现代模拟可以改善核磁共振成像

赖斯大学的工程师们正在改进他们最初用来提高石油和天然气采收率的模型，他们表示，基于钆的造影剂是磁共振成像 (MRI) 中确定患者健康状况的黄金标准，可以改进。

由乔治 R.布朗工程学院的 Dilip Asthagiri 和 Philip Singer 领导的团队研究了核磁共振如何通过分子动力学模拟优化工具，该工具通常用于石油工业以表征地下沉积物。

“我们在那里解决了许多基础科学问题，我们想知道是否还有其他方法可以使用这些模拟，”Asthagiri 说。

“全世界每年大约进行 1 亿次 MRI，其中约 40% 使用基于钆的造影剂，但自 1980 年代以来，他们模拟 MRI 对这些反应的方式并没有发生显着变化，”辛格说。“我们认为这将是我们想法的一个很好的试验台。”

他们的研究结果发表在英国皇家化学学会期刊Physical Chemistry Chemical Physics 上。

他们的论文展示了限制模拟中的参数数量如何有可能改进基于钆的造影剂的分析，以及它们在临床诊断成像方面的有效性。他们的目标是制造更好、更可定制的造影剂。

医生使用 MRI 设备通过在始终存在的水分子的氢核中诱导磁矩沿磁场排列来“观察”体内软组织的状态，包括大脑。当对齐的原子核在激发后“松弛”回到热平衡时，该设备会检测到亮点，并且它们松弛得越快，对比度就越亮。

这就是顺磁性钆造影剂的用武之地。“钆离子通过减少氢核的 T1 弛豫时间来提高灵敏度并使信号更亮，”Asthagiri 说。“我们的最终目标是帮助优化和设计这些代理。”

通常，钆被“螯合”——被金属离子包围——以降低其毒性。“身体不会自行去除钆，需要螯合，这样肾脏才能在扫描后去除它，”辛格说。“但螯合也会减慢分子旋转，这会在 MRI 图像中产生更好的对比度。”

研究人员指出，“螯合物”来自希腊语中的爪子。“在这种情况下，这些爪子抓住钆以使其稳定，”他说。“我们希望我们的模型帮助我们设计出更强的抓地力，这将使它们更安全，同时最大限度地提高对比度。”

他们承认钆螯合物在 1980 年代后期推出时彻底改变了 MRI 测试，但最近一直存在争议，因为发现肾功能不全的患者无法消除所有毒素。“他们后来发现，如果你的肾功能良好，好处就会超过潜在的风险，”辛格说。

该团队还在调整其模型，使其超越与水的相互作用。“在生物系统中，细胞具有其他成分，如渗透剂和剂，如尿素，因此我们正在用这些不同的环境对钆进行建模，以构建各种应用，”Asthagiri 说。

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