X线对比剂
X线对比剂增强的机制和引入方式
人工将能X线吸收的物质导入体内，改变病灶和正常组织和器官的对比，以显示其形态和功能的方法，称为造影检查。所采用的提高对比度的物质称为对比剂。对比剂的引入方式分为两种：
①直接引入法：其中包括口服法，如食管、胃、肠的造影法；灌注法，如直肠、结肠灌注造影；直接注入法，如逆行泌尿道造影、窦道造影等。CT还包括椎管造影（CTM）、CT引导下人工气胸、CT引导下胸膜腔内成像、CT引导下肝内胆管成像等。
②间接引入法：对比剂经不同途径引入体内，经吸收或聚集，增加不同组织间的对比度。如静脉肾盂造影，排泄性胆道造影等。CT静脉注射对比剂进行增强扫描也是属于间接引入法。
X线对比剂的种类及特点
对比剂(contrast media)分类方法有多种，大体可以有以下几种:
(一)根据对X线吸收程度分类以对比剂对X线吸收程度的不同分为两种：
阴性对比剂(negative contrast media) 这类对比剂是一种密度低、吸收 X 线少、原子序数低、比重小的物质。X 线照片上显示为密度低或黑色的影像。常用的有空气、氧气、二氧化碳等。其中以空气应用最方便、最多、费用最低。
CT为了使空腔脏器充盈，也常常使用阴性对比剂，例如可以用气体、水、乳化剂、脂类液体充盈胃肠道。
阳性对比剂(positive contrast media) 这类对比剂是一种密度高、吸收 X 线多，原子序数高、比重大的物质。X 线照片上显示为高密度。常用的对比剂有硫酸钡、碘化合物。
CT的静脉注射用含碘对比剂、口服或灌肛用的低浓度含碘对比剂也属于阳性对比剂。
（二）根据应用途径分类
1．血管内用对比剂属于阳性对比剂，目前是指水溶性碘制剂。例如CT用的血管内对比剂全部是有机水溶碘化合物制剂。可以经肾排泄，例如常规用CT对比剂；也可以经胆排泄，例如静脉用胆影葡胺。
2．椎管内用对比剂属于阳性对比剂，可以分为无机碘制剂（碘化钠为代表），水溶性有机碘化合物(water soluble organic iodide)，均用于椎管造影；前者基本淘汰，由于MR的广泛应用，水溶性椎管用对比剂也已经很少在临床应用。
3.腔内用对比剂可以是阳性对比剂，如硫酸钡、水溶性有机碘化合物；也可以是阴性对比剂，如水、气体、乳制剂、脂类溶剂等。
（三）常规X线检查常用对比剂硫酸钡
硫酸钡(barium sulfate)是纯净的硫酸钡粉末，白色无臭，性质稳定，耐热，不溶于水或酸碱性水溶液中。在消化道内不被吸收，无毒副作用，服用安全。内服后在消化道内的排空时间与食物大致相同。多用于食管、胃，肠管、膀胱、窦道及瘘管检查。用法是根据需要将其制成不同浓度（通常用重量／体积来表示浓度）的混悬剂，采用不同方法导人体内。配制方法如下：
1.普通检查用硫酸钡制剂 可根据检查目的，调制成不同的浓度。大致分为三类：①稠钡剂，硫酸钡与水之重量比约为3～4：1,呈糊状，用以检查食管;②钡餐用混悬液，硫酸钡与水之重量比约为1：1～2．可另加适量辅剂如胶粉、糖浆等搅拌而成，用于口服检查胃肠道；③钡灌肠用混悬液，硫酸钡与水之重量比约为1：4。
2.胃肠双重对比造影用硫酸钡制剂 必须达到下列要求：①高浓度；②低黏度；③细颗粒；④与胃液混合后不易沉淀和凝集；⑤粘附性强。其用于不同部位的浓度和用量，大致如下：食管浓度200%左右，口服量10～30ml；胃和十二指肠浓度160%～200%，口服量50～250ml；小肠和结肠浓度60%～120%，灌肠150～300ml。因其不被吸收，故剂量不受限制。
须注意非医用硫酸钡往往含有氯化钡等有毒物质，绝不可服用。
(四)CT血管用对比剂由于CT增强扫描的应用越来越广泛，所以有必要将CT血管内应用水溶性有机碘制剂单独论述。
1．CT用碘制剂的不同分类方法及其特点
（1）根据是否有离子状态存在于溶液中分为离子型和非离子型两类。例如，泛影葡胺就是离子型，碘普罗胺（优维显）属于非离子型。
（2）根据分子结构不同分为单体(monomer)与二聚体又称双体(dimer)两类。例如，碘帕醇（碘异酞醇）是单体，碘曲仑（伊索显）则是二聚体（双体）。
（3）根据渗透压的差异，分为高渗对比剂、低渗对比剂和等渗对比剂三类。例如，泛影葡胺（离子型单体）属于高渗对比剂。碘海醇或者碘克酸则属于低渗对比剂，前者是非离子单体对比剂，后者是离子型二聚体对比剂。威视派克（碘克沙醇）则属于等渗对比剂（非离子二聚体）。等渗对比剂的渗透压与人体渗透压基本一样，低渗对比剂大概是等渗对比剂的两倍，高渗对比剂一般是等于低渗对比剂的两倍。要注意的是低渗对比剂的渗透压反而高于等渗对比剂，这是由于命名的年代差异造成的。
（4）根据浓度的不同分为高浓度对比剂与常规浓度对比剂两类．当前业界以350mgl/ml为界，等于或高于这个浓度的(如370mgl/ml、400mgl/ml)归类于高渗对比剂，低于这个浓度的归类于常规浓度对比剂(如300mgl/ml，320mgl/ml)。
2．CT对比剂的临床实际分类（综合分类）
(1)离子型单体对比剂，主要产品为泛影葡胺。属于高渗对比剂。
(2)离子型二聚体对比剂，例如碘克酸。属于低渗对比剂。
(3)非离子型单体对比剂，目前最常用的CT增强对比剂，例如碘普罗胺、碘海醇（欧米帕克）、碘帕醇、碘佛醇等等。属于低渗对比剂。
(4)非离子二聚体对比剂，目前上市的有两种，碘克沙醇和碘曲仑。属于等渗对比剂。
目前，水溶性含碘对比剂主要用于CT血管注射，部分可以用于蛛网膜下腔。要注意，椎管内注射时一定要确认药物说明书上标明有可以用于蛛网膜下腔的说明，否则不能用于椎管造影。
增强扫描的相关参数对CT增强效果的影响多层螺旋CT的扫描时间明显缩短，相关参数对CT增强效果的影响就更加突出，因此应当加以强调。
1．对比剂注射流率对增强效果的影响CT动脉期的强化效果取决于血管内碘的流量，因此要想提高增强效果，必须提高扫描时血管内碘的浓度（流量），可取的方法之一就是提高注射流率(velocity)。
增加对比剂注射流率可以提高强化峰值。高流率能够提高增强效果的根本是增加了碘流率(iodine delivery rate，IDR)，其计算单位为gl/s(每秒克碘)。以300mgl/ml为例，当流率从1ml/s分别增加到3ml/s和5ml/s时，碘流率分别从0.3gl/s增加到0.9gl/s和1.5gl/s。
提高注射流率的另一个结果是在提高了峰值的同时，峰值时间也相应提前。有文献研究结果表明，用浓度300mgl/ml的对比剂，容量90ml，当流率从3ml/s提高到5ml/s时，峰值时间从32±2.8秒提前到28士2.8秒。
2．对比剂浓度(concentration)对增强效果的影响为了提高强化效果，可以采取提高注射流率的方法，但是注射流率的提高，有一定的限度，过快会导致对比剂外渗等不良反应的发生。如果用大剂量低浓度对比剂还会有导致水肿的危险。高浓度对比剂的应用不仅可提高血管内碘的浓度、降低注射速度，还可以减少对比剂的总注射剂量，使应用低剂量的对比剂进行成像成为可能。高浓度对比剂是指浓度大于等于350mgl/ml的对比剂。
在相同碘含量、相同注射流率的前提下，高浓度对比剂可以提高增强效果。因为增加对比剂的浓度，可以使强化峰值明显升高．同时，对比剂浓度越高，到达峰值的时间也越短。
高浓度对比剂的黏稠度( viscosity)要比常规浓度对比剂高得多。例如20℃时，300mgl/ml碘海醇的黏稠度为11. 8(cP) ，400mgl/ml的碘美普尔则高达27.5(cP) 。后者由于黏稠度太高，不仅注射起来比较困难，注射进血管后，也会由于难以混匀而产生血管内密度不均匀的现象．所以，在注射前一定要加温到37℃，此时黏稠度会大大降低，例如，400mgl/ml的碘美普尔会降低到12. 6(cP) 。
3．对比剂总量对增强效果的影响对比剂总量的改变可以影响到峰值、峰值时间和峰值持续时间三个方面。
即使是用同样的注射流率，当总量差别较大的时候，峰值和峰值时间都会有差别。增加对比剂剂量不仅可以提高峰值，使强化效果更加明显，同时峰值时间也在推迟。后一种现象在多层螺旋CT增强扫描中尤其应当引起注意。
对比剂总剂量还决定了峰值持续时间的长短，这个结果对于指导多层螺旋CT增强扫描程序的设定有重要意义。多层螺旋CT可以在短时间内用亚毫米层厚扫描一个较长的范围，这样与单层螺旋CT比较，即使适当减少对比剂的用量，只要延迟时间把握准确，同样能够获得优秀的强化效果。对比剂总量的减少，不仅可以减少对比剂副反应的发生概率，而且可以减少对比剂肾病的发生概率。
三、碘对比剂副反应及其处理
(一)对比剂的副作用发生机制
1.对比剂的毒性作用：对比剂溶液的全部毒性作用是以下三种因素的总和：
1)分子的化学毒性，可能是由于它对细胞外间隙和(或)细胞膜内的蛋白质的影响，以及小剂量进入细胞内对比剂分子对细胞器和酶系统的作用。
2)渗透压毒性，血液的渗透压为300mOsm／kg。对比剂的高渗性使其在应用后可使液体从红细胞、内皮细胞及其他结构内移出，可产生疼痛、血管扩张、血压下降等反应及血液粘稠度的改变。
3)离子失衡，当对比剂在血管中以一定比例替代血液流过(尤其在心脏、冠状动脉及大血管内)时，由于不同离子浓度比的差别，可产生某些副反应，如室颤等。
以上毒性作用所产生的副反应程度与对比剂的用量有一定关系。
2.对比剂的免疫反应：对比剂的应用还可能因其化学毒性和高渗性以及离子失衡触发免疫反应，产生类似抗原一抗体反应的“假变态”反应，或称“假过敏”反应。这种副反应的发生及程度与对比剂的用量无关。
3.精神因素与副反应：精神因素如过度紧张、恐惧及焦虑也可导致某些副反应的发生，例如恶心，面部潮红等。有文献报道女性恶心等反应的发生率稍高于男性，考虑与紧张及恐惧有关。
4.对比剂对肝肾功能的影响：除了特异性很强的胆系静脉用对比剂外，常规用 CT 血管内用对比剂的排泄，90％以上的量是经过肾脏。这样主要的影响是使肾脏的负担加重。对于肾功能正常的患者来讲，很少因对比剂的应用产生不良反应。但是，对于那些本来肾功能就有损害的患者就有可能发生对比剂性肾中毒，而且对比剂的用量越大，注药前肾小球滤过率越低，发生对比剂性肾中毒的危险性越高。肾功能不全的患者尽量避免使用血管内对比剂，必须用时，也要注意尽量减少对比剂剂量。
肝脏是除肾脏外对比剂排泄的主要途径，因此当肾脏功能有损害时，肝脏的排泄量就要增加，此时如同时有肝脏疾病存在，就有可能对肝脏产生影响，这种影响多较轻，且为一过性。
5.对比剂对凝血机制的影响：血管内皮可以被高渗溶液(如比率为1.5的对比剂)损伤，受损的血管内皮可以导致血管内血栓形成。这在静脉注射高渗对比剂时尤为明显，因为此时对比剂与血管内皮有较长时间的接触。
(6)离子型和非离子型对比剂的副作用发生的对比
1)分子的化学毒性：离子型对比剂的结构内含有羧基，使它对血浆蛋白(包括酶系统)的结合力明显高于非离子型对比剂，它的化学毒性(尤其是在直接接触中对神经系统的化学毒性)因此而明显高于非离子型对比剂，因为后者的结构中不含羧基。在蛛网膜下腔内(脑脊液中)的对比剂是直接与神经细胞接触，所以目前禁止离子型对比剂用于蛛网膜下腔。非离子对比剂与血清钙的结合甚少，又不含钠盐，其化学毒性也因此而较离子型明显降低。
2)渗透压毒性：渗透压毒性主要取决于渗透压的高低，并不取决于有无离子存在。渗透压高达1500mOsm／kg 的离子单体对比剂无疑毒性最高。离子二聚体与非离子单体的渗透压一样约500–700 mOsm／kg左右，也高于血液，但是已经低于离子单体。非离子二聚体的渗透压只有300mOsm／kg 是等渗，所以渗透压毒性最低。
3)离子失衡：非离子对比剂不含离子，应用时不会产生因离子失衡导致的副反应。这是它优于离子型对比剂的一个方面。
4)假变态(假过敏)反应：这些副反应的发生及程度与对比剂的用量无关。当然非离子型对比剂较离子型的危险性要小得多。
5)对比剂对肝肾功能的影响：多数文献认为对肝肾的影响，离子型和非离子型对比剂之间无明显差异。
6)对比剂对凝血机制的影响：比率较高(3.6)的对比剂与比率较低(1.5)的对比剂相比有较小的因血管内皮损伤造成的血栓形成的危险性。但是，离子型对比剂在试管内及血管内的抗凝作用要强于非离子型对比剂。在这一点上，低渗离子型对比剂有其独特的优势，由于它的低渗(比率为3)，对血管内皮的损伤较高渗离子型(单体)对比剂要轻得多，而由于它是离子型对比剂，故抗凝作用又高于非离子型对比剂。
（二）对比剂的副作用表现
(1)从反应症状的程度上可分为：
轻度：无需治疗，很快恢复正常。
中度：需要治疗，用药后即可恢复正常，但无需监护。
重度：危及生命要立即采取抢救措施。
(2)副作用的临床表现：
较轻的有全身或局部发热、局部疼痛、喷嚏、恶心、呕吐、头痛、腹痛、荨麻疹、流泪、结膜充血等，严重的有喉头水肿、支气管痉挛、肺水肿、抽搐、血压下降、休克、昏迷甚至呼吸心跳停止。
（三）对比剂副作用的高危因素
(1)肝肾功能有损害者，尤其是中度损害以上。
(2)心肺功能不全的患者。
(3)有过敏倾向者，如哮喘、荨麻疹、枯草热患者和有药物及食物过敏史者。
(4)甲状腺功能亢进患者。
(5)糖尿病患者。
(6)有对比剂过敏史者。
(7)各种因素导致的体质严重虚弱者。
（四）对比剂副作用的预防
(1)CT 室必须装备必要的各种抢救用药品以备随时取用，同时要配备氧气瓶(或管道)、吸痰器随时准备应用。如遇严重反应，在自己抢救的同时要尽快通知有关科室医师前来协助抢救。
增强前准备工作要做好，首先详细了解有关病史、药物过敏史，以及早发现对比剂反应的高危因素，采取对应措施。
(3)应用对比剂前一定要作碘过敏试验，以静脉法为宜。需要注意的是部分患者在作过敏试验时可发生严重副反应，要有准备，以免措手不及。
(4)最好采用非离子型对比剂。
（五）对比剂反应的处理原则轻度反应不必采取措施，但要留患者观察十余分钟，以免万一反应加重便于及时处理；中度反应及重度反应要立即停止对比剂的注射，保持静脉通道，并首先静脉注射地塞米松10～30mg，同时根据不同形式的反应立即采取必要的抢救措施，抢救措施的原则基本是对症治疗。
关于对比剂肾病(contrast-induced nephropathy，CIN) 近年来，对于血管内注射对比剂导致的肾功能下降受到高度重视，对比剂肾病的概念开始提出，中国对比剂安全使用委员会制定的《对比剂使用指南》中指出：对比剂肾病是指排除其他原因的情况下，血管内途径应用对比剂后3天内肾功能与应用对比剂前明显降低。判断标准为血清肌酐升高至少44μmol/L(5g/L)或超过基础值25％。
MR 对比剂
MRI 具有良好的软组织对比，可以反映出人体组织间的物理、化学上的差异，但在显示病变的特异性上较差，常达不到定性诊断要求。因此开发了 MRI 对比剂，常用的是二乙三胺五乙酸钆(gadoliniumdiethyl triamine-pentaacetic acid，Gd-DTPA)，其为顺磁性物质，目前已广泛应用于临床。还有一些对比剂问世，如含 Fe 的超顺磁性物质，以 Mn为基础的细胞内对比剂等。
MR 对比剂增强机制
MRI 对比剂虽与 X 线检查用碘对比剂的应用目的相同，但作用机制和功能则完全不同。MRI对比剂本身不显示 MR 信号，只对邻近质子产生影响和效应，这种特性受到对比剂浓度、对比剂积聚处组织弛豫性、对比剂在组织内相对弛豫性及 MR 扫描序列参数等多种因素的影响，从而造成 MR 信号强度的改变。
MRI 成像中，质子所产生的 MR 信号及其弛豫时间 T1和 T2决定着不同组织在 MRI 图像上的对比，MRI 对比剂与质子相互作用来影响 T1和 T2弛豫时间，一般是使 T1和 T2时间都缩短，但程度不同，二者中有一种为主。
某些金属离子如铁(Fe)、钆(Gd)、锰(Mn)具有顺磁性，其原子具有几个不成对的电子，弛豫时间长，有较大的磁矩。在磁共振过程中，这些顺磁性物质有利于在所激励的质子之间或由质子向周围环境传递能量时，使质子弛豫时间缩短。Gd-DTPA 临床应用中主要利用其缩短 T1效应。
铁磁性物质，如超顺磁性氧化铁含有不成对的电子，产生磁环境。置于外加强磁场时，相邻磁环境相互作用，造成磁场不均，加速共振质子去相位，使 T2缩短，其缩短 T1效应较弱。
MR 对比剂的种类及特点
根据对比剂在体内分布、磁特性、对组织 T1或 T2的主要影响和所产生 MR 信号强度的差异分类，目前有两种分类：
1．生物分布性 分细胞内、外对比剂两类。
细胞外对比剂：目前临床广泛应用的钆制剂属此类。它在体内非特异性分布，可在血管内与细胞外间隙自由通过。因此需掌握好时机，方可获得良好的组织强化对比。
细胞内对比剂：以体内某一组织或器官的一些细胞作为靶来分布，如网织内皮系统对比剂和肝细胞对比剂。此类对比剂注入静脉后，立即从血中廓清并与相关组织结合。其优点是使摄取对比剂组织和不摄取的组织之间产生对比。
2．磁特性依磁特性分为顺磁性、超顺磁性和铁磁性三类。
顺磁性对比剂由顺磁性金属元素组成，如 Gd、Mn。对比剂浓度低时，主要使 T1缩短并使信号增强；浓度高时，则组织 T2缩短超过 T1效应，使 MR 信号降低。常用其 T1效应作为 T1加权像中的阳性对比剂。
铁磁性及超顺磁性对比剂由氧化铁组成，为不同大小微晶金属粒子。二者均影响局部磁场均匀性且产生磁化率效应，使质子失相位加速，T2弛豫时间缩短。
MR对比剂的应用
钆螯合物是以Gd为基础的MRI对比剂。常规作为非特异性细胞外对比剂。分离子型和非离子型。最常用的 Gd-DTPA 为离子型对比剂。依化学结构分为线形和巨环形螯合物。Gd 对比剂均为亲水性、低分子量复合物，因粒子小，经静脉引入体内，很快从血管内弥散到细胞外间隙，但不易通过血脑屏障，正常时不进入脑与脊髓。其生物学分布为非特异性，一旦它在血管内和细胞外间隙迅速达到平衡后，则很快失去组织间的对比。钆类对比剂主要应用于中枢神经系统 MRI 检查，可使某些正常结构强化，如垂体、静脉窦等。也使病变强化，如脑瘤、梗死、感染、急性脑脱髓鞘病变及脊髓肿瘤、炎症病变的强化等。它有助于小病变检出，如转移瘤强化后发现病灶数目明显增多。也用于腹部、乳腺、肌骨系统病变增强检查。Gd 类对比剂经静脉内注入，用量为0.1mmol/kg，多发性硬化、转移瘤可用至0.2～0.3mmol/kg，以发现更多病变。Gd类对比剂很少引起不良反应，约占1%～5%。主要为胃肠道刺激症状和皮肤黏膜反应，为恶心、呕吐及荨麻疹，反应轻微持续时间短，一般无需处理。孕妇与肾功能不良者应慎用。
超顺磁性氧化铁(superparamagnetic iton oXide，SPIO) 为颗粒物质，经静脉被肝脏的网状内皮系统(retictllo-endothelial system，RES)Küpffer 细胞吞噬，主要作为 RES 定向肝对比剂，用于肝恶
性肿瘤诊断。因肝恶性肿瘤缺乏 Küpffer 细胞，因此增强后与正常肝形成对比。所用剂量为0.015mmol／kg，需用100ml 5%葡萄糖稀释，在30min 或以上缓慢滴入。MR 扫描在滴人末期进行，延迟30～ 60min 扫描为宜。SE T2WI 上及 GRE T2WI 上肝实质信号明显减低。
肝细胞特异对比剂为肝细胞靶对比剂，即在 Gd 对比剂中加入芳香环，增加其亲脂性以便与肝细胞结合。
血池对比剂为缩短 T1的对比剂。由于血液循环有相对长的时间，可从稳态中获取高分辨力和较高的 SNR。目前利用超顺磁性氧化铁粒子。
口服对比剂阳性对比剂用 Gd-DTPA 与甘露醇配合，服用后肠道显示高信号。阴性对比剂为口服超顺磁性氧化铁剂，它使肠道内对比剂聚集处信号消失。口服对比剂主要用于区分肠道与周围正常、病理的器官或组织，使胃肠道管壁显示清晰。
