Контрастные агенты
Одним из основных мотивов разработки новых методов визуализации является стремление увеличить контрастное разрешение. Контрастное вещество представляет собой вещество, вводимое в организм для повышения контрастности изображений структур или жидкостей при медицинской визуализации. Контрастные вещества можно вводить различными способами, например путем инъекции, вдоха, приема внутрь или клизмы. Химический состав контрастных веществ варьирует в зависимости от метода, чтобы обеспечить оптимальную видимость в зависимости от физической основы формирования изображения. Например, йодированные контрастные вещества используются в рентгенографии и КТ, потому что йод имеет высокий атомный номер, сильно ослабляющий рентгеновские лучи и, таким образом, значительно повышающий контраст изображения в любых тканях, которые накапливают контрастное вещество. Контрастные вещества для рентгенографии называются рентгеноконтрастными, поскольку они поглощают рентгеновские лучи и затемняют луч. Контрастные вещества в рентгенографии используют для выделения интересующих анатомических структур (например, желудка, толстой кишки, мочевыводящих путей). В методе визуализации, называемом ангиографией, контрастное вещество вводится в кровеносные сосуды, чтобы затемнить их на изображениях. В гистологических исследованиях окрашивающие агенты, такие как гематоксилин и эозин, использовали в течение многих лет для усиления контраста в срезах тканей, а магнитные контрастные агенты, такие как гадолиний, были введены для усиления контраста на магнитно-резонансных изображениях.
Недавно для УЗИ были разработаны контрастные вещества, значительно повышающие контраст изображения (Durot et al., 2018). Ультразвуковые контрастные агенты обычно содержат микропузырьки — пузырьки в крови, которые слишком малы, чтобы вызвать повреждение тканей, но которые в совокупности изменяют несоответствие импеданса между кровью и тканью для повышения контрастности изображения.
Хотя контрастные вещества оказались очень эффективными и широко используются, их усиление имеет тенденцию быть неспецифическим в том смысле, что будет усиливаться любая васкуляризированная структура. В последние годы достижения в области молекулярной биологии привели к возможности создания контрастных агентов, обладающих высокой специфичностью для отдельных молекул. В дополнение к молекулам с радиоактивной меткой, используемым в ядерной медицине, молекулы маркируются для получения изображений с помощью магнитно-резонансных и оптических источников энергии. Меченые молекулы визуализируются в 2D- или 3D-формате, часто с применением методов реконструкции, разработанных для клинической визуализации (Pysz et al., 2010; Jokerst, Gambhir, 2011; Weissleder et al., 2016). Меченые молекулы уже несколько лет используются in vitro с помощью иммуноцитохимического метода (связывание меченых антител с антигеном) (Van Noorden, 2002) и гибридизации in situ (связывание меченых нуклеотидных последовательностей с ДНК или РНК) (King et al., 2000). Совсем недавно были разработаны методы визуализации этих молекул в живом организме, что открыло совершенно новые возможности для понимания функционирования организма на молекулярном уровне (Biswal et al., 2007; Hoffman, Gambhir, 2007; Margolis et al., 2007; Ray, Gambhir, 2007; Willmann et al., 2008; Pysz et al., 2010). Недавняя работа по изменению микропузырьков ультразвуковых контрастных веществ для их нацеливания на определенные ткани и формы заболеваний открывает захватывающие перспективы для ультразвуковой визуализации, чтобы предоставить еще больше функциональной информации о тканях минимально инвазивным и экономически эффективным способом (Deshpande et al., 2010; Abou-Elkacem et al., 2015; Zhang et al., 2017).