[发明专利]成像技术

说明书

本发明涉及用于将组织成像的方法，并且特别地，涉及隔室模型对(但不限于)氧增强磁共振成像(Oxygen-Enhanced Magnetic ResonanceImaging)(OE-MRI)的应用。

核磁共振(NMR)涉及施加作用于具有分数自旋量子数的原子的核并且因而将它们极化的磁场。在测量过程中，施加给定共振能的射频脉冲，其反转(flip)核自旋并且扰动取向分布。然后核以时间依赖的指数形式返回(驰豫)到初始状态，从而产生可以电处理成可记录数据的信号。当信号被空间地微分并且具有充分水平时，可以将数据组织并且作为图像显示在屏幕上。例如，计算由有机组织内的水的质子产生的信号使得可以构造磁共振图像(MRI)，从而允许了生物体内内部器官的直接可视化。NMR因而是诊断、医学治疗和外科手术中的有力工具。

应当理解，临床医师出于许多原因而希望测试受试者中的组织代谢功能。在几乎或完全不知道受试者健康状况时对患者的最初诊断阶段中，代谢功能测试可以提供患者一般健康状况的指示。而且，在许多疾病中，病灶可以出现在受试者的组织区。所述组织区可以成为临床医师为了诊断、治疗、手术计划或预后评估目的的兴趣焦点。表征所述目的组织区的代谢功能可以帮助诊断疾病，指导治疗或手术，或帮助临床医师给出疾病进展的预后。例如，已经以一些方式损伤的组织可以表现出变化的代谢功能，或实际上完全无代谢功能。具体地，肿瘤组织可以表现出增加的或减小的代谢功能。临床医师可以，例如，利用变化的代谢功能来鉴别或表征受试者中的肿瘤。在一些情形中，增加的代谢功能可以用于提供关于肿瘤新生长的可能区域的预后。

正电子发射断层摄影术(PET)是能够产生低分辨率图像的核医疗学技术，所述图像可以用于表征受试者中的组织功能。在PET扫描过程中，将放射性同位素引入至受试者中并且扫描仪检测放射性同位素的闪烁。这样，放射性同位素在受试者体内定位并且可以追踪其经过受试者的途径。¹⁵O是PET成像中常用的造影介质。不幸地是，该技术受到生成的图像的分辨率和使用放射性同位素的必要性的局限。

动态对比增强MRI(DCE-MRI)在过去已经用于表征组织功能。将在通过MRI扫描生成的图像中可视的惰性外源造影介质引入至受试者血液供应中并扫描受试者。由此生成的图像，其显示造影介质经过受试者的灌注，可以用于表征组织功能要素，诸如血液经过组织的灌注和还有组织对造影介质的渗透性。然而，这些方法不提供关于组织内氧递送或代谢的直接信息。MRI中使用的另外鉴定但非常见的造影介质是¹⁷O，其非常昂贵并难以获得。

上述成像技术能够表征受试者中的组织功能。然而，它们的应用受到这样的事实的局限，即它们需要使用(通常基于核医学的)造影介质。将“外源”造影介质引入受试者可以具有严重的病理生理后果。例如，存在充分证明的关于将放射性造影介质引入受试者中的风险。由于这些原因，常见的情形是最易受影响的患者不适合于这些成像技术。

OE-MRI以前已经证明作为用于可视化肺通气的间接方法。分子氧(任何同位素的O₂，且重要地¹⁶O，其是非放射性的)是顺磁性的并因此在溶解于实质水(parenchymal water)中时由于其对T₁的作用而起到NMR造影剂的作用。(T₁对NMR领域中的技术人员是已知为称作自旋-晶格驰豫时间，并且是在z-方向上的时间常数，所述z-方向采取为与施加的磁场平行)。呼吸100％氧导致肺组织中的溶解氧的浓度增加，从而产生T₁的相应下降，这可以作为在T₁-加权图像中的局部信号强度增加而被检测。已经进行了这样的研究，即分析当呼吸100％氧时在肺组织中达到氧饱和所需的时间，和肺组织中氧浓度在呼吸100％氧结束后返回到正常所需的时间。这些称为洗入(wash-in)和洗出(wash-out)时间。

OE-MRI已经用于分析体内许多区域中的组织功能：在肾皮质、脾、肝、肌肉中和在肿瘤中。

OE-MRI提供许多超越DCE-MRI，用于MRI的¹⁷O和用于PET的¹⁵O成像的优势，因为大气氧，或¹⁶O，大量存在并安全使用。¹⁶O与¹⁵O相反，是非离子化的，这使得¹⁶O更安全使用。¹⁶O也比¹⁷O或¹⁵O更便宜和容易获得。