MRI水扩散加权成像分子机理研究进展_郭启勇

[收稿日期]2013－03－01

[作者简介]郭启勇（1958-），男，浙江东阳人，教授。

茳综述荥

MRI 水扩散加权成像分子机理研究进展

郭启勇1，辛

军1，张新1，于兵1，赵周社2，李宏利2，李红2，王晓明1，廖伟1

（1.中国医科大学附属盛京医院，辽宁沈阳110004；2.通用电气（中国）医疗系统集团，北京

100176）

[摘要]

本文简要介绍磁共振扩散加权成像（MRI-DWI ）原理和影响因素，多b 值DWI 成像临床应用，以及采用传统简单

水扩散原理在对DWI 临床图像进行解释时存在的一些挑战。然后重点介绍水通道蛋白（Aquaproins ，AQPs ）理论和研究现状，以及生理和病理情况下表观扩散系数（ADC ）与AQP 表达之间的关系和研究进展。迄今，还没有通过分子影像技术直接获得ADC 与AQP 表达之间关系的结果。最后对基于AQP 分子成像前景进行介绍，需要从分子生物学、分子医学和分子影像的新观点重新认识MRI 水分子成像技术和其潜在的临床应用。

[关键词]磁共振成像，扩散[中图分类号]R 445.2[文献标识码]B [文章编号]1008－1062（2013）07－0496－05

Progress in the study of molecular mechanism in water diffusion weighted MRI

GUO Qi-yong 1

,XIN Jun 1,ZHANG Xin 1,YU Bing 1,ZHAO Zhou-she 2,LI Hong-li 2,LI Hong 2,WANG Xiao-ming 1,LIAO Wei 1

(1.Shengjing Hospital of China Medical University,Shenyang 110004,China;2.General Electronic Company Healthcare(China),Beijing 100176,China)

Abstract:This paper briefly introduces the principles and influence factors of diffusion weighted MRI (DW MRI),and multi-b values in clinical application of DWI.The challenges exist in using traditional simple water diffusion to interpret the principle of clinical DW MR imaging were also discussed.The theory of aquaporin and its recent research status,as well as the relationship between apparent diffusion coefficient (ADC)under pathological and physiological condition and water channel protein (aquaproins,AQPs)expression were focused on.Until now,no result was acquired through using molecular imaging technique for direct access of the relationship between ADC and AQP expression.Finally,the new prospect of the water channel protein molecular imaging was introduced.From the aspect of molecular biology,molecular medicine and molecular imaging to renew knowledge and upgrade the point of view in recognizing water diffusion MR imaging and its potential clini -cal application is urgent and important.

Key words:Diffusion magnetic resonance imaging

磁共振成像无电离辐射、具有极高的软组织对比度、能够提供组织细胞功能和分子水平的信息已经成为非常重要的临床前期研究和临床应用的医学影像技术。MRI 水分子扩散加权成像（DWI ）技术能够提供活体水分子分布、运动的特征信息，已经成为脑、肝脏和前列腺等脏器MRI 扫描的常规序列[1]。新的研究结果表明DWI 还可能在临床前期药物开发领域发挥作用[1]。但是，随着基础分子生物学、分子医学研究的不断深入，特别是Agre 等在1993年发现了水通道蛋白（Water channel protein ，WCP ），即水孔蛋白（Aquaporins ，AQPs ）后彻底改变了传统观念上水在细胞膜扩散（被动转运）观念，创立了水在细胞膜主动转运全新理论基础[3-4]。WCP 理论的建立对传统DWI 成像机理提出挑战，为从分子生物学、分子医学和分子影像技术的角度重新认识，以及扩大DWI 的临床应用奠定了基础。本文就MRI 水扩散加权成像分子机理研究进展进行介绍。

1水扩散和传统观念水扩散成像机理1.1

水自由扩散现象

悬浮在流体中的微粒受到流体分子与粒子的碰

撞而发生不停息的随机运动。物质微观分子随机热运动（弥散或扩散）被称为布朗运动。水中的水分子运动属于布朗运动。纯水中水分子在37°时的扩散系数大约是3×10-3mm 2/s 。水是细胞维持人体正常的生理功能不可缺少的重要组成部分。人体组织中水分子在血液、组织细胞间隙和细胞内的运动也属于布朗运动。生物组织中水的扩散系数比纯水小2~10倍。

1.2传统水扩散成像的原理、方法和影响因素组织细胞间水分子的布朗运动是传统的MRI-

DWI 理论基础。传统观念认为这主要是组织中细胞

膜、细胞间质等对水的扩散运动影响，以及水分子在运动过程部分与细胞和细胞间隙组织上大分子交换所致。由于水分子运动距离仅数微米，MRI 的系统分辨力达不到直接检测的目的，但是可以采用间接的方法进行。为测量组织细胞间隙水分子扩散信号，在常规的MR 脉冲序列两侧施加两个极性强的、快速切换的梯度脉冲。第一个梯度脉冲使质子自旋去相位，如果没有水分子的运动，则第二个梯度脉冲可使其完全复相位。水分子的随机运动造成组织信号减弱，其减弱的程度与水分子运动速度相关。施加梯度的强度和持续时间、间距用扩散敏感度b 表示[1-2]。