超极化气体在肺吸收氧气量的区域性变化的MRI检测中的应用制造技术

本发明专利技术提供一种检测从呼吸空气的动物的对象中的肺部吸收的氧气量中的局部变化的方法，所说的方法包括将在诊断上有效的剂量的气体超极化磁共振成像试剂控制在所说的对象的肺中、检测所说的肺中的所说的试剂的磁共振信号、测定在所说的肺中的至少一个所感兴趣的区域中的所说的信号的松弛速率的时间变化以及从所说的变化中产生表示在至少一个所感兴趣的区域中的氧气浓度的定量或定性值或图象，如果需要的话还产生这种浓度的时间相关性。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对人体或动物体(例如哺乳动物、爬行动物或鸟类)进行磁共振成像的方法，通过该方法可以研究肺的功能以及如果需要的话还可以研究肺的形态。特别是当内科医生在治疗患有肺部换气或灌注或气体交换的其它决定性因素异常的患者时，他们对肺的功能比较注意。对于正常的肺功能必需满足以下五个条件1．气体(空气)必需流进和流出肺；2．气体必需均匀地分布在肺中；3．气体必需通过在血液和肺泡腔之间的扩散进行交换；4．血液必需输送经过肺；以及5．在肺部中的血液的分布必需与在肺泡腔中的气体的分布相匹配(即，气体渗透到哪儿，血液应该流经哪儿)。所有的涉及肺和气道的各种疾病都影响上述五种条件中一种或多种。因此人们已经知道应用各种诊断技术研究肺换气和灌注。公知的常规技术有VQ成像，它涉及应用两种不同的放射性的药物，一种药物是研究灌注，而另一种药物是研究换气。灌注剂通常为一种颗粒(例如，99mTc-大团聚体的蛋白素)，这种颗粒施加在肺上游的静脉内并停留在前毛细管小动脉中。应用γ照相机记录图象并且应用该信号强度来检测在血流中的局部异常。换气剂通常是一种放射性气体或气溶胶或悬浮微粒，例如133Xe、127Xe或81mKr或99mTc-DTPA气溶胶或99mTc-标记的碳颗粒。吸入该试剂并应用咖吗照相记录图象。应用信号强度和分布来检测气道梗塞或在换气中的区域性异常。在换气和灌注图象(这些图象在不同时间中形成)之间存在不相符的地方，可以诊断不同的肺机能失调、疾病或异常，例如肺栓塞、胸膜积液/肺膨胀不全、肺炎、肿瘤/肺门腺肿大、肺动脉阻塞、AVM、CHF以及静脉内药物使用。异质灌注模式同样可以应用来诊断不同的疾病状态或病症，例如CHF、淋巴管的癌扩散、非形成血栓的栓塞、血管炎、慢性间质性非疾病以及原发性肺动脉高血压。缩减到一页肺的灌注可以用来诊断肺栓塞、肺发育不全、发育不全的肺(肺动脉狭窄)、Swyer-James综合病症、气胸、大量的胸膜积液、肿瘤、肺动脉肉瘤以及先天性心脏疾病的分流过程。然而，VQ成像包含将患者暴露在时间上分开的两种成像程序中的两种放射性药物的辐射剂量中。清理所注入的微粒剂相对较慢，除了肺部以外该试剂还被吸入到其它的器官中。然而，对于患严重的肺动脉高血压的患者来说所注入的微粒可能产生急性右心衰竭。对于孕妇患者，包含在VQ成像中的辐射剂量对胎儿产生不符合要求的辐射量。此外，由于上面所述的大多数用于诊断目的，常规的VG成像的分辨率并不满意。因此需要一种能够确定肺功能但没有与VQ成像相关的缺陷的技术。在磁共振(mr)成像中，检测来自非零自旋核(该非零自旋核具有非均衡的核自旋状态分布)的射频信号，并处理该信号以提供所研究的对象的图象。在常规的MR成像中产生检测信号的原子核为质子(通常为水质子)，并且通过将对象放在强磁场中(以增强在平衡状态中质子自旋态之间的总体差别)和将对象暴露在以质子拉莫尔频率的rf辐射脉冲下以激励自旋态跃迁并产生非平衡的自旋状态分布来实现非平衡的自旋状态分布。然而，平衡状态的最大偏差为通过将自旋态总体反相来实现，由于在可达到的磁场强度和温度之下在基态和受激励态之间的能量级之差很小，因此信号强度固有地很微弱。已经研究出了一种可替换的方法，即对包含有非-零核自旋原子核(例如，通过光泵激、通过极化转移或通过在体外对核自旋施加比应用在mr成像装置中的磁场高得多的磁场)的成像试剂进行“超极化”(即，实现核自旋态总体差比平衡态总体差更大)、将该超极化的试剂施加在对象中以及当它们松弛回到平衡态时从超极化的原子核中检测mr信号。在这种超极化mr成像技术中，例如在WO95/27438中所描述，超极化材料通常是气体形式，例如3He或129Xe，因此可以通过吸入剂将它施加在肺部并应用所检测的mr信号来产生肺部的形态图象。由于3He在肺部中松弛时间T1大约为10秒，因此应用快速成像技术在吸入超极化3He气体之后并在呼吸循环的任何所需的阶段(例如在屏气的过程中)从3He信号中产生肺部的形态图象是可行的。由于mr信号是从3He原子采集的并且氦在肺部是气相，所以所检测的图象基本只是进入肺部和在肺部中的气道。通过将超极化试剂作为在其它的气体或气溶胶(例如，空气、氮气或4He)之后或之前的试剂团来施加，可以将超极化试剂设置在人体中的气道或其它的充气的空腔的任何所需的截面中，例如可以将它填充到气管支气管树中，则所检测的图象基本只有肺泡腔的图象。我们已经发现通过应用超极化试剂的松弛速率随时间的变化对吸入的超极化试剂mr成像并结合应用超极化气体对换气的局部和时间的分布进行成像能够有效地实施肺功能成像。因此，从本专利技术的一个方面看，本专利技术提供一种检测在呼吸空气的动物(例如，哺乳动物(人类或肺人类)、鸟类或爬行动物)对象的肺部中吸入的氧气量的局部变化的方法，所说的方法包括将在诊断上有效剂量的气体超极化磁共振成像试剂施加在所说的对象的肺中，检测在所说的肺部中的所说的试剂的磁共振信号，确定在所说的肺部中至少一个研究区域中所说的信号的松弛速率(例如，T1松弛速率)的时间变化，以及从所说的变化中产生表示在所说的至少一个研究区域中的肺泡腔中的氧气浓度的定性或定量值或图象，以及如果需要的话产生作为例如生理过程的结果(例如，灌注的氧摄入量)的这种浓度的时间相关性。在优选的实施例中，本专利技术的方法还包含产生在对象的肺的至少一部分中可取的是在肺的肺泡腔中超极化试剂的分布的时间和/或空间图象。在进一步的优选实施例中，方法还包括在将第二mr试剂施加在对象的脉管系统中之后产生在对象的肺中至少一部分中的磁共振图象，可取的是该试剂影响质子松弛(同时该图象是一种质子mr图象)或更为可取的是该试剂包含非质子mr活性原子核(例如，19F、13C、31P、17O等)，在这种情况下来从这种非质子mr活性原子核的mr信号中产生mr图象。可取的是在第二试剂中的mr活性原子核与在超极化试剂中的原子核的不相同，除非应用第二试剂所产生的图象是在当肺部基本没有包含超极化试剂时产生的。从在吸入没有空气的3He、屏气和呼气之后的完整的3He mr信号中还可以估计肺体积，在此呼气的体积直接测量，而保留的3He的剩余超极化可以从在屏气过程中所监测到的超极化值(信号强度)中外推出来。在本专利技术的方法中，可取的是在至少部分mr信号检测周期中(可取的是至少1秒，更为可取的是至少5秒，进一步可取的是至少10秒，例如20秒至1分钟)，基本没有气体流进或流出肺部，例如存在一个屏气阶段，从至少在部分这种周期中所检测到的mr信号中得到出氧消耗量的指标。然而，在一种优选实施例中，本专利技术的方法还包含在有或没有屏气的阶段气体流进和/或流出肺部的过程中检测mr信号。这样，可以从所检测的mr信号中产生表示肺换气的空间或时间图像或其它指标。因为所检测的mr信号从超极化试剂中得出，信号强度实际上独立于在mr成像仪中的磁体的基本磁场强度。因此可应用较低或较高的磁场机，例如0.05至3.5T。 通过附图说明本专利技术的方法，在附图中附图1a和1b所示为3He mr图像，说明了氧气和翻转角对应用40ml的3He试剂团所获得的图像的影响；附图2所示为气道的3He mr图像；附图3所示为在吸气和屏气的过程中在气管中的3He mr信号强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测在呼吸空气的动物对象的肺部中吸收的氧气量的局部变化的方法，所说的方法包括将在诊断上有效剂量的气体超极化磁共振成像试剂施加在所说的对象的肺中，检测在所说的肺部中的所说的试剂的磁共振信号，确定在所说的肺部中至少一个研究区域中所说的信号的松弛速率的时间变化，以及从所说的变化中产生表示在至少一个研究区域中的氧气浓度的定性或定量值或图象，以及如果需要的话还产生这种浓度的时间相关函数。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：N维勒，A德宁格尔，B埃贝尔勒，M埃贝尔特，T格洛斯曼，W黑尔，HU考克佐尔，L劳尔，K马克斯塔勒，T罗伯茨，W施雷贝尔，R瑟考，
申请(专利权)人：医疗物理有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]