納米材料在現代醫學影像上的應用研究

祝 蕾，朱坤福

（1菏澤市單縣終興鎮中心衛生院 山東 菏澤 274300）

（2菏澤市單縣中醫醫院 山東 菏澤 274300）

1 引言

納米材料在醫學領域有著極其活躍的成像性質和突出的治療效果，被越來越多的研究人員關注，越來越多地應用于現代醫學影像領域和腫瘤癌癥的治療。在醫學影像領域，筆者選取了臨床上最常用X射線斷層掃描成像(CT)成像及磁共振成像(MRI)等檢查方法和光熱治療方法，探討納米材料在醫學影像中的應用。

2 納米材料

2.1 概述

通常情況下，我們認為納米材料指的是單元結構尺寸為納米級別的新型材料，具有表面原子多、面積大、性能活躍的特點，且相鄰的單元之間存在相互作用等關系。基于這些優勢，現階段人們通常將納米材料應用到電子技術、生命科學、醫藥學等領域。當前，在醫學范圍內針對納米材料的研究主要分布在影像診斷疾病和腫瘤的診療兩個方面。影像診斷疾病方面，以納米造影劑為基礎，通過磁共振成像（MRI）、X射線斷層掃描成像（CT）、正電子發射計算機斷層掃描成像（PET）、光聲成像（PAI）等方法技術對疾病進行有效診斷。在針對腫瘤的治療上，對納米生物材料進行重新構建，針對不同的部位、不同程度的腫瘤采用放化療、光熱治療等[1]。

2.2 納米材料的應用

當前，現代醫學中常用的成像方式主要包含磁共振成像（MRI）、X射線斷層掃描成像（CT）、正電子發射計算機斷層掃描成像（PET）、光聲成像（PAI）成像等，而納米材料作為一種現代醫學影像中成像領域常用的對比劑，發揮的作用越來越大。和傳統意義上的對比劑相比較，納米材料具有尺寸可控制、特殊的光學性能和高效的負載率等優勢。近年來，隨著納米分子材料的制備工藝不斷得到完善，出現了很多優良的納米粒子對比劑，并很快在臨床上得到應用。

由于納米材料擁有極高的穩定性和抗菌性，且價格較為低廉，因此備受專家學者的關注。比如鈦納米材料就是一種具有超強催化效果，能夠快速分解甲醛、苯等毒害氣體，起到快速滅菌效果的物質。因此，有學者認為，納米材料在自清潔領域具有超強的發展空間。

其次，在當前的催化領域也有很多地方運用到了納米材料和技術。催化劑能夠提高物質的反應效率、加快其反應的速度，因此，在化學領域的地位十分重要。但是，傳統意義上的催化劑卻存在催化效能低下、制備困難的缺陷，很容易帶來原材料的浪費和污染的環境。而納米材料具有表面原子多、面積大、性能活躍的優勢，能在很大程度上提高物質反應的速率，且通過一些技術手段還能實現對物質反應的精準把控，進而給化學反應帶來更多的可能。

不僅如此，納米材料在生物醫藥領域的應用也較為廣泛，比如生物芯片、生物探針、熒光影像診斷等。隨著人們對生命科學探索進程的不斷推進，一些新型藥物和診斷方法相繼出現，然而新藥只有結合全新的輸送方式，才能保證藥物的療效，降低副作用。在將納米技術應用到藥物輸送的這一過程中，可以將藥物分子直接輸送到病變的組織中，實現靶向治療[2]。

3 醫學影像

3.1 簡介

當前，醫學影像技術是我國醫學領域發展速度較快的一個重要組成部分。理論意義上，醫學影像學是一種需要借助X射線、電磁波、超聲波等媒介作用到人體上，將組織器官的結構和密度用圖像的方式表現出來，為醫生診療疾病提供輔助的一種技術。隨著醫學與計算機技術的不斷融合，我國的醫學影像技術得到快速的發展，且已基本完成了從輔助學科向支撐性學科的角色轉換，應用范圍也越來越廣泛。

3.2 X射線斷層掃描成像（CT）成像

X射線斷層掃描成像（CT）是現代醫學影像的一個重要組成部分，在臨床醫學的實踐中發揮著重要作用。目前，部分高分辨率的CT能實現對各種人體組織和器官系統（如心腦血管系統、主要器官、骨骼、病變組織等）的高清成像。基于此，在現代醫學體系中，CT憑借超高的使用頻率和便捷性、實用性及輔助性，已經成為一種比較常見的臨床診斷工具。尤其是在新冠疫情的沖擊下，CT的使用量出現飆升，CT掃描儀的工作人員需求量激增，有材料學專家預測，全球范圍內操作CT掃描儀的工作人員數量已接近百萬人大關[3]。

3.3 磁共振成像（MRI）

隨著醫療技術手段的持續發展，人們對醫學的需求不斷提高。當前，在臨床醫學領域，如何提升醫學影像技術的靈敏度成為了一個熱點話題，作為醫學影像技術的一種，磁共振成像（MRI）也得到了更多專家學者的關注。MRI常被人們用在軟組織的結構高分辨成像領域，是醫學領域中一種非侵入性的診斷手段。MRI的優點主要包含成像的靈活性高、患者的接受能力強、能對生理參數進行評估等。現階段，隨著MRI技術的不斷發展，相關研究人員紛紛嘗試利用互補成像探針和造影劑來提高其成像的靈敏度和檢測能力。

4 納米材料在醫學影像診斷中的應用

近年來，專家學者在納米材料的合成與應用領域的研究越來越多，尤其是在將納米材料應用到醫學影像領域以及對腫瘤的臨床診斷研究。

4.1 X-射線CT成像在醫學影像領域的應用

X射線斷層掃描成像（CT）實現成像主要依托于X-射線和機體組織之間的相互作用。通過不斷旋轉X-射線和光波探測器，X-射線就能從多個角度作用到機體組織，其產生的折射光線會被光波探測器接收，通過計算機技術和終端的處理，最終形成斷層圖像。CT以其成像空間辨析度較高、采集速度快等優勢，成為當前應用最廣泛的醫學影像技術之一。

在現代醫學影像診療疾病的過程中，CT常見于輔助觀察人體器官或機體組織的結構解剖，如腦部、心、肺部和腹部器官等。但是和MRI成像技術相比，CT對軟組織的分辨能力不到位，針對一些疾病的診斷還需要造影劑的介入才能提高對軟組織的觀察效率。因此，臨床檢查中，相當一部分的患者必須注射造影劑才能輔助CT檢查。

人們通過研究發現，當X射線照射到機體組織時，組織會將X射線光子吸收，使得X射線的密度降低到一定的范圍，醫學界稱這一現象為質量衰減系數。而因為物體之間的密度不同，不同組織的衰減系數值也不相同。將X-射線CT成像相結合，X射線照射到組織，其產生的衰減系數值越大，對CT強化效果就會越好，也就取得了更好的CT成像效果[4]。

4.2 熒光成像在醫學影像領域的應用

MRI、CT等成像技術有著分辨率高、穿透力強的優勢，因此在醫學影像領域發揮著十分重要的作用。但是，這類成像技術也有一定的弊端，比如：采集圖像信息時候需要耗費的時間比較長等。這也是長期以來困擾影像學發展的一個難題，直到熒光成像的出現，這種局限性才被突破。在特定的情況下，熒光成像擁有更高的空間分辨率以及超強的靈敏度。但是，受到光的傳播特性，光線穿透組織的能力較弱，再加上光線散射引起的成像辨析度降低，機體組織內的內熒光成像就很容易被阻礙，降低了實用性。所以，今后需要研發新的熒光成像技術。

4.3 光聲成像技術在醫學影像領域的應用

當納米材料接收到光源信息之后，會將光能吸收并發生膨脹，進而轉換成特殊的聲波，我們稱這一現象為“光聲效應”。在這一效應中，由于光源照射到組織之后產生的波長不同，光線抵達組織的深度也會有所不同。同時，在這一過程中，光束會產生多重吸收和散射的現象，出現一種能夠吸收光波的物質（生色團），這一物質在吸收了光能后，會發生分子的振動和熱彈性膨脹，迅速將光能轉化成熱能，這一現場會增加組織局部的壓力，并產生特定的聲波源，同時超聲傳感儀器就能探測到組織表面的聲波，轉換成電信號并生成光波圖。因為光聲圖像需要探測的聲光信號來自不同空間和不同的機體組織，光線的能量積聚很容易受到機體組織物理性能的影響，且產生的熱量能直接影響到超聲信號的波長，所以通過觀察超聲信號的波長變化能判斷組織的物理特征變化。

4.4 PET/CT成像在醫學影像領域的應用

PET指的是把具有放射性的核素標記化合物載體上，并確保這一化合物順利參加組織內部代謝的過程。當這些核素進入并作用到機體組織后，在新陳代謝的作用下，放射性核素會進行自我衰變，其產生的電子輻射會轉變成能量相同但方向相反的光子。CT則是采用特定的算法，對X射線通過組織時射線衰減的系數進行計算處理，再將得出的數據轉變成灰度分布成像的過程。PET/CT不僅兼具了PET成像和CT成像的功能，更對兩者進行有機統一，實現了二者共用一個影像檢查系統，使其檢查結果既能對病患部位組織的生理形態進行評估，又能評估其生理功能和代謝情況。不僅提高了醫療診斷的質量，也能提高診斷的精準度。

5 結語

納米技術應用到醫學影像領域推動了細胞、組織層面對疾病探測診斷的研究發展，彌補了傳統影像的不足，在現代醫學影像方向取得了較為顯著的成就，對未來的醫學模式產生了革命性的影響。以納米材料為基礎的技術能有效實現多模式、靶向醫學成像，不斷提高其診斷效率，讓醫學影像更好地為患者服務。