基于pH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于pH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法，该方法包括以下步骤：准备两组pH值试管模型，每个试管内都配有琼脂糖-肌酸模型；在临床1.5T的磁共振扫描仪上进行扫描，扫描采用线圈是8通道发射/接收头线圈，射频脉冲偏置频率修改序列源代码设置为-121Hz，121Hz和224Hz；在偏置频率为224Hz处，可以获得质量较好的两组pH值试管模型的磁化传递成像。本发明通过利用磁化传递技术，序列参数的优化和偏置频率的选取，在临床1.5T磁共振扫描仪上获得了pH值敏感的磁化传递成像，为临床的pH值敏感的磁化传递成像研究提供了实验依据，在表征缺血组织损坏区，指导中风的治疗和肿瘤的诊断方面都具有重要的意义。
【专利说明】基于pH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法
【技术领域】
[0001]本发明属于核磁共振【技术领域】，尤其涉及一种基于pH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法。
【背景技术】
[0002]磁化效应现象常见于肌肉和脑组织中，其主要原理是利用偏置射频脉冲来饱和大分子或与大分子结合的水分子上的氢质子，这些质子会与自由水的氢质子发生化学交换，从而产生磁化传递效应，间接地导致磁共振水信号强度的下降；
[0003]近几年来，建立在磁化传递技术和化学交换的理论上的化学交换饱和转移(Chemical Exchange Saturation Transfer, CEST)技术与酸胺质子转移(Amide ProtonTransfer, APT)技术已成为分子影像研究关注的焦点；，我们知道，疾病的最早征兆之一是体内的酸碱度发生变化，而有些化学交换，如-OH、-SH、-NH2、酰胺基等与自由水分子上的氢的化学交换对所处环境的PH值非常敏感，CEST技术能探测到这些氢质子与自由水质子的相互作用，从而能评估其所处环境的PH值，APT技术则是直接针对蛋白质和多肽上的酰胺质子与自由水的氢质子间发生的化学交换，这种交换依赖于所处环境的酸碱度，周等课题组专门研究了酰胺基与PH值的关系，将这种关系通过磁共振成像显示出来，他们成功地在临床3.0T上获得了依赖于pH值的APT图像，初步应用于动物模型和活体脑组织的磁共振成像上，但是他们没有在临床1.5T的磁共振扫描仪上实现APT成像；
[0004]现有实现CEST成像的方法需要一段长时间的预饱和脉冲，随后加上快速成像序列，其中，预饱和脉冲可以是连续波，也可以是脉冲波；而快速成像序列可以是EPI，GRE等，
[0005]这种成像方法具有两方面的不足:1、CEST成像的采集时间长；2、占空比(DutyCycle)大，从而导致特殊吸收率增加，这对磁共振硬件及软件要求较高，很难在临床机器上普及，这大大限制了其临床应用，特别是对人体的CEST成像。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种基于pH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法，旨在解决现有的成像方法存在的CEST成像的采集时间长、占空比大，导致特殊吸收率增加，对磁共振硬件要求较高，大大限制了对人体的CEST成像临床应用的问题。
[0007]本发明是这样实现的，一种基于pH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法，该基于PH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法包括以下步骤:
[0008]第一步，准备两组pH值试管模型，每个试管内都配有琼脂糖-肌酸模型；
[0009]第二步，在临床1.5T的磁共振扫描仪上进行扫描，扫描采用线圈是8通道发射/接收头线圈，射频脉冲偏置频率修改序列源代码设置为-121Hz，121Hz和224Hz ；
[0010]第三步，由于磁化传递射频脉冲偏置频率在-121HZ与121Hz时存在严重的伪影，在偏置频率为224Hz处，可以获得质量较好的两组pH值试管模型的磁化传递成像。[0011]进一步，在第一步中，模型制作方法如下:先用去离子水配制含质量分数为3%的琼脂糖的磷酸盐缓冲液，采用微波炉加热到形成琼脂糖凝胶，待温度降到46°C时，立刻加入肌酸，浓度为50mmol/L，进行搅拌，然后将一部分凝胶滴定到pH为6.51，并分装到7个相同的IOml的离心试管，保鲜膜封口，再将剩余的凝胶分装到4个离心试管，分别将pH值滴定到6.01,6.30,6.60和6.90，最后将7个试管放入一 200ml的烧杯中，另外4个试管和I个装有等量水的离心试管一起放到另外一个200ml的烧杯。
[0012]进一步，pH值的测定采用梅特勒-托利多pH计。
[0013]进一步，在第二步中，每次扫描前都进行自动匀场校正，扫描序列为自旋回波-磁化传递序列，在常规自旋回波序列前施加一预饱和射频脉冲，射频脉冲偏置频率可通过修改序列源代码设置为-121Hz，121Hz和224Hz，磁化传递技术的扫描参数设置为:重复时间400ms，回波时间9ms，层厚为5mm，层间距为2mm，成像矩阵为256 X 192，视野FOV为16X 16mm2，采集的带宽为31.25KHz，采集时间是2分37秒。
[0014]进一步，饱和射频脉冲为偏共振磁化传递脉冲，脉冲的波形为费米波形。
[0015]本发明提供的基于pH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法，通过配制两组琼脂糖-肌酸凝胶的PH试管模型，采用修改好的自旋回波-磁化传递序列对这两组模型进行磁化传递成像，在偏置频率为224Hz时，相同pH试管模型的磁化传递成像信号强度近似相等，而不同的PH试管模型的磁化传递成像信号强度则依赖于pH值，pH值越高，磁共振信号强度越大，为PH值敏感的磁化传递成像在临床上的应用提供了重要的实验基础，较好的解决了现有的成像方法存在的CEST成像的采集时间长、占空比大，导致特殊吸收率增加，对磁共振硬件要求较高，大大限制了对人体的CEST成像临床应用的问题。本发明通过常规磁化传递脉冲结合梯度回波序列可以成功实现CEST成像，为CEST成像的普及及临床应用的转化提供全新的技术支持。该方法在试管模型上的成功成像，也为后续的利用CEST技术进行pH定量成像打下良好的基础。此外，本发明方法简单，操作方便，pH值敏感的磁化传递成像能在临床上应用于脑中风、脑肿瘤等疾病的诊断治疗。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施例提供的基于pH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法的流程图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]图1示出了本发明实施例提供的基于pH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法流程。为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。
[0019]本发明实施例的基于pH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法，该基于PH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法包括以下步骤:
[0020]第一步，准备两组pH值试管模型，每个试管内都配有琼脂糖-肌酸模型；
[0021]第二步，在临床1.5T的磁共振扫描仪上进行扫描，扫描采用线圈是8通道发射/接收头线圈，射频脉冲偏置频率修改序列源代码设置为-121Hz，121Hz和224Hz ；
[0022]第三步，由于磁化传递射频脉冲偏置频率在-121Hz与121Hz时存在严重的伪影，在偏置频率为224Hz处，可以获得质量较好的两组pH值试管模型的磁化传递成像。
[0023]作为本发明实施例的一优化方案，在第一步中，模型制作方法如下:先用去离子水配制含质量分数为3%的琼脂糖的磷酸盐缓冲液，采用微波炉加热到形成琼脂糖凝胶，待温度降到46°C时，立刻加入肌酸，浓度为50mmol/L，进行搅拌，然后将一部分凝胶滴定到pH为
6.51，并分装到7个相同的IOml的离心试管，保鲜膜封口，再将剩余的凝胶分装到4个离心试管，分别将pH值滴定到6.01，6.30，6.60和6.90，最后将7个试管放入一 200ml的烧杯中，另外4个试管和I个装有等量水的离心试管一起放到另外一个200ml的烧杯。
[0024]作为本发明实施例的一优化方案，pH值的测定采用梅特勒-托利多pH计。
[0025]作为本发明实施例的一优化方案，在第二步中，每次扫描前都进行自动匀场校正，扫描序列为自旋回波-磁化传递序列，在常规自旋回波序列前施加一预饱和射频脉冲，射频脉冲偏置频率可通过修改序列源代码设置为-121Hz，121Hz和224Hz，磁化传递技术的扫描参数设置为:重复时间400ms,回波时间9ms,层厚为5mm,层间距为2mm,成像矩阵为256X 192，视野FOV为16X 16mm2，采集的带宽为31.25KHz，采集时间是2分37秒。
[0026]作为本发明实施例的一优化方案，饱和射频脉冲为偏共振磁化传递脉冲，脉冲的波形为费米波形。
[0027]下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
[0028]如图1所示没本发明实施例的基于pH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法包括以下步骤:
[0029]SlOl:准备两组pH值试管模型，每个试管内都配有琼脂糖(Biowest供应)_肌酸(Sigma Aldrich 供应)模型，；
[0030]S102:采用线圈是8通道发射/接收头线圈，在临床1.5T的磁共振扫描仪(GESigna HDX1.5T Scanner)上进行扫描；
[0031]S103:射频脉冲偏置频率可通过修改序列源代码设置为-121Hz，121Hz和224Hz，；
[0032]S104:在偏置频率为224Hz处，可以获得质量较好的两组pH值试管模型的磁化传递成像。
[0033]本发明的具体步骤为:
[0034]第一步，准备两组pH值试管模型，每个试管内都配有琼脂糖(Biowest供应)_肌酸(Sigma Aldrich供应)模型，模型制作方法如下:先用去离子水配制含质量分数为3%的琼脂糖的磷酸盐缓冲液，采用微波炉加热到形成琼脂糖凝胶，待温度降到46°C时，立刻加入肌酸(浓度为50mmol/L)，搅拌均匀，然后将一部分凝胶滴定到pH为6.51，并分装到7个相同的IOml的离心试管，保鲜膜封口，再将剩余的凝胶分装到4个离心试管，分别将pH值滴定到6.01，6.30，6.60和6.90，pH值的测定采用梅特勒-托利多pH计，最后将7个试管放入一 200ml的烧杯中，另外4个试管和I个装有等量水的离心试管一起放到另外一个200ml的烧杯；
[0035]第二步，在临床1.5T的磁共振扫描仪(GE Signa HDX1.5T Scanner)上进行扫描，扫描采用线圈的是8通道发射/接收头线圈，每次扫描前都进行自动匀场校正，扫描序列为自旋回波-磁化传递序列，即在常规自旋回波序列前施加一预饱和射频脉冲，该脉冲是偏共振磁化传递脉冲，射频脉冲偏置频率可通过修改序列源代码设置为-121Hz，121Hz和224Hz，脉冲的波形为费米波形，磁化传递技术的其它参数，如射频脉冲的强度、持续时间、翻转角等都采用临床磁共振仪的默认值，扫描参数采用的是根据多次重复实验的参数优化来选取的，分别为:重复时间400ms,回波时间9ms,层厚为5mm.层间距为2mm,成像矩阵为256 X 192，视野FOV为16 X 16mm2，采集的带宽为31.25KHz，采集时间是2’ 37”；
[0036]第三步，由于磁化传递射频脉冲偏置频率在-121Hz与121Hz时存在严重的伪影，无法通过调节成像参数来获得有意义的磁化传递成像，而在偏置频率为224Hz处，可以获得质量较好的两组PH值试管模型的磁化传递成像。
[0037]通过实验对本发明做进一步的说明:
[0038]1、第一组的7个相同pH值(6.51)的离心试管在射频偏置频率为224Hz的磁化传递成像，一个试管由于在模型配制时未摇匀而呈现出不均匀的信号，我们对其它6个试管进行感兴趣区的选择，然后用磁共振扫描仪自带的测量软件FuncTools测量感兴趣区的信号强度，测量的结果发现，这6个pH值相同的试管的磁化传递成像的信号强度几乎没有什么差别，在误差范围内可近似相等，这说明PH值相同的试管模型，磁化传递成像信号强度相同；
[0039]2、第二组的5个离心试管在射频偏置频率为224Hz的磁化传递成像，成像的参数与第一组试管的成像参数一致，试管e是装有等量水的离心试管，作为定位和比较的用途，试管a、b、c、d是琼脂糖-肌酸模型，其pH值分别为6.01，6.30，6.60与6.90，在5个试管成像的第三个层面选取感兴趣区，用FuncTools进行信号强度测量，试管a、b、c、d和e的信号强度分别为 211.1±1.9,225.2±2.0,251.8土L 5,255.8±3.1,350.2±2.2，结果表明，在偏置频率为224Hz处的磁化传递成像信号强度与pH值有关，pH值越高，磁共振信号强度越大；
[0040]本发明采用的琼脂糖-肌酸凝胶模型中，胺基质子的化学位移位是6.6ppm，其与自由水质子的化学交换依赖于所处环境的pH值,如果使用1.9ppm的射频偏置频率,相当于临床1.5T磁共振扫描仪上的121Hz，就能达到最佳的磁化饱和传递效应，所获得的磁化传递成像能更好地反映出不同PH值的差别，但是，在我们的初步实验中，偏置频率1.9ppm的磁化传递成像易受到严重的伪影干扰而使得成像质量非常低下，因此，本发明选取偏置频率为224Hz来获取pH敏感的磁化传递成像，选取224Hz也是出于以下两个方面的原因，一方面，在前期实验中，已配制过PH值试管模型来研究偏置频率从200Hz到400Hz间(间隔50Hz)的磁化传递成像，磁化传递成像都存在一定程度的伪影，且伪影会随着偏置频率的增大而减少，但同时也发现不同PH值的试管模型的磁化传递成像之间的对比度差别却随着偏置频率的增大而降低，另一方面，根据在酰胺质子转移成像中，酰胺质子峰是偏离水质子峰3.5ppm，这相当于1.5T下的224Hz，所以在临床1.5T的磁共振扫描仪上，要获得动物模型和活体组织(脑肿瘤、中风等)的磁化传递成像，实际设置的偏置频率应为224Hz，这里需要说明的是，射频偏置频率为224Hz时，虽然没有完全饱和1.9ppm处的质子，但是能部分降低直接的水饱和效应而使得伪影减少，所以偏置频率224Hz的磁化传递成像只是能轻微凸显出不同PH值的差别，如果想获得最大程度的对比差别，还得继续思考着如何在1.9ppm的偏置频率下尽可能地降低水饱和效应，
[0041]本发明实验的偏置频率是通过修改磁化传递饱和序列源代码获得的，1.5T磁共振扫描仪自带的磁化传递序列的偏置频率范围为400-1600HZ，而实验要求的是400Hz以下的偏置频率，因此，源代码的修改是必须的，当然，磁化传递技术的其它成像参数，如序列的脉冲强度、饱和持续时间及脉冲翻转角等，可能也会影响不同PH值的磁化传递成像的对比差另O，在后续的研究中，这些因素对成像的影响将会被考虑，源代码的修改也会继续进行，目的是提高成像的信噪比和对比度，
[0042]本发明利用磁化传递技术，通过序列参数的优化和偏置频率的选取，在临床1.5T磁共振扫描仪上获得了 PH值敏感的磁化传递成像，实验研究的结果与目前在3.0T以上的酰胺质子转移成像获得的结论是一致的，这为临床的PH值敏感的磁化传递成像研究提供了实验依据，在表征缺血组织损坏区，指导中风的治疗和肿瘤的诊断方面都具有重要的意义。
[0043]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于PH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法，其特征在于，该基于PH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法包括以下步骤: 第一步，准备两组pH值试管模型，每个试管内都配有琼脂糖-肌酸模型； 第二步，在临床1.5T的磁共振扫描仪上进行扫描，扫描采用线圈是8通道发射/接收头线圈，射频脉冲偏置频率修改序列源代码设置为-121Hz，121Hz和224Hz ； 第三步，由于磁化传递射频脉冲偏置频率在-121Hz与121Hz时存在严重的伪影，在偏置频率为224Hz处，可以获得质量较好的两组pH值试管模型的磁化传递成像。
2.如权利要求1所述的基于pH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法，其特征在于，在第一步中，模型制作方法如下:先用去离子水配制含质量分数为3%的琼脂糖的磷酸盐缓冲液，采用微波炉加热到形成琼脂糖凝胶，待温度降到46°C时，立刻加入肌酸，浓度为50mmol/L，进行搅拌，然后将一部分凝胶滴定到pH为6.51，并分装到7个相同的IOml的离心试管，保鲜膜封口，再将剩余的凝胶分装到4个离心试管，分别将pH值滴定到6.01，6.30，6.60和6.90，最后将7个试管放入一 200ml的烧杯中，另外4个试管和I个装有等量水的离心试管一起放到另外一个200ml的烧杯。
3.如权利要求2所述的基于pH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法，其特征在于，PH值的测定采用梅特勒-托利多pH计。
4.如权利要求1所述的基于pH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法，其特征在于，在第二步中，每次扫描前都进行自动匀场校正，扫描序列为自旋回波-磁化传递序列，在常规自旋回波序列前施加一预饱和射频脉冲，射频脉冲偏置频率可通过修改序列源代码设置为-121Hz，121Hz和224Hz，磁化传递技术的扫描参数设置为:重复时间400ms，回波时间9ms，层厚为5mm，层间距为2mm，成像矩阵为256 X 192，视野FOV为16X 16mm2，采集的带宽为31.25KHz，采集时间是2分37秒。
5.如权利要求4所述的基于pH值敏感的磁化传递在1.5T磁共振成像上的实验方法，其特征在于，饱和射频脉冲为偏共振磁化传递脉冲，脉冲的波形为费米波形。
【文档编号】G01R33/44GK103529412SQ201310496838
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】吴仁华, 肖刚, 沈智威, 戴卓智, 韦茂彬, 杨文彬, 邱庆春 申请人:吴仁华