您可以保留最佳猜测。莱斯大学乔治·R·布朗工程学院的工程师们开始了解当医生将造影剂泵入您的身体进行MRI扫描时到底发生了什么。

改进MRI造影剂的分析

在一项可能导致更好扫描的新研究中，赖斯领导的团队通过分子模拟进行了更深入的挖掘，与早期模型不同，当使用钆剂突出显示软组织时，该团队完全没有对发挥作用的基本机制做出任何假设。

由Rice化学和生物分子工程师PhilipSinger、现任橡树岭国家实验室前副研究员DilipAsthagiri和研究生ThiagoPinheirodosSantos领导的这项研究出现在物理化学化学物理学中。

它采用最初在莱斯大学为石油和天然气研究开发的复杂模型，最终分析氢原子核在核磁共振(NMR)下如何在体温下“松弛”，核磁共振成像(MRI)使用的技术。

医生使用MRI通过诱导水分子氢核中的磁矩与磁场对齐来“查看”患者软组织(包括大脑)的状态，当钆剂处于附近。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。他们放松得越快，对比就越明亮。

钆分子天然顺磁性，对磁激发敏感。因为它们有毒，所以当它们成为造影剂的一部分时通常会被螯合。PinheirodosSantos说：“螯合物基本上包裹着钆并保护你的身体不与金属直接相互作用。”“我们在问，这些分子究竟是如何表现的?”

尽管每年都有大量基于钆的造影剂注射到患者体内，但它们在分子水平上的作用从未被完全理解。

“回溯40年前，在核磁共振领域，人们认为液态水只是一堆四处移动的弹珠，弹珠中的偶极子会随机重新定向，”Asthagiri说。

但他说，这样的假设是有限的。“Thiago通过他的显式模拟所做的是展示供水网络如何随时间演变，”Asthagiri说。“这些都是复杂的、计算密集型的计算。”

Rice模拟利用高度精细的可极化力场来详细研究这种现象，这需要密集的GPU加速计算。

该团队利用合著者史蒂文格林鲍姆的实验数据验证了其分子动力学方法，史蒂文格林鲍姆是纽约城市大学亨特学院的物理学教授，他的实验室专门研究凝聚态物质中离子和分子传输过程的核磁共振测量。

模拟揭示了钆周围水分子的内壳和外壳如何响应热激发的明显差异。PinheirodosSantos说：“内壳是围绕钆的八或九个水分子群。”“它们牢固地附着在钆上，并在那里停留很长时间，几纳秒。外壳包含所有剩余的水分子。”

研究人员发现，虽然内壳的结构在41到98.6华氏度之间不会发生变化，但它的动力学非常容易受到热效应的影响。他们还发现，温度以影响外壳弛豫的方式极大地影响了钆-水模拟中分子的自扩散率。

“总的来说，这些发现开辟了一条新途径来阐明造影剂在MRI扫描期间如何对人体状况做出反应，”辛格说。“通过更好地理解这一点，人们可以开发新的、更安全和更灵敏的造影剂，并使用模拟来增强对MRI数据的解释。”

他说，未来的研究将检查更能代表细胞内部的液体中的螯合钆复合物。