化学交换饱和转移成像技术在肌肉骨骼系统的研究进展

化学交换饱和转移成像(chemical exchange saturation transfer,CEST)技术是一种新型磁共振成像技术,它可利用磁化传输比不对称(magnetization transfer ratio asymmetry,MTRasym)分析产生半定量的结果,对肌骨系统相关疾病的早期诊断和手术决策具有重要意义。传统MRI只能反映病变的形态学差异,很难为疾病的早期诊断提供帮助。CEST技术具有无侵入性和定量检测的优势,已应用于骨关节炎的早期诊断、椎间盘变性及软骨修复手术术后评估等。作者重点总结了CEST的原理、信号测定及其在肌肉骨骼系统的临床应用。

谷氨酸化学交换饱和转移成像技术对脑肿瘤的诊治价值研究

目的探讨磁共振谷氨酸化学交换饱和转移成像技术诊断脑肿瘤的价值及其可行性。方法对2014年4月~2015年4月于汕头大学医学院附属第二医院经手术或临床确诊的28例脑肿瘤患者进行MRI检查,年龄23~80岁。患者于静息状态下应用GE 3.0 T Signa磁共振扫描仪进行常规的T1WI、T2WI扫描,以及应用自行设计的化学交换饱和转移序列,在偏离水质子峰3.0 ppm处激发特定的脉冲进行扫描,并经计算机处理后与常规序列进行对比分析。同时患者也在该机器上进行氢质子磁共振波谱成像用于数据融合对比。结果对得到的谷氨酸化学交换饱和转移(Glu CEST)成像进行对比分析,胶质瘤瘤体及瘤体周边组织呈明显高信号改变;转移瘤瘤体呈低信号改变,瘤体周边组织呈明显高信号改变;而脑膜瘤瘤体呈低信号改变;以上Glu CEST成像中区域信号改变大致符合氢质子磁共振波谱中谷氨酸浓度定量改变。结论谷氨酸化学交换饱和转移成像作为一种新起的磁共振成像技术,能为脑肿瘤及瘤周情况提供更丰富的代谢物信息,对脑肿瘤的诊断、治疗及预后提供更好的帮助。

化学交换饱和转移成像技术临床研究进展

光学荧光成像[1]、酸碱度微电极成像[2]及正电子发射型计算机断层成像(positron emission computed tomography,PET)[3]等可以用来检测人体组织中的酸碱度(pH)改变情况,但是他们都存在着具有侵入性并伴有电离辐射损伤且组织穿透深度有限等缺点⑷,使其在临床的应用推广受到限制。随着医学设备软硬件的不断更新发展,具有无创性检查优势的磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)可以有效克服上述检查技术不足的前提下,检测生物组织内pH的变化情况。

运用化学交换饱和转移技术的磁共振成像方法对腰椎间盘早期退行性变的定量评估

目的探讨黏多糖化学交换饱和转移(glycosaminoglycan chemical exchange saturation transfer,gagCEST)磁共振成像在腰椎间盘退变早期、定量诊断中的价值。方法纳入2016年5月至2017年5月陆军军医大学第一附属医院37例年龄18~74岁有或无腰椎间盘退变的受试者,观察其L1/2~L5/S1五个椎间盘,共185个椎间盘。将185个椎间盘的T_2WI按Pfirrmann分级标准,半定量地分为5级,检测其髓核与纤维环的T_2~*与gagCEST两个定量磁共振参数并做统计分析。结果腰椎间盘髓核与纤维环的T_2~*与gagCEST在不同退变程度之间均具有一定的组间差异性,尤其是gagCEST在正常组与早期退变组之间差异具有统计学意义(P<0.05),并且gagCEST与Pfirrmann分级显示出比T_2~*有更好的等级相关性(髓核:r=-0.951,P<0.001;纤维环:r=-0.938,P<0.001)。结论化学交换饱和转移技术的磁共振成像方法可用于对腰椎间盘退变的早期、定量诊断,也可评估椎间盘退变的程度。

化学交换饱和转移磁共振成像技术测定肿瘤细胞外pH的研究进展

肿瘤组织酸碱度下降是由于肿瘤组织糖代谢紊乱,以及组织低灌注的结果,精确的测定肿瘤组织内环境的酸碱度对于诊断肿瘤恶性程度、转移概率及检测化疗效能有着重要的作用。近年来,使用磁共振分子影像技术测定组织酸碱度的研究取得较大进展,并已开始应用于临床。为此,笔者综述了化学交换饱和转移磁共振成像技术,以及其在测定肿瘤细胞外酸碱度的应用和研究进展,并探讨其相对于其他成像方式的优点以及前景。

化学交换饱和转移技术原理及应用进展

许多生物大分子如蛋白质、糖胺聚糖、糖原等,由于其内均含有氢质子,因而在进行磁共振扫描时通过对其施加预报和脉冲使其氢质子得到饱和,饱和的氢质子与周围水中的氢质子进行化学交换,通过测定水分子信号的变化,可以间接反映这些分子在人体内含量,化学交换饱和转移技术就是在这一原理的基础上应运而生的。而由于这些物质的含量变化往往与肿瘤、卒中等疾病的发生相关,利用这一技术可以对这些疾病的诊断与治疗提供诸多有用信息,并因这一技术具有无辐射、非侵入性等优势,已成为时下研究的一大热点。本文就该技术的原理和应用进展作一综述。

脑部化学交换饱和转移成像研究

化学交换饱和转移(chemical exchange saturation transfer,CEST)成像是在磁化传递及化学交换理论基础上发展起来的一种磁共振成像新方法,其扩展了磁共振分子影像新领域,但还处于研究阶段。其以细胞内物质为内源性对比剂,通过水信号间接检测代谢物信息,进行组织的酸碱度成像及其各种代谢物成像。本文主要探讨MRI领域中与水相关的化学交换饱和转移现象,阐述其原理、研究现状及其在不同场强磁共振仪上脑部疾病的应用。

化学交换饱和转移衍生新技术的开发与临床应用

化学交换饱和转移(CEST)成像可以检测ROS、脂肪、pH值、蛋白质及多肽、葡萄糖、谷氨酸、肌酸、肌醇及葡聚糖等各种生物大分子物质和环境因素,广泛应用于各个系统,帮助对各种物质及环境因素进行定量分析。本文就CEST的基本原理和影响因素进行介绍,进一步详细介绍CEST衍生新技术,旨在推动CEST新技术的开发研究与应用。

化学交换饱和转移成像在胶质瘤的应用研究进展

胶质瘤是最常见的原发性中枢神经系统肿瘤,侵袭性强,预后极差。其生长过程中伴随着肿瘤组织内蛋白质、谷氨酸、胺等物质含量的改变。化学交换饱和转移成像(Chemical exchange saturation transfer,CEST)是一种依赖于酰胺(-NH)、胺(-NH2)和羟基(-OH)基团中可移动质子和自由水进行化学交换的新型无创性MRI技术,从分子水平反映组织内蛋白质或多肽中可移动质子含量及pH值的变化。该技术可发现并量化胶质瘤内部分子水平的改变。本文就CEST技术原理及在胶质瘤术前诊断及鉴别诊断、分级、分子分型预测、疗效评估的研究进展及CEST技术存在的不足进行综述。

化学交换饱和转移MRI对比剂的合成与性质研究

化学交换饱和转移(CEST)磁共振成像(MRI)是一种新型的分子成像技术,它能够实现对体内低浓度的特定分子进行成像,被广泛应用于肿瘤疾病、神经系统疾病、心血管疾病、肾脏疾病等的诊断和评估。然而,许多现有的CEST对比剂由于其可交换质子和水之间的化学位移较小(≤4 ppm)而限制了其成像灵敏度,因此,迫切需要开发具有较大化学位移的CEST对比剂。本研究中,我们在酰肼化合物结构的基础上开发了一系列基于酰腙结构的CEST对比剂并对其性质进行研究,结果发现这类化合物表现出很好的水溶性,并且其距离水信号的化学位移范围为5.2~6.8 ppm,具有较好的CEST成像效果,表明酰腙键的构建是一种优良的CEST对比剂设计方法。该类化合物的发现扩大了CEST对比剂的化合物库,有利于进一步推动CEST MRI的应用。

1.5T磁共振化学交换饱和转移成像的影响因素分析

本文探讨1.5 T磁共振化学交换饱和转移(Chemical Exchange Saturation Transfer,CEST)成像的影响因素.通过试管模型和临床病例,采用GE Signa HDe 1.5 T磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)扫描仪分别进行不同矩阵、激励次数、翻转角、磁化传递翻转角的CEST成像对比分析,以及不同激励次数、磁化传递翻转角的Z谱分析,并从成像组织、成像设备、成像技术等方面对原始图信号、酰胺质子转移(Amide Proton Transfer,APT)信号及Z谱进行分析研究.实验结果表明1.5 T MRI扫描仪的CEST图像信噪比相对较低,且磁场稳定性及均匀度影响了CEST成像的效果.在其他参数不变的情况下,降低采集矩阵和增加激励次数与翻转角可以增加原始图像信噪比.磁化传递翻转角为105?时,CEST成像效果最好.激励次数为2、磁化传递翻转角为105?时,所得数据符合组织Z谱情况.模型Z谱在磁化传递频率为-294^-194 Hz范围可显示30%谷氨酸(Glu)、碘剂(I_(320))、纯水(H_2O)、肌酸(Cr)的信号差异,与H_2O差异最大处在-244^-214 Hz.原始图像信号30%I320明显高于Glu、H_2O、Cr,Cr略低于Glu,APT图Cr略低于Glu.25例脑肿瘤的APT图呈高信号、12例脑梗塞的APT图呈低信号,CEST原始图像均可区分病变区域.有12例因采集时间、患者配合情况、环境及室温等影响导致CEST成像的失败.由此得出1.5 T场强下,CEST技术受到成像组织、设备、技术等因素的影响,需要进行多方面优化.在保证磁场稳定性及均匀度的情况下,优化参数的CEST成像和Z谱成像可以区分代谢物及其浓度.

糖胺聚糖化学交换饱和转移成像对软骨成分的定量研究进展

关节软骨进行性退变是骨关节炎(OA)主要特点,而软骨基质中糖胺聚糖(GAG)的过度降解和丢失是软骨退变中最早出现的代谢变化。常规影像检查对其不敏感,发现时OA多已到晚期且不可逆。GAG化学交换饱和转移成像(MR gagCEST)作为一种最新软骨成分定量成像技术,能实现对软骨GAG成分无创、准确的定量,在OA早期诊断和治疗监测方面具有良好应用前景。对MR gagCEST技术的原理、优缺点及在OA中的临床应用进行综述。

化学交换饱和转移类对比剂在磁共振成像中的研究进展

新型对比剂的开发和研究是分子成像领域研究的热点之一。化学交换饱和转移（CEST）是一类阴性磁共振成像对比剂，与传统的阴性对比剂不同的是，CEST通过转移饱和质子达到减低水分子的信号T1和T2＋）而产生阴性对比。使用CEST不仅可以观察活体组织的结构改变，还可以进行代谢显像、标记细胞成像和pH值测定等。就CEST作为分子成像对比剂的成像原理、应用及研究现状予以综述。

基于化学交换饱和转移成像中质子交换速率定量的缺血性脑卒中病灶检测研究

目的通过对化学交换饱和转移(chemical exchange saturation transfer,CEST)MRI进行质子交换速率(exchange rate,k_(ex))定量分析,评估该指标用于缺血性脑卒中病灶区域检测的价值。材料与方法采用栓线法制备大鼠大脑中动脉闭塞模型,在Bruker 7 T动物MR扫描仪上进行扫描,得到不同MRI模态的脑卒中大鼠成像,其中,设置B_(1)饱和脉冲强度分别为0.7、1、2μT来采集3次CEST影像。在图像后处理中,基于Bloch-McConnell方程建立饱和脉冲振幅(ω_(1))、k_(ex)和CEST信号之间的线性关系,从而通过不同B_(1)下的CEST信号进行k_(ex)定量,根据此方法对CEST影像进行逐像素计算以获得相应的k_(ex)成像。采用独立样本t检验法对检测出的病灶区域及正常组织的k_(ex)进行组间对比,以及使用对比噪声比(contrast-to-noise ratio,CNR)指标对k_(ex)成像和原始CEST成像进行量化对比。结果相对于对侧正常组织,k_(ex)成像在病灶区域呈现出明显的低信号;相较于横向弛豫加权成像(transverse relaxation-weighted,T2WI)和弥散加权成像(diffusion-weighted imaging,DWI),对于再灌注后短期内的情形,k_(ex)成像表现出更强的病灶区域对比度;通过k_(ex)成像检测出的病灶区域中的k_(ex)值相比其余正常组织差异具有统计学意义(P<0.01);在6组大鼠的对比实验中,对比原始CEST成像,k_(ex)成像均表现出了更高的CNR值。结论质子k_(ex)成像能够检测到缺血性卒中后组织的酸性病变,具有作为内源性定量成像生物标志物的潜质。

磁共振化学交换饱和转移谷氨酸成像在精神分裂症中的应用

目的:本研究基于磁共振化学交换饱和转移谷氨酸成像(GluCEST)探索精神分裂症(SCZ)脑内神经生化物质特点,为SCZ的病理机制研究提供依据。方法:应用磁共振CEST技术检测满足入组的21例SCZ患者及16例健康对照(HC)的大脑不同区域谷氨酸水平,并对谷氨酸水平有差异的脑区分别与阳性和阴性症状评定量表(PANSS)评分进行相关性分析。结果:与HC组相比,SCZ组额叶谷氨酸水平明显升高(P<0.05),海马谷氨酸水平明显降低(P<0.05)。SCZ组额叶、海马的谷氨酸水平与PANSS评分无相关性(P>0.05)。结论:SCZ GluCEST成像发现谷氨酸神经递质功能异常,为SCZ的病理机制提供依据。

化学交换饱和转移成像在神经退行性疾病中的研究进展

化学交换饱和转移(chemical exchange saturation transfer,CEST)成像是基于化学交换及磁化转移所发展出来的一种新型成像方法,可以选择性饱和特定代谢物中的可交换质子并向自由水进行磁化转移,从而通过检测自由水的信号强度间接反映特定代谢物的信号强度。基于此,CEST可以无需对比剂或放射性示踪剂的参与即可实现在体低浓度代谢物的无创检测,因而在中枢神经系统疾病中得到大量应用。神经退行性疾病是中枢神经系统疾病的重要组成部分。本文将主要阐述CEST成像在神经退行性疾病中的应用现状及进展。

基于神经网络拟合的腹部化学交换饱和转移成像

磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)化学交换饱和转移(Chemical Exchange Saturation Transfer,CEST)技术在临床诊断中展现了巨大的潜力,但在腹部成像中受到主磁场偏移量大的挑战,而且利用传统的非对称性分析法得到的酰胺质子转移(Amide Proton Transfer,APT)成像对比度受到核奥氏增强(Nuclear Overhauser Enhancement,NOE)效应的干扰.本文提出了一种基于神经网络拟合的CEST后处理方法,对每个像素采集得到的Z谱特征进行识别,不需要额外序列扫描即可得到背景参考Z谱与主磁场偏移量,用以校正和获得理想的Z谱,并进一步分离得到源自APT效应与NOE效应的信号.鸡蛋清和健康志愿者腹部成像结果显示,本文提出的基于神经网络的CEST后处理方法效果较好.

肌酸化学交换饱和转移加权成像评估大鼠胶质瘤模型肌酸浓度变化

目的观察肌酸化学交换饱和转移(Cr-CEST)成像评估大鼠胶质瘤Cr浓度的价值。方法对浓度10 mmol/L的单一Cr试管模型及浓度20、40、60、80、100 mmol/L的混合Cr试管模型(pH均为7.0)行CEST扫描,以优化Cr-CEST成像参数,并计算Cr试管的Cr-CESTR值,观察Cr-CEST效应。将C6胶质瘤细胞接种至8只SD大鼠右侧基底节区,制备脑胶质大鼠模型。于造模后2~3周以优化参数采集Cr-CEST图像,比较肿瘤区域与对侧正常脑组织Cr-CESTR值差异。结果于单一Cr试管模型Z谱频率2.0 ppm处见明显波谷,提示存在Cr-CEST效应,且B1值为0.5~3.0μT时,Cr-CEST效应随B1值升高而升高,而B1值增高至5.0μT后Cr-CEST效应减弱。混合Cr试管模型Z谱显示Cr-CEST效应随Cr浓度升高而增强。大鼠胶质瘤病灶区域Cr-CESTR值[0.098(0.012,0.393)%]低于对侧正常脑组织[3.499(3.072,3.656)%,Z=-3.361,P<0.001]。结论Cr-CEST成像有助于评估大鼠脑胶质瘤模型Cr浓度变化,有望为活体检测脑内Cr代谢提供新方法。

化学交换饱和转移磁共振成像量化方法研究进展

化学交换饱和转移磁共振成像通过施加特定频率饱和脉冲来标记包含某类可交换质子的分子,而被标记质子通过化学交换引起水信号的变化实现间接测量该分子及其微环境.与传统氢谱(1 H-MRS)相比,化学交换饱和转移磁共振成像可达到更高的灵敏度和空间分辨率.然而,对于活体成像,水信号的降低不光来自化学交换饱和转移效应,还来自直接水饱和、半固体磁化转移效应和核奥氏效应等竞争效应.要实现精确可靠的化学交换饱和转移磁共振成像量化,就必须减弱饱和脉冲对其他竞争效应的影响.介绍了化学交换饱和转移磁共振成像定量技术的基本原理和最新进展,并阐述各种量化方法的优缺点,供对本领域感兴趣者参考及在此基础上进一步地研究开发.

谷氨酸化学交换饱和转移成像对放射性脑损伤大鼠的应用价值

目的探讨7.0 T磁共振谷氨酸化学交换饱和转移(glutamate chemical exchange saturation transfer,GluCEST)成像评估放射性脑损伤大鼠模型海马谷氨酸变化的应用价值。材料与方法将实验大鼠随机分为两组:对照组(n=9)和放射性脑损伤(radiation-induced brain injury,RBI)组(n=9)。RBI组大鼠使用X射线辐照仪进行辐照,4周后进行水迷宫实验。使用7.0 T小动物磁共振采集化学交换饱和转移(chemical exchange saturation transfer,CEST)序列和高效液相色谱仪(high-performance liquid chromatography,HPLC)测量海马谷氨酸浓度。两组海马GluCEST值以及谷氨酸浓度差异进行t检验。GluCEST值与HPLC的关系、GluCEST值与水迷宫的关系进行Pearson相关性分析。结果与对照组相比,4周后RBI组大鼠认知功能受损,海马GluCEST降低(P=0.008),同样HPLC分析也证实了谷氨酸水平降低(P=0.003)。相关性分析表明HPLC测量谷氨酸浓度和GluCEST之间为正相关(r=0.71,P<0.001),空间记忆与海马GluCEST也显示出一致的正相关(r=0.50,P=0.034)。结论GluCEST成像能够可视化评估RBI大鼠海马谷氨酸变化,可用作体内代谢变化的影像生物标志物,有利于监测和干预放射治疗后伴随出现的辐射损伤。