專利名稱：對生命體新陳代謝過程進行成像的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對生命體新陳代謝過程進行成像的方法。
背景技術(shù)：
當今，對生命體的新陳代謝過程可以借助于正電子放射斷層造影(PET)來進行成像顯示。在此，利用了正電子放射和正電子湮滅的特殊特性，以量化地確定器官或細胞區(qū)域的功能。其測量原理為，使用利用正電子放射體標記的所謂的示蹤元素。在PET中使用最多的正電子放射體是11C、13N、15O和18F。通過正電子放射體11C、13N和15O在生物分子中使用穩(wěn)定的同位素，不會導致示蹤元素生物化學的改變，因此可以使對生物分子的新陳代謝特性無干擾地成像。在使用18F(它通常替代生物分子中的氫)時所產(chǎn)生的新陳代謝特性的變化是所期望的，或者說它非常小，不會引起明顯的干擾。因此，在測量葡萄糖代謝時例如使用18F-FDG作為示蹤元素，而在顯示多巴胺代謝時例如使用F-DOPA作為示蹤元素。PET的醫(yī)學應(yīng)用首先是在心臟病學、神經(jīng)病學和腫瘤學領(lǐng)域。已經(jīng)證明，其優(yōu)點尤其在于能夠?qū)梢栽隗w內(nèi)(vivo)量化地顯示新陳代謝和生物化學的整個空間區(qū)域同時成像。但是，由于短的半衰期，所需的放射性標識要在現(xiàn)場設(shè)置并然后注入患者體內(nèi)，因此抑制了質(zhì)量控制。此外，在很多情況下，對于特殊的腦部斷層造影，1至2mm的解剖細節(jié)是不足夠的，而對于全身斷層造影，2至3mm的解剖細節(jié)是不足夠的。因此，現(xiàn)代設(shè)備都后接一X射線計算機斷層造影設(shè)備(CT設(shè)備)。利用CT設(shè)備產(chǎn)生的解剖圖像將被合并到后處理步驟中。
另一方面，可以借助于磁共振技術(shù)，圖像地顯示生命體內(nèi)的濃縮19F。但其缺點在于，生命體中氟的濃度較小，由此使得磁共振技術(shù)對氟成像的靈敏度較低。這通過相應(yīng)較大的體素(Voxel)，即相應(yīng)較小的位置分辨率來補償。
在US 6278893 B1中描述了一種磁共振成像方法，其中，使用了一種具有高T1馳豫時間并在體外(ex vivo)極化的造影劑。這種造影劑含有具有不為零磁矩的原子核，例如19F、3Li、1H、13C、15N或31P。然后，將所獲得的造影劑圖像疊加在解剖磁共振圖像、即質(zhì)子圖像上。在該文獻中還描述了，可以借助于合適的高頻激勵或借助于相位敏感的方法產(chǎn)生僅存在于不同的化學環(huán)境的原子核的磁共振圖像。在此，對于成像利用了具有高T1馳豫時間、尤其包含19F核和13C核的造影劑依據(jù)一種新陳代謝活動而改變化學偏移的特點。這點可用于圖像地顯示這種活動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有更高位置分辨率的、用于新陳代謝成像的方法，其中，不使用放射性標識。
本發(fā)明的技術(shù)問題是通過一種對生命體的新陳代謝過程進行成像的方法解決的，其中，將待成像新陳代謝的代謝物利用一種具有高T1的物質(zhì)加以標記，并加以極化；然后將該標記的和極化的代謝物注入生命體；并利用磁共振設(shè)備產(chǎn)生該生命體一個區(qū)域的第一圖像，該區(qū)域的第一圖像顯示在該區(qū)域中極化物質(zhì)的分布。
優(yōu)選地是，可以將同樣也用于PET的、實質(zhì)上相同的物質(zhì)，在相應(yīng)地標記之后，通過具有一磁矩的原子核加以利用。但與PET相比，這里可以在相對短的時間之后重復進行測量。該時間可通過極化的衰減來確定。該方法可利用后裝備的診斷用磁共振設(shè)備來實施。
在本發(fā)明的實施方式中，利用磁共振技術(shù)設(shè)備產(chǎn)生同一區(qū)域的第二圖像，該區(qū)域的第二圖像顯示在該區(qū)域中質(zhì)子的分布，以及通過將第一和第二圖像合并產(chǎn)生總圖像。
在本發(fā)明的實施方式中，為了產(chǎn)生第一圖像，有選擇地利用其拉莫爾頻率來激勵所述物質(zhì)。
在本發(fā)明的另一實施方式中，為了產(chǎn)生第一圖像，利用數(shù)量級為1°的觸發(fā)角來激勵所述物質(zhì)。
在本發(fā)明的實施方式中，為了產(chǎn)生第二圖像，有選擇地利用其拉莫爾頻率來激勵質(zhì)子。
此外，在本發(fā)明的實施方式中，作為所述物質(zhì)采用具有高T1的19F。
在本發(fā)明的一種實施方式中，作為代謝物采用用作葡萄糖代謝原料的物質(zhì)。
在本發(fā)明的另一實施方式中，作為代謝物采用19F-脫氧氟葡萄糖。
在本發(fā)明的另一實施方式中，作為代謝物采用F-DOPA。
在本發(fā)明的實施方式中，標記的和極化的代謝物的注入是在若干分鐘的時間段內(nèi)幾乎連續(xù)地注入的。
在本發(fā)明的實施方式中，極化和注入是同時進行的。
在本發(fā)明的實施方式中，還產(chǎn)生其它第一圖像或至少產(chǎn)生一幅比其它第一圖像具有較小分辨率的其它第一圖像。
此外，在本發(fā)明的實施方式中，至少產(chǎn)生一幅比其它第一圖像具有較小觸發(fā)角的其它第一圖像。
在此，尤其優(yōu)選的實施方式為，使用示蹤元素作為標記的和極化的代謝物，其在PET中也被使用，但在這里將放射性標識用具有一核磁矩的非放射性標識加以替換。這使對很多國家對物質(zhì)的新醫(yī)學應(yīng)用所規(guī)定的允許的方法得以簡化。
在使用19F作為標識時，利用現(xiàn)代極化方法(超極化)可輕易地將該標識的自旋狀態(tài)的粒子分布從10-6提高到0.2。由此有足夠的給出信號的原子核，能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級的位置分辨率，如使用PET也能達到的那樣。
很多新陳代謝過程在分鐘的時間范圍內(nèi)進行。為了在這種情況下不僅能看到血管體積也能看到新陳代謝過程，注入是在若干分鐘的時間段內(nèi)幾乎連續(xù)地注入的。而注入和極化是同時進行的。
為了得到關(guān)于濃縮或灌注極化的代謝物的時間變化的信息，可以利用代謝物的常規(guī)成像產(chǎn)生具有較低分辨率(例如64*128)和/或小于1°的很小的觸發(fā)角的中間圖像。這對極化曲線的影響是微不足道的，而由于小的矩陣大小也使得信噪比足夠好。


以下借助圖1對本發(fā)明的實施方式進行說明。其中，圖1示出了本發(fā)明的對生命體新陳代謝過程進行成像方法的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的對生命體新陳代謝過程進行成像的方法尤其適用于圖像地顯示葡萄糖代謝和多巴胺代謝。但在使用相應(yīng)的示蹤元素的情況下，也適用于對脂肪酸代謝和氨基酸代謝進行成像，或者用于對灌注進行成像。葡萄糖代謝圖像顯示臨床應(yīng)用在心臟學、神經(jīng)學和腫瘤學。通過圖像顯示多巴胺代謝首先可以確定多巴胺池(Dopamin-Pool)，并由此可導出突觸前的多巴胺功能的結(jié)論。在此所使用的F-DOPA起到腦中神經(jīng)遞質(zhì)的作用，并且在早期識別帕金森式癥和阿資海莫癥(Alzheimer，老年癡呆癥)中大有前途。
對新陳代謝過程進行成像的方法從待成像的新陳代謝的代謝物2出發(fā)，如在葡萄糖代謝中的F-氟-脫氧葡萄糖(F-FDG)和在多巴胺代謝中的F-DOPA。為了標記代謝物2利用具有高T1的物質(zhì)6。例如，在此將代謝物2中的氟用氟同位素19F來替換。由于19F的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)在體溫下或在大約1特斯拉(Tesla)下僅為10-6，因此在方法步驟8將標記的代謝物在使用前利用公知的超極化方法進行體外(ex vivo)極化。在此例如利用了在低溫下(T＜20K)仲氫相對于正氫的濃縮。通過在有機襯底上或金屬化合物上的催化加成反應(yīng)，將這種極化傳播到固體物質(zhì)上。通過固體中極長的T1時間使極化被存儲。然后，通過極化傳遞(交叉馳豫)，將極化傳遞到氟原子核。超極化例如也可通過所謂的光泵來實現(xiàn)。
在步驟12，這樣極化的示蹤元素將以例如靜脈內(nèi)溶液的形式被注入，以用于對生命體10的相應(yīng)新陳代謝過程進行成像。這一步驟依據(jù)待成像的新陳代謝過程可近乎連續(xù)地執(zhí)行至若干分鐘。然后，極化將同時發(fā)生。在此，用磁共振設(shè)備14進行實際的新陳代謝過程的成像，該磁共振設(shè)備設(shè)計用于對兩種不同類型的原子核進行成像。這里，一方面實現(xiàn)對用于新陳代謝成像的氟原子核進行的磁共振信號激勵和繼續(xù)處理，另一方面是對常規(guī)解剖成像的質(zhì)子的激勵和繼續(xù)處理。在此主要區(qū)別在于兩種核的磁共振頻率，這種磁共振頻率應(yīng)被圖像地顯示。因此，在1特斯拉的基本磁場下，對于氟原子核來說磁共振頻率約為f1＝40MHz，而用于質(zhì)子成像的磁共振頻率約為f2＝42MHz。因此磁共振設(shè)備14僅須在其高頻部分、包括高頻天線，在用于位置編碼的梯度場控制裝置中以及在信號分析處理裝置中進行適當?shù)臉?gòu)成。
作為成像序列，即確定的用于激勵的高頻場序列和用于位置編碼的梯度場序列，尤其合適的是快速序列，如2D或3D的FLASH序列。這里，F(xiàn)LASH為Fast Low Angle Shot(快速低角度拍攝)的縮寫，是一種快速梯度回波序列。在對超極化的氟進行成像時要考慮，用于氟成像的激勵角α1(觸發(fā)角)的數(shù)量級應(yīng)在約為1°，在上面提到的具有較低分辨率的成像中，該角也小于1°。附加地或作為另一種選擇，還可以減小矩陣的大小。這是因為，在每次激勵時，相當于下式的極化的相應(yīng)部分被消耗掉Mz(n)＝MHyperpol·cos(αn)·exp(-n·TR/T1)其中T1為超極化核的馳豫時間；TR為重復時間；n為高頻激勵的數(shù)量；αn為觸發(fā)角。
但另一方面由于成像氟原子核的超極化，還有一高信號Mz(n)·sin(αn)可供使用。相反，對于質(zhì)子成像相應(yīng)于所期望的圖像加權(quán)來選擇激勵角α2。
在對圖像拍攝的時間控制上須考慮，在注入步驟12后的一定時間內(nèi)，標記的和極化的代謝物填充物(Bolus)應(yīng)到達患者10的待檢查區(qū)域，并在那里發(fā)揮作用。只有這時才開始拍攝代謝圖像16。在該代謝成像拍攝之前或之后還產(chǎn)生常規(guī)的解剖磁共振圖像18。在相應(yīng)的記錄之后，可由代謝圖像16和解剖圖像18通過圖像合并產(chǎn)生疊加的圖像20，并在顯示裝置22上進行顯示。
但是，該對新陳代謝過程進行成像的方法并不局限于用氟作標記。它還可以使用用其它同位素標記的示蹤元素，這些同位素在其分子環(huán)境中具有高的T1時間。其中例如有13C、15N、31P或3Li。
權(quán)利要求
1.一種對生命體(10)的新陳代謝過程進行成像的方法，其包括步驟a)將待成像新陳代謝的代謝物(2)利用一種具有高T1的物質(zhì)(6)加以標記(4)，然后加以極化(8)；b)將該標記的和極化的代謝物注入(12)生命體(10)；c)利用磁共振設(shè)備(14)產(chǎn)生該生命體(10)一個區(qū)域的第一圖像(16)，該區(qū)域的第一圖像(16)顯示在該區(qū)域中極化物質(zhì)的分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用磁共振技術(shù)設(shè)備(14)產(chǎn)生同一區(qū)域的第二圖像(18)，該區(qū)域的第二圖像(18)顯示在該區(qū)域中質(zhì)子的分布，以及通過將所述第一和第二圖像(16，18)合并產(chǎn)生總圖像(20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，為了產(chǎn)生所述第一圖像(16)，有選擇地利用其拉莫爾頻率(f1)來激勵所述物質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，為了產(chǎn)生所述第一圖像(16)，利用數(shù)量級為1°的觸發(fā)角(α1)來激勵所述物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的方法，其特征在于，為了產(chǎn)生所述第二圖像(18)，有選擇地利用其拉莫爾頻率(f2)來激勵所述質(zhì)子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于，作為所述物質(zhì)(6)采用具有高T1的19F。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，作為所述代謝物(2)采用用作葡萄糖代謝原料的物質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，作為所述代謝物(2)采用19F-脫氧氟葡萄糖。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，作為所述代謝物(2)采用F-DOPA。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，所述標記的和極化的代謝物的注入(12)是在若干分鐘的時間段內(nèi)幾乎連續(xù)地注入的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法，其特征在于，所述極化(8)和注入(12)是同時進行的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生其它第一圖像(16)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的方法，其特征在于，至少產(chǎn)生一幅比其它第一圖像(16)具有較小分辨率的其它第一圖像(16)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，至少產(chǎn)生一幅比其它第一圖像(16)具有較小觸發(fā)角的其它第一圖像(16)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對生命體(10)的新陳代謝過程進行成像的方法，其包括步驟a)將待成像新陳代謝的代謝物(2)利用一種具有高T1的物質(zhì)(6)加以標記(4)，然后加以極化(8)；b)將該標記的和極化的代謝物注入(12)生命體(10)；c)利用磁共振設(shè)備(14)產(chǎn)生該生命體(10)一個區(qū)域的第一圖像(16)，該區(qū)域的第一圖像(16)顯示在該區(qū)域中極化物質(zhì)的分布。
文檔編號A61K49/00GK1507835SQ20031012236
公開日2004年6月30日 申請日期2003年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月19日
發(fā)明者岡特·布里爾, 邁克爾·戴姆林, 赫爾曼·里夸爾特, 戴姆林, 里夸爾特, 岡特 布里爾 申請人:西門子公司