基于pH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于pH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法，該方法包括以下步驟：準備兩組pH值試管模型，每個試管內都配有瓊脂糖-肌酸模型；在臨床1.5T的磁共振掃描儀上進行掃描，掃描采用線圈是8通道發(fā)射/接收頭線圈，射頻脈沖偏置頻率修改序列源代碼設置為-121Hz，121Hz和224Hz；在偏置頻率為224Hz處，可以獲得質量較好的兩組pH值試管模型的磁化傳遞成像。本發(fā)明通過利用磁化傳遞技術，序列參數(shù)的優(yōu)化和偏置頻率的選取，在臨床1.5T磁共振掃描儀上獲得了pH值敏感的磁化傳遞成像，為臨床的pH值敏感的磁化傳遞成像研究提供了實驗依據(jù)，在表征缺血組織損壞區(qū)，指導中風的治療和腫瘤的診斷方面都具有重要的意義。
【專利說明】基于pH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于核磁共振【技術領域】，尤其涉及一種基于pH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法。
【背景技術】
[0002]磁化效應現(xiàn)象常見于肌肉和腦組織中，其主要原理是利用偏置射頻脈沖來飽和大分子或與大分子結合的水分子上的氫質子，這些質子會與自由水的氫質子發(fā)生化學交換，從而產生磁化傳遞效應，間接地導致磁共振水信號強度的下降；
[0003]近幾年來，建立在磁化傳遞技術和化學交換的理論上的化學交換飽和轉移(Chemical Exchange Saturation Transfer, CEST)技術與酸胺質子轉移(Amide ProtonTransfer, APT)技術已成為分子影像研究關注的焦點；，我們知道，疾病的最早征兆之一是體內的酸堿度發(fā)生變化，而有些化學交換，如-OH、-SH、-NH2、酰胺基等與自由水分子上的氫的化學交換對所處環(huán)境的PH值非常敏感，CEST技術能探測到這些氫質子與自由水質子的相互作用，從而能評估其所處環(huán)境的PH值，APT技術則是直接針對蛋白質和多肽上的酰胺質子與自由水的氫質子間發(fā)生的化學交換，這種交換依賴于所處環(huán)境的酸堿度，周等課題組專門研究了酰胺基與PH值的關系，將這種關系通過磁共振成像顯示出來，他們成功地在臨床3.0T上獲得了依賴于pH值的APT圖像，初步應用于動物模型和活體腦組織的磁共振成像上，但是他們沒有在臨床1.5T的磁共振掃描儀上實現(xiàn)APT成像；
[0004]現(xiàn)有實現(xiàn)CEST成像的方法需要一段長時間的預飽和脈沖，隨后加上快速成像序列，其中，預飽和脈沖可以是連續(xù)波，也可以是脈沖波；而快速成像序列可以是EPI，GRE等，
[0005]這種成像方法具有兩方面的不足:1、CEST成像的采集時間長；2、占空比(DutyCycle)大，從而導致特殊吸收率增加，這對磁共振硬件及軟件要求較高，很難在臨床機器上普及，這大大限制了其臨床應用，特別是對人體的CEST成像。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于pH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法，旨在解決現(xiàn)有的成像方法存在的CEST成像的采集時間長、占空比大，導致特殊吸收率增加，對磁共振硬件要求較高，大大限制了對人體的CEST成像臨床應用的問題。
[0007]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于pH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法，該基于PH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法包括以下步驟:
[0008]第一步，準備兩組pH值試管模型，每個試管內都配有瓊脂糖-肌酸模型；
[0009]第二步，在臨床1.5T的磁共振掃描儀上進行掃描，掃描采用線圈是8通道發(fā)射/接收頭線圈，射頻脈沖偏置頻率修改序列源代碼設置為-121Hz，121Hz和224Hz ；
[0010]第三步，由于磁化傳遞射頻脈沖偏置頻率在-121HZ與121Hz時存在嚴重的偽影，在偏置頻率為224Hz處，可以獲得質量較好的兩組pH值試管模型的磁化傳遞成像。[0011]進一步，在第一步中，模型制作方法如下:先用去離子水配制含質量分數(shù)為3%的瓊脂糖的磷酸鹽緩沖液，采用微波爐加熱到形成瓊脂糖凝膠，待溫度降到46°C時，立刻加入肌酸，濃度為50mmol/L，進行攪拌，然后將一部分凝膠滴定到pH為6.51，并分裝到7個相同的IOml的離心試管，保鮮膜封口，再將剩余的凝膠分裝到4個離心試管，分別將pH值滴定到6.01,6.30,6.60和6.90，最后將7個試管放入一 200ml的燒杯中，另外4個試管和I個裝有等量水的離心試管一起放到另外一個200ml的燒杯。
[0012]進一步，pH值的測定采用梅特勒-托利多pH計。
[0013]進一步，在第二步中，每次掃描前都進行自動勻場校正，掃描序列為自旋回波-磁化傳遞序列，在常規(guī)自旋回波序列前施加一預飽和射頻脈沖，射頻脈沖偏置頻率可通過修改序列源代碼設置為-121Hz，121Hz和224Hz，磁化傳遞技術的掃描參數(shù)設置為:重復時間400ms，回波時間9ms，層厚為5mm，層間距為2mm，成像矩陣為256 X 192，視野FOV為16X 16mm2，采集的帶寬為31.25KHz，采集時間是2分37秒。
[0014]進一步，飽和射頻脈沖為偏共振磁化傳遞脈沖，脈沖的波形為費米波形。
[0015]本發(fā)明提供的基于pH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法，通過配制兩組瓊脂糖-肌酸凝膠的PH試管模型，采用修改好的自旋回波-磁化傳遞序列對這兩組模型進行磁化傳遞成像，在偏置頻率為224Hz時，相同pH試管模型的磁化傳遞成像信號強度近似相等，而不同的PH試管模型的磁化傳遞成像信號強度則依賴于pH值，pH值越高，磁共振信號強度越大，為PH值敏感的磁化傳遞成像在臨床上的應用提供了重要的實驗基礎，較好的解決了現(xiàn)有的成像方法存在的CEST成像的采集時間長、占空比大，導致特殊吸收率增加，對磁共振硬件要求較高，大大限制了對人體的CEST成像臨床應用的問題。本發(fā)明通過常規(guī)磁化傳遞脈沖結合梯度回波序列可以成功實現(xiàn)CEST成像，為CEST成像的普及及臨床應用的轉化提供全新的技術支持。該方法在試管模型上的成功成像，也為后續(xù)的利用CEST技術進行pH定量成像打下良好的基礎。此外，本發(fā)明方法簡單，操作方便，pH值敏感的磁化傳遞成像能在臨床上應用于腦中風、腦腫瘤等疾病的診斷治療。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實施例提供的基于pH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0017]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]圖1示出了本發(fā)明實施例提供的基于pH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法流程。為了便于說明，僅僅示出了與本發(fā)明相關的部分。
[0019]本發(fā)明實施例的基于pH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法，該基于PH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法包括以下步驟:
[0020]第一步，準備兩組pH值試管模型，每個試管內都配有瓊脂糖-肌酸模型；
[0021]第二步，在臨床1.5T的磁共振掃描儀上進行掃描，掃描采用線圈是8通道發(fā)射/接收頭線圈，射頻脈沖偏置頻率修改序列源代碼設置為-121Hz，121Hz和224Hz ；
[0022]第三步，由于磁化傳遞射頻脈沖偏置頻率在-121Hz與121Hz時存在嚴重的偽影，在偏置頻率為224Hz處，可以獲得質量較好的兩組pH值試管模型的磁化傳遞成像。
[0023]作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，在第一步中，模型制作方法如下:先用去離子水配制含質量分數(shù)為3%的瓊脂糖的磷酸鹽緩沖液，采用微波爐加熱到形成瓊脂糖凝膠，待溫度降到46°C時，立刻加入肌酸，濃度為50mmol/L，進行攪拌，然后將一部分凝膠滴定到pH為
6.51，并分裝到7個相同的IOml的離心試管，保鮮膜封口，再將剩余的凝膠分裝到4個離心試管，分別將pH值滴定到6.01，6.30，6.60和6.90，最后將7個試管放入一 200ml的燒杯中，另外4個試管和I個裝有等量水的離心試管一起放到另外一個200ml的燒杯。
[0024]作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，pH值的測定采用梅特勒-托利多pH計。
[0025]作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，在第二步中，每次掃描前都進行自動勻場校正，掃描序列為自旋回波-磁化傳遞序列，在常規(guī)自旋回波序列前施加一預飽和射頻脈沖，射頻脈沖偏置頻率可通過修改序列源代碼設置為-121Hz，121Hz和224Hz，磁化傳遞技術的掃描參數(shù)設置為:重復時間400ms,回波時間9ms,層厚為5mm,層間距為2mm,成像矩陣為256X 192，視野FOV為16X 16mm2，采集的帶寬為31.25KHz，采集時間是2分37秒。
[0026]作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，飽和射頻脈沖為偏共振磁化傳遞脈沖，脈沖的波形為費米波形。
[0027]下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應用原理作進一步描述。
[0028]如圖1所示沒本發(fā)明實施例的基于pH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法包括以下步驟:
[0029]SlOl:準備兩組pH值試管模型，每個試管內都配有瓊脂糖(Biowest供應)_肌酸(Sigma Aldrich 供應)模型，；
[0030]S102:采用線圈是8通道發(fā)射/接收頭線圈，在臨床1.5T的磁共振掃描儀(GESigna HDX1.5T Scanner)上進行掃描；
[0031]S103:射頻脈沖偏置頻率可通過修改序列源代碼設置為-121Hz，121Hz和224Hz，；
[0032]S104:在偏置頻率為224Hz處，可以獲得質量較好的兩組pH值試管模型的磁化傳遞成像。
[0033]本發(fā)明的具體步驟為:
[0034]第一步，準備兩組pH值試管模型，每個試管內都配有瓊脂糖(Biowest供應)_肌酸(Sigma Aldrich供應)模型，模型制作方法如下:先用去離子水配制含質量分數(shù)為3%的瓊脂糖的磷酸鹽緩沖液，采用微波爐加熱到形成瓊脂糖凝膠，待溫度降到46°C時，立刻加入肌酸(濃度為50mmol/L)，攪拌均勻，然后將一部分凝膠滴定到pH為6.51，并分裝到7個相同的IOml的離心試管，保鮮膜封口，再將剩余的凝膠分裝到4個離心試管，分別將pH值滴定到6.01，6.30，6.60和6.90，pH值的測定采用梅特勒-托利多pH計，最后將7個試管放入一 200ml的燒杯中，另外4個試管和I個裝有等量水的離心試管一起放到另外一個200ml的燒杯；
[0035]第二步，在臨床1.5T的磁共振掃描儀(GE Signa HDX1.5T Scanner)上進行掃描，掃描采用線圈的是8通道發(fā)射/接收頭線圈，每次掃描前都進行自動勻場校正，掃描序列為自旋回波-磁化傳遞序列，即在常規(guī)自旋回波序列前施加一預飽和射頻脈沖，該脈沖是偏共振磁化傳遞脈沖，射頻脈沖偏置頻率可通過修改序列源代碼設置為-121Hz，121Hz和224Hz，脈沖的波形為費米波形，磁化傳遞技術的其它參數(shù)，如射頻脈沖的強度、持續(xù)時間、翻轉角等都采用臨床磁共振儀的默認值，掃描參數(shù)采用的是根據(jù)多次重復實驗的參數(shù)優(yōu)化來選取的，分別為:重復時間400ms,回波時間9ms,層厚為5mm.層間距為2mm,成像矩陣為256 X 192，視野FOV為16 X 16mm2，采集的帶寬為31.25KHz，采集時間是2’ 37”；
[0036]第三步，由于磁化傳遞射頻脈沖偏置頻率在-121Hz與121Hz時存在嚴重的偽影，無法通過調節(jié)成像參數(shù)來獲得有意義的磁化傳遞成像，而在偏置頻率為224Hz處，可以獲得質量較好的兩組PH值試管模型的磁化傳遞成像。
[0037]通過實驗對本發(fā)明做進一步的說明:
[0038]1、第一組的7個相同pH值(6.51)的離心試管在射頻偏置頻率為224Hz的磁化傳遞成像，一個試管由于在模型配制時未搖勻而呈現(xiàn)出不均勻的信號，我們對其它6個試管進行感興趣區(qū)的選擇，然后用磁共振掃描儀自帶的測量軟件FuncTools測量感興趣區(qū)的信號強度，測量的結果發(fā)現(xiàn)，這6個pH值相同的試管的磁化傳遞成像的信號強度幾乎沒有什么差別，在誤差范圍內可近似相等，這說明PH值相同的試管模型，磁化傳遞成像信號強度相同；
[0039]2、第二組的5個離心試管在射頻偏置頻率為224Hz的磁化傳遞成像，成像的參數(shù)與第一組試管的成像參數(shù)一致，試管e是裝有等量水的離心試管，作為定位和比較的用途，試管a、b、c、d是瓊脂糖-肌酸模型，其pH值分別為6.01，6.30，6.60與6.90，在5個試管成像的第三個層面選取感興趣區(qū)，用FuncTools進行信號強度測量，試管a、b、c、d和e的信號強度分別為 211.1±1.9,225.2±2.0,251.8土L 5,255.8±3.1,350.2±2.2，結果表明，在偏置頻率為224Hz處的磁化傳遞成像信號強度與pH值有關，pH值越高，磁共振信號強度越大；
[0040]本發(fā)明采用的瓊脂糖-肌酸凝膠模型中，胺基質子的化學位移位是6.6ppm，其與自由水質子的化學交換依賴于所處環(huán)境的pH值,如果使用1.9ppm的射頻偏置頻率,相當于臨床1.5T磁共振掃描儀上的121Hz，就能達到最佳的磁化飽和傳遞效應，所獲得的磁化傳遞成像能更好地反映出不同PH值的差別，但是，在我們的初步實驗中，偏置頻率1.9ppm的磁化傳遞成像易受到嚴重的偽影干擾而使得成像質量非常低下，因此，本發(fā)明選取偏置頻率為224Hz來獲取pH敏感的磁化傳遞成像，選取224Hz也是出于以下兩個方面的原因，一方面，在前期實驗中，已配制過PH值試管模型來研究偏置頻率從200Hz到400Hz間(間隔50Hz)的磁化傳遞成像，磁化傳遞成像都存在一定程度的偽影，且偽影會隨著偏置頻率的增大而減少，但同時也發(fā)現(xiàn)不同PH值的試管模型的磁化傳遞成像之間的對比度差別卻隨著偏置頻率的增大而降低，另一方面，根據(jù)在酰胺質子轉移成像中，酰胺質子峰是偏離水質子峰3.5ppm，這相當于1.5T下的224Hz，所以在臨床1.5T的磁共振掃描儀上，要獲得動物模型和活體組織(腦腫瘤、中風等)的磁化傳遞成像，實際設置的偏置頻率應為224Hz，這里需要說明的是，射頻偏置頻率為224Hz時，雖然沒有完全飽和1.9ppm處的質子，但是能部分降低直接的水飽和效應而使得偽影減少，所以偏置頻率224Hz的磁化傳遞成像只是能輕微凸顯出不同PH值的差別，如果想獲得最大程度的對比差別，還得繼續(xù)思考著如何在1.9ppm的偏置頻率下盡可能地降低水飽和效應，
[0041]本發(fā)明實驗的偏置頻率是通過修改磁化傳遞飽和序列源代碼獲得的，1.5T磁共振掃描儀自帶的磁化傳遞序列的偏置頻率范圍為400-1600HZ，而實驗要求的是400Hz以下的偏置頻率，因此，源代碼的修改是必須的，當然，磁化傳遞技術的其它成像參數(shù)，如序列的脈沖強度、飽和持續(xù)時間及脈沖翻轉角等，可能也會影響不同PH值的磁化傳遞成像的對比差另O，在后續(xù)的研究中，這些因素對成像的影響將會被考慮，源代碼的修改也會繼續(xù)進行，目的是提高成像的信噪比和對比度，
[0042]本發(fā)明利用磁化傳遞技術，通過序列參數(shù)的優(yōu)化和偏置頻率的選取，在臨床1.5T磁共振掃描儀上獲得了 PH值敏感的磁化傳遞成像，實驗研究的結果與目前在3.0T以上的酰胺質子轉移成像獲得的結論是一致的，這為臨床的PH值敏感的磁化傳遞成像研究提供了實驗依據(jù)，在表征缺血組織損壞區(qū)，指導中風的治療和腫瘤的診斷方面都具有重要的意義。
[0043]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于PH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法，其特征在于，該基于PH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法包括以下步驟: 第一步，準備兩組pH值試管模型，每個試管內都配有瓊脂糖-肌酸模型； 第二步，在臨床1.5T的磁共振掃描儀上進行掃描，掃描采用線圈是8通道發(fā)射/接收頭線圈，射頻脈沖偏置頻率修改序列源代碼設置為-121Hz，121Hz和224Hz ； 第三步，由于磁化傳遞射頻脈沖偏置頻率在-121Hz與121Hz時存在嚴重的偽影，在偏置頻率為224Hz處，可以獲得質量較好的兩組pH值試管模型的磁化傳遞成像。
2.如權利要求1所述的基于pH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法，其特征在于，在第一步中，模型制作方法如下:先用去離子水配制含質量分數(shù)為3%的瓊脂糖的磷酸鹽緩沖液，采用微波爐加熱到形成瓊脂糖凝膠，待溫度降到46°C時，立刻加入肌酸，濃度為50mmol/L，進行攪拌，然后將一部分凝膠滴定到pH為6.51，并分裝到7個相同的IOml的離心試管，保鮮膜封口，再將剩余的凝膠分裝到4個離心試管，分別將pH值滴定到6.01，6.30，6.60和6.90，最后將7個試管放入一 200ml的燒杯中，另外4個試管和I個裝有等量水的離心試管一起放到另外一個200ml的燒杯。
3.如權利要求2所述的基于pH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法，其特征在于，PH值的測定采用梅特勒-托利多pH計。
4.如權利要求1所述的基于pH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法，其特征在于，在第二步中，每次掃描前都進行自動勻場校正，掃描序列為自旋回波-磁化傳遞序列，在常規(guī)自旋回波序列前施加一預飽和射頻脈沖，射頻脈沖偏置頻率可通過修改序列源代碼設置為-121Hz，121Hz和224Hz，磁化傳遞技術的掃描參數(shù)設置為:重復時間400ms，回波時間9ms，層厚為5mm，層間距為2mm，成像矩陣為256 X 192，視野FOV為16X 16mm2，采集的帶寬為31.25KHz，采集時間是2分37秒。
5.如權利要求4所述的基于pH值敏感的磁化傳遞在1.5T磁共振成像上的實驗方法，其特征在于，飽和射頻脈沖為偏共振磁化傳遞脈沖，脈沖的波形為費米波形。
【文檔編號】G01R33/44GK103529412SQ201310496838
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權日:2013年10月18日
【發(fā)明者】吳仁華, 肖剛, 沈智威, 戴卓智, 韋茂彬, 楊文彬, 邱慶春 申請人:吳仁華