κάθε περίπτωση όπου: κυρίως στο ECHO νεφρών, θα βρεθεί νεφρός μικρότερος του αναμενόμενου, λέπτυνση του φλοιού, ασαφοποίηση των ορίων φλοιώδους και μυελώδους μοίρας και υπερηχογένεια. Στο στατικό και δυναμικό σπινθηρογράφημα αποκαλύπτεται η μειωμένη νεφρική μάζα, η αντιρροπιστική υπερτροφία του άλλου νεφρού και η μειωμένη σχετική συμμετοχή του υποδυσπλαστικού νεφρού στη συνολική νεφρική λειτουργία 161, παιδιά από τα 21 εμφάνιζαν νεφρική υποδυσπλασία με ή χωρίς νεφρικές ουλές. 87

96 Υδρονέφρωση Κάθε σημαντική διάταση του πυελοκαλυκικού ορίζεται ως υδρονέφρωση. Στην πλειονότητα των περιπτώσεων οφείλεται σε απόφραξη, κυρίως λόγω ΣΠΟΥΣ ή ΣΚΟΥΣ, ή σε απόφραξη λόγω πίεσης εκ των έξω από έκτοπα αγγεία, παραουρητηρικά εκκολπώματα, ουρητηροκήλη κ.τ.λ. Ενδέχεται όμως να υπάρχει σημαντική υδρονέφρωση μη αποφρακτικού τύπου όπως σε βαριά ΚΟΠ (IV, V), μη αποφρακτικό μεγαουρητήρα κ.τ.λ 54,164. Ο ορισμός της απόφραξης είναι δύσκολο να τεθεί κλινικά. Συνήθως εκτιμάται από τη σημαντική καθυστέρηση αποχέτευσης των ούρων. Αν η καθυστέρηση αυτή είναι σημαντική ήδη από την ενδομήτρια ζωή, αναπτύσσεται νεφρική υποδυσπλασία. Αν είναι προοδευτικά επιδεινούμενη μετά τη γέννηση και δεν αντιμετωπιστεί έγκαιρα οδηγεί σε σταδιακή επιδείνωση της νεφρικής λειτουργίας. Η ανάπτυξη νεφρικής υποδυσπλασίας ή επίκτητης νεφρικής βλάβης καλείται αποφρακτική ουροπάθεια παιδιά από τα 21 εμφάνιζαν υδρονέφρωση. Νεφρική εκτοπία Ως νεφρική εκτοπία ορίζεται η ανεύρεση ενός νεφρού εκτός της φυσιολογικής ανατομικής του θέσης, η ανεύρεσή του δηλαδή πάνω από τον πρώτο οσφυϊκό σπόνδυλο ή κάτω από τον τρίτο οσφυϊκό σπόνδυλο 165. Η νεφρική εκτοπία δυνατό να είναι απλή ή διασταυρούμενη. Στην απλή ο νεφρός ανευρίσκεται ομόπλευρα της αναμενόμενης θέσης του και συνήθως είναι πυελικός 166. Στη διασταυρούμενη νεφρική εκτοπία ο νεφρός βρίσκεται στην αντίθετη πλευρά της εκβολής του ουρητήρα του 166,167. Έτσι και οι δύο νεφροί βρίσκονται στην ίδια πλευρά και στο 90% αυτών των περιπτώσεων ο άνω πόλος του διασταυρούμενου έκτοπου νεφρού βρίσκεται συνενωμένος με τον κάτω πόλο του φυσιολογικού ετερόπλευρου νεφρού

97 4 από τα 21 παιδιά εμφάνιζαν νεφρική εκτοπία. Παραουρητηρικά εκκολπώματα Τα παραουρητηρικά εκκολπώματα είναι πρωτοπαθή, κυρίως, εκκολπώματα στην περιοχή των ουρητηρικών στομίων και διαταράσσουν, κατά κανόνα τον βαλβιδικό μηχανισμό της ΚΟΥΣ με αποτέλεσμα ΚΟΠ 164, από τα 21 παιδιά εμφάνιζαν παραουρητηρικά εκκολπώματα. Νεφρικές κύστεις Οι απλές νεφρικές κύστεις είναι συνήθως αποτέλεσμα απόφραξης, δυνατόν όμως να συνυπάρχει και γενετικό υπόστρωμα. Είναι συνήθως ασυμπτωματικές και η διάγνωσή τους γίνεται τυχαία. Κατά κύριο λόγο είναι μονήρεις και θεωρούνται "αθώες" από κλινική άποψη από τα 21 παιδιά εμφάνιζαν νεφρικές κύστεις. Πεταλοειδής νεφρός Ο πεταλοειδής νεφρός οφείλεται σε ατελή στροφή των νεφρών. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα οι επιμήκεις άξονές τους να αποκλίνουν από τη μέση γραμμή, κεφαλικά, και οι κάτω πόλοι να συνενώνονται. Η συνένωση αυτή, που ονομάζεται ισθμός ή γέφυρα, συνήθως αποτελείται από νεφρικό ιστό και σπάνια από ινώδη συνδετικό ιστό. Η συνένωση των δύο νεφρών, σε ποσοστό 90%, γίνεται στους κάτω πόλους από τα 21 παιδιά εμφάνιζαν πεταλοειδή νεφρό, άτυπο ή διασταυρούμενη εκτοπία. Μονόνεφροι Μονόνεφρος δυνατόν να εμφανιστεί είτε από νεφρική αγενεσία, είτε από επίκτητη υποστροφή ενός νεφρού λόγω διαφόρων αιτιών, όπως: αποφρακτική ουροπάθεια, μεγάλου βαθμού ΚΟΠ και πλειοκυστικός δυσπλαστικός νεφρός παιδί από τα 21 εμφάνιζε μονόνεφρο. 89

98 Ουρητηροκήλη Ως ουρητηροκήλη ορίζεται η κυστική διάταση της τελικής υποβλεννογόνιας μοίρας του ουρητήρα. Διακρίνεται σε απλή (ενδοκυστική) ή ορθότοπη ουρητηροκήλη, όταν συνδυάζεται με μονό αποχετευτικό σύστημα ή έκτοπη (εξωκυστική) όταν συνδυάζεται με διπλό αποχετευτικό σύστημα 171, παιδί από τα 21 εμφάνιζε ορθότοπη ουρητηροκοίλη. Τα στοιχεία των ασθενών παρουσιάζονται στον πίνακα 1. Πίνακας 1. Στοιχεία για τους ασθενείς και τις παθήσεις που εμφάνιζαν. α/α Όνομα Ηλικία (έτη) Φύλο Πάθηση Κρεατινίνη ορού mg% 1 ΑΑ 11 Α ΚΟΠ IV άμφω (κυρίως ΑΡ), Υποδυσπλασία 0,75-0,8 ΑΡ, Ουλές άμφω (κυρίως ΑΡ), Αποφρακτική Ουροπάθεια ΑΡ, Υδρονέφρωση ΑΡ 2 ΛΠ 5 Α ΚΟΠ V ΑΡ, Υποδυσπλασία ΑΡ, 0,6-0,62 Αποφρακτική Ουροπάθεια ΑΡ, Υδρονέφρωση ΑΡ, ΣΠΟΥΣ ΑΡ 3 ΜΣ 18 Α Υποδυσπλασία ΔΕ, Νεφρική Ανεπάρκεια (9 1,27-1,39 χρονών), Αποφρακτική Ουροπάθεια ΔΕ, ΣΚΟΥΣ ΔΕ 4 ΜΚ 5 Θ ΚΟΠ ΙΙΙ άμφω, Ουλές ή Κύστη άμφω 0,7-0,76 5 ΠΝ 6 Α ΚΟΠ ΙΙΙ ΔΕ και IVΔΕ, Υποδυσπλασία ΑΡ, 0,68-0,7 Ουλές ΑΡ 6 ΡΕ 8 Θ ΚΟΠ ΙΙΙ ΑΡ, Υποδυσπλασία ΑΡ, Ουλές ΑΡ 0,75-0,8 7 ΤΜ 7 Θ Αποφρακτική Ουροπάθεια ΑΡ, 0,6-0,62 Υδρονέφρωση ΔΕ, ΣΠΟΥΣ ΔΕ 8 ΧΜ 9 Θ ΚΟΠ ΙΙΙ ΔΕ, Ουλές ΔΕ 0,77-0,9 9 ΑΔ 9 Α ΚΟΠ IV ΑΡ, Υποδυσπλασία άμφω, Νεφρική Ανεπάρκεια, Ουλές άμφω (κυρίως ΑΡ), Υδρονέφρωση ΑΡ 1,30-1,34 90

99 10 ΑΜ 10 Θ Έκτοπος πυελικός ΑΡ 0,67-0,73 11 ΔΣ 6 Α ΚΟΠ V ΑΡ, Υποδυσπλασία ΑΡ, 0,62-0,72 Αποφρακτική Ουροπάθεια ΑΡ, Υδρονέφρωση ΑΡ, Εκκολπώματα ΑΡ 12 ΚΑ 11 Α Νεφρικές Κύστεις ΔΕ 0,72-0,87 13 ΚΖ 10 Θ Υδρονέφρωση άμφω, Άτυπος πεταλοειδής 0,76-0,83 14 ΚΓ 10 Α ΚΟΠ V άμφω, Υποδυσπλασία άμφω, Νεφρική Ανεπάρκεια (8 χρονών), Αποφρακτική Ουροπάθεια άμφω, Υδρονέφρωση άμφω, Εκκολπώματα άμφω 15 ΜΑ 10 Α ΚΟΠ ΙΙΙ ΔΕ και VΔΕ, Υποδυσπλασία ΑΡ, 0,68-0,92 Ουλές ΑΡ, Αποφρακτική Ουροπάθεια ΑΡ, Υδρονέφρωση ΑΡ, Ουρητηροκήλη ΑΡ (ορθότοπη) 16 ΜΕ 7 Α Υποδυσπλασία ΑΡ 0,78-0,90 17 ΜΧ 8 Θ Υποδυσπλασία ΔΕ, Ουλή ΔΕ 0,65-0,8 18 ΣΑ 12 Α Υποδυσπλασία ΑΡ, Νεφρική Ανεπάρκεια ( χρονών), Έκτοπος πυελικός ΑΡ, Πεταλοειδής (Διασταυρούμενη Εκτοπία) 19 ΚΟΤ 5 Α Υποδυσπλασία ΑΡ, Έκτοπος πυελικός ΑΡ 0,6-0,7 20 ΠΚ 3 Α ΚΟΠ V ΔΕ, Υποδυσπλασία ΔΕ, Νεφρικές 0,51-0,57 Κύστεις ΔΕ 21 ΤΕ 9 Θ ΚΟΠ ΙΙΙ άμφω, Άτυπος Πεταλοειδής, Υπεράριθμοι Νεφροί 0,71-0,76 Στο σύνολό τους τα παιδιά είχαν υποβληθεί σε πλήρη απεικονιστικό έλεγχο του ουροποιητικού τους, που περιλάμβανε: υπερηχογράφημα νεφρών, ουρηθροκυστεογραφία, στατικό σπινθηρογράφημα νεφρών με 99m Tc-DMSA και δυναμικό διουρητικό νεφρόγραμμα με 99m Tc-DTPA ή 99m Tc-MAG3. Από το σύνολο των ασθενών ένας προσκόμισε ενδοφλέβια πυελογραφία, δύο αξονική τομογραφία και δύο μαγνητική τομογραφία άνω-κάτω κοιλίας. Ένα παιδί είχε 91

100 υποβληθεί και σε κυστεοσκόπηση. Όλοι οι ασθενείς είχαν υποβληθεί σε πλήρη αιματολογικό και βιοχημικό έλεγχο και εκτίμηση της νεφρικής τους λειτουργίας. 7 μόνο παιδιά από τα 21 διατηρούσαν σχετική νεφρική λειτουργία και των δύο νεφρών εντός φυσιολογικών ορίων. Τα υπόλοιπα εμφάνιζαν σημαντική έκπτωση της νεφρικής λειτουργίας ετερόπλευρα ή αμφοτερόπλευρα. 4 από αυτά τα παιδιά είχαν ήδη εγκατεστημένη νεφρική ανεπάρκεια (χρόνια νεφρική ανεπάρκεια ΧΝΑ) κατά το διάστημα της διερεύνησης. Μαγνητικός Τομογράφος Η τεχνική της MRU συνήθως πραγματοποιείται σε μαγνητικούς τομογράφους των 1,5Τ 91. Εντούτοις, σε αρκετές μελέτες έχουν χρησιμοποιηθεί και μαγνήτες μικρής ή μεσαίας έντασης πεδίου, μεταξύ 0,23 έως 0,5Τ Οι μαγνήτες υψηλού μαγνητικού πεδίου συνήθως είναι εξοπλισμένοι είτε με ένα συμβατικό σύστημα βαθμίδωσης 178, είτε, κατά προτίμηση, με ένα ταχύ σύστημα βαθμίδωσης υψηλής απόδοσης (ultrafast high-performance gradients) 95. Διαφόρων ειδών πηνία επιφανείας έχουν χρησιμοποιηθεί σε πολλές μελέτες MRU 76,175,178, Το πηνίο σώματος όμως, αρκεί για τις περισσότερες μαγνητικές ουρογραφίες 78,94. Στην παρούσα μελέτη όλες οι εξετάσεις πραγματοποιήθηκαν σε σύστημα Μαγνητικού Τομογράφου GE Signa Infinity HD 1.5T με EXCITE III, αναβάθμισης Η flip angle που χρησιμοποιήθηκε ήταν 90 ο. Τα πηνία που χρησιμοποιήθηκαν ήταν τύπου phased-array 8 στοιχείων. Τα πηνία phased-array είναι ειδικά για εξετάσεις MRU και αναφέρονται πιο αναλυτικά στη συζήτηση. 92

101 Σκιαγραφικές και διουρητικές ουσίες Η απεκκριτική MRU, κατά την οποία χορηγείται ενδοφλέβια σκιαστικό (Gd) και τα αποχετευτικά συστήματα απεικονίζονται κατά την απεκκριτική φάση, είναι ανάλογη της αξονικής ουρογραφίας και της συμβατικής πυελογραφίας,. Το Gd μειώνει τον Τ1 χρόνο χαλάρωσης των ούρων, απεικονίζοντας τα ούρα αρχικά φωτεινά, στις Τ1-weighted εικόνες 68. Το Gd-DTPA θεωρείται το καταλληλότερο όλων των εμπορικά διαθέσιμων παραμαγνητικών σκιαστικών, η αποβολή του οποίου εξαρτάται από τη νεφρική απέκκριση. Το Gd-DTPA, μετά την ενδοφλέβια χορήγησή του, αποβάλλεται σχεδόν αποκλειστικά από τους νεφρούς μέσω της σπειραματική διήθησης 79,182. Η βασική διαδρομή μέσω της οποίας αποβάλλεται το Gd-DTPA είναι η νεφρική απέκκριση, ακόμη και σε ασθενείς με έκπτωση στη νεφρική λειτουργία 183. Στις κλινικές δόσεις, οι χηλικές ενώσεις του Gd, χαρακτηρίζονται από πολύ χαμηλή νεφροτοξικότητα και πολύ υψηλή διαλυτότητα 187,188. Οι κινητικές του ιδιότητες καθώς και το ασφαλές του προφίλ, συνιστούν το Gd-DTPA ως το καταλληλότερο σκιαγραφικό μέσο για την απεκκριτική MRU 91. Το Gd στην ελεύθερη μορφή του είναι το ιόν Gd +3, το οποίο είναι ισχυρό τοξικό, που έχει την τάση να συγκεντρώνεται στους ιστούς. Η δηλητηριώδης δράση του απομονώνεται όταν αυτό δεσμεύεται με χηλικές ενώσεις. Η Διεθνής Επιτροπή Φαρμάκων και Τροφίμων επιτρέπει δόσεις των χηλικών ενώσεων του Gd έως τα 0,1mmol/kg 184,185. Σε ασθενείς με φυσιολογική νεφρική λειτουργία οι χηλικές ενώσεις του Gd απεκκρίνονται κατά το 98% σε διάρκεια 24h μέσω των ούρων και περίπου 2% μέσω κοπράνων. Σε ασθενείς με νεφρική ανεπάρκεια ο χρόνος απέκκρισης των χηλικών 93

102 ενώσεων είναι πολύ μεγαλύτερος. Ο χρόνος ημιζωής του Gd σε φυσιολογικούς νεφρούς είναι περίπου 2h, ενώ σε ασθενείς με νεφρική ανεπάρκεια φτάνει μέχρι και 34hr. Το πρόβλημα που δημιουργείται λόγω της κατακράτησης των χηλικών ενώσεων του Gd στον οργανισμό είναι ότι τα τοξικά ιόντα Gd +3 απελευθερώνονται παρουσία κατιόντων, όπως ο χαλκός και ο ψευδάργυρος. Η συγκέντρωση των κατιόντων αυτών γίνεται σημαντική σε περιπτώσεις ασθενών με νεφρική ανεπάρκεια 184,185. Παρ όλ αυτά, Τα φαινόμενα αυτά συμβαίνουν για δόσεις Gd άνω των 0,2mmol/kg και για ενδοαρτηριακή χορήγησή του. Εμείς είχαμε 4 περιπτώσεις παιδιών με ΧΝΑ. Η χορήγηση του Gd δεν ξεπέρασε τα 0,1mmol/kg και πραγματοποιούνταν για όλους τους ασθενείς ενδοφλεβίως. Στο πρωτόκολλο της εν λόγω μελέτης χρησιμοποιήθηκαν δύο είδους σκιαγραφικά μέσα αντίθεσης. 1. OMNISCAN 0.5mmol/ml (287mg/ml), Gadodiamide, GE Healthcare, Αθήνα 2. MAGNEVIST 469mg/ml, Gadopentetic acid, Dimeglumine salt, Schering Ελλάς Α.Ε. Η δόση του σκιαστικού που χορηγήθηκε ήταν 0,1mmol/kg βάρους του εξεταζόμενου, ώστε να επιτυγχάνεται δραστική σκιαγραφική ενίσχυση των νεφρών, με μέγιστο χορηγούμενο όγκο τα 20ml 57. Άλλοι ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει και μικρότερες δόσεις σκιαστικού, όμως στο μεγαλύτερο τμήμα της βιβλιογραφίας θεωρείται ότι η καθιερωμένη δόση παρέχει άριστη ενίσχυση στην απεικόνιση των νεφρών και βοηθά στον προσδιορισμό του μαγνητικού νεφρογράμματος διαφοροποιώντας την ενίσχυση του παρεγχύματος από το υπόστρωμα 57,59,93. Για 94

103 δόσεις μικρότερες των 0,05mmol/kg υπάρχει η αμφιβολία ότι η απεικόνιση των μαλακών ιστών δεν θα είναι ικανοποιητική 70. Η χορήγηση διουρητικών μπορεί να ενισχύσει το απεικονιστικό αποτέλεσμα της απεκκριτικής MRU, ενισχύοντας τη ροή των ούρων με αποτέλεσμα την ικανοποιητική διάλυση και ομοιόμορφη κατανομή του Gd, κατά μήκος της ουροφόρου οδού 68. Η φουροσεμίδη είναι ένα ισχυρό διουρητικό που ανήκει στην υποκατηγορία των διουρητικών της αγκύλης (loop diuretics) 189. Τα διουρητικά αυτού του είδους δρουν αμέσως στα νεφρά, περίπου στα 10-20sec μετά την ενδοφλέβια χορήγησή τους. Η διουρητική δράση της φουροσεμίδης εμποδίζει την επαναρρόφηση, Na + και Cl - από την αγκύλη του Henle, με αποτέλεσμα την ταχύτατη συγκράτηση νερού μέσα στα σωληνάρια 189. Ο ρυθμός σπειραματικής διήθησης μένει ανεπηρέαστος από τη φουροσεμίδη, αλλά ο όγκος και η ροή των ούρων αυξάνονται σημαντικά. Στην σκιαγραφικά-ενισχυμένη απεκκριτική MRU, τα πλεονεκτήματα της συνδυασμένης χρήσης φουροσεμίδης-γαδολινίου είναι πολλά. Το πιο σημαντικό είναι ότι η φουροσεμίδη αυξάνει τη ροή των ούρων με αποτέλεσμα το Gd-DTPA να κατανέμεται ταχύτατα και ομοιόμορφα σε όλο το μήκος της ουροφόρου οδού 178. Οι αντενδείξεις στη χρήση φουροσεμίδης, όπως η ανουρία, η υπερευαισθησία στη φουροσεμίδη και η ηλεκτρολυτική διαταραχή ή η υπόταση, πρέπει να διορθώνονται πριν τη χορήγηση φουροσεμίδης. Επίσης, ασθενείς που είναι αλλεργικοί σε σουλφοναμίδες, μπορεί να είναι και αλλεργικοί στη φουροσεμίδη 68. Στην παρούσα μελέτη χορηγήθηκε φουροσεμίδη (furosemide, 0,05mg/2ml LASIX, Sanofi Aventis AEBE) σε όλους τους ασθενείς. Η φουροσεμίδη χορηγήθηκε αρχικά (στους πρώτους 20 ασθενείς) ταυτόχρονα με το σκιαστικό, αργότερα όμως δοκιμάστηκε ένα πρωτόκολλο 91,178, που προτιμάται 95

104 περισσότερο στην Αμερική, ώστε να γίνει σύγκριση και να επιλεγεί το καλύτερο δυνατό για το συγκεκριμένο μηχάνημα και την συγκεκριμένη εξέταση. Στην περίπτωση αυτή η φουροσεμίδη χορηγούνταν 15 λεπτά πριν το σκιαστικό για δύο λόγους: (1) για να αραιωθεί το Γαδολίνιο έτσι ώστε να έχουμε, όσο το δυνατόν, μία γραμμική σχέση του σήματος με την συγκέντρωση γαδολινίου 57,190 και (2) για να μειωθεί ο χρόνος της εξέτασης 54,190. H δόση φουροσεμίδης ήταν 0,05mg/kg

105 ΜΕΘΟΔΟΣ Οι κύριες ενδείξεις παραπομπής των παιδιατρικών ασθενών για MRU ήταν: α) η ευκρινέστερη απεικόνιση της ανατομικής του ουροποιητικού, ιδίως σε περιπτώσεις υδρονέφρωσης, όπου ο μέχρι τότε έλεγχος ήταν αμφίβολος για ύπαρξη ή μη απόφραξης, β) η ακριβής εκτίμηση της θέσης, της μορφολογίας και της αγγείωσης ενός έκτοπου ή ενός πεταλοειδούς νεφρού, γ) η πιο αξιόπιστη, κατά το δυνατόν, διάκριση ύπαρξης ή μη ουλής σε περιπτώσεις που μια φωτοπενική περιοχή στη σπινθηρογραφική μελέτη με 99m Tc-DMSA έθετε την υπόνοια ουλής ή διατεταμένου κάλυκα και δ) σε περιπτώσεις μείωσης της νεφρικής μάζας (ρικνός νεφρός) όπου δεν ήταν δυνατή η διάκριση εάν η μείωση αυτή οφειλόταν σε πολλαπλές νεφρικές ουλές (εστιακές, τμηματικές υποαγγειούμενες περιοχές του νεφρικού παρεγχύματος) ή σε νεφρική υποδυσπλασία (διάχυτη μείωση της αγγείωσης του νεφρικού παρεγχύματος). Στο πρωτόκολλο που ακολουθήθηκε κανένα από τα παιδιά-ασθενείς δεν υποβλήθηκε σε αναισθησία. Οι γονείς των παιδιών ήταν πλήρως ενημερωμένοι για το σκοπό της εξέτασης και είχαν δώσει στους θεράποντες ιατρούς τη συγκατάθεσή τους, όπως ορίστηκε από την απόφαση της Επιτροπής Βιοηθικής και Δεοντολογίας του Α.Π.Θ. Προετοιμασία ασθενών Οι MRU πραγματοποιούνταν κατά τις μεσημβρινές ώρες μεταξύ 13:00 και 15:00. Τα παιδιά ήταν νηστικά για 5 ώρες πριν την εξέταση και ενυδατωμένα. Με βάση τις οδηγίες που τους είχαν δοθεί, από την προηγούμενη ημέρα, έπρεπε να καταναλώσουν περίπου 1lt νερό πριν την εξέταση. Από τους ασθενείς ζητούνταν το άδειασμα της κύστης τόσο για την καλύτερη ποιότητα της εικόνας 155 όσο και για αποφυγή οποιασδήποτε ενόχλησης προς το τέλος της εξέτασης. Στα παιδιά γινόταν 97

106 πλήρης ενημέρωση για τη διαδικασία της εξέτασης. Οι ασθενείς τοποθετούνταν σε ύπτια θέση και λαμβάνονταν αναγνωριστικές εικόνες-τοπογραφήματα για να προσδιοριστεί η θέση των νεφρών και της κύστης και να βελτιωθεί όσο το δυνατόν ο ρυθμός έντασης σήματος προς το θόρυβο (signal to noise ratio SNR) για τις συγκεκριμένες ανατομικές δομές. Τα πηνία που χρησιμοποιήθηκαν τοποθετούνταν στην κοιλιακή χώρα - από το θόλο του ήπατος μέχρι τα ισχία. Η τεχνική της MRU απαιτεί την ακινητοποίηση των ασθενών και την πλήρη συνεργασία τους, κάτι που αποδείχτηκε αρκετά δύσκολο καθώς οι ασθενείς ήταν παιδιά και δε χρησιμοποιήθηκε αναισθησία ή κάποιου είδους περιορισμός τους. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα η εξέταση να διαρκεί περί τη 1,5 ώρα, χρόνος μεγάλος σε σχέση με τις συνήθεις εξετάσεις MRU που γίνονται διεθνώς. Ο λόγος που δε χρησιμοποιήθηκε αναισθησία στους παιδιατρικούς ασθενείς οφείλεται στο ότι οι ασθενείς ήταν ήδη διαγνωσμένοι και οι γονείς δε συναινούσαν σε ολική αναισθησία. Οι ασθενείς τοποθετούνταν στην τράπεζα, έτσι ώστε η εξέταση να ξεκινά από το κεφάλι. Ο άξονας του σώματος συνέπιπτε με το ισόκεντρο του μαγνήτη και τα χέρια ήταν παράλληλα με το σώμα, με κατεύθυνση προς τα πόδια, ώστε να είναι εύκολη η χορήγηση σκιαστικών και διουρητικών φαρμάκων 59,91. Τα χέρια τοποθετούνταν πάνω από το κεφάλι. Από τα παιδιά ζητούνταν να κρατήσουν την αναπνοή τους, κατά τη διάρκεια κάθε λήψης και να αναπνέουν κανονικά, στα ενδιάμεσα διαστήματα μεταξύ των λήψεων. Αυτό εξυπηρετούσε στη μείωση των τεχνικών σφαλμάτων λόγω κίνησης που υπό άλλες συνθήκες εμφανίζονται σ αυτές τις εικόνες 116. Κατά τη διάρκεια της εξέτασής τους με το μαγνητικό τομογράφο ελεγχόταν συνεχώς η αναπνοή. Όλες οι εικόνες διορθώθηκαν ως προς την ένταση (intensity correction) από 98

107 το λογισμικό (software) του προμηθευτή. Ακολουθίες και τεχνικές MRU Τα δύο βασικά είδη εικόνων που αναπαράγονται από τη μαγνητική τομογραφία, γενικά, είναι εικόνες Τ1-weighted και Τ2-weighted. Ακολουθίες Τ2 static-fluid MRU Οι Τ2-weighted εικόνες αναπαριστούν στατικές εικόνες υγρού (static-fluid MR urography). Το υγρό, που θέλουμε να απεικονίζεται στις ουρογραφίες, είναι φυσικά τα ούρα, τα οποία μπορούν να θεωρηθούν ως ενδογενές μέσον αντίθεσης 91. Η στατική MRU είναι ένα διαγνωστικό εργαλείο ανεξάρτητο από την απεκκριτική νεφρική λειτουργία. Επομένως, η Τ2-weighted MRU πραγματοποιείται και σε ασθενείς με μεγάλου βαθμού απόφραξη 58,77,78,175,178,191. Η τεχνική όμως της Τ2- weighted MRU δεν παράγει λειτουργικές πληροφορίες για το ουροποιητικό σύστημα 77,78,175,192. Η απόκτηση εικόνων νερού από το ουροποιητικό σύστημα πραγματοποιείται με heavily T2-weighted ακολουθίες, οι οποίες απεικονίζουν τα ούρα με υψηλή ένταση σήματος, προσφέροντας ταυτόχρονα υψηλή αντίθεση των ούρων σε σχέση με τους γειτονικούς ιστούς 140,193. Οι ακολουθίες turbo spin-echo έχουν αποδειχθεί οι κατάλληλες στο να αποδίδουν heavily T2-weighted εικόνες, σε μικρό χρόνο λήψης 91. Υπάρχουν δύο βασικές αρχές με τις οποίες λαμβάνονται ουρογραφικές λήψεις με Τ2-weighted ακολουθίες. Η πρώτη μέθοδος χρησιμοποιεί μια τομή συγκεκριμένου πάχους (single-slice acquisition) και λαμβάνει προβολικές εικόνες για μικρά διαστήματα όπου κρατείται η αναπνοή. Τέτοιες λήψεις μπορεί να είναι στεφανιαίες ή οβελιαίες 91. Επίσης, στεφανιαίες τέτοιες λήψεις μπορούν να πραγματοποιηθούν και με περιστροφή γύρω από τον άξονα του ασθενή, δηλαδή ακτινικές, ώστε να μπορούν 99

108 να διακριθούν στενώσεις και σε επίπεδα υπό στροφή. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι ακολουθίες SSFSE (Single shot fast spin-echo) και RARE (Rapid acquisition with relaxation enhancement) οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν στο συγκεκριμένο πρωτόκολλο. Η ακολουθία 2D Radial SSFSE χρησιμοποιήθηκε για μία στεφανιαία τομή πάχους 50mm, η οποία παρακολουθούνταν σε περιστροφή γύρω από τον άξονα του ασθενή, με μήτρα 512x512. Η ένταση του σήματος των γειτονικών ιστών μπορεί να ρυθμιστεί με την επιλογή καταστολής λίπους (fat suppression), η οποία αναλύεται στη συζήτηση. Η καταστολή λίπους χρησιμοποιήθηκε στις Τ2 ακολουθίες που χρησιμοποιήθηκαν στο συγκεκριμένο πρωτόκολλο. Παραλλαγές της ακολουθίας RARE είναι η TSE (turbo spin-echo), FSE (fast spin-echo) και HASTE (half-fourier acquisition turbo spin-echo). Η βασική διαφορά της RARE σε σχέση με τις απλές spin echo ακολουθίες είναι ότι η πρώτη απεικονίζει φωτεινότερα το λιπώδη ιστό 73. Οι ακολουθίες αυτές έχουν τη μορφή της βασικής ακολουθίας spin-echo (90 ο ο ), με επιπλέον πολλαπλούς παλμούς 180 ο. Αυτό σημαίνει ότι τα άτομα του υδρογόνου δέχονται ένα παλμό διέγερσης, ο οποίος τα εκτρέπει κατά 90 ο από την αρχική τους κατεύθυνση, στο εγκάρσιο επίπεδο και στη συνέχεια ένας δεύτερος παλμός τα εκτρέπει στο επίπεδο αυτό κατά 180 ο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να συγχρονίζονται όλα τα άτομα υδρογόνου ώστε να λαμβάνουμε το μέγιστο σήμα από αυτά 68. Ο αριθμός των παλμών 180 ο που ακολουθούν τον αρχικό των 90 ο ονομάζεται echo train 91. Η δεύτερη μέθοδος βασίζεται στη λήψη πολλαπλών, αλληλεπικαλυπτόμενων λεπτών τομών (slabs) στο στεφανιαίο επίπεδο (multi-slice acquisition). Ο χρόνος λήψης για μια τέτοια ακολουθία 2D ή 3D συνήθως διαρκεί κάποια λεπτά. Παρ όλο που η ακολουθία απαιτεί περισσότερο χρόνο, η λήψη λεπτών τομών προσφέρει τη 100

109 δυνατότητα ανίχνευσης μικρών παθολογικών λεπτομερειών, οι οποίες συνήθως δεν αναγνωρίζονται σε προβολές τομών μεγάλου πάχους 91. Η ακολουθία που χρησιμοποιήθηκε είναι η 3D MRCP/SSFSE. Ακολουθίες Τ1 απεκκριτική MRU Η δεύτερη τεχνική της MRU μιμείται τη μεθοδολογία της συμβατικής ουρογραφίας με ακτίνες-χ και ονομάζεται απεκκριτική MRU 178. Με την τεχνική αυτή απεικονίζονται τα ενισχυμένα με σκιαστικό ούρα, με Τ1-weighted ακολουθίες, οι οποίες λαμβάνονται μετά τη χορήγηση Gd-DTPA. Η εκτέλεση Τ1-weighted MRU μετά την έγχυση σκιαστικού εξαρτάται από τη νεφρική απεκκριτική λειτουργία. Η ακολουθία που προτιμάται για την παραγωγή T1-weighted ουρογραφιών είναι η spoiled 3D gradient-echo (GRE) 91,94. Τεχνικές καταστολής λίπους (fat suppression) προτιμώνται, αφού απεικονίζονται καλύτερα οι ουρητήρες. Ανάλογα με το βαθμό καταστολής του υποστρωματικού λίπους, χρησιμοποιούνται οι ακολουθίες VIBE (volumetric interpolated breath-hold examination), FAME (fast acquisition with multiphase Efgre 3D), THRIVE (T1- weighted high-resolution isotropic volume examination), LAVA (liver acquisition with volume acceleration) 68. Στο πρωτόκολλο αυτής της μελέτης χρησιμοποιήθηκε η ακολουθία LAVA. Η απεκκριτική MRU εξαρτάται από την απέκκριση του γαδολινίου στο αποχετευτικό σύστημα. Επομένως η απεκκριτική MRU δεν παίζει σημαντικό ρόλο στη διερεύνηση ασθενών με βαριά έκπτωση της νεφρικής λειτουργίας, και μπορεί να χρειαστεί καθυστερημένες λήψεις για την απεικόνιση ασθενών με μεγάλου βαθμού απόφραξη

110 Χρόνοι Τ R και T E των ακολουθιών Τ1 και Τ2 Η σχέση μεταξύ χρόνων επαναφοράς και της έντασης του σήματος εξαρτάται από τον τύπο της ακολουθίας που χρησιμοποιείται, καθώς και από τις διάφορες παραμέτρους που προσδιορίζουν την ακολουθία. Κάθε ιστός στο ανθρώπινο σώμα έχει τον δικό του Τ1 και Τ2 χρόνο επαναφοράς. Όταν πραγματοποιείται Τ1 απεικόνιση στοχεύουμε να εντοπίσουμε διαφορές των ιστών στις τιμές Τ1. Το αντίστοιχο ισχύει και για την Τ2 απεικόνιση. Οι ιστοί που στοχεύουμε να διαφοροποιήσουμε οπτικά στην MRU έχουν μικρούς χρόνους επαναφοράς Τ1 (λίπος, αίμα, μελανίνη, πρωτεϊνούχα υγρά). Οπότε στις Τ1 ακολουθίες επιλέγονται μικροί χρόνοι Τ R και T E. Οι χρόνοι αυτοί ουσιαστικά λειτουργούν ως ένα χρονικό «παράθυρο». Το «παράθυρο» πρέπει να είναι μεγαλύτερο από τον Τ1 ώστε να τον περιλαμβάνει αλλά όχι πολύ μεγαλύτερο ώστε να καθυστερεί η ακολουθία. Το Gd, όπως έχει ήδη αναφερθεί, μειώνει ακόμη περισσότερο τους Τ1 χρόνους επαναφοράς των ιστών, οπότε και ενισχύονται οι διαφορές στους Τ1 χρόνους, με αποτέλεσμα να βελτιώνεται η αντίθεση. Για το λόγο αυτό το Gd χορηγείται πριν την έναρξη των Τ1 ακολουθιών. Για τις Τ1 ακολουθίες επιλέξαμε T R =4,1ms και T E =2ms. Στις Τ2 ακολουθίες οι ιστοί έχουν μεγάλους χρόνους επαναφοράς Τ2 οπότε και οι τιμές Τ R και T E πρέπει να είναι προφανώς μεγαλύτερες, σε σχέση με τις ακολουθίες Τ1, ώστε να περιλαμβάνουν τα Τ2 φαινόμενα. Για τις Τ2 ακολουθίες επιλέξαμε T R =3.158ms και T E =350ms. Πρωτόκολλο απεικόνισης Το απεικονιστικό πρωτόκολλο, που επιλέχθηκε, αποτελείται από δισδιάστατες (2D) και τρισδιάστατες (3D) λήψεις Τ1 και Τ2-weighted ακολουθιών. Συνίσταται από 102

111 13 σειρές ακολουθιών, οι οποίες θα παρουσιαστούν αναλυτικά παρακάτω. Οι στατικές λήψεις πραγματοποιήθηκαν πριν τη χορήγηση σκιαστικού. Αυτό συμβαίνει διότι αν εισαχθεί σκιαστικό στους ουρητήρες δεν απεικονίζονται οι T2- weighted εικόνες. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι σειρές ακολουθιών που χρησιμοποιήθηκαν. Με τον όρο σειρά αναφερόμαστε στα διάφορα σετ εικόνων που λαμβάνονται με μια συγκεκριμένη ακολουθία. Δηλαδή, οι σειρές 4 και 5 πραγματοποιήθηκαν με την ίδια ακολουθία, έχουν το ίδιο πλήθος εικόνων αλλά εφαρμόστηκαν σε διαφορετικές ανατομικές περιοχές. Ανατομική απεικόνιση Σειρά 1-3: είναι τοπογραφήματα του μηχανήματος (localizer and calibration) Σειρά 4, 5: Η ακολουθία που χρησιμοποιείται είναι 2D Τ2-weighted fat saturation. Λαμβάνουμε εγκάρσιες τομές με slab πάχους 5mm με κενό 1mm. Η μελέτη αυτή είναι στατική και ελέγχει κυρίως τη μορφολογία-ανατομία του συστήματος. Η σειρά 4 ξεκινά από τον άνω πόλο του εκάστοτε νεφρού και φτάνει ως την πύελο ενώ η σειρά 5 καλύπτει την περιοχή από την πύελο έως και την ουροδόχο κύστη. Ένα από τα σημαντικά πλεονεκτήματα της MRU είναι η δυνατότητα να συνδυάζει απεικόνιση ενισχυμένης αντίθεσης με heavily T2 weighted εικόνες, ώστε να γίνεται στατικός και δυναμικός προσδιορισμός της ουροφόρου οδού 55,140,194. Κάτι τέτοιο είναι πολύ χρήσιμο σε περιπτώσεις ασθενών με σημαντική υδρονέφρωση ή με νεφρικά συστήματα μικρής λειτουργικότητας. Για το λόγο αυτό λαμβάνουμε 3D T2 weighted ουρογράμματα (σειρά 6), τα οποία παράγουν προβολές μέγιστης έντασης (Maximum intensity projections - MIP) του πυελοκαλυκικού συστήματος και των ουρητήρων. Σειρά 6: Η ακολουθία που χρησιμοποιείται είναι 3D single-shot fast spin-echo 103

112 (SSFSE/RARE). Λαμβάνουμε στεφανιαίες εικόνες με slab πάχους 1,4mm και 0,7mm αλληλοεπικάλυψη. Η μελέτη αυτή είναι στατική και ονομάζεται υδρογραφία διότι ελέγχει τη ροή υγρών (Eικ. 16). Εικόνα 16. Στατική εικόνα που προέκυψε από την ακολουθία 3D MRCP SSFSE, σε στεφανιαία τομή. Σειρά 7: Η ακολουθία που χρησιμοποιείται είναι 2D Radial SSFSE. Στη σειρά αυτή λαμβάνουμε μία τομή 50mm, την οποία περιστρέφουμε γύρω από τον άξονά της. Σειρά 8: Η ακολουθία που χρησιμοποιείται είναι 2D Thick slab SSFSE. Στη σειρά αυτή παρακολουθούμε χρονικά ένα επιλεγμένο slab ανά 20s. Είναι μια στατική μελέτη, που ελέγχει τον περισταλτισμό των ουρητήρων. Στις λήψεις αυτές μας ενδιαφέρει να εντοπίσουμε πιθανή παθολογική κατάσταση στους ουρητήρες. Σε παιδιά μεγάλης ηλικίας, όπως ήταν τα περισσότερα της δικής μας μελέτης, είναι σύνηθες να προκύπτει κίνηση των νεφρών λόγω της αναπνοής. Οι ακολουθίες 2D παρέχουν λεπτομερείς ανατομικές απεικονίσεις και προτιμώνται για το λόγο αυτό ως λήψεις αναφοράς. Οι Τ2-weighted εικόνες είναι ιδιαίτερα χρήσιμες στον προσδιορισμό ακόμα και ελάχιστα λειτουργικών συστημάτων. Με τις εικόνες αυτές μπορεί να διαγνωστεί υδρονέφρωση ή κυστικές αλλοιώσεις, αφού απεικονίζουν 104

113 ακόμη και ελάχιστη απέκκριση του σκιαστικού 54. Απεικόνιση μετά τη χορήγηση σκιαστικού Σειρά 9: Η ακολουθία που χρησιμοποιείται είναι T1-weighted gradient LAVA (3D SPGR). Η σειρά αυτή αποτελείται από 5 set εικόνων. Στο 1 ο ζητούμε από τον ασθενή να πάρει μια ανάσα 15-20s και λαμβάνουμε slab πάχους 4,4mm με 2,2mm αλληλοεπικάλυψη. Συνήθως αυτό το set αποτελείται από 100 εικόνες. Στο 2 ο -5 ο set χορηγούμε τη φουροσεμίδη και 15min αργότερα το σκιαστικό. Είναι μια δυναμική μελέτη που ελέγχει το διαδοχικό εμπλουτισμό της φλοιώδους και μυελώδους μοίρας στο χρόνο (Εικ. 17). Εικόνα 17. Διαδοχικός εμπλουτισμός φλοιώδους και μυελώδους μοίρας με σκιαστικό κατά την 9 η σειρά του πρωτοκόλλου. Οι εικόνες α, β, γ, δ και ε αντιστοιχούν στα 5 set που λαμβάνονται κατά την 9 η σειρά. Σειρά 10: Η ακολουθία που χρησιμοποιείται είναι 3D LAVA axial. Λαμβάνουμε 1set 105

114 εικόνων, 5min μετά τη χορήγηση του σκιαστικού για να παρατηρήσουμε την απέκκριση του φαρμάκου που συγκεντρώνεται στο πυελοκαλυκικό. Σειρά 11: Η ακολουθία που χρησιμοποιείται είναι 3D LAVA coronal. Η σειρά αυτή είναι σαν τη σειρά 10 με μόνη διαφορά ότι γίνεται σε στεφανιαίο επίπεδο και όχι σε αξονικό. Σειρά 12: Η σειρά αυτή είναι μια επανάληψη της σειράς 10, στα 10min μετά τη χορήγηση σκιαστικού. Σειρά 13: Η σειρά αυτή είναι μια επανάληψη της σειράς 11, στα 10min μετά τη χορήγηση σκιαστικού. Συνοπτικά, μπορούμε να διαχωρίσουμε στο πρωτόκολλο τρεις διαφορετικές τεχνικές λήψης εικόνας. 1 η τεχνική: 2D THICK SLAB Η ακολουθία που χρησιμοποιήθηκε ήταν SSFSE T2-weighted, για πάχος 40mm ή 50mm ανάλογα με τον εξεταζόμενο. Χρησιμοποιήθηκε μήτρα (matrix) 480x256 και εύρος πεδίου (Field Of View FOV) 34. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιήθηκε σε στεφανιαίες λήψεις για τους δύο ουρητήρες ταυτόχρονα, καθώς επίσης και σε διαδοχικές φάσεις (multiphase) για την πληρέστερη απεικόνιση των ουρητήρων. Η ίδια τεχνική εφαρμόστηκε και στο οβελιαίο επίπεδο και ακτινικά, για κάθε ουρητήρα ξεχωριστά. 2 η τεχνική: 3D Τ2-weighted με αναπνευστικό σκανδαλισμό (respiratory triggering) Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιήθηκε πάχος τομής 1,4mm για 48 διαδοχικές τομές. Η μήτρα ήταν 256x128 και μελετήθηκαν προβολές MIP στο στεφανιαίο επίπεδο. 106

115 3 η τεχνική: 3D LAVA Τ1 weighted με σκιαστικό Για την τεχνική αυτή χρησιμοποιήθηκε πάχος τομής 4,4mm/52 διαδοχικές τομές και μήτρα 320x160. Πάρθηκαν λήψεις στο στεφανιαίο επίπεδο σε πολλαπλές φάσεις (multiphase) για τους δύο ουρητήρες ταυτόχρονα καθώς και προβολές ΜΙΡ. Εφαρμόσαμε και την αφαιρετική τεχνική (subtraction) στις LAVA ακολουθίες, παίρνοντας μία «μάσκα» χωρίς σκιαστικό και διαδοχικές φάσεις με σκιαστικό. Στη συνέχεια γινόταν η επεξεργασία της αφαίρεσης για λήψεις στα 5 και 10min. Το πρωτόκολλο περιγράφεται συνοπτικά σε μορφή πίνακα στο Παράρτημα 1. Τεχνική προσδιορισμού λειτουργικότητας Η συμβατική μέθοδος προσδιορισμού της νεφρικής λειτουργίας ανήκει στην Πυρηνική Ιατρική και βασίζεται στη μέτρηση γάμμα φωτονίων από έναν όγκο ιστού, μετά τη χορήγηση κατάλληλου ραδιοφαρμάκου. ο ρυθμός κρούσεων θεωρείται ότι είναι ανάλογος της συγκέντρωσης του ραδιενεργού ιχνηθέτη στον όγκο αυτό. Το βασικό πρόβλημα στην ερμηνεία δεδομένων MRU είναι ότι η ένταση σήματος δεν είναι γραμμικά ανάλογη της συγκέντρωσης Gd-DTPA που βρίσκεται στον όγκο ιστού υπό μελέτη. Η ένταση σήματος εξαρτάται από την εκάστοτε ακολουθία και τις παραμέτρους χρόνου που χρησιμοποιούνται, από τους χρόνους χαλάρωσης των πρωτονίων του νερού στον ιστό πριν και μετά τη χορήγηση σκιαγραφικής ουσίας, καθώς και από τον τρόπο που απορροφάται το σκιαστικό 57. Επομένως, μία από τις θεμελιώδεις σχέσεις που πρέπει να αποσαφηνιστούν, όταν χρησιμοποιούνται απεικονιστικές τεχνικές βαθμιδωτής ηχούς (gradient-echo), είναι η μη γραμμική σχέση έντασης σήματος και συγκέντρωσης γαδολινίου (Εικ 18). 107

116 Εικόνα 18. Καμπύλη έντασης σήματος προς συγκέντρωση γαδολινίου για τεχνικές απεικόνισης gradient echo 57. Στη σχέση αυτή κυριαρχεί η επιρροή των Τ1 ακολουθιών στις χαμηλές συγκεντρώσεις, όπου η σχέση είναι σχεδόν γραμμική. Στις μεγαλύτερες συγκεντρώσεις επικρατεί κυρίως η επίδραση των Τ2 ακολουθιών, με αποτέλεσμα να χάνεται η συμφασικότητα του σήματος και να παρατηρείται μεγαλύτερη απώλεια σήματος και επομένως και η γραμμικότητα. Για το λόγο αυτό πρέπει να διατηρείται η συγκέντρωση γαδολινίου όσο το δυνατόν χαμηλή και στο γραμμικό τμήμα της καμπύλης 57. Η ενυδάτωση και η χορήγηση φουροσεμίδης βοηθούν στη διατήρηση του σήματος του γαδολινίου στη γραμμική περιοχή 54, 57,59. Υπολογισμός των διαστάσεων και του όγκου κάθε νεφρού Μία πληροφορία που λαμβάνονταν για τους ασθενείς ήταν οι διαστάσεις του κάθε νεφρού, χρησιμοποιώντας ειδικές επιλογές του λογισμικού του μαγνητικού τομογράφου που είχαμε στη διάθεσή μας. Ελήφθησαν μετρήσεις και στο αξονικό (Εικ. 19) αλλά και στο στεφανιαίο επίπεδο (Εικ. 20) και στη συνέχεια ο κατάλληλος αλγόριθμος του υπολογιστή παρήγαγε τις διαστάσεις, του κάθε νεφρού ξεχωριστά. Ο 108

117 υπολογισμός των διαστάσεων του νεφρού είναι μία σχετικά εύκολη διαδικασία που δίνει άμεσα πληροφορίες για το μέγεθος του κάθε νεφρού. Εικόνα 19. Δυνατότητα υπολογισμού του όγκου κάθε νεφρού σε αξονικό επίπεδο. Εικόνα 20. Δυνατότητα υπολογισμού των διαστάσεων κάθε νεφρού σε στεφανιαίο επίπεδο. Εκτός όμως από τις διαστάσεις του κάθε νεφρού, υπολογίστηκε και ο όγκος για όλους τους νεφρούς. Για τον υπολογισμό του κάθε όγκου ξεχωριστά, σχεδιαζόταν διαδοχικά για κάθε εικόνα της συγκεκριμένης ακολουθίας (3D axial LAVA) το περίγραμμα του κάθε νεφρού όπως φαίνεται στην Εικ

118 Εικόνα 21. Διαδοχικές εικόνες της τελευταίας ακολουθίας 3D axial LAVA, στις οποίες έχει σχεδιαστεί το περίγραμμα του ΔΕ νεφρού του ασθενή. Στη συνέχεια πραγματοποιούνταν μία τρισδιάστατη απεικόνιση του νεφρού, εξαιρουμένων όλων των υπολοίπων γειτονικών και παρακείμενων ιστών (Εικ. 22). Με τον τρόπο αυτό, μπορούσε να περιστραφεί ο τρισδιάστατος πλέον νεφρός και να ελεγχθεί από διάφορες γωνίες (Εικ. 22). Εικόνα 22. Όγκος ΔΕ νεφρού ασθενή, σε στροφή γύρω από τον άξονά του για τέσσερις διαφορετικές θέσεις. Τελευταίο βήμα στη διαδικασία αυτή ήταν ο υπολογισμός του όγκου του κάθε νεφρού από το λογισμικό του υπολογιστή. Ο όγκος προέκυπτε ως το άθροισμα όλων των voxels που εμπεριέχονταν μέσα στο περίγραμμα, για κάθε τομή

119 Ποσοτικά δεδομένα Καμπύλες έντασης σήματος χρόνου Εξαιτίας της ενδογενούς υψηλής αντίθεσης και χωρικής διακριτικής ικανότητας, καθώς και της πολύ καλής χρονικής διακριτικής ικανότητας της MRU, είναι δυνατό να προσδιοριστούν μεταβολές στην ένταση του σήματος σε διάφορες περιοχές του νεφρού σε σχέση με το χρόνο. Παρ όλο που η αντίθεση μπορεί να μελετηθεί οπτικά, είναι χρήσιμη η μελέτη αυτών των αλλαγών και γραφικά με τη μορφή καμπυλών έντασης σήματος χρόνου. Για το λόγο αυτό η αρχική μας προσέγγιση στην ποσοτική ανάλυση των δυναμικών δεδομένων ήταν η δημιουργία καμπυλών έντασης σήματος χρόνου, δηλαδή καμπύλες που απεικονίζουν τη μεταβολή της έντασης του σήματος του μαγνητικού τομογράφου σε σχέση με το χρόνο, για διάφορες περιοχές του νεφρού. Το χρονικό διάστημα για τη λήψη των καμπυλών αυτών ήταν 5min και το σήμα λαμβάνονταν κάθε 1min μετά τη χορήγηση του σκιαστικού. Η ένταση του σήματος στις καμπύλες αυτές αντικατοπτρίζει την ένταση σήματος για κάθε pixel. Οι καμπύλες αυτές προέκυπταν από εικόνες ΜΙΡ, που απεικόνιζαν καθαρά τους δύο νεφρούς. Στις προβολές MIP, όπως έχει προαναφερθεί, απεικονίζονται τα ογκοστοιχεία με τη μεγαλύτερη ένταση. Στην περίπτωση της MRU οι ΜΙΡ απεικονίζουν τα σημεία υψηλής έντασης των αιμοφόρων αγγείων, σε τρεις διαστάσεις, παρέχοντας αγγειογράμματα που μπορούν να εξεταστούν από κάθε προβολή. Κάθε σημείο στην ΜΙΡ αντιπροσωπεύει την υψηλότερη ένταση σήματος που εντοπίστηκε στην περιοχή, εντός των ορίων που θέλουμε να απεικονίσουμε. Για κάθε ασθενή υπήρχαν 9 τέτοιες καμπύλες και λαμβάνονταν ως εξής: 111

120 1) Σχεδιάζονταν τρεις περιοχές ενδιαφέροντος (Regions Of Interest - ROI): μία για τον κάθε νεφρό και μία για την αορτή (Εικ. 23) και με το λογισμικό του συστήματος σχεδιάζονταν οι καμπύλες. Επομένως, από αυτές τις ROI προέκυπταν τρεις καμπύλες έντασης σήματος-χρόνου. Μία για τον αριστερό νεφρό, μία για το δεξιό νεφρό και μία για την αορτή (Εικ. 24). Οι ROI αυτές αποτυπώνονταν σε ολόκληρο το σετ εικόνων και γινόταν έλεγχος ώστε να μην εκφεύγουν από τα όρια των νεφρών για όλες τις εικόνες. Εικόνα 23. Οι ROI για τους δύο νεφρούς και την αορτή. Εικόνα 24. Οι τρεις καμπύλες έντασης σήματος που προέκυψαν από τις τρεις ROI της Εικ

121 2) Επιλέγοντας τον αριστερό νεφρό σχεδιαζόταν μία ROI στο φλοιό και μία στο μυελό 54,66,139. Πραγματοποιήθηκε κανονικοποίηση τιμών για το αυτό μέγεθος ROI. Οι ROI αυτές ήταν της τάξης των 30mm 2. Επίσης σχεδιαζόταν και μία ROI στην αορτή (Εικ. 25). Έτσι προέκυπταν άλλες τρεις καμπύλες που αφορούσαν στον αριστερό νεφρό. μία για το φλοιό, μία για το μυελό και μία για την αορτή (Εικ 26). Εικόνα 25. Οι τρεις ROI που αντιστοιχούν στο φλοιό και μυελό του αριστερού νεφρού και στην αορτή. Εικόνα 26. Οι τρεις καμπύλες έντασης σήματος που προέκυψαν από τις τρεις ROI της Εικ

122 3) Επιλέγοντας το δεξιό νεφρό σχεδιαζόταν οι πιο πάνω ROI και προέκυπταν άλλες τρεις καμπύλες που αφορούσαν στο δεξιό νεφρό. μία για το φλοιό, μία για το μυελό και μία για την αορτή (Εικ 27,28). Εικόνα 27. Οι τρεις ROI που αντιστοιχούν στο φλοιό και μυελό του δεξιού νεφρού και στην αορτή. Εικόνα 28. Οι τρεις καμπύλες έντασης σήματος που προέκυψαν από τις τρεις ROI της Εικ 27. Οι γραφικές παραστάσεις που ελήφθησαν από το συγκεκριμένο μαγνητικό τομογράφο, επιλέχθηκαν ώστε στον άξονα Υ να απεικονίζεται η ένταση του σχετικού 114

123 σήματος σε σχέση με το χρόνο. Η ένταση σχετικού σήματος προκύπτει από τον υπολογισμό του ( S S 0 ) / S t - 0, όπου S 0 είναι η μέση τιμή του σήματος πριν το σκιαστικό, για κάθε χρονικό σημείο και S t η τιμή του σήματος, μετά την έγχυση σκιαστικού, για κάθε χρονικό σημείο. Η επιλογή αυτή έγινε διότι, όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως (Εικ 11), το σχετικό σήμα έχει μία γραμμική εξάρτηση με τη συγκέντρωση σκιαστικού, για ένα μικρό εύρος συγκεντρώσεων και αντισταθμίζει τυχόν χωρικές μεταβολές στο σήμα υποστρώματος, επιτρέποντας έτσι τη σύγκριση μεταξύ των δύο νεφρών 54. Οι ποσότητες που υπολογίστηκαν από τις καμπύλες έντασης σήματος-χρόνου, για κάθε νεφρό ξεχωριστά είναι οι ακόλουθες: 1. Ολοκλήρωμα καμπύλης 2. Κλίση καμπύλης 3. Κορυφές καμπύλης 4. Σημείο τομής καμπύλων φλοιού-μυελού 5. Ανεξάρτητη νεφρική λειτουργία Ανεξάρτητη νεφρική λειτουργία - SRF Η νεφρική λειτουργία για τον κάθε νεφρό (Split Renal Function - SRF) υπολογίστηκε από το γινόμενο του εμβαδού της καμπύλης έντασης σήματος-χρόνου, από το 1 ο έως το 5 ο λεπτό, με τον όγκο για τον κάθε νεφρό 155. Δηλαδή: Σχετική νεφρική λειτουργία ΔΕ νεφρού = Εμβαδό καμπύλης ΔΕ x Όγκος ΔΕ Σχετική νεφρική λειτουργία ΑΡ νεφρού = Εμβαδό καμπύλης ΑΡ x Όγκος ΑΡ Η διαδικασία υπολογισμού του όγκου του κάθε νεφρού, είναι μία σχετικά χρονοβόρα διαδικασία και εξαρτάται αρκετά από τον χειριστή του λογισμικού. Για τον υπολογισμό των όγκων επιλέχθηκε η τελευταία αξονική λήψη με σκιαστικό για 115

124 τον κάθε ασθενή. Επιλέχθηκαν αξονικές και όχι στεφανιαίες λήψεις διότι ο σχεδιασμός του περιγράμματος του κάθε νεφρού στο αξονικό επίπεδο είναι ευκολότερος και άρα εξαρτάται λιγότερο από το χέρι του χειριστή. Ο λόγος που επιλέχθηκε η τελευταία αξονική σειρά εικόνων μετά την έγχυση σκιαστικού, ήταν για να διασφαλιστεί ότι το σκιαστικό θα είχε φτάσει στην πύελο, την οποία θέλαμε να εξαιρέσουμε από τη μέτρηση του όγκου του νεφρού. Αρχική θεώρηση ήταν ότι ο όγκος του κάθε νεφρού θα αποτελείται μόνο από το παρέγχυμα και τους κάλυκες. Επομένως, στην τελευταία αξονική σειρά εικόνων μετά την έγχυση του σκιαστικού, η πύελος ήταν πάντα φωτεινή και ξεκάθαρα απεικονισμένη ώστε να εξαιρείται από τον υπολογισμό του όγκου (Εικ. 29). πυέλου. Εικόνα 29. Επιλογή του περιγράμματος του νεφρού εκτός της φωτεινής 116

125 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Από τα 21 παιδιά που μελετήθηκαν οι 13 εξετάσεις (62%) απορρίφθηκαν από την προσπάθεια ποσοτικής επεξεργασίας των καμπυλών έντασης σήματος-χρόνου, λόγω κίνησης ή μη συνεργασίας των ασθενών. Η ποιότητα της εικόνας στις υπόλοιπες 8 εξετάσεις (38%) ήταν ικανοποιητική ή άριστη, ανεξάρτητα από τις διάφορες ακολουθίες που δοκιμάστηκαν. Για το σύνολο των 21 παιδιών υπήρχαν απεικονιστικοί έλεγχοι (αναφέρονται στο κεφάλαιο Υλικό και Μέθοδος) επαλήθευσης των αποτελεσμάτων της MRU καθώς και χειρουργικά ευρήματα. Στους ασθενείς με παραουρητηρικά εκκολπώματα, πεταλοειδή νεφρό, μονόνεφρο η MRU είχε συμφωνία 100% (2 στα 2 για παραουρητηρικά εκκολπώματα, 3 στα 3 για πεταλοειδή νεφρό και 1 στα 1 για μονόνεφρο) με τις εξετάσεις επαλήθευσης. Στα παιδιά με ΚΟΠ και νεφρική εκτοπία είχε συμφωνία 100% (12 στα 12 για ΚΟΠ και 4 στα 4 για νεφρική εκτοπία) και στο 25% έδωσε επιπλέον πληροφορίες. Στα παιδιά με νεφρική υποδυσπλασία είχε συμφωνία 100% (14 στα 14 παιδιά) αλλά πρόσθεσε επιπλέον πληροφορίες στο 14% των περιπτώσεων. Στους ασθενείς με υδρονέφρωση είχε συμφωνία στο 78% (7 στα 9 παιδιά) γιατί ανέτρεψε τη διάγνωση στο 22% των περιπτώσεων. Τέλος στο ένα παιδί με χειρουργημένη ουρητηροκήλη τα μετεγχειρητικά ευρήματα της MRU συμφωνούσαν 100% με τις εξετάσεις επαλήθευσης. Ακολουθίες Πρωτοκόλλου Στατική MRU T2 ακολουθίες Χρησιμοποιήθηκαν ακολουθίες Τ2, για παχύ slab (thick slab technique), το οποίο παρατηρούνταν χρονικά. Παρατηρήθηκε ότι οι ακολουθίες αυτές προσέφεραν 117

126 πληροφορίες για την ύπαρξη ή μη στένωσης ή απόφραξης των ουρητήρων (Εικ. 30). Το μεγάλο πλεονέκτημα λήψεων με thick-slab απεικόνιση είναι η ευκρινής απεικόνιση μη διατεταμένων ουρητήρων 68,140,193. Εικόνα 30. α) Στεφανιαία Τ2 thick-slab MRU, από σειρά ακολουθίας MRCP ASSET, σε κορίτσι 9 χρονών με ΚΟΠ ΙΙΙ ΔΕ. Οι ουρητήρες δεν απεικονίζονται ευκρινώς. β) Στεφανιαία thick-slab MRU, από την ίδια σειρά της ίδιας ακολουθίας. Απεικονίζονται ευκρινώς και οι δύο ουρητήρες. Η στατική MRU, όπως έχει ήδη αναφερθεί στη μέθοδο, εξαρτάται κυρίως από την ύπαρξη ούρων στο αποχετευτικό σύστημα και όχι τόσο από την απεκκριτική λειτουργία των νεφρών 68. Για το λόγο αυτό είναι ιδανική σε περιπτώσεις ασθενών με διατεταμένα πυελοκαλυκικά συστήματα. Στις περιπτώσεις αυτές οι ακολουθίες Τ2 με thick-slab αποκαλύπτουν όχι μόνο τη διάταση αλλά και το σημείο απόφραξης (Εικ. 31). 118

127 Εικόνα 31. α) Στεφανιαία Τ2 thick-slab MRU, σε 7 ετών κορίτσι, όπου αποκαλύπτεται εκτός από τη διάταση ΔΕ και το σημείο απόφραξης (βέλος), β) Στεφανιαία εικόνα ακολουθίας LAVA, μετά την έγχυση σκιαστικού, όπου αποκαλύπτεται η διάταση αλλά όχι το σημείο απόφραξης. Φυσιολογικές αλλά και μη φυσιολογικές δομές πληρωμένες με υγρό, παρεμποδίζουν τη στατική MRU, αφού οι Τ2 τεχνικές δεν είναι ειδικές για τα ούρα αλλά για το νερό. Διαπιστώσαμε ότι η ενδοφλέβια ενυδάτωση ίσως να είναι καλύτερη σε σχέση με την λήψη νερού από το στόμα, πριν τη static-fluid MRU σε ασθενείς με μη διατεταμένους ουρητήρες. Με τον τρόπο αυτό η αντίθεση μεγαλώνει σε σχέση με το παχύ έντερο. Απεκκριτική MRU T1 ακολουθίες Από τη στιγμή που ολοκληρώθηκε το πρωτόκολλό μας, πραγματοποιήθηκαν 8 MRU με τα ίδια χαρακτηριστικά σε 8 ασθενείς. Στην απεκκριτική MRU 119

128 χρησιμοποιήθηκαν αξονικές και στεφανιαίες λήψεις με τη χρήση της ακολουθίας LAVA. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν ήταν τόσο ανατομικά όσο και λειτουργικά. Τα ανατομικά αποτελέσματα παρουσιάζονται πιο κάτω στις κλινικές οντότητες και τα απεικονιστικά ευρήματα. Τα λειτουργικά και ποσοτικά αποτελέσματα παρουσιάζονται παρακάτω. Λειτουργικά και Ποσοτικά αποτελέσματα Για τους ασθενείς που μελετήθηκαν ακολουθήθηκε η μέθοδος επιλογής περιοχών ROI από τις αξονικές τους λήψεις, μετά την έγχυση σκιαστικού, όπως περιγράφεται στη μέθοδο και ελήφθησαν οι καμπύλες έντασης σήματος-χρόνου. Οι εικόνες αυτές ψηφιοποιήθηκαν και επεξεργάστηκαν διεξοδικά με σκοπό τη συλλογή χρήσιμων πληροφοριών όπως παρουσιάζεται αναλυτικά παρακάτω. Καμπύλες έντασης σήματος-χρόνου Όπως έχει ήδη αναφερθεί στο κεφάλαιο «ΜΕΘΟΔΟΣ», στις αξονικές προβολές των νεφρών, μετά την έγχυση σκιαστικού, επιλέγονταν ROI που αντιστοιχούσαν στο φλοιό και στο μυελό κάθε νεφρού (Εικ. 32). Ο φλοιός εμφανίζει μια αρχική κορυφή, που οφείλεται στη συγκέντρωση του σκιαστικού στο ΕΕΣ και μια δευτερεύουσα που αντανακλά τη συγκέντρωση του σκιαστικού στο ΑΕΣ 139. Στη συνέχεια η καμπύλη ακολουθεί τη χρονική πτώση του σκιαστικού στο πλάσμα 54,57. Η καμπύλη που αντιστοιχεί στο μυελό έχει πιο αργή αύξηση στην ένταση του σήματος και εμφανίζει μόνο μία καθυστερημένη κορυφή που αντιστοιχεί στην είσοδο του σκιαστικού στην αγκύλη του Henle 54,57. Από τις καμπύλες αυτές παρατηρείται ότι η καμπύλη του φλοιού εμφανίζεται 120

129 υψηλότερα σε σχέση με την καμπύλη του μυελού 155. Εικόνα 32. Καμπύλες έντασης σήματος-χρόνου για την αορτή (1), το φλοιό (2) και το μυελό (3) φυσιολογικού ΔΕ νεφρού ασθενή. Επίσης επιλέχθηκαν ROI για ολόκληρο το ΔΕ και ΑΡ νεφρό μαζί με την αορτή (Εικ. 33). Με τις καμπύλες έντασης σήματος-χρόνου που προέρχονται από ολόκληρους τους νεφρούς (αριστερό και δεξιό) μπορεί να εκτιμηθεί η νεφρική αιμάτωση, ο GFR, η συγκέντρωση και η απέκκριση, με παρόμοιο τρόπο όπως στις καμπύλες χρόνουενεργότητας της σπινθηρογραφίας

130 Εικόνα 33. Καμπύλες ένταση σήματος-χρόνου για την αορτή, το ΔΕ και ΑΡ νεφρό νεαρού ασθενή. Στις καμπύλες αυτές αναμένουμε η αορτή να βρίσκεται υψηλότερα στον άξονα Υ, σε σχέση με τους δύο νεφρούς. Επίσης, οι δύο νεφροί πρέπει να έχουν συμμετρικές καμπύλες έντασης-σήματος, χωρίς μεγάλη απόκλιση μεταξύ τους. Στην Εικ. 33 παρατηρούμε σχετικά μειωμένη ένταση σήματος στον ΑΡ νεφρό, γεγονός που θεωρούμε ότι οφείλεται στη διαφορά όγκου μεταξύ των δύο νεφρών. Όμως οι καμπύλες είναι συμμετρικές, χωρίς μεγάλη απόκλιση, το οποίο υποδεικνύει φυσιολογική λειτουργία των νεφρών. 122

131 3000 Αορτή ΑΡ Νεφρός ΔΕ Νεφρός Ένταση σήματος Χρόνος (min) Εικόνα 34. Κορίτσι 5 ετών (α/α 4 του πίνακα 1), με νεφρικές ουλές στον ΑΡ νεφρό. Παρατηρείται η συμμετρική καμπύλη για τους δύο νεφρούς μέχρι το 3 ο λεπτό. Στη συνέχεια το σήμα στον ΑΡ νεφρό μειώνεται, λόγω μείωσης του σήματος στον μυελό. Κορυφές καμπυλών έντασης σήματος-χρόνου Όπως έχει ήδη αναφερθεί, η καμπύλη έντασης σήματος-χρόνου για το φλοιό εμφανίζει αρχικά μία κορυφή, την αγγειακή και στη συνέχεια την παρεγχυματική (Εικ. 12). Από τις καμπύλες του φλοιού για τους 8 ασθενείς υπολογίστηκαν οι χρονικές στιγμές όπου εμφανίζονται κορυφές ώστε να ελεγχθεί εάν οι κορυφές αυτές συμπίπτουν με την αγγειακή και την παρεγχυματική. Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται οι τιμές του χρόνου όπου εμφανίζονται οι κορυφές για το φλοιό του ΔΕ και ΑΡ νεφρού σε κάθε ασθενή (Πίνακας 2). 123

132 Πίνακας 2. Οι τιμές του χρόνου για τις κορυφές των καμπυλών των 8 ασθενών. 1 η κορυφή (min) Ασθενής ΑΡ ΔΕ Ο τρίτος ασθενής ήταν μονόνεφρος, γι αυτό και δεν υπάρχουν οι τιμές για τον ΑΡ νεφρό. Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία η αγγειακή φάση συμβαίνει σχεδόν ακαριαία μετά την έγχυση σκιαστικού (περίπου στα 23 ± 2s). Αρχικά παρατηρείται υψηλή ένταση σήματος περιφερειακά του φλοιού, όπου για την ίδια χρονική περίοδο ο μυελός και η πύελος απεικονίζονται σκοτεινοί (Εικ. 35α). Το σκιαστικό καθώς εισέρχεται στην κυκλοφορία, ακολουθεί την πορεία των νεφρικών αγγείων, καταλήγοντας στο προσαγωγό αρτηρίδιο του νεφρού 155. Παρ όλο που μπορέσαμε να δούμε σε εικόνα την έναρξη της αγγειακής φάσης, δε βρέθηκε κορυφή που να παρατηρείται αμέσως μετά την έγχυση σκιαστικού. Το φαινόμενο αυτό ακολουθείται από την παρεγχυματική φάση, η οποία εμφανίζει προοδευτική κεντρομόλο ροή του σκιαστικού από το νεφρικό φλοιό στο μυελό 155, με συνέπεια την ομοιογενή ενίσχυση ολόκληρου του νεφρικού 124

133 παρεγχύματος (Εικ. 35β). Η παρεγχυματική φάση ξεκινά περίπου στα 162,6 ± 9,2s μετά την έγχυση του σκιαστικού 155. Στην παρούσα μελέτη η κορυφή αυτή παρατηρήθηκε, όπως παρουσιάζεται στον πίνακα 2, στο 2 ο λεπτό. Τελικά, το σκιαστικό εκκρίνεται στο συλλεκτικό σύστημα, όπου αρχικά παρουσιάζεται υψηλή ένταση σήματος στους κάλυκες, στη συνέχεια στην πύελο, στους ουρητήρες και στην κύστη (Εικ. 36). Η απεκκριτική φάση χαρακτηρίζεται από σχετική πτώση στο δεύτερο μέρος της καμπύλης (μετά τη δεύτερη κορυφή). Εικ. 35. α) αγγειακή φάση: παρατηρείται περίγραμμα γύρω από το φλοιό, β) παρεγχυματική φάση: το παρέγχυμα είναι στο σύνολό του ενισχυμένο. 125

134 Εικ. 36. Στάδια της απεκκριτικής φάσης, από τη στιγμή που το σκιαστικό εισέρχεται στους κάλυκες μέχρι την πλήρωση της κύστης. Ολοκληρώματα καμπυλών Υπολογίστηκαν τα ολοκληρώματα των καμπυλών ένταση σήματος χρόνου (Εικ. 37) για κάθε ένα ασθενή, δηλαδή το εμβαδό κάτω από την κάθε καμπύλη, όπως φαίνεται στην Εικόνα

135 Εικόνα 37. Μία ψηφιοποιημένη καμπύλη έντασης σήματος-χρόνου για την αορτή. Εικόνα 38. Το ολοκλήρωμα της καμπύλης της Εικ. 37 είναι η γκρι περιοχή κάτω από την καμπύλη. Τα αποτελέσματα για τους 8 αυτούς ασθενείς δίνονται στον πίνακα

136 Πίνακας 3. Τα ολοκληρώματα των καμπυλών για την αορτή, τον ΑΡ και ΔΕ νεφρό. Ασθενής Αορτή ΑΡ νεφρός ΔΕ νεφρός ΔΕ + ΑΡ Αορτή ,5 4807,5 5524,1 1, ,3 3764, ,6-4277,5 0, , , ,1 7695, , , , ,3 1545,5 1018,5 1, ,1 4607, ,6 Οι τιμές της έντασης σήματος είναι σχετικές τιμές και δεν έχουν μονάδα μέτρησης. Για το λόγο αυτό και είναι συγκρίσιμες μόνο με τιμές σχετικού σήματος που έχουν προέλθει από μαγνητικούς τομογράφους GE. Για την παρούσα μελέτη οι τιμές αυτές έχουν νόημα μόνο ως μέτρο σύγκρισης μεταξύ τους. Στα περισσότερα παιδιά, παρατηρήθηκε ότι το άθροισμα του σήματος στους 2 νεφρούς είναι περίπου 1,5 φορά υψηλότερο από το σήμα στην αορτή. Αυτό θα μπορούσε να αιτιολογηθεί, από το γεγονός ότι η κάθαρση του σκιαστικού από την αορτή είναι ταχύτερη σε σχέση με την επιβραδυνόμενη απομάκρυνση από τους νεφρούς, λόγω της αγγειοβρίθειάς τους και της ιδιαίτερης ιστολογικής τους υφής. Κάνοντας επομένως τη θεώρηση ότι κάθε νεφρός θα πρέπει να εκπέμπει περίπου το 75% του σήματος της αορτής, ώστε αθροιστικά και οι δύο να εκπέμπουν το 150%, πρέπει να δοθούν εξηγήσεις, για τις 4 περιπτώσεις (εμφανίζονται με έντονα γράμματα στον πίνακα 3) όπου αυτό δεν συνέβη. 128

137 Ασθενής 2 Στον δεύτερο ασθενή το άθροισμα του σήματος στους δύο νεφρούς βρέθηκε διπλάσιο από το σήμα της αορτής. Το ποσοστό αυτό επιμεριζόταν στον μεν ΔΕ νεφρό σε 115%, στον δε ΑΡ νεφρό σε 85%. Η μεγάλη απόκλιση ανάμεσα στον ΑΡ και ΔΕ νεφρό, θεωρούμε ότι δικαιολογείται, από το γεγονός ότι το παιδί αυτό είχε ρικνό ΑΡ νεφρό, λόγω προγεννητικής υδρονέφρωσης ΑΡ με ΚΟΠ IV-V ΑΡ, σε συνδυασμό με ΣΠΟΥΣ ΑΡ. Τρία περίπου χρόνια πριν την εξέταση είχε υποβληθεί σε πυελοπλαστική ΑΡ και μετεμφύτευση του ΑΡ ουρητήρα. Κατά την MRU, ο ΑΡ νεφρός είχε όγκο 55,5cm 3 και εμφάνιζε νεφρικές ουλές, ενώ ο ΔΕ νεφρός εμφάνιζε αντισταθμιστική υπερτροφία με όγκο 214,8cm 3. Ασθενής 3 Ο τρίτος ασθενής, που είχε μονόνεφρο ΔΕ με αντιρροπιστική υπερτροφία, θα αναμενόταν να έχει υψηλότερο σήμα. σήμα δηλαδή που να πλησίαζε αυτό της αορτής (6107,6). Το χαμηλότερο από το αναμενόμενο σήμα που εμφάνιζε το παιδί (4277,5), δικαιολογείται από το γεγονός ότι συνυπάρχει νεφρική υποδυσπλασία του κάτω πόλου του ΔΕ μονόνεφρου. Έχει δηλαδή μικρότερη λειτουργική νεφρική μάζα με αποτέλεσμα ο ΔΕ νεφρός τελικά να εκπέμπει μόνο το 70% του σήματος της αορτής. Ασθενής 4 Η συγκεκριμένη ασθενής είναι το μόνο παιδί, που ενώ είχε δύο νεφρούς, εμφάνιζε συνολικό σήμα περίπου ίσο με το σήμα της αορτής (98%). Ο ΔΕ νεφρός εξέπεμπε σήμα 50% και ο ΑΡ 48%, σε σχέση πάντα με το σήμα της αορτής. Το παιδί είχε αμφοτερόπλευρη ΚΟΠ ΙΙΙ βαθμού και μία ουλή στον κάτω πόλο του ΑΡ νεφρού. Η εξέταση αυτή όμως ήταν τεχνικά δυσχερής, λόγω αδυναμίας συνεργασίας της μικρής ασθενούς (5 ετών). Επομένως τα ανωτέρω αναφέρονται με επιφύλαξη. 129

138 Ασθενής 6 Η έκτη ασθενής εμφάνιζε σήμα από τους δύο νεφρούς σε ποσοστό 190,7% του αορτικού σήματος. Στον ΑΡ νεφρό το σήμα ήταν 88,1% και στον ΔΕ 102,27%. Η διαφορά του σήματος (14,17%), ανάμεσα στους δύο νεφρούς, θα μπορούσε να αποδοθεί στο γεγονός ότι, η ασθενής είχε ΚΟΠ ΙΙΙ ΑΡ, μικρότερο μέγεθος ΑΡ νεφρού, με ουλές στον άνω και κάτω πόλο, με λέπτυνση του φλοιού και εκτασία των καλύκων ΑΡ. Κλίση καμπυλών Οι καμπύλες που προέκυψαν από τις ROI, ήταν για τα πρώτα 5min μετά την έγχυση του σκιαστικού. Υπολογίστηκε η κλίση των καμπυλών αυτών, για κάθε νεφρό, στο 2 ο λεπτό και προέκυψαν τα παρακάτω αποτελέσματα και συμπεράσματα (πίνακας 4). Με τον όρο κλίση εννοούμε την εφαπτομένη της καμπύλης (Εικ. 39) σε συγκεκριμένο σημείο. Στη δική μας περίπτωση αναφερόμαστε στο 2 ο λεπτό. Οι κλίσεις των καμπυλών υπολογίστηκαν με τη βοήθεια ειδικού μαθηματικού προγράμματος (Table Curve 2Dv5.01) που προσομοίωνε την εκάστοτε καμπύλη με ακρίβεια 99,9%, κάνοντας fitting και υπολόγιζε την 1 η και 2 η παράγωγο. Τα αποτελέσματα του μαθηματικού προγράμματος προσομοίωσης δίνονται στο Παράρτημα 2. Πίνακας 4. Η τιμή της κλίσης των καμπυλών έντασης σήματος-χρόνου στο 2 ο λεπτό. Ασθενής Κλίση ΑΡ 2 ο min Κλίση ΔΕ 2 ο min

139 Παρατηρήθηκε ότι, για τιμές κλίσης από υπήρχε φυσιολογική λειτουργία του νεφρού, για τιμές κλίσης <1000 και >2000 υπήρχε έκπτωση της νεφρικής λειτουργίας. Εικόνα 39. Γραφική αναπαράσταση της κλίσης μιας καμπύλης σε συγκεκριμένο σημείο. Σημείο τομής φλοιού-μυελού Η ανάλυση των καμπυλών έντασης σήματος-χρόνου, φαίνεται ότι μπορεί να 131

140 αποκαλύψει συστήματα με αυξημένη ενδοσωληναριακή πίεση. Το σημείο τομής φλοιού-μυελού στις καμπύλες αυτές, έχει αποδειχθεί ότι είναι καθυστερημένο σε αποφρακτικά συστήματα 54, διότι η αύξηση της ενδοσωληναριακής πίεσης έχει ως αποτέλεσμα την πτώση του GFR 155. Στην παρούσα μελέτη, λόγω του πρωτοκόλλου που ακολουθήθηκε, δεν μπόρεσε να εντοπιστεί το ακριβές χρονικό σημείο από το οποίο και μετά τα συστήματα ήταν αποφρακτικά (η ακολουθία που χρησιμοποιήθηκε διαρκούσε μόνο 300s όπως φαίνεται και στον πίνακα 5). Αυτό όμως που παρατηρήθηκε είναι ότι στις περιπτώσεις απόφραξης το χρονικό σημείο τομής φλοιού-μυελού ήταν πάντα μεγαλύτερο των 300s. Το συμπέρασμα όμως που προκύπτει είναι ότι εάν το χρονικό σημείο τομής των καμπυλών φλοιού-μυελού είναι μικρότερο των 300s τότε το σύστημα δεν είναι αποφρακτικό. Πίνακας 5. Το χρονικό σημείο τομής φλοιού-μυελού για τον ΔΕ και ΑΡ νεφρό κάθε ασθενή. Ασθενής ΑΡ νεφρός (sec) ΔΕ νεφρός (sec) 1 > >300 > > > >300 > >

141 Ανεξάρτητη νεφρική λειτουργία - SRF Από τους 8 ασθενείς ο ένας ήταν μονόνεφρος ΔΕ, οπότε και ο υπολογισμός της σχετικής νεφρικής συμμετοχής δεν έχει κανένα νόημα 155. Τα αποτελέσματα για τον όγκο του κάθε νεφρού δίνονται στον πίνακα 6. Πίνακας 6. Οι όγκοι των νεφρών όλων των ασθενών σε cm 3. Ο τρίτος ασθενής είναι μονόνεφρος γι αυτό και δεν υπάρχει τιμή στον όγκο του ΑΡ νεφρού. Όγκος (cm 3 ) Ασθενής ΑΡ ΔΕ Ηλικία 1 91,7 124, ,5 129, , ,5 67, ,1 96, ,7 98, ,7 149, ,9 116,3 9 Ο υπολογισμός των όγκων των νεφρών έγινε πρωτίστως για να χρησιμοποιηθούν οι τιμές αυτές στον υπολογισμό της σχετικής νεφρικής λειτουργίας του κάθε νεφρού, που μπορεί επιπλέον να χρησιμοποιηθεί και σαν δείκτης, για το μέγεθος του κάθε νεφρού σε σχέση με την ηλικία του κάθε παιδιού. Στη συνέχεια υπολογίστηκε η SRF από το γινόμενο του εμβαδού της καμπύλης κάθε νεφρού επί τον όγκο για κάθε νεφρό, όπως έχει αναφερθεί αναλυτικά στη μέθοδο. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στον πίνακα 7. Η SRF δεν είναι από τις συνηθισμένες ποσότητες που υπολογίζονται στα 133

142 νεφρογράμματα που συναντώνται στην καθημερινή κλινική πράξη. Από τις ραδιοϊσοτοπικές ουρογραφικές μελέτες γνωστή είναι η σχετική νεφρική συμμετοχή, μία ποσότητα που λαμβάνεται από δυναμικές λήψεις με DTPA ή MAG-3. Στη βιβλιογραφία, η SRF σχετίζεται άμεσα με την MRU και για το λόγο αυτό υπολογίστηκε και παρουσιάζεται στην παρούσα διατριβή. Πίνακας 7. Τα αποτελέσματα της %SRF για τη λειτουργία του κάθε νεφρού. SRF (%) Ασθενής ΑΡ ΔΕ 1 44,1 68, ,4 3-97, ,3 5 52,4 62,1 6 22,5 36,1 7 14,3 15,2 8 54,3 58,7 Όπως φαίνεται στον πίνακα 6, ο ένας ασθενής (α/α 3) ήταν μονόνεφρος ΔΕ. Η SRF του μοναδικού νεφρού υπολογίστηκε 97,3%. Το αποτέλεσμα αυτό συμφωνεί με τη διεθνή βιβλιογραφία 155 για λειτουργικούς μονόνεφρους και επίσης προβλέπεται και από τις ραδιοϊσοτοπικές μελέτες. Ανατομικά αποτελέσματα Οι 21 παιδιατρικοί ασθενείς που μελετήθηκαν εμφάνιζαν, όπως έχει ήδη 134

143 αναφερθεί, συγγενείς διαμαρτίες του ουροποιητικού, μεμονωμένες ή σε συνδυασμό μεταξύ τους. Τα ανατομικά αποτελέσματα παρουσιάζονται παρακάτω και οι ασθενείς θα αναφέρονται στη συνέχεια με τον αύξοντα αριθμό (α/α) που εμφάνιζαν στον πίνακα 1. Κυστεοουρητηρική Παλινδρόμηση ΚΟΠ ΚΟΠ ΙΙΙ έως V βαθμού εμφάνιζαν 12 παιδιά (8 αγόρια και 4 κορίτσια). Η MRU δεν συνέβαλε, φυσικά, στην αποκάλυψη της ΚΟΠ. Έδωσε όμως ευκρινέστερα ανατομικά, μορφολογικά στοιχεία για τις επιπλοκές της ΚΟΠ (νεφρική υποδυσπλασία και νεφρικές ουλές) καθώς και για τυχόν συνυπάρχουσες άλλες διαμαρτίες. Έτσι στην ασθενή με α/α 4 με ΚΟΠ άμφω και φωτοπενική περιοχή στον κάτω πόλο του ΑΡ νεφρού, που τέθηκε θέμα διαφορικής διάγνωσης, αν επρόκειτο για νεφρική κύστη ή νεφρική ουλή, η MRU έδωσε σαφή εικόνα τριγωνικής εντομής στον κάτω πόλο ΑΡ και αποσαφήνισε ότι επρόκειτο για νεφρική ουλή (Εικ. 40). Εικόνα 40. α) Οπίσθια λήψη 99m Tc-DMSA: Φωτοπενική περιοχή, ύποπτη για 135

144 νεφρική ουλή ή κύστη στον κάτω πόλο του ΑΡ νεφρού, β) Στεφανιαία λήψη MRU: Τριγωνική εντομή στον κάτω πόλο του ΑΡ νεφρού, διευκρινίζοντας ότι πρόκειται για νεφρική ουλή. Στην ασθενή με α/α 8, η οποία είχε παρουσιάσει ΚΟΠ ΙΙΙ ΔΕ και υποτροπιάζουσες ουρολοιμώξεις, δύο 99m Tc-DMSA από δύο διαφορετικά εργαστήρια έδωσαν αντιφατικά αποτελέσματα. Το ένα ανάφερε «νεφρική ουλή ΔΕ» και το άλλο «όχι ουλή». Η MRU επιβεβαίωσε ότι δεν είχε αναπτυχθεί ουλή. Τέλος στον ασθενή με α/α 1 ΚΟΠ V άμφω (κυρίως ΑΡ), που παρά την σημαντική προοδευτική βελτίωση της ΚΟΠ, η διάταση ΑΡ επέμενε, η MRU αποκάλυψε, απόφραξη στο ύψος της αρχής του κάτω τριτημορίου του ΑΡ ουρητήρα, λόγω εξωτερικής πίεσης από τα λαγόνια αγγεία (Εικ. 41). Εικόνα 41. Μερική απόφραξη ΑΡ ουρητήρα, στο ύψος της αρχής του κάτω τριτημορίου του ουρητήρα, λόγω εξωτερικής πίεσης από τα λαγόνια αγγεία. 136

145 Νεφρική υποδυσπλασία 14 από τα παιδιά που μελετήθηκαν εμφάνιζαν νεφρική υποδυσπλασία, με ή χωρίς νεφρικές ουλές (12 αγόρια και 2 κορίτσια). Σε 9 απ αυτά τα παιδιά, η νεφρική υποδυσπλασία συνδυαζόταν με σύστοιχη ΚΟΠ, σε 1 με αποφρακτικό ΔΕ μεγαουρητήρα λόγω ΣΚΟΥΣ, σε 1 με μονήρη έκτοπο πυελικό νεφρό και σε 3, κατά τον απεικονιστικό έλεγχο, που είχε προηγηθεί, δεν βρέθηκε το αίτιο της υποδυσπλασίας. Στα 3 αυτά παιδιά η διερεύνηση είχε συσταθεί γιατί εμφάνιζαν: το 1 (α/α 16) νυχτερινή ενούρηση, το δεύτερο (α/α 17) υποτροπιάζουσες ουρολοιμώξεις και το τρίτο (α/α 18) εμφάνισε σε τυχαίο έλεγχο ΧΝΑ. Η MRU, σε όλες τις περιπτώσεις, έδωσε ευκρινέστερες εικόνες και αποκάλυψε με ακρίβεια το λειτουργικό νεφρικό παρέγχυμα (Εικ. 42). Εικόνα 42. Νεφρική υποδυσπλασία άμφω, με μεγαλύτερη επιβάρυνση ΑΡ, στον ασθενή με α/α 9, που παρουσίαζε ΚΟΠ IV ΑΡ, υδρονέφρωση ΑΡ και νεφρική 137

146 ανεπάρκεια από τη γέννησή του. Σε έναν ασθενή (α/α 16) με ρικνό ΑΡ νεφρό (ΑΡ=15%) αποκαλύφθηκε και ΔΕ υποδυσπλασία. Όλες οι νεφρικές ουλές, που είχαν βρεθεί σε προηγούμενα DMSA, επιβεβαιώθηκαν με την MRU. Σε ένα μάλιστα παιδί (α/α 2) που αναφερόταν ρικνός ΑΡ νεφρός χωρίς ουλές, η MRU αποκάλυψε περιφερικές ουλές ΑΡ (Εικ. 43). Εικόνα 43. α) Οπίσθια λήψη DMSA: ρικνός ΑΡ νεφρός χωρίς ουλές, β) Στεφανιαία MRU: ρικνός ΑΡ νεφρός με τριγωνικά περιφερικά ελλείμματα (νεφρικές ουλές). Στον ασθενή (α/α 3) που προαναφέρθηκε στην ενότητα αυτή, με τον αποφρακτικό ΔΕ μεγαουρητήρα λόγω στένωσης της σύστοιχης ΚΟΥΣ, τέθηκε το ερώτημα, από τα ευρήματα του 99m Tc-DMSA, αν η υποπρόσληψη του ραδιοφαρμάκου (Ρ/Φ) στον κάτω πόλο του ΔΕ νεφρού ήταν νεφρική ουλή ή νεφρική υποδυσπλασία (Εικ. 44α). Το αγόρι αυτό ήταν 14 χρόνων και είχε μονόνεφρο ΔΕ, 138

147 γιατί γεννήθηκε με ΑΡ πλειοκυστικό νεφρό, ο οποίος και είχε εξαιρεθεί χειρουργικά στη μικρή παιδική ηλικία. Το παιδί ήδη εμφάνιζε αρχόμενη νεφρική ανεπάρκεια (κρεατινίνη=1,39%). Η MRU (Εικ. 44β) αποκάλυψε μορφολογία διχότομου ΔΕ νεφρού με ήπια διάταση του πυελοκαλυκικού και εξωνεφρική πύελο. Ο κάτω πόλος του ΔΕ νεφρού είχε μικρότερο όγκο από τον άνω, χωρίς όμως ανωμαλία παρυφής. Αποσαφήνισε έτσι ότι επρόκειτο για υποδυσπλασία του κάτω πόλου του ΔΕ νεφρού και όχι για ουλή. Εικόνα 44. α) Οπίσθια λήψη DMSA: Μονόνεφρος ΔΕ με υποπρόσληψη Ρ/Φ στον κάτω πόλο (νεφρική ουλή ή υποδυσπλασία ΔΕ;) β) Στεφανιαία λήψη MRU: Μονόνεφρος ΔΕ, διχότομος νεφρός με διατεταμένη εξωνεφρική πύελο και κάτω πόλος με μικρότερο όγκο από τον άνω, χωρίς ανωμαλία παρυφής (νεφρική υποδυσπλασία). Υδρονέφρωση Υδρονέφρωση με ή χωρίς απόφραξη, εμφάνιζαν 9 παιδιά (7 αγόρια και 2 κορίτσια). Απ αυτά: 1 αγόρι (α/α 2) εμφάνιζε ΣΠΟΥΣ ΑΡ με σύστοιχη ΚΟΠ V, 1 αγόρι (α/α 3) ΣΚΟΥΣ ΔΕ, 2 αγόρια παραουρητηρικά εκκολπώματα (το ένα αγόρι ΑΡ 139

148 σύστοιχα της ΑΡ ΚΟΠ V και το άλλο ΚΟΠ V άμφω και γιγαντιαία παραουρητηρικά εκκολπώματα Hutch άμφω, με α/α 11 και 14 αντίστοιχα) 164, 1 αγόρι (α/α 15) ΚΟΠ ΙΙΙ ΔΕ και V ΑΡ με ορθότοπη ουρητηροκήλη ΑΡ και 1 κορίτσι (α/α 13) άτυπο πεταλοειδή νεφρό. Σε 3 παιδιά (2 αγόρια και 1 κορίτσι) η υδρονέφρωση αποδιδόταν στη συνυπάρχουσα ΚΟΠ μεγάλου βαθμού και χαρακτηριζόταν ως μη αποφρακτική. Σε 2 από τα 3 τελευταία αυτά παιδιά, η MRU ανάτρεψε τη διάγνωση. Σε 1 αγόρι (α/α 1) με ΚΟΠ άμφω, ιδίως ΑΡ, αποκαλύφθηκε απόφραξη του ΑΡ ουρητήρα λόγω πίεσης από λαγόνια αγγεία και αναφέρθηκε ήδη στο κεφάλαιο της ΚΟΠ (Εικ. 41). Στην άλλη περίπτωση (α/α 7), κορίτσι 7 χρόνων, με υδρονέφρωση ΔΕ (Εικ. 45) το δυναμικό, διουρητικό σπινθηρογράφημα με MAG-3 έδειξε καθυστέρηση της απέκκρισης ΔΕ. Επειδή όμως η χορήγηση LASIX βελτίωσε την απέκκριση (Εικ. 45β) η καθυστέρηση αυτή χαρακτηρίστηκε λειτουργικής αιτιολογίας. Η σχετική Εικόνα 45. α) ECHO νεφρών: εξεσημασμένη υδρονέφρωση ΔΕ, β) MAG-3: καθυστέρηση απέκκρισης ΔΕ, λειτουργικής αιτιολογίας, γ) MRU: ΣΠΟΥΣ ΔΕ νεφρική συμμετοχή στη συνολική νεφρική λειτουργία βρέθηκε κφ (ΔΕ=47,4% και ΑΡ=52,6%). Η MRU (Εικ. 45γ) αποκάλυψε με μεγάλη ευκρίνεια την ύπαρξη ΣΠΟΥΣ ΔΕ και συνέβαλε καθοριστικά στην έγκαιρη αντιμετώπιση του παιδιού με πυελοπλαστική και διατήρηση έτσι της καλής νεφρικής λειτουργίας. Τα εγχειρητικά 140

149 ευρήματα επιβεβαίωσαν τη διάγνωση της MRU. Νεφρική εκτοπία 4 παιδιά (2 αγόρια και 2 κορίτσια) εμφάνιζαν νεφρική εκτοπία. Και στις 4 περιπτώσεις η νεφρική εκτοπία αφορούσε στον ΑΡ νεφρό, που βρισκόταν σε χαμηλή πυελική θέση (Εικ. 46). Εικόνα 46. α) Στεφανιαία MRU για κορίτσι 10 ετών (α/α 10). Απεικονίζεται ο ΔΕ ορθότοπος νεφρός, β) Εικόνα της ίδιας ακολουθίας. Απεικονίζεται σε διαφορετικό βάθος ο έκτοπος ΑΡ νεφρός. Σε μία περίπτωση, η υψηλή διακριτική ικανότητα της MRU, στην απεικόνιση ανατομικών δεδομένων, συνέβαλε στην αποσαφήνιση της υποκείμενης παθολογικής διαταραχής. Η περίπτωση αυτή ήταν 1 αγόρι, 12 χρόνων (α/α 18), που προερχόταν από απομακρυσμένο ορεινό χωριό της Βόρειας Ελλάδας και δεν είχε χρειαστεί μέχρι τότε να υποβληθεί σε καμία εξέταση. Όταν, στην ηλικία των 12 χρόνων, εμφάνισε επίμονα οστικά άλγη, υποβλήθηκε σε αιματολογικές εξετάσεις και αποκαλύφθηκε 141

150 ΧΝΑ (ουρία 200mg% και κρεατινίνη 7mg%). Σε ECHO νεφρών και κύστης αποκαλύφθηκε ΑΡ νεφρός μονήρης, έκτοπος πυελικός, με αυξημένη ηχογένεια. Η MRU (Εικ. 47) αποκάλυψε τον μονήρη ΑΡ νεφρό στην ελάσσονα πύελο και η δυναμική μελέτη με χορήγηση σκιαστικού έδωσε τα ευρήματα της ΧΝΑ (χαμηλή) συγκέντρωση και χαμηλή απέκκριση). Παράλληλα όμως έδωσε επιπλέον πληροφορίες συμπληρώνοντας έτσι τα «κομμάτια του πάζλ», που απουσίαζαν, προκειμένου να ολοκληρωθεί σφαιρικά η διάγνωση σ αυτό το παιδί. Συγκεκριμένα, αποκάλυψε ότι ο ΑΡ νεφρός εμφάνιζε διπλό πυελοκαλυκικό σύστημα και ανώμαλη στροφή του άξονα. Υπήρχε ΔΕ ουρητήρας, που αποχέτευε πιο κρανιακά στην ουροδόχο κύστη και κατά την πορεία του διασταυρωνόταν με τη μέση γραμμή. Εικόνα 47. Στεφανιαία λήψη MRU: Μονήρης, έκτοπος, πυελικός ΑΡ νεφρός με διπλό πυελοκαλυκικό σύστημα και ανώμαλη στροφή του άξονα. Ο ΔΕ ουρητήρας διασταυρώνεται με τη μέση γραμμή, εύρημα που συνηγορεί για ΔΕ έκτοπο, που στο μεταξύ υποστράφηκε (διασταυρούμενη εκτοπία). 142

151 Τα ευρήματα αυτά ισχυρά συνηγορούσαν ότι προϋπήρχε ένας ΔΕ νεφρός, ο οποίος στο μεταξύ υποστράφηκε πλήρως και ο οποίος εμφάνιζε διασταυρούμενη εκτοπία με τον έκτοπο ΑΡ νεφρό. ο κάτω πόλος δηλαδή του εκφυλισμένου ήδη ΔΕ νεφρού ήταν συνενωμένος με τον άνω πόλο του ΑΡ νεφρού. Παραουρητηρικά εκκολπώματα 2 αγόρια εμφάνιζαν παραουρητηρικά εκκολπώματα. Το 1 (α/α 11) είχε ΚΟΠ V ΑΡ, μικρό παραουρητηρικό εκκόλπωμα ΑΡ και ρικνό ΑΡ νεφρό. Η σχετική συμμετοχή στη συνολική νεφρική λειτουργία του ΑΡ νεφρού ήταν 20%, διατηρούσε όμως φυσιολογικό συνολικό GFR. Το άλλο αγόρι (α/α 14) είχε ΚΟΠ V άμφω με γιγαντιαία παραουρητηρικά εκκολπώματα Hutch άμφω και ιδιαίτερα εξεσημασμένη υδρονέφρωση άμφω 164. Είχε υποβληθεί σε χειρουργική εξαίρεση των εκκολπωμάτων και 2 φορές σε αντιπαλινδρομική επέμβαση. Τελευταία εμφάνισε αύξηση της αρτηριακής πίεσης και έκπτωση της σπειραματικής διήθησης (ουρία=69mg% και κρεατινίνη =1,30mg%). Η MRU (Εικ. 48) αποκάλυψε την εξεσημασμένη υδρονέφρωση άμφω, με λέπτυνση του φλοιού, ιδίως ΑΡ. Οι ουρητήρες βρέθηκαν διατεταμένοι σε όλο το μήκος τους και στην ουροδόχο κύστη αποκαλύφθηκαν πολλαπλά τοιχωματικά εκκολπώματα. 143

152 Εικόνα 48. α) Πολλαπλά τοιχωματικά εκκολπώματα στην κύστη. Διατεταμένοι ουρητήρες, β) Εξεσημασμένη υδρονέφρωση άμφω, με σημαντική λέπτυνση του φλοιού άμφω. Νεφρικές κύστεις 2 αγόρια εμφάνιζαν νεφρικές κύστεις στον ΔΕ τους νεφρό. Το 1 (α/α 20) είχε ΚΟΠ V ΔΕ, ρικνό ΔΕ νεφρό, με σχετική συμμετοχή στη συνολική νεφρική λειτουργία 17% και μία μεγάλη κύστη στον κάτω πόλο του ΔΕ νεφρού. Το άλλο αγόρι (α/α 12), με ελεύθερο ατομικό αναμνηστικό, σε ηλικία 12 χρόνων εμφάνισε 1 ο επεισόδιο μακροσκοπικής αιματουρίας μετά από κάκωση της νεφρικής χώρας, κατά τη διάρκεια μπάσκετ. Το ECHO νεφρών απεικόνισε, στη μεσότητα του ΔΕ νεφρού, μικτής ηχοσύστασης μόρφωμα με σαφή όρια, χωρίς αγγείωση κατά τη χρήση της Color Doppler εξέτασης (Εικ. 49α) και διαστάσεις ~3,5cm. 144

153 Εικόνα 49. α) ECHO Doppler: μόρφωμα με σαφή όρια χωρίς αγγείωση στη μεσότητα του ΔΕ νεφρού, β) MRU: κυστικό μόρφωμα, με εσωτερικά διαφράγματα και περιεχόμενο με ένταση σήματος ανάλογη του ύδατος. Ακολούθησε CT, η οποία έδειξε στην ίδια περιοχή του ΔΕ νεφρού εξεργασία χωροκατακτητικού τύπου με σαφή όρια και ανομοιογενή υφή με υπόπυκνα νεκρωτικά και υπέρπυκνα πιθανά αιμορραγικά στοιχεία. Μετά την ενδοφλέβια χορήγηση σκιαγραφικής ουσίας, η εξεργασία αυτή δεν εμφάνισε έκδηλο εμπλουτισμό. Τα ευρήματα αυτά ανησύχησαν γονείς και γιατρούς, εφόσον η διαφορική διάγνωση περιλάμβανε: επιπλακείσα αιμορραγική κύστη, οργανωμένο αιμάτωμα, αγγειομυολίπωμα με αιμορραγικά στοιχεία και πρωτοπαθή εξεργασία. Η MRU (Εικ. 49β), που έγινε 3 μήνες μετά, έδειξε κυστικό μόρφωμα με εσωτερικά διαφράγματα και σχετικά ανώμαλο τοίχωμα. Το περιεχόμενο είχε ένταση σήματος ανάλογη του ύδατος. Τα ευρήματα της MRU αποσαφήνισαν ότι επρόκειτο για «αθώα» νεφρική κύστη που αιμορράγησε μετά από κάκωση της νεφρικής χώρας. 145

154 Πεταλοειδής νεφρός Πεταλοειδή νεφρό εμφάνιζαν 3 παιδιά (2 κορίτσια και 1 αγόρι). Το αγόρι (α/α 18) που εμφάνιζε διασταυρούμενη εκτοπία (μία από τις παραλλαγές του πεταλοειδούς νεφρού) αναφέρθηκε ήδη στην παράγραφο της νεφρικής εκτοπίας (Εικ. 47). 1 από τα 2 κορίτσια (α/α 13), λόγω κωλικού του ΑΡ νεφρού και υδρονέφρωσης, ιδίως ΑΡ, υποβλήθηκε σε σπινθηρογραφικό έλεγχο του ουροποιητικού και τέθηκε υπόνοια άτυπου πεταλοειδούς νεφρού. Η MRU (Εικ. 50) αποκάλυψε την σύγκλιση των κάτω πόλων προς τη μέση γραμμή και την έκφυση των ουρητήρων από την κοιλιακή όψη των νεφρών λόγω ατελούς στροφής τους. Επιβεβαίωσε έτσι την ύπαρξη άτυπου πεταλοειδούς νεφρού με ινώδη ισθμό και διάταση του πυελοκαλυκικού άμφω, χωρίς όμως σημεία απόφραξης. Εικόνα 50. Άτυπος πεταλοειδής νεφρός, με ινώδη ισθμό. Διάταση πυέλων άμφω, ιδίως ΑΡ, χωρίς όμως σημεία απόφραξης. Μονόνεφροι 3 αγόρια είχαν μονόνεφρο και ήδη έχουν αναφερθεί. Το ένα είναι το παιδί με τον αποφρακτικό ΔΕ μεγαουρητήρα λόγω ΣΚΟΥΣ (α/α 3) και είχε ήδη χειρουργηθεί 146

155 γι αυτό (Εικ. 44). Στη βρεφική του ηλικία είχε αποκαλυφθεί πλειοκυστικός δυσπλαστικός ΑΡ νεφρός, ο οποίος στη συνέχεια υποστράφηκε πλήρως. Ο μονήρης ΔΕ νεφρός, στην MRU βρέθηκε να εμφανίζει υποδυσπλασία του κάτω πόλου του. Όταν ήρθε σε μας είχε γνωστή αρχόμενη νεφρική ανεπάρκεια (κρεατινίνη=1,39mg%). Το άλλο παιδί (α/α 19) (Εικ. 51) εμφάνιζε μονόνεφρο ΔΕ με καλή νεφρική λειτουργία. Στα πρώτα χρόνια της ζωής του απεικονιζόταν ΑΡ νεφρός, που ήταν μικρός, έκτοπος πυελικός με κυστική εκφύλιση (η περίπτωση αυτή αναφέρεται στο κεφάλαιο της νεφρικής εκτοπίας). Οι συμβατικοί επανέλεγχοι που ακολούθησαν αργότερα, ανάφεραν μονόνεφρο ΔΕ. Η MRU επιβεβαίωσε με αξιοπιστία ότι ο έκτοπος ΑΡ νεφρός είχε ήδη υποστραφεί και το παιδί είχε μονόνεφρο ΔΕ. Εικόνα 51. α) ECHO νεφρών-κύστης: έκτοπος πυελικός ΑΡ νεφρός, β) MRU: απουσία ΑΡ νεφρού (υποστροφή). Το τρίτο αγόρι (α/α 18) αναφέρεται επίσης στο κεφάλαιο της νεφρικής 147