閆爽，李明利，金征宇

化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移技術(shù)原理及應(yīng)用進(jìn)展

閆爽，李明利，金征宇*

許多生物大分子如蛋白質(zhì)、糖胺聚糖、糖原等，由于其內(nèi)均含有氫質(zhì)子，因而在進(jìn)行磁共振掃描時(shí)通過(guò)對(duì)其施加預(yù)報(bào)和脈沖使其氫質(zhì)子得到飽和，飽和的氫質(zhì)子與周?chē)械臍滟|(zhì)子進(jìn)行化學(xué)交換，通過(guò)測(cè)定水分子信號(hào)的變化，可以間接反映這些分子在人體內(nèi)含量，化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移技術(shù)就是在這一原理的基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生的。而由于這些物質(zhì)的含量變化往往與腫瘤、卒中等疾病的發(fā)生相關(guān)，利用這一技術(shù)可以對(duì)這些疾病的診斷與治療提供諸多有用信息，并因這一技術(shù)具有無(wú)輻射、非侵入性等優(yōu)勢(shì)，已成為時(shí)下研究的一大熱點(diǎn)。本文就該技術(shù)的原理和應(yīng)用進(jìn)展作一綜述。

磁共振成像；磁化傳遞；化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移；pH成像；氨基質(zhì)子飽和轉(zhuǎn)移

Received 20 Jan 2016, Accepted 15 Mar 2016

ACKNOWLEDGMENTSThis work was part of National Natural Science Foundation of China (No. 81171390); Key Projects in the National Science & Technology Pillar Program during the Twelfth Five-year Plan Period (No. 2012BAI23B06); Health Industry Special Scientific Research Project (No. 201402019).

磁化傳遞(magnetization transfer, MT)成像是近年來(lái)推出的一項(xiàng)磁共振成像新技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)物理方法增加圖像對(duì)比度或制造一種新的對(duì)比。常規(guī)的磁共振成像(magnetic resonance im aging, MRI)主要是探測(cè)水中質(zhì)子的濃度與磁化特性，而磁化傳遞成像技術(shù)主要用于探測(cè)生物體大分子信息[1]?；瘜W(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移(chemical exchange saturation transfer, CEST)技術(shù)由磁化傳遞技術(shù)發(fā)展而來(lái)，并且迅速在臨床研究中得到廣泛應(yīng)用，有著良好的發(fā)展前景。近幾年研發(fā)的序列已經(jīng)可以將這一技術(shù)用于對(duì)蛋白質(zhì)[2]、糖胺聚糖[3]、糖原[4]、谷氨酸[5]以及葡萄糖[6]等分子的檢測(cè)，并且均取得良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本文對(duì)這一技術(shù)的原理及近些年來(lái)其應(yīng)用方面的進(jìn)展綜述如下。

1 基本原理

關(guān)于CEST技術(shù)比較經(jīng)典的原理解釋是兩池模型[7]，包括自由水池(溶液池)與可交換池(溶質(zhì)池)。通過(guò)對(duì)可交換池預(yù)先施加飽和脈沖(radio frequence, RF)，使可交換池中的氫質(zhì)子得到飽和，進(jìn)而與周?chē)淖杂伤刂械臍滟|(zhì)子進(jìn)行化學(xué)交換，使水的磁共振信號(hào)降低，而通過(guò)測(cè)定水分子信號(hào)的變化，便可以間接獲得大分子的濃度等信息[1]。由于大分子溶質(zhì)的濃度一般較小(微摩或毫摩級(jí))，因而不容易在常規(guī)MR圖像上觀察到信號(hào)，而不間斷的飽和轉(zhuǎn)移實(shí)際上起到了放大的作用，使得低濃度的溶質(zhì)的相關(guān)信息可以被檢測(cè)到。實(shí)現(xiàn)CEST的一個(gè)條件是溶質(zhì)與溶液之間的固有頻率差值(ΔCS)應(yīng)該大于(或等于)化學(xué)交換的速率(K)，K＜ΔCS。兩個(gè)自旋池之間的光譜線(xiàn)要相距較遠(yuǎn)、截然分開(kāi)，即在對(duì)其中一池的光譜線(xiàn)做出調(diào)整時(shí)，將不會(huì)影響另一池。

最近幾年，隨著技術(shù)的發(fā)展以及算法的改進(jìn)，有人提出了新的三池、四池模型以期更好地解釋CEST的原理。三池模型主要是在兩池模型的基礎(chǔ)上引入第三池，即半固態(tài)池[8]；而四池模型中一種比較好的說(shuō)法是在前三池的基礎(chǔ)上再增加核奧氏效應(yīng)(nuclear overhauser enhancement, NOE)質(zhì)子池[9]。

在利用CEST技術(shù)對(duì)大分子物質(zhì)進(jìn)行在體檢測(cè)與成像時(shí)，NOE效應(yīng)在其中產(chǎn)生的影響不可忽視，而利用這一效應(yīng)幫助檢測(cè)大分子含量以及診斷疾病也具有良好的發(fā)展前景。組織內(nèi)許多不能移動(dòng)、交換的質(zhì)子(多為脂肪族、烯類(lèi)或芳香族基團(tuán)所含的質(zhì)子，這些基團(tuán)可存在于蛋白質(zhì)、肽類(lèi)、代謝物及脂質(zhì)當(dāng)中)，可以通過(guò)經(jīng)空間的偶極耦合效應(yīng)，將飽和能量傳遞給鄰近的水池中的質(zhì)子，稱(chēng)為直接的NOE效應(yīng)；也可以通過(guò)偶極耦合效應(yīng)，將飽和能量傳遞給臨近的可以移動(dòng)、交換的質(zhì)子，進(jìn)而以類(lèi)似于兩池模型中化學(xué)交換的方式，與水池質(zhì)子進(jìn)行交換，實(shí)現(xiàn)CEST過(guò)程，因而稱(chēng)為中繼的NOE-CEST效應(yīng)(relayed-NOE CEST, rNOE-CEST)[10]。但由于在實(shí)際成像過(guò)程中，直接的NOE效應(yīng)往往并不顯著，因而以往研究者主要對(duì)rNOE-CEST效應(yīng)進(jìn)行研究。

為了更直觀地了解可交換池，即溶質(zhì)的化學(xué)交換特性，常常會(huì)繪制Z譜圖，Z譜圖的繪制主要是依靠標(biāo)化后的水信號(hào)強(qiáng)度(Isat/I0)與飽和脈沖的偏共振頻率[11]。同時(shí)在進(jìn)行CEST分析時(shí)，一個(gè)常用的度量指標(biāo)是非對(duì)稱(chēng)性磁化轉(zhuǎn)移率(magnetization transfer asymmetry, MTRasym)，常用其值高低來(lái)表現(xiàn)CEST效應(yīng)作用的大小，從而反映溶質(zhì)的濃度。其計(jì)算公式為：MTRasym(ΔCS)=[I(-ΔCS)-I(ΔCS)]/I0；I0是指未施加預(yù)飽和脈沖時(shí)所得的圖像信號(hào)強(qiáng)度，I(Δcs)是指施加預(yù)飽和脈沖后得到的信號(hào)強(qiáng)度，同時(shí)由于Z譜上關(guān)于水質(zhì)子的對(duì)稱(chēng)性，所以若假定-Δcs處沒(méi)有交換現(xiàn)象，用I(-Δcs)表示I(Δcs)對(duì)稱(chēng)頻率處所得的信號(hào)強(qiáng)度[12]，則可以通過(guò)此公式得到溶質(zhì)質(zhì)子的CEST信息。然而由于體內(nèi)成分復(fù)雜，磁場(chǎng)受到的干擾因素較多，如直接水飽和效應(yīng)(direct w ater saturation, DS)及半固體池的常規(guī)MT效應(yīng)(conventional MT contrast, MTC) 等，加之先前提到的NOE效應(yīng)，非對(duì)稱(chēng)性分析的公式也應(yīng)做出相應(yīng)調(diào)整。由于DS效應(yīng)可以通過(guò)洛倫茨差異性分析(lorentzian difference analysis, LD)進(jìn)行消除，因而非對(duì)稱(chēng)性分析的公式可表達(dá)為：而在該公式中，MTC效應(yīng)也可以通過(guò)調(diào)整場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度及脈沖長(zhǎng)度等參數(shù)來(lái)進(jìn)行消除，從而僅剩所檢測(cè)大分子的CEST效應(yīng)及NOE效應(yīng)所帶來(lái)的影響，可以對(duì)這兩者使磁共振信號(hào)發(fā)生的變化分別進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)計(jì)算出MTRasym，用來(lái)對(duì)被檢物質(zhì)濃度及疾病狀況進(jìn)行分析[13]。而在后續(xù)的許多研究中發(fā)現(xiàn)利用NOE效應(yīng)成像以觀察體內(nèi)腫瘤等病變也有良好的價(jià)值，使其有可能成為許多疾病的新興分子影像學(xué)研究手段[14]。由于被研究的溶質(zhì)大分子不同，其所含的氫質(zhì)子與水中氫質(zhì)子之間的固有頻率差值便有所不同，反映在Z譜圖上便是施加不同偏共振頻率(單位ppm)的預(yù)飽和脈沖時(shí)，可以觀測(cè)到其相應(yīng)的CEST效應(yīng)，如氨基質(zhì)子是在距離水3.5 ppm處觀測(cè)到峰值CEST效應(yīng)[2]，而溶質(zhì)為γ-氨基丁酸(γ-am inobutyric acid, GABA)時(shí)則是在距離水2.75 ppm[15]處。因而通過(guò)選擇不同頻率的預(yù)飽和脈沖并優(yōu)化射頻飽和的方案，可以得到清晰的、特異反映該溶質(zhì)濃度的CEST圖像。此外，rNOE-CEST效應(yīng)多主要在-3.5 ppm處觀測(cè)到峰值[16]。

同時(shí)由于化學(xué)交換效應(yīng)受到環(huán)境因素的影響，例如酸堿度、溫度等，這也給這一成像技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)了更多的可能。通常來(lái)講，化學(xué)交換速率隨著溫度的增加而增加，隨著pH值的降低而降低。CEST效應(yīng)對(duì)pH的變化尤其敏感，呈現(xiàn)對(duì)pH值較強(qiáng)的依賴(lài)性。因而可以利用CEST技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)體內(nèi)pH值變化情況的檢測(cè)，從而幫助對(duì)疾病的診斷[17]，稱(chēng)為pH成像。

為了便于理解，將相關(guān)原理繪制成示意圖，見(jiàn)圖1。

圖1 CEST相關(guān)原理示意圖。 A：兩池模型的化學(xué)交換示意圖；B：對(duì)溶質(zhì)池施加相應(yīng)的預(yù)飽和脈沖后發(fā)生CEST過(guò)程；C：Z譜圖的示意圖(含rNOE-CEST效應(yīng))；D：CEST或NOE圖像示意圖Fig. 1 Demonstration o f CEST Principle. A: Chem ical exchange of two-pool model; B: Progress of CEST after RF; C: Z-spectrum; D: CEST or NOE image.

2 外源性對(duì)比劑的CEST成像

2.1 外源性CEST對(duì)比劑及其分類(lèi)

在CEST技術(shù)發(fā)展之初，研究者們發(fā)現(xiàn)許多物質(zhì)由于與水質(zhì)子的固有頻率之間具有差值ΔCS，因而將其引入研究體系內(nèi)(如細(xì)胞、組織或動(dòng)物體內(nèi))，將提供比較好的CEST對(duì)比。外源性的CEST對(duì)比劑主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)為反磁性CEST(diamagnetic CEST, DIACEST)對(duì)比劑[18]，另一類(lèi)為順磁性CEST (paramagnetic CEST, PARACEST)對(duì)比劑[19]。近些年，又出現(xiàn)一些脂質(zhì)體CEST對(duì)比劑(lipoCEST)、納米顆粒及超極化氣體CEST對(duì)比劑(hy pe r CEST)等[12]。反磁性CEST對(duì)比劑主要是小分子，如糖類(lèi)、氨基酸類(lèi)、銨離子、雜環(huán)化合物等合成的CEST，由于其ΔCS較小，產(chǎn)生的CEST信號(hào)強(qiáng)度較差；順磁性CEST主要由鑭族元素合成，其ΔCS較高，可以有效地提高CEST對(duì)比[20]。 2.2 外源性CEST對(duì)比劑的應(yīng)用

先前的研究者證實(shí)，外源性CEST對(duì)比劑可以在許多方面進(jìn)行應(yīng)用。例如可以用來(lái)進(jìn)行細(xì)胞的標(biāo)記。Aime等人[21]通過(guò)在7 T磁共振下，在對(duì)分別加入[Tb(do tam G ly)]和[Eu(dotam G ly)]兩種PARACEST對(duì)比劑的細(xì)胞毛細(xì)管施加不同的預(yù)飽和脈沖進(jìn)行掃描時(shí)，均分別顯示出相應(yīng)的CEST效應(yīng)，認(rèn)為不同CEST對(duì)比劑可以用來(lái)對(duì)不同細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記，并認(rèn)為細(xì)胞可能是通過(guò)胞吞作用將對(duì)比劑引入細(xì)胞內(nèi)部。

CEST報(bào)告基因也是引入外源性CEST對(duì)比相關(guān)研究中的一個(gè)熱點(diǎn)，可以幫助了解被報(bào)告基因轉(zhuǎn)染的細(xì)胞的代謝信息。2007年，Gilad等人首先設(shè)計(jì)出了一種CEST報(bào)告基因LRP，并通過(guò)對(duì)大鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在其體內(nèi)觀察到了LRP帶來(lái)的CEST信號(hào)變化。Farrar等人[22]利用LRP報(bào)告基因技術(shù)，研究并構(gòu)造了病毒載體—G47Δ溶瘤性HSV，插入LRP基因，形成最終病毒G47Δ-LRP并感染癌細(xì)胞，最終對(duì)從細(xì)胞中獲得的蛋白溶解液進(jìn)行CEST MR掃描，并通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)對(duì)以上體外實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果證實(shí)了G47Δ-LRP可以表達(dá)LRP基因并可以在癌細(xì)胞中進(jìn)行復(fù)制，并確認(rèn)證實(shí)LRP基因的表達(dá)并不影響病毒本身的復(fù)制以及CEST MR可以很好地顯示溶瘤病毒中LRP基因的表達(dá)，使溶瘤病毒對(duì)癌細(xì)胞的感染可以通過(guò)直觀的CEST圖像進(jìn)行呈現(xiàn)。

此外，CEST對(duì)比劑也可以用來(lái)輔助測(cè)定組織的代謝情況。Ren等人[23]通過(guò)將PARACEST類(lèi)對(duì)比劑EuDOTAM-2M-2PB與葡萄糖結(jié)合，在4.7 T MR設(shè)備上顯示了葡萄糖灌注的小鼠的肝臟影像，認(rèn)為該P(yáng)ARACEST類(lèi)對(duì)比劑起到了傳感器與放大器的作用。

2.3 pH成像

人體內(nèi)pH的變化有可能幫助反映腎小管性酸中毒或者卒中等諸多疾病狀態(tài)，因而實(shí)現(xiàn)人體內(nèi)pH成像，對(duì)人體內(nèi)pH值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將可能對(duì)這些疾病的診斷提供幫助。

pH成像也是外源性CEST對(duì)比劑十分重要的一項(xiàng)應(yīng)用，而由于外源性對(duì)比劑在人體內(nèi)的實(shí)驗(yàn)會(huì)受到倫理等許多問(wèn)題的限制，因而其這一應(yīng)用的相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)多在動(dòng)物體內(nèi)完成。

Aime等人[24]系統(tǒng)研究了不同PARACEST對(duì)比劑在不同pH條件下的對(duì)比效果。研究發(fā)現(xiàn)Yb-DOTAM-G ly對(duì)比劑對(duì)pH的依賴(lài)性最強(qiáng)，而其最敏感的pH范圍為5.5～8.1。Wu等人[25]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，PARACEST對(duì)比劑在對(duì)健康小鼠腎臟的pH梯度進(jìn)行成像時(shí)，具有良好的成像效果，pH圖反映出健康小鼠的腎臟組織pH值范圍為6.0～7.5。

隨著近年技術(shù)的進(jìn)展，內(nèi)生性對(duì)比劑的CEST成像技術(shù)[如氨基質(zhì)子飽和轉(zhuǎn)移(am ide proton transfer, APT)技術(shù)]也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)pH成像，已在以動(dòng)物為研究對(duì)象的實(shí)驗(yàn)中獲得良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由于其不需引入對(duì)比劑，因而更加無(wú)創(chuàng)，可用于幫助對(duì)卒中等疾病進(jìn)行研究，這一部分也將在下文APT成像技術(shù)中提及。

3 內(nèi)生性對(duì)比劑的CEST成像

隨著技術(shù)的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了不需要引入外源對(duì)比劑即可進(jìn)行CEST成像的方式，即利用人體內(nèi)本身存在的大分子物質(zhì)作為天然CEST對(duì)比劑進(jìn)行成像，這些技術(shù)變種的出現(xiàn)使這一技術(shù)更加無(wú)創(chuàng)，推動(dòng)了將CEST技術(shù)應(yīng)用于臨床的進(jìn)程。因而這些成像技術(shù)也是本文綜述的重點(diǎn)。

3.1 APT技術(shù)

APT技術(shù)屬于CEST技術(shù)的一種，也是目前研究最多、應(yīng)用最廣的一種。交換發(fā)生在蛋白質(zhì)等分子所含的氨基質(zhì)子與水中所含的氫質(zhì)子之間，能夠幫助探測(cè)出腫瘤組織或腦部核團(tuán)等結(jié)構(gòu)中輕微的蛋白質(zhì)或肽類(lèi)的濃度變化[26]。

Zhou等人[2]首先利用這一原理觀察大鼠的神經(jīng)膠質(zhì)肉瘤，發(fā)現(xiàn)腫瘤組織的MTRasym值明顯高于對(duì)照側(cè)的正常組織；并對(duì)照APT技術(shù)的圖像與T1、T2加權(quán)圖像等常規(guī)MRI圖像的差異，發(fā)現(xiàn)每一種加權(quán)圖像上均有腫瘤組織顯示，但是在APT圖像上其邊界范圍更加清晰；認(rèn)為腫瘤內(nèi)的一些蛋白質(zhì)及肽類(lèi)含量增高，其內(nèi)所含的可用于交換的氨基質(zhì)子增多，因而顯示出了APT對(duì)比，APT成像在顯示腫瘤組織時(shí)有較高的敏感度和特異度。此后，他們又將這一結(jié)果在以患者為研究對(duì)象的研究中加以證實(shí)[27]，在對(duì)患有神經(jīng)膠質(zhì)瘤的患者進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，腫瘤的核心區(qū)域的APT圖像強(qiáng)度大于腫瘤周?chē)[區(qū)；且隨著腫瘤級(jí)別的增高，APT圖像上的腫瘤信號(hào)強(qiáng)度也隨之增高，認(rèn)為為了更好地將腫瘤核心區(qū)域從瘤周水腫區(qū)中鑒別出來(lái)，并且為了對(duì)腫瘤的等級(jí)進(jìn)行更好的判斷。

Ohno等人[28]對(duì)13位胸部惡性病變和8位胸部良性病變的患者進(jìn)行了APT掃描，發(fā)現(xiàn)惡性病變的MTRasym值顯著高于良性病變，并且與肺癌相比，其他胸部惡性病變的MTRasym值更高，而就肺癌的兩種類(lèi)型而言，腺癌的M TRasym值顯著高于鱗癌。由此可見(jiàn)APT技術(shù)可以幫助描述與鑒別胸部的結(jié)節(jié)與腫塊的良惡性，甚至是對(duì)于腫塊的病理學(xué)類(lèi)型起到一定的提示作用。Park等人[29]通過(guò)對(duì)40名未接受治療的膠質(zhì)瘤患者和25名治療后的膠質(zhì)瘤患者進(jìn)行核磁共振波譜分析(MR spectroscopy, MRS)及APT掃描，認(rèn)為APT圖像結(jié)果與MRS值之間有中等程度的關(guān)聯(lián)性，并且在診斷準(zhǔn)確性及閱片人之間的一致性上都比較好，是一種比MRS要好的判斷腫瘤增殖的指標(biāo)，特別是在對(duì)于治療后的膠質(zhì)瘤進(jìn)行評(píng)估時(shí)，其優(yōu)勢(shì)更為突出。

但隨著技術(shù)與算法的改進(jìn)，特別是將rNOECEST效應(yīng)用于成像以后，在APT成像對(duì)腫瘤及其分級(jí)診斷的意義方面也出現(xiàn)了一些爭(zhēng)論，此部分將于后文對(duì)NOE效應(yīng)成像進(jìn)行敘述的部分進(jìn)行闡述。

除去在腫瘤診斷方面的應(yīng)用，Zhou的團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)[17]，由于pH值的高低影響交換速率的大小(隨著pH值降低，交換速率減慢)，因而通過(guò)測(cè)定APT交換速率的大小可以反映pH值的高低。并通過(guò)建立大鼠的大腦中動(dòng)脈堵塞模型對(duì)其進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)梗塞區(qū)域的APT圖像上信號(hào)減低，且可在DW I圖像及病理解剖結(jié)果中得到驗(yàn)證，同時(shí)實(shí)驗(yàn)還獲得了病變區(qū)的pH圖像，幫助對(duì)缺血腦區(qū)pH變化進(jìn)行判斷，因而認(rèn)為APT技術(shù)在對(duì)急性腦缺血中存在存活細(xì)胞的區(qū)域的診斷中將能起到一定的作用。Sun等人[30]為了使這一技術(shù)更好地應(yīng)用于臨床，分析了在對(duì)患者進(jìn)行掃描時(shí)更好的成像參數(shù)，認(rèn)為使用連續(xù)波CEST(con tinuous-w ave CEST, CW-CEST)與脈沖波CEST(pulsed-CEST)掃描時(shí)，二者在最佳射頻能量與最大CEST對(duì)比方面擁有幾乎相等的效果，為此后將APT技術(shù)更好地應(yīng)用于臨床提供了一些信息。其后，Zhao等人[31]通過(guò)對(duì)急性卒中患者進(jìn)行研究，使得這一技術(shù)在卒中診斷的臨床應(yīng)用方面的價(jià)值得到證實(shí)。該研究認(rèn)為，由于發(fā)生急性卒中的腦區(qū)pH值降低，使化學(xué)交換的速率降低，因而其在APT圖像上的信號(hào)較低。根據(jù)APT信號(hào)的變化可以獲得腦區(qū)pH值變化及卒中發(fā)生情況等有效診斷信息。

除了在腦腫瘤及急性腦缺血疾病中的應(yīng)用外，有些科研工作者開(kāi)始了對(duì)這一技術(shù)在帕金森等疾病中的應(yīng)用探索。Li等人[32]通過(guò)對(duì)帕金森患者及正常人進(jìn)行APT(/CEST)掃描，發(fā)現(xiàn)帕金森患者黑質(zhì)區(qū)M TRasym的值顯著小于正常對(duì)照組(P=0.005)，這可能與帕金森患者多巴胺能神經(jīng)元的減少有關(guān)；而其蒼白球、殼及尾狀核區(qū)的MTRasym值顯著高于正常對(duì)照組，可能與累積增多的胞漿內(nèi)肽類(lèi)或蛋白有關(guān)。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了這一技術(shù)可以作為帕金森疾病非侵入性分子診斷的診斷指標(biāo)。同時(shí)王蕊等人的研究也證實(shí)了這一觀點(diǎn)[33-34]。

由此可見(jiàn)，在腫瘤、卒中等疾病的診斷與治療過(guò)程中，APT成像技術(shù)可以作為一個(gè)很好地輔助手段，幫助提高診斷的準(zhǔn)確性，同時(shí)由于不需要人工引入對(duì)比劑增強(qiáng)對(duì)比，又有著更加無(wú)創(chuàng)這一顯著優(yōu)勢(shì)。

3.2 NOE成像

近年來(lái)，研究者發(fā)現(xiàn)了將rNOE-CEST效應(yīng)用于成像的獨(dú)特意義，這一效應(yīng)將對(duì)APT技術(shù)成像產(chǎn)生一定的影響，同時(shí)也對(duì)以往的APT技術(shù)的成像效果提出了一些質(zhì)疑。目前這一效應(yīng)是當(dāng)下CEST研究的一大熱點(diǎn)，相關(guān)研究仍在不斷繼續(xù)，不同研究者的結(jié)論并不十分統(tǒng)一。

Zhou的團(tuán)隊(duì)[35]通過(guò)對(duì)這一效應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)，NOE信號(hào)在病變對(duì)側(cè)正常組織內(nèi)比在腫瘤組織要高，而腫瘤組織的APT信號(hào)比病變對(duì)側(cè)正常組織要高，認(rèn)為根據(jù)非對(duì)稱(chēng)性分析，NOE效應(yīng)降低了APT圖像的信號(hào)，但卻增強(qiáng)了APT圖像中病變對(duì)側(cè)正常組織與腫瘤組織之間的信號(hào)對(duì)比。

而其他研究者的結(jié)論卻與他們不盡相同。Zaiss等人[36]通過(guò)對(duì)多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，氨基化合物的CEST效應(yīng)并未使腫瘤組織與正常組織之間產(chǎn)生明顯的信號(hào)對(duì)比，然而NOE信號(hào)在腫瘤組織中出現(xiàn)了明顯的降低，因而認(rèn)為以往的CEST成像可能并未呈現(xiàn)單純的CEST效應(yīng)。此外Heo等人[9]則通過(guò)對(duì)不同級(jí)別的神經(jīng)膠質(zhì)瘤進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，NOE信號(hào)在腫瘤組織與正常腦組織之間有明顯的差別，在不同級(jí)別的膠質(zhì)瘤中也有明顯的差別，而APT圖像的信號(hào)無(wú)論是在腫瘤組織與正常組織之間還是不同級(jí)別的膠質(zhì)瘤中，均未呈現(xiàn)明顯的差別，然而MTRasym的值在腫瘤組織與正常腦組織之間存在明顯差別，認(rèn)為NOE效應(yīng)有可能對(duì)APT加權(quán)的MRI成像做出了極大的貢獻(xiàn)。

3.3 糖胺聚糖化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移

糖胺聚糖(glycosam inoglycan, GAG)是軟骨組織的重要組成成分，被認(rèn)為與人體的許多重要功能有關(guān)。許多軟骨類(lèi)疾病如骨關(guān)節(jié)炎及椎間盤(pán)突出，都被認(rèn)為與軟骨膠原纖維網(wǎng)的破壞及GAG的消耗有關(guān)。盡管已經(jīng)有一些方法，如延遲性釓增強(qiáng)MRI(dGEMRIC)、T1ρ、以及23Na MRI，可以檢測(cè)GAG的含量情況，但在使用方面都或多或少存在許多限制。

而由于每個(gè)GAG單元含有1個(gè)-NH基與3個(gè)-OH基，可以作為內(nèi)源性CEST對(duì)比劑，與水進(jìn)行質(zhì)子交換。因而Ling等人[37]首次嘗試了利用糖胺聚糖化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移(GagCEST)技術(shù)活體直接測(cè)量GAG含量及顯示GAG分布，并具有很高的靈敏度和特異度，可以成為輔助檢測(cè)以及評(píng)估軟骨成分的有力工具，并應(yīng)用于對(duì)椎間盤(pán)及關(guān)節(jié)軟骨的研究。

Haneder等人[3]在對(duì)腰背部疼痛的患者進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，與未退化的椎間盤(pán)相比，退化椎間盤(pán)中髓核的GagCEST值顯著降低。由于隨著形態(tài)學(xué)退化的發(fā)生，髓核中的GAG也同時(shí)損失，因而通過(guò)GagCEST技術(shù)檢測(cè)髓核中GAG的含量，可以幫助了解腰背部疼痛患者的椎間盤(pán)成分改變的狀況。Schleic與其合作者[38]利用這一技術(shù)研究膝關(guān)節(jié)軟骨成分，發(fā)現(xiàn)在膝關(guān)節(jié)的各個(gè)軟骨中，髕骨軟骨及滑車(chē)軟骨的MTRasym值較高，而股骨內(nèi)側(cè)髁軟骨及脛骨平臺(tái)外側(cè)軟骨的MTRasym值較低，證明膝關(guān)節(jié)不同軟骨所含GAG的量有所不同，臏骨軟骨及滑車(chē)軟骨GAG含量較高。提示將來(lái)可以將GagCEST作為顯示膝關(guān)節(jié)軟骨成分的成像手段，進(jìn)而對(duì)膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)炎的研究提供有用信息。

此外，Dula等人[39]在7 T場(chǎng)強(qiáng)下使用CEST敏感技術(shù)模擬優(yōu)化檢測(cè)了人類(lèi)乳腺APT和GAG羥基質(zhì)子遷移效應(yīng)，并發(fā)現(xiàn)這兩種技術(shù)可以在未來(lái)病理研究中作為評(píng)估健康乳腺纖維腺體組織成分的技術(shù)，且可靠性很高(可重復(fù)性＞90%)。

3.4 糖原化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移

糖原(glycogen)是哺乳類(lèi)動(dòng)物體內(nèi)葡萄糖的主要存儲(chǔ)形式，在全身的葡萄糖代謝中有著重要地位。某些罕見(jiàn)的遺傳疾病中會(huì)存在糖原的異常代謝，肥胖、胰島素抵抗及二型糖尿病等疾病狀態(tài)下，也會(huì)發(fā)生葡萄糖含量的異常。因此對(duì)活體內(nèi)定量測(cè)量糖原含量將有助于了解這些疾病狀態(tài)的病理生理學(xué)狀況。

van Zijl等人[4]首先利用糖原化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移(glycoCEST)技術(shù)檢測(cè)糖原含量。糖原分子所含羥基中的氫原子可以與水中氫原子發(fā)生交換，產(chǎn)生CEST效應(yīng)。通過(guò)對(duì)離體灌注的肝臟進(jìn)行CEST掃描，監(jiān)測(cè)其在加入胰高血糖素前后的糖原代謝情況，發(fā)現(xiàn)灌注胰高血糖素后，肝臟內(nèi)glycoCEST信號(hào)下降，證明這一技術(shù)對(duì)糖原含量起到一定的監(jiān)測(cè)作用。Chen等人[40]通過(guò)對(duì)大鼠及人體肝臟進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)食24 h后glycoCEST MTRasym值明顯降低。且在進(jìn)行CCL4中毒實(shí)驗(yàn)前后對(duì)鼠肝進(jìn)行g(shù)lycoCEST掃描，發(fā)現(xiàn)注射CCL4后鼠肝MTRasym值也顯著降低，證實(shí)glycoCEST技術(shù)對(duì)肝內(nèi)糖原含量的檢測(cè)有較高敏感性。

3.5 葡萄糖化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移

由于腫瘤組織對(duì)靠葡萄糖(glucose)無(wú)氧酵解產(chǎn)生能量的需求比正常組織要大，因而通過(guò)非侵入性的方法了解組織葡萄糖含量將能夠?qū)υ缙谠\斷腫瘤有所幫助。葡萄糖化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移依靠磁共振成像的方式，以其羥基中的氫質(zhì)子作為可交換的質(zhì)子，可以幫助實(shí)現(xiàn)對(duì)非標(biāo)記的葡萄糖的攝取情況進(jìn)行檢測(cè)，從而幫助實(shí)現(xiàn)腫瘤的診斷與鑒別。但這一方面的研究目前多在體外實(shí)驗(yàn)階段，希望可以有進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)將其價(jià)值在在體實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行證實(shí)。

Walker-Samuel等人[41]通過(guò)對(duì)兩種人類(lèi)腫瘤的異體種植模型進(jìn)行掃描，研究發(fā)現(xiàn)，glucoCEST可以幫助鑒別腫瘤類(lèi)型，且由于實(shí)驗(yàn)中[18F]FDG同位素顯像與glucoCEST成像的定量分析結(jié)果之間存在比較強(qiáng)的相關(guān)性，因而認(rèn)為glucoCEST可以作為一種潛在的[18F]FDG同位素顯像的替代檢查方法。由于[18F]FDG同位素顯像具有放射性而glucoCEST成像中沒(méi)有這一問(wèn)題，因而是一種有發(fā)展意義的成像方法。Chan與其合作者[6]的研究中也發(fā)現(xiàn)，在對(duì)其所用的兩種人類(lèi)腫瘤的體外模型進(jìn)行研究時(shí)，在葡萄糖灌注狀態(tài)(即輕微的高血糖狀態(tài))下，兩種腫瘤的glucoCEST信號(hào)均顯著增高，并認(rèn)為葡萄糖可以作為一種能夠通過(guò)代謝消耗的較好的對(duì)比劑應(yīng)用于腫瘤等疾病的研究。

3.6 谷氨酸、γ-氨基丁酸、肌酸及肌醇的化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移技術(shù)

谷氨酸(glutamate)、GABA、肌酸(creatine)及肌醇(myo-inositol, M I)均是人腦中重要的代謝物。谷氨酸與γ-氨基丁酸分別是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中常見(jiàn)的興奮性和抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，幾乎與腦內(nèi)所有的信號(hào)處理功能有關(guān)，同時(shí)其含量的多少也與許多中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關(guān)。肌酸與肌醇是與細(xì)胞能量代謝相關(guān)，在腦細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)供給方面發(fā)揮著重要作用。這些代謝物在腦內(nèi)含量的異常被認(rèn)為與癲癇、抑郁、阿爾茨海默癥等眾多疾病有關(guān)。利用CEST技術(shù)可以幫助了解這些代謝物的含量，可能會(huì)對(duì)疾病的臨床診療有所幫助，成為MRS技術(shù)之后又一定性、定量判斷腦內(nèi)重要代謝物質(zhì)含量的檢查方法。目前對(duì)于檢測(cè)這幾種物質(zhì)的含量所用的CEST技術(shù)的研究并不是很多，并且不是十分成熟，仍處于摸索階段。

Cai等人[42]利用谷氨酸化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移(GluCEST)技術(shù)對(duì)谷氨酸進(jìn)行成像，所得圖像上顯示的谷氨酸在人腦內(nèi)灰白質(zhì)中的分布與已經(jīng)公開(kāi)發(fā)布的代謝型谷氨酸受體亞型5的PET顯像結(jié)果分布比較一致。氫質(zhì)子磁共振波譜是顯示谷氨酸含量的特異性比較好的檢測(cè)，而實(shí)驗(yàn)中所得的灰白質(zhì)感興趣區(qū)的G luCEST比值與氫質(zhì)子磁共振波譜得到的谷氨酸濃度比值之間有很強(qiáng)的相關(guān)性，因而認(rèn)為G luCEST成像可以較好地顯示腦內(nèi)谷氨酸含量。而章桃等人[15]的研究證實(shí)體外實(shí)驗(yàn)中隨著γ-氨基丁酸濃度增高，其γ-氨基丁酸化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移(GABACEST)圖像信號(hào)也增高，并有望將這一結(jié)論在體內(nèi)成像中得到驗(yàn)證。Kogan及其合作者[43]則通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)輕微的足跖屈實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小腿后側(cè)肌群的肌酸化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移(CrCEST)圖像的信號(hào)較高，這與理論是一致的且與31P的磁共振波譜圖結(jié)果一致，證實(shí)CrCEST有顯示肌酸含量的作用，并認(rèn)為這一方法將可以進(jìn)一步在對(duì)人腦的研究中進(jìn)行利用。Haris等人[44]對(duì)肌醇化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移(M ICEST)技術(shù)進(jìn)行過(guò)研究，由于肌醇被認(rèn)為是膠質(zhì)細(xì)胞增生的標(biāo)志，并且被發(fā)現(xiàn)發(fā)生于早期阿爾茨海默病的病理學(xué)改變中，因而其量的改變可以幫助加深對(duì)阿爾茨海默病發(fā)生程度的了解，他們通過(guò)對(duì)APP-PS1轉(zhuǎn)基因小鼠模型進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)其腦內(nèi)M ICEST值比野生對(duì)照組高出50%，這與通過(guò)質(zhì)子光譜檢測(cè)的肌醇含量的結(jié)果是一致的，認(rèn)為M ICEST技術(shù)研究阿爾茨海默癥的一種潛在的非侵入性工具。

4 總結(jié)與展望

化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移技術(shù)以其獨(dú)特的非侵入性、可以利用人體內(nèi)的物質(zhì)作為天然對(duì)比劑、以及無(wú)輻射等優(yōu)點(diǎn)在最近幾年得到了廣泛的研究，并且因其成像原理靈活，容易變換，因而可以應(yīng)用于對(duì)許多不同物質(zhì)的檢測(cè)，應(yīng)用面也較廣。但由于這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)條件一般需要較高(往往高于3 T)的場(chǎng)強(qiáng)[41]，因而在一定程度上限制了其發(fā)展，且由于這一技術(shù)所成圖像就目前來(lái)看，空間分辨率仍舊較差，因而距應(yīng)用于臨床常規(guī)診斷序列還有一段距離。希望能夠通過(guò)不斷的發(fā)展和進(jìn)一步的研究，使這一序列可以應(yīng)用到更多的方面，同時(shí)也能夠更好地服務(wù)于臨床工作。

[References]

[1]Zhao XN. The study o f am ide proton transfer magnetic resonance im aging. China M edical Device Inform ation, 2015, (1): 17-21.趙旭娜. 氨基質(zhì)子飽和轉(zhuǎn)移磁共振成像方法研究. 中國(guó)醫(yī)療器械信息, 2015, (1): 17-21.

[2]Zhou J, Lal B, W ilson DA, et al. Amide proton transfer (APT) contrast for im aging of brain tumors. M agnetic Resonance in Medicine, 2003, 50(6): 1120-1126.

[3]Haneder S, Apprich SR, Schm itt B, et al. Assessm ent of glycosam inoglycan content in intervertebral discs using chemical exchange saturation transfer at 3.0 Tesla: preliminary results in patients w ith low-back pain. European Radiology, 2013, 23(3): 861-868.

[4]van Zijl PC, Jones CK, Ren J, et al. MRI detection of glycogen in vivo by using chemical exchange saturation transfer imaging (glycoCEST). Proc Natl Acad Sci U S A, 2007, 104(11): 4359-4364.

[5]Davis KA, Nanga RP, Das S, et al. Glutamate imaging (GluCEST) lateralizes epileptic foci in nonlesional tem poral lobe epilepsy. Sci Transl Med, 2015, 7(309): 161-309.

[6]Chan KWY, M cmahon MT, Kato Y, et al. NaturalD-glucose as a biodegradable M RI contrast agent for detecting cancer. Magnetic Resonance in Medicine, 2012, 68(6): 1764-1773.

[7]Sherry AD, Woods M. Chem ical exchange saturation transfer contrast agents for m agnetic resonance imaging. Annu Rev Biomed Eng, 2008, 10(10): 391-411.

[8]Desmond KL, Stanisz GJ. Understanding quantitative pulsed CEST in the presence of MT. Magnetic Resonance in Medicine, 2012, 67(4): 979-990.

[9]Heo H, Zhang Y, Lee D, et al. Quantitative assessment of am ide proton transfer (APT) and nuclear overhauser enhancement (NOE) imaging w ith extrapolated sem i-solid magnetization transfer reference (EMR) signals: App lication to a rat glioma model at 4.7 tesla. Magnetic Resonance in Medicine, 2016, 75(1): 137-149.

[10]Xu J, Yadav NN, Bar-Shir A, et al. Variable delay multi-pulse train for fast chemical exchange saturation transfer and relayednuclear overhauser enhancem ent MRI. M agnetic Resonance in Medicine, 2014, 71(5): 1798-1812.

[11]Bryant RG. The dynam ics of water-protein interactions. Annu Rev Biophys Biomol Struct, 1996, 25(25): 29-53.

[12]Vinogradov E, Sherry AD, Lenkinski RE. CEST: From basic princip les to applications, challenges and opportunities. Journal of Magnetic Resonance, 2013, 229(2): 155-172.

[13]Jones CK, Huang A, Xu J, et al. Nuc lear Overhauser enhancem ent (NOE) imaging in the hum an brain at 7 T. NeuroImage, 2013, 77(2): 114-124.

[14]Heo HY, Jones CK, Hua J, et al. Whole-brain amide proton transfer (APT) and nuclear overhauser enhancement (NOE) imaging in glioma patients using low-power steady-state pulsed chem ical exchange saturation transfer (CEST) im aging at 7 T. J Magn Reson Imaging, 2015. doi: 10.1002/jm ri.25108 [Epub ahead of print].

[15]Zhang T, Jia YL, Nie TT, et al. Study of a new m ethod for imaging of GABA based on chem ical exchange saturation transfer using a 7.0 T MR scanner. Chin J M agn Reson Imaging, 2015, 6(5): 385-389.章桃, 賈巖龍, 聶婷婷, 等. 7.0 T MR γ-氨基丁酸化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移成像的新技術(shù)研究. 磁共振成像, 2015, 6(5): 385-389.

[16]Zaiss M, W indschuh J, Goerke S, et al. Downfield-NOE-suppressed am ide-CEST-MRI at 7 Tesla provides a unique contrast in hum an gliob lastom a. M agnetic Resonance in Medicine, 2016. doi: 10.1002/m rm.26100. [Epub ahead of print].

[17]Zhou J, Payen JF, W ilson DA, et al. Using the amide proton signals of intracellular proteins and peptides to detect pH effects in MRI. Nat M ed, 2003, 9(8): 1085-1090.

[18]M cmahon MT, Gilad AA, Deliso MA, et al. New “multicolor”polypeptide diamagnetic chemical exchange saturation transfer (DIACEST) contrast agents for MRI. M agnetic Resonance in Medicine, 2008, 60(4): 803-812.

[19]Aime S, Delli CD, Fedeli F, et al. A paramagnetic MRI-CEST agent responsive to lactate concentration. Journal of theAmerican Chemical Society, 2002, 124(32): 9364-9365.

[20]Wu CM, Jin JY. Research progress of CEST agent in

MR imaging. Intertional Journal of M edical Radiology, 2009, 32(5): 475-477.

吳春苗, 靳激揚(yáng). 化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移類(lèi)對(duì)比劑在磁共振成像中的研究進(jìn)展. 國(guó)際醫(yī)學(xué)放射學(xué)雜志, 2009, 32(5): 475-477.

[21]Aime S, Carrera C, Delli CD, et al. Tunable imaging of cells labeled w ith MRI-PARACEST agents. Angewandte Chem ie International Edition, 2005, 44(12): 1813-1815.

[22]Farrar CT, Buhrman JS, Liu G, et al. Establishing the lysine-rich protein CEST reporter gene as a CEST MR imaging detector for oncolytic virotherapy. Radiology, 2015, 275(3): 746-754.

[23]Ren J, Trokow ski R, Zhang S, et al. Imaging the tissue distribution of glucose in livers using a PARACEST sensor. Magnetic Resonance in Medicine, 2008, 60(5): 1047-1055.

[24]Aim e S, Barge A, Delli CD, et al. Paramagnetic lanthanide(III) com plexes as pH-sensitive chem ical exchange saturation transfer (CEST) contrast agents for MRI applications. M agnetic Resonance in Medicine, 2002, 47(4): 639-648.

[25]Wu Y, Zhang S, Soesbe TC, et al. PH imaging of mouse kidneys in vivo using a frequency-dependent paraCEST agent. Magnetic Resonance in M edicine, 2015. doi: 10.1002/m rm. 25844. [Epub ahead of print].

[26]Yuan J, Chen S, King AD, et al. Amide proton transferweighted imaging of the head and neck at 3?T: a feasibility study on healthy hum an subjects and patients w ith head and neck cancer. NMR in Biomedicine, 2014, 27(10): 1239-1247.

[27]Zhou J, Blakeley JO, Hua J, et al. Practical data acquisition method for human brain tumor am ide proton transfer (APT) imaging. Magnetic Resonance in Medicine, 2008, 60(4): 842-849.

[28]Ohno Y, Yui M, Koyama H, et al. Chem ical exchange saturation transfer MR imaging: prelim inary results for differentiation o f m alignant and benign thoracic lesions. Radiology, 2015 Nov 20:151161. [Epub ahead of print].

[29]Park JE, Kim HS, Park KJ, et al. Pre-and posttreatment glioma: com parison of am ide proton transfer imaging w ith MR spectroscopy for biomarkers of tumor proliferation. Radiology, 2016, 278(2): 514-523.

[30]Sun PZ, Benner T, Kumar A, et al. Investigation of optimizing and translating pH-sensitive pulsed-chem ical exchange saturation transfer (CEST) imaging to a 3T clinical scanner. Magnetic Resonance in Medicine, 2008, 60(4): 834-841.

[31]Zhao X, W en Z, Huang F, et al. Saturation power dependence of am ide proton transfer image contrasts in human brain tumors and strokes at 3 T. Magnetic Resonance in M edicine, 2011, 66(4): 1033-1041.

[32]Li C, Peng S, Wang R, et al. Chemical exchange saturation transfer M R im aging of Parkinson’s d isease at 3 Tesla. European Radiology, 2014, 24(10): 2631-2639.

[33]Wang R, Li CM, Chen M, et al. Amide proton transfer MR im aging at 3.0 T of the basal ganglia in Parkinson's disease. Chinese Journal of Neurology, 2015, 48(1): 40-43.

王蕊, 李春媚, 陳敏, 等. 帕金森病患者基底節(jié)區(qū)的磁共振氨基質(zhì)子轉(zhuǎn)移成像研究. 中華神經(jīng)科雜志, 2015, 48(1): 40-43.

[34]Wang R, Li CM, Zhang C, et al. A preliminary study on amide proton transfer MR imaging at 3.0 T of the substantia nigra and red nucleus in parkinson diseas. Zhonghua Fang She Xue Za Zhi, 2015, 49(2): 81-84.

王蕊, 李春媚, 張晨, 等. 帕金森病患者黑質(zhì)和紅核的3.0 T MR氨基質(zhì)子轉(zhuǎn)移成像初步研究. 中華放射學(xué)雜志, 2015, 49(2): 81-84.

[35]Zhou J, Hong X, Zhao X, et al. APT-weighted and NOE-weighted image contrasts in glioma w ith different RF saturation pow ers based on m agnetization transfer ratio asymm etry analyses. Magnetic Resonance in M edicine, 2013, 70(2): 320-327.

[36]Zaiss M, W indschuh J, Paech D, et al. Relaxation-compensated CEST-MRI of the human brain at 7 T: Unbiased insight into NOE and am ide signal changes in hum an glioblastom a. Neuro Image, 2015, 112180-188.

[37]Ling W, Regatte RR, Navon G, et al. Assessm ent of g lycosam inoglycan concentration in vivo by chem ical exchange-dependent saturation transfer (gagCEST). Proc Natl Acad Sci U S A, 2008, 105(7): 2266-2270.

[38]Schleich C, Bittersohl B, M iese F, et al. Glycosaminoglycan chem ical exchange saturation transfer at 3 T MRI in asymptom atic knee joints. Acta Radiologica, 2015 Aug 7. pii: 028418511559881 [Epub ahead of print].

[39]Dula AN, Dewey BE, A rlinghaus LR, et al. Optim ization of 7 T chemical exchange saturation transfer parameters for validation o f g lycosam inog lycan and am ide proton transfer of fibroglandular breast tissue. Radiology, 2015, 275(1): 255-261.

[40]Chen SZ, Yuan J, Deng M, et al. Chemical exchange saturation transfer (CEST) MR technique for in-vivo liver imaging at 3.0 tesla. Eur Radiol, 2015 Sep 3 [Epub ahead of print].

[41]Walker-Samuel S, Ramasawmy R, Torrealdea F, et al. In vivo imaging of glucose uptake and metabolism in tumors. Nature Medicine, 2013, 19(8): 1067-1072.

[42]Cai K, Haris M, Singh A, et al. Magnetic resonance imaging of glutamate. Nature Medicine, 2012, 18(2): 302-306.

[43]Kogan F, Haris M, Singh A, et al. Method for high-resolution imaging of creatine in vivo using chem ical exchange saturation transfer. Magnetic Resonance in Medicine, 2014, 71(1): 164-172.

[44]Haris M, Singh A, Cai K, et al. M ICEST: A potential tool for

non-invasive detection of molecular changes in Alzheimer's disease. Journal of Neuroscience Methods, 2013, 212(1): 87-93.

Princip le and app lication p rogress of chem ical exchange saturation transfer (CEST) technique

YAN Shuang, LI M ing-li, JIN Zheng-yu*
Chinese Academy of Medical Sciences, Peking Union M edical College, Department of Radiology of Peking Union M edical College Hospital, Beijing 100730, China

Hydrogen protons, a component of many biological macromolecules like protein, glycosam inoglycan and glycogen, could be saturated by pre-saturated radio frequency pulses and exchanged w ith those hydrogen protons in the w ater, and then the measurement of these w ater molecule signals could reflect their content in the human body. This mechanism is the principal of a technique called Chem ical Exchange Saturation Transfer (CEST). Meanwhile, as there is a close relation between these molecules and the incidence of tumor and stroke, this technique could be used in the diagnosis and treatment. W ith regard to its noninvasive and nonradiative nature, CEST has become a research hotspot. Therefore, the purpose of this article was to review the principle and application progress of this technique.

M agnetic resonance imaging; Magnetization transfer; Chem ical exchange saturation transfer; pH image; Amide proton transfer

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：81171390)；十二五國(guó)家科技支撐計(jì)劃(編號(hào)：2012BA I23B06)；衛(wèi)生公益行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(編號(hào)：201402019)

中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院放射科，北京 100730

金征宇，E-mail: jin_zhengyu@163. com

2016-01-20

接受日期：2016-03-15

R445.2

A

10.12015/issn.1674-8034.2016.04.001閆爽, 李明利, 金征宇. 化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移技術(shù)原理及應(yīng)用進(jìn)展. 磁共振成像, 2016, 7(4): 241–248.

*Correspondence to: Jin ZY, E-mail: jin_zhengyu@163.com