在mri中使用cest造影剂的方法

专利名称：在mri中使用cest造影剂的方法
技术领域：
本发明涉及磁共振成像。更具体地，本发明涉及在磁共振成像 (MRI)中使用造影剂的方法。
背景技术：
在医疗领域中，磁鄉成像(MRI)是一种重要的成像技术，并且剧 于^ 成像的主要载体之一。M将强磁场、磁场梯度和频率匹配的(RF) 脉冲应用于患者而获得图像。在成f紐禾MM司，体内的原子核被RF照Jt激 发，该原子核具有磁矩，其主要勘JC和脂肪肝中的质子。当RF脉沖停止 时，被激发的核子驰豫而鄉RF信号。由于柳了磁场梯度，所鄉的该 RF信号的频率包含了空间信息，并且可以用于构建图像。有时，MRI信号^t在不同组织之间的差异，即对比度不足以获得令 人满意的临床信息，那么需要1OT MRI造影剂。如今，在MRI中， 越 多地使用了造影剂(CA)。现有的造影剂包括影响附近的水&核子的驰豫 过禾i^人而使图像对比度发生局部变化的(超)顺磁性材料。^ 成像的目的在于显示生物通路的体内特征。与当前相比，这能够探测更为早期的疾病。为了实现这个目的，需要特殊设计的造影剂，雌影剂与所^ 开究的生物过程的标己物结合(耙向造影剂)，或舒万要研究的 生物过程的部位使MR信号岀王赔异(响0i也，智肯《smart)或传^(sensor)造影剂)。MR信号的这种差异可以由例如pH值、,或代谢物浓度的差 异引起。例如，3!3^tpH舰像育的多探测很小的癌病变，因为在这样的部 位，pH值由于缓冲肖旨力减弱和乳,物增多而降低。對吸也，SilXt鹏制離^赚测发生炎症的部位。授予Balaban等人的WO 00/66180描述了用于3I313t行'基于化学交 换的饱和转移(Chemical Exchange Dependent Saturation Transfer)，即现^f 谓的'化学交换饱和转移'(CEST)而提高在MRI中所形成的对比度的方 法。凭借此CEST技术，皿改^K质子信号的^S而获得图^^比度。 ^!il顿RF脉冲，选择性i鲥CEST纖剂的可交,子库进行饱和来 完成。这些质子随后M与7jC质子进行交换而将饱和转移给附近的^C，由此做质子信号繊。在WO 00/66180中的实施例的特征包括以下步骤中的一些或全部选 ^"""种或多种織剂；将雌影剂或包含JJt3t影齐啲组^tJ施予^m^ 以水质子信号的第一预定频率(+AcoCA)对造影剂的(可交换)质子进行照 射，并由此使其饱和，且鄉图像；以7r质子信号的第二预定频率(-Aq)ca) 进行照射，这也可以称为偏共振，并且提供第二图像；确定第三图像，此 图^I31第一图像相对于第二图像的减法或比fl^掛共，±Ao)CA指在造影剂 的可交换实恢例如可交^M子、水好或磷酸基团(phosphate group))的鄉 和水质子 之间的化学位移差。7jC质子信号减弱的程度取决于质子交换率，以及可交换质子的浓度。 因为质子交换率通常取决于pH值，所以这种方法育,进行pH值制图。在WO 00/66180中所显示的是，在4顿CEST技术进行pH值制图中， 凭借单一的具有两种可交换质子库的CEST造影剂，可以消除造影剂浓度 的依赖性。这，子库应该具有不同的 频率，从而使其可以分别饱和， 并且这，子库应该^M子交,pH 1W有不同的依赖性。满足这些^f牛并且由Balaban等人测量的CEST剂是5,6-二,嘧啶。 对于5.00和2.67 ppm的两种质子库，CEST效应具有不同的pH值依赖性。Balaban所开发的手^称为'比itit量方^(ratiometric method)'，其原 理解释为如下。基本上，由CEST弓胞的水质子信号的繊i可以M方程 (1)描述l_i_ (1)其中N^和M;分别是用于正共振(on-resonance)和对称的偏^m照射(以+A "ca禾口-A "ca)时的7jC质子信号^驢，kcA是一种化学可交换实体例如可交换质子的交换率常数，[CA]魏影剂好浓度，n是針針中的化学可 交换实体例如可交 子的数目，而Tlw勘K质子的纵向驰豫时间常数。 这种絲3If盾舰的Bloch方程，并且在可交换实体例如可交雄子必 须被RF脉冲完^l和的情况下是有效的。在同一种造影剂具有两种可交换质子库的情况下，对于这两种库，方 程(1)可以改写为方程(2)和(3):<formula>formula see original document page 7</formula>其中，np°。lx由所j顿的造影剂决定，而kcA—x是pH值的函数。当koT" 和kcA—2具有不同的pH值，性的时候，(kc/。。" npoo")/(kcAp°°12 n—2)也随 pH值改变。因而，3M f顿针对库1禾口库2的、正^^和X^尔的偏鄉频率的预 饱和脉冲^^卖地采集图像，可以消除浓度依赖性。而且，以此方法，也可 以消除可能的Tiw的改变。像在WO 00/66180中那样，这种'比j被量方法，已纟驶用于反磁性 造影剂，并且后来应用于包摘顿磁腿影离子的造影剂(EP1331012)。直到现在还未解决的问题是，只有通过使用两种不同的质子库，才能 消除对CEST造影剂浓度的f^^性。这具有一些缺点。实际上，选择单一的CEST剂或两种CEST齐啲混 合物，以Jli共两种魏的可交,子库，其具有极其不同的交换pH值^^ 性，这在实践时是困难的，这是因为可交换并_@^合于CEST的实体的类 型的数目是有限的。所使用的大多数的可交换实体是翻安质子和结合水。 而且，就所期望的应用而言，pH值^^性的差异必须在与临床相关的范围 内，i^tt也在pH值6.5禾口 pH7.5之间。此外，在两种不同的CEST剂的情况下，必须假定两种分子的生物分 布是相等的。最后，因为可交换质子的浓度不是最大的，具有两种不同的 可交换质子库总是导致非最佳的最大CEST效应，这是由于它们不得不分
配到两种库中。 发明内容本发明的目的;^ 4顿CEST造影剂中无需存在两种可交舰子库 的CEST磁^l^像消除理化参数(例如pH值、p02、 ^或代谢物浓衝 的制图中造影射浓度l繊性的方法。以上目的M^据本发明的方法实J见。本发明的特定和优选的方面^在附上的独立权禾腰求和从属权利要 求中。在适当的时候，从属权禾腰求的特征可以与3te权禾腰求的特征组 合，并且可以与其它从属权利要求的特征组合，而不仅仅像在权利要求书 中所明确，的那样。以下提供的术语仅用于帮助理解本发明。这些定义不应被解释为具有 小于本领域普通技术人员所理解的范围。化学交换饱和转移(CEST):指基于在显示不同磁共振频率的两种分 子之间的化学交换的所有饱和转移过程。CEST 赃由CEST弓胞的用于产生MR图像的信号的减弱禾號，例 如在质子成像情况下的水质子信号的减弱。CEST交M可以写成l-MMo、 其中，是顿可交换实体例如质子进fi 页饱和时此信号的强度，而Mq' 是在以偏共振频率 地以相对于此信号的频谱的相对侧(対称的偏 ) 进行照射时此信号的鹏。CEST谱作为预饱和频率偏移量的函数的由CEST引起的用于产生 MR图像的信号弓艘，例如 子成像情况下的水质子信号的弓驢。CEST造影剂(CA):具有至少一种可交换实体例如可交舰子的材料， 此材料能够与另一种材料的可交换实体进行化学交换，并且能够用于进行 CEST成像。可交换实体例如质子可以合并在可交换的好或原子团(group ofatoms)例如7jC分子中，也可以不合并在其中。可交换实体库所有可交换实体例如可交换质子的全部， 一方面，这 些可交换实体与其它可交换实体例如质子进行化学交换，而另一方面，在 与根据本发明的方法相关的情况下，这些可交换实体是化学等价和磁等价 的。可交换实体库的具体例子可以是可交换质子库。
水质子信号^M子NMR谱中的由自由7jC质子赚引起的信号，此信 号具有一频率和一强度。磁共振成像(MRI):成像技术，其中，核磁鄉用于构建受i^t^的图像，以便获得医学信息。 频率核子自力^生 的频率。 质子^^频率质子的核子自旋发生共振的频率。 饱和频率所施加的饱和RF脉冲的频率。本发明提供了提供MRI图像的方法，此MRI图像显示了被施予 一定量CEST造影剂的个体的至少部分身体，此CEST造影剂具有形 成至少一种用于与自然存在于个体的至少部分身体中的主要可交换 实体库中的可交换实体进行交换的可交换实体的可交换实体。该方法包括一将理化参数的感兴趣范围限定在第一、较低参数值和第二、较 高参数值之间，—用预饱和RF脉冲对CEST造影剂进行照射，并且利用自然存 在的主要可交换实体库，记录相应的第一图像，此预饱和RF脉冲具 有使第一可交换实体库的可交换实体饱和的第一预饱和频率，—用预饱和RF脉冲对CEST造影剂进行照射，并且利用自然存 在的主要可交换实体库，记录相应的第二图像，此预饱和RF脉冲具 有使第一可交换实体库的可交换实体饱和的第二预饱和频率，该第二 预饱和频率不同于第一预饱和频率，一对于至少部分图像，确定对于两种预饱和频率的(Mc;-Ms)/Ms 的比值，将(M(;-Ms)/Ms比值与标准曲线进行比较，以便确定理化参 数的值，而Ms和M(/分别是对于CEST造影剂的正共振照射和对称 的偏共振照射、用于产生MR图像的信号的强度，一其中，选择所述第一和第二频率，从而在所限定的理化参数的 感兴趣范围内的至少一个值处，所述第一和第二频率都能够至少部分 地对同一可交换实体库进行预饱和。在本发明的实施例中，并且在质子成像的情况下，由CEST引起的用于产生MR图像的信号可以是水质子信号。本发明的优点是，可以使用只具有一种可交换实体库的CEST造 影剂，以便消除MRI结果对造影剂浓度的依赖性。即使造影剂包括 的可交换实体库多于一种，根据本发明的方法，也只有一种可交换实 体库必须使用，以消除浓度依赖性。第一和第二频率都是正共振预饱和频率。此外，使用CEST造影 剂进行成像也利用偏共振预饱和频率。正共振预饱和频率可以限定成 理化参数在感兴趣的范围内的至少一个值处可交换实体可以被饱和 的频率。必须提及的是，所述频率随理化参数发生移位。根据本发明的方法的优点是，原则上，它可以应用于任何具有实 体交换例如质子交换的CEST造影剂，此实体交换基于理化参数，例 如基于pH值，因为在交换率较高的情况下，共振频率总是移向由 CEST引起的用于产生MR图像的信号的共振频率，例如在质子成像 情况下的水质子共振频率。另一个优点是，就两种可交换实体库例如两种可交换质子库的局 部浓度的差异而言，不可能存在任何不确定性。另外的优点是，CEST效应能够被更好地优化，即可交换实体例 如质子的浓度可以最大化。根据本发明的方法基于以下观察结果大体上，在某一理化参数 值例如pH值，CEST效应达到最大，而在较高的理化参数值例如pH 值，CEST效应则再次减弱。衰弱是由于对可交换实体例如质子的预 饱和受到妨碍，这是因为在交换率较高的情况下，可交换实体的共振 例如质子共振变宽，并且移向水峰，即可交换实体例如质子不再完全 饱和。根据本发明，发现的是，由于这种位移，选择两种不同的预饱和 频率，其具有CEST效应的极其不同的理化参数依赖性，例如对pH 值或温度的依赖性在理化参数例如pH值为在其处没有交换发生或 交换发生很慢的某一值处，频率1相应于可交换实体的共振，例如质 子共振，而频率2较接近水质子信号。在所述理化参数为pH值或温 度的情况下，在其处没有交换发生或交换发生很慢的理化参数值是理 化参数的可能值的范围的低端。对频率2的选择受制于三个条件-—相对于在频率1处的CEST， CEST效应对理化参数的依赖性 例如对pH值的依赖性应该尽可能地不同；一CEST效应(特别地，在pH值或温度的情况下，在限定的理 化参数的感兴趣范围的上限)应该是尽可能地高；和一直接的大量的水质子饱和应该尽可能地防止。为了满足条件l，频率2应该远离频率1，然而对于条件2和3， 频率2不应该过分地接近自然存在的主要库，即用于产生MR图像的 库的共振频率，例如在质子成像情况下的水质子共振频率。因此，可 以选择频率2在频率1和由CEST引起的用于生成MR图像的信号， 例如在质子成像情况下的水质子信号之间。换言之，频率1和频率2 应该使得，在限定的理化参数的感兴趣范围内的至少一个值处，频率 1和频率2都能够至少部分地使同一种可交换实体库，例如可交换质 子库预饱和。当上述条件充分满足时，即当第一和第二预饱和频率(分别为频 率1和频率2)选择恰当的时候，浓度依赖性能够被消除。 这可以通过下面的方程(5)和(6)进行描述<formula>formula see original document page 11</formula>(6)乾其中，x^qx指可交换实体例如质子中由RF脉冲预饱和的分数，此分数取决于理化参数值，例如pH值，而不取决于造影剂浓度。对于两 种频率，理化参数值依赖性(例如pH值依赖性)是不同的。 这两个方程的比值简化成方程(7):<formula>formula see original document page 11</formula>(7)
例如，形成至少一种可交换实体库的可交换实体可以是质子、水分子 或磷酸基团。然而，本方法可以应用于所有包括可测量自旋磁矩的粒子。除了质子，MRI也可以在自然存在于个体的身体内的、具有可测 量自旋磁矩的粒子上执行。在此情况下，公开了具有可交换实体的 CEST造影剂的使用，所述可交换实体具有可测量自旋磁矩，并且形 成至少一种实体库，其中，交换发生在CEST造影剂和体内自然存在 的主要库之间，而在两种库之间存在共振频率的差异。除了质子，自 然存在于个体的身体内的具有可测量自旋磁矩的粒子的例子可以是 磷原子。包含磷原子从而使其可以在磷NMR的情况下用于CEST的 可交换实体的例子可以是磷酸基团。根据本发明，理化参数可以是pH值、温度、p02或代谢物浓度。在一个实施例中，造影剂所具有的可交换实体可以具有某一共振 频率，其中，第一频率相应于实体交换非常慢的第一参数处的共振频 率，即在共振频率差A "(单位为rad/s)和可交换实体寿命(单位 为s)的积大于10处。在根据本发明的实施例中，第二频率可以包括在第一参数值处的 可交换实体的共振频率和自然存在的主要库，即用于产生图像的库的 共振频率(例如在质子成像情况下的水质子共振频率)之间。根据本发明的实施例，CEST造影剂可以包括至少一个顺磁性离 子。在一些实施例中，CEST造影剂可以包括多个顺磁性离子。根据本发明的实施例，CEST造影剂可以包括载体如树枝状聚合 物、线性聚合物、脂质体或粒子如胶束或任何其它具有磷脂或聚合物 壳或核的粒子，和包括螯合剂和顺磁性离子的复合物。在特定的例子中，CEST造影剂可以包括作为载体的PPI树枝状 聚合物和共价连接到PPI树枝状聚合物的Yb-DOTAM复合物。在此 情况下，相对于自然存在的主要库，即用于产生MR图像的库的共振 频率，例如在质子成像情况下的水质子共振频率，第一频率可以为 -2000Hz，而第二频率可以为-1000Hz。在根据本发明的实施例中，CEST造影剂可以包括单一的可交换 实体库。
在本发明的实施例中，该至少一个可交换实体库可以是至少一个 质子库，而自然存在的主要可交换实体库可以是自由水质子库。在另外的实施例中，CEST造影剂可以包括单一的质子库。本发明还提供了计算机程序产品，当在处理设备上执行的时候，此计算机程序产品执行本发明所提供的方法。此外，本发明提供了机器可读取的数据存储设备，此数据存储设备存储了本发明的计算机程序产品。


通过以下结合附图而进行的详细描述，本发明的以上和其它特 征、特点和优点变得显而易见，这些附图举例说明了本发明的原理。 此描述只是为了举例，而非限制本发明的范围。以下所引用的参考图 指附图。图la显示了 Yb-DOTAM-G3，即在根据本发明的方法的实施例 中所使用的CEST造影剂的化学式，而为了进行比较，图lb显示了 Yb-DOTAM-尾部(tail)的化学式；图2和图3显示了 Yb-DOTAM-G3的合成过程；图4显示了 Yb-DOTAM-尾部(上图)和Yb-DOTAM-G3 (下图) 在水中的iH-NMR谱；图5显示了体模(phantom)的TSE质子密度加权图像，体模包括 装有各种pH值的在水中含有MOPS缓冲剂的Yb-DOTAM-G3溶液 (0.9 mM，下排)和Yb-DOTAM-尾部溶液(14mM，中排)的小瓶， 上排小瓶在水中只包括MOPS缓冲剂；图6显示了在各种pH值处并且对于各种照射频率的 Yb-DOTAM-G3的CEST谱；图7是在两种不同照射频率下的Yb-DOTAM-G3的CEST效应的 测定值对pH值所做的图；图8是Yb-DOTAM-G3的((M(Z-Ms)/Ms)",/((M(;-Ms)/Ms〉-20w对 pH值所做的图；图9显示了CEST图像(左上，以-2000Hz进行照射)和通过对
((Mo'-Ms)/M丄,/((M(;-Ms)/]Vy2,进行逐个像素地计算而获得的 pH值图(右上)。
具体实施方式
本发明就特定实施例并且参考某些附图而进行描述，但本发明不局限于这些，而只是受权利要求书限制。在权利要求书中的任何参考标识都不能被解释为对范围的限制。所描述的附图只是示意性的，而非限制性的。在附图中， 一些要素的尺寸可能是扩大的，而没有按比例^flj，这是出于说明的目的。在本说明书和权利要求书中所^(顿的术语"包括"，其不排斥其它要素或步骤。除非另夕卜特别指出，当i顿不定冠词和定^i司例如"一" 或"一个"、指代单数名词时包括多个该名词。此外，在本说明书中和在权利要求书中的术语第一、第二第三和类 似的术语用于区别相似的要素，而不必需用于描述前后或时间顺序。应该 理解的是，顿当的情况下，如此使用的术语是可互换的，并且除了在这 里所描述或显示的次序，在这里所描述的本发明的实施例能够以其它次序 操作。可以与本发明的方th起使用的可调,比度的合适的CEST造影剂 可以是这样的分子，其包括具有至少一个(超)顺磁性粒子/离子和氢原子 或质子的载体，其f,与在人体内的主要7jC街waterpool)进行化学交换。优 选地，造影齐阿以在每个粒子/^ 中包括多个顺磁性离子。这提供了非常 大数目的可交换实俠例如质子)，艮P〉100，该可交换实体的共振频率充分地 远离自然存在的主要库，艮,于产生图像的库的共振频率，例如在质子成 像瞎况下的水质子共振频率。 地，可以使用镧系元素盐，因为已知位 于顺磁性离子附近的质子的化学位移可能非常大。最i^地，作为镧系元 素盐，镱(Yb)盐可以使用。具有可交换氢原子的基团的优选的候 # 是鹏安，但其它基团也是可以的，例如胺、亚胺、尿素、酰亚胺、结合水 分子、磷酸掛酯(phosphates)、醇、醛、酮、羧酸、酚和硫醇。质子可交换 的基团的范围可能是非常大的，例如还可以包括硼、碳、氮、氧、硅、磷、 硫原子。作为镧系元素离子的备选，也可以4顿所有其它顺磁性离^(例如 遗度金属离子)鄉成(超)顺磁性粒T(例如用右旋蹄或含有醐顿子的 聚，涂覆的趟顷磁性氧化铁粒子)的顺磁性离子的簇也可以{柳。在图la中，显示了特别可以在根据本发明的方法的实施例中使用的 CEST造影剂，该OEST造影剂是具有YWX)TAM复合物连接到树枝状聚 合物的16个端基(DOTAM-l，4，7,10-四，环十二烷-l,4,7,10-四乙Stl安) 上的聚(丙烯则安)PPI第3代树枝状聚合物(也称为DAB-Am-16)。在下 文中，此CEST造影剂称为'YWX)TAM"G3'。在图la中，每一个'Yb， 都代表Yb3+，并且者,九配位位点具有水^ ，为了、凊楚，水M被省 略。为了合成YbJX)TAM-G3，合成了不X^尔的DOTAM衍生物，并且偶 联至U第3代的PPI积狩支状聚^l的16个端基。Yb复合物3M 添加YbCl3 的水溶液和随后进行渗析而获得。在下文中，对it爐行了更详细地描述。 在图2中，显示了 (结构单元(buildingblock)，或顿磁性复合物的合成过程。 合成从cyden (1，4，7,10-四旨环十二烷)开始，cyclen是可在商业上例如从 Aldrich或Macrocyclics得到的化合物。从文献中知道在图2中的分子A、 B 和C。好A及其合j^WR Kimura^ J. Am. Chem. Soc.， 1997， 199,3068-3076" 等中t隨。針B在WO 2004065385中矛随，針C在"A. Heppeler et al.， Chem. Eur. J. 1999,5， 7， 1974-1981"中t隨。ffiii在室温下缓t曼池，即在3小时内，将在CHCl3 (100 mL，己纟531 A1203)中的二碳酸二叔丁酯(7.9 g， 36mrno1)的溶液添加到在CHCl3 (120 mL)中的cyclen (2.2 g， 13 mmol)和三乙胺(5.5 mL， 39mmo1)的溶液 中，可以制备分子A。反应混働在室温下搅拌24小时，并且在减压的情 况下除去有机MU。残留的剩余物通过硅胶柱色谱(己像AcOEt)进行纯 化，得到无色、无定形的固体^ A (4.4 g， 72%) (E.Kim叫J.Am.Chem. Soc., 1997,199,3068-3076)。然后，将三-BOC微的肝A (15.2 g)溶鹏20mL的乙腈中，在 Itfe后，添加19mL的二异丙基乙胺和在10mL乙腈中的7.9g的溴乙, 酯(benzylbromoacetate)。在氩气氛下，将该溶液加热到60 - 65°C，并且搅 拌过夜。然后，将该混合物M31蒸发翻腿行、鹏，并且溶解在二氯甲烷 中。将该溶 細lMNaOH洗涤。有机层用Na2S04进行千燥，此后Mil蒸 发和与甲苯共蒸发而被M^(reduced)。 i!3i将己微乙酸乙酯(I/O用作洗
脱剂的 柱色谱，分离纯的产物即分子B。产率为大约90°/。。分子B (6.22 g)溶解在60mL 二氯甲烷和60 mL三氟乙酸(TFA)中。 溶M&氮气氛下搅拌。在3小时之后，、凝搬蒸发，且添加另一部分TFA (40mL)。，一步搅拌2小时之后，TFA被蒸发，且残留的混合物与甲 苯共蒸发两次，剩下粗制的油状肝C的TFA盐，然后在不迸一步纯化的 情况下，在下面的步骤中使用10 g的此盐。油溶解在45 mLDMF和31 mL 二异丙基乙胺中，并且在其中搅拌。然后，添加4.7g溴乙醐安，并且将混 合物在50"下 两天，掛匕期间，形鄉淀物。将该混合t/^A600mL 乙醚中，进行搅拌，并且通舰滤和用乙醚洗涤分离出棕色的沉淀物。然 后，固体用25rnL的在水中的25Q/。NH3溶液分成四次洗涤，最后用30mL 的水洗涤。在真空下在40"C进行千燥，得到好D的白色固体产物(产率 =85%)。然后，4顿Pd/C (10%)作为催化剂，将好D (1.7 g)在70psi超 压力下在100mL水中进fim化。混合物在硅MdiJ^M滤，硅 :用一些 7Xit衍先涤，并且i^液被冷冻^^燥，然后在真空中在P20sJtiS行干燥，以 得到1.1克的分子E的白色吸湿性细粉。为了将分子E偶,ij载体上，在所给的例子中偶联到PPI树枝状聚合 物上，醐封禺联剂HBTU (CK苯并三唑-l-基)"N，N,N,N-四甲脲六氟磷麟) 樹顿。在图3中，显示了糊顷磁性复，偶联到树枝微溯。为了方 便，树枝状聚合物表示成圆圈。所《顿的树枝状聚合物是可在商业上得到 的具有二氨基丁垸(DAB)所衍生的核心的聚(丙烯亚胺)(PPI)树枝状 聚合物(来自Aldrich以DAB-Am-X为名称或来自SyMO-Chem)。对于这 些树枝状聚合物，使用最多的名称是DAB-Am-X，其中，X指表面氨基的 数目。在此合成过程中，j顿DAB-Am-16，以便获得DOTAM-G3复，。为了将分子E偶联到G3 PPI树枝状聚合物，将0.25 mL 二异丙基乙胺 添加到164mgHBTU在lmL^7jlDMF中的混合物中。添加分子E (172 mg)，并且该混合物被搅拌，赶得到澄清的溶液。这可倉謎行大约5到 10 ^H中。然后，添加在1 mL无水DMF中的第三代PPI-树枝状聚合物 DAB-Am-16 (41 mg)，并且在氮气'隋性气氛下，该溶液被搅拌过夜。将该 混合物倾注到40 mL的搅拌下的乙醚中，形鄉淀物；乙醚被另一部分乙 醚替换(洗涤步骤)，并且沉淀物被千燥。蔬，沉淀物溶胁柳三乙胺中，〗顿截留好量为1000的膜，并且i顿1.2L的7ja卩20mL的三乙胺 作为洗涤歸U，对此溶^t《亍渗析。^31夜渗析之后，洗涤溶液被L2L的 水替换，并且渗析再继续ift行24小时。对在渗析管中的溶^S行冷冻干燥， 得至哟200 mg的蓬松白,物，此，舰一步的合成过程中称为好n。合成过程的最后步骤是与Yl严离子进行复合。为了形成 YWX)TAM-G3复合物，将0.1 mmol YbCl3在5 mL水中的溶液逐滴添加到 在8mL水中的49mg (0.1 mmol)的分子II的搅拌溶液中。随后，将该溶 液加热到6(TC持续2小时同时搅拌，其间M31以小滴的方式添加NH40H， 使pH值维持为7到8之间。使用截留^ 量为500的膜，并且j顿流动水 作为洗涤歸!i，将溶液渗析24小时。处溶舰行冷冻千燥，得到产率为~80 %的白色粉末。在图la中，显示了所得到的YtnDOTAM-G3复，。除了像在先前例子中那样将树枝状聚合物作为载体，线性聚合物例如 聚乙烯鹏、聚精氨酸、聚天冬,安、魏氨酸或聚谷氨酸劍旨质体或(脂 质)麟或ftf可具有磷脂或聚溯壳或核的粒子，例如像在US 2004/0058951 中所描述的那样的磷脂粒子可以用作载体。后者所可能具有的优点是，更 多的顺磁性离子可以合并在一个粒子中，这可以更大地提高灵敏度。在图lb中，显示了 YWX)TAM-尾部或(5-[镱-2-(4,7，10-三-氨酰甲基(acetamido)-l ,4,7,10-四氮杂环十二烷基> 乙酰氨基]-戊基卜氨基甲酸苄酯的 化学式。在进一步的描述中，此Y^DOTAM-尾部只，，行比较。根据本发明第一方面的方法的主要应用中的一种可以是在M成像领 域中。为了获得足够的灵驗， 地，可以^顿在齡粒子/分子中具有 多个顺磁性离子的CEST齐IJ，因为它们^1^了数目非常大的可交换实体， 例如质子，该可交换实体的共振频率充分ite离自然存在的主要库，即用 于产生图像的库的共振频率，例如在质子成像情况下的水质子共振频率。 多个顺磁性离子可以共价或非期條接到载体上，此载体例如可以是树枝 状聚合物、线性聚，劍旨质体。然而，应该離的是，除了—M的CEST剂，其它物质也可以用于获 得本发明的益处。图4显示了在Bruker 7TNMR谱ftJl记录的、在水质子共振设置在0 Hz 情况下的在水中的YWDOTAM-尾部(上图)和YWX)TAM-G3 (下图)的 'H-NMR谱。如图4所示，相对于7K共振，Yb"DOTAM在-16 ppm左右具 有可交换的i^^质子。在YWX)TAM-尾部谱(上图)中，在-5000Hz左右 的较宽峰归属于不同的,质子。由于适度的质子交换，这些峰值变宽。 YWDOTAM-G3的S5fcM子鄉(下图)是已经移向水峰的宽带(在4000Hz 左右)。因为交銜艮快，^it匕pH,， 7种不同的醐安质子不能区分Jf^， 即它们是磁靴的。于是，它们可以视为一种质子库。图4戶标的谱翻 Bruker 7T NMR谱仪记录。必须注意的是，在以7T测定的频率亥岐中的 -5000 Hz和4000 Hz的值分别大约相应于以3T测定的-1700 Hz和-2100 Hz (见后文)。图5显示了在飞利浦3T人MRI扫描ilhiS行的成像试验的结果。装 有在3种不同pH值下的Yb-DOTAM-尾部的溶液和YWX)TAM-G3的溶液 的小并筋爐在竊生衝JC的烧杯中。^ff有小瓶中，Yb浓度是相同的。通 过包含含有造影齐啲溶液的小瓶，在应用预饱和脉冲情况下和在不应用预 饱和脉冲情况下得到小瓶断层(slice)的质子密度加权图像。相对于水质子共 振频率，预饱和脉冲的频率是-1900Hz。预饱和脉冲实际上是一列50ms的 16个sinc-gauss脉冲，在齡脉冲中，倾倒角为2500° 。采驗数为TE 15 ms、 TR8s、 TSE20。此微的目的是获得由CEST弓胞的对比度。实际上， 在不进fi 页饱和情况下的图像(图5左上)几乎没有显示ftf刚破差异。 当以-1900Hz对MM子进《ff员饱和时，由于发生了CEST，最右侧四个小 瓶的强度Ms是较低的(中上)。这可以在右上的图像中更清慰也看到，这 是在另两个小瓶之间的差异。 1:情况下，最大的CEST效应是20M。对 于pH值为7.5的YWX)TAM-G3 ， CEST效应是11%，由于駒安质子， 发生微(肚文)，此CEST效应是pH值为6.5时的值的一半。对于 Yb-DOTAM-尾部，最大的CEST效应在pH值为7.5时获得。由于碱性的 树枝状核，YWX)TAM-G3的最大CEST 她在pH €^低盼斷兄下获得。CEST谱显示了由CEST引起的用于产生MR图像的信号，例如在质子 成像情况下的7乂质子信号的相对^^，其作为预饱和频率(以Hz表示)的 函数。用于获得这样的CEST谱的方案可以包括f顿某种预饱和频率， 得到像在图5的中上图像那样的图像，京iH^^T YWXJTAM-G3的小瓶 而言，对所有像素的5贩进行积分，并舰于所有预饱和频率，重复 程。图6显示了在各种pH值，艮P3,5 (白色方块)、6.5 (白^H角)和7.5 (白色圆圈)情况下并且在298 K情况下，在水中的含有MOPS缓冲剂的 Yl>DOTAM-G3 (0.9 mM)的CEST谱。实心^i己是在正照谢频率(+1000 Hz、 +2000Hz禾n+3000他)处的所测量点，为了进行比较，这些点l蔬在 谱的负数部分中。预饱和脉冲的频率发生改变，对于每一种频率，得到像 在图3的上排中的中间图像那样的图像，并^iiM^t在特定小瓶中的所有 图像像魏行积分，来领懂纟艘Ms。这擀寻到在图6所示的CEST谱，这 里，进fi 页饱和的强度Ms除以不謝野页饱和的Ms，将其作为预饱和频率 的函辦描绘。特别地，在pH值为6,5的曲线中，最小值可以在-2000 Hz 左右看到，卞标CEST由翻安质子介导。可以从图6看至啲是，当预饱和频率舰OHz的时候，Ms/Ms显著降 低。这是由直接水饱和引起的。虽然水峰的中心在OHz， ffi7jC峰是也t, 在除了 0 Hz之外的频率甚至微弱地在-2000 Hz直接顿口的谱带。这弓Ife7jC 质子信号的减弱，而不是由于CEST。为了对ltkii行校正，对照(control)照 射必须在水质子信号的另一侧对称i腿行。然后，所领糧的该信号由于直 接水饱和引起减弱。为了消除直接水预饱和所弓跑的效应，^i^合的例子 中，对照照射以+1000、 +2000和+3000 Hz进行(在图6中的实心^H己)。 鹏将在图6中的空心标记(CEST +直接水预饱和)和实心禾射己(直接水 预饱和)进行比较，可以看到的是，对于？11 = 6.5和？11 = 7.5， CEST甚至 在-1000Hz发生。测i^E多装有pH值不同的Yb-DOTAM-G3的小并瓦。图^313i以士 1000 Hz和±2000 Hz进行预饱和而得到。见图7，通过这种方法，对于 Yb"DOTAM-G3，就以-1000和-2000 Hz进1ff页饱和而言，CEST效应，即 l-M^^作为pH值的函数被计算。- 在图7和图8中，实心圆圈4饿0.9mM的CEST造影剂浓度的CEST $娘，这里，上部的曲线对应于-1000 Hz的予页饱和频率，而下部的曲线对 应于-2000 Hz的预饱和频率，并且空心方i刺戈表用于低得多的浓度(0.12 mM、 pH值为6.5和0.45 mM、 pH值为7.2)的CEST效应，这里，再次地，
上部的方鹏应于-1000 Hz的预饱和频率，下部的方±规应于-2000 Hz的 预饱和频率。就0.9mM的YWDOTAM-G3浓度而言，可以观察到以下曲线。 在pH值为6,5时，对于两种照谢频率，CEST女娘鹏15。/。左右。因为峰非常宽的并且由于交换很快而移向7iC信号，醐安质子甚至可以在-1000Hz饱和。在pH值为7.2时，-1000 Hz预饱和的CEST效应增大到在25 %左右， 因为醐繊子鄉如此多地移向水质子信号，以致顿n效率，即在方程(7) 中的X鹏显著增大。另一方面，对于-2000Hz预饱和的CEST';mS稍微降 低到15%之下，即12000降低。在pH值为7.5时，-1000 Hz和-2000 Hz预饱和的CEST效应都降低， 但与-1000Hz预饱和相比，-2000Hz预饱和的相对斷氐禾號駄，即X"2000 斷氏得比X)咖多。对于-3000 Hz处的预t包和，如M31比较在-3000 Hz处的空心+新己和实 心fei己丽以在图6中看妾啲那样，顿子交换率很高的情况下(即pH值 为7.5)， CEST玄鹏甚至是可忽略的。由于在这些t射己之间没有fti可差异或 ; ±没有任何差异，所以CEST^她是可忽略的。这齢乎以下理论的 在两种可交换实体库之间，在所给的例子中为在质子库之间的快交换，导 致两种质子共振，在照合的例子中为水质子共振和醐安质子共振，变宽并 且移向鄉匕因此，在交换報高盼瞎况下，CEST开始在-1000他，而不 是在-3000Hz发生。像在图7中戶腐到的那样，当CEST造影剂的浓度较低时，CEST 她 较小。如果这些样本的理化参数值，砂匕例中为pH值不是已知的，那么在 仅一个预饱和频率下，M:CEST效应确定pHfM不可能的。根据本发明，f顿方程(7)，可以结合-1000和-2000Hz照谢的结果， 以便获得不 于CEST造影剂浓度的结果，此结果引出了在图8中的图<formula>formula see original document page 21</formula> (7)如戶膽至啲那样，在与临線相关的pH值区域中，(Mo'-M^/H的比itM著 4繊于pH值对于pH働6,5，该值在1左右，对于pH值为7.5，该值 大于2。这意1 ， f顿这种CEST剂和这种浓度消除方法，在pH值进行 制图过程中的对比度是非常高的。图9显示了^t莫的CEST图像(左上，以-2000 Hz进行照射)和Mil 对(OV-]N4yMJ",((M(;-M^/MJ'，进^M个像mi也计M获得的pH值 图(右上)，体模包含装有各种pH值的含有MOPS缓冲剂的0.9 mM Yb-DOTAM-G3的小瓶(中排和下排)和两4^不同pH值的浓度明显较 低的YWX)TAM-G3的小瓶(上排)。假设两个上排小瓶的浓度禾口 pH值不 是已知的，那么MCEST图像，不能确定两个上排小瓶的pH值。在pH 值图中，两个上排小瓶的强度可以与浓度(0.9mM)和pH值已知的小瓶的 强度进行比较，从丽以确定两个上排小瓶的pH值。WO00/66180和EP 1 331 012是使用传统的比^jg量方法，即利用两种 可交,子库的例子，当结果与在WO 00/66180 (例3，图17和20)中和 在EP 1331 012 (图IO)中所获得的结魏行比较时，可以看到的是，舰 pH = 6.5和7.5处的(M;-Ms)/Ms的比值的差异确定的对比度类似于iliih^ 所给的例子获得的结果。然而，本发明的优点是，根据本发明，只4顿一 种可交换实体库(例如质子库)而不是在现有技术中所必需的两种可交换实 体库(例如质子萄而不会导舰比度的损失。根据本发明，可交换实体可以 是质子、水肝或磷酸基团。在本实施例中，在理化参数为pH值的瞎兄下，pH值的范围6.5 - 7.5 超关重要的，因为它j樣了与临棘相关的pH值范围。根据这个实施例， 4顿这种浓度^#、性消除方法，CEST剂必须满足以下斜牛，以获徵艮高的 对比度在某一频率下，可交换质子在不发生任何交换或交换很慢的情况 下进行共振，当以此频率进行饱和时，在pH〗駄约为6.5时，CEST效应 达到其最大值，而在朝向pH值7,5时，CEST效应明显斷氐。
因此，当以舰由CEST弓胞的用于产生MR图像的信号(例如M子 成像情况下的水质子信号)的频率进行饱和时，舰pH值范围内的CEST ^a^的pH值^^性自然而然是非常不同的，这使比iffi量方法在与临床相 关的pH值范围内具有很高的灵敏度。在本发明的该实施例中所使用的 CEST剂Yb-DOTAM"G3满腿个餅。在理化参数为pH值盼瞎况下，最常用的范围6.5-7.5之外的其它pH值 也可能是感兴趣的，例如在胃中，pH值就低得多，即大约3至IJ5。例如， 舰本发明的CEST方法对胃进行pH值制图，CEST造影剂可能需要满足 以下条件对于"无交换"正^M预饱和，在pH值为3时，CEST效应最 大，而在朝向pH值5时，CEST效应降低。本发明的方法是可应用于每一种pH值范围的，只要满足以下条件在 某一频率舰fi 页饱和的CEST安她在感兴趣的pH值范围的较低端出现最 大值(或当交换率随pH值增加而减小的时候，在较高端出现最大值)，在 该频率处，观察到可交舰子在不发生倒可交换或交船艮漫的情况下赚。像以上已经指出的那样，本发明不仅可以用于pH值制图，而且可以用 于其它理化参数制图，例如鹏、p02、代谢物浓度制图，只要这些理化参 数影响可交M子的交换率。此外，本发明包括计算机禾，产品，当在计算设备上执行的时候，此 计算机禾聘产品能够实施根据本发明的方法中的任何一种。而且，本发明 包括娜载体，例如CD-ROM或M:，此 载体以机器可读的方式存储 计算机产品，并且当在计算设备上执行的时候，执行本发明的方法中的至 少一种。如今，这样的软件通常在因特网或企业内联网上提供下载，因此 本发明包括在局域网或广域网上传输的根据本发明的计算机产品。计算设 备可以包括微处理器和FPGA中的一种。应该理解的是，虽然在这里讨论了用于根据本发明的设备的优选实施 例、特定结构和配置及材料，但在不脱离本发明的范围和精神的情况下， 可以对形式和细节进行各种变化和修改。
权利要求
1.一种用于提供个体的至少一部分身体的MRI图像的方法，该个体被施予一定量的CEST造影剂，所述造影剂包含形成至少一个可交换实体库的可交换实体，其用于与自然存在于所述个体的至少部分身体中的主要可交换实体库中的可交换实体进行交换，该方法包括-将理化参数的感兴趣范围限定在第一、较低参数值和第二、较高参数值之间，-用预饱和RF脉冲对所述CEST造影剂进行照射，并且记录相应的第一图像，该预饱和RF脉冲具有使所述第一可交换实体库的可交换实体饱和的第一预饱和频率，-用预饱和RF脉冲对所述CEST造影剂进行照射，并且记录相应的第二图像，该预饱和RF脉冲具有使所述第一可交换实体库的可交换实体饱和的第二预饱和频率，所述第二预饱和频率不同于所述第一预饱和频率，-对于至少部分所述图像，确定对于所述第一和第二预饱和频率的(M0*-Ms)/Ms的比值，并且将该(M0*-Ms)/Ms比值与标准曲线进行比较，以便确定所述理化参数的值，Ms和M0*分别是对于所述CEST造影剂的正共振和对称的偏共振照射、用于产生MR图像的信号的强度，其中，选择所述第一和第二频率，从而在所限定的所述理化参数的感兴趣范围内的至少一个值处，所述第一和第二频率都能够至少部分地对同一可交换实体库进行预饱和。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述理化参数为pH值。
3. 根据权利要求1所述的方法，所述造影剂具有的可交换实体 具有一共振频率，其中，所述第一频率对应于所述第一参数值处的所 述共振频率，在所述第一参数值处，共振频率差A "和可交换实体寿命TM的积大于IO。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二频率包括在所 述第一参数值处的至少一个可交换实体的共振频率和用于产生所述 MR图像的自然存在的主要可交换库的共振频率之间。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述CEST造影剂包括 至少一个顺磁性离子。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述CEST造影剂包括 多个顺磁性离子。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述CEST造影剂包括 载体以及包含螯合剂和顺磁性离子的复合物。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述CEST造影剂包括 充当载体的带有以共价方式连接到其上的Yb-DOTAM复合物的聚(丙烯亚胺)树枝状聚合物。
9. 根据权利要求1所述的方法，所述CEST造影剂包括载体， 其中，所述载体是树枝状聚合物、线状聚合物、脂质体、胶束或任何 具有磷脂或聚合物壳或核的粒子中的任意一种。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述CEST造影剂包括 单一的可交换实体库。
11. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述CEST造影剂的至 少一个可交换实体库是至少一个可交换质子库，并且所述自然存在的 主要可交换实体库是自由水质子库。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中，所述CEST造影剂包括单一的可交换质子库。
13. —种计算机程序产品，当在处理设备上执行的时候，此计算 机程序产品执行根据权利要求1所述的方法。
14. 一种存储了根据权利要求13所述的计算机程序产品的机器 可读数据存储设备。
全文摘要
本发明涉及在磁共振成像中使用化学交换饱和转移造影剂对诸如pH值、温度、PO₂或代谢物浓度的理化参数进行制图的方法。该方法是对已知比值度量方法的改进，通过应用两种不同的RF频率对造影剂进行预饱和，这种方法可以与只具有一种可交换实体库例如质子库的制剂一起使用。
文档编号G01R33/28GK101166987SQ200680014096
公开日2008年4月23日 申请日期2006年4月21日 优先权日2005年4月26日
发明者J·A·皮克马特, N·P·威拉德, R·T·韦 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司