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低场核磁共振技术在造影剂与动物成像中的应用

核磁共振成像因其具有无创、快速、高解析率、高对比度等特点,在临床上广为使用。特别是在肿瘤的诊断中,该技术利用病变组织和正常组织物理特性的不同而获得的结构、功能影像,已经成为原发肿瘤和肿瘤转移早期诊断中不可或缺的重要依据。肿瘤的形成是长时间、多因素控制、多步骤、多基因突变的复杂变化过程。大多数恶性肿瘤都是单克隆起源,呈现无控制性生长。在临床上,相当一部分患者寻求医治时,疾病已经进入中、晚期,丧失了最佳的治疗时间,这是肿瘤死亡率居高不下的原因之一。核磁共振成像虽然具备上述种种优点,但因其较低的灵敏度却不能满足肿瘤早期诊断的要求。这是因为,早期肿瘤和正常组织在物理特性上差异较小(例如T1和T2),这种微小的物理特性差异不足以产生肿瘤和正常组织的影像对比。为了解决这一难题,人们应用核磁共振造影剂来增强肿瘤和正常组织影像的对比度以利于肿瘤的早期诊断。

 磁共振成像造影剂的原理      

氢核的MRI信号是多种组织的MRI信号源,MRI造影剂不产生信号,它的作用在于改变组织内部氢核系统的弛豫时间。与周围组织形成对比。MRI信号强度与物理和化学参数相关,如质子密度 自旋-晶格弛豫时间T1、自旋-自旋弛豫时间T2。T1、T2参数控制了成像的对比强度。在软组织中氢质子密度变化很小,因此在诊断中使用T1加权成像、T2加权成像。造影剂的功能依赖于它在组织中的浓度及在组织中质子密度及运动情况。      

MRI造影剂一定是磁性物质,能同氢核发生磁性的相互作用。造影剂主要是通过影响了T1、T2来改变信号强度。根据原理可将造影剂分为T1类制剂和T2类制剂。T1类制剂是在T1加权成像中增加信号的强度。T2类制剂在了T2加权成像中降低信号强度。临床使用哪一类造影剂则根据组织的特点而定。T1缩短的过程要求氢质子与造影剂的磁性部分直接作用,即水分子的氢核要尽可能地接近磁性微粒达到弛豫增强。如脂质体包裹的Gd-DTPA其T1增强效果弱于相同浓度的Gd-DTPA,由于脂质体限制了外部水分子同Gd-DTPA的接近。T2缩短过程是一种远程效应,通过T2制剂的局部磁环境的不均匀性干扰T2。将T2类制剂包入脂质体,其T2弛豫增强,因为脂质体的聚集产生了更大的局部磁环境的变化。       

组织中T1、T2值与造影剂浓度的关系如下:

 

R1、R2为造影剂的弛豫速率,描述了造影剂对组织中T1、T2的影响,[c]为组织中均匀分布的造影剂的浓度。式(1)、(2)T1、T2的倒数同造影剂的浓度呈简单的线性关系。R1、R2依赖于造影剂的结构,对于T1类制剂主要决于造影剂同水分子接近的情况,T2类制剂依赖于磁性物质的浓度。 

核磁共振成像肿瘤诊断      

1971年Damadian发现肿瘤组织中水分子质子的弛豫时间的T1、T2值比正常组织大,1978年Mallard,Hutchison及Lauterbur等用0.04T~0.085T的核磁共振设备取得了第1幅人体头部、胸部和腹部的图像。自此,核磁共振成像技术以无辐射损伤、无破坏性、无试剂侵入并能从分子水平到整体脏器系统地研究活体和动态过程等这样一些突出的优点受到科学界的高度重视,发展相当迅速,使这一新的医学影像诊断技术迅速地在各国的医疗中心和大中型医院普及起来,成为临床诊断的重要工具。      

核磁共振成像诊断技术的原理主要是利用生物体不同组织中水质子在外磁场影响下产生不同的共振信号来成像,信号的强弱取决于组织内水的含量和水分子中质子的弛豫时间,可有效检测组织坏死、局部缺血和各种恶性病变(如肿瘤),进行早期诊断。 

效果展示 

大鼠|| 造影剂 || 心脏、肝脏 || T1加权像 || 冠状面、横断面 || 层厚3.5mm      

 仪器使用MesoMR23-060H-I|| 中尺寸核磁共振分析与成像系统,图像为T1加权像横断面、冠状面,采样参数如下:FOV=100mm×100mm, TR=400ms, TE=19ms, 层厚3.5mm, 层间距1mm, 累加次数16, K空间大小192×256。成像结果显示,注射造影剂后,大鼠心脏与肝脏变亮,且随代谢时间延长逐渐变暗。

大鼠造影前后MRI冠状面(图片点击放大)

 

大鼠体内造影剂代谢MRI横断面(图片点击放大)

 

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