磁共振成像对比剂

磁共振成像对比剂2011-10-04 13:10:22作者：来源：互联网浏览次数：77文字大小：【大】【中】【小】简介：对比剂(contrast media或contrast agents)是指能通过某种途径引入机体后，能使某器官或组织的图像与其周围结构或组织的图像产生差别的物质。虽然常规磁共振成像就对病变较为敏感。但因正常组织与病变组织的弛豫 .关键字：磁共振成像对比剂对比剂(contrast media或contrast agents)是指能通过某种途径引入机体后，能使某器官或组织的图像与其周围结构或组织的图像产生差别的物质。虽然常规磁共振成像就对病变较为敏感。但因正常组织与病变组织的弛豫时间有较大的重叠，所以常规MR平扫提供的疾病的信息是有限的，而对比剂的应用因能特异或非特异的改变组织的弛豫时间和组织的信号强度，这将有助于病变的早期诊断、小病灶的检出和对疾病的定性诊断。磁共振对比剂在对发现平扫未显示的病变、肿瘤的鉴别、明确病灶范围、术后病人的监测以及血管病变的显示等方面发挥着不可或缺的作用。7.1磁共振对比剂的分类1973年P.Lauterbur年在纽约州立大学研制成功第一台磁共振成像仪。在磁共振应用于临床后不久，同样磁共振对比剂的研究也着手进行，其思路为改变组织MR待征性参数，主要是缩短T1和(或)T2弛豫时间。所以可分为T1驰豫对比剂和T2弛豫对比剂。同时也可根据作用的不同和磁化率的强弱分为抗磁性对比剂、顺磁性对比剂、超顺磁性对比剂和铁磁性对比剂。另外也可根据MRI对比剂在体内的分布，对比剂特异性所针对的组织等标准将磁共振成像对比剂分别分为细胞内外对比剂和组织特异性对比剂等。由于其分类标准较多，下面介绍几种通用的分类方法。7.1.1根据细胞内、外分布分类细胞外对比剂细胞外对比剂应用最早、目前应用最为广泛。它在体内非特异性分布，可在血管内或细胞外间隙自由通过。细胞内对比剂以一些细胞作为目标靶来分布。如网织内皮系统对比剂和肝细胞对比剂。此类对比剂注入静脉后，立即从血中廓清并与相关组织结合。7.1.2根据磁敏感性的不同分类物质在磁场中产生磁性的过程称为磁化。不同物质在单位磁场中产生磁化的能力称为磁敏感性（也称磁化率），用磁化强度表示。根据物质磁敏感性的不同，MRI对比剂可分为抗磁性对比剂、顺磁性对比剂、超顺磁性对比剂和铁磁性对比剂。7.1.2.1顺磁性对比剂顺磁性对比剂中顺磁性金属原子的核外电子不成对，故磁化率较高，在磁场中具有磁性，而在磁场外则磁性消失。如镧系元素钆、锰、铁等均为顺磁性金属元素，其化合物溶于水时，呈顺磁性。顺磁性对比剂浓度低时，主要使T1缩短，浓度高时，主要使T2缩短，超过T1效应，使MR信号降低。常用T1效应作为T1加权像中的阳性对比剂。7.1.2.2超顺磁性对比剂超顺磁性对比剂是指由磁化强度介于顺磁性和铁磁性之间的各种磁性微粒或晶体组成的对比剂。其磁化速度比顺磁性物质快，在外加磁场不存在时，其磁性消失，如超顺磁性氧化铁（superparamagnetic iron oxide，SPIO）。7.1.2.3铁磁性对比剂铁磁性对比剂为铁磁性物质组成的一组紧密排列的原子或晶体（如铁-钴合金）。这种物质在一次磁化后，无外加磁场下也会显示磁性。7.1.3根据对比剂特异性的不同分类此类对比剂可被体内的某种组织吸收、并在其结构中停留较长时间。此类对比剂目前有肝特异性对比剂、血池对比剂、淋巴结对比剂和其它特异性对比剂四类。肝特异性对比剂分为由网状内皮系统（SPIO）和肝细胞摄取（Gd-EOB-DTPA）两种。血池对比剂主要用于MR血管造影、心肌缺血时心肌生存率的评价。淋巴结对比剂用于观察淋巴结的改变。其它特异性对比剂如胰腺、肾上腺对比剂等。7.2磁共振对比剂的增强机制MRI对比剂是通过影响质子的弛豫时间T1或T2达到增强或降低组织信号强度。下面就举例说明一下磁共振对比剂的增强机制。7.2.1顺磁性对比剂的增强机制某些金属（如钆、锰等）离子具有顺磁性，其原子具有几个不成对的电子，弛豫时间长，有较大的磁矩。这些物质有利于在所激励的质子之间或质子向周围环境传递能量时，使质子弛豫时间缩短。临床主要利用其T1效应。由于游离的钆离子对肝脏、脾脏和骨髓有毒性作用，必须用它的螯合物，临床最常使用的是与DTPA的螯合物。顺磁性对比剂缩短T1或T2弛豫时间与下列三种因素有关。（1）顺磁性物质的浓度：在一定浓度范围内，浓度越，高顺磁性越强，对T1或T2豫时间的影响就越明显；（2）顺磁性物质的磁矩：顺磁性物质的磁矩受不成对电子数的影响，不成对电子数越多，磁矩就越大，顺磁作用就越强，对T1或T2弛豫时间缩短的影响就越明显；（3）顺磁性物质结合水的分子数：顺磁性物质结合水的分子数越多，顺磁作用就越强；（4）当然，磁场强度、环境温度等也对弛豫时间有影响。7.2.2超顺磁性对比剂和铁磁性对比剂的增强机制这两类微粒类对比剂的磁矩和磁化率比体组织和顺磁性对比剂大得多。此类对比剂会造成磁场的不均匀性，而质子通过这种不均匀磁场时，改变了横向磁化相位，加速失相位过程，故形成T2，T2*弛豫时间缩短，增强信号呈黑色低信号。这类对比剂对T1的效应较弱，如SPIO。7.3主要磁共振对比剂简述7.3.1传统磁共振对比剂7.3.1.1GdDTPAGdDTPA(Gadoppentetate dieglumine，Magnevist，磁显葡胺，马根维显)作为第一种MRI对比剂也是目前应用最广泛的MRI造影剂，它由德国Schering AG公司于1982年制备成功，在1983年首先应用于临床。其主要成分钆为顺磁性很强的金属离子-钆，能显著缩短周围组织弛豫时间。有助于对小病灶及弱强化的病灶的检出。在药代动力学方面，其分布没有专一性，集中于血液和细胞外液中不进入有毛细血管屏障的组织，如脑、脊髓、眼及睾丸。在体内较稳定。过敏反应少见，因此副作用较少。具文献报道其最常见的副作用为轻、中度头痛，但对有癫痫大发作史者有诱发的可能性对过敏体质、支气管哮喘及其他过敏性疾病者仍应注意预防过敏反应。动物实验发现其能通过胎盘引起胚胎发育稍迟缓(但无明显致畸效应)，同时在人体乳汁中也有分布，因此孕妇及哺乳期妇女慎用。7.3.1.2GdDOTAGdDOTA (Gadoterate meglumine，Dotarem)由法国Guerbet生产，其理化性质基本与GdDTPA相似。7.3.1.3OmniscanOmniscan (Gadodiamide，GdDTPABMA)由挪威奈科明公司生产，较GdDTPA主要特点为渗透压是低，虽副作用较小，但孕妇及哺乳期妇女应慎用，哺乳期妇女应停止哺乳24h。7.3.1.4Gd HPD03AGd HPD03A (Gadoteridol，ProHance)由意大利Bracco公司生产其主要特点亦为渗透压低。胎儿及2岁以下儿童应慎用。7.3.1.5GadobutrolGadobutrol (Gd D03Abutro1)由德国先灵公司生产的低渗透压造影剂。7.3.1.6氧化铁胶体注射液氧化铁胶体注射液(AMI-25,Feridex IV,Ferumoxide，Endorem)为一种氧化铁胶体水溶液，由葡聚糖包裹氧化铁晶体而成，静脉注射后迅速被网状内皮细胞吞噬，从而在含吞噬细胞的组织内阴性强化，注射后1h主要聚集于肝脏，其次为脾脏。但肝脏的增强峰值时间为注射后2h，脾脏为4h。一般用T2加权成像。无严重副作用但不宜快速团注。7.3.1.7SHU555ASHU555A(Resovist)德国先灵公司生产，其包裹物为碳合葡聚糖。它较AMI25进一步提高了安全性，因此可以快速团注。主要用于肝脾脏的增强，还可用于灌注成像及滋共振血管造影。7.3.1.8AMI227AMI227 (Ferumoxtran，Sinerem，Combidex)是超小型氧化铁胶体的一种，由法国Guerbe公司和美国Advanced Ma6netics公司分别生产。它能被淋巴结及骨髓等部位的吞噬细胞吞噬。由于其半衰期较长加之T1弛豫效率较高，注射后早期可用于磁共振血管造影、后期则可用于网状内皮系统的造影，尤其是淋巴结的造影，所需剂量与造影序列有关（快速自选回波剂量较高梯度回波剂量较低)。7.3.1.9胃肠道磁共振对比剂以上介绍的是磁共振血管内对比剂，下面就常用的胃肠道磁共振对比剂给予说明：良好的MRI造影剂必须无毒、对胃肠黏膜无刺激性、能耐酸碱和消化酶的作用，目前较成熟的对比剂主要是阴性造影剂，如超顺磁性氧化铁和全氟溴辛烷。而胃肠道造影剂阳性造影剂缺点较多，目前应用于临床的胃肠造影为：（1）AMI121（Lumirem、Gastromark）由法国Guerbet公司和美国Advanced Magnetics公司分别生产。（2）OMP(abdoscan)由内挪威奈科明公司生产；其他此类氧化铁混悬剂对比剂如WIN39996等，尚在研究开发中。7.3.2新型造影剂的研发7.3.2.1低渗性钆鳌合物对比剂由于Gd-DTPA的渗透压较高,而现在随着各种新技术的开发，如大剂量以检出肿瘤转移灶、大剂量团注血管造影等，为此有必要生产低渗性造影剂以增加其安全性。7.3.2.2顺磁性肝胆对比剂就对比剂的排泄而言，一般高亲水性的造影剂主要通过肾脏排泄；高亲脂性强的造影剂主要通过肝脏排泄。目前顺磁性肝胆造影剂MnDPDP大部分由肝脏排泄，其可增加肝组织与肿瘤组织间的对比，并能较好的显示胆道系统。研究认为，这些造影剂对诊断转移性肝肿瘤效果较好，同时也有助于肝癌转移灶和原发灶的鉴别。7.3.2.3超顺磁性氧化铁对比剂超顺磁性氧化铁对比剂进入血液后其主要由网状内皮吞噬系统清除。所以可用于肝、脾、淋巴结、骨髓等单核吞噬系统的增强，其作用具体表现在(1)应用于淋巴结鉴别淋巴结炎症反应性增生和肿瘤转移，检出未增大的转移淋巴结。(2)对小于3mm肿瘤病灶的检出。(3)对肝炎、肝硬化、肝缺血、肝移植排异反应等情况的监测。（4）另外其还可用于骨髓增强、血管增强、灌注成像等。7.3.2.4病灶靶向性对比剂主要有以下几个研究方向：卜啉衍生物对肿瘤有特殊亲和力，卜啉鳌合物对比剂进入生物体内可选择性地在肿瘤部位积聚。有报告表明此类对比剂Gd2(DTPA)4TPP能选择性增强裸鼠体内接种的HT29人类结肠癌，Schering-AG公司也报道了Mn、钆卜啉鳌合物(GdTPPS，MnTPPS)作为脑肿瘤选择性对比剂的实验研究。将对比剂和抗原特异性单克隆抗体结合，可用于选择性增强肿瘤或炎症病灶。但这类对比剂和临床应用距离甚大，主要原因是肿瘤抗原变异较大，造影剂聚集的浓度太低。磷酸化合物可在骨骼、缺血梗死区、肿瘤钙化灶中聚积，Adzamli等报道在Gd-DTPA中组合磷酸后能使造影剂在心肌缺血梗死区大量聚积以显示缺血心肌。如Gd-DTPAHPDP和Gd-DTPADBP。聚左赖氨酸-Gd-DTPA可在肾上腺髓质和皮质球状带聚集，引起肾上腺选择性增强。将淋巴细胞和其他吞噬细胞提取出来与超顺磁性氧化铁微晶体混合培养,待吞噬细胞吞噬了氧化铁微晶体后再注射入体内，这些吞噬细胞可聚集于炎症部位，可提高炎症性病变的检出率。7.3.2.5血池对比剂此类对比剂一般要求分子量大于20000(分子量小于20000的分子可以被肾小球滤过膜无阻碍地滤过)，它主要用于检查器官组织的血液灌注情况及毛细血管壁的完整性，包括血管异常(血管畸形、神经系统血管异常、冠状动脉病变等)、动脉瘤、动脉狭窄部位的血管成像。正在研究的血池造影剂包括白蛋白结合Gd-DTPA、葡聚糖结合Gd-DTPA、聚赖氨酸Gd-DTPA、白蛋白结合Dy-DTPA、顺磁性脂质体等。目前正在临床试用的血池造影剂有两种，一为挪威奈克明公司生产的NCl00150注射液(CIariscan)；另一种为美国EPIX-Med公司生产的MS-325(AngioMark),在冠状动脉和其他体部血管造影中均取得了较好的效果。另外应用于CT造影的血池造影剂的研发也在进行中。7.3.2.6脂质体包裹对比剂脂质体（一般为磷脂双分子包裹内部水性小腔组成）为一种药物载体，造影剂包裹于小腔内。这样就可降低造影剂毒性，并设计颗粒的大小使其成为网状内皮系统造影剂或血池造影剂。脂质体膜上结合特定的功能团可使脂质体包裹的造影剂成为靶向造影剂、如含乳糖基酰基鞘胺醇的脂质体可为肝细胞靶向造影剂，含聚乙烯二醇醚的脂质体可用于心肌梗死的靶向造影剂。7.3.2.7其它细胞外液对比剂目前除钆外，Dy鳌合物研究较多（如DyDYPABMA），这是一种阴性造影剂，其适合于心肌梗死及脑梗死的检出。7.4磁共振对比剂的副反应及临床应用安全性与其它对比剂一样，理想的MRI对比剂应具有造影效果好，对人体无害；使用方便等特点。7.4.1MRI对比剂的毒理学目前，临床最常用的是钆类对比剂。正常人体内钆离子含量极微。少量自由钆离子进入人体内，便可产生毒副作用。钆离子进入血液后，与血清蛋白结合形成胶体，这些胶体被网状内皮系统吞噬细胞吞噬后分布于肝、脾、骨髓等器官，引起这些器官的中毒反应。钆中毒严重时可表现为共济失调，神经抑制、心血管及呼吸抑制等。自由钆离子与螯合态钆有明显不同。化学毒性强的自由钆离子与DTPA络合形成螯合物后，其毒性大为减小。虽然已将钆的毒性灭活，但对人体各脏器仍有不同的作用。钆的螯合物聚集会引起一定程度的神经细胞代谢改变。对于肾功能不全的患者，要慎用，因为它会使肾小球过滤功能下降。7.4.2安全性与副反应自由钆离子与DTPA结合形成螯合物Gd-DTPA后，不但毒性大为降低，而且很少与血浆蛋白结合，不经过肝脏代谢，很快以原状态由肾脏排除。Gd-DTPA的静脉半致死量为610m mol / kg。试验结果证明，这是一种安全的对比剂。外周静脉给药的副反应发生率为约2.4%。主要反应为头痛、不适、恶心、呕吐等，一般反应较轻，呈一过性。Gd-DTPA发生严重副反应的几率很低，约为1/35万 1/45万；发生严重副反应的患者常有呼吸道病史、哮喘及过敏史，一般表现为呼吸急促、喉头水肿、血压降低、支气管痉挛、肺水肿等。对于癫痫患者，可能诱发癫痫发作。孕妇不宜使用。哺乳期妇女在用药后24小时内禁止哺乳。总之，Gd-DTPA安全性高。常规静脉注射用量为0.1 mmol / kg。操作人员应了解Gd-DTPA的各种毒副反应临床表现，能熟练处理所发生的毒副反应。7.5Gd-DTPA的使用方法和临床应用7.5.1Gd-DTPA的使用方法目前，临床上广泛应用的对比剂主要是顺磁性对比剂Gd-DTPA。Gd-DTPA主要经肾脏排泄，不透过细胞膜，分布在细胞外液，不易透过血脑屏障，只有血脑屏障遭到破坏时，才能进入脑组织和脊髓。Gd-DTPA常规使用剂量为0.1mmol / kg，（或0.2 ml / kg）。静脉注射应在12 min内完成。如果做动态增强扫描，采集首过效应需严格控制注射速度及注射时间。近年来，通过试验高剂量钆（0.2 0.3m mol / kg）可提高信号强度，增加小病灶的检出率。比较上述两种剂量，在安全性和副作用方面，未发现明显差别。病变类型与增强效果关系密切。血脑屏障未破坏的脑良性胶质瘤用双剂量对比剂，也不会增强。血供丰富的神经鞘瘤，常规剂量或1/2剂量，便可得到显著的增强效果。Gd-DTPA行MR增强扫描时，利用T1效应特性，选用SE或FSE T1加权脉冲序列，往往要加脂肪抑制或磁化传递技术，这样能增加对比效果。通常采用横断位，冠状位及矢状位扫描，其中一个扫描方位要包括整个扫描部位，另两个扫描方位可在病灶处定位扫描。7.5.2Gd-DTPA的临床应用7.5.2.1颅脑、脊髓Gd-DTPA用于中枢神经系统引起血脑屏障破坏的病理改变，如肿瘤、缺血、炎症等，均会引起对比剂在组织间隙内聚集，进而在正常脑组织中显示病变。正常情况下，解剖学上缺乏血脑屏障的区域，如垂体腺和漏斗，鼻甲、鼻咽部黏膜、软腭、脉络膜丛、Meckel窝的硬脑膜及天幕有时也会出现增强。Gd-DTPA增强扫描主要解决中枢神经系统的诊断问题是：发现平扫未显示的脑内、脑外等信号病变；鉴别脑内及脑外肿瘤；显示肿瘤内部情况；区分水肿和病变；鉴别诊断肿瘤与非肿瘤性病变；术后及放疗后随访，观察疗效等。脊柱增强扫描常常使用脂肪抑制诊断术后纤维化、鉴别椎间盘疝与肿瘤、鉴别诊断骨转移、椎间盘感染、骨髓炎、结核等。对脊椎动静脉畸形的检出也有一定帮助。7.5.2.2鼻咽部鼻咽部对比增强能明确病变部位、范围、大小及浸润的深度，显示转移或用于治疗后复查。7.5.2.3眼眶Gd_DTPA扫描用脂肪抑制技术对于眼眶内肿瘤、眼球内病变的显示及鉴别诊断帮助较大，7.5.2.4头颈部头颈部做增强扫描能明确显示肿瘤的位置、大小、范围，对确定病变性质能提供更多的诊断信息。头颈部占位性病变及转移性病变用对比剂做增强扫描要用脂肪抑制技术。7.5.2.5胸部胸部、纵隔：增强扫描选用多时相动态增强，对纵隔肿瘤、占位性病变的鉴别诊断是必要的。肺部病变：增强扫描不及CT诊断价值大。肺部结节需要做动态增强扫描方能对定性诊断有帮助。心脏：增强扫描用于评价心内肿瘤的范围。在评价心肌梗塞和心肌灌注方面有重要作用。乳腺：多时相动态增强扫描对腺良恶性病变帮助极大，同时对术后或放射治疗后瘢痕与肿瘤复发的鉴别也相当准确。7.5.2.6腹部肝脏、脾脏、胰腺、肾及肾上腺增强扫描均需要休用动态增强方式，以提高对良恶性病变的鉴别诊断价值。常规使用梯度回波脉冲序列加脂肪抑制技术。盆腔的增强扫描，特别是采用动态增强方式，对诊断良恶性病变也十分有帮助。7.5.2.7肌肉、骨骼系统MR增强扫描显示骨肿瘤、骨转移的敏感性很强，其特异性优于核素扫描。对X线平片未能发现的骨折，无菌坏死，区分放、化疗后改变与肿瘤复发等均得到广泛肯定。