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磁共振成像造影剂的研究进展 罗 丽，郑书展，张世平，常建华 （西北大学 化学系，陕西 西安 710069） 摘要：磁共振成像造影剂可缩短质子的驰豫时间，间接地改变质子所产生的信号强度，提高人体正常与患病部位的成像对比度，更好地对器官的病变进行诊断。系统介绍了磁共振成像造影剂的定义、性质、分类与研究现状，讨论了水溶性顺磁性造影剂的研究进展及发展方向。认为合成具有高弛豫效率、对组织或器官有靶向性的造影剂，减小用药剂量，降低造影剂的毒性和制备成本是研究的主要方向。 关键词：磁共振成像；造影剂；Gd3+配合物；靶向性 中图分类号：O623.626 文献标识码：A 文章编号：1000-274X(2004)0110-09 1973年，Lauterbur 首次将磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)应用于人体诊断以来，这一技术在生物、医学等领域已得到迅速发展和广泛应用。磁共振成像利用生物体不同组织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。此技术已广泛应用于人体的头部、神经系统、腹部及血管的造影，对检测组织坏死、局部缺血和各种恶性病变特别有效，并能进行早期诊断，监测人体循环系统的代谢，其成像对比度优于CT扫描术。 据统计，目前世界上MRI检查约30%为增强检查，即需要使用磁共振成像造影剂（MRI contrast agent）。图1是某患者肝部横断面成像图，a图为未使用造影剂所得图像，b图为使用造影剂Mn-DPDP 1 h后所得图像，其成像图明确显示出肿瘤的大小和位置。 图1 肝癌患者肝部横断面磁共振成像图：（a）未使用造影剂（b）使用造影剂 Fig.1 Typical axial images drawn from one patient: (a) The targeted liver tumor as obtained prior to the injection of the contrast agent; (b) one hour after injection 传统X射线和CT诊断造影所用造影剂的增强原理，是造影剂本身对X射线的阻挡作用直接造成的，而MRI造影剂本身不产生信号，信号来自氢原子核。MRI造影剂接近有关质子后，可缩短这些质子的弛豫时间，间接地改变这些质子所产生的信号强度，提高正常与患病部位的成像对比度，从而显示体内器官的功能状态，是用来缩短成像时间的成像增强对比剂。按照造影中以缩短T1弛豫时间为主（使磁共振信号增加）或以缩短T2弛豫时间为主（使磁共振信号下降），可将磁共振造影分为T1弛豫增强造影或T2弛豫增强造影，T1和T2弛豫时间的倒数，即1/ T1和1/ T2为两者的弛豫率，弛豫效率为造影剂浓度和弛豫率关系的斜线。另外一种造影方法为使用一些无质子的物质或抗磁性物质，目前主要应用于胃肠腔造影。各造影剂基本物质类型及性质见表1。 表1 各造影剂基本物质类型及性质 Tab.1 The category and character of various contrast agents 物质类型 对外磁场的反应 相对磁化率 物质举例 顺磁性物质* 顺外磁场方向 +10 金属螯合物 超顺磁性物质 顺外磁场方向 +5 000 小铁粒子 铁磁性物质 顺外磁场方向 +25 000 大铁粒子 注：*为已开发MRI造影剂的为Gd3+、Mn2+和Dy3+的金属螯合物。 1 MRI造影剂的基本性质 在 MRI 造影剂的研究报道中，已做过动物实验研究的化合物达数百种，按其构成大致可分为铁磁性微粒、脂质体、稳态自由基、金属小分子配合物和金属大分子配合物等5种类型。按MRI 造影剂在体内的分布情况可分为非特异性细胞外液间隙对比剂、病灶靶向性造影剂和血池性造影剂。按作用机制则可分为纵向弛豫增强造影剂和横向弛豫增强造影剂两大类。 作为药物应用于人体的MRI造影剂除了应满足药物的基本要求、具有生物适应性、水溶性好和自身有足够的稳定性外，还应满足以下特性。 1）高弛豫率。顺磁性金属配合物对水质子的弛豫增强作用分为内配层和外配层贡献两部分，可以通过以下几方面提高造影剂弛豫效率：①增多配位水分子数目，但为提高造影剂的体内稳定性，金属离子必须与螯合剂螯合；②提高配位水分子的交换速率；③缩短配位水与顺磁中心的距离；④选择有效磁矩大的顺磁中心，相对其他金属离子，Gd3+的有效磁矩较高；⑤提高电子自旋弛豫速率；⑥通过与大分子偶联提高配合物旋转相关时间。 2）靶向性。目前，已应用于临床诊断的造影剂对肝、胆的成像效果较差，使造影剂在组织或器官有选择性分布是提高成像对比度的重要因素。 3）毒副作用低。造影剂中游离的稀土离子、配体毒性较强，而