铁氰化锰钾纳米对比剂对大鼠不同器官增强特性的MRI实验研究

发布时间：2017-09-17 00:13

  本文关键词：铁氰化锰钾纳米对比剂对大鼠不同器官增强特性的MRI实验研究

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【摘要】：目的:通过对铁氰化锰钾纳米颗粒表征、稳定性及磁性特征的分析,探讨铁氰化锰钾纳米颗粒的理化特征、磁性特征以及作为MR对比剂的可行性。方法:应用高分辨透射电子显微镜(TEM)观察制备的铁氰化锰钾纳米颗粒的大小、形态、表面特性;应用X射线粉末衍射仪测定铁氰化锰钾纳米颗粒的介孔结构和物相结构;应用0.55T核磁共振分析仪测定铁氰化锰钾纳米颗粒的纵向弛豫率rl;对不同浓度(浓度分别为0.96、1.92、3.83、7.67 mmol/L)的铁氰化锰钾纳米溶液进行体外MR成像,分析其浓度与磁共振T1信号强度变化的相关性。结果:制备的铁氰化锰钾纳米颗粒透射电子显微镜下呈正方体形,粒径大小均一,分散均匀;通过X射线粉末衍射及透射电镜电子能谱图分析测定其分子式为KMn[Fe(CN)6]2H2O;0.55T核磁共振分析仪测定该颗粒的纵向弛豫率r1为2.0184m M-1s-1;不同浓度的铁氰化锰钾纳米粒子T1加权像信号强度差异非常明显,随着浓度的增加,图像信号强度逐渐增加。结论:铁氰化锰钾纳米颗粒结构稳定、分散性好、具有良好的生物相容性,且纵向弛豫率较高,其浓度与磁共振T1信号强度具有明显的相关性,可作为高效的磁共振T1对比剂。目的:采用不同浓度的铁氰化锰钾纳米对比剂对大鼠不同器官(脑、心肌、肝脏及肾脏)进行磁共振增强扫描,分析各器官强化程度与对比剂浓度的关系,探讨铁氰化锰钾纳米对比剂的最佳注射浓度。方法:取健康雄性SD大鼠72只,随机分成六组,每组12只,用于分别注射不同浓度铁氰化锰钾纳米对比剂,每组中再随机分成2小组,每小组6只,用于扫描不同器官(1组进行脑部扫描,另1组进行心肌、肝脏及肾脏扫描)。经尾静脉注射不同浓度的铁氰化锰钾纳米对比剂,浓度分别为7.5mmol/L、15mmol/L、20mmol/L、30mmol/L、45mmol/L、60mmol/L,注射剂量为0.7ml/300g体重,注射前及注射后30min分别对大鼠不同器官进行TSE-T1WI序列扫描,采用单因素方差分析比较不同浓度对比剂增强后不同器官的信号强度(SI)、信噪比(SNR)及信号增强率(SER),两两比较采用最小显著差(LSD)法。采用配对样本t检(paired-samples t test)比较同一浓度脑室与脑垂体、肾皮质与肾髓质的SI、SNR及SER。结果:分别注射不同浓度(7.5mmol/L、15mmol/L、20mmol/L、30mmol/L、45mmol/L、60mmol/L)铁氰化锰钾纳米对比剂增强后,大鼠大脑皮质SI分别为:507.50±130.29、488.00±97.39、549.50±72.19、559.67±103.10、525.33±64.46、563.50±99.78;大脑皮质SNR分别为:20.21±2.31、19.37±1.57、23.61±3.39、22.92±3.66、24.02±5.25、22.50±6.20;大脑皮质SER分别为:0.24±0.15、0.20±0.17、0.45±0.15、0.42±0.28、0.49±0.36、0.40±0.37。各浓度对比剂对大脑皮质的强化均不显著,SI、SNR及SER两两比较P值均0.05,差异无统计学意义。不同浓度锰对比剂增强后脑室SI分别为:834.83±113.48、883.83±94.93、922.50±108.91、923.50±101.41、1024.83±127.94、890.67±124.63;脑室SNR分别为:20.42±6.55、23.20±2.05、29.77±4.74、33.44±5.50、34.73±7.06、22.96±2.93;脑室SER分别为:0.27±0.43、0.45±0.29、0.87±0.55、1.09±0.52、1.18±0.69、0.43±0.28。不同浓度锰对比剂增强后脑垂体SI分别为:836.83±77.02、846.00±84.24、878.33±97.81、928.17±87.61、1023.67±95.11、859.00±76.53;脑垂体SNR分别为:28.35±7.03、28.68±7.18、29.93±8.22、31.61±8.27、34.97±9.35、32.07±6.85;脑垂体SER分别为:0.52±0.30、0.54±0.31、0.60±0.36、0.69±0.36、0.87±0.40、0.72±0.31。45mmol/L浓度的对比剂对脑室及垂体强化最为显著,7.5mmol/L、15mmol/L、20mmol/L、30mmol/L、45mmol/L浓度对比剂脑室及垂体的SNR及SER均依次上升,45mmol/L达到峰值,而60mmol/L浓度的SNR及SER均下降。不同浓度锰对比剂脑室SI比较:45mmol/L组与7.5mmol/L、15mmol/L及20mmol/L组比较,P0.05,差异有统计学意义;不同浓度锰对比剂脑室SNR比较:7.5mmol/L、15mmol/L、60mmol/L组与20mmol/L、30mmol/L、45mmol/L、组两两比较,P值均0.05,差异均有统计学意义;不同浓度锰对比剂脑室SER比较:7.5mmol/L组分别与20mmol/L、30mmol/L、45mmol/L组比较,15mmol/L、60mmol/L组与30mmol/L、45mmol/L组两两比较,P0.05,差异有统计学意义。不同浓度锰对比剂脑垂体SI比较:45mmol/L组与7.5mmol/L、15mmol/L、20mmol/L及60mmol/L组比较,P0.05,差异有统计学意义;不同浓度锰对比剂脑垂体SNR及SER比较:P值均0.05,差异均无统计学意义。相同浓度锰对比剂脑室与脑垂体SI、SNR、SER比较:除60mmol/L组SNR的P值0.05,其余P值均0.05,无统计学意义。不同浓度铁氰化锰钾纳米对比剂增强后大鼠心肌SI分别为:488.50±177.76、793.17±223.19、888.50±146.51、908.33±78.79、949.33±76.76、837.67±87.33;心肌SNR分别为:26.86±3.45、29.26±3.49、29.54±3.29、30.18±4.90、32.11±5.00、27.41±4.88;心肌SER分别为:0.49±0.39、0.61±0.37、0.64±0.41、0.67±0.42、0.76±0.36、0.56±0.56。7.5mmol/L、15mmol/L、20mmol/L、30mmol/L、45mmol/L浓度锰对比剂增强后心肌的SI、SNR及SER均依次上升,其中45mmol/L浓度达到峰值,而60mmol/L浓度的SNR及SER均下降。不同浓度锰对比剂心肌SI比较:7.5mmol/L组分别与15mmol/L、20mmol/L、30mmol/L、45mmol/L、60mmol/L组比较,P值均0.05,差异有统计学意义;不同浓度锰对比剂心肌SNR比较:7.5mmol/L组与45mmol/L组比较,P0.05,差异有统计学意义,余各组两两比较P值均0.05,差异无统计学意义;不同浓度锰对比剂心肌SER比较:各组浓度两两比较P值均0.05,差异均无统计学意义。不同浓度铁氰化锰钾纳米对比剂增强后大鼠肝脏SI分别为:2588.67±389.30、2868.83±180.85、2828.83±206.11、2822.17±413.87、3212.50±284.09、2818.33±273.82;肝脏SNR分别为:33.63±7.32、36.77±9.72、37.51±4.32、37.57±8.22、46.13±6.72、35.14±4.70;肝脏SER分别为:0.40±0.43、0.52±0.48、0.56±0.31、0.60±0.56、0.98±0.67、0.51±0.50。7.5mmol/L、15mmol/L、20mmol/L、30mmol/L、45mmol/L浓度锰对比剂增强后肝脏的SI、SNR及SER均依次上升,其中45mmol/L浓度达到峰值,而60mmol/L浓度的SNR及SER均下降。不同浓度锰对比剂肝脏SI比较:45mmol/L组分别与7.5mmol/L、20mmol/L、30mmol/L、60mmol/L组比较,P0.05,差异有统计学意义;不同浓度锰对比剂肝脏SNR比较:45mmol/L组分别与7.5mmol/L、15mmol/L、20mmol/L、30mmol/L、60mmol/L组比较,P值均0.05,差异有统计学意义;不同浓度锰对比剂肝脏SER比较:各组浓度两两比较P值均0.05,差异均无统计学意义。不同浓度铁氰化锰钾纳米对比剂增强后大鼠肾皮质SI分别为:789.50±122.86、887.17±95.04、951.00±205.63、1020.50±197.42、1044.33±203.51、986.33±123.07;肾皮质SNR分别为:25.03±5.81、28.15±5.66、29.83±6.96、30.39±5.35、32.84±8.11、26.04±3.45;肾皮质SER分别为:0.32±0.38、0.49±0.41、0.56±0.33、0.60±0.38、0.70±0.31、0.37±0.23。肾髓质SI分别为:732.67±137.17、847.00±134.32、872.17±184.87、889.67±95.67、943.83±138.50、926.33±97.51;肾髓质SNR分别为:18.34±2.65、20.40±3.04、22.35±1.50、26.95±6.03、29.76±6.72、24.57±3.79;肾髓质SER分别为:0.03±0.20、0.14±0.13、0.26±0.12、0.53±0.43、0.66±0.30、0.38±0.26。7.5mmol/L、15mmol/L、20mmol/L、30mmol/L、45mmol/L浓度锰对比剂增强后的肾脏皮髓质的SI、SNR及SER均依次上升,其中45mmol/L浓度达到峰值,而60mmol/L浓度的SI、SNR及SER均下降。不同浓度锰对比剂肾皮质SI比较:7.5mmol/L组分别与30mmol/L、45mmol/L、60mmol/L组比较,P0.05,差异有统计学意义;不同浓度锰对比剂肾皮质SNR比较:7.5mmol/L组与45mmol/L组比较,P0.05,差异有统计学意义;不同浓度锰对比剂肾皮质SER比较,P值均0.05,差异无统计学意义。不同浓度锰对比剂肾髓质SI比较:7.5mmol/L组分别与45mmol/L、60mmol/L组比较,P0.05,差异有统计学意义;不同浓度锰对比剂肾髓质SNR比较:7.5mmol/L组分别与30mmol/L、45mmol/L、60mmol/L组比较,15mmol/L组分别与30mmol/L、45mmol/L组比较,45mmol/L组分别与20mmol/L、60mmol/L组比较,P值均0.05,差异有统计学意义;不同浓度锰对比剂肾髓质SER比较:7.5mmol/L组分别与30mmol/L、45mmol/L、60mmol/L组比较,15mmol/L组分别与30mmol/L、45mmol/L组比较,20mmol/L组与45mmol/L组比较,P值均0.05,差异有统计学意义。同一浓度锰对比剂肾皮质与肾髓质SI比较:7.5mmol/L、20mmol/L、45mmol/L及60mmol/L组P值均0.05,差异有统计学意义;肾皮质与肾髓质SNR比较:7.5mmol/L、15mmol/L、30mmol/L、45mmol/L、60mmol/L组P值均0.05,差异有统计学意义;肾皮质与肾髓质SER比较:各浓度组P值均0.05,差异无统计学意义。结论:铁氰化锰钾纳米对比剂45mmol/L注射浓度时大鼠不同器官(除外大脑皮质)的SI、SNR及SER最高,为不同器官增强效果最佳的注射浓度。目的:采用最佳浓度(45mmol/L)的铁氰化锰钾纳米对比剂,于注射后不同时间点对大鼠不同器官(脑、心肌、肝脏及肾脏)的MRI增强效果及强化特点进行分析,探讨铁氰化锰钾纳米对比剂的组织分布特性及增强时效性特征。方法:取同龄、雄性SD大鼠12只,随机分成两组,每组6只,用于扫描不同器官(1组进行脑部扫描,另1组进行心肌、肝脏及肾脏扫描),分别对每组大鼠脑、心肌、肝脏及肾脏进行TSE-T1WI序列平扫,然后经尾静脉注射45mmol/L的铁氰化锰钾纳米对比剂,注射剂量为1ml/300g体重,分别于注射后5min、30min、1h、2h、3h、4h、6h、24h行大鼠脑、心肌、肝脏及肾脏TSE-T1WI序列扫描,观察大鼠各器官强化情况,测量增强后各时间点及增强前各器官的信号强度(SI)和背景噪声信号强度的标准差(SD),计算各器官信噪比(SNR)及信号增强率(SER),绘制各器官信噪比(SNR)-时间及信号增强率(SER)-时间动态变化曲线。采用单因素方差分析比较增强后各时间点各器官SI、SNR及SER差异有无统计学意义。采用配对样本t检(paired-samples t test)比较同一时间点脑室与脑垂体、肾皮质与肾髓质的SI、SNR及SER。结果:铁氰化锰钾纳米对比剂注射前及注射后5min、30min、1h、2h、3h、4h、6h、24h,大脑皮质SI分别为:682.67±256.57、561.17±84.49、563.00±158.00、651.00±107.52、599.67±162.33、662.33±144.10、639.33±141.24、635.33±125.22、719.33±116.87;SNR分别为:23.67±13.27、20.52±6.99、25.89±16.34、15.60±6.14、24.53±8.75、13.76±4.23、19.56±7.33、19.01±5.16、18.44±3.90;注射后5min~24h各时间点大脑皮质SER分别为:0.04±0.47、0.21±0.52、-0.19±0.43、0.27±0.72、-0.16±0.65、0.17±0.83、0.08±0.68、-0.03±0.51。脑室SI分别为:464.67±98.25、716.00±161.17、1001.83±343.13、955.50±301.75、836.50±198.25、829.83±284.69、816.17±344.74、781.50±106.24、489.50±108.25;脑室SNR分别为:17.46±8.96、26.06±4.20、38.64±2.01、29.06±9.06、27.58±7.53、25.65±8.17、26.03±14.86、23.86±4.52、15.61±6.60;注射后5min~24h各时间点脑室SER分别为:1.21±1.76、2.73±4.66、1.51±2.26、1.30±2.04、1.29±1.41、1.04±1.52、1.00±1.69、0.24±1.17。脑垂体SI分别为:435.50±92.36、682.83±124.47、880.50±188.18、936.67±283.23、772.00±139.29、755.00±231.49、759.50±295.85、697.33±133.56、475.50±112.48;脑垂体SNR分别为:15.33±8.50、24.17±3.66、25.50±7.12、35.83±19.61、27.83±9.20、24.16±14.59、23.67±7.61、22.01±4.33、14.17±6.34;注射后5min~24h各时间点脑垂体SER分别为:0.93±1.29、1.04±1.82、2.49±4.16、1.28±2.12、1.17±1.46、0.87±1.61、0.83±1.54、0.16±1.09。注射铁氰化锰钾纳米对比剂后大脑皮质各时间点SI、SNR及SER变化均不大,P0.05,差异无统计学意义。注射锰对比剂后脑室强化迅速增加,于30min强化达到高峰,其SNR及SER也达到高峰,然后随时间延长强化减弱,于2~4h之间保持平稳,24h后脑室信号强度恢复至平扫水平。30min~6h各时间点脑室SI与平扫比较、30min脑室SNR与平扫比较,P0.05,差异有统计学意义,各时间点脑室SER差异均无统计学意义(P0.05)。注射锰对比剂后脑垂体明显强化,于1h强化达到峰值,其SNR及SER也达到高峰,此后随时间延长强化逐渐减弱,24h后恢复至平扫水平。5min~6h各时间点脑垂体SI与平扫比较、1h~2h脑垂体SNR与平扫比较,P0.05,差异有统计学意义,各时间点脑垂体SER差异均无统计学意义(P0.05)。同一时间点脑室与脑垂体SI及SER比较,P值均0.05,差异无统计学意义;同一时间点脑室与脑垂体SNR比较:平扫、5min、6h及24h时两者P值0.05,差异有统计学意义。铁氰化锰钾纳米对比剂注射前及注射后5min、30min、1h、2h、3h、4h、6h、24h,大鼠心肌SI分别为:673.67±200.13、1756.83±1038.10、2109.83±1373.18、2146.00±858.32、2119.83±1183.29、1806.17±563.98、1505.67±378.32、1781.50±786.99、534.50±296.95;SNR分别为:9.63±2.24、26.24±4.60、28.89±9.41、30.93±7.42、27.15±1.31、26.04±4.99、23.65±9.63、18.94±4.94、9.47±1.80;注射后5min~24h各时间点心肌SER分别为:1.90±0.97、1.95±0.47、2.37±1.10、2.03±1.67、1.85±0.93、1.63±1.36、1.15±1.03,0.05±0.36。注射锰对比剂后心肌明显强化,其SI、SNR及SER于1h达到高峰,30min~3h之间强化基本平稳,随后强化程度逐渐减弱,24h后恢复至平扫水平;5min~6h各时间点心肌SI、SNR分别与平扫比较,P0.05,差异均有统计学意义;5min~4h各时间点心肌SER分别与24h比较,P0.05,差异有统计学意义。铁氰化锰钾纳米对比剂注射前及注射后5min、30min、1h、2h、3h、4h、6h、24h,大鼠肝脏SI分别为:1055.00±430.20、2224.00±561.50、3040.17±450.79、2389.50±344.76、2012.00±172.13、1715.33±318.68、1316.33±154.64、1117.17±244.66、991.50±305.45;SNR分别为:18.62±8.30、37.26±1.56、44.04±8.13、40.71±1.03、38.31±1.16、35.39±7.49、31.20±4.72、23.57±5.59、17.69±7.77;注射后5min~24h各时间点肝脏SER分别为:1.28±1.03、1.61±0.86、1.41±0.87、1.39±1.20、1.10±0.73、0.91±0.73、0.40±0.53、0.07±0.53。注射对比剂后肝脏强化迅速上升,SI、SNR及SER于30min达到高峰,随后强化开始下降,但仍比较显著,2h后下降明显,24h后恢复至平扫水平。5min~3h各时间点肝脏SI、5min~4h各时间点肝脏SNR分别与平扫比较,P0.05,差异有统计学意义;5min~3h各时间点肝脏SER分别与24h比较、30min~2h各时间点肝脏SER分别与6h比较,P0.05,差异有统计学意义。铁氰化锰钾纳米对比剂注射前及注射后5min、30min、1h、2h、3h、4h、6h、24h,大鼠肾脏皮质SI分别为:263.50±39.36、692.17±201.25、734.83±127.39、788.00±238.75、981.33±145.34、801.00±129.50、755.83±99.15、617.67±171.03、423.50±211.94;SNR分别为:4.77±0.82、15.71±4.62、16.81±7.22、17.30±3.86、23.47±5.60、20.66±7.79、17.59±6.18、13.43±6.81、10.00±5.30;注射后5min~24h各时间点肾脏皮质SER分别为:2.46±0.94、3.09±1.36、3.26±2.18、5.23±1.55、3.12±0.87、2.21±0.58、1.62±0.96、0.89±0.95。肾脏髓质SI分别为:232.00±43.47、642.67±183.28、692.50±127.27、729.83±209.58、753.50±105.57、781.17±152.59、917.17±154.58、710.00±236.08、471.83±197.85;SNR分别为:4.59±0.82、15.28±4.64、15.89±7.30、16.02±4.36、18.86±6.66、20.02±8.16、24.28±11.93、14.53±7.74、10.62±6.19;注射后5min~24h各时间点肾脏髓质SER分别为:2.34±0.94、2.61±1.21、2.69±2.11、3.13±1.44、3.39±1.80、4.47±3.17、2.04±1.07、1.37±1.54。注射对比剂后肾脏皮髓质强化逐渐上升,肾皮质SI、SNR及SER于2h达到峰值,肾髓质于4h达到峰值,肾皮质于4h之前强化高于髓质,4h之后肾皮质强化弱于髓质。24h后肾脏皮髓质强化程度仍高于平扫水平。5min~6h各时间点肾皮质SI、SNR分别与平扫比较,5min~24h各时间点肾髓质SI、5min~6h各时间点肾髓质SNR分别与平扫比较,P0.05,差异均有统计学意义。2h肾皮质SER分别与5min、30min、1h、3h、4h、6h、24h肾皮质SER比较,24h肾皮质SER分别与5min、30min、1h、3h肾皮质SER比较,6h肾皮质SER分别与1h、3h肾皮质SER比较,4h肾髓质SER分别与5min、6h、24h肾髓质SER比较,P0.5,差异均有统计学意义。同一时间点肾皮质与肾髓质SI比较:平扫~2h及4h~24h两者比较P0.05,差异有统计学意义;同一时间点肾皮质与肾髓质SNR比较:平扫~2h两者比较P0.05,差异有统计学意义;同一时间点肾皮质与肾髓质SER比较:5min~2h及6h两者比较P0.05,差异有统计学意义。结论:铁氰化锰钾纳米对比剂对大鼠不同器官的增强效果不同,肝脏强化最明显,强化峰值出现在注射对比剂后30 min左右,且强化持续时间较长,具有较长的成像时间窗;心肌强化程度次之;肾脏强化较为缓慢,肾皮质于2h达到强化峰值,肾髓质于4h达到强化峰值;脑实质强化不明显。铁氰化锰钾纳米对比剂对肝脏增强具有一定的特异性。
【关键词】：锰 纳米 对比剂 磁共振成像 锰 对比剂 增强 器官 磁共振成像 锰 对比剂 器官 时效性 磁共振成像
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R445.2
【目录】：

• 中文摘要4-12
• Abstract12-24
• 前言24-34
• 参考文献30-34
• 第一部分 铁氰化锰钾纳米颗粒的基本特性34-44
• 材料与方法34-35
• 结果35-39
• 讨论39-42
• 参考文献42-44
• 第二部分 不同浓度铁氰化锰钾纳米对比剂对大鼠不同器官的MRI增强效果分析44-61
• 材料与方法44-46
• 结果46-55
• 讨论55-59
• 参考文献59-61
• 第三部分 铁氰化锰钾纳米对比剂对大鼠不同器官增强的时效性分析61-84
• 材料与方法61-62
• 结果62-72
• 附图72-75
• 讨论75-81
• 参考文献81-84
• 结论84-85
• 综述85-100
• 参考文献95-100
• 中英文对照缩略词表100-101
• 攻读硕士研究生期间公开发表的论文101-102
• 致谢102-103

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1 R.J.McDonald;J.S.McDonald;J.P.Bida;R.E.Carter;C.J.Fleming;S.Misra;钟W氂，

本文编号：866119