專利名稱：檢測和定位癌癥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測和定位患者體內(nèi)癌癥的方法。
在現(xiàn)有技術(shù)中，利用核磁共振(NMR)和磁共振成像(MRI)技術(shù)協(xié)助于癌的臨床診斷的方法是眾所周知的。
Damadian是第一個提出核磁共振在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的人。他建議用核磁共振檢測組織中的惡性腫瘤。見R.Damadian，“Tumor Detection by Nuclear Magnetic Resonance，”Science 171∶1151-1153(1971)，授予Damadian的美國專利3，789，832包括將核磁共振應(yīng)用于手術(shù)摘除的樣品以測定質(zhì)子馳豫時間T1和T2的儀器和方法，將所測得的T1和T2與健康組織的數(shù)值作比較作為診斷癌癥的一種手段。授予Damadian的美國專利4，411，270和4，354，499包括用全身樣品的NMR成像和掃描檢測癌癥的儀器和方法。
許多其他研究人員也報道了在帶有腫瘤的動物器官中水結(jié)構(gòu)的相應(yīng)T1長。見Frey etal.J.Natl.Cancer Inst。49，903(1972);Inch etal.J.Natl Cancer Inst.52，353(1974);Iijima et al physiol Chem.and physics 5，431(1973);and Hazlewood et al J Natl Cancer Inst，52，1849(1974)。
當(dāng)今，盡管對其機制的詳情尚無定論，但眾所周知，在惡性細胞中發(fā)生的生物物理變化常常改變質(zhì)子NMR信號。見D.G.Taylor et al.“A review of the Magnetic Resonance Response of Biological Tissue and Its Applicability to the Diagnosis of Cancer by，NMR Radiology，”Computed Tomography，5∶122-133(1981)。這樣的變化構(gòu)成了用質(zhì)子NMR成像檢測腫瘤的物理基礎(chǔ)。見R.Zimmerman et al“Cerebral NMRDiagnostic Evaluation of Brain Tumors by Partial Saturation Technique with Resistive NMR，”Neuroradiology 27∶9-15(1985)and K.Oktomo，“Hepatic TumorsDifferentiation by Transverse Relaxation Time(T2)of Magnetic Resonance Imaging，”Radiology 155∶421-423(1985)。
對從實驗動物和病人體內(nèi)切下的腫瘤，以及對血漿和血清的質(zhì)子NMR研究已顯示出馳豫參數(shù)T1，T2，和T2＊(T2＊是固有松馳T2和由磁場的非均勻性引起的松馳的組合)隨惡性腫瘤的不同而不同。這樣的發(fā)現(xiàn)已有如下報道L.McLachlan，“Cancer-induced Decreases in Human plasma Proton NMR Relaxation Rates，”Phys.Med.Biol.25∶309-315(1980);
F.Smith et al Nuclear Magnetic Resonance Imaging of the Pancreas，“Radiology 142∶677-680(1982);
P.Beall et al.“The systemic Effect of Elevated Tissue and Serum Relaxation Times for water in Animals and Hamans with Cancers”NMR Basic Principles and progress，P.Diehl et al.Eds.，19∶39-57(1981)R.Floyd，“Time Course of Tissue water proton spin latice Relaxation in Mice Devloping Ascites Tumor，”Cancer Res.34∶91(1974);
C.Hazlenoocl et al.“Relationship Between Hy dration and proton Nuclear Magnetic Resonan-ce RelaxationTimes in Tissues of Tumor Bearing and Nontumor Bearing Mice;Implications for Cancer Detection，”J.Natl Cancer Inst.52∶1849-1853(1974);andR.Klimek et al.“A Discussion of Nuclear Magnetic Resonance(NMR)Relaxtion Time of Tumors in Terms of Their Interpretation as Self-organizng Dissipative Structures，and of Their Study of NMR Zeugmatopgrarhic Imaging，”Ginekol pol 52∶493-502(1981)。
然而，由于基團的廣泛重選和各類方法之間的微小差異，它們在臨床上是不適用的。
盡管上述現(xiàn)有技術(shù)大多建議用NMR分析組織，但也得知體液可用于這樣的分析，如Beall等人所述，見上文。
在所引用的現(xiàn)有技術(shù)中所述的檢測惡性腫瘤的NMR方法依賴于對由組織或血液衍生樣品中所有質(zhì)子產(chǎn)生的復(fù)合NMR信號的解釋。這種復(fù)合信號受水的質(zhì)子控制，它可遮掩來自樣品的其它含質(zhì)子成分的NMR信號。實際上，現(xiàn)有技術(shù)認為惡性腫瘤與所觀察到的NMR參數(shù)的改變之間的表面相關(guān)性是由于水結(jié)構(gòu)的改變，見上文用的Frey等人的文章。
在質(zhì)子NMR光譜學(xué)的其它申請中，抑制樣品中來自溶劑(如水)的信號是已知的。據(jù)發(fā)現(xiàn)，具有顯著預(yù)值的NMR譜中的一些組分可被樣品中的其它成份所遮掩。
在Eric T Fossel的共同未決申請(題為“用核磁共振檢測癌癥的方法”，UssN303，586，申請日為1989年1月27日，該申請的內(nèi)容在此作為參考)中，將上述發(fā)現(xiàn)合并為一種診斷病人體內(nèi)癌癥的可靠方法。
按照該發(fā)明，測定病人體液樣品的核磁共振光譜，選擇一條由樣品的非水成分所產(chǎn)生的共振譜線，測量這條共振譜線在給定高度，例如在其高度一半處的全寬度。已證明所測得的全寬度是病人體內(nèi)是否存在癌癥的統(tǒng)計學(xué)上可信的量度。
上述對血漿水抑制質(zhì)子NMR的試驗可區(qū)分出患有癌癥而未經(jīng)治療的人與其他人，其準(zhǔn)確度高于90%。因此，該試驗作為十年來最重要的發(fā)明之一受到廣泛的贊揚，以前沒有一種檢測癌癥的非侵襲性試驗達到過這樣的精度。然而，已獲得了假陽性結(jié)果。
在Eric T Fossel的共同未決申請(題為“用NMR(13C)檢測癌癥的方法”，ussN295，746，其內(nèi)容在此作為參考)中，證明了假陽性結(jié)果的主要來源是高含量的血漿甘油三酯。該發(fā)明講到一種確定病人體內(nèi)是否存在癌癥的非侵襲性方法和儀器，其精確度比以前的非侵襲性方法有所提高。
按照該發(fā)明，對在質(zhì)子NMR篩選試驗時呈陽性結(jié)果的病人進行甘油三酯含量的測定。正常的甘油三酯含量可核實癌癥的診斷，但對于甘油三酯含量高的病人體液樣品需經(jīng)C-13NMR測定。該試驗的異常結(jié)果可進一步證實癌癥的診斷，而正常結(jié)果則表明以前的診斷是假陽性。
在Eric T Fossel的共同未決申請(題為“用核磁共振檢測癌癥的儀器和方法”，ussN418，182，申請日為1989年10月6日，其內(nèi)容在此作為參考)中，證明了可通過一種將質(zhì)子NMR和C-13NMR光譜結(jié)合起來的自動方法進行診斷。
按照該發(fā)明，設(shè)計了一種使利用NMR診斷癌癥的方法自動化的儀器。該儀器具有一個能夠讀取體液樣品的水抑制質(zhì)子NMR和C-13NMR讀數(shù)的分光計部件。另外，該儀器具有用于處理質(zhì)子NMR和C-13NMR讀數(shù)和獲得相應(yīng)于那些讀數(shù)的數(shù)值的計算器。該儀器還包括用于儲存一組正常值標(biāo)準(zhǔn)和比較那些儲值與由NMR獲得的數(shù)值的記憶器。指導(dǎo)其功能的計算機程序可分析數(shù)據(jù)，以高度的準(zhǔn)確性得到診斷結(jié)果。
診斷僅僅是癌癥治療的第一步，隨后必須進行特定惡性腫瘤的鑒定。在現(xiàn)有技術(shù)中沒有談到過一種利用獲得NMR光譜，譯釋該光譜，進行該斷，然后當(dāng)癌癥診斷時，通過應(yīng)用磁共振成像(MRI)確定癌癥的方法。用于獲得初步診斷的核磁共振儀與可極其準(zhǔn)確專一地診斷癌癥的全身MRI掃描的聯(lián)用是迫切期望的。
按照本發(fā)明，開發(fā)了一種利用核磁共振儀和磁共振成像系統(tǒng)檢測和定位癌癥的方法。該方法和儀器能夠利用質(zhì)子NMR光譜，甘油三酯水平，必要的話，進一步對樣品作C-13NMR光譜學(xué)分析得出診斷結(jié)果。如果在甘油三酯或C-13步驟出現(xiàn)真陽性讀數(shù)，則對病人進行全身MRI以鑒定惡性腫瘤。
在優(yōu)選實施方案中，樣品液為血液，脊髓液，或骨髓血漿;尤以血液為宜。令人感興趣的組分是類脂類，最好來自類脂蛋白脂的甲基和亞甲基。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種利用NMR光譜學(xué)方法進行診斷以檢測病人體內(nèi)是否存在癌癥，一旦獲得癌癥的真陽性診斷結(jié)果，立即用MRI掃描儀鑒定和定位惡性腫瘤的精確方法。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點可以下文對附圖和本發(fā)明的描述中明顯看出。


圖1是按照本發(fā)明的第一階段得到的健康對照血漿樣品中非水組分(水被抑制)的典型360MHz NMR光譜;
圖2是與圖1所用樣品相同的血漿樣品的NMR光譜，除無水抑制外，所用的器材和脈沖頻率都是相同的;
圖3是圖1樣品讀數(shù)的甲基和亞甲基區(qū)域的放大圖;
圖4是患有惡性腫瘤而未經(jīng)治療的病人血漿樣品的NMR光譜的甲基和亞甲基區(qū)域放大圖;
圖5A和5B是分別按本發(fā)明的第一階段獲得的正常對照和未經(jīng)治療的癌癥患者血漿樣品C-13NMR光譜的烯烴區(qū)域;
圖6A和6B是按照本發(fā)明的第一階段獲得的正常對照和未經(jīng)治療的癌癥患者血漿樣品(示于5A和5B)在10ppm和90ppm之間C-13NMR光譜區(qū)，特別包括48ppm至80ppm區(qū)域的圖示;
圖7示出了本發(fā)明儀器的第一階段;
圖8給出了用本發(fā)明的方法得到的研究結(jié)果;
圖9給出了本發(fā)明的操作流程圖;
圖10A給出了進行調(diào)整的流程圖，調(diào)整是通過儀器的第一階段進行的，它可確保水抑制讀數(shù)結(jié)果的重現(xiàn)性;
圖10B給出了進行調(diào)整的樣品程序，相應(yīng)于圖10A流程圖的質(zhì)子光譜步驟;
圖10C給出了進行調(diào)整的樣品程序，相應(yīng)于C-13光譜;
圖10D給出了圖10C所示的調(diào)整程序的步驟8，即RJFQSET的子程序;
圖10E給出了圖10B所示的程序步驟2，即RJ TuNE的子程序;
圖10F給出了圖10B的子程序。
在開頭時，對本發(fā)明作了概述，下面更詳細地描述。本發(fā)明是檢測和定位病人體內(nèi)癌癥的方法。按照本發(fā)明，利用質(zhì)子核磁共振光譜學(xué)測定病人的體液樣品的核磁共振光譜。由于具有重要預(yù)計數(shù)值的NMR光譜的組分可被樣品中的其它物質(zhì)所掩蓋，所以經(jīng)消除這種掩蓋才能得到信息量豐富的NMR光譜。選擇一條由樣品的非水組分產(chǎn)生的共振譜線并在預(yù)定的高度，例如在其高度的一半處測量，該共振譜線的預(yù)定寬度，最好是全寬度以為檢測病人體內(nèi)的癌癥提供一種可靠的量度。這一理論或以上程序在共同未決申請ussN303，586中有述，該專利申請的內(nèi)容在此作為參考。
實際上，如果選擇一條以上共振譜線，則可用核磁共振儀的某一部件進行測量，將得到的平均值與表示正常值的儲存值(即非癌癥的)作比較。
陽性讀數(shù)可表明病人體內(nèi)癌癥的存在，否則它可能是假陽性讀數(shù)。已發(fā)現(xiàn)假陽性讀數(shù)的主要來源是血漿甘油三酯含量高的人。因此，如果測得的共振譜線數(shù)值大于儲存的正常值，則該程序?qū)⒃\斷病人沒有癌癥。然而，如果測得的值小于儲存值，則該程序?qū)⒅甘緝x器得出病人甘油三酯水平的測量值。
為了分清真假陽性讀數(shù)，對甘油三酯水平偏高的那些樣品作C-13NMR光譜學(xué)分析。這樣將得出一個診斷結(jié)果。根據(jù)C-13NMR光譜的某些特征可以可靠地確定由于血甘油三酯過多而造成的假陽性結(jié)果和相反地，病人體內(nèi)癌癥的存在。
如果用陽性質(zhì)子NMR光譜學(xué)讀數(shù)和正常甘油三酯水平或陽性質(zhì)子NMR光譜學(xué)，高甘油三酯水平和陽性C-13結(jié)果得到癌癥的陽性檢測結(jié)果，則還要對病人作整體MRI描述以確定惡性腫瘤的位置。
在本發(fā)明的一個實施方案中，先對待測樣品進行質(zhì)子NMR光譜學(xué)分析。對人血漿測得的水抑制質(zhì)子NMR光譜受血漿蛋白脂所控制。在沒有水抑制的情況下，這些非水共振實質(zhì)上被水所覆蓋。在高磁場下，甚至在水共振的存在下，可觀察到與非水體液組分相關(guān)的某些部分共振的信號均化?，F(xiàn)代NMR光譜儀能幾乎完全抑制水質(zhì)子共振，從而有利于這個讀數(shù)。血漿的水抑制質(zhì)子NMR光譜基本上就是血漿脂蛋白和少數(shù)低分子量分子的水抑制質(zhì)子NMR光譜，血漿蛋白質(zhì)子之所以被遮掩是因為它們包括未分辨共振的寬模糊。代謝性較強的脂蛋白質(zhì)子的較尖銳的共振附加在這個寬闊的背景上。
本發(fā)明的NMR光譜儀用任何含類脂的體液啟動。可使用全血、血清或血漿，盡管可用任何這樣的含類脂體液進行試驗，但目前的工作已集中于血漿。在血液中，類脂類，包括膽留醇、甘油三酯、和磷脂以脂蛋白的形式存在。對癌癥的檢測一般是在體外進行，最好是用血清或血漿。
將為檢測癌癥而選擇的體液暴露于磁場和射頻能量中以產(chǎn)生核磁共振信號，然后用核磁共振光譜儀處理該信號，對于類脂甲基和/或亞甲基質(zhì)子，得到所選參數(shù)值，例如W1/2?？墒褂幂^寬范圍的質(zhì)子頻率，例如60MHz或更高;360MHz或360MHz以上是優(yōu)選頻率。如果不在乎費用，可優(yōu)選500MHz的頻率。
圖1給出了健康對照的水抑制質(zhì)子光譜，圖2給出了在沒有水抑制情況下同樣樣品的質(zhì)子光譜。水的縮短了的共振譜線在圖2中以A表示。0.5與2ppm(每百萬共振頻率的份數(shù))之間的共振譜線是由類脂蛋白脂的甲基和亞甲基產(chǎn)生的。正常對照的這一區(qū)域質(zhì)子光譜的放大圖示于圖3，具有惡性腫瘤未經(jīng)治療病人的質(zhì)子光譜這一區(qū)域的放大圖示于圖4。因此，在其優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明采用了眾多的常規(guī)水抑制技術(shù)之一，即，抑制水質(zhì)子NMR信號的技術(shù)。在其它的上下文中已設(shè)計出許多抑制水質(zhì)子NMR信號的技術(shù)。這些技術(shù)大體上可分為兩類(1)目的不在于激發(fā)水質(zhì)子信號的技術(shù)，例如，快速掃描關(guān)聯(lián)光譜法和選擇性激發(fā)技術(shù)，和(2)使水質(zhì)子磁化以在應(yīng)用所觀察到的射頻(rf)脈沖時變得相當(dāng)小的技術(shù)，例如，逆向恢復(fù)技術(shù)和飽和技術(shù)。這些和其它溶劑抑制技術(shù)由P.J.Hore作了描述(見“Solvent Suppression in Fourier Transform Nuclear Magnetic Resonance，”Journal of Magnetic Resonance 55∶283-300(1983)和其中標(biāo)有腳注的參考文獻)。雖然當(dāng)使用常規(guī)核磁共振儀時由于它不能區(qū)別溶劑質(zhì)子信號與令人感興趣的部分或種類的信號宜采用水抑制技術(shù)，但足夠靈敏的儀器則全然不需要水抑制。
在預(yù)定的高度，最好是半高處與血漿類脂蛋白脂相關(guān)的基團，例如甲基和亞甲基的共振譜線寬度是令人感興趣的變量。NMR共振線在半高處的全寬度W1/2(線寬)與表現(xiàn)自旋一自旋松馳時間(T＊2)成反比，即w 1 /2 = 1/(T2*)將所選參數(shù)的檢測值與相應(yīng)的健康對照者的參數(shù)作比較，這一比較最好由NMR儀內(nèi)的計算器來完成。在一個優(yōu)選的實施方案中，將甲基和亞甲基質(zhì)子的數(shù)值均化，用質(zhì)子頻率為360MHz(8.45T)，最好400MHz(9.40T)時33Hz或更小的平均值作為惡性腫瘤的指征。
如果從病人血漿的水抑制質(zhì)子NMR光譜得到陽性讀數(shù)，則進行第二水平的測試以確診。首先，進行一個常規(guī)試驗，通常稱之為甘油三酯分析以確定病人的甘油三酯含量。如果甘油三酯含量正常，則從水抑制質(zhì)子NMR光譜法得到的陽性讀數(shù)是真陽性結(jié)果，表明病人體內(nèi)有癌癥存在，在這種情況下，還應(yīng)對病人進行全身MRI掃描以確定惡性腫瘤的位置。
然而，如果甘油三酯含量超過正常值，則最好由計算器指示NMR光譜儀得出病人血漿樣品的C-13NMR光譜，由于已有質(zhì)子NMR光譜，所以C-13NMR光譜是可得到的，這樣便可區(qū)別真假陽性結(jié)果。由于血甘油三酯過多造成的假陽性結(jié)果可通過C-13光譜特征的顯著差別而可靠地區(qū)別于真陽性結(jié)果。因此，將已從待診斷的可疑病人得到的血漿樣品暴露于磁場和射頻能量以產(chǎn)生C-13核磁共振光譜。
最初，檢驗光譜的烯烴區(qū)域(120-140ppm)。兩個峰將出現(xiàn)，一個在大約128-129ppm，另一個在大約130-131ppm，約相隔2ppm。在128ppm一般區(qū)域的共振與在130ppm處的共振之比可確診癌癥。在得自正常對照者和非癌癥患者的血漿讀數(shù)中，上述兩種共振(128/130ppm)的高度之比為0.9或更大，即，128ppm處的共振峰約等于或高于130ppm處的共振峰。用計算器從基線噪聲的中心至峰頂測量峰高。在得自患有癌癥未經(jīng)治療的病人的血漿讀數(shù)中，兩個峰高之比小于0.86，或130ppm處的共振峰至少比128ppm處的共振峰高5%。應(yīng)注意的是在血甘油三酯過多的病人中，共振峰(128/130)的高度之比與正常對照值相同。因此，NMR光譜儀的計算器可計算已測得的峰高之比，如果該比值大于儲存值，則診斷出病人是健康的，反之，則診斷出癌癥。在一個優(yōu)選的實施方案中，儲存值為0.9。癌癥的確診意味著下一步要對病人作如上所述的MRI掃描。
圖5A和5B顯示了在125.76MHz時對正常對照者和未經(jīng)治療癌癥患者寬譜帶質(zhì)子去偶聯(lián)后獲取的光譜的烯烴區(qū)域。在圖5A中，正常對照者的峰高比值為1.14，在圖5B中，未經(jīng)治療癌癥患者的峰高比值為0.7。在被研究的血甘油三酯過多的病人中，峰高比值在1.05～1.68范圍。
在未經(jīng)治療癌癥患者的光譜的烯烴區(qū)域的變化可通過類脂中多聚不飽和脂肪酸鏈的增加或減少來解釋，油酸和亞油酸的水平是最好的指征。
油酸是由人體產(chǎn)生的單不飽和脂肪酸。亞油酸是二不飽和脂肪酸，它不是由人體產(chǎn)生的，而是通過消耗得到的。飲食脂肪酸包括多不飽和酸，例如亞油酸。在128-129ppm的一般區(qū)域內(nèi)的共振峰表明病人體內(nèi)只有亞油酸。在130-131ppm的一般區(qū)域內(nèi)的共振峰表明病人體內(nèi)既有油酸又有亞油酸。
現(xiàn)發(fā)現(xiàn)相互有關(guān)的那些共振峰的高度受患者的一些條件影響。例如具有高甘油三酯水平的人通常具有高的亞油酸與油酸之比由于癌癥會引起多不飽和脂肪酸(包括亞油酸)的氧化，因此預(yù)計在未治療的癌癥患者體內(nèi)會具有低水平的亞油酸。這與這種假設(shè)是一致的，即由于多不飽和脂肪酸對氧化是最敏感的，因此，類脂會被癌癥患者中的羥基游離基氧化。
因此，如果患者具有高的甘油三酯水平和未治療的癌癥，則于130ppm處的共振峰會更高，降低的亞油酸反映在雙峰中。但如128ppm處的峰不比130ppm處的短，且短的程度不多于7%，則不存在亞油酸的降低或顯著降低，并且由質(zhì)子NMR譜得到的陽性結(jié)果被認為是假陽性。在這種情況下，NMR光譜儀作出無癌癥存在的診斷。
另外，在未處理的癌血漿中的48ppm和80ppm間的光譜區(qū)遠比正常對照或高甘油三酯血的血漿中的更復(fù)雜。“更復(fù)雜”是指在該區(qū)域中有更多的共振峰。如果共振峰的高度在正常試驗期間中至少比背景噪聲的大50%，則共振峰可由編制的程序計算。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，收集的數(shù)據(jù)越長，分辨能力越好。圖6A和6B分別表示了正常對照與未處理癌癥血漿的區(qū)。這些光譜是在125-76MHz，用5mm樣品管，及14小時累積，得到的。帶有相當(dāng)信息的C-13譜也可在90.5MHZ、10mm或更長的樣品管中、獲得。當(dāng)然，對試驗步驟的一些參數(shù)進行改變對本領(lǐng)域技術(shù)人員來講是顯而易見的。
這些參數(shù)包括樣品管大小，脈沖寬度，脈沖重現(xiàn)率和由不同因素影響的自由誘導(dǎo)衰退的指數(shù)倍數(shù)。例如，對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是試驗的樣品越大，所得的適當(dāng)質(zhì)量的譜越快。這里所給條件的其它改變對本領(lǐng)域技術(shù)人員講是明顯的。
可一開始就給患者做C-13光譜或MRI掃描作為診斷癌癥存在的方法，而不必如上所述先得到質(zhì)子NMR譜。得到質(zhì)子NMR譜需30秒鐘，而C-13譜需1至15小時，因此，C-13譜耗時多且比較昂貴。因此，在優(yōu)選實施方案中，C-13譜被用來驗證由質(zhì)子NMR譜得到的陽性結(jié)果并從統(tǒng)計學(xué)和臨床上闡明血漿C-13譜的明顯差異，從而辨別來自質(zhì)子水抑制NMR譜實驗的真假陽性結(jié)果。全身MRI掃描也很昂貴。在MRI掃描前先用C-13譜可避免使用另一種儀器及不必使帶假陽性的患者做其它醫(yī)療檢驗步驟。
在優(yōu)選實施方案中，使用具有恒定磁場強度的NMR光譜儀，NMR信號是由有用的NMR參數(shù)(甲基和亞甲基的質(zhì)子共振和亞油酸的C-13共振在半高度的整個譜線寬度)通過付里葉轉(zhuǎn)換的。
如美國專利申請No833.840中所注，正確的樣品制備和制作方法對于成功地進行血漿樣品的測量是必要的。在含70ml 15%Na2EDTA溶液的試管中收集血樣。血樣在4℃保存直至離心。分出血漿并在4℃保存直到用于NMR分析。由于冷凍會破壞脂蛋白的脂結(jié)構(gòu)的完整性，因此血漿樣品從不冷凍。排除有任何溶血跡象的樣品。
所有譜是在20～22C得到的，磁場強度為360MHz或更大。在質(zhì)子自由誘導(dǎo)衰退區(qū)用計算機對樣品進行調(diào)節(jié)直到水共振的半高度的整個譜線寬度為4Hz或更小。當(dāng)然，仔細調(diào)整是好的NMR實驗技術(shù)的一重要部分。
從那些實驗條件可見，溫度和調(diào)整對C-13NMR譜來講不是關(guān)鍵的，因為不需要測量譜線寬度。當(dāng)然，所用的磁場強度決定了得到光譜所需的時間。另外，準(zhǔn)確的診斷需要仔細研究患者的病歷。
圖9表示的是該方法操作的流程圖，其中，樣品來自體液并送入到NMR光譜儀中以得到水抑制的H-1譜。然后該儀器選擇并測量共振譜線，并將所得的譜線寬度與33Hz(預(yù)定的正常值)比較找出平均譜線寬度。如果平均譜線寬度大于33Hz，則儀器表明的是陰性診斷;否則，要測量患者的甘油三酯水平。如果甘油三酯水平小于190mg/dl，則表明癌癥的診斷是陽性，患者還要進行全身MRI掃描。但如果甘油三酯水平大于190mg/dl，則要得到樣品的C-13譜。然后通過測量128ppm處峰與130ppm處峰的比并計算48ppm至80ppm間的峰數(shù)目來分析C-13譜。如果該比例為0.9或大于0.9，則表明診斷結(jié)果是陰性的;但如該比例小于0.9或在44ppm至80ppm處有反常高的峰數(shù)，則表明患者患有癌癥，然后如上所述的對患者進行MRI掃描以定位惡性腫瘤。包括甘油三酯水平和C-13NMR光譜的上述診斷步驟見標(biāo)題為“用核磁共振(C-13)檢測癌癥的方法”的Eric T Fossel的共同未決申請，美國申請?zhí)枺?25，773，1989，3，20提出，這里插入作為參考。
圖7描述了核磁共振光譜儀2，其在優(yōu)選方案中能進行質(zhì)子和C-13NMR光譜并且是優(yōu)選的，但不是必要的，該類型核磁共振儀能抑制水的NMR信號。為產(chǎn)生重現(xiàn)的H-1或C-13譜，調(diào)整是必要的。調(diào)整的步驟見圖10A中流程圖，其中，樣品放在機器中，使溫度穩(wěn)定，調(diào)整參數(shù)，調(diào)整接收放大系數(shù)，運行調(diào)整，水運動頻率是H-1水抑制譜，接收放大系數(shù)于水抑制譜的抑制質(zhì)子頻率誘導(dǎo)衰退區(qū)上調(diào)節(jié)，得到數(shù)據(jù)，記入儲存器，處理數(shù)據(jù)。圖10B表示的是用于自動進行圖10A中步驟的程序(用Bruker DESNER軟件程序記入)。圖10C表示的是用于調(diào)節(jié)C-13譜的程序。圖10D表示的是圖10C中表示的調(diào)整程序的步驟8(RJ FQSET)的子程序。圖10E表示的是圖10B所示程序的步驟6(RJ FQSET)的子程序。光譜儀2適用于樣品4的檢測，在該實例中的樣品是在試管6中的人體血漿。上述步驟見EMZ.T.Fossel的共同未決申請，標(biāo)題為“用核磁共振檢測癌癥的儀器和方法”，美國申請?zhí)?18，182，1989，10，6提出，這里用作參考文獻。
根據(jù)本發(fā)明，光譜儀2含裝置8，其用于選擇樣品4的NMR譜中的至少一條NMR共振譜線并優(yōu)選多個NMR共振譜線，其還用于測量所選擇的單個譜線或多個譜線的譜線寬度。譜線寬度優(yōu)選在譜線的半高度測量，但這不是必需的，譜線寬度可在任何預(yù)定的譜線高度處測量。優(yōu)選在譜線的半高測量，因為這是NMR譜領(lǐng)域中進行的標(biāo)準(zhǔn)測量。幾種市售計算機程序可用于在半高度自動測量整個譜線寬度。
本發(fā)明光譜儀2的裝置8也能測量C-13NMR譜檢測的選擇峰。光譜儀2也是常規(guī)構(gòu)造，除所有其它裝置外，其包括用于儲存數(shù)據(jù)的裝置10。根據(jù)本發(fā)明，光譜儀2還包括裝置12，其用于將直接測量得到或來自眾多直接測量得到的譜線寬度與正常患者(即非癌癥患者)得到值進行比較。在所儲存信息的基礎(chǔ)上，裝置12也用于將所測得的或衍生的譜線寬度，峰高，峰數(shù)目分成正常(即非癌癥)或反常(即患癌癥)。這可通過比較，減去或任何其它適宜的數(shù)學(xué)方法進行。
在優(yōu)選實施方案中，具有選擇和測量功能的裝置8預(yù)先調(diào)節(jié)以測量C-13NMR譜中的脂蛋白脂的甲基和亞甲基的譜線寬度，峰高和峰數(shù)。這包括從樣品4的NMR譜中抑制水的信號，或以其它方式直接做，其中光譜儀2這樣做時是足夠敏感的。
在優(yōu)選的實施方案中，甲基和亞甲基的譜線寬度通過測量裝置8平均以產(chǎn)生組合的譜線寬度，其是兩個值的算數(shù)平均。該組合譜線寬度與33Hz(該值優(yōu)選儲存在裝置10中)比較，通過裝置12辨別。當(dāng)這種比較表明組合的譜線寬度小于33Hz時，則表明樣品是反常的(即患有癌癥)。
實施例在該實例中，本發(fā)明的方法取135個患有可觸知或非觸知胸部損傷的患者進行胸部活組織檢驗。對于這種預(yù)期的胸部研究，采集血樣并保持在4℃直到離心。將血樣采集到含70ml 14%Na2EDTA的非硅膠化的空試管中，分出血漿并在4℃儲存直到NMR分析。血漿樣品從不冷凍，因為冷凍會破壞脂蛋白的脂結(jié)構(gòu)的完整性。任何顯有溶血跡象的樣品都應(yīng)被除去。
在整個新鮮血漿樣品上測量血漿中甘油三酯濃度(Damon Clinical Laboratories，Wertweed，Massachusstte)。用本發(fā)明類型的NMR光譜儀在360MHz和90MHz于21℃得到質(zhì)子(H-1)和C-13光譜。另外在125.7MHz于11.8T Bruker AM光譜儀中得到C-13光譜。所有研究都是在5mmOD樣品試管中(Wilmad，Vineland，New Jersay＃507pp或＃5288pp)進行的。含0.6ml血漿的每個樣品在質(zhì)子自由誘導(dǎo)衰退區(qū)(FID)上進行單獨調(diào)節(jié)直到水共振的半高寬度(FWHH)為4Hz或更小。EDTA共振的譜線寬度作為內(nèi)部質(zhì)量對照。如果樣品制備和調(diào)節(jié)都進行好的話，EDTA共振的譜線寬度(無指數(shù)擴大)應(yīng)為2Hz或更小并且一般應(yīng)在1.0-1.5之間。為完成這一任務(wù)，大多數(shù)控子應(yīng)失調(diào)以避免放射阻尼。使探子失調(diào)直到90°射頻脈沖為20msec。在8.45T光譜儀中，將導(dǎo)致探子失調(diào)約2MHz。樣品在Z調(diào)節(jié)管的調(diào)節(jié)期間和獲取數(shù)據(jù)期間旋轉(zhuǎn)。這里的H-1譜是用預(yù)飽和得到的，該預(yù)飽和可抑制水并抑制反向-恢復(fù)序列到無任何乳酸甲酯質(zhì)子存在。預(yù)飽和脈沖為4.0秒，180°-90°脈沖的延遲約為0.8秒。8個FIDS被信號平均，然后進行傅里葉轉(zhuǎn)換，隨后通過指數(shù)倍增導(dǎo)致2Hz的譜線擴大。0.5-1.6ppm的光譜部分被相化以便曲線邊緣的基線水平相同，這會導(dǎo)致譜的其它(非曲線化的)部分的不完全相化。
在8.45和11.57信號處，用2000-28.000FIDS均化去偶聯(lián)的寬譜帶質(zhì)子，根據(jù)信號-噪音水平和所需的分辨率，得到C-13譜。除了加100ml D2O用于磁場封閉外，該樣品與用于H-1譜的樣品相同?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)最少需2.000FIDS才能產(chǎn)生可靠的共振強度。相當(dāng)于擴大2.5Hz譜線的指數(shù)倍增被用于8.45T得到的光譜中。
在該研究中，我們希望從做胸活組織檢查的許多婦女中采集血漿。樣品在活組織檢查前制備，用NMR分析，結(jié)果與病理學(xué)報告相關(guān)。本研究中包括兩組患者，一組是有可觸知損害的63個患者，另一組是乳房X射線照相發(fā)現(xiàn)的，且非可觸知損害需用絲線固定的72個患者。H-1NMR譜評估的結(jié)果見圖8。在兩組中，良性損害與惡性損害(P＜0.0001)可基于質(zhì)子值清楚地分開。對于那些值，三角區(qū)表明樣品在C-13中的結(jié)果與質(zhì)子結(jié)果沖突。因此，對于展開的符號，樣品要從良性欄轉(zhuǎn)到惡性欄或反過來重做。
在該研究中的患者是一組用于評估的非健康婦女(門診病人)，因為她們的正常胸部檢查或鑒定乳房X射線照片反常。在該組中，敏感性和特異性分別是93%和95%。陽性試驗的預(yù)測值是84%，陰性試驗的預(yù)測值是98%。在C-13數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上重新分類的患者的敏感性和特異性分別上升到97%和98%，陽性試驗的預(yù)測值為93%。這些數(shù)據(jù)表明，由C-13比率確認的H-1NMR譜線寬度可用于協(xié)助診斷有胸部損害的患者。
這里有5個假陽性和兩個假陰性結(jié)果。升高的甘油三酯水平(265mg/dl和206mg/dl)與5個假陽性中的兩個有關(guān)。C-13比率在三個假陽性中是陰性的，這其中的兩個具有升高的甘油三酯;在所有5個陽性中，有一個胸部活組織檢查是惡性的。C-13表明的一個假陰性，其H-1也是陰性的。雖然具有升高的甘油三酯水平的患者還需要C-13評估，但不是所有具有升高的甘油三酯的患者都具有窄的譜線寬度。
本發(fā)明可以在不違背本發(fā)明精神或基本特征基礎(chǔ)上以其它具體方式實施。因此，本發(fā)明實施方案應(yīng)看作是所描述的所有方面并且沒有限制，本發(fā)明的范圍如所附權(quán)利要求書所示，而不是前面的描述，因此，本權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有變化都包括在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種診斷活體患者中癌癥存在和位置的且對患者無損害的方法，該方法包括a)從患者中取液樣；b)制備用于NMR試驗的液樣；c)制出質(zhì)子NMR譜，其中來自體液樣品中的不需要信號已被抑制；i)在所述譜中的脂蛋白共振線的預(yù)定高度處測量預(yù)定寬度；ii)通過與預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)比較，將預(yù)定寬度分為正常寬度類和反常寬度類，反常寬度表明存在癌癥；d)當(dāng)體液樣品被鑒定具有反常寬度時，測量所用體液樣品的甘油三酯水平；i)將所測得的甘油三酯水平分為正常水平類和超正常水平類，其中正常的甘油三酯水平和反常的光譜表明存在癌癥；e)報告癌癥診斷是陽性或陰性；f)將陽性癌癥診斷的患者進行全身磁共振造影g)分析造影掃描以決定腫塊是否存在；和h)報告癌癥腫塊是否存在。
2.權(quán)利要求1的方法，其中體液是血液。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述血樣是除去其中的血紅細胞制備的。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所抑制的不需要信號是水。
5.權(quán)利要求1的方法，其中在預(yù)定高度處的預(yù)定寬度是在半高度處的整個寬度。
6.權(quán)利要求1的方法，其中質(zhì)子共振在60MHz以上。
7.權(quán)利要求6的方法，其中質(zhì)子共振相當(dāng)于360MHz或在其以上。
8.權(quán)利要求1的方法，其中在預(yù)定高度處對預(yù)定寬度的測量是由計算機完成的。
9.權(quán)利要求1的方法，其中將預(yù)定寬度分類是由計算機完成的。
10.一種診斷活體患者中癌癥的存在和位置且對患者無損害的方法，該方法包括a)從患者上取液樣;b)制備用于NMR試驗的液體樣品;c)制質(zhì)子NMR譜，其中來自體液樣品的不需要信號已被抑制;ⅰ)在所述譜中于脂蛋白共振線的預(yù)定高度處測預(yù)定寬度;ⅱ)與預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)比較，將所測預(yù)定寬度分為正常寬度類和反常寬度類，其中反常寬度類表明存在癌癥;d)報告預(yù)定寬度是否正常;e)當(dāng)體液樣品被定為具有反常的全寬度時，測量所用體液樣品的甘油三酯水平;i)將所測量的甘油三酯水平分為正常水平類和超正常水平類;f)報告甘油三酯是否正常;g)當(dāng)所述體液被定為具有超正常甘油三酯水平時，對所用的體液樣品做C-13核磁譜;i)將C-13核磁譜分成正常譜或非正常譜，其中非正常譜表明存在癌癥;h)報告C-13核磁譜，其作為癌癥是否存在的一指標(biāo);i)將癌癥診斷陽性的患者進行全身磁共振造影;j)對造影掃描進行分析以決定是否存在腫塊和k)報告是否存在癌癥腫塊。
11.權(quán)利要求10的方法，其中體液是血液。
12.權(quán)利要求10的方法，其中所述血樣是通過除去其中的血紅細胞制備的。
13.權(quán)利要求10的方法，所抑制的不需要信號是水。
14.權(quán)利要求10的方法，其中在預(yù)定高度處的預(yù)定寬度是位于半高度處的整個寬度。
15.權(quán)利要求10的方法，其中質(zhì)子共振在60MHz以上。
16.權(quán)利要求15的方法，其中質(zhì)子共振相當(dāng)于360MHz或在其以上。
17.權(quán)利要求10的方法，其中在C-13核磁譜的128ppm-130ppm間測的峰比率是用于診斷癌癥的。
18.權(quán)利要求17的方法，其中在C-13核磁譜的48ppm-80ppm間測的峰比率是用來決定癌癥的。
19.權(quán)利要求10的方法，其中在預(yù)定高度處測量預(yù)定寬度是由計算機完成的。
20.權(quán)利要求10的方法，其中對預(yù)定寬度的分類是由計算機完成的。
21.權(quán)利要求10的方法，其中對甘油三酯水平的分類是由計算機完成的。
22.權(quán)利要求10的方法，其中對C-13核磁譜的分類是由計算機完成的。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用核磁共振(NMR)譜和磁共振造影(MRI)檢測并定位癌癥的方法，具體講，測定的是類酯甲基和/或亞甲基的質(zhì)子的NMR參數(shù)并將其與相應(yīng)的健康患者的值進行比較。
文檔編號A61K49/06GK1063360SQ9210018
公開日1992年8月5日 申請日期1992年1月7日 優(yōu)先權(quán)日1991年1月7日
發(fā)明者E·T·福斯?fàn)?申請人:比色裂比斯醫(yī)院協(xié)會