本发明涉及基于脉冲化学交换依赖性饱和转移(CEST)的磁共振成像(MRI)领域。具体而言，它涉及用于脉冲CEST-MRI的外源CEST剂以提供基于旋转转移的CEST对比度，并且涉及基于比率的CEST-MR方法，其将脉冲成串饱和方案施加于外源CEST剂的单一库，以获得非浓度依赖性的CEST对比度。
现有技术
化学交换饱和转移(CEST)模式是最近引入的基于使用含有一个或多个可交换质子库的分子(CEST剂或CEST系统，如本文可互换使用的)的成像方法。
CEST成像技术依赖于高分辨率NMR中已知的现象，即双共振实验，其中以移动质子的化学位移为中心或靠近移位质子的化学位移的第二射频(rf)场的应用使得饱和它们的共振成为可能，从而产生饱和磁化，通过化学交换将其转移到“整体(bulk)”水中，从而确定整体水信号的净减少，其被记录以形成图像。这种效应被称为如本文可互换使用的饱和磁化转移或饱和转移(饱和转移)(ST)效应。然后所得到的MR图像中的对比度由饱和磁化转移的程度确定。与常规MRI剂不同，记录的成像中的对比度是“频率编码的”。事实上，它们促进的水信号强度降低的程度(确定所记录图像中对比度的强度)取决于CEST剂的物理化学性质和仪器参数(通常是所应用的射频场)之间的相互作用(参见例如Enzo Terreno,Daniela Delli Castelli and Silvio Aime,Encoding the frequency dependence in MRI contrast media:the emerging class of CEST agents.Contrast Media Mol.Imaging 2010,5,78-98)。
CEST剂的基本要求是移动质子(或如本文可互换使用的可交换质子)的存在，其具有适当的交换速率(kex)以及与整体水质子的合适的化学位移分离，允许交换位点激活和转移饱和度。粗略地说，饱和度的最佳转移是当kex接近时，其中△ν是两个交换库之间以Hz为单位的化学位移分离。
CEST造影剂主要分为抗磁和顺磁体系。在WO00/66180中由Balaban首先提供了低分子量抗磁CEST剂(DIACEST)的合适实例。顺磁CEST剂(PARACEST)，主要包括DOTA的大环四酰胺衍生物，提供四个磁等价或假等价的N-H移动质子库，其首先由Sherry报道(参见例如J.Am.Chem.Soc 2001；123:1517-1518)。在US8,211,404中首次公开了在基于磁化转移的MRI技术中使用具有属于酰胺官能团的移动质子的碘化射线造影剂。
在例如Magnetic Resonance Imaging.Chem.Rev.2010,110,2960-3018中公开了抗磁和顺磁CEST剂的细节和实例。
在CEST剂中，特别的目的类别是由“响应”剂表示的，即具有至少一种可交换质子的造影剂，其饱和转移能力与该试剂分布的微环境的诊断目的的物理化学参数相关。除了用作典型的CEST剂并提供CEST对比度，这些试剂也能够报告所述参数的变化，所述参数通常选自它们所分布的身体器官或区域中pH、温度、代谢物或具体离子浓度、O2或CO2分压、蛋白质或酶的活性，从而用作与这些变化严格相关的具体疾病的有用生物标志物。
然而，如本领域所众所周知的，在CEST方法中测量的饱和转移ST的量取决于水和CEST剂的含量，或者换句话说，取决于其在目的器官或组织中的局部绝对浓度。因此，实际上，这些响应剂所表现的特有的响应特性只有在其实际浓度已知时才能被恰当地利用。
相反，为了在体内测定中有效利用，CEST响应性造影剂应以非浓度依赖性的模式显示其响应性。
目前通过使用包含至少两组磁性非等价质子的CEST剂来实现该任务，其ST效应显示出与目的物理化学参数不同的依赖性。
在这种情况下,实际上,基于以下等式可利用标准比率计量方法(RST)：
由Balaban和Ward首先公开(关于上述等式的任何细节参见例如Magn.Reson.Med.2000,44:799-802，通过引用并入本文),利用由两个不同的共振(或移动质子库)(分别在上面的等式中被确定为位点1和位点2)的选择性辐射诱导的ST效应之间的比较比率，这使得测得的ST量和依次评估的诊断参数值与施用的CEST探针的绝对浓度无关。
然而，Balaban方法的可能的利用严格取决于CEST系统的发展，所述CEST系统拥有至少两组具有适当化学位移分离和适当交换率(kex)的磁性非等价质子(对目的参数具有不同响应性)的该系统在生理温度和pH下允许交换位点激活并将饱和转移到整体水中。
在这方面，主B0场对两个移动质子共振的化学位移分离起到重要作用；确实最强的B0场导致更宽的赫兹分离，而低场例如在0.5和3T之间(即目前允许用于临床应用的那些)对所述分离是有害的。
因此，在目前的临床应用中，Balaban方法在低B0场的实际可利用性仍然具有挑战性，尤其是对于现有技术的典型地具有两个可用饱和共振之间的降低的Hz分离的抗磁CEST剂而言。
在J.Am.Chem.Soc.2014,136,14333中公开了一种替代方法，其包括获得随RF辐射脉冲功率变化的具有单组移动质子的CEST试剂的比例ST效应。
通过使用这种方法，通过使用碘苯吡啶作为pH响应性CEST剂，在体外和体内条件下获得对pH的非浓度依赖性的评估。
Balaban方法和上述方法依赖于对连续波(CW)饱和方案的利用，典型地使用单一长偏共振RF辐射，然而由于它们的特定吸收率(SAR)限制，其对临床扫描仪的适用性有限。
在Magn Reson Med 2008,60,834和Magn Reson Med 2011,65,1620中公开了通过使用重复短RF脉冲的辐射方案解决SAR和硬件问题的脉冲CEST成像方案。
例如在Magn Reson Med 2011,66,1100-1108中公开的，由Gochberg及其同事观察到振荡CEST对比组分的存在主要受以缓慢交换用脉冲CEST方案饱和的内源系统的缓慢交换质子(交换率<100Hz)的自旋磁化的旋转效应的控制。
在脉冲CEST实验中旋转与饱和转移效应的分离被称为化学交换旋转转移(CERT)。
然后，例如在Reson Med 2012,68:711-719中，由相同的作者建立了在不同辐照翻转角处使用脉冲CEST序列所获得的旋转CEST对比度和交换移动质子库的交换速率Ksw之间存在依赖关系，其中多重翻转角θ值处的CEST对比度的比率被用于消除慢交换内源酰胺和胺质子所显示的Ksw值的定量评估中的浓度项。
然而，在引用的文章中，这些作者指出，与如承认交换速率小于100Hz的“聚焦的内源性胺交换”相比，所观察到的旋转效应在快速交换条件下被消除了，并且“CEST对比度的振荡分量在高达500和1000Hz的交换率下不存在”(参见Magn Reson Med 2011,66,1100，例如第1107页和图6)。
发明概述
我们现在已经发现，通过使用外源CEST剂可以获得受自旋磁化的旋转效应控制的CEST对比度。
具体而言，我们已经鉴定了当施加具有频率集中(或接近)于外源试剂的移动质子的化学位移的脉冲串饱和方案作用于所述单一质子频率时，提供通过影响水信号的自旋磁化的旋转效应(或如本文可互换使用的基于旋转转移的CEST对比度或CERT对比度)促进的振荡CEST对比度的外源试剂。
出乎意料的是，尽管它们包含具有比上述引用的现有技术中推荐的显著较高的与周围水质子的交换速率(kex)的移动质子，但所鉴定的外源试剂能够提供有效的基于旋转转移的CEST对比度。
此外，我们已经发现，尽管这些外源试剂可以包含移动质子的单一库，但它们可以有利地用于建立基于比率计量的CEST-MRI，例如，提供非浓度依赖性的CEST对比度，以及建立基于CEST的非浓度依赖性的响应。
实际上，根据本发明的替代的基于比率计量的方法，通过比较使用脉冲成串饱和方案，在不同的RF辐射脉冲翻转角获得的CEST效应，可以利用具有移动质子的单一库的外源CEST剂来获得比率计量的CEST对比度。
具体而言，我们已经鉴定了常规比率计量方法的改进，其有利地允许通过用成串RF脉冲以不同的辐照翻转角(FA)θ辐射外源CEST试剂的移动质子的单一库、通过在脉冲饱和方案内保持恒定的B1平均功率(或B平均功率，定义为整个脉冲成串周期上的均方辐射场的平方根)，获得与CEST剂的局部浓度无关的比率计量CEST对比度。
根据该改进的方法，通过在(至少两个)不同RF翻转角对唯一一个共振(或移动质子库)的选择性辐射而诱导的ST效应之间的比较性比率获得随不同RF辐射脉冲翻转角θ变化的ST效应的新的比率计量值(本文在其他方面称为脉冲RF翻转角的比率计量或RPA)。
有趣的是，利用该新的比率计量方法可以克服使用Balaban的等式(1)的传统开发的比率计量方法的先决条件(如所述的，要求在同一分子上存在至少两个磁性非等价的移动质子)，从而导致比率计量方法在甚至具有一套移动质子的所有CEST系统中的普遍适用性。
另一方面，使用诸如本发明的外源CEST剂的外源分子使得能够使用本发明的方法去获得诊断相关信息，例如，对于试剂的外渗(因此在局部血管生成的条件下)或对于细胞外参数(如pH和温度)的值，例如，通过使用已知的内源性酰胺/胺基团几乎不可能获得这些诊断相关信息。
因此，本发明一般性依赖于在CEST-MR成像中使用具有质子库的外源试剂(或如本文可互换使用的外源CEST剂)以产生基于化学交换旋转转移的CEST对比度。此外，它涉及基于比率计量的CEST-MR方法，其包括使用这些外源试剂来建立基于CERT的非浓度依赖性的CEST MR成像，并作为响应剂来建立基于CERT的非浓度依赖性的响应。
具体而言，在一个方面，本发明涉及包含移动质子库的外源CEST剂在设置基于CERT的CEST-MR成像方法中的用途，所述方法包括将脉冲成串饱和方案施加于该试剂的单一质子频率以产生基于CERT的CEST对比度。
在另一方面，本发明涉及基于CERT的CEST-MR成像方法，其包括将具有不同翻转角的射频(RF)辐射脉冲的成串饱和方案施加于外源CEST剂，并检测基于CERT的CEST信号来提供基于CERT的CEST对比度。
优选地，脉冲(或基于CERT)的CEST-MR方法是基于比率计量的，并且包括计算随作用于外源试剂的单一质子频率的不同RF辐射脉冲翻转角变化的饱和转移效应的比率计量值。
具体而言，在进一步的方面，本发明涉及外源CEST剂在脉冲CEST-MR方法中的用途，其包括计算随不同RF辐射脉冲翻转角变化的饱和转移效应的比率计量值，以建立基于比率计量的CEST-MR成像或体内或体外(离体)非浓度依赖性的响应。
在另外的方面，本发明涉及优化的基于CEST的比率计量方法，其包括计算随着作用于相同质子共振的RF辐射脉冲的不同翻转角变化的来自外源CEST剂的移动质子的单一组的基于CERT的饱和转移(ST)效应的新的比率计量值。
在另一方面，本发明涉及多角度基于比率计量的CEST MR方法，其包括通过成串RF脉冲以不同的翻转角辐射外源CEST剂的移动质子的单一组，并计算随不同RF辐射脉冲翻转角变化的ST效应的比率计量值，以设置人或动物和优选哺乳动物身体器官、流体、组织中的浓度非依赖的CEST对比度和/或获得人或动物和优选哺乳动物身体器官、流体、组织中的诊断目的的生理参数的非浓度依赖性的体内或体外(离体)的图。
更具体地，在又一另外的方面，本发明涉及基于比率计量的CEST-MR方法，其包括：
a)以不同的翻转角将饱和成串RF辐射脉冲施加于外源CEST剂的单一移动质子频率，
b)通过比较在不同RF辐射脉冲翻转角计算得到的ST效应值计算ST效应的比率计量值；
c)记录非浓度依赖性的CEST对比度以及，任选地，
d)提供诊断目的的物理或化学参数的非浓度依赖性的图。
本发明的这些和其它目的以及优点将在下面的说明书甚至借助于附图和实施例进行详细公开。
附图简要说明
图1报告了拥有具有不同化学位移的两个非磁性等价酰胺共振(碘帕醇，分别为4.2和5.5ppm)和唯一一个酰胺质子共振(碘克沙醇，为4.4ppm)的代表性非离子射线造影介质的化学结构。
图2报告了：图a)从7T，37℃和pH6.6的30mM溶液获得的分别显示出碘帕醇在4.2ppm和5.5ppm处的两种可区分的酰胺质子共振(RF辐射脉冲为1.5μT x 5s)的Z-光谱；图b)从7T，37℃和pH6.6的30mM溶液获得的显示出碘克沙醇在4.4ppm的独特酰胺质子共振(RF辐射脉冲为3μT x 5s)的Z-光谱。
图3涉及实施例1的测试，并显示了在600MHz，T＝310K下从1H-NMR光谱的酰胺吸收谱线宽度确定在pH 5.5-7.4范围内的碘克沙醇的化学交换速率(kex)。
图4报告了具有pH值范围为5.5-7.9的40mM碘克沙醇溶液的随翻转角(θ)变化的CEST对比度的曲线，和(A)B平均功率1μT和dc 50％；(B)B平均功率2μT和dc 50％，其中总辐射时间5s(B0＝7T；T＝37℃)。
图5涉及实施例2的体外测试，并且显示了：图a)包括7个不同小瓶的模型(phantom)的体外MR T2加权图像，所述7个小瓶具有在不同pH值(5.5-6.0-6.3-6.7-7.0-7.4-7.9)下的碘克沙醇的40mM的PBS溶液；图b)用1μT的饱和B平均功率和180°的翻转角的RF成串脉冲辐射后获得的相应的ST图像；图c)用360°的翻转角(和相同的1μT的饱和B平均功率)的RF成串脉冲辐射后获得的相应的ST图像；图d)使用等式(3)从图b)和c)的相应ST图像的比率获得的比率计量RPA图；图e)叠加(overimpose)于T2加权的图像的比率计量RPA pH图(其中通过使用等式(3)和图6b的校准曲线，通过新提出的比率计量方法，根据在180°和360°的两个不同翻转角的对应ST图像的比率来计算比率计量RPA(B0＝7T,T＝310K))。
图6涉及实施例2的测试，并且报告了：图a)用具有分别为180°和360°的不同翻转角的RF辐射脉冲辐射(具有1.0μT的B平均功率的RF成串脉冲，总饱和时间为5s，B0＝7T并且T＝37℃)在4.4ppm的独特酰胺质子库后，碘克沙醇40mM溶液的随pH变化的ST效应的变化曲线；图b)显示通过将新提出的比率计量方法应用于图a)的ST曲线获得的比率计量值(RPA)的依赖性的比率计量校准曲线。
图7报告了随碘克沙醇浓度变化的RPA值(来自实施例2的测试)曲线，所述碘克沙醇浓度来自于10-50mM范围内可变浓度的碘克沙醇溶液(在pH 7.2通过配给180°/360°θ值获得的1μT的B平均功率和dc 50％(B0＝7T；T＝37℃；总辐射时间为5s))。
图8报告了对于40mM碘克沙醇模型，计算的pH相对于通过使用RPA方法的实验pH的曲线(R2＝0.998,P<0.001)，所述RPA方法使用B平均功率＝1μT,dc 50％并配给180°/360°θ值。
图9报告了：图a)在B0＝7T下(37℃，3μT x 5s的CW辐射RF脉冲)，分别在4.2和在5.5ppm的两个酰胺质子库辐射之后，碘帕醇(30mM溶液)随pH变化的ST效应的变化；图b)比率计量校准曲线，其显示通过将标准(Balaban)比率计量方法应用于图a)的ST曲线获得的比率计量值的依赖性。在该图9中，分别在4.2ppm(位点1)和在5.5ppm(位点2)的移动质子库辐射之后通过使用等式(1)计算比率计量值(RST)。
图10报告了在B平均功率1μT和dc 50％；总辐射时间5s(B0＝7T；T＝37℃)、pH范围为5.5-7.9的30mM碘帕醇溶液随翻转角(θ)变化的CEST对比度曲线。
图11报告了：图a)用具有180°和360°的不同翻转角的RF辐射脉冲(1.0μT的B平均功率的RF成串脉冲，总饱和时间为5s，B0＝7T并且T＝37℃)辐射在4.2ppm的酰胺质子库后碘克沙醇30mM溶液的随pH值变化的ST效应的变化；图b)显示通过将新提出的比率计量方法应用于图a)的ST曲线获得的比率计量值(RPA)的依赖性的比率计量校准曲线。通过保持恒定B平均功率至1.0μT并且改变180°(RFFA1)和360°(RFFA2)的翻转角用成串RF饱和脉冲在4.2ppm辐射移动质子库之后通过使用等式(3)计算该图的比率计量值RPA。
发明详述
根据本发明的CEST造影剂包含具有移动质子库并因此甚至移动质子的单一库的外源试剂。
具体而言，本发明涉及包含移动质子库的外源试剂在设置基于CERT的CEST-MR成像方法中的用途，其中将脉冲成串饱和方案施加于该试剂的单一频率以建立基于CERT的CEST成像。
就此而言，在本说明书中，除非另有规定，否则表述“外源试剂”或“外源CEST剂”在其含义中包括任何CEST造影剂或材料(具有至少一个合适的移动质子)，其在个体有机体有活性，但是来源于该有机体之外，即在成像之前提供或施用于有机体(或与有机体样品接触)。
另一方面，表述“移动质子库”在其含义中包括由一个(即单一质子)或具有相同化学位移的更多移动质子组成的集合。根据本发明的外源试剂包含移动质子的至少一个库，并且因此具有一个或多个移动质子，其具有相等的(单一库)或不同的(更多的库)化学位移。
合适的实例包括具有移动质子库的抗磁剂，包括具有移动质子的单一库的抗磁剂。
优选地,在生理条件下，移动质子与周围水质子具有例如低于5000Hz、优选低于3500、更优选低于2000Hz和最优选低于1500Hz的交换速率，即通过使用例如Magn Reson Med 2011,65,202中公开的NMR技术在水溶液中在约7例如范围为约6.5至约7.5的pH下测量的。
优选的抗磁剂包含具有与周围水分子的中等速度至快速交换速率的移动质子。在这方面，短语“中等速度至快速交换速率”在其含义中包括在生理条件下高于100Hz、优选地200Hz，例如包括约200至约3500Hz、更优选约200至约2000Hz并且最优选300至约1500Hz的(本发明的CEST剂的移动质子或质子库与周围的水质子的)交换率(kex)。优选地，这些抗磁剂的移动质子还显示具有至少1ppm、优选2ppm且最优选大于kex(△ν≥kex)的整体水质子的化学位移分离，其中△ν是两个交换库之间以Hz为单位的化学位移。
用于本发明的优选外源试剂是碘化造影剂(或射线造影剂，如本文可互换使用)，在其结构中包含至少一个酰胺移动质子。
合适的实例包括式(I)的碘化造影剂
其中：
A、D和E彼此相同或不同，选自式-CON(R)R1、-COOH、-CONH2和–(CH2)0-1N(R)-COR2的组；其中：
R彼此独立地为H或R1；
R1是任选被一个或多个羟基(-OH)、C1-C5烷氧基或羟基烷氧基取代的C1-C6烷基；或碳水化合物残基；和
R2是任选被一个或多个羟基、C1-C5烷氧基或羟基烷氧基间隔的C1-C6烷基；和
或式(II)的碘化造影剂，
其中：
A、D和E如上所定义，
B和B’彼此相同或不同，代表共价键或选自式-CON(R)-、-N(R)CO-和-N(COR3)-的基团的组，其中：
R如上所述；
R3是H或者C1-C3烷基，其任选被一个或多个羟基取代；和
X是C1-C6亚烷基，其任选被选自–O-、-N-和-S-的基团间隔，并且任选被被一个或多个羟基取代，
条件是在上述式(I)和(II)中至少一个R是H。
就此而言，在本说明书中，除非另外提供，否则表述“C1-C6烷基”在其含义上包括含有1至6个碳原子的任何直链或分支链，例如：甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基等。
类似地，术语“C1-C3烷基”在其含义内包含含有1至3个碳原子的直链或分支链，例如甲基、乙基、丙基和异丙基。
类似地，表述“C1-C6亚烷基”在其含义内包括通过从不同碳原子除去两个氢原子而衍生自任何相应C1-C6烃的二价直链或分支链，包括C1-C6亚烷基例如亚甲基、亚乙基、亚丙基、异亚丙基等。
同样，术语“烷氧基”在其含义范围内包括任何相应的烷氧基，例如甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基等；术语“羟烷基”在其含义范围内包括其中一个或多个氢原子被羟基(OH)基团取代的相应的烷基链，例如优选羟甲基(-CH2OH)、羟乙基(-CH2CH2OH)、羟丙基(-CH2CH2CH2OH)、二羟基丙基(CH2CH2OHCH2OH和–CH(CH2OH)2)等，并且术语“羟基烷氧基”包括其含义在内的任何相应的C1-C5烷基-氧基，其在烷基链中包含一个或多个羟基(-OH)。
优选式(I)的碘化剂，其中A、D和E如下表1中所报告的，连同所需化合物的名称：
表1
和上式(II)的二聚化合物，其中A、B-X-B'、D和E的含义在下表2中报道。
表2
更优选的是碘化造影剂，其选自：碘帕醇、碘克沙醇、碘海醇、碘佛醇、碘美普尔、碘普胺碘代酰胺及其可能的组合。
有趣的是，我们现已发现，当成串RF辐射脉冲(具有与交换的酰胺质子的化学位移相匹配的频率)施加到这些射线造影剂的相应酰胺质子频率时，尽管酰胺质子具有与水质子的交换速率远超过相关现有技术中推荐的100Hz，它们意外地促进基于CERT的CEST对比度的功效。
实际上，生理pH(pH约7.4)下约1000Hz的交换速率已在实施例1中针对被认为是根据本发明的代表性外源CEST剂的碘克沙醇(Visipaque,GE Healtcare)得到证实。
对于根据本发明的一些另外的射线造影剂，例如，在实验部分的表3连同公开实施措施的实验条件的参考文献书目中提供的那些，也已经确定了可比较的值。
在Magn.Reson.Med.2005；53:830-834中报告了碘帕醇酰胺移动质子(在7.05T，310K和pH7.4)的约2560s-1的平均Kex交换速率值。
此外，有趣的是，我们已经证实，当相同的B1平均功率水平(B平均功率)用于脉冲饱和方案中时(或者，换句话说，当在以不同翻转角施加脉冲成串饱和序列过程中B1平均功率保持恒定时)，由这些射线造影剂促进的CEST效应表现出对于随RF辐射脉冲的翻转角改变的诊断目的的化学-物理参数的依赖性。
具体而言，我们已经证实，当B平均功率保持恒定时，可以在CEST效应对诊断目的的化学参数的依赖性，以及因此对其的响应性和所利用的RF辐射脉冲翻转角之间建立相关性。
这些促使我们鉴定新的比率计量方法，在其他方面称为多角度比率计量方法，其中通过比较在(至少两种)不同RF辐射脉冲翻转角测得的ST效应获得ST效应的新的比率计量值。
具体而言，我们已经发现，可以通过由不同翻转角的成串RF脉冲辐射根据本发明的外源CEST剂的移动质子的单一组，并然后通过比较在不同RF辐射脉冲翻转角针对相同质子共振获得的ST效应来计算随不同RF辐射脉冲翻转角变化的ST效应的新的比率计量值，而获得基于常规比率计量方法的显著改善。
根据该改进的方法，通过在(至少两个)不同RF翻转角和通过保持B平均功率恒定，对唯一一个共振(或移动质子库)的选择性辐射而诱导的ST效应之间的比较性比率获得随不同RF辐射脉冲翻转角(FA)变化的ST效应的新的比率计量值(在其他方面称为脉冲RF翻转角的比率计量或RPA)。
不希望包括对于利用可替代的比较比率的限制，在本发明的一个实施方案中，通过根据以下等式测量在两个θ值处促进的CEST对比度效应的比率来计算新比率计量指数RPA：
其中STθ1,2表示通过保持B平均功率恒定而在所选翻转角θ1和θ2处获得的ST。
在优选的实施方案中，通过以下新的等式(3)确定脉冲RF翻转角的新的比率计量值
其中Ms是指在与移动质子共振相对应的频率(νon)下辐射时的水信号强度，M0是指在频率νoff下辐射后测量的水质子信号强度，其中νoff＝-νon并且ν水＝0,RFFA1是通过在RF翻转角A1处选择性辐射非水可交换质子共振而诱导的ST效应，而RFFA2是通过在RF翻转角A2选择性辐射非水可交换质子共振而诱导的ST效应，RPA是使用本发明的新比率计量方法获得的ST效应的比率计量值。
从以上所述，本发明的目的是CEST-MR方法，其包括将脉冲成串饱和方案施加于包含移动质子库的外源CEST剂的单一质子频率以建立体内或体外(离体)基于CERT的CEST-MRI成像。
具体而言，在一个实施方案中，本发明涉及CEST-MR方法，其包括：
i)将具有不同翻转角的射频(RF)辐射脉冲的成串饱和方案施加于样品中的外源CEST剂的单一质子频率，以诱导基于CERT的饱和转移效应(ST效应)；和
ii)检测来自所述样品的基于CERT的CEST信号。
就此而言，并且除非另外提供，否则本文使用的术语“样品”是指来自人或动物的身体器官、区域、流体或组织的体外或离体生物样品；或人或动物患者的身体器官、区域、流体或组织，其已经预先施用适量的外源CEST剂。
在优选的实施方案中，所述脉冲(或基于CERT)CEST-MR方法是基于比率计量的，并且包括计算随不同RF辐射脉冲翻转角变化的ST效应的比率计量值。
具体而言，在一个优选实施方案中，本发明涉及基于比率计量的CEST-MR方法，其包括：将具有不同翻转角和B平均功率的恒定值的成串RF辐射脉冲施加于外源CEST剂的单一质子频率，并计算随RF辐射脉冲翻转角变化的比率计量的ST效应，即通过在不同的RF辐射翻转角测量的ST效应之间的比较比率。
在更优选的实施方案中，本发明涉及CEST-MR方法，其包括：
a)以不同的翻转角、B平均功率的恒定值将饱和成串RF辐射脉冲施加于外源CEST剂的单一移动质子频率；
b)检测基于CERT的CEST信号；
c)通过比较在不同RF辐射脉冲翻转角测量得到的ST效应值计算ST效应的比率计量值；和
d)确定非浓度依赖性的CEST值。
在优选的实施方案中，步骤c)包括通过利用等式(3)来计算ST效应i的比率计量值。
有利地，利用这种新的比率计量方法可以克服Balaban方法的先决条件(即必须在同一分子上存在两个非磁等价共振)，从而显著改善比率计量方法对所有射线造影剂并且更一般而言对仅具有交换质子的单一库的外源试剂的一般适用性，尽管也可以在存在多个可交换质子库的情况下应用比率计量方法。
此外，基于利用成串重复性短RF脉冲(以不同的翻转角)，本发明的方法还允许克服使用连续波(CW)饱和方案通常遇到的长时间要求和特定SAR缺陷，因此易于转换目前正在使用的临床MRI扫描仪。
就此而言，对于本文所使用的连续波方案，我们指的是其中在成像采集之前的单一长(在秒的数量级上)偏共振(off-resonance)矩形射频辐射脉冲的方案。
另一方面，对于“重复性短RF脉冲”，我们指的是在读出采集之前具有多个偏共振射频辐射脉冲(毫秒量级并且具有不同形状：例如高斯、矩形、正弦)的方案。
在一个实施方案中，利用所述基于比率计量的CEST MR方法来提供不受CEST剂的局部浓度影响的人或动物的身体器官、区域、流体或组织的体内或体外(离体)图像。
甚至更优选地，利用本发明的基于比率计量的CEST MR方法来提供不受外源CEST剂的局部浓度影响的人或动物的身体器官、区域、流体或组织的诊断目的的物理或化学参数的体外(离体)或优选体内评估或图。
在一个实施方案中，用于本发明的脉冲CEST-MR方法的外源CEST剂是抗磁CEST剂。
在优选的实施方案中，抗磁剂是射线造影剂，其包含酰胺移动质子的至少一个库，例如甚至是移动质子的单一库，其优选具有在生理条件下与周围水分子200至3500Hz的交换速率Kex。
在本发明的一个实施方案中，根据本发明的用作优选外源CEST剂的射线造影剂包括仅移动质子的单一库。
更优选地，射线造影剂选自碘克沙醇、碘帕醇、碘普罗胺、碘海醇、碘佛醇和碘美普尔，并且最优选为碘帕醇或碘克沙醇。
因此，在优选的实施方案中，本发明涉及基于比率计量的CEST-MRI方法，其包括：用成串RF辐射脉冲以不同翻转角饱和射线造影剂的单一酰胺质子频率，并计算随RF辐射脉冲翻转角变化的比率计量ST效应，以提供非浓度依赖性的体内或体外(离体)CEST-MRI成像。
或者，将所述基于比率计量的CEST MR方法用于体内或体外(离体)确定不受射线造影剂的局部浓度影响的人或动物的身体器官、区域、流体或组织的诊断目的的物理或化学参数。
根据本发明的诊断目的的物理或化学参数包括例如温度、pH、氧分压(pO2)或二氧化碳分压(pCO2)、特定的离子或代谢物浓度或特定的酶活性，其中温度和pH是优选的，并且pH是特别优选的。
具体而言，在一个优选实施方案中，本发明涉及用于获得人或动物的身体器官、区域、流体或组织的非浓度依赖性的图像的基于比率计量的CEST-MR方法，其包括：
a)以不同的翻转角并以恒定值的B平均功率将成串RF辐射脉冲辐照射线造影剂的单一交换质子频率；
b)收集Z谱；
c)优选使用等式3，例如通过不同RF辐射脉冲翻转角获得的作用于相同共振的ST效应的比较性比率，来计算随RF辐射脉冲翻转角变化的ST效应的比率计量值，和
d)获得所述人或动物的身体器官、区域、流体或组织的非浓度依赖性的图像，
所述确定例如对添加了根据本发明的有效量的造影剂的人或动物的身体器官、区域、流体或组织的体外或离体样品在体外(离体)进行，或者，优选地，体内进行，以获得人或动物的身体器官、区域、流体或组织的非浓度依赖性的体内图像。
在另一优选实施方案中，本发明涉及根据本发明的基于比率计量的CEST-MR方法，其用于测定人或动物的身体器官、区域、流体或组织中的用于诊断目的的物理或化学参数或用于获得人或动物的身体器官、区域、流体或组织中的用于诊断目的的非浓度依赖性的物理或化学参数图，所述方法包括：
A)以不同的翻转角并以恒定值的B平均功率将成串RF辐射脉冲辐照射线造影剂的单一交换质子频率；
B)收集Z谱；
C)优选使用等式3(例如通过不同RF辐射脉冲翻转角作用于相同共振的获得的ST效应的比较性比率)计算随RF辐射脉冲翻转角变化的ST效应的比率计量值；和
D)从所计算的比率计量的ST效应获得目的参数的物理(或比率计量值)的非浓度依赖性的图的测量。
所述确定或图例如对添加了根据本发明的有效量的造影剂的人或动物的身体器官、区域、流体或组织的体外或离体样品在体外(离体)进行，或者，优选地，在人或动物的身体器官、区域、流体或组织体内进行。
优选地，上述方法的步骤D)进一步包括将从所述方法的步骤C)获得的比率计量值的收集图叠加在相关人或动物的身体器官、区域、流体或组织的先前记录的形态图像上。
就此而言，熟练的从业人员知道上述方法的主要成像步骤根据当前诊断实践中使用的方法，并且通过使用相关领域的技术人员可用的数据处理方法(例如来自目前使用的临床操作方案，或者在所引用的相关文献中提供)由MRI扫描仪(一旦适当地设置就)自动执行，这些步骤包括辐射移动质子频率，收集Z谱，计算比率计量的ST效应，并且通过使用先前执行的校准曲线，获得在一个身体器官或区域中的期望的物理或化学参数。
因此，在一个优选的实施方案中，对已经预先施用(即适当地预施用)了包含合适量的根据本发明的射线造影剂的药物制剂的人或动物身体进行本发明的CEST-MRI方法。
换言之，根据优选的实施方案，本发明涉及根据本发明的CEST-MRI方法，其用于人或动物的身体器官、区域、流体或组织的体内成像或用于人或动物的身体器官、区域、流体或组织的诊断目的的物理或化学参数的体内评估或作图，对已经预先施用(即适当地预施用)了包含合适量的根据本发明的射线造影剂复合化合物的药物制剂的人或动物身体进行所述方法。
对于本文所用的“合适量”，我们指的是足以实现其预期诊断目的的本发明的造影剂或其药物组合物的任何量：即例如通过使用基于CEST的MRI成像技术获得非浓度依赖性的对比图像或者提供在相关的人体或动物体器官、区域、流体或组织中的非浓度依赖性的目的参数图。
在备选实施方案中，本发明涉及根据本发明的CEST-MR方法，其包括向经历基于比率计量的CEST-MR方法的患者施用包含合适量的根据本发明的射线造影剂的药物组合物的步骤。
除非另外指出，否则本文所用的“个体患者”或“患者”是指活的人或动物患者，并且优选正在进行MR诊断评估的人。
在本发明的方法中，饱和转移步骤可根据本领域已知的序列进行，例如，使用包含“梯度或场回波”和“自旋回波和快速自旋回波”或“回波平面成像”的不同读出方案的任选组合的不同形状(矩形、高斯、正弦)的重复性短RF脉冲。
在优选的实施方案中，本发明的方法包括收集覆盖一定范围频率偏移的Z谱，所述频率偏移包括施用的CEST剂或剂的混合物和水共振的移动质子的共振偏移。优选借助于基于快速自旋回波中心编码的序列方案来收集Z谱，并通过B0不均匀性在准时的基础上(即，逐一体素)的校正和去除噪声数据来优化Z谱，以便最大限度减少观察到的人为现象，特别是在体内条件下工作时(Magn Reson Med 2013,70,859)。
所获得的ST效应的最优化优选在准时的基础上进行，例如，通过基于逐一体素计算饱和转移效应，(针对RF辐射脉冲的不同翻转角中的每一个)，即在每个频率偏移的所有实验点，例如，通过对样条线(spline)进行平滑来对Z谱进行非对称内插，并且将每个图像像素中的内插曲线进行平移以便将曲线的最小值固定为零偏移值，例如在Development and validation of a smoothing-splines-based correction method for improving the analysis of CEST-MR images,CONTRAST MEDIA&MOLECULAR IMAGING Volume:3,Issue:4,Pages:136-149,2008；Methods for an improved detection of the MRI-CEST effect,CONTRAST MEDIA&MOLECULAR IMAGING；Volume:4；Issue:5；Pages:237-247；2009中所公开的，以便鉴别(并因此去除)噪声或散乱的数据并且由此提供所提出的方法的准确度和灵敏度的提高。
合适的后处理形式也可以与本发明的优选方法结合使用(例如，提供于Contrast Media Mol Imaging.2009,4,237-47中)，这进一步有助于提高由所提出的比率计量方法所赋予的灵敏度。
在特别优选的实施方案中，本发明涉及用于提供人或动物的身体器官、区域、流体或组织中诊断目的的物理或化学参数的非浓度依赖性的体内图的CEST-MRI方法，其包括：
i)将合适量的射线造影剂注射入患者并任选记录目的身体器官、区域或组织的解剖学MR图像；
ii)以不同的翻转角并以恒定值的B平均功率使用RF辐射脉冲的成串脉冲饱和方案辐照射线造影剂的单一交换质子频率；
iii)获得Z谱，例如覆盖包括施用的造影剂的移动质子的共振偏移的一系列频率偏移，
iv)在准时的基础上内插Z谱，例如，通过以逐一体素为基础确定水信号的频率偏移，并且平移每个图像体素中的内插曲线以便将曲线的最小值固定为零偏移值；
v)优选地通过使用从基于积分的、组合的、增强的和互补的形式中选择的后处理形式来以任何期望的频率偏移来计算患者的目的身体器官、区域或组织中的ST效应；
vi)通过比较不同RF翻转角的ST效应计算单一共振的ST效应的比率计量值；
vii)通过使用先前计算的校准曲线获得目的参数图，和任选地
viii)将得到的ST参数图叠加到记录的解剖MR图像，以便在空间上定位产生目的参数的区域。
最优选地，在本发明的上述CEST-MRI方法中，射线造影剂是碘克沙醇。
具体而言，在另一优选方面，本发明涉及碘克沙醇作为pH响应剂，以建立非浓度依赖性的响应性，尤其是获得人或动物的身体器官、区域、流体或组织中的pH的体内图的用途。
从上述所有内容可以看出，在特别优选的方面，本发明涉及基于比率计量的CEST-MRI方法，其使用甚至具有移动质子的单一库作为响应剂的射线造影剂，以通过基于利用等式(3)确定的ST效应的比率计量值来提供诊断目的的生理参数的非浓度依赖性的评估。
然而，本领域技术人员应该清楚，包括在本发明范围内的是基于比率计量的CEST MR方法，其包括使用根据本发明的任何外源CEST剂，即具有移动质子的至少一个库，其优选与水质子处于中等速度至快速交换状态。
在本发明的方法中，以合适的药物制剂的形式施用或预先施用作为根据本发明的CEST剂的射线造影剂。
就所述施用或预施用而言，例如其可以通过血管内注射(例如静脉内、动脉内、心室内注射等)或鞘内、腹膜内、淋巴内、腔内、口服或肠内进行。
通常通过将活性成分(即造影剂复合物或其药学上可接受的盐)和药学上可接受的赋形剂溶于药学角度上合适纯度的水中来制备包括优选具有至少一个酰胺质子库的根据式(I)和(II)的射线造影剂的根据本发明的外源CEST剂的可注射药物制剂。所得到的制剂合适地是灭菌的，并且能够这样使用或者它可以备选地为冻干的并且可在使用前重构。
可以根据诊断需求以可变的浓度施用这些制剂，例如范围为100至450mg I/mL，但是也可以使用含有更低量的造影剂的溶液。
通常施用的CA剂量是100至更典型地150ml的CA制剂，至多最大临床接受剂量为1.5g I/患者kg体重。
在特别优选的实施方案中，本发明涉及基于比率计量的CEST方法，其用于获得人或动物的身体器官、区域、流体或组织中的体内pH值图，所述人或动物的身体器官、区域、流体或组织包含选自碘克沙醇、碘帕醇的至少一种射线造影剂，以及合适的赋形剂，和/或稀释剂。
通过在实验部分详细报道的体外MRI测试，测试了基于上述等式(3)的利用的提供的新比率计量方法的性能，并将其与使用等式(1)的经典标准比率计量形式进行比较。
在这些测试中，碘帕醇和碘克沙醇用作根据本发明的外源CEST造影剂的非限制性的代表性实例。
碘克沙醇是在常规CT成像中使用的众所周知的造影剂，长时间作为Visipaque(GE Healthcare)销售。该造影剂具有单一质子酰胺共振(即具有4个酰胺质子，其在NMR谱中具有同样的共振，在图1中圈出的)，其能够产生4.4ppm的具体化学位移处的CEST对比度，如仅具有一个饱和转移区域的碘克沙醇Z谱所示(图2b)。因此，基于利用至少两个磁性非等价质子的Balaban比率计量方法不适用于这种化合物。
首先用实施例1的测试评估了pH范围5-5-7.7的碘克沙醇酰胺质子的交换速率。图3中图示的所获得的结果证实，在生理条件下，Kex的测量值超过200Hz，在7.4的生理pH下达到甚至高于1000Hz的交换速率值。
然后通过在实验部分的实施例2和3中详细报道的体外MRI实验验证该化合物对pH显示的响应性。
通过使用包含7个具有碘克沙醇溶液(40mM的PBS溶液)的不同小瓶的模型在5.5至7.9范围的不同pH值下进行测试。CEST实验，其中通过使用具有1μT的恒定饱和B平均功率和分别为180°和360°的不同翻转角(θ)的RF成串脉冲进行。
图5的图b)和c)中显示的所获得的ST值证实，当B1平均功率水平在实验中保持恒定，饱和转移对pH的依赖性随着施加于碘克沙醇的独特酰胺质子库的RF辐射脉冲的翻转角(θ)而变化。
通过使用等式(3)从图b)和c)的ST图像由此获得在该图的图d)中显示的比率计量RPA图，导致获得在该图的图e)中提供的pH的非浓度依赖性的评估，其中将所获得的pH图叠加于T2加权图像上。
有趣的是，使用碘克沙醇和本发明的比率计量方法能够以良好的准确度确定在6-7.9的生理范围内的pH值的非浓度依赖性的测量值，其已被证明为与通过pH计测得的相应pH值高度相关(皮尔森r＝0.993,P<0.0001)，如图8所示。
此外，如实施例2的测试结果证实的，所提出的比率计量方法已被证明显示出稳健的非浓度依赖性，如图7中图示。
然后通过比较使用目前使用的标准比率计量形式得到的相应结果，测试新比率计量方法提供的性能及其对pH的灵敏度。
具体而言，进行利用以不同翻转角的成串RF辐射脉冲和等式(3)通过使用本发明的比率计量方法测量得到的对pH的响应性和利用连续波(CW)辐射方案和基于Balaban等式(1)的比率计量方法的标准方法测量得到的对pH的响应性之间的比较。
在实验部分的实施例4和5中详细描述的比较性测试是使用碘帕醇作为根据本发明的CEST剂进行的，其包含移动质子的两个库，分别在4.2和5.5ppm(图1和2)使得能够利用常规Balaban方法。
在图9中图示提供了使用根据标准比率计量方法的等式(1)获得的随着pH变化的ST值和比率计量ST效应。
在图11中提供了根据本发明的方法通过在不同辐射翻转角(180和360°)针对4.2ppm(B平均功率＝1μT x 5s,T＝310K)的酰胺质子库施加脉冲辐射方案获得的随pH变化的相应的ST效应和比率计量的ST曲线。
有趣的是，所获得的结果(在图9b和11b中)是完全可比的，并且允许确认用本发明的方法获得的pH响应性与用标准比率计量方法获得的pH响应性是一致并且可比的。
然后评估本发明的由报告诊断目的的特定参数(例如生理pH)的比率计量方法而获得的灵敏度，在检查值范围内测量的作为目的参数(例如生理pH值)的较低和较高比率计量值之间的差异(或Δ)。
出乎意料的是，通过使用本发明的比率计量方法获得了具有1.4单位的Δ的pH灵敏度，完全可比于用标准比率计量方法在7T获得的相应值(灵敏度＝1.4单位)(图9b和11b)。
除了特别好以外，这一结果是出乎意料的，特别是鉴于以下事实：所提出的方法序基于利用避免SAR效应并且对于患者不舒服程度较低的短脉冲序列，但是相反，通常导致降低所得到的灵敏度。
实验部分
缩写
在整个说明书和下面的实验部分中使用以下常用缩写；其他几个没有被报告为通常采用。
MRI＝磁共振成像
CEST＝化学交换饱和转移
CERT＝化学交换旋转转移
DIACEST:抗磁CEST剂
PARACEST＝顺磁CEST剂
MT＝磁化转移
ST＝饱和转移
RF＝射频
CW＝连续波饱和方案
FA＝翻转角
dc＝负载周期(duty cycle)或RF脉冲持续时间
B0＝主磁场
B1＝RF饱和功率
B平均功率＝是具有与脉冲CEST相同的平均功率的连续波辐射的场强(根据Magn.Reson Med 2012,68:711-719)
RARE＝弛豫增强快速采集
RPA＝根据等式(3)测量的脉冲翻转角度的比率计量
RST＝根据等式(1)测量的比率计量饱和转移
RFFA＝在特定翻转角度的射频辐射
ROI＝目的区域
PBS＝磷酸盐缓冲液
SAR＝比吸收率
MRI实验
MRI采集
在配备有具有分别用于体外和体内实验的发射器/接收器共振器(直径为30mm)的微成像探针并且运行于7T的Bruker Avance 300光谱仪上获得MR图像。使用CW饱和方案(单块脉冲，持续时间5s)、然后Spin Echo RARE序列(通常设置TR/TE/NEX/RARE因子＝8000ms/8ms/3/64)，或者，根据本发明的新方法，通过使用成串高斯脉冲、通过保持平均B1功率恒定(0.5-3.0μT)并改变高斯辐射脉冲的翻转角(范围45-900°)，在步长为0.1ppm在范围为-10至+10ppm的频率偏移中，获得Z谱。每个辐射脉冲具有持续时间τP、翻转角θ、脉冲间延迟τD，脉冲成串重复(PTR)由τP+τD给出。
例如具有1μT的B平均功率、180°的辐射FA和50％的dc的脉冲CEST序列具有10.8ms的τP、10.8ms的τD、21.6ms的脉冲成串重复和总辐射时间5s的232个脉冲。B平均功率水平设定为具有50％和30％的不同负载周期(dc)值的0.5、1和2μT。为了测试预测的角度依赖性，对于每个B平均功率水平和dc条件获得了45°和900°之间的15个值。
对于脉冲CEST成像，可通过使用以下等式(4)来计算B平均功率：
其中B平均功率是与脉冲CEST具有相同平均功率的连续波辐射的场强。p1是辐射脉冲的平均振幅与最大振幅的比，p2是辐射脉冲的振幅的平方的平均值与最大振幅的平方的比，γ是质子的回旋磁比(单位rad(s T))。对于在我们的实验中使用的高斯脉冲，分别是，p1等于0.418，p2等于0.299。
图像采用64x64采集矩阵采集，切片厚度为2mm，视场(FOV)为30x30mm。在37℃下进行实验。
图像和数据分析
从MRI工作站输出Z谱原始数据，并通过在MATLAB(The Mathworks，Inc.，Natick，MA，USA)中运行的内部编写的软件自动进行加工(elaborate)。该分析由几个步骤组成，包括图像分割、全局ROI分析、局部逐一体素分析。具体而言，在形态图像的自动图像分割之后，在每个形态图像中手动选择目的区域(ROI)，所述形态图像通常包括肿瘤区域、血管或水肿区域，其中研究了ROI特征如整体水共振频率和ST响应。通过采用0.1ppm采样步骤对信号进行采样来构建Z谱，更典型地用于接近整体水共振的辐射频率值。例如在CONTRAST MEDIA&MOLECULAR IMAGING Volume:3,Issue:4,Pages:136-149,2008中和在CONTRAST MEDIA&MOLECULAR IMAGING；Volume:4；Issue:5；Pages:237-247；2009中公开的，通过使用平滑样条线连续分析收集的Z谱，以通过使用在MATLAB平台中编译的软件来获得在所识别的ROI中的ST效应的比率计量值。
具体而言，基于所选ROI的全局分析，通过计算任意所需频率偏移的ST来局部调查分割的图像。为了获得局部Z谱，通过内插来自分割图像的每个体素的样品，以逐一体素为基础，考虑每个单个体素中不同的物理化学性质来进行局部分析。内插是基于平滑样条线执行的，通过使用0.9的平滑因子，允许识别和减去具有低信噪比的体素。
在体素基础上评估整体水信号的正确位置，导致获得分割图像中整体水共振的逐一体素分布的“零偏移”图。然后通过在每个体素中移动内插的Z谱来执行局部校正的ST分析，以便将整体水共振固定为零偏移。然后，基于移动的内插曲线计算正确的体素内ST。
取决于所利用的比率计量方法(并且因此涉及相应的使用的等式(1)和(3))，在不同的共振处或不同的RF辐射翻转角的单个体素ST效应被成比例化，以获得所产生的比率计量值。通过使用之前在体外实验中执行的校准曲线，计算相应的pH图并将其叠加于相应的解剖图像上。
实施例1
体外测试
碘克沙醇在5.5-7.9的pH范围内的化学交换速率的评估。
在配备有Z-梯度5mm反转探针、于14T(对应于质子拉莫尔频率600.13MHz)下运行的Bruker Avance 600光谱仪(Bruker BioSpin Rheinstetten,Germany)上记录高分辨率1H-NMR谱。通过BTO2000可变温度单元在±0.1K范围内监控样品温度控制。用于测量可交换质子的线宽的1H NMR谱是通过使用通过梯度激发塑型抑制水的脉冲序列获得的(T.L.Hwang,A.J.Shaka Water Suppression That Works.Excitation Sculpting Using Arbitrary Wave-Forms and Pulsed-Field Gradients,J.Magn.Reson.Ser.A,1995,112(3),275–279)。小心地将载波频率设置为与水信号共振。进行简单的“激发-检测”采集(典型参数：16ppm谱窗口，32k个复杂数据点，3s弛豫延迟和64个平均FID)以测量310K下可交换酰胺质子的谱线宽度。体外研究是通过制备在磷酸盐缓冲水溶液(10mM)中的30mM碘克沙醇溶液来进行，通过加入等份试样的HCl/NaOH将pH值调节到5.5-7.4范围内。将含有溶液的毛细管转移到装有D2O的5mm NMR管中用于频率锁定。随pH变化的交换速率如图3所示。
在下面的表3中提供了对于根据本发明的一些射线造影剂在5.4至7.9的pH范围内类似评估的交换速率值。
在引用的参考文献中提供了关于交换酰胺质子的频率和实验条件的细节。
表3
*Investigative Radiology,Vol.00:00-00,2015年10月12日提前出版公开–
DOI:10.1097/RLI.0000000000000217
实施例2
体外测试
用新提出的比率计量法研究碘克沙醇在7T对pH的响应性。
碘克沙醇对pH的响应特性已经通过使用含有7个毛细管的模型进行了体外研究，所述7个毛细管填充了40mM和在范围为5.5-7.9的不同pH下的碘克沙醇溶液。在37℃和B0＝7T进行了CEST MRI实验。在图5a中示出具有不同pH值的模型本身的MR图像，而图5b和5c分别示出在180°和360°的两个不同的翻转角通过用高斯成串饱和方案(保持在1μT的B1平均功率恒定)辐射在4.4ppm处的酰胺共振获得的对应ST图。对于每个毛细管，平均ST值由ST图像计算得出，并随pH值的变化绘制，并显示在图6a中。具体而言，图4a显示对于不同翻转角获得的不同ST曲线，证实由单一酰胺质子库显示的饱和转移的pH依赖性，从而使得可以使用所提出的比率计量RF翻转角错配方法。然后通过将ST效应的变化与利用pH的等式(3)的变化进行成比例化来执行校准曲线，与在180/360°的RF辐射脉冲之间获得图6b的比率计量曲线一致。然后通过将等式(3)的比率计量方法应用于图5c-d的ST图像来计算pH图。更具体地，通过使用图6b的校准曲线，逐一像素地将在180°和360°测量的ST效应的比率转换为相应的pH值。由此获得pH图并将其叠加于之前获得的解剖学图像，示于图5e中。
比率计量法的pH灵敏度已经计算为两个pH值(6.0和7.4)之间的比率计量值的差异，其范围涵盖了生理pH范围。对于所提出的基于翻转角的脉冲比率计量法，当采用1μT的B1平均功率时，从图6b计算的pH灵敏度等于1.4。
实施例3
体外测试
使用所提出的比率计量方法评估获得的pH值的准确性和非浓度依赖性。
碘克沙醇在7T下的pH响应特性已经通过使用具有5个毛细管的模型进行了体外研究，所述5个毛细管包含在pH 7.2下并且浓度范围为10至50mM的碘克沙醇溶液。用具有180°和360°的两个辐射翻转角的脉冲成串饱和方案(1μT的B1平均功率)以总饱和时间5s在37℃和B0＝7T进行CEST MRI实验。在辐射模型时，测量对于每个翻转角的ST效应和使用等式(3)获得随碘克沙醇浓度变化的相应的比率计量RPA值。如图7所示的所获得的结果证实了，根据本发明建立的新比率计量方法通过使在不同翻转角处测量的ST对比度成比例化而获得的ST效应的稳健的非浓度依赖性。
然后通过将测量的比率计量pH值与通过pH计测量的相应pH值进行比较来测试通过使用本发明的比率计量测量方法在6-7.9的生理pH范围内获得的pH值的准确性。
如图8所提供的，因此验证了比率计量和相应pH计的值之间的高度相关性(皮尔森r＝0.993，P<0.0001)，证实了在所测试的pH范围内通过提供的比率计量方法确保了良好的pH准确度。
实施例4
体外测试
用标准比率计量法评估碘帕醇对pH值的响应性(B0＝7T)。
碘帕醇对pH的响应特性已经通过使用含有7个毛细管的模型进行了体外研究，所述7个毛细管填充了30mM、在范围为5.5-7.4的不同pH下的碘帕醇溶液。已经获得了1H-NMR谱。
已经用CW饱和脉冲(B平均功率3μT，辐射时间5s)在4.2ppm和在5.5ppm辐射酰胺共振后在37℃和B0＝7T进行CEST MRI实验。对于每个毛细管，平均ST值由ST图像计算得出，并随pH值的变化绘制，并显示在图9a中。具体而言，图9a显示对于两个不同酰胺共振获得的ST曲线，证实了由两个酰胺质子库显示的饱和转移的pH依赖性，从而使得可以使用标准比率计量方法。然后通过将ST效应的变化与利用pH的等式(1)的变化成比例化，来执行校准曲线，与获得图9b的比率计量曲线一致。
对于标准比率计量方法，如从图9b所计算的，碘帕醇的pH灵敏度等于1.4。
实施例5
体外测试
用新提出的比率计量法评估碘帕醇对pH值的响应性(B0＝7T)。
碘帕醇对pH的响应特性已经通过使用含有7个毛细管的模型进行了体外研究，所述7个毛细管填充了30mM、在范围为5.5-7.9的不同pH下的碘帕醇溶液。在37℃和B0＝7T进行CEST MRI实验。对于每个毛细管，平均ST值由ST图像计算得出，并随pH值的变化绘制，并显示在图10中。具体而言，图10显示对于不同翻转角获得的不同ST曲线，证实了由4.2ppm处的酰胺质子库显示的饱和转移的pH依赖性，从而使得可以使用所提出的比率计量RF翻转角错配方法。图11a中显示在180°和360°的两个翻转角成串脉冲辐射后获得的随pH值变化的ST曲线。然后通过将ST效应的变化与利用等式(3)的pH的变化成比例化，来执行校准曲线，使得可以在180/360°的RF辐射脉冲之间获得图11b的比率计量曲线。