Chất tương phản dùng để làm rõ cấu trúc mạch máu và những đặc trưng của tổn thương viêm và u.  

1. Tác dụng của chất tương phản

Tác dụng của chất tương phản là làm cho thời gian hồi giãn dọc T1 và thời gian hồi giãn ngang T2 ngắn lại. Thí dụ như khi cho chất tương phản vào trong tĩnh mạch, T1 của máu sẽ ngắn hơn T1 của các mô đứng yên. Kết quả là tín hiệu của máu đủ cao để có thể được phân định một cách dễ dàng hơn. Thời vang TE phải thật ngắn để tránh tình trạng lệch pha của các proton trong máu. Thêm vào đó thời kích TR cũng phải thật ngắn để giữ tình trạng bảo hòa (đứng yên) của các mô và cho cán bộ y tế đủ thời gian để ghi nhận tín hiệu trong khi nồng độ của chất tương phản còn cao. 

Chất tương phản thường được sử dụng trong việc chụp hình MR để làm nổi bật cấu trúc mạch máu, làm rõ các đặc trưng của tổn thương viêm và u.  

Các loại chất tương phản được sử dụng phổ biến nhất là các chất dẫn xuất từ gadolini (gadolinium). Nguyên tố hóa học của gadolini có ký hiệu Gd và số nguyên tử bằng 64.

 Đây là một chất thuận từ (paramagnetic)  có thể  ảnh hưởng đến thời gian hồi giãn của proton và có thể tạo nên tín hiệu của hình hay hình trọng T1 (T1 images or T1-weighted images) cao. Chất này gồm các chất có từ tính, do đó chúng ảnh hưởng đến thời gian hồi giãn của proton. Tiêm nội khớp với gadolini cũng có thể được sử dụng trong lúc chụp MRI của các cấu trúc nội khớp. 

2. Chất tương phản

2.1 Chất tương phản gadolini

Gadolini – đặc biệt nhất là Magnevist-  là chất tương phản (contrast agent hay cản quang) thông dụng nhất trong máy chụp MRI – chất này có thể cho vào cơ thể qua mạch (intraveneously) hay tiêm trực tiếp vào bộ phận của cơ thể như khớp xương. Mô bất bình thường (abnormal tissue) có thể được nhìn thấy rõ nét hơn những mô bình thường không có sự hiện diện của chất tương phản gadolini. Thêm vào đó, mô cũng cò thể giữ gadolini lại lâu hơn mô bình thường.  

Hình dưới đây biểu hiện một phần não bộ trước và sau khi chất tương phản gadolini được  tiêm vào (Hình 1).

 

Hình 1. Hình trọng T1 trước và sau khi chất tương phản được tiêm vào [1]

Trước khi gadolini  được tiêm vào, hình T1 (hình trọng T1) chỉ biểu hiện  một vùng không rõ (mờ mờ) ở bán cầu não bên trái (the left cerebral hemisphere). Sau khi tiêm gadolini  vào, ở hình trọng T1, chúng ta có thể thấy hình rất rõ nét của mô bị viêm nhiệt hay ung thư (inflamed or cancerous tissue) và nhiều mạch máu (vascular)  hơn là những mô chung quanh. Chất tương phản cũng làm cho vùng tầm soát sáng hơn [1].

2.2 Đặc tính của chất tương phản gadolini

Hợp chất của gadolini rất phổ biến như chất tương phản dùng trong việc chụp hình ảnh MR. Chất này có tính thuận từ - paramagnetism (có thể từ hóa tạm thời với từ trường bên ngoài). Gadolini là một trong bốn chất có thể từ hóa mạnh ở nhiệt độ phòng; ba chất khác là sắt (iron), kền (nickel) và coban (cobalt).  Gadolini có thể làm ngắn thời gian hồi giãn dọc T1 và thời gian hồi giãn T2, nhất là T1 một cách đáng kể và làm hình trọng T1 sáng hơn.  

Gadolini có 7 hạt hạt điện tử không kết thành cặp (unpaired electrons)  ở lớp vỏ (shells) 4f tạo nên tính thuận từ rất mạnh- đây là tính chất độc đáo của chất này. Ở trạng thái iôn hóa, Gd⁺³ cho 6s² và 5d¹ dùng trong việc kết nối (bonding), để lại 4f electrons ở trạng thái nguyên vẹn ban đầu (không kết nối).  Tính thuận từ (paramagnetic) không chỉ xảy ra với gadolini  mà thôi mà còn xảy ra ngay cả với những  hợp chất có chứa gadolini (Hình 2)  [2] 

Hình 2. Cơ cấu hóa học của chất tương phản gadolini [2].

r1 và r2  là hệ số liên quan đến đặc trưng của những thành phần thuận từ (specific relativities of paramagnetic agent), với đơn vị L/mmol-s , nằm trong khoảng 3 - 5 L/mmol-s . Tỉ xuất hay độ hồi giãn (relaxation rates)  tỉ lệ với hàm lượng của chất tương phản.  Độ hồi giãn (relaxation rate (sec-1) tỉ lệ nghịch với thời gian hồi giãn -relaxation time). Tỉ xuất này thường được dùng trong phạm vi hóa học. Tổng số độ hồi giãn  của một quá trình hóa học được tính như tổng số cộng của độ hồi giãn của các thành phần liên quan, như được biểu hiện một cách tổng quát ở Hình 2 ở trên.

3.  Vài thí dụ

Thí dụ 1 (Bảng 1) 

 

Ở Bảng 1, tỉ suất hồi giãn quan sát của T1 và T2  đo đạt có thể tính được từ độ hồi giãn lúc có chất tương phản và độ hồi giãn khi không có chất tương phản.  

Kết quả cho thấy, thời gian hồi giãn dọc T1 giảm  (800-606)/800 hay 24.25%  trong khi đó thời gian hồi giãn ngang T2 chỉ giảm (80-77)/80 hay 3.75%. [3] 

Thí dụ 2 (Hình 3) 

Hình 3. Biến đổi của tín hiệu với nồng độ của gadolini 

 Trong trường họp của thận (kidney) và bàng quang (bladder), lượng gadolini (Gd) bài tiết ra và đọng lại đưa đến tình trạng ở đó lượng Gd trong các mô và nước tiểu có thể đạt đến mức 40 mM. Ở mức độ Gd cao như thế này, sự thu ngắn T2 có thể đưa đến độ giảm thiểu khả quan trên cả hai hình ảnh của hình trọng T1 và hình trọng T2. Lượng nước tiểu trong bàng quang biểu hiện  hiện tượng ba- lớp dị thường (unusual triple-layering phenomenon).  Hiệu ứng thu ngắn T2 trội hẳn hơn và tín hiệu thấp xảy ra ở lớp giả tạo nằm phía dưới (bottom pseudolayer)  nơi mà hàm lượng Gd cao nhất. Ở lớp nằm giữa, hàm lượng vừa phải của Gd đưa đến sự thu ngắn T1 và vì thế tín hiệu MR cao (hình trên). Hiệu ứng thu ngắn T2 của Gd (shortening effect of Gd) chỉ trở nên rõ rệt khi chất tương phản có hàm lượng cao (chẳng hạn như ở bàng quang). 

4. Lời kết

Chất tương phản gadolini rất thông dụng trong việc chụp hình cộng hưởng từ MRI để làm nổi bật cấu trúc mạch máu, làm rõ các đặc trưng của tổn thương viêm và u. Đây là một chất thuận từ ảnh hưởng đến thời gian hồi giãn của proton, có thể tạo nên tín hiệu T1 (hay hình trọng T1) cao.  

5. Tài liệu tham khảo

[1] https://www.radiologymasterclass.co.uk/tutorials/mri/mri_gadolinium#top_1st_img

[2] Lauffer RB. Chem Rev 1987; 87:901-927. 

[3] Rohrer M, Bauer H, Mintorovitch J et al.  Invest Radiol 2005; 40:715-724

 

April 25, 2022