電子順磁共振成像及其生物醫(yī)學應用

1、國外醫(yī)學生物醫(yī)學工程分冊l999年第22卷第6期Comput，1996，34：346～35013HolderDSElectricalimpedancetomographyofglobalcerebralischaemiawithcorticalorscalpelectrodesLntheanaestherisedratClinics1PhysicsandPhysiologicalMeasurement，1992，l3：87～9814Ba

2、xterAJ，Mangnal[YE，Browneta1Eva[uationofappliedpotentia[tomographyasanewnon—invasivegastricsecretiontestGUT，l988，30：1730～l73515SmallwoodRH，NourSMangnalleta1Impedanceimagingandgastricmoti[ityIn：HoMerDSedClinicalandPhysiolo

3、gica[ApplicationsofE[ectrica[ImpedanceTomography，UCLPres$London，199316KoterCJEITimagereconstructionusingsen—sitivitycoefficientweightedbackprojectionPhysiologicalMeasurement，1992，15：125～13617WatanabeR，Kotour~H，MorishitaY

4、CTanal—ysisoftheuseoftheelectricalimpedancetechniqHetoestimate1OCa1~edemantheextremitiesinpatientswithlymphaticobstructionMedBio[EngComput，1998，36：60~64l8YangminKimImpedancetomographyanditsapplicationindeepvenousthrombos

5、isdeteelionIEEEEngMedBiolMaga~ne，1989，1：46～52(收稿日期l999～06—29)電子順磁共振成像及其生物醫(yī)學應用r3吖型、軍事醫(yī)學科學院放射醫(yī)學研究所國家生物醫(yī)學分析中心自由基與順磁實驗室(100850)呂維雪審摘要本文論述了電子順磁共振成像(EPRD方法以廈近年來該方法在生物醫(yī)學研究領域的應用現(xiàn)狀、存在問題與展望。目前適于生物樣品的EPRI方法主要工作在L波段微波或射頻波段。成像信號主要依賴于

6、外濰性穩(wěn)定的白旋標記物、捧針或NO白旋加合物。成像多以小體積動物(大鼠或小鼠)為模型?？裳芯咳R些病理、生理過程覆體內藥物代謝特性。成像對象涉及臟、腦、肝、腎、胃、胸腔、腹腔及皮膚等。體內成像分辨率可4、于02ram。實現(xiàn)對生物體內源性順磁物質的成像廈進一步加大成像體積是該領域要解決的主要問題。關鍵詞電子順磁共振體內成像1引言電子順磁共振(EPR)渡譜法作為檢測和分析生物自由基的最有效手段，已被廣泛應用于生物醫(yī)學研究的許多方面。隨著自由基

7、奉文由國家自然科學基金資助(29935080)334o生物醫(yī)學研究的深入開展人們不僅需要了解各種生物活性自由基的性質與產額，而且還希望了解自由基等順磁性物質在生物體特定組織、器官中或在生物整體中的空問分布情況以及它們在機體內代謝過程中不同區(qū)域維普資訊國外醫(yī)學生物醫(yī)學工程分冊1999年第22卷第6期譜線超精細分裂的影響，提高成像精度到02ram或更低，從而可分辨出左、右動脈及動脈分枝點升冠狀動脈及曲冠狀動脈等更精細的心臟結構_s。利用可控

8、周期采樣EPRI方法，通過外部刺激來穩(wěn)定心跳周期刺激信號同時控制采樣周期時序，在每個心跳周期內進行16次或32次成像采樣，可克服心臟的規(guī)律性跳動帶來的干擾，實現(xiàn)對正常搏動的活體心臟實時成像口這種方法可以獲得心肌中自由基分布的時間依賴關系以及在心搏周期中心臟結構的改變信息。心臟的成像還證實了在心臟截扎損傷過程中，心肌中自由基的清除與轉移的動態(tài)過程在不同的心肌區(qū)域存在差別。。用Fe(MGD)。為搏捉劑對心臟中No分布的3DEPRI，顯示出N

9、o在截扎過程中產生于整個心臟區(qū)域，并可呈現(xiàn)心臟外形輪廓、右心室及左心室、心肌內膜表層和心室腔。動態(tài)觀察還顯示產生NO最多的位置是在心肌中部，而后向左心室內膜及外層擴展。右心室心肌中產生的No濃度比左心室要低4倍至5倍J。雖然核磁共振成像(MRI)方法及x線CT法已實際應用于腦部成像，但從原理上看，EPRI應比MRI有更好的分辨率，產生成像信號的物質及所獲得的信息也將更多。例如，它除了可從結構上對大腦成像，還可利用自旋探針對腦中不同區(qū)域氧

10、分壓、pH值或NO分布進行成像。YoshimuraT等用Fe—DECS為捕捉劑在L波段獲得了大鼠腦中NO分布的EPR1，但因為Fe。一絡臺物型NO加臺物的EPR波譜較寬(約046mT)，所以其成像分辨率在6ram左右。為了探求可有效進入腦部的標記物類型，HiramatsuM等在L波段對活體大鼠腦部進行斷層掃描EPRI(EPR—CT)，比較了脂溶性標記物16DS與水溶性的PCA通過血腦屏障的情況1。結果PCA只存在于顱腔而不能進入腦部，而

11、16DS則在腦皮層、海馬層、中腦、腦橋髓質、延髓、小腦、基底神經節(jié)336線粒體、大腦突觸體等部位均有分布。IshidasI用710MHz射頻段對大鼠頭部的3DEPRl也證實了PCA不能進入腦部他們采用水平及垂直兩個方向的斷層影像和高強度梯度磁場(1mT／cm)使每個縱向斷層厚度為15ram，另一種可透過血腦屏障的氮氧自由基標記物為PCAM，YokoyamaH用700MHz射頻段EPRI研究了PCAM在腦中不同區(qū)域的衰減特性1得到了腦不同

12、區(qū)域對外源自由基的清除規(guī)律除心、腦以外對實驗動物的基它器官、組織如肝臟、腎、胃以及腹腔、胸腔的EPRI研究近年來也屢有報導’””】。由于微波可有效穿透皮膚組織，所以皮膚的在體EPRI是一個較好的生物學實驗模型。FuchsJ等在皮膚病理學研究中嘗試了用EPRI結合自旋結合，對皮膚中紫外透導的活性氧自由基的代謝規(guī)律及皮膚細胞的理化特性進行了分析]。用梯度調制場EPRI方法對無毛小鼠皮組織的1D和2DEPRI的點分辨率為25#m，信號來源為穩(wěn)

13、定的二特丁基氮氧自由基。從結構特點來看，更適合于對皮膚實現(xiàn)成像的方法應是適于表面成像的掃描顯微EPRI法J借助于某些自旋探針對生物體內微環(huán)境極敏感的特性，EPRI技術還被用來分析生物體內某些理化特性的空間差別。例如以咪唑類氮氧自由基為pH探針，其超精細分裂常數的變化在pH為2～8范圍內敏感，用之對動物模內的pH值進行三維無損檢測的方法，可望應用于活體動物。體內或器官中的氧濃度也是一個成像的對象，利用氮氧自由基在體內的還原速率與其周圍的氧