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1、(10)申请公布号 CN 103156609 A (43)申请公布日 2013.06.19 CN 103156609 A *CN103156609A* (21)申请号 201210553117.3 (22)申请日 2012.12.19 13/330,451 2011.12.19 US A61B 5/055(2006.01) (71)申请人 通用电气公司 地址 美国纽约州 (72)发明人 A.P-F. 陈 R.E. 赫德 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 叶晓勇 李浩 (54) 发明名称 使用磁共振波谱系统的化学平衡比的测量 (57) 摘要 一种使用磁共振。
2、波谱系统的化学平衡比的测 量。本发明论述选择性 RF 激励的使用。波谱选择 性大顶锥角 RF 脉冲用于检测来自第一化学物种 的弱信号。非选择性小顶锥角脉冲用于测量来自 与第一化学物种交换的第二化学物种的信号。所 获取共振数据供给可用于测量交换中的波谱上不 同的物种的比率。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 (10)申请公布号 CN 103156609 A CN 103156609 A *CN103156609A* 1/2 页 2 1. 一。
3、种用于测量交换中的两个或更多波谱上不同的化学物种的比率的方法, 所述方法 包括下列步骤 : 生成有选择地激励第一化学物种的第一 RF 激励脉冲, 其中第一顶锥角相对于第二顶 锥角增加所述第一化学物种的信噪比 ; 基于响应所述第一 RF 激励脉冲而生成的共振信号来量化所述第一化学物种 ; 在所述第一化学物种与第二化学物种之间的平衡条件下, 以所述第二顶锥角来生成至 少激励所述第二化学物种的第二 RF 激励脉冲, 其中所述第二顶锥角基本保存所述第一化 学物种和所述第二化学物种的总交换池 ; 基于响应所述第二 RF 激励脉冲而生成的共振信号来量化所述第二化学物种 ; 将生成所述第一RF激励脉冲、 量。
4、化所述第一化学物种、 生成所述第二RF激励脉冲并且 量化所述第二化学物种的步骤重复进行设定的重复次数 ; 以及 得到交换中的所述第一化学物种与所述第二化学物种的比率, 校正所述第一顶锥角和 所述第二顶锥角的差别效应。 2. 如权利要求 1 所述的方法, 其中, 交织生成所述第一 RF 激励脉冲和生成所述第二 RF 激励脉冲的步骤。 3.如权利要求1所述的方法, 其中, 使用多频带RF脉冲同时执行生成所述第一RF激励 脉冲和生成所述第二 RF 激励脉冲的步骤。 4. 如权利要求 1 所述的方法, 包括基于所述比率来确定 pH 的步骤。 5. 如权利要求 1 所述的方法, 其中, 重复步骤对于对所。
5、述第一化学物种所获取的共振 信号求平均。 6. 如权利要求 1 所述的方法, 其中, 重复步骤提供所述第一化学物种与所述第二化学 物种之间的交换比率的时间解析测量或空间编码。 7. 如权利要求 1 所述的方法, 其中, 所述第一顶锥角具有 30或更大的第一顶锥角。 8. 如权利要求 1 所述的方法, 其中, 所述第二顶锥角基本保存所述第一化学物种和所 述第二化学物种的总交换池, 并且具有小于 30的第二顶锥角。 9. 一种在物理上编码一个或多个可执行例程的存储器结构, 所述一个或多个可执行例 程在被运行时引起执行包括下列的动作 : 生成有选择地激励第一化学物种的第一 RF 激励脉冲, 其中第一。
6、顶锥角相对于第二顶 锥角增加所述第一化学物种的信噪比 ; 基于响应所述第一 RF 激励脉冲而生成的共振信号来量化所述第一化学物种 ; 在所述第一化学物种与第二化学物种之间的平衡条件下, 以所述第二顶锥角来生成至 少激励所述第二化学物种的第二 RF 激励脉冲, 其中所述第二顶锥角基本保存所述第一化 学物种和所述第二化学物种的总交换池 ; 基于响应所述第二 RF 激励脉冲而生成的共振信号来量化所述第二化学物种 ; 将生成所述第一RF激励脉冲、 量化所述第一化学物种、 生成所述第二RF激励脉冲并且 量化所述第二化学物种的步骤重复进行设定的重复次数 ; 以及 得到交换中的所述第一化学物种与所述第二化学。
7、物种的比率, 校正所述第一顶锥角和 所述第二顶锥角的差别效应。 10. 如权利要求 9 所述的存储器结构, 其中, 交织所述第一 RF 激励脉冲和所述第二 RF 权 利 要 求 书 CN 103156609 A 2 2/2 页 3 激励脉冲。 11. 如权利要求 9 所述的存储器结构, 其中, 使用多频带 RF 脉冲同时生成所述第一 RF 激励脉冲和所述第二 RF 激励脉冲。 12. 如权利要求 9 所述的存储器结构, 其中, 所述一个或多个可执行例程在被运行时还 引起执行包括下列的动作 : 基于所述比率来确定 pH。 13. 如权利要求 9 所述的存储器结构, 其中, 重复动作对于对所述第一。
8、化学物种所获取 的共振信号求平均。 14. 如权利要求 9 所述的存储器结构, 其中, 重复动作提供所述第一化学物种与所述第 二化学物种之间的交换比率的时间或空间解析测量。 15. 一种磁共振波谱系统, 包括 : 主磁场线圈, 配置成生成体积中的主磁场 ; 射频 (RF) 线圈, 配置成生成 RF 脉冲 ; 一个或多个控制电路, 用于控制所述主磁场线圈和所述 RF 线圈的操作 ; 存储指令的存储器, 所述指令将要由所述一个或多个控制电路运行以用于实现脉冲序 列, 其中所述脉冲序列在被运行时造成 : 生成有选择地激励第一化学物种并且具有相对于 第二顶锥角来增加所述第一化学物种的信噪比的第一 RF。
9、 激励脉冲 ; 在所述第一化学物种 与第二化学物种之间的平衡条件下, 以所述第二顶锥角来生成至少激励所述第二化学物种 的第二RF激励脉冲 ; 将生成所述第一RF激励脉冲和生成所述第二RF激励脉冲的动作重复 进行设定的重复次数。 16. 如权利要求 15 所述的磁共振波谱系统, 其中, 所述 RF 线圈还配置成用作检测响应 所述 RF 脉冲而生成的共振信号的接收线圈。 17.如权利要求15所述的磁共振波谱系统, 包括检测响应所述RF脉冲而生成的共振信 号的独立接收线圈。 18. 如权利要求 15 所述的磁共振波谱系统, 其中, 交织所述第一 RF 激励脉冲和所述第 二 RF 激励脉冲。 19. 。
10、如权利要求 15 所述的磁共振波谱系统, 其中, 使用多频带 RF 脉冲同时生成所述第 一 RF 激励脉冲和所述第二 RF 激励脉冲。 20. 如权利要求 15 所述的磁共振波谱系统, 其中, 所述存储器还存储指令, 所述指令将 要由所述一个或多个控制电路所运行以用于基于所述第一顶锥角和所述第二顶锥角的差 别效应来确定交换中的所述第一化学物种和所述第二化学物种的比率。 权 利 要 求 书 CN 103156609 A 3 1/7 页 4 使用磁共振波谱系统的化学平衡比的测量 技术领域 0001 本公开涉及磁共振 (MR) 波谱用于测量化学性质或相对浓度。 背景技术 0002 磁共振波谱 (MR。
11、S) 和磁共振成像 (MRSI) 技术是医疗诊断和医疗诊断成像领域中 已知的。 磁共振(MR)手段使受检者经受易受一个或多个射频(RF)脉冲的扰动的均匀磁场。 具体来说, 均匀磁场使对象中的响应物质 (responsive material) 的自旋均匀, 使得自旋有 效地对齐。然后可施加激励 RF 脉冲, 以便通过定向地使自旋倾斜到横断均匀磁场的平面中 使响应物质的自旋同步。在去除激励 RF 脉冲时, 自旋与均匀磁场重新对齐, 并且在该过程 中发射共振信号。可归因于各核素的这些共振信号的差由成像系统使用 MRS 系统来检测, 提供与被分析化学物种有关的有用信息。 0003 具体来说, 当响应。
12、物质 ( 例如氢 (H) 或碳 -13(13C) 原子 ) 是分子的成分时, 分子的 电子云影响响应物质所遇到的磁场强度。 有效磁场强度的变化引起对响应物质的旋进频率 (precession frequency) 或自旋的小变化。 旋进频率的这种变化表示为允许包含响应物质 的不同分子相互区分的化学位移 (chemical shift) 。例如, 这种化学位移可允许识别体内 的不同化学品并且确定这类化学品的浓度。 发明内容 0004 本公开包括用于生成平衡交换 (equilibrium exchange) 中的两种或更多化学物 种的磁共振数据的实施例。 例如, 在一个实施例中, 提供一种用于测量。
13、交换中的两种或更多 波谱上不同的化学物种的比率的方法。 按照这种方法, 生成第一顶锥角 (tip angle) 为30 或更大的波谱选择性 RF 激励脉冲, 以便有选择地激励第一化学物种。在第一化学物种与第 二化学物种之间的平衡条件下, 生成第二顶锥角小于 30的非选择性 RF 激励脉冲, 以便至 少激励第二化学物种。生成波谱选择性 RF 激励脉冲和生成非选择性 RF 激励脉冲的步骤重 复进行设定的重复次数。 交换中的第一化学物种与第二化学物种的比率基于第一顶锥角和 第二顶锥角的差别效应 (differential effect) 来得到。 0005 在另一个实施例中, 提供一种物理上编码一个。
14、或多个可执行例程的存储器结构。 在被运行时, 例程使动作被执行, 包括 : 生成第一顶锥角为 30或更大的波谱选择性 RF 激 励脉冲, 以便有选择地激励第一化学物种 ; 在第一化学物种与第二化学物种之间的平衡条 件下, 生成第二顶锥角小于 30的非选择性 RF 激励脉冲, 以便至少激励第二化学物种 ; 将 生成波谱选择性 RF 激励脉冲和生成非选择性 RF 激励脉冲的步骤重复进行设定的重复次 数 ; 以及基于第一顶锥角和第二顶锥角的差别效应来得到交换中的第一化学物种和第二化 学物种的比率。 0006 在另一个实施例中, 提供一种磁共振波谱系统。 磁共振波谱系统至少包括 : 主磁场 线圈, 配。
15、置成在体积中生成主磁场 ; 射频 (RF) 线圈, 配置成生成 RF 脉冲 ; 以及一个或多个 控制电路, 用于控制主磁场线圈和 RF 线圈的操作。磁共振波谱系统还包括存储器, 存储将 说 明 书 CN 103156609 A 4 2/7 页 5 要由一个或多个控制电路来运行以用于实现脉冲序列的指令。脉冲序列在被运行时造成 : 生成第一顶锥角为 30或更大的波谱选择性 RF 激励脉冲, 以便有选择地激励第一化学物 种 ; 在第一化学物种与第二化学物种之间的平衡条件下, 生成第二顶锥角小于 30的非选 择性RF激励脉冲, 以便至少激励第二化学物种 ; 将生成波谱选择性RF激励脉冲和生成非选 择性。
16、 RF 激励脉冲的动作重复进行设定的重复次数。 附图说明 0007 通过参照附图阅读以下详细描述, 将会更好地了解本公开的这些及其它特征、 方 面和优点, 附图中, 相似标号通篇表示相似部件, 其中 : 图 1 是本文所述的配置成执行数据获取的磁共振波谱成像系统的一个实施例的示意 图 ; 图 2 示出使用常规方式所得到的 H13CO3-和 13CO 2的共振数据 ; 图 3 示出按照本发明、 用于施加交织脉冲 (interleaved pulse) 序列并且随后获取和 使用所产生共振数据的控制步骤或逻辑的流程图 ; 图 4 示出按照本公开、 使用 RF 脉冲的交织集合体外 (in vitro)。
17、 得到的共振数据 ; 图 5 示出按照本公开、 基于使用交织 RF 脉冲所得到的共振数据的所计算 pH ; 以及 图 6 示出按照本公开、 使用 RF 脉冲的交织集合体内 (in vivo) 得到的共振数据。 具体实施方式 0008 本文所述的实施例可由诸如磁共振波谱 (MRS) 或磁共振波谱成像 (MRSI) 系统之 类的适当磁共振 (MR) 系统来执行。如本文所述, 由这类磁共振系统所构成的一种用途是通 过测量 13C 碳酸氢盐 /13CO 2的比率来测量患者 ( 或其它适当活体 ) 体内的局部环境 ( 例如 心脏环境或者在可疑肿瘤中 ) 的 pH。通过使用磁共振手段, 可无创地在体内获得。
18、 pH 信息。 由于 pH 的变化与许多疾病或者其它感兴趣状况关联, pH 信息在临床或诊断情况中会是特 别关注的。 0009 有鉴于此, 并且参照图1, 磁共振波谱系统10示意地示为包括扫描仪12、 扫描仪控 制电路 14 和系统控制电路 16。在所示实施例中, MRS 系统 10 一般配置成执行波谱成像, 其 中得到空间和时间解析波谱数据。系统 10 还包括诸如图片存档和通信系统 (PACS)18 之类 的远程访问和存储系统或装置或者诸如远程放射设备之类的其它装置或者与其通信, 使得 由系统 10 所获取的数据可在现场或不在现场访问。这样, 可获取所获取的数据, 之后接着 在现场或不在现场。
19、处理和评估。虽然 MRS 系统 10 可包括任何适当扫描仪或探测器, 但是在 所示实施例中, 系统 10 包括全身扫描仪 12, 全身扫描仪 12 具有通过其中形成膛 22 的壳体 20。台架 24 可活动地进入膛 22, 以便准许患者 26 定位在其中以供对患者体内的所选解剖 构造进行成像。适当系统 10 的一个示例是配备有多核波谱 (MNS) 硬件包的 3T GE MR750 扫描仪 ( 两者均可从 GE Healthcare(Waukesha, WI) 获得 )。 0010 扫描仪 12 包括一系列关联线圈, 用于产生受控磁场并且用于探测来自被成像受 检者的解剖构造内的一个或多个旋磁物质。
20、的放射。提供主磁场线圈 28 以用于生成与膛 22 大体对齐的主磁场。 在空间解析所获取信号的扫描仪12中(即, 在波谱成像系统中), 存在 一系列梯度线圈 30、 32 和 34, 它们准许在检查序列期间生成受控梯度磁场。提供射频 (RF) 说 明 书 CN 103156609 A 5 3/7 页 6 线圈 36 以用于生成射频脉冲, 供激励旋磁物质, 例如用于自旋扰动或切片选择。独立接收 线圈或相同 RF 线圈 36 可在检查序列期间接收来自旋磁物质的磁共振信号。 0011 扫描仪 12 的各种线圈由外部电路来控制, 以便生成预期磁场和脉冲, 并且按照受 控方式读取来自旋磁物质的放射。 在。
21、所示实施例中, 提供主电源38以用于为主磁场线圈28 供电。 提供驱动器电路40以用于在梯度磁场线圈30、 32和34存在时对这类线圈施以脉冲。 这种驱动器电路40通常包括用于例如按照扫描仪控制电路14所输出的数字化脉冲序列来 向线圈提供电流的放大和控制电路。提供另一控制电路 42 以用于调节 RF 线圈 36 的操作。 控制电路 42 通常将包括用于在有源和无源操作模式之间进行交替的切换装置, 其中 RF 线 圈分别传送和接收信号。控制电路 42 还包括用于生成 RF 脉冲并且用于处理所接收磁共振 信号的放大电路。按照本公开, 控制电路可操作 RF 线圈 36, 以使得生成交织脉冲或者同时 。
22、生成差别地刺激 ( 即, 倾斜 ) 两个或更多不同目标物质的脉冲。 0012 扫描仪控制电路 14 包括接口电路 44, 接口电路 44 输出用于驱动梯度磁场线圈 30、 32、 34和RF线圈36以及用于接收表示检查序列中产生的磁共振信号的数据的信号。 接 口电路 44 耦合到控制电路 46。控制电路 46 运行用于基于经由系统控制电路 16 而选的所 定义规程 (protocol) 来驱动电路 42 和电路 40 的命令。控制电路 46 还用于接收磁共振信 号, 并且在将数据传送给系统控制电路 16 之前执行后续处理。扫描仪控制电路 14 还包括 在操作期间存储配置参数、 脉冲序列描述、 。
23、检查结果等的一个或多个存储器结构或电路 48。 接口电路 50 耦合到控制电路 46 以用于在扫描仪控制电路 14 与系统控制电路 16 之间交换 数据。这类数据通常将包括待执行的特定检查序列 ( 例如用于生成交织或同时 RF 脉冲的 检查序列或例程, 如本文所述 ) 的选择、 这些序列的配置参数以及可采取原始或经处理的 形式传送自扫描仪控制电路 14 以供后续处理、 存储、 传送和显示的所获取数据 ( 例如欠采 样数据 (undersampled data) )。 0013 系统控制电路 16 包括接口电路 52, 接口电路 52 从扫描仪控制电路 14 接收数据, 并且向扫描仪控制电路 1。
24、4 回送数据和命令。接口电路 52 耦合到控制电路 54, 控制电路 54 可包括多用途或专用计算机或工作站中的 CPU。控制电路 54 耦合到存储器结构或电路 56, 以便存储用于 MRS 系统 10 的操作的编程代码, 并且存储经处理的图像数据供以后重构、 显 示和传输。例如, 编程代码可运行能够执行适合于稳健 pH 测量的交织 RF 脉冲信号的一个 或多个算法, 如本文所述。可提供附加接口电路 58 以用于与诸如远程访问和存储装置 18 之类的外部系统组件交换图像数据、 配置参数等。最后, 系统控制电路 54 可包括用于有助 于操作员接口并且用于产生重构图像的硬拷贝的各种外围装置。在所示。
25、实施例中, 这些外 设包括打印机 60、 监视器 62 以及其中包括诸如键盘或鼠标之类的装置的用户接口 64。 0014 扫描仪 12 以及与其关联的控制电路 46 按照受控方式来产生磁场和射频脉冲, 以 便激励和编码患者 26 体内的特定旋磁物质。扫描仪 12 和控制电路 46 还感测从这类物质 发出的信号, 并且基于这些信号来执行计算, 例如基于两个或更多目标物质的差别测量来 确定生理定域 pH 测量 (localized pH measurement) 。应当注意, 本文所述的 MRS 系统只作 为适当系统的一个示例来提供, 并且也可使用其它磁共振波谱系统类型。 类似地, 这类系统 可通。
26、过其主磁体的强度来定级, 并且可采用能够执行以下所述的数据获取和处理的任何适 当定级的系统。 0015 上述MRS系统10可执行本文所述的数据获取技术, 以及在一些实施例中可执行本 说 明 书 CN 103156609 A 6 4/7 页 7 文所述的数据处理技术。应当注意, 在本文所述的数据获取之后, 系统 10 可以简单地例如 在存储器电路 ( 例如存储器 56) 中存储所获取数据供以后本地和 / 或远程访问。因此, 当 本地和 / 或远程访问时, 所获取数据可由专用或通用计算机中包含的一个或多个处理器来 操纵。 一个或多个处理器可访问所获取数据, 并且运行适合于处理或分析数据的例程, 如。
27、本 文所述。 0016 鉴于适当系统 10 的以上论述, 下面论述这种基于 MR 的波谱系统用于计算定域 pH 测量。作为举例, 在生理系统中, 局部环境的 pH 能够基于 Henderson-Hasselbach 方程来计 算 : (1) 使用感兴趣环境中的碳酸氢盐 (HCO3-) 和二氧化碳 (CO2) 的所观测比。在这种生理环 境中, HCO3-与 CO2的比率可通过碳酸酐酶的活性来建立和保持。在这种酶平衡下, HCO3-/ CO2 的比率在正常生理 pH( 例如 7.0 至 7.4 的 pH) 可以是大约 15 比 20, 其中碳酸氢盐有 利得在平衡时为大于 10 比 1。 0017 。
28、用于测量 pH 的某些方式利用能够在患者的感兴趣测量部位测量 13C 标记分子、 例 如超极化 H13CO3-和 13CO 2的测量浓度的磁共振波谱系统。这些分子能够从溶液中的静脉注 射预极化H13CO3-来得出, 或者可在体内从预极化1-13C丙酮酸盐来生成, 预极化1-13C丙 酮酸盐通过丙酮酸盐脱氢酶的作用而分解为 13CO 2和 H 13CO 3 -。系统中存在的碳酸酐酶则基 于系统的 pH 来建立 H13CO3-和 13CO 2的平衡。 0018 超极化 H13CO3-和 13CO 2的浓度可使用诸如上述系统 10 之类的 MRS 或 MRSI 系统在 感兴趣定域部位来测量。 来看图。
29、2, 示出共振测量集合, 其中使用在pH 7.4的常规小顶锥角 RF 激励脉冲 ( 例如 5 ) 并且以 13CO 3 -/13CO 2的比率为大约 20 来生成。在这种测量规程中, 可归因于 13CO 2共振 80 的测量信号因经历测量的 13CO 2的池 (pool) 的小尺寸以及用于得到 时间和空间解析数据的 RF 激励脉冲的小顶锥角 ( 例如 5 -10或者小于 20 ) 其中之 一或两者而对于稳健准确 pH 测量可能是不充分的。具体来说, 常规小顶锥角 RF 脉冲可以 是非选择性的, 并且因此可同等地倾斜两个物种 ( 例如 H13CO3-和 13CO 2) 的自旋。但是, 由于 H1。
30、3CO3-和 13CO 2的相应池的大小的差异, 对于 H 13CO 3 - 共振 82 比对于 13CO 2的较小池可观测到 充分大的信号。在这种实现中对于 13CO 2所观测到的潜在小信噪比可妨碍感兴趣局部环境 中的 pH 的准确稳健测量。 0019 有鉴于此, 并且按照本方式, 可采用差别地激励(例如倾斜)经历测量的相应物种 的交织 RF 激励脉冲序列。例如, 如图 3 的流程图 100 所示, 可生成引起被暴露物种的小顶 锥角 ( 例如 5 -30 ) 的 RF 激励脉冲 102 的第一集合 ( 框 104)。在这个示例所述的一个 实现中, RF 激励脉冲的第一集合可以是波谱非选择性的。
31、, 但是在其它实现中, RF 脉冲对一 个或多个感兴趣化学物种可以是波谱选择性的。例如, 在一个实现中, 非选择性 RF 激励脉 冲 102 各可以是 200 s 强脉冲。在本文所述的 pH 测量情况中, 脉冲 102 的第一集合使更 主流物种 H13CO3-以及其它物种倾斜小顶锥角。共振数据读出 ( 框 106) 可在各脉冲之后发 起, 以便生成与非选择性脉冲所激励的物种对应的共振数据 108。 0020 在小顶锥角RF脉冲102的生成之间, 生成作为波谱选择性的并且引起波谱选择物 说 明 书 CN 103156609 A 7 5/7 页 8 种中的大顶锥角 ( 例如大约 40或更大 ) 的。
32、 RF 激励脉冲 112 的第二集合 ( 框 110)。例如, 在本文所述的 pH 测量情况中, 脉冲 112 的第二集合使 13CO 2倾斜大顶锥角。获取波谱选择 物种的所产生的共振数据 116( 框 114)。在一个这种实施例中, 波谱选择性 RF 脉冲 112 是 10 ms 高斯型脉冲, 例如设计成具有 150 Hz 通带 (95%) 和 10-4阻带 ( 自通带中心的 400Hz) 的 10 ms 波谱选择性 RF 脉冲。在这种实施例中, 交织 RF 激励脉冲 112 的较大顶锥角增强 13CO 2灵敏度 ( 即, 产生 13CO 2共振的更大信噪 ), 而交织脉冲的波谱选择性防止 。
33、H 13CO 3 - 池的 饱和。 虽然前面的示例描述独立和离散交织脉冲的使用, 但是在其它实施例中, 小顶锥角RF 脉冲 102 和波谱选择性 RF 脉冲 112 可使用多频带 RF 脉冲同时生成。 0021 对于针对 pH 测量的体内实现, 可以理解, 在获取期间, 因交织 RF 脉冲之间的顶锥 角差而使 13HCO 3 - 和 13CO 2池饱和不同的量。但是, 在碳酸酐酶存在的情况下, 在共振数据的 获取之间、 即在获取下一时间点或 k 空间点之前, 恢复 13HCO 3 - 和 13CO 2平衡。因此, 尽管这种 差别饱和, 也仍然能够获取稳定的时间解析 pH 测量或准确 pH 图。。
34、也就是说, 在通过碳酸酐 酶活性所调和的平衡状态中, 通过选择性 CO2磁化对组合 13HCO 3 - 和 13CO 2池的磁化的饱和, 因表示小于总 13C 池的 10% 的13CO 2而较小。因此, 基本上不会影响 13HCO 3 - 的信噪比。 0022 回到图 3, RF 脉冲 102 和波谱选择性 RF 脉冲 112 的交织生成可继续进行到确定扫 描规程完成为止(框118)。 这样, 可收集相应的第一和第二感兴趣物种的共振数据108、 116 的多个交织集合。共振数据 108、 116 的重复测量的获取可允许较弱信号的信号求平均, 或 者可允许得到相应物种的化学交换率的时间解析测量或。
35、空间编码。 0023 按照上述方式所收集的 MRS 数据随后可例如使用 SAGE 软件 (GE Healthcare) 来 处理。在一个体外实现中, 超极化 13C 仿真数据 (phantom data) 可在 FFT 之前由 5 Hz 高斯 滤波器在时域来变换 (apodize) 。在一个体内实现中, 13C 数据可由 10 Hz 高斯滤波器来变 换。 峰值高度可从超极化 H13CO3-/13CO2仿真波谱和体内波谱来测量, 并且这个共振数据可用 于计算感兴趣诊断参数, 例如计算 ( 框 120) 患者体内的感兴趣局部 pH 122。 0024 鉴于前面所述, 并且来看图 4 和图 6, 示。
36、出按照本方式所获取的共振数据的相应体 外和体内示例。 0025 示例 1 体外测量。对于当前体外和体内示例, 所有研究均使用配备有多核波 谱 (MNS) 硬件包的 3 T GE MR750 扫描仪 (GE Healthcare(Waukesha, WI) 来执行。具有 8 cm 内径的微带双调谐 1H-13C 体积线圈用于仿真测量 (Magvale(San Francisco, CA)。 HyperSense DNP 极化器 (Oxford Instruments(Abingdon, UK) 用于使用已知极化方式以 3.35 T 和 1.4 K 来极化基底。钠 13C- 碳酸氢盐 (Isote。
37、c(Miamisburg, OH) 在具有 OX063 三 苯甲基自由基 (Oxford Instruments) 的甘油中制备。纯 1,2-13C2 丙酮酸 (Isotec) 掺杂 有15 mM的OX063三苯甲基自由基(Oxford Instruments)和1 mM Gd螯合物(Prohance, Bracco International)。 0026 对于 13C- 碳酸氢盐仿真测量, 将 30 l 的13C 钠碳酸氢钠 / 甘油混合物极化 80 分钟, 并且使用 4 ml 的去离子水 /EDTA(100 mg/L) 来溶解。紧接溶解之后, 将 13C 碳酸氢 盐溶液与包含 6 g 的。
38、碳酸酐酶 (Isozyme II, 来自牛红细胞, 3000 W-A 单位 / 毫克的 蛋白质, Sigma Aldridge(St.Louis, MO) 的 4 ml 的 500 mM 磷酸钠缓冲剂 (pH 7.25) 相混 合。在各仿真实验中则使用大约 5 ml 的这种最终混合物。 0027 对于数据获取, 脉冲获取脉冲序列修改为允许激励RF脉冲的切换 (toggling) 。 设 说 明 书 CN 103156609 A 8 6/7 页 9 计成具有 150 Hz 通带 (95%) 和 10-4阻带 ( 自通带中心的 400 Hz) 的 10 ms 波谱选择性 RF 脉冲与瞬态 (tra。
39、nsient) 之间的 200 s 强脉冲进行交织。读出 (10000 Hz/4096 pts) 紧 接各 RF 脉冲之后开始。在将溶液中的预极化 H13CO3-放入 RF 线圈内部 (n=4, TR=2 s, 96 个 瞬态 ) 之后, 使用交织 RF 脉冲方案来获取动态磁共振波谱 (MRS) 数据。RF 发射器当使用选 择性 RF 脉冲时在 13CO 2共振上居中, 并且它当使用强脉冲时在 H 13CO 3 - 与 13CO 2之间居中。选 择性脉冲和强脉冲的标称顶锥角分别设置成 40和 10。应用 Henderson-Hasselbalch 方程, 以便使用 6.15 的 pKa值来估计。
40、溶液中的 pH。当来自选择性 RF 脉冲的 13CO 2信号用于 计算 pH 时, 执行顶锥角和回波时间 ( 使用 5 ms 的有效回波时间 ) 校正 ; 还对 H13CO3-信号 进行 T1校正 ( 以便考虑测量 H13CO3-信号的瞬态与测量选择性 13CO 2信号的下一瞬态之间的 H13CO3-的极化衰退 )。回波时间校正使用 T2* 基于波谱中测量的 13CO 2的线宽进行。H 13CO 3 - T1从仅使用强脉冲的实验来估计。 0028 鉴于上述方法, 图4中示出在这种体外实现中获取的共振数据的图形图示。 如图4 所示, 所获取共振数据 130 的第一集合对应于响应非选择性小顶锥角 。
41、( 例如 5 -30 )RF 激励脉冲 102、 即 200 s 强脉冲而读出的共振数据。如样本共振数据所示, 共振数据 130 的第一集合包括H13CO3-的共振(共振82)以及与 13CO 2对应的痕量共振 (trace resonance) 80。与响应非选择性 RF 脉冲而读出的数据所交织的是响应波谱选择性大顶锥角 ( 例如 30 -90 )RF 激励脉冲 112、 即 10 ms 波谱选择性脉冲而读出的第二共振数据集 132。共 振数据132的第二集合包括与 13CO 2对应的共振数据80, 但是提供比对于非选择性获取所观 测的要好的 13CO 2共振数据的信噪比。 0029 来看图。
42、5, 示出使用如上所述所得到的体外 13CO 2测量所计算的两个独立pH测量的 图表 138。使用仅采用非选择性 RF 脉冲所生成的 13CO 2测量来计算第一测量 140, 而使用采 用 13CO 2选择性 RF 脉冲所生成的 13CO 2测量来计算第二测量 142。在计算中使用峰值共振测 量高度, 并且对于来自交织获取的数据执行顶锥角 (T1, T2*) 校正。如图表 138 所证明, 使 用采用 13CO 2选择性 RF 脉冲所生成的 13CO 2测量所计算的第二测量 142 随时间是稳定的。在 这个示例中, 第二测量 142 对应于 7.38 至 7.43 的范围中的 pH 测量, 这。
43、一般与 pH 计所测量 的 7.35 的 ph 一致。 0030 示例2 体内测量。 在对猪所执行的体内测量集合中, 定制构建 (custom build) 13C 传送 / 接收具有1H 阻塞 (blocking) 的表面线圈, 并且采用 5” 的直径。对于所采用的注 入液 (infusate) , 将 105 l 的 1,2-13C2 丙酮酸 / 三苯甲基混合物极化 60 分钟, 然后采 用 6 ml 的 100 mM TRIS/250 mM NaOH 溶液来溶解, 从而给出 250 mM 的标称丙酮酸盐浓度 和7.4的pH。 这个丙酮酸盐溶液采用生理盐水来稀释, 以便使总容积增至三倍, 。
44、并且在各实 验中将 15 ml 的稀释丙酮酸盐溶液注入动物体内。 0031 将 13C 表面线圈放置在猪的胸部之上, 并且它在心脏之上的定位通过提供放置在 线圈上的图卡 (fiduciary marker) 的可视化的 3 平面 1H 定位图像 (scout image) ( 使用体 线圈所获取 ) 来确认。使用示例 1 所述的 13C 碳酸氢盐仿真实验中使用的相同脉冲序列和 交织 RF 脉冲方案从 3 个动物 (20 kg) 来获取心脏门控 (cardiac gated) 动态 MRS 数据。 在与 15 ml 的溶液 ( 大约 0.06 mmol/kg 的剂量 ) 中的预极化 1,2-13。
45、C2 丙酮酸盐的 15 s 注入的开始的相同时间开始数据获取。数据获取经过心脏门控, 使得每隔 2 R-R 间隔来执 行一个瞬态 ( 每隔 4 R-R 一个完整 RF 交织循环 ), 从而产生取决于心率的大约 1-1.3 s 的 说 明 书 CN 103156609 A 9 7/7 页 10 TR。 0032 鉴于上述方法, 图 6 中示出在这种体内实现中获取的共振数据的图形图示。如图 6 所示, 所获取共振数据 152 的第一集合对应于响应非选择性小顶锥角 ( 例如 10 )RF 激 励脉冲 102、 即 200 s 强脉冲而读出的共振数据。如样本共振数据所示, 共振数据 152 的 第一集。
46、合包括 1-13C2 丙酮酸盐 ( 共振 150)、 H13CO3-( 共振 82) 的共振以及与 13CO 2对应的 痕量共振 80。与响应非选择性 RF 脉冲而读出的数据所交织的是响应波谱选择性大顶锥角 ( 例如 40 )RF 激励脉冲 112、 即 10 ms 波谱选择性脉冲而读出的第二共振数据集 154。共 振数据154的第二集合包括与 13CO 2对应的共振数据80, 但是提供比对于非选择性获取所观 测的要好的 13CO 2共振数据的信噪比。 0033 本公开的技术效果包括磁共振波谱中的交织 RF 脉冲序列的使用, 其中非选择性 小顶锥角 RF 脉冲与波谱选择性大顶锥角 RF 脉冲交。
47、织。这种交织脉冲序列的使用的技术效 果是获取共振数据的两个集合, 其中之一是具有较弱信号的所选物种特定的, 以使得生成 那个所选物种的具有比响应非选择性 RF 脉冲而生成的共振数据中所观测的要高的信噪比 的共振数据。本公开的另一个技术效果是改进生理环境内的定域 pH 的无创测量。 0034 本书面描述使用示例来公开本发明, 其中包括最佳模式, 并且还使本领域的技术 人员能够实施本发明, 包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明 的专利范围由权利要求来定义, 并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这类 其它示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构单元, 或者如果它们包。
48、括具有与权利 要求的文字语言的非实质差异的等效结构单元, 则它们意在落入权利要求的范围之内。 说 明 书 CN 103156609 A 10 1/6 页 11 图 1 说 明 书 附 图 CN 103156609 A 11 2/6 页 12 图 2 说 明 书 附 图 CN 103156609 A 12 3/6 页 13 图 3 说 明 书 附 图 CN 103156609 A 13 4/6 页 14 图 4 说 明 书 附 图 CN 103156609 A 14 5/6 页 15 图 5 说 明 书 附 图 CN 103156609 A 15 6/6 页 16 图 6 说 明 书 附 图 CN 103156609 A 16 。