磁共振成像造影剂的概述

磁共振成像造影剂的概述1985年德国科学家伦琴发现了X射线，并应用于人体疾病，放射诊断学（即医学影像学）也随之产生。其中核磁共振成像（MRI）作为一种无损伤性的检测方法，已在临床得到了广泛的应用，但人们也发现1）某些不同器官或组织如肿瘤的自发MR信号会重叠，并且波动幅度较大，增加了MRI诊断的难度；磁共振成像没有测定器官的功能，不能进行动态扫描；某些部位信号强度太弱，形成的MR图像不清晰。为了解决上述问，得到更清晰的图像，MRI造影剂的介入起到了至关重要的作用。MRI像造影剂是一种用来缩短成像时间的成像增强对比剂。在临床MRI检测中，通常对患者进行体内水质子纵向弛豫时间T1、横向弛豫时间T2的加权成像，而磁共振成像扫描最基本、最常用的是自旋回波（spinecho，SE）脉冲序列。使用这种序列成像时，各参数和图像的信号强度之间的关系见下式：I=K*N（H）*f（v）[1-exp（-TR/T1）]*exp（-TE/T2）由上式可知，图像信号强弱取决于以下两大参数：1）扫描时间参数（重复时间TR、回波时间TE）。2）人体组织中水质子的特征参数（如成像体积fv、自旋密度N（H）、纵向弛豫时间T1以及横向弛豫时间T2等）。磁共振成像造影剂就是通过改变纵向弛豫时间和横向弛豫时间的方法来增加弛豫速率，提高弛豫率，从而增强图像信号。MRI造影剂作为药物应用于人体除了需要满足药物的基本要求、具有较好的水溶性、良好的生物相容性和足够的稳定性外，还应满足：高弛豫率；靶向性；低毒性；良好的水溶性。造影剂通常是静脉注射液，一般其溶解度应超过0.5mol/L，其渗透压、粘度等物理性质应与血浆相近；为了满足成像所需的时间，在体内有足够的停留时间。一、根据MRI造影剂的特点，造影剂的分类也有多种（一）根据作用原理的不同，MRI造影剂可以分为两类：1.阳性造影剂（T1类制剂）：常规诊断所用的顺磁性造影剂，其工作原理是，缩短组织的T1弛豫时间，使得图像上增强区显示信号增强。此类造影剂为MRI阳性造影剂，如Gd-DTPA（马根维显），Gd-DTPA-BMA（钆二胺，）等。2.阴性造影剂（T2类制剂）：使T2弛豫时间缩短，但对组织的T1弛豫时间影响不大，此类造影剂又被称为阴性造影剂，如Feridex（菲立磁）、Resovist等。（二）根据MRI造影剂磁性中心的不同，MRI造影剂可以分为顺磁性物质、超顺磁性物质、铁磁性物质三大类。1.顺磁性造影剂的磁化率小，无外界磁场作用时其磁性将会消失。过渡元素和镧系金属，如铬、锰、铁、钆、镝等适合于MRI增强剂的顺磁性物质。2.由于超顺磁性物质的磁化率是顺磁性物质的多倍，因而其相应造影剂的磁化率也远远大于顺磁性造影剂，在外界磁场的作用下更易迅速磁化。被广泛用于脾、肝、骨髓、淋巴结等富含网状内皮细胞的组织或器官的磁共振成像检测中，所得图像较为清晰，成像效果良好。3.铁磁性造影剂具有以下特点：（1）铁磁性颗粒不易溶于水，因此铁磁性造影剂只能采用匀浆、凝胶脂质体或载体形式给药，可用于消化道的磁共振成像，通常采用口服的方法。（2）铁磁性微粒具有趋肝、脾的性质，因此铁磁性造影剂在肝脾内停留时间较长，代谢速率较慢。（三）按药物代谢动力学特点，磁共振成像造影剂可划分以下三类：1.非特异性细胞外造影剂。此类造影剂通常为静脉注射，造影剂通过毛细血管壁后只进入细胞外间隙，而不进入细胞内。细胞结合及细胞内造影剂。造影剂通过毛细血管壁，与许多生物分子在组织间隙内以及细胞内相结合，有特异的选择性。3.血池性造影剂。又称大分子结构的造影剂，此类造影剂给药后能在毛细血管内的较长时间停留，是由于其透过毛细血管壁需要较长时间。这一性质的发现对毛细血管壁的完整性诊断及组织、器官的血流灌注具有重要价值。如与白蛋白结合的Gd-DTPA类造影剂。（四）根据造影剂是否带有电荷的情况，顺磁性磁共振成像造影剂可分为以下两种：1.非离子型造影剂。通过配合作用，使造影剂分子的正负电荷平衡，从而降低造影剂的毒性，降低渗透压。如非离子型造影剂Gd-DTPA-BMA。2.离子型造影剂。造影剂分子中存在未配位的阴离子，增加了造影剂溶液的渗透压。二、MRI的应用据统计，目前世界上MRI检测大约31%为增强检查，即需要使用磁共振成像造影剂（MRIcontrastagent）。目前国内外已有Gd-DTPA（马根维显）等多种全身分布的造影剂，肝靶向性磁共振成像造影剂早已进入市场并在临床诊断中得到了广泛的应用，淋巴以及血池造影剂也即将投入临床应用。Gd-DTPA是德国Schering公司研制开发的第一种临床应用的顺磁性磁共振成像造影剂，是二乙三胺五乙酸（DTPA）与Gd（III）的配合物。Gd-DTPA主要缩短T1弛豫时间，在T1加权成像上呈高信号。根据诊断需要及给药方式不同，Gd-DTPA在临床应用主要有以下四种：（一）静脉注射：常规给药方式，适用于全身各个部位所有脏器病变组织成像的诊断，并可获得多方面的诊断信息。（二）口服：对于某些病人，为了改善实性脏器与胃肠空腔脏器的对比，显示腹部脏器与空腔脏器的相邻关系，使用口服造影剂往往可得到较好的诊断效果。（三）关节腔内注射-关节造影：将Gd-DTPA直接注入关节腔内，用SE序列T1加权扫描，这样可使关节间隙结构的对比度得到明显的提高，显示出平扫T1加权所无法显示的改变。与碘剂CT关节造影相比，其三维空间成像方面的性能更加优异，成像更全面、更直观。（四）三维增强磁共振心血管成像（MRA）:由于MRI技术的不断发展常规MRA的图像质量也得到了不断的改善，但呼吸、心跳等仍是其应用受限的主要因素。3D增强MRA技术的出现，使MRA的临床应用价值得到显著提高。三、MRI的研究与发展（一）修饰配体，使造影剂为电中性配合物，降低毒副作用。离子型造影剂如Gd-DTPA（马根维显，Magnevist）是以钠盐或葡甲胺盐的形式用于临床，在体内渗透压较高，存留时间较短。为了改善这些不足，将DTPA修饰为电中性配合物，如非离子型造影剂Gd-DTPA-BMA、Gd-DTPA-BMEA（Optimark）等都有较低的渗透压、毒副作用。（二）提高器官或组织选择性。靶向性是指在治疗的过程中，把治疗作用或药物效应限定在特定的靶细胞、组织或器官内，而不影响其他正常的细胞、组织或器官的功能。通过对造影剂的配体骨架进行化学修饰，引入各类靶向基团，合成具有靶向功能的造影剂，以提高对组织或器官的选择性。引入疏水性基团。在配合物骨架中引入如长链双酰胺、脂类和苯环等基团，改变其疏水性能，提高对组织或器官的选择性，使得化合物具有较好的肝靶向性。引入卟啉类化合物。卟啉是卟吩外环带有取代基的同系物和衍生物的总称。卟啉化合物在自然界广泛存在，具有独特的结构和生理活性，而且卟啉及其金属配合物对肿瘤组织具有特异的亲和性。引入维生素B6、糖类和叶酸等基团。（1）维生素B6族化合物中吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺可被肝细胞膜特异性识别，人们利用这一特点，将维生素B6族化合物作为靶向基团修饰DTPA或DOTA得到了一系列的肝靶向性造影剂。（2）细胞面存在许多糖的受体，这些受体可以与糖发生相互作用，例如肝细胞表面的一种糖蛋白受体可以与半乳糖残基相互作用。因此，糖类在体内担当着信息分子的重要角色。将糖类物质作为肝靶向基团引入到药物中，可使其具有良好的肝选择性。（3）叶酸具有分子量小、无毒、无免疫原性、生物相容性好、稳定性高、廉价易得、易于修饰等特点。而且叶酸受体在某些肿瘤部位呈现过度表达，在正常组织低水平表达，因此叶酸复合物可用作肿瘤靶向诊断。与高分子共价耦联，增强弛豫率和靶向性。（1）线性高分子作为载体。通过聚酰胺或聚酯等形式将DTPA、DOTA引入高分子主链，或者通过天然高分子、人工合成的高分子进行共价耦联均可获得大分子造影剂。（2）树形大分子作为载体。树形大分子因其规整、精致的结构，使得人们能在分子水平上精确控制其形状、体积和功能。因此是大分子造影剂的优良载体。