釓元素對比磁共振造影劑Gd-DTPA的原理及應用

釓對比劑的原理

釓(Gd)元素螯合物是所有磁共振造影劑中使用較廣泛的。由于其獨特的電子結構，Gd3+具有7個不成對電子，這些電子與質子一樣為偶極子，具有磁矩，其磁矩約為質子的657倍。Gd具有很強的順磁性。順磁性是某些材料的固有屬性，當置于外部磁場中時會暫時磁化。事實上，Gd是室溫下僅有的四種可以磁化的元素之一(另外三種是鐵、鎳和鈷)。Gd強大的順磁性使其作為磁共振造影劑非常有用。在磁共振圖像中沒有直接看到釓的存在，但通過促進附近氫質子的弛豫間接地顯示了它的存在。Gd優先縮短其積累的組織中的T1值，使其在T1加權圖像上變亮。順磁性可能存在于很大的范圍內--從亞原子到原子再到整個分子。核順磁性是造成核磁共振現象的一種形式，除了在原子核的附近，它是**微弱的。它在確定整個原子(如釓)的總體順磁性質方面作用很小，甚至沒有作用。釓化合物表現出的順磁性形式來自電子，而不是質子，被稱為居里順磁性。由于電子具有相同的自旋，在無順磁性物質的情況下，組織的T1、T2馳豫時間是由質子之間的偶極子-偶極子相互作用，形成局部磁場波動所引起的，在有不成對電子的順磁性物質（如釓）存在時，由于電子的磁化率是質子的657倍，從而產生巨大磁場波動，所以它們的旋磁比是質子的657倍。結果造成T1和T2馳豫時間縮短。如果這些電子在殼層或成鍵軌道上保持不成對，不平衡的自旋就會產生一個強大的磁矩，能夠在附近的原子核中誘導核磁弛豫。這就是釓等元素所具有的塊狀順磁性的根源。釓在元素周期表上的原子序數為64。它在鑭系元素中占有中心地位。

鑭系元素是一種稀土金屬，其化學分類是因為它們擁有部分填充的電子內殼(4f和5d層)。元素周期表Gd中性Gd原子的電子結構如圖所示：

其4f亞殼層中的7個未配對電子，這解釋了該元素強烈的順磁性。在電離狀態下，Gd+3為成鍵提供了6s2和5d1電子，使其4f7電子殼層完好無損。因此，即使在造影劑配方中螯合到諸如DTPA的配體時，Gd的強大磁矩也在很大程度上保持不變，所以，釓的螯合物也有很強的順磁性，因此，可以做磁共振的造影劑。

釓對比劑的臨床應用

在釓造影劑濃度較低時，由于組織的T1馳豫時間較長，所以造影劑對組織的T1馳豫時間影響大，縮短了T1馳豫時間，在T1WI上含有對比劑的組織信號增高，即陽性增強效應，身體大多數部位增強利用的就是此效應，例如中樞神經系統的增強以及CE-MRA。

隨著釓造影劑濃度增加，T2縮短效應明顯，導致T2的增強作用掩蓋了T1的增強作用，這是采用T2WI或T2※WI成像時，含有對比劑的組織顯示為低信號，即陰性增強效應，又叫T2負性對比增強效應，例如臂叢神經成像。

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