[发明专利]利用超短T2*弛豫进行细胞测量的系统和方法

说明书

背景

1.技术领域

本公开涉及使用磁共振成像来测量快速衰变的T₂^*弛豫用于对标记细胞进行有效定量的系统和方法。所公开的系统和方法在许多应用(包括细胞运输和细胞治疗)中有用。

2.背景技术

利用干细胞和免疫细胞，以修复和血管重建为目的的细胞治疗，正日益应用于临床试验中。细胞到靶器官的准确递送能区分成与败。定量递送到靶组织的细胞数目对于优化细胞治疗的剂量和时机有着重要的作用。超顺磁性氧化铁(SPIO)试剂已经用于离体标记细胞，使得研究者有能力用磁共振(MR)成像监测这些细胞的迁移、增殖和归巢。SPIO标记产生了强烈的弛豫率(R₂^*)效应，其随铁浓度增加而线性地增加。R₂^*定义为1/T₂^*。

通常利用多梯度回波成像得到T₂^*弛豫。在包含高浓度铁标记细胞的组织中，T₂^*可以是超短的。在示例性的情况中，T₂^*低于1到2毫秒，但精确的T₂^*时间随应用而不同。梯度回波的回波时间一般受限于硬件设置。在实际设置中获得超短回波时间不是微不足道的。因此，对于常规梯度回波成像而言，组织中具有超短T₂^*的信号衰变通常太快。

尽管到目前有这些努力，但仍需要有克服与传统细胞定量技术相关的困难和限制的系统和/或方法。另外，仍需要细胞定量技术，其不需要硬件更改和/或专用的射频脉冲设计。更进一步，需要在多种应用(包括细胞治疗等)中有效且可靠地监测和/或定量标记细胞水平如标记干细胞的系统和方法。所公开的系统和方法满足这些及其他需要。

概述

本公开提供在许多应用(如：细胞运输和细胞治疗)中用于测量和/或定量细胞水平的系统和方法。所公开的系统和方法的示例性的实施方案涉及使用已用造影剂或其他区别特征离体标记的细胞。使用MR成像监测标记细胞，以评估所述标记细胞的迁移、增殖和/或归巢。典型地，所述造影剂是SPIO，但可在不背离本公开的主旨或范围的情况下采用其他造影剂。

根据本公开，在多种细胞相关的应用中，有利地采用T₂^*弛豫测量标记细胞浓度。由于T₂^*在高浓度铁标记细胞中是超短的，因此本文公开用于测量T₂^*弛豫的有利的系统和方法，这样的系统和方法使用自旋回波成像序列而不是标准的梯度回波成像以获得期望的结果。在示例性的情况中，T₂^*低于1至2毫秒，但所公开的系统和方法在宽范围的T₂^*值具有有利的应用，这样的T₂^*值一般随应用不同而不同。所公开的系统和方法诱导常规自旋回波信号产生第一自旋回波图像，接着诱导多个自旋回波信号产生一系列从适合的回波移位到所述T₂^*衰变的额外的自旋回波图像，接着采用指数拟合导出T₂^*图。

脱离细胞的MR成像的自旋回波信号分别由第一射频(RF)脉冲继之以第二射频脉冲形成。采用自旋回波信号产生T₂曲线，其中用SPIO粒子/纳米粒子标记的细胞的T₂比T₂^*长得多并由M_sse^-t/T定义。然后，由定义自旋回波的T₂^*衰变曲线。在不同时间间隔取多个自旋回波图像，所述时间间隔由可能小于1ms的回波移位步长定义。通过指数拟合用第一自旋回波图像和具有合适的回波移位的多个自旋回波图像产生超短T₂^*图。通过在常规T₂^*图上叠加超短T₂^*图而产生整个T₂^*图。