JP6964583B2 - レシオメトリックパルスcestイメージング - Google Patents
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- G01R33/482—MR characterised by data acquisition along a specific k-space trajectory or by the temporal order of k-space coverage, e.g. centric or segmented coverage of k-space using a Cartesian trajectory
-
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Description
FR照射パルスの飽和トレインを、異なるフリップ角で、外因性のCEST剤の単一の可動プロトン周波数に適用するステップ、
異なるRF照射パルスフリップ角で計算されたST効果を比較することにより、ST効果のレシオメトリック値を計算するステップ、
濃度非依存性CESTコントラストを記録するステップ、および任意選択で、
診断関心の物理的または化学的パラメーターの濃度非依存性マップを提供するステップ、
を含むレシオメトリックに基づくCEST−MR手順に関する。
A、D、およびEは、同一または互いに異なり、式−CON(R)R1、−COOH、−CONH2および−(CH2)0−1N(R)−COR2の群から選択されて;ここで:
Rは、互いに独立に、HまたはR1であり;
R1は、C1−C6アルキルであり、任意選択で、1つまたは複数のヒドロキシル(−OH)、C1−C5アルコキシまたはヒドロキシアルコキシ基によって置換される;または炭水化物残基であり;および
R2は、C1−C6アルキルであり、任意選択で、1つまたは複数のヒドロキシル、C1−C5アルコキシ、または、ヒドロキシアルコキシ基によって中断される);
または、式(II)
A、DおよびEは、上記に定義したとおりであり、
BおよびB’は、同一または互いに異なり、共有結合、または、式−CON(R)−、−N(R)CO−および−N(COR3)−の群から選択される基を表わし、ここで:
Rは、上記のとおりであり;
R3は、HまたはC1−C3アルキルであり、任意選択で、1つまたは複数のヒドロキシル基によって置換されて;および
Xは、C1−C6アルキレンであり、任意選択で、−O−、−N−および−S−から選択される基によって中断されて、任意選択で、1つまたは複数のヒドロキシル基によって置換される)、
のヨウ素化造影剤を含み、
上記の式(I)および(II)において、Rの少なくとも1つはHであるという条件である。
i)CERTに基づく飽和移動効果(ST効果)を誘導するために、異なるフリップ角で、サンプル内の外因性のCEST剤の単一のプロトン周波数に、無線周波数(RF)照射パルスのトレイン飽和スキームを適用するステップ;および
ii)前記サンプルから、CERTに基づくCESTシグナルを検出するステップ、
を含む、CEST−MR手順に関する。
a)RF照射パルスの飽和トレインを、異なるフリップ角で、一定値のBavg powerで、外因性のCEST剤の単一の可動プロトン周波数に適用するステップ;
b)CERTに基づくCESTシグナルを検出するステップ;
c)異なるRF照射パルスフリップ角で測定されたST効果を比較することにより、ST効果のレシオメトリック値を計算するステップ;および
d)濃度非依存性CEST値を決定するステップ、
を含む、CEST−MR手順に関する。
a)一定値のBavg powerで、異なるフリップ角で、RF照射パルスのトレインを用いて、X線検査造影剤の単一交換プロトン周波数を照射するステップ;
b)Z−スペクトルを集めるステップ;
c)好ましくは等式3を用いることにより、例えば同一の共鳴に対して作用する異なるRF照射パルスフリップ角で得られたST効果の比較的な比率によって、RF照射パルスフリップ角の関数としてST効果のレシオメトリック値を計算するステップ、および
d)前記ヒトまたは動物の体の臓器、領域、流体または組織の濃度非依存性画像を得るステップ、
を含み、
前記の決定は、ヒトまたは動物の体の臓器、領域、流体または組織の濃度非依存性インビボ画像を得るために、インビトロ(エクスビボ)で、例えば、本発明に係る有効量の造影剤が以前に加えられたヒトまたは動物の体の臓器、領域、流体または組織のインビトロまたはエクスビボのサンプルに対して、または、好ましくは、インビボで、行なわれる。
A)一定値のBavg powerで、異なるフリップ角で、RF照射パルスのトレインを用いて、X線検査造影剤の単一交換プロトン周波数を照射するステップ、;
B)Z−スペクトルを集めるステップ;
C)好ましくは等式3を用いることによって(例えば、同一の共鳴に対して作用する異なるRF照射パルスフリップ角で得られたST効果の比較的な比率によって)、RF照射パルスフリップ角の関数としてST効果のレシオメトリック値を計算するステップ;および
D)計算されたレシオメトリックST効果から、目的のパラメーターの物理的(またはレシオメトリック値)の濃度非依存性マップの測定を得るステップ、
を含み、
前記決定またはマップは、インビトロ(エクスビボ)で、例えば、本発明に係る有効量の造影剤が以前に加えられたヒトまたは動物の体の臓器、領域、流体または組織のインビトロまたはエクスビボのサンプルに対して、または、好ましくは、インビボで、ヒトまたは動物の体の臓器、領域、流体または組織において、得られる。
i)適切な量のX線検査造影剤を、患者へ注入するステップ、および任意選択で、体の目的の臓器、領域または組織の解剖学的MR画像を記録するステップ;
ii)一定値のBavg powerで、異なるフリップ角で、RF照射パルスを用いて、パルストレイン飽和スキームによって、X線検査造影剤の単一交換プロトン周波数を照射するステップ;
iii)例えば、投与された造影剤の可動プロトンの共鳴オフセットを含む様々な波長オフセットをカバーする、Z−スペクトルを得るステップ、
iv)例えばボクセル−バイ−ボクセル基準で水シグナルの波長オフセットを決定することによって、時間厳守基準でZ−スペクトルを内挿するステップ、および、曲線の最小をゼロオフセット値に固定するためにそれぞれのイメージボクセルにおいて内挿された曲線を変換するステップ;
v)好ましくは、整数に基づく、組み合わされた、高められた、および相補のモダリティから選択される、後処理モダリティを用いることによって、任意の所望の波長オフセットで患者の体の目的の臓器、領域または組織におけるST効果を計算するステップ;
vi)異なるRFフリップ角でのST効果の比較によって、単一の共鳴に関するST効果のレシオメトリック値を計算するステップ;
vii)以前に計算された較正曲線を用いることによって、目的のパラメーターのマップを得るステップ、および、任意選択で
viii)目的のパラメーターが生じる領域(単数または複数)を空間的にローカライズするために、生じたSTパラメトリックマップを、記録された解剖学的MR画像に重ねるステップ、
を含む。
[略称]
以下の一般的な略称は、明細書および以下の実験セクションの全体を通じて用いられて;いくつかの他のものは、慣習的に用いられるのでこれによって報告されない。
MRI=磁気共鳴イメージング
CEST=化学交換飽和移動
CERT=化学交換回転移動
DIACEST:反磁性CEST剤
PARACEST=常磁性CEST剤
MT=磁化移動
ST=飽和移動
RF=無線周波数
CW=連続波飽和スキーム
FA=フリップ角
dc=デューティサイクル、またはRFパルス持続時間
B0=主磁場
B1=RF飽和パワー
Bavg power=パルスCESTと同一の平均パワーによる連続波照射の場強度である(Magn.Reson Med 2012,68:711−719による)
RARE=Rapid Acquisition with Relaxation Enhancement
RPA=等式(3)に従って測定されたパルスフリップ角のレシオメトリック
RST=等式(1)に従って測定されたレシオメトリック飽和移動
RFFA=特定のフリップ角での高周波照射
ROI=関心領域
PBS=リン酸緩衝液
SAR=特定の吸収率
MRI獲得
インビトロおよびインビボの実験にそれぞれ用いられるトランスミッター/レシーバー共鳴器(直径30mm)を用いて、7Tで運転してマイクロイメージングプローブを具備するBruker Avance 300分光計で、MR画像を獲得した。Z−スペクトルは、−10〜+10ppmの波長オフセット範囲内で、0.1ppmのステップサイズで、CW飽和スキーム(単一のブロックパルス、持続時間5s)によって先行されるSpin Echo RARE配列(典型的な設定 TR/TE/NEX/RAREファクター=8000ms/8ms/3/64)を用いて、または、本発明の新規の手順に従って、一定の平均B1パワー(0.5〜3.0μT)を維持して、ガウス分布照射パルスのフリップ角を変更することにより(範囲45〜900°)、ガウス分布パルスのトレインを用いることによって、獲得された。それぞれの照射パルスは、持続時間τP、フリップ角θ、パルス間遅延τDを有した。パルストレイン反復(PTR)は、τP+τDによって与えられる。
Z−スペクトル生データは、MRIワークステーションからエクスポートされて、MATLAB(The Mathworks,Inc.,Natick,MA,USA)で実行するhome−writtenソフトウェアを用いて自動的に生産された。分析は、画像分割、全体的なROI分析、局所的なボクセル−バイ−ボクセル分析を含む、いくつかのステップからなる。具体的には、形態学的画像の自動的な画像分割の後に、それぞれの形態学的画像において、一般に腫瘍領域、血管または浮腫領域を含む、バルク水共鳴波長およびST応答などのROI特性が研究される関心領域(ROI)を、手作業で選択した。0.1ppmサンプリングステップによりシグナルをサンプリングすることによって、Z−スペクトルを作り上げて、より典型的には、バルク水共鳴に近い照射波長の値に用いた。集められたZ−スペクトルを、平滑化スプラインを用いることによって連続的に解析して、例えば、CONTRAST MEDIA & MOLECULAR IMAGING Volume:3,Issue:4,Pages:136−149,2008、および、CONTRAST MEDIA & MOLECULAR IMAGING;Volume:4;Issue:5;Pages:237−247;2009に開示されるように、MATLABプラットフォーム内にコンパイルされたソフトウェアを用いることによって、同定されたROIにおいて、ST効果のレシオメトリック値を得た。
インビトロ試験
pH範囲5.5〜7.9における、イオジキサノールの化学交換率の評価。
高解像度1H−NMRスペクトルを、14Tで運転して(600.13MHzのプロトンラーモア波長に対応する)、Z−グラジエント5mm逆プローブを具備する、Bruker Avance 600分光計(Bruker BioSpin Rheinstetten,Germany)に記録した。BTO2000可変の温度ユニットを用いて、サンプル温度制御を+/−0.1K内でモニターした。交換可能なプロトンの線幅を測定するための1H NMRスペクトルは、グラジエントを有する励起彫刻(excitation sculpting)による水抑制を用いたパルス配列を用いて得られた(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)。担体波長を、注意深く、水シグナルに対する共鳴に設定した。単一の「励起−検出」獲得(典型的なパラメーター:16ppmスペクトルウインドウ、32k複合データポイント、3s緩和遅延、および64平均化FID)を行なって、310Kでの交換可能なアミドプロトンの線幅を測定した。インビトロ試験を、水性リン酸緩衝液(10mM)中にイオジキサノールの30mM溶液を調製することによって実施して、HCl/NaOHのアリコートの添加によって5.5〜7.4の範囲内にpHを調節した。溶液を含むキャピラリーを、フィールド周波数ロックのためにD2Oで満たされた5mmNMRチューブ内に移動させた。pHの関数としての交換率を図3に示す。
インビトロ試験
新規の提案されたレシオメトリック手法を用いた、7TでのpHに対するイオジキサノールの応答性。
インビトロ試験
提案されたレシオメトリック手法を用いて得られたpH値の、精度および濃度非依存性の評価。
インビトロ試験
標準的なレシオメトリック手法を用いた、pHに対するイオパミドールの応答性の評価(B0=7T)。
pHに対するイオパミドールの応答性特性を、30mMおよび5.5〜7.4の範囲の異なるpHでイオパミドールの溶液で満たされた7つのキャピラリーを備えるファントムを用いることによって、インビトロで研究した。1H−NMRスペクトルが得られた。
インビトロ試験
新規の提案されたレシオメトリック手法を用いた、pHに対するイオパミドールの応答性の評価(B0=7T)。
pHに対するイオパミドールの応答性特性を、30mMおよび5.5〜7.9の範囲の異なるpHでイオパミドールの溶液で満たされた7つのキャピラリーを備えるファントムを用いることによって、インビトロで研究した。CEST MRI実験を、37℃およびatB0=7Tで行なった。それぞれのキャピラリーについて、平均ST値をST画像から計算して、pH値の関数としてプロットして、図10に示した。特に、図10は、異なるフリップ角に関して得られた異なるSTプロファイルを示し、4.2ppmでアミドプロトンプールによって示される飽和移動のpHからの依存性を確認し、したがって、提案されたレシオメトリックRFフリップ角が不整合の手法の使用を可能にする。180°および360°の2つのフリップ角でのトレインパルス照射の際に獲得されるpH値の関数としてのST曲線を図11aに示す。それから、等式(3)を活用するpHの変動とST効果の変動を比較することによって較正曲線が行なわれて、180°/360°のRF照射パルス間の、図11bのレシオメトリック曲線を得ることを可能にした。
Claims (18)
- レシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって:
a)CERTに基づく飽和移動効果(ST効果)を誘導するために、異なるフリップ角および一定のB1平均パワーレベル(Bavg power)で、サンプル中の外因性のCEST剤の単一の可動プロトン周波数に、無線周波数(RF)照射パルスのトレイン飽和スキームを適用するステップ;
b)前記サンプルから、CERTに基づくCESTシグナルを検出するステップ;
c)異なるRF照射パルスのフリップ角で測定されたST効果値間の相対比率によって、前記ST効果のレシオメトリック値を計算するステップ;
d)濃度非依存性CEST値を決定するステップ、
を含む、
CEST−MR手順。 - 請求項1のレシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって、
前記の濃度非依存性CEST値を用いて濃度非依存性CEST画像が提供される、
CEST−MR手順。 - 請求項1のレシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって、
前記の濃度非依存性CEST値を用いて濃度非依存性パラメトリック画像が提供される、
CEST−MR手順。 - 請求項1から4のいずれか一項のレシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって、
前記の外因性のCEST剤は、反磁性である、
CEST−MR手順。 - 請求項5のレシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって、
前記の反磁性の薬剤は、少なくとも1つのアミドプロトンを有するX線検査造影剤である、
CEST−MR手順。 - 請求項6のレシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって、
前記X線検査造影剤は、式(I)
A、D、およびEは、同一または互いに異なり、式−CON(R)R1、−COOH、−CONH2および−(CH2)0−1N(R)−COR2の群から選択されて;ここで:
Rは、互いに独立に、HまたはR1であり;
R1は、C1−C6アルキルであり、任意選択で、1つまたは複数のヒドロキシル、C1−C5アルコキシ、C1−C5ヒドロキシアルコキシ、または、炭水化物残基によって置換されて;および
R2は、C1−C6アルキルであり、任意選択で、1つまたは複数のヒドロキシル、C1−C5アルコキシ、または、C1−C5ヒドロキシアルコキシ基によって中断される);
または、式(II)
A、DおよびEは、上記に定義したとおりであり、
BおよびB’は、同一または互いに異なり、共有結合、または式−CON(R)−、−N(R)CO−および−N(COR3)−の群から選択される基を表わし、ここで:
Rは、上記のとおりであり;
R3は、HまたはC1−C3アルキルであり、任意選択で、1つまたは複数のヒドロキシル基によって置換されて;および
Xは、C1−C6アルキレンであり、任意選択で、−O−、−N−および−S−から選択される基によって中断されて、任意選択で、1つまたは複数のヒドロキシル基によって置換される)
のヨウ素化造影剤であり、
上記の式(I)および(II)において、Rの少なくとも1つはHであるという条件である、
CEST−MR手順。 - 請求項7のレシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって、
前記X線検査造影剤は、イオパミドール、イオジキサノール、イオヘキソール、イオベルソール、イオメプロール、イオプロミド ヨーダミド、およびそれらの可能な組み合わせからなる群より選択される、
CEST−MR手順。 - 請求項3のレシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって、
ヒトまたは動物の体の臓器、領域、流体または組織の、濃度非依存性CERTに基づくCEST−MRI画像を得るためのCEST−MR手順であって:
a)一定値のBavg powerで、異なるフリップ角で、RF照射パルスのトレインを用いて、X線検査造影剤の単一交換プロトン周波数を照射するステップ;
b)Z−スペクトルを集めるステップ;
c)異なるRF照射パルスフリップ角で得られたST効果値を比較することにより、前記のRF照射パルスフリップ角の関数として前記ST効果のレシオメトリック値を計算するステップ、および
d)前記のヒトまたは動物の体の臓器、領域、流体または組織に対する、濃度非依存性画像を得るステップ、
を含む、
CEST−MR手順。 - 請求項9のレシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって、
インビトロ(エクスビボ)で行われる、
CEST−MR手順。 - 請求項9のレシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって、
インビボで、ヒトまたは動物の体の臓器、領域、流体または組織に対して行なわれて、
前記のヒトまたは動物は、前記X線検査造影剤が以前に投与されている、
CEST−MR手順。 - 請求項1のレシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって、
前記の計算されたレシオメトリックST効果は、診断関心の物理的または化学的パラメーターに応答性である、
CEST−MR手順。 - 前記の物理的または化学的パラメーターを決定するため、または、ヒトまたは動物の体の臓器、領域、流体または組織において診断関心の前記の物理的または化学的パラメーターの濃度非依存性マップを得るための、請求項12のレシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって:
A)一定値のBavg powerで、異なるフリップ角で、RF照射パルスのトレインを用いて、X線検査造影剤の単一交換プロトン周波数を照射するステップ;
B)Z−スペクトルを集めるステップ;
C)同一の共鳴に対して作用する異なるRF照射パルスフリップ角で得られたST効果の比較的な比率によって、前記のRF照射パルスフリップ角の関数として前記ST効果のレシオメトリック値を計算するステップ;および
D)前記の計算されたレシオメトリックST効果から、目的の前記の物理的または化学的パラメーターの濃度非依存性マップまたは測定を得るステップ、
を含む、
CEST−MR手順。 - 請求項13のレシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって、
インビトロ(エクスビボ)で行われる、
CEST−MR手順。 - 請求項13のレシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって、
前記の外因性のCEST剤が以前に投与されているヒトまたは動物の体の臓器、領域、流体または組織に対して、インビボで行なわれる、
CEST−MR手順。 - 適切な量のX線検査造影剤が以前に投与されている患者に対して行なわれる請求項12のレシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって:
i)前記患者における体の目的の臓器、領域または組織の解剖学的MR画像を記録するステップ;
ii)一定値の前記B1 平均パワーレベル(Bavg power)で、異なるフリップ角で、RF照射パルスを用いて、パルストレイン飽和スキームによって、前記X線検査造影剤の単一交換プロトン周波数を照射するステップ;
iii)Z−スペクトルを得るステップ、
iv)前記Z−スペクトルを内挿するステップ、および、前記のZ−スペクトルの曲線の最小をゼロオフセット値に固定するためにそれぞれのイメージボクセルにおいて前記の内挿されたZ−スペクトルの曲線を変換するステップ、
v)任意の所望の波長オフセットで、前記の患者の体の目的の臓器、領域または組織における前記ST効果を計算するステップ、
vi)異なるRF照射パルスのフリップ角で測定されたST効果値間の相対比率によって、単一の共鳴に関する前記ST効果の前記レシオメトリック値を計算するステップ、
vii)以前に計算された較正曲線を用いることによって、目的の前記パラメーターのパラメトリックマップを得るステップ;および、
viii)目的の前記パラメーターが生じる前記領域(単数または複数)を空間的にローカライズするために、前記の生じたパラメトリックマップを、前記の記録された解剖学的MR画像に重ねるステップ、
を含む、
CEST−MR手順。 - 請求項13から16のいずれか一項のレシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって、
診断関心の前記の物理的または化学的パラメーターは、温度、pH、酸素の分圧、二酸化炭素の分圧、イオンまたは代謝物濃度、および酵素活性からなる群より選択される、
CEST−MR手順。 - 請求項6〜11のいずれか一項のレシオメトリックに基づくCEST−MR手順であって、
前記X線検査造影剤は、イオジキサノールまたはイオパミドールである、
CEST−MR手順。
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