化学交换饱和转移技术原理及应用进展

闫爽，李明利，金征宇

化学交换饱和转移技术原理及应用进展

闫爽，李明利，金征宇*

许多生物大分子如蛋白质、糖胺聚糖、糖原等，由于其内均含有氢质子，因而在进行磁共振扫描时通过对其施加预报和脉冲使其氢质子得到饱和，饱和的氢质子与周围水中的氢质子进行化学交换，通过测定水分子信号的变化，可以间接反映这些分子在人体内含量，化学交换饱和转移技术就是在这一原理的基础上应运而生的。而由于这些物质的含量变化往往与肿瘤、卒中等疾病的发生相关，利用这一技术可以对这些疾病的诊断与治疗提供诸多有用信息，并因这一技术具有无辐射、非侵入性等优势，已成为时下研究的一大热点。本文就该技术的原理和应用进展作一综述。

磁共振成像；磁化传递；化学交换饱和转移；pH成像；氨基质子饱和转移

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).

磁化传递(magnetization transfer, MT)成像是近年来推出的一项磁共振成像新技术，该技术通过物理方法增加图像对比度或制造一种新的对比。常规的磁共振成像(magnetic resonance im aging, MRI)主要是探测水中质子的浓度与磁化特性，而磁化传递成像技术主要用于探测生物体大分子信息[1]。化学交换饱和转移(chemical exchange saturation transfer, CEST)技术由磁化传递技术发展而来，并且迅速在临床研究中得到广泛应用，有着良好的发展前景。近几年研发的序列已经可以将这一技术用于对蛋白质[2]、糖胺聚糖[3]、糖原[4]、谷氨酸[5]以及葡萄糖[6]等分子的检测，并且均取得良好的实验结果。本文对这一技术的原理及近些年来其应用方面的进展综述如下。

1 基本原理

关于CEST技术比较经典的原理解释是两池模型[7]，包括自由水池(溶液池)与可交换池(溶质池)。通过对可交换池预先施加饱和脉冲(radio frequence, RF)，使可交换池中的氢质子得到饱和，进而与周围的自由水池中的氢质子进行化学交换，使水的磁共振信号降低，而通过测定水分子信号的变化，便可以间接获得大分子的浓度等信息[1]。由于大分子溶质的浓度一般较小(微摩或毫摩级)，因而不容易在常规MR图像上观察到信号，而不间断的饱和转移实际上起到了放大的作用，使得低浓度的溶质的相关信息可以被检测到。实现CEST的一个条件是溶质与溶液之间的固有频率差值(ΔCS)应该大于(或等于)化学交换的速率(K)，K＜ΔCS。两个自旋池之间的光谱线要相距较远、截然分开，即在对其中一池的光谱线做出调整时，将不会影响另一池。

最近几年，随着技术的发展以及算法的改进，有人提出了新的三池、四池模型以期更好地解释CEST的原理。三池模型主要是在两池模型的基础上引入第三池，即半固态池[8]；而四池模型中一种比较好的说法是在前三池的基础上再增加核奥氏效应(nuclear overhauser enhancement, NOE)质子池[9]。

在利用CEST技术对大分子物质进行在体检测与成像时，NOE效应在其中产生的影响不可忽视，而利用这一效应帮助检测大分子含量以及诊断疾病也具有良好的发展前景。组织内许多不能移动、交换的质子(多为脂肪族、烯类或芳香族基团所含的质子，这些基团可存在于蛋白质、肽类、代谢物及脂质当中)，可以通过经空间的偶极耦合效应，将饱和能量传递给邻近的水池中的质子，称为直接的NOE效应；也可以通过偶极耦合效应，将饱和能量传递给临近的可以移动、交换的质子，进而以类似于两池模型中化学交换的方式，与水池质子进行交换，实现CEST过程，因而称为中继的NOE-CEST效应(relayed-NOE CEST, rNOE-CEST)[10]。但由于在实际成像过程中，直接的NOE效应往往并不显著，因而以往研究者主要对rNOE-CEST效应进行研究。

为了更直观地了解可交换池，即溶质的化学交换特性，常常会绘制Z谱图，Z谱图的绘制主要是依靠标化后的水信号强度(Isat/I0)与饱和脉冲的偏共振频率[11]。同时在进行CEST分析时，一个常用的度量指标是非对称性磁化转移率(magnetization transfer asymmetry, MTRasym)，常用其值高低来表现CEST效应作用的大小，从而反映溶质的浓度。其计算公式为：MTRasym(ΔCS)=[I(-ΔCS)-I(ΔCS)]/I0；I0是指未施加预饱和脉冲时所得的图像信号强度，I(Δcs)是指施加预饱和脉冲后得到的信号强度，同时由于Z谱上关于水质子的对称性，所以若假定-Δcs处没有交换现象，用I(-Δcs)表示I(Δcs)对称频率处所得的信号强度[12]，则可以通过此公式得到溶质质子的CEST信息。然而由于体内成分复杂，磁场受到的干扰因素较多，如直接水饱和效应(direct w ater saturation, DS)及半固体池的常规MT效应(conventional MT contrast, MTC) 等，加之先前提到的NOE效应，非对称性分析的公式也应做出相应调整。由于DS效应可以通过洛伦茨差异性分析(lorentzian difference analysis, LD)进行消除，因而非对称性分析的公式可表达为：而在该公式中，MTC效应也可以通过调整场强强度及脉冲长度等参数来进行消除，从而仅剩所检测大分子的CEST效应及NOE效应所带来的影响，可以对这两者使磁共振信号发生的变化分别进行检测，同时计算出MTRasym，用来对被检物质浓度及疾病状况进行分析[13]。而在后续的许多研究中发现利用NOE效应成像以观察体内肿瘤等病变也有良好的价值，使其有可能成为许多疾病的新兴分子影像学研究手段[14]。由于被研究的溶质大分子不同，其所含的氢质子与水中氢质子之间的固有频率差值便有所不同，反映在Z谱图上便是施加不同偏共振频率(单位ppm)的预饱和脉冲时，可以观测到其相应的CEST效应，如氨基质子是在距离水3.5 ppm处观测到峰值CEST效应[2]，而溶质为γ-氨基丁酸(γ-am inobutyric acid, GABA)时则是在距离水2.75 ppm[15]处。因而通过选择不同频率的预饱和脉冲并优化射频饱和的方案，可以得到清晰的、特异反映该溶质浓度的CEST图像。此外，rNOE-CEST效应多主要在-3.5 ppm处观测到峰值[16]。

同时由于化学交换效应受到环境因素的影响，例如酸碱度、温度等，这也给这一成像技术的应用带来了更多的可能。通常来讲，化学交换速率随着温度的增加而增加，随着pH值的降低而降低。CEST效应对pH的变化尤其敏感，呈现对pH值较强的依赖性。因而可以利用CEST技术实现对体内pH值变化情况的检测，从而帮助对疾病的诊断[17]，称为pH成像。

为了便于理解，将相关原理绘制成示意图，见图1。

图1 CEST相关原理示意图。 A：两池模型的化学交换示意图；B：对溶质池施加相应的预饱和脉冲后发生CEST过程；C：Z谱图的示意图(含rNOE-CEST效应)；D：CEST或NOE图像示意图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 外源性对比剂的CEST成像

2.1 外源性CEST对比剂及其分类

在CEST技术发展之初，研究者们发现许多物质由于与水质子的固有频率之间具有差值ΔCS，因而将其引入研究体系内(如细胞、组织或动物体内)，将提供比较好的CEST对比。外源性的CEST对比剂主要分为两类，一类为反磁性CEST(diamagnetic CEST, DIACEST)对比剂[18]，另一类为顺磁性CEST (paramagnetic CEST, PARACEST)对比剂[19]。近些年，又出现一些脂质体CEST对比剂(lipoCEST)、纳米颗粒及超极化气体CEST对比剂(hy pe r CEST)等[12]。反磁性CEST对比剂主要是小分子，如糖类、氨基酸类、铵离子、杂环化合物等合成的CEST，由于其ΔCS较小，产生的CEST信号强度较差；顺磁性CEST主要由镧族元素合成，其ΔCS较高，可以有效地提高CEST对比[20]。 2.2 外源性CEST对比剂的应用

先前的研究者证实，外源性CEST对比剂可以在许多方面进行应用。例如可以用来进行细胞的标记。Aime等人[21]通过在7 T磁共振下，在对分别加入[Tb(do tam G ly)]和[Eu(dotam G ly)]两种PARACEST对比剂的细胞毛细管施加不同的预饱和脉冲进行扫描时，均分别显示出相应的CEST效应，认为不同CEST对比剂可以用来对不同细胞进行标记，并认为细胞可能是通过胞吞作用将对比剂引入细胞内部。

CEST报告基因也是引入外源性CEST对比相关研究中的一个热点，可以帮助了解被报告基因转染的细胞的代谢信息。2007年，Gilad等人首先设计出了一种CEST报告基因LRP，并通过对大鼠进行实验，在其体内观察到了LRP带来的CEST信号变化。Farrar等人[22]利用LRP报告基因技术，研究并构造了病毒载体—G47Δ溶瘤性HSV，插入LRP基因，形成最终病毒G47Δ-LRP并感染癌细胞，最终对从细胞中获得的蛋白溶解液进行CEST MR扫描，并通过动物实验对以上体外实验的实验结果进行验证。结果证实了G47Δ-LRP可以表达LRP基因并可以在癌细胞中进行复制，并确认证实LRP基因的表达并不影响病毒本身的复制以及CEST MR可以很好地显示溶瘤病毒中LRP基因的表达，使溶瘤病毒对癌细胞的感染可以通过直观的CEST图像进行呈现。

此外，CEST对比剂也可以用来辅助测定组织的代谢情况。Ren等人[23]通过将PARACEST类对比剂EuDOTAM-2M-2PB与葡萄糖结合，在4.7 T MR设备上显示了葡萄糖灌注的小鼠的肝脏影像，认为该PARACEST类对比剂起到了传感器与放大器的作用。

2.3 pH成像

人体内pH的变化有可能帮助反映肾小管性酸中毒或者卒中等诸多疾病状态，因而实现人体内pH成像，对人体内pH值进行监测，将可能对这些疾病的诊断提供帮助。

pH成像也是外源性CEST对比剂十分重要的一项应用，而由于外源性对比剂在人体内的实验会受到伦理等许多问题的限制，因而其这一应用的相关实验现多在动物体内完成。

Aime等人[24]系统研究了不同PARACEST对比剂在不同pH条件下的对比效果。研究发现Yb-DOTAM-G ly对比剂对pH的依赖性最强，而其最敏感的pH范围为5.5～8.1。Wu等人[25]通过研究发现，PARACEST对比剂在对健康小鼠肾脏的pH梯度进行成像时，具有良好的成像效果，pH图反映出健康小鼠的肾脏组织pH值范围为6.0～7.5。

随着近年技术的进展，内生性对比剂的CEST成像技术[如氨基质子饱和转移(am ide proton transfer, APT)技术]也可以用来实现pH成像，已在以动物为研究对象的实验中获得良好的实验结果，由于其不需引入对比剂，因而更加无创，可用于帮助对卒中等疾病进行研究，这一部分也将在下文APT成像技术中提及。

3 内生性对比剂的CEST成像

随着技术的发展，逐渐出现了不需要引入外源对比剂即可进行CEST成像的方式，即利用人体内本身存在的大分子物质作为天然CEST对比剂进行成像，这些技术变种的出现使这一技术更加无创，推动了将CEST技术应用于临床的进程。因而这些成像技术也是本文综述的重点。

3.1 APT技术

APT技术属于CEST技术的一种，也是目前研究最多、应用最广的一种。交换发生在蛋白质等分子所含的氨基质子与水中所含的氢质子之间，能够帮助探测出肿瘤组织或脑部核团等结构中轻微的蛋白质或肽类的浓度变化[26]。

Zhou等人[2]首先利用这一原理观察大鼠的神经胶质肉瘤，发现肿瘤组织的MTRasym值明显高于对照侧的正常组织；并对照APT技术的图像与T1、T2加权图像等常规MRI图像的差异，发现每一种加权图像上均有肿瘤组织显示，但是在APT图像上其边界范围更加清晰；认为肿瘤内的一些蛋白质及肽类含量增高，其内所含的可用于交换的氨基质子增多，因而显示出了APT对比，APT成像在显示肿瘤组织时有较高的敏感度和特异度。此后，他们又将这一结果在以患者为研究对象的研究中加以证实[27]，在对患有神经胶质瘤的患者进行检查时发现，肿瘤的核心区域的APT图像强度大于肿瘤周围水肿区；且随着肿瘤级别的增高，APT图像上的肿瘤信号强度也随之增高，认为为了更好地将肿瘤核心区域从瘤周水肿区中鉴别出来，并且为了对肿瘤的等级进行更好的判断。

Ohno等人[28]对13位胸部恶性病变和8位胸部良性病变的患者进行了APT扫描，发现恶性病变的MTRasym值显著高于良性病变，并且与肺癌相比，其他胸部恶性病变的MTRasym值更高，而就肺癌的两种类型而言，腺癌的M TRasym值显著高于鳞癌。由此可见APT技术可以帮助描述与鉴别胸部的结节与肿块的良恶性，甚至是对于肿块的病理学类型起到一定的提示作用。Park等人[29]通过对40名未接受治疗的胶质瘤患者和25名治疗后的胶质瘤患者进行核磁共振波谱分析(MR spectroscopy, MRS)及APT扫描，认为APT图像结果与MRS值之间有中等程度的关联性，并且在诊断准确性及阅片人之间的一致性上都比较好，是一种比MRS要好的判断肿瘤增殖的指标，特别是在对于治疗后的胶质瘤进行评估时，其优势更为突出。

但随着技术与算法的改进，特别是将rNOECEST效应用于成像以后，在APT成像对肿瘤及其分级诊断的意义方面也出现了一些争论，此部分将于后文对NOE效应成像进行叙述的部分进行阐述。

除去在肿瘤诊断方面的应用，Zhou的团队还发现[17]，由于pH值的高低影响交换速率的大小(随着pH值降低，交换速率减慢)，因而通过测定APT交换速率的大小可以反映pH值的高低。并通过建立大鼠的大脑中动脉堵塞模型对其进行扫描，发现梗塞区域的APT图像上信号减低，且可在DW I图像及病理解剖结果中得到验证，同时实验还获得了病变区的pH图像，帮助对缺血脑区pH变化进行判断，因而认为APT技术在对急性脑缺血中存在存活细胞的区域的诊断中将能起到一定的作用。Sun等人[30]为了使这一技术更好地应用于临床，分析了在对患者进行扫描时更好的成像参数，认为使用连续波CEST(con tinuous-w ave CEST, CW-CEST)与脉冲波CEST(pulsed-CEST)扫描时，二者在最佳射频能量与最大CEST对比方面拥有几乎相等的效果，为此后将APT技术更好地应用于临床提供了一些信息。其后，Zhao等人[31]通过对急性卒中患者进行研究，使得这一技术在卒中诊断的临床应用方面的价值得到证实。该研究认为，由于发生急性卒中的脑区pH值降低，使化学交换的速率降低，因而其在APT图像上的信号较低。根据APT信号的变化可以获得脑区pH值变化及卒中发生情况等有效诊断信息。

除了在脑肿瘤及急性脑缺血疾病中的应用外，有些科研工作者开始了对这一技术在帕金森等疾病中的应用探索。Li等人[32]通过对帕金森患者及正常人进行APT(/CEST)扫描，发现帕金森患者黑质区M TRasym的值显著小于正常对照组(P=0.005)，这可能与帕金森患者多巴胺能神经元的减少有关；而其苍白球、壳及尾状核区的MTRasym值显著高于正常对照组，可能与累积增多的胞浆内肽类或蛋白有关。这一实验结果证实了这一技术可以作为帕金森疾病非侵入性分子诊断的诊断指标。同时王蕊等人的研究也证实了这一观点[33-34]。

由此可见，在肿瘤、卒中等疾病的诊断与治疗过程中，APT成像技术可以作为一个很好地辅助手段，帮助提高诊断的准确性，同时由于不需要人工引入对比剂增强对比，又有着更加无创这一显著优势。

3.2 NOE成像

近年来，研究者发现了将rNOE-CEST效应用于成像的独特意义，这一效应将对APT技术成像产生一定的影响，同时也对以往的APT技术的成像效果提出了一些质疑。目前这一效应是当下CEST研究的一大热点，相关研究仍在不断继续，不同研究者的结论并不十分统一。

Zhou的团队[35]通过对这一效应的研究发现，NOE信号在病变对侧正常组织内比在肿瘤组织要高，而肿瘤组织的APT信号比病变对侧正常组织要高，认为根据非对称性分析，NOE效应降低了APT图像的信号，但却增强了APT图像中病变对侧正常组织与肿瘤组织之间的信号对比。

而其他研究者的结论却与他们不尽相同。Zaiss等人[36]通过对多形性胶质母细胞瘤的患者进行研究发现，氨基化合物的CEST效应并未使肿瘤组织与正常组织之间产生明显的信号对比，然而NOE信号在肿瘤组织中出现了明显的降低，因而认为以往的CEST成像可能并未呈现单纯的CEST效应。此外Heo等人[9]则通过对不同级别的神经胶质瘤进行研究发现，NOE信号在肿瘤组织与正常脑组织之间有明显的差别，在不同级别的胶质瘤中也有明显的差别，而APT图像的信号无论是在肿瘤组织与正常组织之间还是不同级别的胶质瘤中，均未呈现明显的差别，然而MTRasym的值在肿瘤组织与正常脑组织之间存在明显差别，认为NOE效应有可能对APT加权的MRI成像做出了极大的贡献。

3.3 糖胺聚糖化学交换饱和转移

糖胺聚糖(glycosam inoglycan, GAG)是软骨组织的重要组成成分，被认为与人体的许多重要功能有关。许多软骨类疾病如骨关节炎及椎间盘突出，都被认为与软骨胶原纤维网的破坏及GAG的消耗有关。尽管已经有一些方法，如延迟性钆增强MRI(dGEMRIC)、T1ρ、以及23Na MRI，可以检测GAG的含量情况，但在使用方面都或多或少存在许多限制。

而由于每个GAG单元含有1个-NH基与3个-OH基，可以作为内源性CEST对比剂，与水进行质子交换。因而Ling等人[37]首次尝试了利用糖胺聚糖化学交换饱和转移(GagCEST)技术活体直接测量GAG含量及显示GAG分布，并具有很高的灵敏度和特异度，可以成为辅助检测以及评估软骨成分的有力工具，并应用于对椎间盘及关节软骨的研究。

Haneder等人[3]在对腰背部疼痛的患者进行研究时发现，与未退化的椎间盘相比，退化椎间盘中髓核的GagCEST值显著降低。由于随着形态学退化的发生，髓核中的GAG也同时损失，因而通过GagCEST技术检测髓核中GAG的含量，可以帮助了解腰背部疼痛患者的椎间盘成分改变的状况。Schleic与其合作者[38]利用这一技术研究膝关节软骨成分，发现在膝关节的各个软骨中，髌骨软骨及滑车软骨的MTRasym值较高，而股骨内侧髁软骨及胫骨平台外侧软骨的MTRasym值较低，证明膝关节不同软骨所含GAG的量有所不同，膑骨软骨及滑车软骨GAG含量较高。提示将来可以将GagCEST作为显示膝关节软骨成分的成像手段，进而对膝关节关节炎的研究提供有用信息。

此外，Dula等人[39]在7 T场强下使用CEST敏感技术模拟优化检测了人类乳腺APT和GAG羟基质子迁移效应，并发现这两种技术可以在未来病理研究中作为评估健康乳腺纤维腺体组织成分的技术，且可靠性很高(可重复性＞90%)。

3.4 糖原化学交换饱和转移

糖原(glycogen)是哺乳类动物体内葡萄糖的主要存储形式，在全身的葡萄糖代谢中有着重要地位。某些罕见的遗传疾病中会存在糖原的异常代谢，肥胖、胰岛素抵抗及二型糖尿病等疾病状态下，也会发生葡萄糖含量的异常。因此对活体内定量测量糖原含量将有助于了解这些疾病状态的病理生理学状况。

van Zijl等人[4]首先利用糖原化学交换饱和转移(glycoCEST)技术检测糖原含量。糖原分子所含羟基中的氢原子可以与水中氢原子发生交换，产生CEST效应。通过对离体灌注的肝脏进行CEST扫描，监测其在加入胰高血糖素前后的糖原代谢情况，发现灌注胰高血糖素后，肝脏内glycoCEST信号下降，证明这一技术对糖原含量起到一定的监测作用。Chen等人[40]通过对大鼠及人体肝脏进行扫描，发现在进食24 h后glycoCEST MTRasym值明显降低。且在进行CCL4中毒实验前后对鼠肝进行glycoCEST扫描，发现注射CCL4后鼠肝MTRasym值也显著降低，证实glycoCEST技术对肝内糖原含量的检测有较高敏感性。

3.5 葡萄糖化学交换饱和转移

由于肿瘤组织对靠葡萄糖(glucose)无氧酵解产生能量的需求比正常组织要大，因而通过非侵入性的方法了解组织葡萄糖含量将能够对早期诊断肿瘤有所帮助。葡萄糖化学交换饱和转移依靠磁共振成像的方式，以其羟基中的氢质子作为可交换的质子，可以帮助实现对非标记的葡萄糖的摄取情况进行检测，从而帮助实现肿瘤的诊断与鉴别。但这一方面的研究目前多在体外实验阶段，希望可以有进一步的实验将其价值在在体实验中进行证实。

Walker-Samuel等人[41]通过对两种人类肿瘤的异体种植模型进行扫描，研究发现，glucoCEST可以帮助鉴别肿瘤类型，且由于实验中[18F]FDG同位素显像与glucoCEST成像的定量分析结果之间存在比较强的相关性，因而认为glucoCEST可以作为一种潜在的[18F]FDG同位素显像的替代检查方法。由于[18F]FDG同位素显像具有放射性而glucoCEST成像中没有这一问题，因而是一种有发展意义的成像方法。Chan与其合作者[6]的研究中也发现，在对其所用的两种人类肿瘤的体外模型进行研究时，在葡萄糖灌注状态(即轻微的高血糖状态)下，两种肿瘤的glucoCEST信号均显著增高，并认为葡萄糖可以作为一种能够通过代谢消耗的较好的对比剂应用于肿瘤等疾病的研究。

3.6 谷氨酸、γ-氨基丁酸、肌酸及肌醇的化学交换饱和转移技术

谷氨酸(glutamate)、GABA、肌酸(creatine)及肌醇(myo-inositol, M I)均是人脑中重要的代谢物。谷氨酸与γ-氨基丁酸分别是中枢神经系统中常见的兴奋性和抑制性神经递质，几乎与脑内所有的信号处理功能有关，同时其含量的多少也与许多中枢神经系统疾病有关。肌酸与肌醇是与细胞能量代谢相关，在脑细胞营养供给方面发挥着重要作用。这些代谢物在脑内含量的异常被认为与癫痫、抑郁、阿尔茨海默症等众多疾病有关。利用CEST技术可以帮助了解这些代谢物的含量，可能会对疾病的临床诊疗有所帮助，成为MRS技术之后又一定性、定量判断脑内重要代谢物质含量的检查方法。目前对于检测这几种物质的含量所用的CEST技术的研究并不是很多，并且不是十分成熟，仍处于摸索阶段。

Cai等人[42]利用谷氨酸化学交换饱和转移(GluCEST)技术对谷氨酸进行成像，所得图像上显示的谷氨酸在人脑内灰白质中的分布与已经公开发布的代谢型谷氨酸受体亚型5的PET显像结果分布比较一致。氢质子磁共振波谱是显示谷氨酸含量的特异性比较好的检测，而实验中所得的灰白质感兴趣区的G luCEST比值与氢质子磁共振波谱得到的谷氨酸浓度比值之间有很强的相关性，因而认为G luCEST成像可以较好地显示脑内谷氨酸含量。而章桃等人[15]的研究证实体外实验中随着γ-氨基丁酸浓度增高，其γ-氨基丁酸化学交换饱和转移(GABACEST)图像信号也增高，并有望将这一结论在体内成像中得到验证。Kogan及其合作者[43]则通过研究发现，通过轻微的足跖屈实验，发现小腿后侧肌群的肌酸化学交换饱和转移(CrCEST)图像的信号较高，这与理论是一致的且与31P的磁共振波谱图结果一致，证实CrCEST有显示肌酸含量的作用，并认为这一方法将可以进一步在对人脑的研究中进行利用。Haris等人[44]对肌醇化学交换饱和转移(M ICEST)技术进行过研究，由于肌醇被认为是胶质细胞增生的标志，并且被发现发生于早期阿尔茨海默病的病理学改变中，因而其量的改变可以帮助加深对阿尔茨海默病发生程度的了解，他们通过对APP-PS1转基因小鼠模型进行扫描，发现其脑内M ICEST值比野生对照组高出50%，这与通过质子光谱检测的肌醇含量的结果是一致的，认为M ICEST技术研究阿尔茨海默症的一种潜在的非侵入性工具。

4 总结与展望

化学交换饱和转移技术以其独特的非侵入性、可以利用人体内的物质作为天然对比剂、以及无辐射等优点在最近几年得到了广泛的研究，并且因其成像原理灵活，容易变换，因而可以应用于对许多不同物质的检测，应用面也较广。但由于这一技术的实现条件一般需要较高(往往高于3 T)的场强[41]，因而在一定程度上限制了其发展，且由于这一技术所成图像就目前来看，空间分辨率仍旧较差，因而距应用于临床常规诊断序列还有一段距离。希望能够通过不断的发展和进一步的研究，使这一序列可以应用到更多的方面，同时也能够更好地服务于临床工作。

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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

国家自然科学基金项目(编号：81171390)；十二五国家科技支撑计划(编号：2012BA I23B06)；卫生公益行业科研专项项目(编号：201402019)

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院放射科，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闫爽, 李明利, 金征宇. 化学交换饱和转移技术原理及应用进展. 磁共振成像, 2016, 7(4): 241–248.

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