祝 蕾，朱坤福

（1菏澤市單縣終興鎮(zhèn)中心衛(wèi)生院 山東 菏澤 274300）

（2菏澤市單縣中醫(yī)醫(yī)院 山東 菏澤 274300）

1 引言

納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著極其活躍的成像性質(zhì)和突出的治療效果，被越來(lái)越多的研究人員關(guān)注，越來(lái)越多地應(yīng)用于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域和腫瘤癌癥的治療。在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)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(yī)學(xué)影像中的應(yīng)用。

2 納米材料

2.1 概述

通常情況下，我們認(rèn)為納米材料指的是單元結(jié)構(gòu)尺寸為納米級(jí)別的新型材料，具有表面原子多、面積大、性能活躍的特點(diǎn)，且相鄰的單元之間存在相互作用等關(guān)系。基于這些優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)階段人們通常將納米材料應(yīng)用到電子技術(shù)、生命科學(xué)、醫(yī)藥學(xué)等領(lǐng)域。當(dāng)前，在醫(yī)學(xué)范圍內(nèi)針對(duì)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(gè)方面。影像診斷疾病方面，以納米造影劑為基礎(chǔ)，通過(guò)磁共振成像（MRI）、X射線斷層掃描成像（CT）、正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描成像（PET）、光聲成像（PAI）等方法技術(shù)對(duì)疾病進(jìn)行有效診斷。在針對(duì)腫瘤的治療上，對(duì)納米生物材料進(jìn)行重新構(gòu)建，針對(duì)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(yīng)用

當(dāng)前，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)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(fā)射計(jì)算機(jī)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(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像中成像領(lǐng)域常用的對(duì)比劑，發(fā)揮的作用越來(lái)越大。和傳統(tǒng)意義上的對(duì)比劑相比較，納米材料具有尺寸可控制、特殊的光學(xué)性能和高效的負(fù)載率等優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，隨著納米分子材料的制備工藝不斷得到完善，出現(xiàn)了很多優(yōu)良的納米粒子對(duì)比劑，并很快在臨床上得到應(yīng)用。

由于納米材料擁有極高的穩(wěn)定性和抗菌性，且價(jià)格較為低廉，因此備受專家學(xué)者的關(guān)注。比如鈦納米材料就是一種具有超強(qiáng)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(zhì)。因此，有學(xué)者認(rèn)為，納米材料在自清潔領(lǐng)域具有超強(qiáng)的發(fā)展空間。

其次，在當(dāng)前的催化領(lǐng)域也有很多地方運(yùn)用到了納米材料和技術(shù)。催化劑能夠提高物質(zhì)的反應(yīng)效率、加快其反應(yīng)的速度，因此，在化學(xué)領(lǐng)域的地位十分重要。但是，傳統(tǒng)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(lái)原材料的浪費(fèi)和污染的環(huán)境。而納米材料具有表面原子多、面積大、性能活躍的優(yōu)勢(shì)，能在很大程度上提高物質(zhì)反應(yīng)的速率，且通過(guò)一些技術(shù)手段還能實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)反應(yīng)的精準(zhǔn)把控，進(jìn)而給化學(xué)反應(yīng)帶來(lái)更多的可能。

不僅如此，納米材料在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)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(duì)生命科學(xué)探索進(jìn)程的不斷推進(jìn)，一些新型藥物和診斷方法相繼出現(xiàn)，然而新藥只有結(jié)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(shù)應(yīng)用到藥物輸送的這一過(guò)程中，可以將藥物分子直接輸送到病變的組織中，實(shí)現(xiàn)靶向治療[2]。

3 醫(yī)學(xué)影像

3.1 簡(jiǎn)介

當(dāng)前，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)是我國(guó)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展速度較快的一個(gè)重要組成部分。理論意義上，醫(yī)學(xué)影像學(xué)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(jié)構(gòu)和密度用圖像的方式表現(xiàn)出來(lái)，為醫(yī)生診療疾病提供輔助的一種技術(shù)。隨著醫(yī)學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷融合，我國(guó)的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)得到快速的發(fā)展，且已基本完成了從輔助學(xué)科向支撐性學(xué)科的角色轉(zhuǎn)換，應(yīng)用范圍也越來(lái)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(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像的一個(gè)重要組成部分，在臨床醫(yī)學(xué)的實(shí)踐中發(fā)揮著重要作用。目前，部分高分辨率的CT能實(shí)現(xiàn)對(duì)各種人體組織和器官系統(tǒng)（如心腦血管系統(tǒng)、主要器官、骨骼、病變組織等）的高清成像?；诖耍诂F(xiàn)代醫(yī)學(xué)體系中，CT憑借超高的使用頻率和便捷性、實(shí)用性及輔助性，已經(jīng)成為一種比較常見(jiàn)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(xiàn)飆升，CT掃描儀的工作人員需求量激增，有材料學(xué)專家預(yù)測(cè)，全球范圍內(nèi)操作CT掃描儀的工作人員數(shù)量已接近百萬(wàn)人大關(guān)[3]。

3.3 磁共振成像（MRI）

隨著醫(yī)療技術(shù)手段的持續(xù)發(fā)展，人們對(duì)醫(yī)學(xué)的需求不斷提高。當(dāng)前，在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如何提升醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的靈敏度成為了一個(gè)熱點(diǎn)話題，作為醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的一種，磁共振成像（MRI）也得到了更多專家學(xué)者的關(guān)注。MRI常被人們用在軟組織的結(jié)構(gòu)高分辨成像領(lǐng)域，是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中一種非侵入性的診斷手段。MRI的優(yōu)點(diǎn)主要包含成像的靈活性高、患者的接受能力強(qiáng)、能對(duì)生理參數(shù)進(jìn)行評(píng)估等?，F(xiàn)階段，隨著MRI技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)研究人員紛紛嘗試?yán)没パa(bǔ)成像探針和造影劑來(lái)提高其成像的靈敏度和檢測(cè)能力。

4 納米材料在醫(yī)學(xué)影像診斷中的應(yīng)用

近年來(lái)，專家學(xué)者在納米材料的合成與應(yīng)用領(lǐng)域的研究越來(lái)越多，尤其是在將納米材料應(yīng)用到醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域以及對(duì)腫瘤的臨床診斷研究。

4.1 X-射線CT成像在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的應(yīng)用

X射線斷層掃描成像（CT）實(shí)現(xiàn)成像主要依托于X-射線和機(jī)體組織之間的相互作用。通過(guò)不斷旋轉(zhuǎn)X-射線和光波探測(cè)器，X-射線就能從多個(gè)角度作用到機(jī)體組織，其產(chǎn)生的折射光線會(huì)被光波探測(cè)器接收，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)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(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)之一。

在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像診療疾病的過(guò)程中，CT常見(jiàn)于輔助觀察人體器官或機(jī)體組織的結(jié)構(gòu)解剖，如腦部、心、肺部和腹部器官等。但是和MRI成像技術(shù)相比，CT對(duì)軟組織的分辨能力不到位，針對(duì)一些疾病的診斷還需要造影劑的介入才能提高對(duì)軟組織的觀察效率。因此，臨床檢查中，相當(dāng)一部分的患者必須注射造影劑才能輔助CT檢查。

人們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)X射線照射到機(jī)體組織時(shí)，組織會(huì)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(yī)學(xué)界稱這一現(xiàn)象為質(zhì)量衰減系數(shù)。而因?yàn)槲矬w之間的密度不同，不同組織的衰減系數(shù)值也不相同。將X-射線CT成像相結(jié)合，X射線照射到組織，其產(chǎn)生的衰減系數(shù)值越大，對(duì)CT強(qiáng)化效果就會(huì)越好，也就取得了更好的CT成像效果[4]。

4.2 熒光成像在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的應(yīng)用

MRI、CT等成像技術(shù)有著分辨率高、穿透力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，因此在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的作用。但是，這類成像技術(shù)也有一定的弊端，比如：采集圖像信息時(shí)候需要耗費(fèi)的時(shí)間比較長(zhǎng)等。這也是長(zhǎng)期以來(lái)困擾影像學(xué)發(fā)展的一個(gè)難題，直到熒光成像的出現(xiàn)，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(qiáng)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(jī)體組織內(nèi)的內(nèi)熒光成像就很容易被阻礙，降低了實(shí)用性。所以，今后需要研發(fā)新的熒光成像技術(shù)。

4.3 光聲成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的應(yīng)用

當(dāng)納米材料接收到光源信息之后，會(huì)將光能吸收并發(fā)生膨脹，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成特殊的聲波，我們稱這一現(xiàn)象為“光聲效應(yīng)”。在這一效應(yīng)中，由于光源照射到組織之后產(chǎn)生的波長(zhǎng)不同，光線抵達(dá)組織的深度也會(huì)有所不同。同時(shí)，在這一過(guò)程中，光束會(huì)產(chǎn)生多重吸收和散射的現(xiàn)象，出現(xiàn)一種能夠吸收光波的物質(zhì)（生色團(tuán)），這一物質(zhì)在吸收了光能后，會(huì)發(fā)生分子的振動(dòng)和熱彈性膨脹，迅速將光能轉(zhuǎn)化成熱能，這一現(xiàn)場(chǎng)會(huì)增加組織局部的壓力，并產(chǎn)生特定的聲波源，同時(shí)超聲傳感儀器就能探測(cè)到組織表面的聲波，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并生成光波圖。因?yàn)楣饴晥D像需要探測(cè)的聲光信號(hào)來(lái)自不同空間和不同的機(jī)體組織，光線的能量積聚很容易受到機(jī)體組織物理性能的影響，且產(chǎn)生的熱量能直接影響到超聲信號(hào)的波長(zhǎng)，所以通過(guò)觀察超聲信號(hào)的波長(zhǎng)變化能判斷組織的物理特征變化。

4.4 PET/CT成像在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的應(yīng)用

PET指的是把具有放射性的核素標(biāo)記化合物載體上，并確保這一化合物順利參加組織內(nèi)部代謝的過(guò)程。當(dāng)這些核素進(jìn)入并作用到機(jī)體組織后，在新陳代謝的作用下，放射性核素會(huì)進(jìn)行自我衰變，其產(chǎn)生的電子輻射會(huì)轉(zhuǎn)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(duì)X射線通過(guò)組織時(shí)射線衰減的系數(shù)進(jìn)行計(jì)算處理，再將得出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成灰度分布成像的過(guò)程。PET/CT不僅兼具了PET成像和CT成像的功能，更對(duì)兩者進(jìn)行有機(jī)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)了二者共用一個(gè)影像檢查系統(tǒng)，使其檢查結(jié)果既能對(duì)病患部位組織的生理形態(tài)進(jìn)行評(píng)估，又能評(píng)估其生理功能和代謝情況。不僅提高了醫(yī)療診斷的質(zhì)量，也能提高診斷的精準(zhǔn)度。

5 結(jié)語(yǔ)

納米技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域推動(dòng)了細(xì)胞、組織層面對(duì)疾病探測(cè)診斷的研究發(fā)展，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)影像的不足，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像方向取得了較為顯著的成就，對(duì)未來(lái)的醫(yī)學(xué)模式產(chǎn)生了革命性的影響。以納米材料為基礎(chǔ)的技術(shù)能有效實(shí)現(xiàn)多模式、靶向醫(yī)學(xué)成像，不斷提高其診斷效率，讓醫(yī)學(xué)影像更好地為患者服務(wù)。