MRI分子成像

MRS技术
• 匀场 • 抑水 • 扫描序列：STEAM、PRESS
分类
• 分为单体素MRS（single-voxel spectroscopy， SVS）和多体素MRS。 • SVS一次仅能获得一个兴趣区的谱线，体素大小 一般3~8cm3，体素太小则需要更多的采集次数以 提高信噪比。 • 多体素MRS又称为化学位移成像（chemical shift imaging，CSI）或波谱成像（spectroscopy imaging，SI），可一次性获得多个体素的波谱图 像，从而得到各代谢物浓度分布图。
信号扩增系统
• 亲和素/抗生蛋白链菌素—生物素系统 (Avidin/Streptavidin-Biotin)，这个系统一般由3部 分组成：生物素联接的抗体、亲和素联结子、生 物素联接的探针，这个系统可以提高亲和性及 MR信号扩增作用这种方法被应用在体内 HER2/neu受体MR显像。 • 酶感应MR信号扩增系统，这种策略是基于酶介 导的顺磁性底物的聚合化，从而得到具有更高弛 豫性的寡聚物。
影像技术
• PET显像技术 • 磁共振(MRI)
• 光学成像(Optical Imaging)
MRI分子成像的优缺点
• 优点是高空间分辨率，同时可获得解 剖及生理信息。 • 缺点是成像敏感性较低，目前只能达 到微克分子水平，与核医学成像技术 的纳克分子水平相比，低几个数量级。
• MR分子显像特异性分子探针通常包括转运体与 其携带的对比剂 • 转运体如纳米微粒(脂质体和乳剂)、病毒构建体、 各种多聚体等。 • 转运体可携带成像物质，还可携带治疗用的药物 或基因。 • 靶向性配体可直接耦连在转运体上，这些配体包 括抗体或者抗体片断，多肽、小分子多肽类似物 等。
酸连接，在叶酸受体高表达的肿瘤细胞中
得以明显摄取。
SPIO类特异性分子探针
• 将单克隆抗体或单克隆抗体片断与SPIO联接来显 像细胞表面表达的特异性分子。 • 人克隆IgG蛋白与超顺磁性单晶氧化铁(Mono Crystalline Iron Oxide，MION)微粒联接进行体 内炎症部位的MR显像。 • 附加素V可以识别凋亡细胞的磷脂酰丝氨酸，因 此，将附加素V与交联氧化铁(CrossLinked Iron Oxide，CLIO)钠米微粒通过二硫键联接，可以探 测细胞凋亡。
MRI分子成像
概念
• 是借助现代影像学技术，以分子生物学为基础， 从分子水平研究和观察疾病发生、发展中病理生 理变化和代谢功能改变，涉及物理、化学、核医 学、影像学、计算机学等多门学科。 • 分子影像开拓者美国麻省总医院的Weissleder认 为分子影像学是在活体状态下，应用影像学对细 胞和分子水平生物过程进行定性和定量研究的一 门新兴学科。
成像靶
• 蛋白 • 核苷酸
• 碳水化合物
血管生成成像
• α(V)β(3)整合素的抗体LM609，作为配体，合成 抗体耦联的顺磁性多聚脂质体，在兔V2腺癌模型 活体成像的研究显示，肿瘤血管生成区的增强效 果明显高于对照组。 • α(V)β(3)特异性拮抗剂Vitronectin制成特异性对比 剂，在动脉粥样硬化的主动壁出现了明显增强的 MRI信号，MRI分子影像有可能作为一个无创的 方法来研究动脉粥样硬化的形成过程及病人对治 疗的反应的监测。
• 分子影像学研究的3个关键问题：高度 特异性的分子显像探针、合适的扩增 方法以及高分辨率的成像系统。 • 探针的要求：分子量要小；与靶目标 有高度的亲和力，而与非靶目标的亲 和力低；半衰期长，不能被机体迅速 代谢。
MRI对比剂
• 超顺磁性氧化铁(SuperParamatic Iron
Oxide，SPIO)微粒。 • 顺磁性复合物，主要有Mn(2+)，Mn(3+)，
MR基因显像
• 第1类标记基因编码产物包括有：酪氨 酸酶、β半乳糖苷酶、胞嘧啶脱氨酶、 精氨酸激酶、肌酸酐激酶。 • 第2类标记基因编码产物主要为转铁蛋 白受体。
• 利用胶质肉瘤细胞被表达质粒中含有工程
化转铁蛋白受体的cDNA转染后过度表达， 转铁蛋白受体水平增加，导致细胞对MION
与转铁蛋白的结合物(Tf-MION)的结合与摄
USPIO标 记的胶质 瘤干细胞
MRS
• 同一种原子核处于不同的化合物中，其所 处的局部磁场环境并不相同，因此共振频 率存在差异，此即为化学位移。 • 化学位移频率数值用于表示化合物中各组 成成分的原子核共振峰的位置。 • 实际应用中，此频率数值用一个相对值 ppm表示。
可用于MRS的原子核
• 1H • 31P • 13C • 23Na • 19F
脑MRS
• Lac峰出现在1.33ppm处，短TE时为正立双
峰，长TE时为倒置双峰，其出现提示无氧 代谢。
• Lip峰出现在0.9和1.3ppm处，短TE时易于
观察，其出现提示细胞膜结构的破坏。
MRS在脑部疾病中的应用
• 癫痫
• 肿瘤 • 梗塞 • 白质病变
癫痫
• MRS能早期发现癫痫灶及其所致的细胞损害。
临床应用
• 脑
• 前列腺 • 乳腺
脑MRS
• 主要代谢物有N-乙酰天门冬氨酸（NAA）、
胆碱（Cho）、肌酸（Cr）、肌醇（MI）、 乳酸（Lac）、脂质峰（Lip）、丙氨酸
（Ala）、谷氨酸（Glu）等。
脑MRS
• NAA是神经元的标志物，位于2.02ppm处； • Cho来源于磷酸胆碱、磷脂酰胆碱，位于 3.21ppm处，代表细胞膜的转运功能和膜的 完整性。 • Cr位于3.02和3.94ppm，是肌酸和磷酸肌酸 的总和，常保持稳定，其下降常提示神经 胶质细胞的能量不足。
DWI
ADC
TTP
数周后
胶质母细胞瘤
脑脓肿
胆脂瘤
蛛网膜囊肿
类
背 景 抑 制 全 身 扩 散 加 权 成 像
PET
与Gd(3+)离子的大分子的螯合剂。
Gd(3+)的优势
• 有很高的顺磁性(7个未配对电子)；
• 可以形成很稳定的螯合剂，且内部仍可含 有一到两个水分子；
• 离子螯合剂具有很高的热动力学稳定性。
Gd(3+)类分子探针
• 比较直接的方法是采用大分子物质耦联顺
磁性复合物，如多赖氨酸、右旋糖酐等， 然后联接一个靶向性的合成物，例如用叶Baidu Nhomakorabea
乳腺MRS
• MRS诊断乳腺癌主要依靠磷酸胆碱峰。 • 胆碱峰由几种化学物质复合而成，此峰位于 3.2ppm，称为总胆碱峰（tCho）。 • 对＜1cm的病灶敏感性差，与动态增强结合可提 高乳腺癌诊断的特异性。 • 可应用新辅助化疗后疗效的早期判断和残余灶的 检出。
1d
DWI
• 扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）是目 前唯一能观察活体内水分子热运动的成像方法. • b值（扩散敏感因子）的选择一般在800~1500 s / mm2。 • 物理学上用扩散系数（diffusion coefficient，D）来表示分 子扩散运动的速度，单位是mm2/s。 • DWI图像上信号的变化不仅仅源于水分子的扩散运动，呼 吸、脉搏、血流灌注等亦会造成信号的改变，因此把检测 到的扩散系数称为表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）。
脑梗塞
• MRS在常规MRI无异常发现时，能早期发现Lac
峰。 • Lac峰的范围常大于T2WI上高信号的范围。 • 在Lac峰出现之后，才有NAA峰下降。
前列腺MRS
• 正常前列腺组织具有特征性的枸橼酸（Cit）峰。 • 前列腺癌时，Cho增加，Cit下降。 • Cho+Cr/Cit大于均值的3个标准差时，诊断前列腺 癌较可靠。 • 在外周带MRS价值较大，在移行区与良性病变有 重叠。 • 可用于治疗后随访。
取明显增加。
临床应用
• 疾病诊断 • 治疗适合人群的筛选
• 疗效监测 • 药物研发
pre 40min
1
3
9
16
SPIO监测胰岛细胞移植
48 hours after tMCAO model
3 days after EPCs transplanted
5 days after EPCs transplanted
• 用NAA/Cho+Cr值为分析指标。 • 低于0.6判断为异常，双侧差值大于0.07时，较低
的一侧为异常侧。
脑肿瘤
• 诊断和鉴别诊断 • 胶质瘤术前分级 • 治疗后随访
• 脑肿瘤MRS共同点：NAA下降，Cho 上升，可出现Lip、Lac峰。
• 胶质瘤随着级别的增加NAA峰减低。 • 淋巴瘤具有明显的Lip峰。