Aula fisica contraste us

Mecanismos de ação dos meios de contraste

por microbolhas : aspectos físicos

Mecanismos de ação dos meios de contraste

por microbolhas : aspectos físicos

Miguel José Francisco NetoMiguel José Francisco Neto

Fundamentos fisicos Fundamentos fisicos

Tecnica Doppler epectral, colorido e de Tecnica Doppler epectral, colorido e de amplitude contribuem com informações amplitude contribuem com informações hemodinâmicas hemodinâmicas

Limitações da técnica: atenuação do feixe Limitações da técnica: atenuação do feixe sonoro e fluxos de baixa velocidade sonoro e fluxos de baixa velocidade

Aumento do ganho e baixo PRF--Aumento do ganho e baixo PRF--artefatosartefatos Os agentes de contraste foram Os agentes de contraste foram

desenvolvidos para serem desenvolvidos para serem ecorealçadores ecorealçadores

Histórico e Fundamentos Fisicos Histórico e Fundamentos Fisicos

1968: Gramiak R, Shah PM.: 1968: Gramiak R, Shah PM.:

- injeção de endocianina no coração esquerdo - injeção de endocianina no coração esquerdo identifica melhor a aorta ascendente e as identifica melhor a aorta ascendente e as câmaras cardíacas no ecocardiograma (M câmaras cardíacas no ecocardiograma (M mode).mode).

1968: Joyner, CR.: 1968: Joyner, CR.:

- solução salina produz mesmo efeito descrito- solução salina produz mesmo efeito descrito

Fundamentos das Fundamentos das MicrobolhasMicrobolhas

Maior aquisição da ultra-sonografia Maior aquisição da ultra-sonografia desde a introdução da escala de cinzas desde a introdução da escala de cinzas

Mais importante que o Doppler ,pois Mais importante que o Doppler ,pois permite estudo perfusional permite estudo perfusional

Estudo em tempo realEstudo em tempo real Método que se restringe ao estudo do Método que se restringe ao estudo do

espaço intra-vascular espaço intra-vascular Mínimos efeitos colateraisMínimos efeitos colaterais


Conceito – agentes de contraste eco-Conceito – agentes de contraste eco-realçadoresrealçadores

Fase gasosa – composta por ar ambiente Fase gasosa – composta por ar ambiente /compostos fluorados (refletividade)/compostos fluorados (refletividade)

Fase sólida –composta de partículas em Fase sólida –composta de partículas em suspensão/microesferas(estabilidade)suspensão/microesferas(estabilidade)


Primeira Geração – não havia harmônica e não Primeira Geração – não havia harmônica e não se conhecia a possibilidade de se modificar o se conhecia a possibilidade de se modificar o IMIM

Contrastes introduzidos com o objetivo de Contrastes introduzidos com o objetivo de realçar os sinais provenientes do Dopplerrealçar os sinais provenientes do Doppler

Membrana dura ( hard shell)--Membrana dura ( hard shell)-- tamanho não tamanho não se alterava , precisava ser quebradase alterava , precisava ser quebrada

Não ultrapassavam a barreira pulmonar ( mb Não ultrapassavam a barreira pulmonar ( mb grandes)grandes)

Duração curta , inviabilizando o procedimentoDuração curta , inviabilizando o procedimento

Contrast Agent Status for GIContrast Agent Status for GI

br br

USAUSA CanadaCanada EuropeEurope ChinaChina JapanJapan

SonoVue ® SonoVue ® N N

PendingPending PendingPending YesYes PendingPending In trialsIn trials

Definity Definity †®†® Y Y

PendingPending YesYes PendingPending In trialsIn trials PendingPending

Levovist* ® Levovist* ® N N

NN YesYes YesYes YesYes YesYes

Optison Optison † † ® N® N

LVOLVO LVOLVO LVO LVO NN NN

•Levovist mb de ar + ac.palm e galactose Definity – Perfluorobutano+fosfolipedes

•Sonovue – hexafluorido de enxofre+fosfolipedes Optison-octafluoropropano+albumina

† Optison and Definity approved for Cardiology applications (LVO) in USA, Canada and Europe.

AtualmenteAtualmente

SonovueSonovue®® : : SF6 + suspensão aquosa de lipSF6 + suspensão aquosa de lipíídios: agente dios: agente

vascular com fase tecidual tardia;vascular com fase tecidual tardia; DenifityDenifity®®: : PFC (perfluorobutano) + cPFC (perfluorobutano) + cáápsula de lippsula de lipíídios; dios; PESDA:PESDA: PFC (perfluorobutano) + albumina (agente PFC (perfluorobutano) + albumina (agente

vascular com fase tecidual): vascular com fase tecidual): Universidade de Nebraska (Thommas Porter, Universidade de Nebraska (Thommas Porter,

1995)1995)

Fundamentos das Fundamentos das microbolhas microbolhas

• microbolhas encapsuladas• diametro 1-10 m• surfactante ou polimero na superficie • ar or ar-PFC mistura• ressonancia • infusão intravenosa• diffusào na corrente sang• filtrado pelo figado

Fundamentos das Microbolhas- Fundamentos das Microbolhas- Segunda Geração Segunda Geração

estaveis, alta densidade, longa persistênciaestaveis, alta densidade, longa persistência→ PFC→ PFC’’s;s; menores que 10menores que 10μμm: m:

- 2 a 5 - 2 a 5 μμm são ideais (atravessar a microcirculam são ideais (atravessar a microcirculaçção ão pulmonar);pulmonar);

→ → pprecisam ser encapsuladas para obter persistência recisam ser encapsuladas para obter persistência suficiente e suportar as variasuficiente e suportar as variaçções de pressão a que são ões de pressão a que são submetidas no corasubmetidas no coraçção e durante a insonaão e durante a insonaçção (onda ão (onda mecânica):mecânica):

- capsulas de albumina e lipidios.- capsulas de albumina e lipidios.


Desafio: pequena quantidade de microbolhas com Desafio: pequena quantidade de microbolhas com dimensões inferiores às hemáceas,são mais dimensões inferiores às hemáceas,são mais refringentes que o sangue , aumentando em refringentes que o sangue , aumentando em aproximadamente 25 dB a amplitude do eco receb.aproximadamente 25 dB a amplitude do eco receb.

Explicação:Movimentos oscilatórios das mb Explicação:Movimentos oscilatórios das mb submetidas a uma grande variação de impedancia submetidas a uma grande variação de impedancia agindo como forte refletor.agindo como forte refletor.

Intensidade de sinal recebido: Intensidade de sinal recebido: desproporcionalmente maior que o previsto e desproporcionalmente maior que o previsto e varia com FA e Diam das mb varia com FA e Diam das mb Ultrasound Med BiolUltrasound Med Biol 1995:21:41. 1995:21:41.

Aspectos físicos: Ressonância das Aspectos físicos: Ressonância das microbolhasmicrobolhas

Bolhas de ar agem com oscilações harmônicas Bolhas de ar agem com oscilações harmônicas (ressonância) no líquido;(ressonância) no líquido;

Freqüência de ressonância varia de acordo com o Freqüência de ressonância varia de acordo com o tamanho das microbolhas; tamanho das microbolhas;

Ressonância produz microbolhas com 2 a 3 X do Ressonância produz microbolhas com 2 a 3 X do tamanho original;tamanho original;

O tamanho das microbolhas durante a insonação variaO tamanho das microbolhas durante a insonação varia

com a freqüência e o MI utilizados;com a freqüência e o MI utilizados;

Espessura da cápsula Espessura da cápsula ↓ ou ↑ com a freqüência de ↓ ou ↑ com a freqüência de ressonância.ressonância.

Física da HarmônicaFísica da Harmônica

Definição – capacidade das ondas ultra-Definição – capacidade das ondas ultra-sonoras de provocar que os tecidos sonoras de provocar que os tecidos corporais e os meios de contraste corporais e os meios de contraste absorvam e logo liberem energia em absorvam e logo liberem energia em frequencias diferentes da transmitida frequencias diferentes da transmitida pelo transdutor.pelo transdutor.

FÍSICA DA HARMÔNICAFÍSICA DA HARMÔNICA

TRANSDUTOR

PELEGORDURA

MUSCULO

FIGADO

NÓDULO

3,5 MHZ

3,0

2,0

4,5

6,0 1,0

1,5

5,5

2,5

Radiographics. 2000;20:1127-1135. AJR Am J Roentgenol 1998; 171:12031206.

FÍSICA DA HARMÔNICAFÍSICA DA HARMÔNICA

TRANSDUTOR

PELEGORDURA

MUSCULO

FIGADO

NÓDULO

3,0

2,0

4,5

6,0

1,0

1,5

2,5 RESULTADO

PENETRAÇÃO SATISFATÓRIA

+BOA QUALIDADE

DE IMAGEM

SEM HARMÔNICA

COM HARMÔNICA

Física da Harmônica Física da Harmônica Técnicas e sequencias ultra-sonográficas Técnicas e sequencias ultra-sonográficas Convencional – Modo B + contraste – não Convencional – Modo B + contraste – não

melhora por que esta técnica utiliza melhora por que esta técnica utiliza índice mecânico alto que destroe as índice mecânico alto que destroe as bolhasbolhas

Color e Power Doppler + contraste- Color e Power Doppler + contraste- artefatos de vivacidade de cor ( color artefatos de vivacidade de cor ( color blooming) e outros secundários à blooming) e outros secundários à movimentaçãomovimentação

Física da Harmônica Física da Harmônica Imagem Harmônica convencionalImagem Harmônica convencional – ecos – ecos

lineares provenientes dos tecidos são simétricos e lineares provenientes dos tecidos são simétricos e selecionados para a segunda harmônica. selecionados para a segunda harmônica.

Imagem Harmonica com pulso invertidoImagem Harmonica com pulso invertido – dois – dois sinais consecutivos são emitidos pelo transdutor , sinais consecutivos são emitidos pelo transdutor , sendo umdeles fora de fase ( em 180 graus).sendo umdeles fora de fase ( em 180 graus).

Os ecos lineares provenientes dos tecidos Os ecos lineares provenientes dos tecidos estacionarios por serem simétricos e de fase estacionarios por serem simétricos e de fase invertida são cancelados. invertida são cancelados.

Harmonica de Pulso Harmonica de Pulso InvertidoInvertido

Os ecos não linearesOs ecos não lineares , gerados pelos , gerados pelos movimentos vibracionais das microbolhas , movimentos vibracionais das microbolhas , produzem um sinal acustico de forte produzem um sinal acustico de forte intensidade , ricos em harmônicas .A intensidade , ricos em harmônicas .A resultante é uma forma de harmonica resultante é uma forma de harmonica produzida por subtração de imagem .produzida por subtração de imagem .

Outra diferençaOutra diferença é que na imagem com é que na imagem com PIPI , , o transdutor envia e recebe uma banda larga o transdutor envia e recebe uma banda larga de frequencias e na imagem de frequencias e na imagem Harm.convencional é selecionada somente a Harm.convencional é selecionada somente a segunda Harmônica.segunda Harmônica.

Harmonica com Pulso Harmonica com Pulso InvertidoInvertido

USCPI permite identificação de vasos com diametros USCPI permite identificação de vasos com diametros menores que 40 menores que 40 μμm: m:

Detecta velocidade de aproximadamente 1mm/s ou Detecta velocidade de aproximadamente 1mm/s ou praticamente estacionária praticamente estacionária

Não depende da velocidade do sangue Não depende da velocidade do sangue Concentração do contraste dependente Concentração do contraste dependente Aumenta sensibilidade para deteccção de lesões Aumenta sensibilidade para deteccção de lesões

hepáticas hepáticas RadiologyRadiology 1999;210:125-32. 1999;210:125-32.

Radiology Radiology 2000;216:903-2000;216:903-8. 8.

Vale lembrar que: a pulsação é máxima a uma freqüência específica para este tipo de microbolha (freqüência de ressonância) Vale lembrar que: a pulsação é máxima a uma freqüência específica para este tipo de microbolha (freqüência de ressonância) e inversamente proporcional ao seu tamanho (gráfico). e inversamente proporcional ao seu tamanho (gráfico). Na freqüência de ressonância específica, a microbolha transmite e absorve o US com maior eficiência e produz vibrações não Na freqüência de ressonância específica, a microbolha transmite e absorve o US com maior eficiência e produz vibrações não

lineares quando submetidas a uma determinada pressão (feixe sonoro).lineares quando submetidas a uma determinada pressão (feixe sonoro).

Imagem em harmônicaImagem em harmônica

Fundamental = Tissue

Frequency

Tecidos respondem de forma linear na freqüência de emissão

Harmonics = Bubbles

After receive processing

Microbolhas ressonam nas freqüências do US de maneira específica

Produzem harmônicas ou múltiplos da freqüência emitida

Sinal dos tecidos é eliminado com a retirada da “fundamental”→ resultando no aumento do sinal proveniente das microbolhas no sangue

Pulso invertidoPulso invertidocancelamento do sinal linear cancelamento do sinal linear

(Tecidual)(Tecidual)

First pulse

Second pulse (inverted)

No signalSummation

• Pulse Inversion transmits 2 or more pulses, removes fundamental by signal cancellation. The result is a pure harmonic signal for better resolution and sensitivity to bubbles

Harmônica de pulso invertido Harmônica de pulso invertido Ampliação do sinalAmpliação do sinal

First pulse

Second pulse

Summation

Spectrum

Harmonic signal not inverted, so addition produces harmonic signal enhancement

Spectrum

Spectrum

Interação entre US e Interação entre US e microbolhasmicrobolhas

Quando a onda de US atinge a microbolha ocorre uma oscilação: Quando a onda de US atinge a microbolha ocorre uma oscilação: na fase positiva: - a microbolha sofre uma contração - a microbolha sofre uma contração na fase negativa: - ocorre uma expansão dependendo da pressão aplicada (MI);- ocorre uma expansão dependendo da pressão aplicada (MI);Assim, a microbolha varia de tamanho a cada emissão do feixe sonoro. Assim, a microbolha varia de tamanho a cada emissão do feixe sonoro. http://www.sunnybrook.utoronto.ca/EchoHandbookhttp://www.sunnybrook.utoronto.ca/EchoHandbookBecher,Burns (2000)Springer –Verlag BerlinBecher,Burns (2000)Springer –Verlag Berlin

Índice mecânicoÍndice mecânico

1.Baixo MI (0,1):1.Baixo MI (0,1):

- - oscilação linearoscilação linear: rarefação e compressão de igual : rarefação e compressão de igual amplitude. amplitude.

- com este método não temos - com este método não temos ↑↑ significativo do sinal significativo do sinal proveniente das microbolhas.proveniente das microbolhas.

Eur Radiol Eur Radiol 2001;11:1316-28 2001;11:1316-28

2. Médio MI (0,2 a 0,7): 2. Médio MI (0,2 a 0,7):

- - oscilação não linear: oscilação não linear: a rarefação é a rarefação é mais intensa que a compressão, o que mais intensa que a compressão, o que gera diferentes freqüências pelas gera diferentes freqüências pelas microbolhas (sub, hiper e 2ª microbolhas (sub, hiper e 2ª harmônicas). harmônicas).

- estas respostas são específicas para - estas respostas são específicas para cada tipo de meio de contraste.cada tipo de meio de contraste.

3-Alto MI (0,8 a 1,9): 3-Alto MI (0,8 a 1,9):

destruição: destruição: - quando a pressão emitida se torna - quando a pressão emitida se torna muito intensa, ocorre a destruição das muito intensa, ocorre a destruição das microbolhas;microbolhas;

As cápsulas são rompidas e o gás se difunde no As cápsulas são rompidas e o gás se difunde no sangue;sangue;

A A destruição destruição causa causa ↑↑ do sinal emitido pelas do sinal emitido pelas microbolhas por um curto período. Este efeito é microbolhas por um curto período. Este efeito é transitório e irreversível e dura até o gás ser transitório e irreversível e dura até o gás ser dissolvido no líquido ao redor (depende do tipo dissolvido no líquido ao redor (depende do tipo de gás). de gás).

O sinal emitido se torna altamente não linear.O sinal emitido se torna altamente não linear.

Conclusão Conclusão

1.Contraste expande aplicacão diagnostica da ultra-sonografia 2.Lesões hepáticas e sua caracterização, leões renais,vascular periférica , pacientes transplantados e aplicações em radioablação são as maiores aplicações .

3.Utilidade clínica está em rápida expansão .

4.Real-time, técnica não destructiva de microbolhas , como HPI sãos essenciais para a sua aplicação.

5.Potencial diagnóstico como terapêutico para o contraste de microbolhas tem sido ampliado de forma consistente.

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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Aorta

HepaticA

Portal V

Liver

Time after bolus injection of contrast (secs)

Hepatic Arterial Phase: 20-35 secs

Portal Venous Phase: 45 – 90 secs

Parenchyma Enhancement: 50 –80 secs

Late Phase: 90 secs and beyond

Courtesy: Dr. Edward Leen – Glasgow

Perfil cinético do fluxo sanguíneo Perfil cinético do fluxo sanguíneo hepáticohepático

Burns PN, Becher H. Handbook of Contrast Echocardiography. Frankfurt: Springer Verlag, 2000. (Textbook of contrast imaging, mainly of cardiographic interest) Free download on http://www.sunnybrook.utoronto.ca/EchoHandbook/)

http://contrastultrasound.com Images, resources and links of general interest. (Supported by ATL/Phillips) http://www.ultrasoundinsider.com/ Comprehensive list of links of general interest in ultrasound, with many microbubble-related

links.

Diagram of a microbubble constructed for drug delivery. Diagram of a microbubble constructed for drug delivery. Gas-filled microspheres may be designed so that their Gas-filled microspheres may be designed so that their interior is loaded with drug and gas. A stabilising material, interior is loaded with drug and gas. A stabilising material, here a lipid, surrounds the perfluorocarbon bubble. Drugs here a lipid, surrounds the perfluorocarbon bubble. Drugs may be incorporated by themselves or, if insoluble in water, may be incorporated by themselves or, if insoluble in water, in an oil layer. The microsphere may be targeted to specific in an oil layer. The microsphere may be targeted to specific tissue by incorporating protein ligands on the surfacetissue by incorporating protein ligands on the surface

BMJ. 2001 May 19; 322(7296): 1222–1225. BMJ. 2001 May 19; 322(7296): 1222–1225. Copyright © 2001, BMJCopyright © 2001, BMJ

Obrigado.Obrigado. [email protected]@uol.com.br

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