磁共振－酰胺质子转移成像：从研究向实践，从宏观向分子的发展

磁共振（MR）成像原本用于反映氢质子的分布以及它们在水、脂中的相关物理特性；经过半个多世纪的发展，磁共振成像技术不断革新，不仅大幅缩短了成像时间，其应用的领域也在不断拓展。技术的革新源于实践的需求，而实践也能反过来促进并完善技术的发展。磁共振成像技术从较为单一的T1、T2加权成像，到后来的扩散、灌注以及磁共振波谱成像，现代的磁共振已成为名副其实的多模态成像。在这个发展过程中，每一项新技术的应用都影响了医学的实践。我们应用扩散成像反映组织的细胞密度，进而判断组织的良恶性；我们应用灌注成像判断组织血管新生，从而得知组织的活性；我们应用波谱成像，判定组织的代谢产物，进而进一步分析组织的类型。那么，下一个影响并改变医学实践的是什么样的技术？我们将目光转向了目前处于国际发展前沿并逐步应用于多项临床应用的磁共振技术——酰胺质子转移（amide proton transfer, APT）。

一、研究与实践并举，注重临床实用性

APT技术是化学交换饱和转移（chemical exchange saturation transfer，CEST）的延伸，它是迄今为止成功应用于临床且最有意义的CEST技术。APT成像最早由Zhou等于2003年提出，用于检测游离蛋白与多肽的酰胺质子交换。值得注意的是，Zhou等研究者并没有将这个技术止步于实验室，而是很快地将其应用于临床实践。考虑到肿瘤发生时，肿瘤组织的代谢水平增高，将合成更多蛋白产物，APT技术最先用于脑肿瘤的成像。如果只是回答APT能否对肿瘤进行成像，那么APT成像也不具有更高的价值。APT在脑肿瘤诊断中的价值在于，它对肿瘤的分级以及对放疗后改变与肿瘤复发的鉴别。肿瘤级别越高，其内蛋白质水平越高，蛋白质浓度与APT效应呈正相关，因此APT效应越强。放疗后改变和肿瘤复发在钆增强磁共振上虽都可强化，但两者反映的蛋白水平截然相反，在APT加权图中能明确显示，这在其他任何一种成像手段中都不能实现。肿瘤的分级对治疗和预后有重要意义，而鉴别放疗后改变和肿瘤复发也一直困扰临床医师，APT技术确实发挥了自身的价值，在临床实践中发挥了关键作用。APT技术的另一项重要应用则基于它反映组织pH值改变的特性。通过测定酰胺质子和水中的氢质子交换速率可评价pH值的变化。这是目前国际研究的又一热点，应用APT成像评价缺血性脑卒中。对于超急性期的卒中患者，APT成像不仅呈现了缺血区域，更重要的还在于它对"可挽救"组织的判定。在目前普遍认为"应用扩散及灌注成像确定半暗带并非准确手段" 的共识下，APT成像可谓"准确评价半暗带并决定治疗方案"的新希望。

二、宏观成像，反映分子活动

说到反映分子活动，则又得回到APT的原理。Zhou等采集不同频率脉冲下水的信号，获得一条曲线，称为Z谱，其两侧呈不对称峰图，以水峰为中心，距水峰＋3.5 ppm处为酰胺质子峰；于＋3.5 ppm处施加饱和脉冲后，该处水信号明显下降，提示酰胺质子饱和后，水信号下降，证明存在APT效应即酰胺质子与水的交换，通过探测水的信号，即可间接得出体内内环境的变化。在APT加权图上，我们观察到的是具体解剖部位的信号高低，而它所反映的正是该区域分子水平的改变。但目前的APT加权成像所反映的并非完全的APT效应。在应用非对称性Z谱成像中，＋3.5 ppm的APT效应虽是成像的主要基础，－3.5 ppm的NOE（nuclear overhauser enhancement）效应同样混杂于APT加权像中。将各种分子活动纯化分离，从而得到能够反映单一效应的宏观影像，过程虽然复杂，但绝非不能实现。此外，大家还总会问一个问题，那就是"APT成像能直接测量pH值吗？"。这是可能的。通过测量质子交换率，得到pH值是可行的，虽然人体组织的pH值测定受多因素的影响，但Zhou的团队已经开展了这项研究。

三、应用及前景

APT成像技术的应用目前主要集中在中枢神经系统。除了脑肿瘤及脑卒中的应用外，国内外学者也将其应用于评价儿童脑发育，缺血缺氧性脑病，以及老年神经退行性疾病。APT技术中枢神经以外的应用包括前列腺癌的评价，乳腺疾病的成像等。而更具开拓性的学者还将其应用于运动系统，如骨骼肌代谢活动的评价。

随着APT成像中各效应的分离，以及新的成像算法的应用，磁共振－APT成像终将成为同时展现宏观解剖和分子代谢的重要手段。联合不同的影像方法，进行多模态的综合评价，不仅为疾病的诊断提供更多有用的信息，对疾病的治疗以及预后都将带来重要的指导意义。