Abstract
Purpose: To determine the electronic spin relaxation times, $T_{le}$, of three commercially available Gd-chelated MR contrast agents, Gd-DTPA, Gd-DTPA-BMA and Gd-DOTA, using Electron Paramagnetic Resonance(EPR) technique. Material and Methods: The paramagnetic MR contrast agents, Gd-DTFA(Magnevist) , Gd-DTFA-BMA(OMNISCAN) and Gd-DOTA(Dotarem), were used for this study, The EPR spectra of these contrast agents, which were prepared 2:1 methanol/water solution, were obtained at low temperatures, from $-160^{\circ}C~20^{\circ}C$. The glassy-state EPR spectra for these contrast agents were then fitted by the simulation spectra generated with different zero-field splitting (ZFS) parameters by a computer simulation program 'GEN', which generates the EPR powder spectrum using a given ZFS in $3{\times}3$ tensor. Finally, the spin relaxation times of the contrast agents were then determined from the $T_{2e}$, D, and E values of the best simulation spectra using the McLachlan's theory of average relaxation rate. Results: The electronic transverse spin relaxation times, $T_{2e}'s$, of Gd-DTPA, Gd-DTPA-BMA and Gd-DOTA were 0.113ns, 0.147ns and 1.81ns respectively. The g-values were 1.9737, 1.9735 and 1.9830 and the electronic spin relaxation times, $T_{1e}'s$, were 18.70ns, 33.40ns and $1.66{\mu}s$, respectively. Conclusion: The results of these studies reconfirm that the paramagnetic MR contrast agents with larger ZFS parameters should have shorter $T_{1e}'s$. Among three contrast agents used for this study, Gd-DOTA chelated with cyclic ligand structure shows better electronic property then the others with linear structure. Thus, it is concluded that the exact determination of ZFS parameters is the important factor in evaluating relaxation enhancement effect of the agents and in developing new contrast agents.
목적: 전자상자성 공명(Electron Paramagnetic Resonance EPR)을 사용하여, 현재 상용되고 있는 세가지 상자성 자기공명 조영제, Gd-DTPA, Gd-DTPA-BMA, Gd-DOTA의 전자스핀 이완시간 $T_{le}$를 결정하고자 한다. 대상 및 방법: 본 연구에 사용된 상자성 자기공명 조영제는 Gd-DTPA(Magnevist), Gd-DTPA-BMA(OMNISCAN), Gd-DOTA(Dotarem)이다. 이들 자기공명 조영제들은 2:1 부피 비율의 메탄올과 물의 혼합용액에 희석하여 저온의 glassy상태에서 EPR스펙트럼을 얻었으며, 또한 주어진 영 자기장 갈라지기 (zero-field splitting, ZFS)변수를 $3{\times}3$ 텐서량으로 계산하는 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램 'GEN'을 사용하여, 이들 조영제들에 대한 각각 다른 ZFS변수를 가지는 시뮬레이션 스펙트럼을 만들었다. 이 결과들과 McLachlan의 평균이완율 이론을 적용하여 전자스핀 이완시간이 결정되었다. 결과: 상자성 자기공명 조영제 Gd-DTPA, Gd-DTPA-BMA, Gd-DOTA의 전자 횡축 스핀이완시간($T_{2e}$)은 각각 0.113ns, 0.147ns, 1.81ns, g-value는 1,9737, 1.9735, 1.9830, 전자스핀 이완시간($T_{le}$)는 18.70ns, 33.40ns, $1.66{\mu}s$로 결정되었다. 결론: 실험 결과로부터 상자성 자기공명 조영제의 ZFS변수가 클수록 짧은 전자스핀 이완시간 $T_{le}$를 가진다는 일반적인 사실을 재 확인할 수 있었다. 본 연구에 사용된 3가지 자기 공명 조영제들 중에는 화학적으로 환상구조 배위자를 갖는 Gd-DOTA가 가장 긴 전자스핀 이완시간 $T_{le}$를 가지는 것으로 나타나서 일반적으로 환상구조 배위자를 갖는 조영제들이 선상구조 배위자를 갖는 조영제에 비해 전자적인 성질은 우수한 것으로 나타났고 결론적으로 상자성 조명제가 물분자의 자기이완시간에 미치는 영향을 평가하고 고효율 상자성 자기 공명 조영제 개발에는 정확한 ZFS변수 결정이 매우 중요하다는 것을 알 수 있었다.