北京市治疗白癜风最好的医院 https://jbk.39.net/yiyuanzaixian/bjzkbdfyy/bdf/化学交换饱和转移成像(chemicalexchangesaturationtransfer，CEST)是一种新型磁共振成像技术，严格意义上来说，它是一种磁共振增强技术。与其他常规MR成像技术相比，CEST技术可以利用非对称分析公式计算出非对称性磁化转移率(magnetizationtransferratioasymmetry，MTRasym)，利用该转移率可以分析被检物质的浓度和相关疾病的进展[1]。CEST最早由Ward等[2]于年提出，此技术可定量检测多种代谢物的生化成分，目前已应用于肿瘤、脑卒中、膝关节炎及椎间盘退变等疾病的临床诊疗评估，尤其在肌骨系统相关疾病的早期诊断方面具有很大的应用前景。因此，本文旨在对CEST技术的概念及基本原理、测量指标及其在肌骨系统方面的应用进行综述，以加深对CEST技术在肌骨系统应用的理解。
1CEST技术的基本概念及原理
CEST技术是在磁化传递技术(magnetizationtransfer，MT)的基础上发展而来的，它是一种新型磁共振成像技术。这项技术是利用特定的饱和脉冲，对特定大分子中氢质子进行充分预饱和，饱和后的氢质子可与周围自由水中低能氢质子进行化学交换，使得自由水中氢质子部分饱和，在常规的MR扫描中，饱和质子无法产生共振，因而无法采集到信号，导致自由水质子磁共振信号的降低。通过测量信号变化差值，可以间接反映大分子浓度和人体组织的相关信息。CEST技术包含两个过程即化学交换过程和饱和转移过程。化学交换是指自由水中的氢质子和大分子中的饱和氢质子会不停的发生交换而处于动态平衡中；饱和转移是指由于自由水中饱和氢质子不断富集使自由水磁化强度降低，从而引起了自由水信号强度衰减[3]。
目前“两池”交换模型是CEST较为经典的原理模型[4]，即将生物组织中自由水和大分子分别划分为“自由池”(free，large，orliquidpoor)和“溶质池”(restricted，small，ormacromlecularpoor)。人体中存在大量自由水且自由水信号强度高，因此常规MR图像采集到的信号都是“自由池”信号。通过对“溶质池”施加频率选择性饱和脉冲，使与磁场方向相同的溶质质子自旋数目和与磁场方向相反的溶质质子自旋数目相等，导致溶质质子净磁化强度为零，最终结果是采集不到这部分溶质质子MRI信号。溶质池的饱和质子会以一定的交换率与自由池的不饱和质子进行交换，导致自由水池中饱和质子不断积累，最终引起自由水池信号的降低，其降低程度与“溶质池”浓度成正比。由于“溶质池”浓度较小，信号较低，常规MR图像很难直接观察到，而不间断的饱和转移实际是起到了放大器作用，使得低浓度的“溶质池”信息可以被检测得到。
2CEST信号测定
CEST信号测定是通过Z谱(Z-spectrum)图实现的，对于CEST分析，最常用的度量是MTRasym。饱和传递效应可通过Z谱评价，并用MTRasym定量表示。将饱和频率作为横轴，饱和后的信号强度标准化(Ssat/S0)后作为纵轴，规定水峰为0ppm，假设不存在MRgagCEST效应，施加不同频率的预饱和脉冲得到的Z谱应该关于水峰点左右对称(即只由直接水饱和效应和半固体常规MT效应引起)，但实际上由于存在CEST效应，Z谱在特定饱和频率处左右两边是非对称的，所以通过测量Z谱中特定频率处左右对称点的Ssat/S0差值即可反映MRgagCEST效应，公式如下。
MTRasym=[Ssat(-ω)-Ssat(ω)]/S0
上式中，Ssat为施加饱和脉冲后不同偏置频率的采集信号强度，S0为施加饱和脉冲时的信号强度。Δω为自由水氢质子饱和频率的偏移值。
3CEST对比剂的分类
CEST对比剂可分为内源性对比剂和外源性对比剂两大类。内源性是利用人体本身存在的大分子物质作为天然对比剂，而外源性CEST对比剂是引入与水分子固有频率存在差值的物质，以形成较好的CEST对比[5,6]。外源性CEST对比剂主要包括反磁性CEST对比剂和顺磁性CEST对比剂。内源性CEST对比剂主要包括酰胺类CEST、胺类CEST、羟基类CEST。在酰胺类CEST中，应用最多的是酰胺质子转移(amideprotontransfer，APT)技术，目前主要用于脑卒中和肿瘤方面，对于在其他系统疾病的应用也在不断地研究中[7]。谷氨酸(Glu)和肌酸(Cr)作为CEST成像的两种主要含胺基的代谢物，已分别用于中枢神经系统和肌肉系统疾病的定量评估[8]。羟基类的CEST主要包括糖胺聚糖(glycosaminoglycan，GAG)和糖原两种含羟基的代谢物。研究表明，关节软骨中GAG的含量是评价膝关节软骨的重要生物标记物，且GAG含量的降低是评价早期骨关节炎(osteoarthritis，OA)的有效指标[8]。
4CEST技术在肌骨系统的应用、存在问题及展望
4.1CEST技术在膝关节的应用
4.1.1MRgagCEST在膝OA的应用
膝OA是最常见的慢性退行性疾病之一且病程发展呈不可逆性[9]。膝OA的主要特征是软骨中GAG的大量丢失，同时伴随有胶原纤维的破坏和胶原基质的解体，以及水分含量的轻微增加[10]。关节软骨的功能实现是基于它的两个主要构成部分：细胞和细胞外基质。细胞由负责产生和保存细胞外基质的细胞-软骨细胞组成，其中软骨细胞占正常关节软骨体积的10%。细胞外基质是由水(高达70%)和大分子组成，主要成分是胶原和蛋白多糖/GAGS[11]。膝OA的早期会有软骨成分的生化改变，常规的MR成像技术无法做到对软骨生化成分改变的定量计算与评估，因此临床中膝OA的发现往往已经到了晚期阶段，而糖胺聚糖化学交换饱和转移成像技术(glycosaminoglycanchemicalexchangesaturationtransfer，gagCEST)可以对膝关节的软骨生化成分进行定量测量，可为疾病的超早期发现和诊断提供依据。
MRgagCEST的优势是理论上对GAG内容具有很高的选择性，无需使用外源性对比剂或专门的线圈或硬件[5]。目前用于MR软骨成分定量的技术还有T1ρ、钆延迟增强扫描(dGEMRIC)、23Na-MRI等，这些技术都能完成对GAG含量的测量，但也都各自存在一些问题，比如：钆增强延迟扫描需要使用Gd剂，对于有对钆剂使用禁忌证的人群(肾功能不全者)不能使用，并且延迟扫描需要等待更长的时间。T1ρ成像也可用于GAG检测，其利用水分子与组织内大分子的相互作用进行T1ρ成像，可直接测定GAG含量，但特异性较低[12]，因为软骨中的钠MRI信号比质子信号低约倍，并且表现出非常快的弛豫，这需要特定的超短回波时间(ultrashortechotime，UTE)采集序列，所以利用23Na-MRI获取数据具有一定的挑战性[10]。相比于以上的其他几项技术，MRgagCEST作为一种采用内源性对比剂的技术，无需注射任何对比剂，无需患者等待过长检查时间，无创且安全，同时对于硬件(如线圈)无特殊要求，可操作性高。
4.1.2MRgagCEST对软骨修复术后的评价
软骨修复术后如何准确的评价其修复效果一直是临床医生和患者共同
