核磁共振成像因其具有無創(chuàng)、快速、高解析率、高對比度等特點(diǎn)，在臨床上廣為使用。特別是在腫瘤的診斷中，該技術(shù)利用病變組織和正常組織物理特性的不同而獲得的結(jié)構(gòu)、功能影像，已經(jīng)成為原發(fā)腫瘤和腫瘤轉(zhuǎn)移早期診斷中不可或缺的重要依據(jù)。腫瘤的形成是長時(shí)間、多因素控制、多步驟、多基因突變的復(fù)雜變化過程。大多數(shù)惡性腫瘤都是單克隆起源，呈現(xiàn)無控制性生長。在臨床上，相當(dāng)一部分患者尋求醫(yī)治時(shí)，疾病已經(jīng)進(jìn)入中、晚期，喪失了最佳的治療時(shí)間，這是腫瘤死亡率居高不下的原因之一。核磁共振成像雖然具備上述種種優(yōu)點(diǎn)，但因其較低的靈敏度卻不能滿足腫瘤早期診斷的要求。這是因?yàn)椋缙谀[瘤和正常組織在物理特性上差異較小(例如T1和T2)，這種微小的物理特性差異不足以產(chǎn)生腫瘤和正常組織的影像對比。為了解決這一難題，人們應(yīng)用核磁共振造影劑來增強(qiáng)腫瘤和正常組織影像的對比度以利于腫瘤的早期診斷。

磁共振成像造影劑的原理

氫核的MRI信號是多種組織的MRI信號源，MRI造影劑不產(chǎn)生信號，它的作用在于改變組織內(nèi)部氫核系統(tǒng)的弛豫時(shí)間。與周圍組織形成對比。MRI信號強(qiáng)度與物理和化學(xué)參數(shù)相關(guān)，如質(zhì)子密度 自旋-晶格弛豫時(shí)間T1、自旋-自旋弛豫時(shí)間T2。T1、T2參數(shù)控制了成像的對比強(qiáng)度。在軟組織中氫質(zhì)子密度變化很小，因此在診斷中使用T1加權(quán)成像、T2加權(quán)成像。造影劑的功能依賴于它在組織中的濃度及在組織中質(zhì)子密度及運(yùn)動(dòng)情況。

MRI造影劑一定是磁性物質(zhì)，能同氫核發(fā)生磁性的相互作用。造影劑主要是通過影響了T1、T2來改變信號強(qiáng)度。根據(jù)原理可將造影劑分為T1類制劑和T2類制劑。T1類制劑是在T1加權(quán)成像中增加信號的強(qiáng)度。T2類制劑在了T2加權(quán)成像中降低信號強(qiáng)度。臨床使用哪一類造影劑則根據(jù)組織的特點(diǎn)而定。T1縮短的過程要求氫質(zhì)子與造影劑的磁性部分直接作用，即水分子的氫核要盡可能地接近磁性微粒達(dá)到弛豫增強(qiáng)。如脂質(zhì)體包裹的Gd-DTPA其T1增強(qiáng)效果弱于相同濃度的Gd-DTPA，由于脂質(zhì)體限制了外部水分子同Gd-DTPA的接近。T2縮短過程是一種遠(yuǎn)程效應(yīng)，通過T2制劑的局部磁環(huán)境的不均勻性干擾T2。將T2類制劑包入脂質(zhì)體，其T2弛豫增強(qiáng)，因?yàn)橹|(zhì)體的聚集產(chǎn)生了更大的局部磁環(huán)境的變化。

組織中T1、T2值與造影劑濃度的關(guān)系如下：

R1、R2為造影劑的弛豫速率，描述了造影劑對組織中T1、T2的影響，[c]為組織中均勻分布的造影劑的濃度。式(1)、(2)T1、T2的倒數(shù)同造影劑的濃度呈簡單的線性關(guān)系。R1、R2依賴于造影劑的結(jié)構(gòu)，對于T1類制劑主要決于造影劑同水分子接近的情況，T2類制劑依賴于磁性物質(zhì)的濃度。 

核磁共振成像腫瘤診斷

1971年Damadian發(fā)現(xiàn)腫瘤組織中水分子質(zhì)子的弛豫時(shí)間的T1、T2值比正常組織大，1978年Mallard，Hutchison及Lauterbur等用0.04T~0.085T的核磁共振設(shè)備取得了第1幅人體頭部、胸部和腹部的圖像。自此，核磁共振成像技術(shù)以無輻射損傷、無破壞性、無試劑侵入并能從分子水平到整體臟器系統(tǒng)地研究活體和動(dòng)態(tài)過程等這樣一些突出的優(yōu)點(diǎn)受到科學(xué)界的高度重視，發(fā)展相當(dāng)迅速，使這一新的醫(yī)學(xué)影像診斷技術(shù)迅速地在各國的醫(yī)療中心和大中型醫(yī)院普及起來，成為臨床診斷的重要工具。      

核磁共振成像診斷技術(shù)的原理主要是利用生物體不同組織中水質(zhì)子在外磁場影響下產(chǎn)生不同的共振信號來成像，信號的強(qiáng)弱取決于組織內(nèi)水的含量和水分子中質(zhì)子的弛豫時(shí)間，可有效檢測組織壞死、局部缺血和各種惡性病變(如腫瘤)，進(jìn)行早期診斷。?

效果展示

儀器使用小動(dòng)物核磁共振成像系統(tǒng)，圖像為T1加權(quán)像橫斷面、冠狀面，采樣參數(shù)如下：FOV=100mm×100mm, TR=400ms, TE=19ms, 層厚3.5mm, 層間距1mm, 累加次數(shù)16, K空間大小192×256。成像結(jié)果顯示，注射造影劑后，大鼠心臟與肝臟變亮，且隨代謝時(shí)間延長逐漸變暗。

大鼠造影前后MRI冠狀面

大鼠體內(nèi)造影劑代謝MRI橫斷面