[发明专利]磁共振成像的方法和系统及其用途

说明书

发明领域

本发明大体上涉及核磁共振和磁共振成像领域。

发明背景

扩散核磁共振(NMR)已经使用了40多年来确定自扩散系数，其可以从集料粒度、分子通过其移动的介质的渗透性、以及发生在扩散物质和较大分子或多孔基体之间的结合事件(binding events)的角度来解释。最常见的扩散NMR技术依赖于扩散编码块，其包括用于标记NMR无线频率信号在脉冲之间的时间发生的位移的成对的磁场梯度脉冲。扩散NMR技术和分析方法不仅适用于体外而且还适用于病理状态的检测的医疗磁共振成像(MRI)的背景，该病理状态例如缺血性卒中、脱髓鞘作用紊乱、以及肿瘤。在一些情况下，尤其是卒中情况，基于扩散的图像对比度比基于核弛豫率R1和R2的对比度的更加传统的方式提供更多信息。

在具有不同的弛豫/扩散特性的部分之间的水交换速率是用于组织内的病理状态的潜在有用的标记。作为扩散的功能执行的扩散NMR实验可以利用模型进行分析来估计交换速率J.，H.Pfeifer，和W.Heink.1988.Principles and applications of self-diffusion measurements by nuclear magnetic resonance.Adv.Magn.Reson.12：1-89)。该分析受到NMR信号对交换速率的弱依赖性的限制。

出版物PT.Callaghan和I.Furó，Diffusion-diffusion correlation and exchange as a signature for local order and dynamics.J.Chem.Phys.120(2004)4032-4038以及K.E.Washburn，和PT.Callaghan，Tracking pore to pore exchange using relaxation exchange spectroscopy.Phys.Rev.Lett.97(2006)175502.公开了用于检查交换过程的二维核磁共振实验。该方法——被知晓为扩散交换光谱和弛豫交换光谱——利用被混合时间分离的两个独立增加的弛豫/扩散加权块、以及使用二维拉普拉斯逆变换的信号分析。但是，严重的缺点是为获得二维拉普拉斯逆变换分析所需要的大量数据而对仪器时间的过度要求，因此使该方法对于耐心有限的人类主体的研究不实用。

总的来说，直到现在，目前用于估计交换速率的可用的扩散NMR方法非常消耗时间(Callaghan)或者依赖仅在评估参数和实验数据中的信息之间的弱依赖性的曲线拟合。其他已知的能够用于获得交换时间的方法是有创性方法，例如通过光散射、显微镜检查、吸收光谱和X射线的方式观察标记分子的扩散。这不仅仅由于毒理学风险难以在体内使用而且人们永远无法保证组织和体液不会受到引入的标记的影响。

但是，PCT申请WO2008/147326公开了一种方法，其解决了上面揭露的问题。根据PCT申请WO2008/147326的方法包括向受到磁场影响的物体发射无线频率脉冲序列(其中该物体包括具有不为0的核自旋的原子的分子)，向该物体发射梯度脉冲序列，检测该物体的对应于发射的无线频率脉冲序列的磁共振信号，并且处理该磁共振信号。

进一步的，根据PCT申请WO2008/147326的方法的特征为该梯度脉冲序列包括配置成降低该物体的扩散系数的至少一部分分布的滤波块(第一扩散加权块)，和在发射该滤波块后的预定时间发生的扩散编码块(第二扩散加权块)，并且该过程包括将磁共振信号的一部分与预定的磁共振信号的一部分比较，产生比较信号，其中该预定的磁共振信号的一部分或者由用户定义或者由之前应用的梯度脉冲序列产生。

根据PCT申请WO2008/147326的方法具有几个优点。根据PCT申请WO2008/147326的发明的一般解决方案是它使用梯度脉冲的序列作为扩散实验的滤波器。因而相同的分子可以基于它们的扩散是如何被限制的而被单独地分析并且区分。在各个部分之间的交换速率是重要的参数，其可以根据一些具体实施方式利用该发明得到。进一步的，根据PCT申请WO2008/147326的发明提供用于材料(例如组织)的MRI研究的新的对比模式，其中交换速率作为位置的函数而变化。