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第七节 对比剂在腹部疾病中的临床应用
以医学成像为目的将某种特定物质引入人体内,以改变机体局部组织的影像对比度,这种被引入的物质称为“对比剂”(contrast medium),也称之为“造影剂”。
根据检查方式的不同,将对比剂分为X线对比剂、MRI对比剂及超声对比剂。X线对比剂目前主要包括消化道造影用的钡剂、CT增强和血管造影用的碘剂:钡类对比剂包括硫酸钡干粉、硫酸钡混悬剂;碘类对比剂根据在溶液中是否分解为离子又分为离子型对比剂和非离子型对比剂,按分子结构分为单体型对比剂和二聚体型对比剂,按渗透压分为高渗对比剂、低渗对比剂和等渗对比剂;CO 2对比剂临床应用尚较少。MRI对比剂主要是静脉内使用,包括最常用的钆对比剂,另外还有锰类对比剂、铁类对比剂,胃肠道内使用的铁类对比剂目前应用较少。超声对比剂用于超声波检查中。
一、碘对比剂及技术优化
随着现代医学的进展以及越来越多的精密设备和影像技术的应用,诊断用药也迅速发展,其中碘对比剂被广泛地应用于临床,如CT增强扫描、介入治疗、血管造影等。CT增强扫描是将碘对比剂引入人体,以改变机体局部组织的影像对比度,有利于病变的定位、定性及鉴别诊断,在影像诊断中越来越重要。
(一)碘对比剂的分类
碘对比剂分为离子型对比剂和非离子型对比剂(表2-7-1,表2-7-2)。离子型对比剂是指对比剂能电离成阴离子和阳离子,以离子状态存在的对比剂,由于其带有电荷,渗透压高,所以容易干扰人体正常生理过程,可以使血浆渗透压、血容量等升高,造成肺动脉高压、心脏负荷加重等。非离子型对比剂是指无法电离,以分子状态存在的对比剂,但是它可以溶于水,由于其不带电荷,为低渗透剂,因此对正常生理过程干预少,而且非离子型对比剂生物安全性高、毒副作用小,越来越受重视,但其主要是国外产品,价格昂贵。碘对比剂按分子结构分为单体型和二聚体型对比剂,按渗透压分为高渗、低渗和等渗对比剂。
表2-7-1 常用离子型碘对比剂的分类和理化性质
表2-7-2 常用离子型碘对比剂的分类和理化性质
(二)对比剂的药物动力学
由于碘对比剂只分布在血管和细胞间液中,不进入细胞内,不与血浆蛋白结合,所以注入对比剂后,对比剂迅速通过血管壁进入细胞间液,使血管浓度迅速下降,最终全量从肾脏中排泄。掌握碘对比剂药物动力学,对设计碘对比剂增强扫描方案具有重要意义。影响碘对比剂增强效果的因素众多,包括患者个体、碘药理特性、检查目的、数据采集速度等(表2-7-3)。对于具备基本相同因素的患者,以相同的速度及剂量注射碘对比剂,增强效果一致,而以实质器官成像为目的,和以血管成像为目的对比剂就应该有所不同。
表2-7-3 CT增强动脉期对比剂动力学及其结果
续表
(三)碘对比剂禁忌证
1.绝对禁忌证
有明确严重甲状腺功能亢进表现的患者不能使用含碘对比剂。
2.慎用碘对比剂的情况
① 肺动脉高压、支气管哮喘、心力衰竭等肺及心脏疾病;②分泌儿茶酚胺的肿瘤;③妊娠和哺乳期妇女;④骨髓瘤和副球蛋白血症;⑤重症肌无力;⑥高胱氨酸尿。
(四)碘对比剂的CT扫描技术优化
CT增强是最重要的CT检查之一。伴随着CT成像技术、重建方法的成熟和发展以及低剂量、高质量和能谱成像等先进技术的广泛应用,对比剂优化应用也在不断发展中,对对比剂的剂量、浓度以及注射方案等都有了新的要求。
碘含量与图像质量、血管的强化程度呈正相关,但过多的碘会给患者带来不同的损害。Sohn等学者研究发现CT扫描中碘对比剂注射对甲状腺癌患者放射性碘剂治疗有很大影响。如何在保证图像质量前提下优化对比剂的使用,一直是影像技术工作者努力探讨的重要临床问题。
1.对比剂剂量与浓度
对比剂肾病在临床中越来越常见,如何减少其发生率已经越来越受各方关注。传统的对比剂使用固定对比剂用量,这样会使体重相对大的患者由于对比剂相对不足,而影响图像质量;而对于体重相对小的患者会由于对比剂相对过量,而加重患者脏器的损害。目前,多数影像医师认同Heiken等的观点,即按照体重来计量对比剂总量较为科学,且要与受检者质量及扫描时间相匹配,将CT增强扫描对比剂用量改为1.5~2.0ml/mg,对需要门脉成像的则需要剂量更大。对于冠状动脉CTA检查,不仅要求清楚显示冠状动脉,达到诊断要求,还要能指导心内科介入治疗的需求。Lell等学者正在探求建立一种对比剂注射协议,来降低CTA检查中患者的对比剂用量及浓度问题。目前高浓度与低浓度对比剂均在应用,研究显示,在相同注射速率的情况下对比剂浓度越高,血管的小分支显影越清楚,但是在低流速注射时,即使应用高浓度对比剂,由于血管内的对比剂浓度较低,增强效果并不理想。而且高浓度对比剂对肥胖患者有优势,可以显示更多级细小血管。
另外,在降低CTA辐射剂量方面,已有多种方法包括自动管电流调节及使用低管电压技术,其中低管电压CTA的应用研究主要集中在胸部血管和心脏,很少应用于腹部。近年来有研究将其应用于腹部,采用90kV管电压行腹部CT增强扫描,并与120 kV的增强扫描行对比研究,发现采用低管电压可在保证图像质量的前提下降低20%的对比剂用量。也有学者利用能谱CT最佳单能量成像来指导腹部动脉成像的低浓度对比剂的使用,发现对体质指数>25kg/m 2的患者应用GSI成像指导下低浓度CTA成像,图像质量要优于高浓度对比剂常规方式成像。碘的原子序数相对较高,降低管电压时X线能量减少,碘对比剂的衰减增高,CT值增高,研究证明管电压从120kV变为100kV,碘的CT值大约增加17%~26%,原子序数较低,降低管电压时,这些物质的衰减变化不大,所以使用低电压扫描时,适当减少碘对比剂的用量,仍可达到与常规方法相似的血管对比(图2-7-1)。
图2-7-1 不同患者腹部CTA参数比较
A.女,81岁。体型瘦长,体重55kg;B.男,83岁。体型肥胖,体重95kg。腹部CTA扫描参数采用动脉管电流调节及体重调整对比剂注射量,VR图像显示不同身体状态;C、D.对应矢状位CTA重建图像质量比较,统一选择250mA,自动管电流调节导致瘦长型患者有效mA为136mA,而肥胖型为270mA
由于多层螺旋CT的发展,扫描时间大大缩短,有些学者认为可以减少对比剂剂量以降低对比剂的毒性反应,但一味减少对比剂剂量势必会影响图像质量。因此,近几年低剂量高浓度对比剂使用已成为CT研究热点。在注射速度不变的情况下,使用低剂量高浓度对比剂,保证了血管内对比剂达到峰值时间,保证了图像质量,减少了不良反应的发生率,降低了对身体的损害。
2.注射方案
对比剂注射速度不同,血管强化的程度和到达峰值的时间也不同,对比剂剂量固定,注射速度越快,到达靶血管的时间越早,强化峰值越高,越容易得到质量好的图像。目前一些研究采用的注射速率已达4~7ml/s,甚至更高,但注射速度过快(>5ml/s)容易发生对比剂血管外渗漏。
由于单相注射简单易行,所以最常用的还是单相注射,其次是双期注射。双期注射的优势是在不增加对比剂用量的前提下,延长平衡期到来的时间,维持靶部位长时间足够的强化程度。
二、MRI对比剂
MRI具有良好的软组织分辨率,对人体没有电离辐射,可以多平面、多序列成像,已被广泛应用于临床疾病的诊治过程中,MRI对比剂的应用提供了更丰富的影像信息。目前二乙三胺五乙酸钆(Gd-DTPA)被广泛应用于临床,还有一些对比剂也在研制开发中,如Fe的超顺磁性物质、肝脏特异性对比剂等。
(一)概述
虽然MRI对比剂应用目的与碘对比剂相同,但作用机制与之完全不同,MRI对比剂是通过影响内外界弛豫效应和磁化率效应间接地改变组织的信号强度。它可以影响T 1、T 2弛豫时间,一般会使两者都缩短,但程度不同,以其中一种为主。
(二)MRI对比剂分类
MRI对比剂根据在体内分布、磁特性以及对组织的特异性的不同分类也不同。
根据对比剂在体内分布不同分为细胞外液对比剂和细胞内液对比剂:①细胞外液对比剂:细胞外液对比剂可在血管内与细胞外间隙自由通过,在体内非特异性分布,目前临床广泛应用的钆剂就属于此种类型;②细胞内液对比剂:以某一组织或器官的一些细胞为靶点分布,像网状细胞性对比剂和肝细胞对比剂。
根据磁敏感性不同分为顺磁性对比剂、超顺磁性对比剂及铁磁性对比剂:① 顺磁性对比剂:由顺磁性金属元素组成,如Gd、Mn;②超顺磁性对比剂:由磁化强度介于顺磁性和铁磁性之间的微晶组成;③铁磁性对比剂:为紧密排列的一组原子晶体组成,磁化后即使没有外加磁场的作用仍带有一定的磁性。
根据组织特异性分为选择特异性对比剂和非选择特异性对比剂:①非选择特异性对比剂:对要增强的器官或组织没有选择性;②选择特异性对比剂:对比剂会被某种组织吸收并将停留较长时间。
(三)MRI对比剂增强机制
1.顺磁性对比剂的增强机制
顺磁性金属元素(Gd、Mn等)的原子具有几个不成对的电子,这些未成对电子会产生较大的磁矩,使邻近的水分子质子的弛豫时间缩短。通过影响T 1时间,产生T 1正性对比剂,在T 1WI表现为高信号。但是,当这些金属元素以离子形式注入生物活体时,易在体内累积,具有很高的毒性,必须选择合适的配体与之结合形成配合物来降低毒性,临床上最多见的是该类金属元素与DTPA的螯合物。顺磁性对比剂缩短T 1或T 2弛豫时间,主要与顺磁性物质的浓度、磁矩及其结合水的分子数有关。另外,磁场强度、环境温度等也对弛豫时间有影响。不同浓度的顺磁性对比剂对T 1、T 2弛豫时间影响程度是不同的。顺磁性造影剂数目众多,又可分为小分子顺磁性造影剂和大分子顺磁性造影剂。
2.超顺磁性对比剂和铁磁性对比剂的增强机制
这两类对比剂的磁矩和磁化率比顺磁性对比剂大的多,它可以使磁场不均匀,当质子通过这种磁场时,会改变横向磁化相位,缩短T 2或 时间,形成T 2或 的弛豫增强,增强信号呈黑色低信号。这两类对比剂对T 1效应较弱。
(四)MRI对比剂的临床应用
1.钆螯合物
钆含有最多的不成对电子(7个),是最有效的顺磁性对比剂。但钆有细胞毒性,通常使用钆与其配体(如DTPA、DOPA)构成的螯合剂来减少细胞的损害。钆螯合物静脉注射给药后,迅速分布到肝、心、肾等器官中,从血管中弥散到血管外或组织间隙,不通过细胞膜(图2-7-2,图2-7-3)。但其不易通过血脑屏障,正常时不进入脑与脊髓,它可使某些正常结构强化,如垂体、静脉窦等;当血脑屏障被破坏时,如缺血、炎症、创伤、肿瘤,对比剂会进入到脑组织显示病变。
图2-7-2 肝血管瘤
A.MRI平扫示肝右叶一类圆形长T 1低信号小结节;B~D.MRI增强扫描动脉期病变从边缘开始呈结节样强化,静脉期病变逐渐向中心强化,延迟期病变明显均匀强化
图2-7-3 肝癌
A.MRI平扫示肝左叶类圆形长T 1信号;B~D.MRI增强扫描动脉期病变呈不均匀明显强化,高于肝实质,静脉期病变强化程度与肝实质相似,延迟期病变强化程度降低,低于肝实质
2.网状内皮细胞对比剂
主要为超顺磁性氧化铁(Superparamagnetic Iron 0xide,SPIO)颗粒。该类对比剂直径在40~400mm,而血液中直径在30~5000mm颗粒主要被网状内皮系统清除,肝脏的Kupffer细胞可摄取该类对比剂,而肿瘤内一般少或无Kupffer细胞,通过增加肿瘤与正常肝实质对比来提高肿瘤的检出率,因此可以作为以网状内皮系统为靶器官的对比剂应用于肝、脾、淋巴结成像。对于大肝癌影像学检出一般较为明确,但治疗效果较差,目前研究重点为提高小肝癌的检出率。
3.肝细胞特异性对比剂
肝细胞特异性对比剂分子结构特殊,可以被肝细胞摄取,是肝脏特异性对比剂。即在钆对比剂中加入芳香环,增加其亲脂性,以便与肝细胞结合,最后通过胆道排泄。该类对比剂主要用于提高肝脏肿瘤的检出,对鉴别是否为肝细胞来源的肿瘤也有较大的帮助,目前还有利用该类对比剂进行肝脏功能成像,包括Gd-EOB-DTPA、Gd-BOPTA。Gd-EOB-DTPA、Gd-BOPTA均可通过内外界弛豫效应和磁化率效应来间接地改变组织的信号强度,缩短T 1、T 2弛豫时间。有研究证实,几种不同的对比剂相比较,Gd-EOBDTPA的弛豫率是最高的。Gd-EOB-DTPA可以显著缩短组织的T 1弛豫时间,这是由于其顺磁性成分以共价键连接到EOB基团,既是胆汁显著排泄的原因,也是蛋白结合率相对较高的原因,因其与蛋白质可逆的相互作用,故可以在肝细胞内提高T 1的弛豫度。静脉注射Gd-EOB-DTPA后,通过肝细胞膜上的有机阴离子转运多肽1,从细胞外间隙转运至肝细胞内,然后经胆小管多特异性有机阴离子转运体或多药抵抗相关蛋白2排泄至胆小管内。由于胆红素也要通过有机阴离子转运多肽1受体排泄,因此Gd-EOB-DTPA的胆汁排泄要依靠完好的肝功能。研究证实,在肝肾两个途径之一存在排泄障碍时,另一种途径可以代偿。由于Gd-EOB-DTPA分布在血管内和细胞外间隙,所以先出现动脉对比增强,然后出现静脉增强,随后正常肝细胞摄取部分造影剂使延迟图像中的肝实质强化。Gd-EOB-DTPA约50%的注射剂量经胆道排泄,约50%经肾脏排泄,比例相似。肝功能正常者注射对比剂5~10分钟后,肝实质即开始强化,并随时间延长而趋于明显,直至10~40分钟后达到并保持在一个较高水平的强化平台上,注射对比剂20分钟后,肝实质与局灶性肝内病变信号强度对比最强。
典型肝细胞肝癌细胞不摄取Gd-EOB-DTPA,于肝细胞期表现为低信号,此期肝细胞肝癌与肝脏信号对比最强,且边界最清晰,尤其有助于检测出乏血供肿瘤。Gd-EOB-DTPA对比剂有助于鉴别肝细胞肝癌、再生结节和不典型结节。再生结节由于存在肝细胞功能和完整的有机阴离子转运多肽,其摄取和排泄对比剂通常正常,于肝细胞期与周围肝实质信号接近。部分不典型结节保持了摄取对比剂的能力而排泄障碍,细胞内胆汁淤积,表现为均匀或不均匀的高信号。随着不典型结节程度的增加,其有机阴离子转运多肽的表达逐渐减少,因而摄取对比剂的能力下降,于肝细胞期表现为低信号。
胆管细胞癌来源于胆管上皮的恶性肿瘤,由于含纤维成分,在注射CT增强对比剂及Gd-DTPA对比剂后,其强化特点为延迟期强化;而在Gd-EOB-DTPA增强的肝细胞期,由于周围肝实质强化明显,肿瘤则表现为相对低信号(图2-7-4)。
图2-7-4 肝细胞肝癌
女,73岁。肝细胞肝癌患者,注射Gd-EOB-DTPA增强后发现更多卫星结节。A.增强前GRE T 1WI在V段未见明显异常信号;B.在Gd-EOB-DTPA增强后20秒仍未见明确病灶;C、D.在Gd-EOB-DTPA增强后60秒、120秒,隐约可见一类圆形低信号影;E~G.在Gd-EOB-DTPA增强后600秒、900秒、1200秒病灶清晰可见
转移瘤内没有正常肝细胞,在肝胆特异期呈低信号,与周围强化的肝实质形成良好对比,有助于检出小的转移瘤,尤其是对直径1cm以下的微小结节更具优势。由于肝脏良性病变,如肝囊肿、血管瘤等在肝胆特异期也呈低信号,转移瘤的定性诊断需结合临床病史及MRI平扫、动态增强扫描综合分析(图2-7-5)。
图2-7-5 肝转移瘤
男,60岁。胃癌肝转移患者。A~E.注射Gd-EOB-DTPA后动脉期病灶可见环形强化,静态期呈明显低信号,并检出更多小转移灶
局灶性结节增生好发于年轻女性,在组织学上表现为外观正常的肝细胞组成的结节,内含与周围胆管系统不相连的异常胆管,病灶中心可见星状瘢痕,其内含纤维结缔组织和畸形血管。由于肝细胞持续摄取对比剂而胆管引流障碍,因此其肝细胞期表现为等或高信号;局灶性结节增生中心星状瘢痕含纤维结缔组织和畸形血管,Gd-DTPA增强延迟期表现为高信号,而Gd-EOB-DTPA增强肝细胞期呈低信号(图2-7-6)。
图2-7-6 肝局灶性结节增生
女,43岁。肝局灶性结节状增生患者。A.增强前GRE T 1WI图像肝右叶病灶呈稍低信号,中央可见点状低信号;B.增强前GRE T 2WI图像上病灶呈不均匀稍高信号,中央见点状高信号;C~E.增强后动态期病灶明显强化,点状低信号不强化;F.静态期20分钟病灶呈环状强化
肝腺瘤也是肝细胞来源,好发于女性,组织学表现为由糖原和脂质丰富的肝细胞构成的肝板,缺乏胆管结构。肝腺瘤于肝胆特异期通常表现为低信号,其原因可能与胆管缺乏、瘤内出血以及表达不同的细胞膜OATP致对比剂摄取减少或缺如有关,有助于与腺瘤在肝胆特异期表现相鉴别。
4.胰腺对比剂
锰福地匹三钠(Mn-DPDP)最初是为肝脏疾病设计的一种MRI特异性细胞内对比剂,在应用于临床的过程中发现胰腺也能显著强化。肝脏强化主要是因为肝细胞可以摄取锰福地匹三钠及其代谢产物,但是胰腺强化原因目前尚不明确。Mn-DPDP是细胞内对比剂,二价锰离子外层有不成对的电子,有较强的顺磁性,作用是缩短分布组织的T 1弛豫时间,提高靶组织在T 1WI上的信号强度。Mn-DPDP应用于临床以来陆续有肝脏外其他器官强化的报道。Gehl等首先报道静脉注射Mn-DPDP造影剂后胰腺信号强度升高,强化可持续6小时以上;通过观察15例胰腺癌患者发现增强前后肿瘤增强信号强度无明显增加。胰腺由84%的腺细胞、10%的细胞外间质、4%的血管和导管及2%的内分泌细胞组成,静脉注射造影剂后胰腺强化程度增加98%。龚静山等认为只占2%的内分泌细胞,难以导致如此明显的强化;其采用人工胰漏的动物模型采集胰液,观察给药前后胰液中锰含量的变化,发现胰液中锰含量在静脉滴注Mn-DPDP后增加,差异有显著性意义,认为胰腺外分泌细胞有摄取锰的功能并经胰液排泄。龚静山等认为Mn-DPDP增强能反映胰腺腺细胞的功能,有望试用于评价胰腺外分泌功能和胰腺肿瘤性病变的诊断。
5.血池对比剂
不容易透过毛细血管基底膜,滞留血池中时间较长,适用于对比增强MRA和灌注加权成像。该类对比剂分为二类:钆与大分子的复合物和极小超顺磁氧化铁颗粒,前者缩短T 1的效应比Gd-DTPA更强,后者基本成分与网状内皮对比剂相似,但直径小很多,可以不被网状内皮系统吞噬,在血池中停留时间明显延长,最终也仍要被网状内皮系统清除。血池对比剂能更准确地反映组织器官内的血流灌注水平,有利于发现局部灌注异常,在器质性改变出现之前发现病灶,对诊断组织器官的血流灌注及评价毛细血管壁的完整性很有价值。
6.口服对比剂
根据其改变肠腔信号强度的特点分为阳性对比剂和阴性对比剂。口服阳性对比剂肠道表现为高信号,阴性对比剂使对比剂聚集处的信号消失(图2-7-7)。该类造影剂可以使胃肠道管壁显示清晰。以水作为对比剂时,虽然在T 2WI上可以形成对比,但在T 1WI上对比不足,而且未完全充盈的肠管信号与病变组织的信号相仿,有时与病变组织不易区分。以葡萄糖酸亚铁糖浆溶液作为对比剂时,由于亚铁离子的顺磁性作用,在外磁场作用下产生较大的自旋磁矩,使局部磁场强度增加,缩短T 1、T 2时间,产生对比效果。但其顺磁性作用因其浓度不同而不同,在低浓度时T 1、T 2时间随着浓度增高而下降,出现阳性造影效果;达到一定浓度后,T 1缩短效应逐渐减弱,T 2缩短效应相对突出,信号强度反而随着浓度的增高而下降,因而出现阴性造影效果。利用这一特性,在腹部MRI检查时可以作为胃肠道对比剂来突出胃肠道的信号,对确认胃肠道外病变及其范围也非常有价值,可较好地划分与周围器官的界限,使其邻近结构和实质脏器显示更加清晰,如对胰腺疾病的鉴别诊断、腹部淋巴瘤的诊断等。Grubnic等的研究显示,服用阳性对比剂后,63%病人的小肠能够获得良好的显示,74%可产生良好的界限划分。儿童和消瘦者因腹膜后脂肪量少,正常胰腺难以与邻近肠管鉴别。口服阴性对比剂后,胃、十二指肠及空肠被对比剂充盈,T 1WI上呈低信号,能够清晰地显示出胰腺的轮廓,而且对周围的门静脉及右侧肾上腺的显示也有很大的帮助。Russell等对24例有腹膜转移或怀疑有腹膜转移的病人分别行MRI、CT检查,MRI检查采用联合口服2%稀释硫酸钡和静脉注射钆对比剂,CT检查采用联合口服2%硫酸钡和静脉注射碘对比剂的方法,结果表明MRI对腹膜肿瘤的检出要比CT敏感,MRI敏感度>80%,CT敏感度仅50%。Rinck等分别对31例男性睾丸癌病人和31例女性盆部及下腹部肿瘤病人的研究表明,口服磁微粒的腹部MRI检查临床诊断价值较高,它可用来增加中下腹以及盆腔组织结构对比度,有助于区分肠管和毗邻正常组织、病变组织,并可以确定复发肿瘤和腹膜淋巴结转移。
三、对比剂不良反应及处理
(一)碘对比剂不良反应
随着影像技术和检查设备的不断发展,碘对比剂被广泛应用于临床,了解对比剂的不良反应及处理是十分必要的。
1.按照发生时间分类
根据全身不良反应出现时间的不同,分为急性不良反应、迟发性不良反应和晚迟发性不良反应三类,分别是注射对比剂后1小时内出现、1小时~1周内出现及1周后出现的不良反应。
图2-7-7 MRI小肠造影
A、B.口服造影剂显示充盈小肠各段结构,肠腔及肠壁显示良好;C、D.增强扫描后显示中等强化的肠壁及低信号的肠腔
1)急性不良反应:
会发生过敏样反应,表现为荨麻疹、气管痉挛和呼吸困难等,也可因碘对比剂过量产生毒性作用,表现为恶心、呕吐、发热、疼痛等。
2)迟发性不良反应:
主要是皮肤反应,表现为皮肤斑丘疹、红斑等,等渗非离子型碘对比剂的发生率更高。
3)晚迟发性不良反应:
偶见于未经治疗的Graves病或结节性甲状腺肿等,可引起甲状腺功能亢进。
2.根据严重程度分类
根据严重程度分为轻度、中度和重度不良反应。
1)轻度:
症状较轻,通常不需要治疗,具有自限性。
2)中度:
临床上症状与体征更明显,需要立即处理。
3)重度:
通常会危及生命。
3.根据发病机制不同分类
根据发病机制不同分为特异性反应和非特异性反应:前者与剂量有关,其临床表现通常与其他过敏原的过敏性反应相同。目前机制尚不清楚,但认为它与抗原-抗体反应、补体系统被激活等有关,最终造成细胞释放介质,使机体产生一系列超敏反应;后者是对对比剂的一种生理性应答,它的发生率及严重程度与所用剂量、理化性质和速率有关,最常累及肾、神经、心血管系统。
4.碘对比剂肾病
随着医学影像的快速发展,对比剂肾病已经成为肾功能衰竭的一个重要原因。文献中对于对比剂肾病的定义并不一致,但大多数研究及相关领域的专家将对比剂肾病定义为对比剂导致的急性肾损伤。在排除其他原因的情况下,血管内注入对比剂后3天内,肾功能较前相比明显受损,部分患者表现为非少尿型急性肾功能衰竭,多数患者肾功能可于7~10天恢复。临床上常用的判断标准为血清肌酐较应用对比剂前至少升高44μmol/L或者超过基础值25%。
对比剂肾病的发生与碘对比剂的使用及患者自身的基础疾病等危险因素密切相关。原有肾功能障碍是对比剂肾病最关键的独立预测因子,患对比剂的危险与患者的基线肌酐水平呈正相关,基线肌酐水平越高,患病的风险越大。合并肾功能障碍的糖尿病也是对比剂肾病的独立危险预测因子,糖尿病患者发生对比剂肾病的比率为5.7%~29.4%,但有研究表明单纯糖尿病可能并不是对比剂肾病的独立预测因子。老年人应用对比剂后发生肾衰竭的危险性增高,年龄>70岁的老年人患病的比例约为11%。其他危险因素包括充血性心力衰竭及血流动力学不稳定、肾毒性药物、高血压等可能都是对比剂肾病的危险因素,除自身基础疾病外对比剂也是主要危险因素,而且在这些危险因素中只有碘对比剂的使用是可以人为灵活控制的,合理、规范使用碘对比剂可有效减少对比剂肾病的发生。对比剂的发病率随对比剂剂量的增加而增高,通常认为使用对比剂<100m l可以使对比剂肾病的发病率降到最低。在兼顾临床诊疗需求的基础上尽可能减少碘对比剂使用剂量,可有效降低对比剂肾病的发病率。
对比剂按照渗透性分为高渗性、低渗性和等渗性。研究显示高渗性对比剂与低渗性对比剂相比,在肾功能正常的患者之间发生率的差异无统计学意义,合并肾功能障碍的患者,低渗性对比剂引起肾病的发生率明显低于高渗性对比剂,其结果也支持等渗对比剂。碘对比剂还可分为离子型和非离子型2种。非离子型碘对比剂的安全性明显高于离子型,非离子型碘对比剂对那些有肾功能不全和糖尿病等基础病变的患者可以降低对比剂肾病的发生率。
对比剂对肾脏造成损伤的病理生理学机制尚不明确。目前认为多种因素导致对比剂肾病的形成,可能的机制包括:肾脏血流动力学变化和肾髓质缺氧;造影剂对肾小管上皮细胞的直接毒性;肾小管阻塞;对比剂通过氧化应激反应生成过量的反应性氧自由基从而损伤肾小管。但一般认为对比剂肾病的发病机制可能为患者本身的基础疾病因素(如糖尿病、高血压、原有肾功能不全及高龄等)引起的肾灌注减少及对比剂对肾小管的直接毒性作用被认为是导致对比剂肾病的主要因素。在使用碘对比剂的患者中,大部分患者可能患有动脉粥样硬化、冠心病、糖尿病、高血压等基础疾病,这些因素导致正常肾单位一定程度的减少。使用碘对比剂后,首先血管扩张,继而缩血管物质释放引起血管收缩,使肾血流量减少,肾小球滤过减低,对比剂进入后,血液更加黏稠,引起肾脏缺血、缺氧性损伤。体外培养试验证实,碘对比剂对肾小管上皮细胞有直接毒性。
5.碘对比剂外渗
在注射碘对比剂过程中,使用高压注射器注射或流速过高均可以导致对比剂渗漏,当患者不能有效配合、被穿刺血管壁有损伤、静脉较细等情况发生时,也会造成对比剂外渗,表现为局部疼痛、烧灼感和水肿等,严重时可造成皮肤溃疡,软组织坏死等。
(二)碘对比剂不良反应的处理
1.碘对比剂不良反应的预防流程(图2-7-8)
图2-7-8 碘对比剂不良反应的预防流程
2.碘对比剂不良反应的分级
1)轻度不良反应:
停止给予对比剂,一般无需处理,可自行缓解,或对症治疗,密切观察病情。
2)中度不良反应:
积极治疗,需要药物治疗的不良反应,要及时呼叫临床医师参与救治处理。
3)重度不良反应:
必须紧急抢救,行心肺复苏,抗休克、抗过敏治疗,并立即通知急诊科、麻醉科医师共同抢救。
3.碘对比剂全身不良反应的处理原则及程序(图2-7-9)
图2-7-9 碘对比剂不良反应的处理流程
1)一旦确定发生不良反应,应立即停止注射对比剂。
2)解除对比剂连接,判断病人不良反应严重程度。
3)对于中、重度不良反应,放射科医护人员应立即判断病人意识、呼吸等状况,进行基础的急救处理。
4)急诊和麻醉医师到场后,检查患者并实施进一步救治。
基础肾功能评估是预测接受碘对比剂检查的患者发生CIN危险的最重要的标志。因此,在应用碘对比剂之前评估基础肾功能非常重要,它可以确保采取恰当的策略以降低CIN危险。需根据血清肌酐计算eGFR值作为评估肾功能的指标,推荐使用简化MDRD公式(肾脏病饮食调整研究公式)计算成人eGFR。我国肾脏病学者提出适合国人的改良公式:GFR [ml/(min·1.73m 2)]=175×SCr -1.154×年龄 -0.203×(0.79女性/1.00男性)。建议在条件允许情况下所有患者在使用碘对比剂检查之前均应计算eGFR值。
北京阜外医院回顾性分析了近5年进行的住院冠脉介入诊疗手术病例中,术中发生的碘造影剂过敏性休克病例资料,并对抢救措施进行总结。结果发现79 102例冠脉介入诊疗手术病例均使用非离子型碘造影剂,过敏性休克发生率为0.019%(15/79 102)。首发表现包括血压迅速下降(9例)、突发意识障碍(2例)、皮肤黏膜表现等(4例)。发生顽固性休克的患者5例,其中3例患者早期使用大剂量甲泼尼龙冲击治疗最终存活,另外2例死亡患者未早期使用或未使用。5例顽固性过敏性休克中有4例再次接触碘造影剂者,其中2例死亡。因此,冠脉介入诊疗手术中碘造影剂过敏性休克发生率低,但发生过敏性休克的后果严重,尤其是再次接触碘造影剂者;过敏性休克首发表现多样;发生过敏性休克后抢救中在使用肾上腺素等常规抢救药物的基础上及早应用大剂量甲泼尼龙可能有益。
4.碘对比剂肾病的处理
1)术前风险评估,识别高危患者。
2)停用肾毒性药物。
3)水化治疗:可明确降低对比剂肾病的发生率。
4)减少对比剂使用量,避免反复使用对比剂,减少高渗或高黏度对比剂的使用。
5.碘对比剂血管外渗的处理
1)轻度外渗:
一般无需处理,但要嘱咐患者观察,防止外渗严重,对个别疼痛明显者可局部冷敷。
2)中、重度外渗:
①抬高患者肢体,促进血液回流;②早期使用硫酸镁保湿冷敷,24小时后改为热敷;③外渗严重者,在外用药物基础上口服地塞米松;④必要时请临床医师协助处理。
(三)MRI对比剂不良反应
Gd-DTPA是目前MRI检查中最常用的对比剂,其不良反应发生率低,并且主要是轻度不良反应,多表现为恶心、呕吐、头晕头痛等,可能与剂量少有关。严重不良反应发生率极低,但是如果患者出现荨麻疹、呼吸困难等症状,应紧急救治。
Gd-DTPA不良反应的发生机制仍不清楚,与水溶性含碘对比剂的不良反应机制相仿,可能与抗原抗体反应,特异质反应及造影剂过量等有关。有过敏体质的患者,不良反应的发生率会明显增加,因此对于Gd-DTPA不良反应的预防与处理也与水溶性含碘对比剂相似。
随着含Gd对比剂越来越多应用,有越来越多的报道证明肾源性系统化纤维化与含Gd对比剂使用密切相关。钆螯合物大大降低了钆的毒性,其可通过肾小球的过滤作用排出体外,肾功能完好的患者,98%的钆在注射24小时后即可清除,但肾功能不全的患者体内的钆需经3次透析后才能清除99%。肾源性系统化纤维化,只见于肾功能受损的患者,通常以广泛组织纤维化为特征,表现为皮肤对称性增厚、硬化。1997年由美国南加州肾移植中心首先报道,命名为肾源性纤维化性皮肤病,随后发现该病除皮肤外,多脏器均可受累,因此改名为肾源性系统化纤维化,皮肤活检是确诊的金标准。该病各年龄段均可发病,目前的报道中未提示存在种族、地域、性别差异。
肾源性系统化纤维化的病程可分为急性期和慢性期两个阶段。急性期类似全身炎症反应综合征,慢性期可在注射钆对比剂后4天到数月内出现,表现为皮肤增厚、色素沉着等。除了累及皮肤之外,骨骼肌和胃肠道平滑肌和心肌同样可能会受累。在组织病理学上,肾源性系统化纤维化表现为硬化性黏液水肿,皮肤成纤维细胞和树突状细胞增生,使胶原束增厚,增加弹性纤维和黏蛋白在皮肤上的沉积。其发病机制尚不清楚,但大部分学者认为循环成纤维细胞在其发生发展过程中起到一定的作用,一些伴发因素如代谢性酸中毒、脉管损伤等也可能会诱发肾源性系统化纤维化。以往的报道中未见正常皮肤内有循环成纤维细胞的存在,而一些肾源性系统化纤维化病例中则证实循环成纤维细胞在该病皮肤组织中的存在。沉积在组织内的钆诱发循环纤维细胞的异常聚集,并产生大量的胶原纤维和弹性纤维,导致组织纤维化。然而,一些肾源性系统化纤维化患者发病前使用的钆对比剂的剂量非常大,所以也有学者认为是大剂量的原因而不是钆对比剂本身导致的肾源性系统化纤维化。
美国食品和药物管理局建议:① 在使用含Gd对比剂之前,评估患者肾功能不全的情况;②使用剂量不能超过说明书的推荐剂量,重复给药要保证一定的间隔时间;③正在进行血液透析患者,使用含Gd对比剂后要立即血透。
四、超声对比剂
超声医学是一种反映人体器官内部结构的断层影像技术,如今超声医学技术已成为临床不可缺少的常规检查。通过对比剂的诊断制剂,可以提高超声成像的灵敏度和分辨率,从而获得更加准确的诊断信息。
(一)传统超声对比剂
理想超声对比剂的材料应具备以下特点:①造影成分含量高,散射性能强;②制备方法简单,产量高;③体内、外有良好的稳定性;④具有良好的水溶性;⑤黏稠度低;⑥无生物活性,与生物组织不发生反应,无毒副作用;⑦ 衰减性低,延长在体循环的持续时间。超声对比剂的研究重点是成膜材料的改进,超声对比剂的包膜材料分为很多种类,主要分为白蛋白、大分子脂质体、多聚体和各种表面活性剂等。
1.白蛋白微泡对比剂
白蛋白微泡对比剂是用人体血白蛋白作为包膜的微泡对比剂。最初由分子量小的氧气和氮气等组成,可以通过肺循环进入左心室显像,易溶解于血液,但由于空气扩散快,球壁塌陷后迅速失去声反射性,持续时间短。第二代超声对比剂由氟碳类惰性气体包裹,分子量较空气大,在微球中很难穿过包膜壁,在血管内停留时间长,可以用于反映血流灌注情况的血球示踪剂,不影响组织器官的血流动力学。
白蛋白微泡对比剂的包膜材料具有无毒、易制备等特点,但稳定性较差,有可能会产生异体蛋白免疫排斥反应,而且产量较少,价格比较昂贵。
2.脂质微泡对比剂
大分子脂质体是常用的成膜材料,为含气体的脂质微颗粒,可以分散在微泡的表面,形成一层界面膜,其强度和排列密度较高,可阻止微泡内气体的外溢,降低表面张力,起到乳化剂的作用。
脂类微泡对比剂具有目标靶向性,稳定性好,且使用安全,在低机械指数条件下可以提高造影效果,但显像时间较短。
3.多聚体微泡对比剂
多聚体超声对比剂是具有可调性声学特性的新型对比剂,使用可生物降解的高分子聚合物及其共聚体材料,通过调整高分子共聚体外壳的材料,改变微泡的声学特性,使其持续时间延长。
多聚体超声对比剂具有粒径分布集中、散射强度理想和生物可降解性良好等特点,在体内酶的作用下可降解为二氧化碳和水,对人体无不良反应,稳定性和耐受性好。
4.表面活性剂微泡对比剂
表面活性剂微泡对比剂中使用的是阳离子、阴离子、非离子、两性表面活性剂的单一或混合物质,具有非牛顿黏性的表面活性剂材料的液膜有很高强度,常用的表面活性剂有酯类表面活性剂、聚合物类表面活性剂、蛋白质和氨基酸类等,还包括脂肪氧化物、长链脂肪酸、磷脂、氟化表面活性剂等。
近年来,超声对比剂不仅应用于显像诊断,随着基因和药物携带研究的迅速发展,超声造影在肿瘤治疗方面有很大突破。但靶向治疗尚处于实验研究阶段,还有许多问题有待解决。如大分子脂质靶向治疗系统脂类微泡对比剂分布不理想,微泡包膜材料的稳定性缺陷,治疗频率、声压、声强、持续时间,微泡种类和浓度选择,靶向磁共振成像临床研究,以及安全性和高效性方面都是需要进一步研究解决的问题。如何将治疗药物安全、高效、准确地导入体内特定病灶区域,是靶向治疗目前和今后研究的重点和热点领域。
(二)多功能超声对比剂
传统超声对比剂通过显示病变内部微循环灌注,显著提高了疾病诊断与鉴别诊断水平。但近年来,单一功能的对比剂已不能满足医学多样化需求。多功能超声对比剂改变了传统超声对比剂单一增强超声成像的模式,它以超声分子成像为核心,综合其他成像技术优势,对病变细胞发生、发展与凋亡进行多种模式在体显示,并利用图像可视化细胞功能及追踪分子过程,在细胞或分子水平直观地反映体内生理和病理变化过程,并且能在分子成像监控下进行靶向治疗,实现了诊断与治疗同步进行。主要包括包裹液态氟碳的高分子超声对比剂、多模态超声对比剂、金纳米壳微胶囊(GNS-MCs)、功能化多层碳纳米管(MWCNTs)、超顺磁性氧化铁纳米颗粒(SPIO)、量子点(QDs)等。
超声造影技术是超声诊断治疗的一项新技术,多功能超声对比剂可同时参与诊断和治疗过程。超声对比剂的使用将会促进超声分子显像的发展,对疾病的早期定性、诊断以及靶向治疗具有重要价值,尤其在肿瘤靶向治疗方面将具有广阔的应用前景。但由于各类新型对比剂尚不成熟,多功能超声对比剂的发展及应用还面临很多机遇和挑战。
(迟晓晓 张刚 高波)
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