专利名称：对生命体新陈代谢过程进行成像的方法
技术领域：
本发明涉及一种对生命体新陈代谢过程进行成像的方法。
背景技术：
当今，对生命体的新陈代谢过程可以借助于正电子放射断层造影(PET)来进行成像显示。在此，利用了正电子放射和正电子湮灭的特殊特性，以量化地确定器官或细胞区域的功能。其测量原理为，使用利用正电子放射体标记的所谓的示踪元素。在PET中使用最多的正电子放射体是11C、13N、15O和18F。通过正电子放射体11C、13N和15O在生物分子中使用稳定的同位素，不会导致示踪元素生物化学的改变，因此可以使对生物分子的新陈代谢特性无干扰地成像。在使用18F(它通常替代生物分子中的氢)时所产生的新陈代谢特性的变化是所期望的，或者说它非常小，不会引起明显的干扰。因此，在测量葡萄糖代谢时例如使用18F-FDG作为示踪元素，而在显示多巴胺代谢时例如使用F-DOPA作为示踪元素。PET的医学应用首先是在心脏病学、神经病学和肿瘤学领域。已经证明，其优点尤其在于能够对可以在体内(vivo)量化地显示新陈代谢和生物化学的整个空间区域同时成像。但是，由于短的半衰期，所需的放射性标识要在现场设置并然后注入患者体内，因此抑制了质量控制。此外，在很多情况下，对于特殊的脑部断层造影，1至2mm的解剖细节是不足够的，而对于全身断层造影，2至3mm的解剖细节是不足够的。因此，现代设备都后接一X射线计算机断层造影设备(CT设备)。利用CT设备产生的解剖图像将被合并到后处理步骤中。
另一方面，可以借助于磁共振技术，图像地显示生命体内的浓缩19F。但其缺点在于，生命体中氟的浓度较小，由此使得磁共振技术对氟成像的灵敏度较低。这通过相应较大的体素(Voxel)，即相应较小的位置分辨率来补偿。
在US 6278893 B1中描述了一种磁共振成像方法，其中，使用了一种具有高T1驰豫时间并在体外(ex vivo)极化的造影剂。这种造影剂含有具有不为零磁矩的原子核，例如19F、3Li、1H、13C、15N或31P。然后，将所获得的造影剂图像叠加在解剖磁共振图像、即质子图像上。在该文献中还描述了，可以借助于合适的高频激励或借助于相位敏感的方法产生仅存在于不同的化学环境的原子核的磁共振图像。在此，对于成像利用了具有高T1驰豫时间、尤其包含19F核和13C核的造影剂依据一种新陈代谢活动而改变化学偏移的特点。这点可用于图像地显示这种活动。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种具有更高位置分辨率的、用于新陈代谢成像的方法，其中，不使用放射性标识。
本发明的技术问题是通过一种对生命体的新陈代谢过程进行成像的方法解决的，其中，将待成像新陈代谢的代谢物利用一种具有高T1的物质加以标记，并加以极化；然后将该标记的和极化的代谢物注入生命体；并利用磁共振设备产生该生命体一个区域的第一图像，该区域的第一图像显示在该区域中极化物质的分布。
优选地是，可以将同样也用于PET的、实质上相同的物质，在相应地标记之后，通过具有一磁矩的原子核加以利用。但与PET相比，这里可以在相对短的时间之后重复进行测量。该时间可通过极化的衰减来确定。该方法可利用后装备的诊断用磁共振设备来实施。
在本发明的实施方式中，利用磁共振技术设备产生同一区域的第二图像，该区域的第二图像显示在该区域中质子的分布，以及通过将第一和第二图像合并产生总图像。
在本发明的实施方式中，为了产生第一图像，有选择地利用其拉莫尔频率来激励所述物质。
在本发明的另一实施方式中，为了产生第一图像，利用数量级为1°的触发角来激励所述物质。
在本发明的实施方式中，为了产生第二图像，有选择地利用其拉莫尔频率来激励质子。
此外，在本发明的实施方式中，作为所述物质采用具有高T1的19F。
在本发明的一种实施方式中，作为代谢物采用用作葡萄糖代谢原料的物质。
在本发明的另一实施方式中，作为代谢物采用19F-脱氧氟葡萄糖。
在本发明的另一实施方式中，作为代谢物采用F-DOPA。
在本发明的实施方式中，标记的和极化的代谢物的注入是在若干分钟的时间段内几乎连续地注入的。
在本发明的实施方式中，极化和注入是同时进行的。
在本发明的实施方式中，还产生其它第一图像或至少产生一幅比其它第一图像具有较小分辨率的其它第一图像。
此外，在本发明的实施方式中，至少产生一幅比其它第一图像具有较小触发角的其它第一图像。
在此，尤其优选的实施方式为，使用示踪元素作为标记的和极化的代谢物，其在PET中也被使用，但在这里将放射性标识用具有一核磁矩的非放射性标识加以替换。这使对很多国家对物质的新医学应用所规定的允许的方法得以简化。
在使用19F作为标识时，利用现代极化方法(超极化)可轻易地将该标识的自旋状态的粒子分布从10-6提高到0.2。由此有足够的给出信号的原子核，能够实现毫米级的位置分辨率，如使用PET也能达到的那样。
很多新陈代谢过程在分钟的时间范围内进行。为了在这种情况下不仅能看到血管体积也能看到新陈代谢过程，注入是在若干分钟的时间段内几乎连续地注入的。而注入和极化是同时进行的。
为了得到关于浓缩或灌注极化的代谢物的时间变化的信息，可以利用代谢物的常规成像产生具有较低分辨率(例如64*128)和/或小于1°的很小的触发角的中间图像。这对极化曲线的影响是微不足道的，而由于小的矩阵大小也使得信噪比足够好。
以下借助图1对本发明的实施方式进行说明。其中，图1示出了本发明的对生命体新陈代谢过程进行成像方法的流程图。
具体实施例方式
本发明的对生命体新陈代谢过程进行成像的方法尤其适用于图像地显示葡萄糖代谢和多巴胺代谢。但在使用相应的示踪元素的情况下，也适用于对脂肪酸代谢和氨基酸代谢进行成像，或者用于对灌注进行成像。葡萄糖代谢图像显示临床应用在心脏学、神经学和肿瘤学。通过图像显示多巴胺代谢首先可以确定多巴胺池(Dopamin-Pool)，并由此可导出突触前的多巴胺功能的结论。在此所使用的F-DOPA起到脑中神经递质的作用，并且在早期识别帕金森式症和阿资海莫症(Alzheimer，老年痴呆症)中大有前途。
对新陈代谢过程进行成像的方法从待成像的新陈代谢的代谢物2出发，如在葡萄糖代谢中的F-氟-脱氧葡萄糖(F-FDG)和在多巴胺代谢中的F-DOPA。为了标记代谢物2利用具有高T1的物质6。例如，在此将代谢物2中的氟用氟同位素19F来替换。由于19F的粒子数反转在体温下或在大约1特斯拉(Tesla)下仅为10-6，因此在方法步骤8将标记的代谢物在使用前利用公知的超极化方法进行体外(ex vivo)极化。在此例如利用了在低温下(T＜20K)仲氢相对于正氢的浓缩。通过在有机衬底上或金属化合物上的催化加成反应，将这种极化传播到固体物质上。通过固体中极长的T1时间使极化被存储。然后，通过极化传递(交叉驰豫)，将极化传递到氟原子核。超极化例如也可通过所谓的光泵来实现。
在步骤12，这样极化的示踪元素将以例如静脉内溶液的形式被注入，以用于对生命体10的相应新陈代谢过程进行成像。这一步骤依据待成像的新陈代谢过程可近乎连续地执行至若干分钟。然后，极化将同时发生。在此，用磁共振设备14进行实际的新陈代谢过程的成像，该磁共振设备设计用于对两种不同类型的原子核进行成像。这里，一方面实现对用于新陈代谢成像的氟原子核进行的磁共振信号激励和继续处理，另一方面是对常规解剖成像的质子的激励和继续处理。在此主要区别在于两种核的磁共振频率，这种磁共振频率应被图像地显示。因此，在1特斯拉的基本磁场下，对于氟原子核来说磁共振频率约为f1＝40MHz，而用于质子成像的磁共振频率约为f2＝42MHz。因此磁共振设备14仅须在其高频部分、包括高频天线，在用于位置编码的梯度场控制装置中以及在信号分析处理装置中进行适当的构成。
作为成像序列，即确定的用于激励的高频场序列和用于位置编码的梯度场序列，尤其合适的是快速序列，如2D或3D的FLASH序列。这里，FLASH为Fast Low Angle Shot(快速低角度拍摄)的缩写，是一种快速梯度回波序列。在对超极化的氟进行成像时要考虑，用于氟成像的激励角α1(触发角)的数量级应在约为1°，在上面提到的具有较低分辨率的成像中，该角也小于1°。附加地或作为另一种选择，还可以减小矩阵的大小。这是因为，在每次激励时，相当于下式的极化的相应部分被消耗掉Mz(n)＝MHyperpol·cos(αn)·exp(-n·TR/T1)其中T1为超极化核的驰豫时间；TR为重复时间；n为高频激励的数量；αn为触发角。
但另一方面由于成像氟原子核的超极化，还有一高信号Mz(n)·sin(αn)可供使用。相反，对于质子成像相应于所期望的图像加权来选择激励角α2。
在对图像拍摄的时间控制上须考虑，在注入步骤12后的一定时间内，标记的和极化的代谢物填充物(Bolus)应到达患者10的待检查区域，并在那里发挥作用。只有这时才开始拍摄代谢图像16。在该代谢成像拍摄之前或之后还产生常规的解剖磁共振图像18。在相应的记录之后，可由代谢图像16和解剖图像18通过图像合并产生叠加的图像20，并在显示装置22上进行显示。
但是，该对新陈代谢过程进行成像的方法并不局限于用氟作标记。它还可以使用用其它同位素标记的示踪元素，这些同位素在其分子环境中具有高的T1时间。其中例如有13C、15N、31P或3Li。
权利要求
1.一种对生命体(10)的新陈代谢过程进行成像的方法，其包括步骤a)将待成像新陈代谢的代谢物(2)利用一种具有高T1的物质(6)加以标记(4)，然后加以极化(8)；b)将该标记的和极化的代谢物注入(12)生命体(10)；c)利用磁共振设备(14)产生该生命体(10)一个区域的第一图像(16)，该区域的第一图像(16)显示在该区域中极化物质的分布。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用磁共振技术设备(14)产生同一区域的第二图像(18)，该区域的第二图像(18)显示在该区域中质子的分布，以及通过将所述第一和第二图像(16，18)合并产生总图像(20)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了产生所述第一图像(16)，有选择地利用其拉莫尔频率(f1)来激励所述物质。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，为了产生所述第一图像(16)，利用数量级为1°的触发角(α1)来激励所述物质。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，为了产生所述第二图像(18)，有选择地利用其拉莫尔频率(f2)来激励所述质子。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，作为所述物质(6)采用具有高T1的19F。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，作为所述代谢物(2)采用用作葡萄糖代谢原料的物质。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，作为所述代谢物(2)采用19F-脱氧氟葡萄糖。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，作为所述代谢物(2)采用F-DOPA。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述标记的和极化的代谢物的注入(12)是在若干分钟的时间段内几乎连续地注入的。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述极化(8)和注入(12)是同时进行的。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，产生其它第一图像(16)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，至少产生一幅比其它第一图像(16)具有较小分辨率的其它第一图像(16)。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，至少产生一幅比其它第一图像(16)具有较小触发角的其它第一图像(16)。
全文摘要
本发明涉及一种对生命体(10)的新陈代谢过程进行成像的方法，其包括步骤a)将待成像新陈代谢的代谢物(2)利用一种具有高T1的物质(6)加以标记(4)，然后加以极化(8)；b)将该标记的和极化的代谢物注入(12)生命体(10)；c)利用磁共振设备(14)产生该生命体(10)一个区域的第一图像(16)，该区域的第一图像(16)显示在该区域中极化物质的分布。
文档编号A61K49/00GK1507835SQ20031012236
公开日2004年6月30日 申请日期2003年12月19日 优先权日2002年12月19日
发明者冈特·布里尔, 迈克尔·戴姆林, 赫尔曼·里夸尔特, 戴姆林, 里夸尔特, 冈特 布里尔 申请人:西门子公司