磁共振成像（MRI）是利用核磁共振（NMR）原理加上梯度磁場(chǎng)來(lái)探測(cè)發(fā)射的電磁波并繪制物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像的技術(shù)。MRI的原理可以簡(jiǎn)單概括為：根據(jù)需要將樣品分成幾層薄層。每一層都可以分成一個(gè)小體積，稱為體素。為每個(gè)體素校準(zhǔn)一個(gè)標(biāo)記，這個(gè)過(guò)程稱為編碼或空間定位。對(duì)某一層施加射頻脈沖后，接收并解碼該層的NMR信號(hào)，得到各體素的核磁共振信號(hào)。最后，根據(jù)體素與編碼體素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到體素信號(hào)的大小，并顯示在屏幕的相應(yīng)像素上。其中，信號(hào)大小用不同的灰度級(jí)別表示。信號(hào)大的像素亮度高，信號(hào)小的像素亮度低。這樣，就可以得到反映每個(gè)體素NMR信號(hào)大小的圖像，即MRI圖像。
MRI是近年來(lái)發(fā)展迅速的一項(xiàng)醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于各種疾病的發(fā)現(xiàn)和早期診斷。其中，磁共振成像造影劑是這一技術(shù)的重要組成部分。MR中的對(duì)比取決于質(zhì)子自旋密度，以及縱向（T1）和橫向（T2）弛豫時(shí)間（圖1），對(duì)比劑可以顯著增強(qiáng)T1加權(quán)或T2加權(quán)圖像。臨床上使用的釓螯合物縮短T1，從而增加了濃度依賴性的弛豫度r1（T1的倒數(shù)），從而在MR中產(chǎn)生增亮效果。或者，超順磁性氧化鐵納米顆粒可以縮短T2（增加r2），導(dǎo)致信號(hào)減少，從而產(chǎn)生變暗效果。另外還有一種來(lái)自磁場(chǎng)不均勻性的減相效應(yīng)，稱為T2，通常比T1短。
圖 1. 釓配合物與水的相互作用，導(dǎo)致水質(zhì)子松弛
磁共振成像造影劑
常用的MRI造影劑及其基本分類的總結(jié)如下：
• 釓基造影劑
基于釓（III）的造影劑分為三大類：細(xì)胞外液（ECF）造影劑、血池造影劑（BPCAs）和器官特異性造影劑。
• 錳基造影劑
錳增強(qiáng)MRI（MEMRI）使用錳離子（Mn2+），這種造影劑在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中有應(yīng)用。Mn2+通過(guò)鈣（Ca2+）通道進(jìn)入細(xì)胞，因此，這組造影劑可用于功能性腦成像。先前的一項(xiàng)MRI研究表明，氧化石墨烯納米片和氧化石墨烯納米帶的Mn2+碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合物是非常有效的MRI造影劑。
• 氧化鐵造影劑
氧化鐵造影劑有兩種：超順磁性氧化鐵（SPIO）和超小超順磁性氧化鐵（USPIO）。超順磁造影劑由氧化鐵納米顆粒的懸浮膠體組成。在成像過(guò)程中應(yīng)用時(shí)，它們會(huì)降低吸收造影劑的組織中T2信號(hào)的強(qiáng)度。SPIO和USPIO在一些肝臟腫瘤的診斷中取得了成功的結(jié)果。
這組造影劑的納米尺寸和顆粒形狀允許不同的生物分布和應(yīng)用，這是其他造影劑所無(wú)法觀察到的。目前，納米顆粒氧化鐵是臨床實(shí)踐中使用的一種流行且獨(dú)特的納米顆粒劑。然而，由于復(fù)雜的現(xiàn)代分子和細(xì)胞成像技術(shù)，使疾病特異性生物標(biāo)志物在微觀和分子水平上可見(jiàn)，其他納米顆粒作為潛在的MRI造影劑也得到了更多的關(guān)注。由于納米技術(shù)的巨大進(jìn)步，新型納米顆粒MRI造影劑已被開(kāi)發(fā)出來(lái)，其造影劑的造影劑能力以及其他功能得到了進(jìn)一步提高。
• 鐵鉑造影劑
與氧化鐵納米粒子相比，超順磁性鐵鉑粒子（SIPPs）具有顯著改善的T2弛豫特性。SIPP已被磷脂包裹，以創(chuàng)建多功能SIPP隱形免疫膠束，以特異性靶向人類前列腺癌細(xì)胞。據(jù)我們所知，這些造影劑仍在研究中，尚未在人體中進(jìn)行研究。
一般來(lái)說(shuō)，MRI造影劑有三種基本類型，根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。
1. 根據(jù)MRI造影劑的磁性中心，MRI造影劑可分為順磁性物質(zhì)、超順磁性物質(zhì)和鐵磁性物質(zhì)三大類。
2. 根據(jù)藥代動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，MRI造影劑可分為以下三類：非特異性細(xì)胞外造影劑、細(xì)胞結(jié)合及細(xì)胞內(nèi)造影劑、血池造影劑。
3. 根據(jù)造影劑是否帶電荷，順磁共振成像造影劑可分為以下兩種：非離子造影劑和離子造影劑。
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