磁共振pH成像—揭秘脑组织缺氧缺血后微环境的变化
背景近年来因缺氧缺血性脑病死亡的新生儿人数正在逐渐上升，并且即使治愈后，仍然有百分之二十到百分之三十的患者会留有不同程度的神经系统后遗症。进一步了解新生儿缺氧缺血性脑病，为治疗加一层保障是势在必行的。
化学交换饱和转移技术（简称CEST）在其二十多年的发展历程中，涌现出很多临床应用以及尝试，其中最为大家熟知的当属酰胺质子传递（AmideProtonTransfer）在肿瘤中的研究应用。除肿瘤研究外，CEST在大脑组织发生缺氧时（即在缺氧缺血性脑病-HIE和脑卒中-Stroke中）也具有极大的临床应用价值。当脑组织处于缺氧的环境时，其所需能量从原来的葡萄糖有氧氧化变为依赖于无氧酵解，则产生乳酸堆积并进一步抑制葡萄糖代谢加剧细胞内酸中毒，脑组织酸碱平衡遭到破坏。作为为数不多的体内pH值定量MR技术，31PMRS由于空间分辨率低，扫描时间较长，临床应用受到限制。pH值作为影响CEST信号大小的重要因素，如何能从CEST信号反推组织的pH值大小，进而反映疾病进展，是当下一个研究热点。
●PART/01●APT测量pH值APT技术创始人周进元教授首先提出用APT测量pH值变化，APT是研究位于Z谱相对于水的共振频率偏移3.5ppm化合物的CEST技术，主要用于探测蛋白质和多肽等物质的浓度，其信号值的大小主要取决于酰胺基上的氢质子和水中氢质子的交换速率。而这个交换速率又受蛋白质浓度、pH值大小和温度等因素的影响，在物质浓度和温度假定不变的情况下，APT值的大小可反映pH的变化，因此可用于探测缺氧缺血时颅内微环境的变化。下面请看两个研究实例：
●新生猪缺氧缺血脑损伤模型●在这个新生猪缺氧缺血的脑损伤模型中，APT值在损伤2h后迅速降低，然后逐步升高，在48-72h后恢复到对照组APT值大小。研究同时采用1HMRS监测乳酸含量，APT值与乳酸含量呈负相关。
●新生儿缺氧缺血性脑病HIE●在一个用APT评估轻度缺氧缺血性脑病（HIE）的研究中，选取了多个脑区作为ROI，并比较了HIE组和健康对照组的APT值差异：结果显示在双侧尾状核，丘脑，半卵圆中心和左侧苍白球及壳部HIE组APT值显著升高。且健康对照组中，多个脑区的APT值大小与胎龄呈正相关，HIE组则无此趋势。
●PART/02●CEST测量pH值缺氧缺血引起的脑组织pH值的改变，还可以直接用CEST技术进行pH成像，目前主要有三种方法：比率法，通过测量交换率对pH进行量化，以及内源性胺与酰胺浓度独立检测法（AACID）进行成像。比率法需要注射外源性对比剂，交换率的测量方法较为复杂。其中，AACID方法无需对比剂，且还具有不受化合物浓度、T1和T2弛豫、MT效应以及温度（一定范围内）这些因素干扰的优点，其原理是利用2.75ppm处氨基（amine）和3.5ppm处酰胺基（amide）的CEST信号进行pH值的计算。
图A-D和F-I是小鼠大脑中动脉闭塞（左侧）后2h和4h的T1W，T2W，DWI和pH图，E为患侧（红色）和对侧（蓝色）Z谱，J为TTC染色结果。从A-C可以看到，2h后的结构相和DWI并无明显改变。F-I显示4h后结构像依旧没有明显变化，DWI呈现稍高信号。D和I在2h和4h后显示明显的pH值降低，并得到了病理结果的证实。
小结CEST效应对pH值变化敏感。目前研究表明CEST作为一种无创的磁共振成像技术可间接或直接的反映缺氧缺血后脑组织环境酸碱平衡的变化，为组织代谢和疾病的进展提供重要信息。
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