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常规临床磁共振成像技术主要探测水质子的浓度、水质子的弛豫特性或者水质子的运动特性等，而磁化率传递成像（Magnetization Transfer Ratio Imaging，MTR）是为了探知生物体大分子信息应运而生的磁共振成像技术，它为疾病的临床影像诊断与治疗提供了重要的补充信息。目前MTR 已经在临床发挥了重要的作用并受到了广泛的关注。通过测量生物组织内大分子中的质子和自由水质子的相互作用，在临床上可以用来诊断脱髓鞘疾病[1][2]。化学饱和转移成像（Chemical Exchange Saturation Transfer，CEST）[3]是常规MT （Magnetization Transfer）技术的一种，可以用来探测人体内自由态的蛋白质氨基酸特性，例如蛋白质浓度或交换速率等。APT (Amide Proton Transfer)MR成像是CEST成像一种，主要测定位于+3.5ppm的酰胺质子的化学转移特性，从而可以间接测定细胞游离蛋白和多肽类物质的含量水平。由图1所示[4][5]，在APT MR成像中游离的蛋白质酰胺质子与水质子之间存在交换效应，即蛋白质氨基上的氢质子有可能脱键游离出来，并与水分子的质子进行交换，结合成水分子的一部分，该化学交换过程可以用磁共振成像的技术进行探测，从而实现间接探测人体蛋白质的磁共振成像。当采用某种射频对位于+3.5ppm的酰胺质子进行连续的照射后，酰胺质子与水质子之间发生化学交换，该结果类似于直接对水进行了射频照射饱和，这种饱和效应会随着氢质子交换活动持续进行直到进入稳态。所以在远离水的位置对感兴趣的氢质子进行射频照射会间接导致水信号的下降， 如果自由水质子的数量很大，即使溶液中感兴趣的氢质子基团浓度很低，也可以通过对水信号下降的测量被间接观察到，在这里化学交换起了放大器的作用，即将毫摩尔或者亚毫摩尔浓度量级的氨基质子通过CEST 的增强机制放大到摩尔量级从而实现用磁共振成像的来进行显示，真正实现了分子水平的无创磁共振成像。APT成像依赖于酰胺质子与周围自由水中氢质子交换程度，该化学交换过程受到质子种类，质子密度以及局部化学环境pH影响，因此可以应用于临床导致酰胺质子浓度改变（例如肿瘤，阿尔茨海默和帕金森等退行性疾病）以及组织pH变化（例如中风）等疾病的临床诊断和研究。APT成像依赖于精确的RF脉冲进行酰胺质子（+3.5ppm）预饱和，从而可以根据自由水分子氢质子信号衰减间接测定酰胺质子含量，长时间以及精确的饱和预脉冲RF是蛋白及多肽含量精确测定的前提，Philips 3.0T磁共振具有的两个独立射频源，因此可以交替进行射频饱和（如图2所示），从而实现100%射频占空比（一般单源射频最高占空比仅为50%，预脉冲持续时间小于1s）[6]，实现长达2-5秒，甚至无限时间的射频饱和，同时精确的DNA架构实现射频脉冲的精确控制，从多个独立RF的幅度，相位等全面调节RF参数，进而实现精确蛋白定量。在2016年ISMRM会议上，德国飞利浦磁共振科学家Jochen Keupp展示了飞利浦APT创新成像技术，相比于常规的TFE和TSE序列采集，Philips创新采用3D FSE-Dixon ApTx采集方式（如图3），该采集方式采用3D FSE序列采集，射频饱和长达2-5s，同时通过公式MTRasym=(S[-3.5ppm]-S[+3.5ppm])/S0 计算非对称磁化转移率，并进行主磁场B0不均性校正，最终得到APTw图像（如图4）和B0不均性校正后的的Z-spetral图像。图2. 独立射频可实现交替射频预饱和，100%射频占空比，精确射频参数控制保证APT成像的稳定性和结果可靠性。图3. 3D FSE-Dixon ApTx MRI成像技术示意图：3）采用+3.5ppm邻近3个回波偏移进行B0 mappingKeupp, Jochen et al., Magn Reson Med. 2016，Philips Research, Hamburg, Germany图5.采用3D Fast Spin-Echo Dixon采集方式的脑肿瘤APT成像研究；Osamu Togao et al., Kyushu University，飞利浦影像研究学院与国内外高端客户在临床进行了众多的科研创新，把APT技术用于神经退行性疾病，颅内出血，肿瘤分级、预后评估以及引导穿刺，儿童发育障碍，婴儿脑部疾病等临床方面，同时进行了其他众多技术创新，在2016年ISMRM会议上，针对以上方面的APT成像发表了众多高质量摘要。图6. APT成像技术在AD和MCI患者的临床研究; Rui Wang et al., 北，2016 ISMRM #0156Chunmei Li et al.,北，2016 ISMRM #4385图8.脑肿瘤的APT和[18F]-FDG 成像的对比研究；Xuna zhao et al., Johns Hopkins University& Philips Healthcare, Beijing, China，2016 ISMRM #4106Vitaliy Khlebnikov et al., University Medical Center Utrecht, Netherlands，2016 ISMRM #1508Ayan Debnath et al., Indian Institute of TechnolgyDelhi, India，2016 ISMRM #3712图11. APT在放化疗后的复发性高级胶质瘤预后评估；Jiang, Shanshan et al.,南方医科大学珠江医院，Jiang, Shanshan et al.,南方医科大学珠江医院，图13. APT成像技术在儿童发育迟缓中的临床研究; Tang, Xiaolu et al., 北京儿童医院，2016 ISMRM #3698图14. APT成像在新生儿脑发育和损伤临床研究; Zhang, Yang et al., 中国医科大学 盛，Yi Zhang et al., Johns Hopkins University，图16. 结合压缩传感和敏感编码的快速CEST成像；Hye-Young Heo et al., Johns Hopkins University School of Medicine，2016 ISMRM #4228APT成像技术目前主要用于肿瘤，神经退行性疾病，脑发育以及脑卒中等方面的临床研究，对于该技术的创新技术发展以及开展更多的临床疾病研究仍需要与国内外高端客户进行长期密切的科研合作，共同为磁共振影像事业的发展做出努力，贡献自己的一份力量[1].Dousset V, Grossman RI, Ramer KN, Schnall MD, Young LH, Gonzalez-Scarano F, Lavi E., Cohen JA. Experimental Allergic Encephalomyelitis and Multiple Sclerosis: Lesion Characterization with Magnetization Transfer Imaging. Radiology1992; 182:483–491.[2].Chen T, Collins DL, Atkins HL, Freedman MS, Arnold DL, Magnetization transfer ratio evolution with demyelination and remyelination in multiple sclerosis lesions, Annals of Neurology 2008; 63:254–262[3] Ward KM, Aletras AH, Balaban RS. A new class of contrast agents for MRI based on proton chemical exchange dependent saturation transfer (CEST). J Magn Reson 2000; 143: 79-87.[4] Zhou et al. Nature Med. Using the amide proton signals of intracellular proteins and peptides to detect pH effects in MRI, 2003;9:1085-90[5] Ward & Balaban, A new class of contrast agents for MRI based on proton chemical exchange dependent saturation transfer (CEST). J Magn Reson. 2000 ;143(1):79-87[6] Keupp J et al. 3D Clinical APTw MRI with Improved Contrast Homogeneity, Proc. ISMRM, 2016
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