CN113116334A - 一种基于氘成像的核磁检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于氘成像的核磁检测方法，包括如下步骤：S1，给受试者使用²H标记的作为示踪的示踪药物；S2，在给受试者使用示踪药物后，给定时间内通过核磁共振波谱仪扫描待检测部位并形成²H的图谱；S3，处理分析S2中获得的²H的图谱数据，得出检测结果。该发明使用²H来标记追踪，通过核磁共振检测²H在检测部位的图谱，从而根据²H的变化得出检测部位的状况，是一种具有高检测灵敏度的检测方法。

Description

一种基于氘成像的核磁检测方法

技术领域

本发明涉及医学领域，尤其是一种灵敏度高的基于氘成像的核磁检测方法。

背景技术

人体代谢在许多疾病的起源或进展中起关键作用，包括神经退行性疾病，糖尿病和癌症，于是就产生了对人体代谢水平的检测，代谢成像则是其中一种检测方法，但现有的代谢成像技术的选择非常有限，广泛使用的是¹⁸F-FDG的PET检测，它提供葡萄糖摄取的高分辨率图，然而¹⁸F-FDG的PET检测无法得知葡萄糖摄取后下游的代谢状况，并且通常在具有内在高葡萄糖摄取的器官(例如脑)中不能提供清晰的结果，同时¹⁸F-FDG是具有放射性的，在需要重复扫描时，会对人体造成伤害。磁共振成像(MRI)能提供极好的解剖学细节，并且是非放射性的，但不能成像动性代谢；质子磁共振波谱成像(MRSI)可以映射代谢物水平，但代谢物浓度只是代谢的一个方面，不能反映代谢途径的活动。于是产生了利用¹³C磁共振波谱(MRS)结合给予¹³C标记的底物来观察下游¹³C标记的代谢物，然而，由于其固有的低灵敏度，体内¹³C的MRS被限制为相对较大的单一体积，检测受限。

发明内容

针对现有的不足，本发明提供一种灵敏度高的基于氘成像的核磁检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于氘成像的核磁检测方法，包括如下步骤：

S1，给受试者服用²H标记的作为示踪的示踪药物；

S2，在给受试者使用示踪药物后，给定时间内通过核磁共振波谱仪扫描待检测部位并形成²H的图谱；

S3，处理分析S2中获得的²H的图谱数据，得出检测结果。

作为优选，所述示踪药物是氘代糖类、氘代氨基酸、氘代乙酸、氘代乳酸、氘代柠檬酸、氘代羟丁酸中的任意一种或多种。

作为优选，所述氘代糖类是[6,6′-²H₂]葡萄糖，所述氘代氨基酸是氘代天冬氨酸、氘代谷氨酸、氘代异亮氨酸、氘代丙氨酸、氘代亮氨酸中的任意一种或多种。

作为优选，所述步骤S2中的给定时间是60至180分钟。

作为优选，所述²H的图谱是通过²H的NMR和三维空间相位梯度编码的MRI图光谱拟合形成的。

作为优选，所述光谱拟合的步骤依次是：a1,通过核磁共振波普仪形成MRI图；a2，在MRI图上选取待确认位置并通过²H的NMR进行光谱覆盖，a3,在a2形成的图谱中选取单个体素形成与标准图谱进行比对的图谱。

作为优选，所述MRI图的信号采集是在呼吸呼气后的1-3毫秒内通过三维相位编码梯度扩展的脉冲采集序列实现的，所述²H的图谱是在球形k-空间编码下获得。

作为优选，所述核磁共振波谱仪用于MRI和匀场的射频发射和接收是在调谐到质子核磁共振频率下通过正交的表面线圈进行的。

作为优选，所述步骤S2中还包括有核磁共振信号的处理，其包括通过软件程序依次进行的线性预测、傅里叶变换步骤。

作为优选，所述核磁共振波谱仪是具有多通道的核磁共振仪。

本发明的有益效果在于：该发明使用²H来标记追踪，通过核磁共振检测²H在检测部位的图谱，而其检测的灵敏度是受到²H自旋的旋磁比和磁矩，以及²H所标记分子的弛豫时间影响的，此时²H的旋磁比¹H的旋磁比低6.5倍，而与具有自旋量子数为1/2的¹H的原子核相比，这个缺点则部分地被具有自旋量子数为1的²H所产生的较大磁矩抵消，在保持合理的光谱分辨率时，氘的弛豫参数就利于了快速扫描，在相同扫描时间内²H所标记代谢物的氘的T₁(纵向弛豫)弛豫时间比相应的质子的T₁值短约10倍，在信噪比(SNR)方面则是以√10的增长速度转变。同时，与T₁相比，T₂(横向弛豫)弛豫时间相对较长，从而进一步增强了²H标记化合物的检测，进而根据²H的变化就能得出检测部位的状况，是一种具有高检测灵敏度的检测方法。

附图说明

图1是本发明实施例测试方法的原理框图；

图2是本发明实施例中²H在大鼠和人体内的不同状态时的二维核磁共振图谱，A为未给大鼠使用²H标记的示踪药物，B为给大鼠使用[6,6′-²H₂]葡萄糖后活着的状况，C为给大鼠使用[6,6′-²H₂]葡萄糖后大鼠死亡后的状况，D为给大鼠使用氘代乙酸后的状况，E为在人体服用[6,6′-²H₂]葡萄糖60分钟后在磁场强度4T时测得的结果，F为给大鼠和人使用[6,6′-²H₂]葡萄糖后测得肝脏处的结果；

图3是本发明实施例中胶质肿瘤受试者使用[6,6′-²H₂]葡萄糖后体现的Warburg效应，其中1和3是在病变组织内的T1WI、T2WI上显示的图谱，2是来自于表现正常的枕叶区的图谱，4是含有左侧脑室的脑脊髓液的图谱；

图4是本发明实施例的口服[6,6′-²H₂]葡萄糖60分钟后在25×25×25mm³分辨率下肝糖原的氘成像图谱；

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的目的、技术方案和优点，下面将结合实施例对本发明作进一步说明，进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例一种基于氘成像的核磁检测方法，如图1中所示，包括如下步骤：

S1，给受试者使用²H标记的作为示踪的示踪药物；该示踪药物可以是单一剂量单位形式的组合物，即该组合物可以是单剂量的或者是在一个容器内容纳一个或多个单位剂量，每一剂量含有的成分均相同，即每剂中包含相同重量的²H标记物质，每剂可直接或稀释后给受试者使用，也可将该组合物制成不同的规格，比如包含²H标记物质的不同规格，就可依据受试者的状况来给予不同规格组合物去使用，该组合物可制成液体或固体不同的形态，依据受试者的不同，可以给予不同剂量的示踪药物，比如按照0.60-0.75克/千克体重，最大为60克的用量将其溶解在200至300毫升的水中来使用，根据示踪药物的不同规格，可以是口服的非侵入式的使用方式也可以是注射的方式来使用，同时示踪药物还可以是一种以散剂、片剂、丸剂、胶囊或液体中的任意一种形式存在的组合物。用²H标记就意味着用²H取代一个或多个¹H原子，虽然²H原子不是分子骨架的一部分，但在非酶作用下²H与周围的水进行的交换和²H标记在酶反应中的丢失都是极小的可以忽略的，²H所标记的代谢物浓度的绝对定量就受益于代谢期间²H的极小的损失。此时为了测试糖酵解过程中²H标记丢失的程度，我们在体外分别用[6-¹³C，6,6′-²H₂]葡萄糖和[6-¹³C]葡萄糖孵育哺乳动物细胞(9L，大鼠胶质肉瘤细胞)并使用¹³C核磁共振分析由这些细胞产生的标记乳酸，在¹³C核磁共振谱中，²H-¹³C在J偶联诱导峰的移位和分裂，用[6-¹³C，6,6′-²H₂]葡萄糖培养的9L细胞的细胞培养基的¹³C核磁共振谱数据显示有三种乳酸盐：[3-¹³C，3,3′-²H₂]乳酸盐(84.7±4.0％)，[3-¹³C，3-²H]乳酸盐(14.4±3.3％)，和[3-¹³C]乳酸盐(0.9±0.8％，校正至天然丰度；n＝3体素)，表明在糖酵解期间仅发生8.1±2.3％²H标记丢失。在糖酵解的下游，由葡萄糖和乙酸衍生的乙酰-CoA共享，²H标记物质的丢失在柠檬酸合成酶的基础上被预见到，柠檬酸通过乙酰-CoA与草酰乙酸的缩合形成，这时来自乙酰-CoA甲基的质子/氘核之一被切除，形成了²H标记缺失的另一个机制，并导致谷氨酸(和谷氨酰胺)中较低水平的²H标记，此时柠檬酸合成酶²H标记的丢失就会被包括在²H标记的Glx浓度的计算中，也就校正了²H标记的丢失对检测结果的影响。所述示踪药物是氘代糖类、氘代氨基酸、氘代乙酸、氘代乳酸、氘代柠檬酸、氘代羟丁酸中的任意一种或多种，糖类物质作为人体最大的能量来源，其在体内被水解为葡萄糖，继而进入血液循环，被输送到身体各部，葡萄糖则通过糖酵解、糖的有氧氧化和磷酸戊糖等途径，释放出来能量，保证生命活动，就可以通过对其的追踪来监测体内的不同部分，再通过检测到的氘的量就可以知道检测部位的状况；氨基酸在体内会分解，其生成的α-酮酸可以转变成糖、脂类，也可以经过三羧酸循环氧化成二氧化碳和水，并放出能量，由于其分解代谢主要是在肝脏中进行，因此可以使用氘代氨基酸来对肝脏的状况的检测；乙酸主要通过神经胶质细胞来运送，其中的乙酰基，是生物化学中所有生命的基础，当它与辅酶A结合后，就成为了碳水化合物和脂肪新陈代谢的中心；乳酸则是被运送至肝脏，通过乳酸脱氢酶生成丙酮酸，丙酮酸再通过糖异生生成葡萄糖，葡萄糖再运送至肌肉，进行糖酵解给肌肉提供能量，糖酵解生成的丙酮酸又变成乳酸，这样就构成了乳酸循环；柠檬酸是“柠檬酸循环”、“三羧酸循环”或“克氏循环”中的重要化合物，主要是在线粒体进行反应，通过这些反应来提供能量；羟丁酸给血红蛋白提供超过60％的能量，同时其进入肝脏和乳腺组织参与体内的物质代谢，合成乳脂和体脂，它尤其是肠细胞(盲肠和结肠细胞)偏爱的能量来源，且极易在肠腔内吸收，无需经过肝胆吸收和复杂的三羟循环系统，可以直接为肠上脾细胞提供能量，同时其还可以穿过血脑屏障直接扩散进入大脑，所述氘代糖类是[6,6′-²H₂]葡萄糖，所述氘代氨基酸是氘代天冬氨酸、氘代谷氨酸、氘代异亮氨酸、氘代丙氨酸、氘代亮氨酸中的任意一种或多种，在第六碳位置标记的葡萄糖优于[1-²H]的葡萄糖，因为氘含量较高(两个²H原子)并且成本优于[1,2,3,4,5,6,6′-²H₇]葡萄糖，降低成本和最小化²H核磁共振波谱的复杂性，就更利于提高其检测精度和准确度。在GBM患者中特别是在大脑灰质中，²H标记葡萄糖的成像图谱显示肿瘤病变与正常脑之间的对比度最小，这是由于两种组织类型中的高葡萄糖摄取，而氘成像使得代谢的可视化超过葡萄糖的摄取，由此²H标记的Glx和乳酸的图谱就显示出了巨大的对比。同时通过在动物模型和具有GBM的患者中观察到的在肿瘤中具有较低水平的标记Glx和较高水平的标记乳酸，这点就与Warburg效应一致。因此使用氘成像就可以基于单一比率的度量²H标记的乳酸或Glx非侵入性地映射Warburg效应，如图3中所示。通过这种方式，氘成像就克服了¹⁸F-FDGPET在脑肿瘤应用中通常面临的问题。同时通过氘成像还显示大鼠脑肿瘤模型中胶质瘤与正常脑之间的明显区别，在注射[²H₃]乙酸后，与正常大脑相比，肿瘤中的乙酸水平更高并且乙酸氧化更低，通过单羧酸转运蛋白1(MCT1)摄取乙酸，其表现在RG2神经胶质瘤中并且在一些癌症中形成潜在的治疗靶标。这样在胶质瘤内通过氘成像测量的²H标记的乙酸水平的这些数据表明，²H标记的乙酸可以作为MCT1表达的非侵入性生物标志物，因此，就可以用氘成像来评估靶向MCT1的疗法的功效。还使用氘成像来评估[6,6′-²H₂]葡萄糖给药后的肝糖原标记，也就表明了该技术在除脑以外的器官中的适用性。与大脑一样，肝脏的氘成像在方法上简单且稳定，可利用肝脏糖原储存的氘成像来研究肝脏在2型糖尿病和非酒精性脂肪性肝病等疾病中的作用，还可以动态应用肝脏的氘成像来测量糖原转换率。如果不给予²H标记的底物，氘成像仅检测到人体内体液中的0.0115％天然丰度²H(脑中约10mM)，如图2中的A部分所示，因此，氘成像既不需要额外的射频(RF)脉冲来抑制水，也不需要外部抑制来排除来自相邻脂质组织的大的污染信号。由于²H具有较低的核磁共振频率，以及在核磁共振波谱上具有较宽的固有宽峰，使得氘成像受磁场不均匀性的影响最小。此外，因为²H的核磁共振波谱仅含有少量代谢物峰，所以一些最小的谱线展宽不会导致大的峰的重叠。²H的检测的灵敏度是受到²H自旋的旋磁比和磁矩，以及²H所标记分子的弛豫时间影响的，此时²H的旋磁比比¹H的旋磁比低6.5倍，而与具有自旋量子数为1/2的¹H的原子核相比，这个缺点则部分地被具有自旋量子数为1的²H所产生的较大磁矩抵消，在保持合理的光谱分辨率时，氘的弛豫参数就利于了快速扫描，在相同扫描时间内²H所标记代谢物的氘的T₁(纵向弛豫)弛豫时间比相应的质子的T₁值短约10倍，在信噪比(SNR)方面则是以√10的增长速度转变。同时，与T₁相比，T₂(横向弛豫)弛豫时间相对较长，从而进一步增强了²H标记化合物的检测，进而根据²H的变化就能得出检测部位的状况，是一种具有高检测灵敏度的检测方法。同时对于氘成像来说(对于70kg受试者，约1g²H)，加入的²H的量是低于应用其他同位素进行示踪中使用的量的。相对于传统的基于稳态期间的数据采集，氘成像还可以在注射标记物评估代谢转换中作动态应用，因为它的简单性更有利于快速实施。

S2，在受试者使用示踪药物后，给定时间内通过核磁共振波谱仪扫描待检测部位并形成²H的图谱，扫描时的的磁场强度可优选在3T-14T，如图2中B、C、D、E、F部分所示；所选择的给定时间是60至180分钟，这样示踪药物在体内就能经过充分的转化，有助于更准确的检测结果，优选在60-90分钟内获得，所述核磁共振波谱仪是具有多通道的核磁共振仪，其磁共振中央控制器具有的通道数就决定了整个磁共振设备的运行，通道数越高，波谱仪控制和信号处理能力就越强，平台线圈单元数更多，采集数据的精度更高，获得的信号更多，获得更高图像分辨率，数据处理单元更多，处理速度更快，处理数据量更多，数据处理的能力更强。在检测时，所述核磁共振波谱仪用于MRI和匀场的射频发射和接收是在调谐到质子核磁共振频率下通过正交的表面线圈进行的。从给受试者使用示踪药物60分钟后开始通过核磁共振波谱仪进行氘成像的扫描，并通过²H的NMR和三维空间相位梯度编码的MRI图光谱拟合形成²H的图谱，其中包括有对核磁共振信号的处理，所述核磁共振信号的处理包括通过软件程序依次进行的线性预测、傅里叶变换步骤。选取一定体素的立体网格来获得氘成像显示的数据，所述MRI图的信号采集则是在呼吸呼气后的1-3毫秒内通过三维相位编码梯度扩展的脉冲采集序列实现的，所述²H的图谱是在球形k-空间编码下获得。而在进行光谱拟合时，所述光谱拟合的步骤依次是：a1,通过核磁共振波普仪形成MRI图；a2，在MRI图上选取待确认位置并通过²H的NMR进行光谱覆盖，a3,在a2形成的图谱中选取单个体素形成与标准图谱进行比对的图谱。。

S3，处理分析S2中获得的²H的图谱数据，得出检测结果。该处理分析则依据常规的核磁共振波谱的分析方法获得检测结果。

首先选择设备和相应的参数，在对于动物的检测上，采用能产生11.7T的磁体上进行，该核磁共振系统配备有直径为9.0cm能在180μs并以440mT/m转换的梯度磁场系统和为¹H和²H射频传输的0.5-kW射频放大器。对于大脑的检测则使得MRI和匀场的射频发射和接收是在调谐到质子NMR频率(499.8MHz)用正交驱动的两个正交20mm表面线圈进行的，表面线圈则是采用调至76.7MHz的两圈直径直径为14mm表面线圈，并与质子的射频线圈集成而成。对于肝脏的检测则用5.9cm直径的质子体积线圈(6.1cm长)进行MRI和匀场，用5.0cm直径的氘体积线圈(6.1cm长)进行²H的MRS/MRSI,其中²H线圈安装在¹H线圈内。射频屏蔽罩则是¹H线圈的组成部分，用于管理高质子频率(499.8MHz)的电容，同时使用针对¹H和其它原子核的采集优化的5mm探针。而对于人体的检测，则采用产生4T的磁体上进行，该系统配备67cm直径的梯度磁场，能够在1.1毫秒内切换30mT/m，梯度系统则包括一整套三阶匀场线圈，¹H和²H的射频传输使用4kW射频放大器。实施例中采用28.5cm直径的横向电磁(TEM)体积线圈进行大脑检测，调谐到质子频率(170.5MHz)用于MRI和匀场，²H射频接收频率为26.2MHz，采用四线圈相控阵，在射频传输过程中作为单个射频线圈驱动，将四个8cm×10cm矩形角²H阵列元件等距地定位在18cm×25cm椭圆形成形器上，该椭圆形成形器位于¹H TEM线圈内，¹H-²H探头则由直径9cm的²H表面线圈和一对椭圆形14.5cm×11cm的¹H线圈正交排列的方式组成。

其次，在选择好设备和参数后，选取相应的检测对象来进行检测，在人体检测方面选取有73例，年龄介于15-79岁，健康受试者有10男5女，其它为经病理证实的胶质瘤患者，有40男18女，在这些患者中又依据WHO的诊断分为低度恶劣组25例(I级9例，II级16例)，高度恶劣组(III级19例，IV级14例)，所有均为初发病例，并没有接受放化疗治疗。对于动物的检测来说，选择9个具有健康脑，肝和注射了大鼠胶质瘤细胞的神经胶质瘤受试者，而大鼠胶质瘤细胞则使用标准细胞培养条件(37℃和5％CO₂)在T75烧瓶中培养RG2神经胶质瘤细胞，收获RG2细胞，并将～1250个悬浮于5μl无血清低葡萄糖的改良培养基(DMEM)中的细胞注射进麻醉后的大鼠的脑中。

第三，依据不同的受试对象，给予使用不同的示踪药物，对于人类受试者则采用口服[6,6′-²H₂]葡萄糖，以0.75克/千克体重的用量，溶解在200-300毫升水中，最大的用量不超过60克，对于大鼠则将[6,6′-²H₂]葡萄糖以1M的浓度溶解在水中，以1.95g/kg体重的用量进行注射，通过股静脉或腹膜内的静脉进行输注，或者采用[²H₃]乙酸以2μM的浓度溶解在水中，并如葡萄糖一样进行注射，得到总共2g/kg体重的[²H₃]乙酸。同时也可以采集待检测部位的细胞，用磷酸盐缓冲盐水洗涤细胞，在标准培养条件(37℃和5％CO₂)下与含有100％[6-¹³C]葡萄糖或[6-¹³C，6,6′-²H₂]在DMEM中一起培育，6小时后，收集培养基，并加入[2-¹³C]甘氨酸作为内标形成样品，然后将样品(5ml)在冷冻干燥机上冷冻干燥，再在冷冻干燥的样品中加入600μl作为化学位移参考和内部浓度标准的混合溶液，该混合溶液是含有磷酸盐缓冲液(100mM)、D₂O(10％)、甲酸钠和咪唑的水的混合物。

第四，对受试者进行待测部位的检测，收集核磁共振信号，对于人脑的检测，使受试者仰卧在¹H的TEM或²H的相控阵组合的RF线圈内，获取解剖MR图像以用于与氘成像数据进行配准，磁场的匀场化则采用三维B₀映射和二阶球谐函数来优化，这样大脑中就会形成70mm×90mm×40mm＝252ml体积中有大约11Hz宽的水线；对于人类肝脏的检测来说，将人类受试者仰卧，将¹H或²H的RF线圈连接到刚性支撑物上以使其受到外部运动的影响达到最小化，将RF线圈放置在肝脏的侧面上，在呼吸的呼气末期间获取躯干的解剖MR图像以确认探针的正确定位，并使用一阶球谐函数的迭代平差调整跨越倾斜的30mm×40mm×40mm＝48ml局部体积来优化磁场均匀性，得到的水线宽约为30Hz；对于动物的检测来说，将动物置于¹H/²H的表面线圈下用于大脑检测和位于¹H/²H的体积线圈内用于肝脏检测，用热水垫(大脑)或热空气(肝脏)将体温维持在37℃，对于大脑来说，解剖MR图像的采集是在三维B₀映射(二阶球谐函数匀场)之后进行的，在7mm×5mm×10mm＝750μl体积内产生大约25至30Hz，在携带脑肿瘤的大鼠中，在静脉内或腹膜内注射200μlT₁造影剂钆喷酸二葡甲胺后获得T₁加权图像，对于肝脏检测，MR图像采集以及线性球谐函数的迭代匀场是呼吸门控的，从水线宽度测量，倾斜10mm×18mm×5mm＝900μl体积的磁场均匀性通常在60至90Hz范围内。²H核磁共振信号采集是通过在激发后的初始1.1ms(动物)或2.7ms(人)期间用三维相位编码梯度扩展的脉冲采集序列来实现的。对于大脑和人类肝脏检测，使用50μs(动物)或500μs(人类)持续时间的90°矩形RF脉冲实现信号激发，对于动物肝脏检测，使用2.0ms RF脉冲(90°；带宽，3.0kHz)实现信号激发，并使用25mm厚的横向板来最小化由于心脏搏动而引起的伪影。此时人脑的氘成像数据就可以在20mm×20mm×20mm＝8ml空间分辨率下采用球形k-空间编码来获得，重复时间(TR)为333ms，平均值为8，采集持续约29分钟；人肝脏的氘的成像数据使用11×9×9的三维²H的MRSI矩阵，分辨率为25×25×25mm³；动物大脑上的稳态氘成像数据在约35分钟内以2mm×2mm×2mm＝8μl的标称空间分辨率下获得(TR＝400ms；8个平均值)；为了提高²H体积线圈的灵敏度，动物肝脏上的氘成像数据则以4mm×4mm×4mm＝64μl的标称空间分辨率下在约25min内获得(TR＝400ms；4个平均值)。同时还测量了T₁(纵向弛豫时间)，T₂(横向弛豫时间)，其中水，葡萄糖，Glx和乳酸的T₁值是基于信号幅度的三参数拟合来估计的，该信号幅度是使用非定域反演恢复的方法获得的；T₂则是使用非局部自旋回波序列进行全局测量，其中不同的回波时间在6和400ms之间，在标记的葡萄糖，Glx和乳酸的情况下，衰减信号幅度与单指数函数拟合，并且对于²H标记的水，其具有双指数函数，在50至100ms范围内的²H-²H的标量耦合大约为0.1至0.2Hz，就不会影响代谢物的T₂估计值。该发明中检测了大脑中海马的解剖结构和信号的变化，在核磁共振扫描成像时，扫描：1)自旋回波序列(SE)横断面T1WI，层厚7.5mm，间距2.25mm；2)快速自旋回波序列(TSE)横断面T2WI，层厚7.5mm，间距2.25mm；3)矢状面qSE序列T2WI，层厚5mm，间距0mm；4)垂直于矢状位上右侧海马长轴的倾斜冠状面TSE序列T2WI，扫描野的后界定在穹隆脚后方，前缘达颞极，包括海马头、体、尾全部，层厚3mm，间距0mm；5)平行于右侧海马长轴的横断面TSE序列T2WI，层厚5mm，间距0mm。²H的MRSI成像：根据上述常规MRI成像的3)、4)、5)的扫描图像，共同作²H-MRS的定位图像，局部匀场后，使用平面²H-MRSI的点分辨波谱序列，定位平行于横断面的定位像(即5))，成像视野(FOV)：160mm×160mm，兴趣区(VOI)包括两侧海马和颚叶新皮层，定位时尽量避开周围的脑沟、颅底骨质和鼻窦腔内气体，以免影响测量结果，范围：100/1 10mm X60mm，层厚：15mm。体素大小：10mm×10mm×15mm。水抑制采用化学位移选择序列。数据处理：用波谱分析软件完成MRS的原始数据处理，所得谱线经过基线校正后分别对氮一乙酰天门冬氨酸(NAA)、肌酸(Cr)和胆碱复合物(Cho)的波峰进行积分计算峰下面积。在²H-MRS的VOI中，由前至后依次选择位于海马头部和体部灰质的4个体素块，所选体素应位于两侧同源对称位置。根据代谢物峰值下面积积分分别计算NAA/(Cr+Cho)比值，求得海马所选择四个体素NAA/(Cr+Cho)的均值作为该区域代谢物浓度改变的指标。以对照组NAA/(Cr+Cho)的均值作为定位标准，符合以下两种情况之一，即可定侧：若单侧异常，如单侧低于下限，则此侧为致痫侧；若双侧异常但两侧显著不对称则计算两侧差值，若大于一个标准差，则降低严重侧为致痫侧，若小于一个标准差则不能定侧：对照组、检测组(患侧组、对侧组)三组间海马的NAA/(Cho+Cr)比值差异均有统计学意义(P分别为0.000，0.46，0.27)，患侧组NAA/(Cho+cr)比值分别较对侧组和对照组降低了10.5％和16.4％，见表1。所测正常对照组海马区域的NAA/(Cho+Cr)比值平均为(0.61±0.05)，均值的95％可信区间下限为0.59，标准差为0.05。通过图谱以及对应的数据处理后就能检测出待测位置的状况。测试结果如表1中所示，其表示了在上述受试者中各级星形细胞胶质瘤的(Cho/NAA)max和(Cho/Cr)max相对值；其中P＜0.001，与高度恶性星形细胞胶质瘤比较，

第五，将全部获得的¹H的MRI，²H的氘成像图谱通过对应的软件进行处理，得到如图2至图4中所示的图谱，处理包括由于相位编码梯度和5Hz线展宽而导致的缺失时域点的线性预测，然后是4D傅立叶变换(三个空间域，一个时域)，所得到的²H的核磁共振波谱用最多四条洛伦兹线和基线的线性最小二乘法进行量化，就最小化了光谱中未知参数的数量，最大化了光谱拟合的稳定性，在线性预测和相位校正之后，所有²H的核磁共振信号的相位相等且为零，由于在相位校正中存在有误差，光谱拟合算法允许全局相位(等于信号)的范围为[-π/6...+π/6]，此时²H标记的代谢物的化学位移就具有高度的可重复性，并且对化学环境中的微小变化不敏感。所有信号的频率就与水的化学位移有关，因此每次谐振允许微调±0.01ppm，共振的线宽与水共振相关联，再考虑固有T₂弛豫的差异，使用在体内测量的T₁弛豫时间常数和在模拟溶液中获得的定量B₁+图来校正由不完全T₁弛豫和RF发射B₁+磁场不均匀性引起的信号变化，该模拟的溶液中含有水，1.5％琼脂和1％的重水。

第六，通过²H的图谱数据就可以定量得出所检测的²H的含量，进而分析出待检测部位的状况。使用天然丰度的水峰作为内部参考等于10.12mM，然后将修正的水和代谢物峰的校正幅度转换为浓度(以毫摩尔计)，假设水浓度为55.5M，由于脑组织中含水量为80％，肝脏中含水量为70％，氘天然丰度为0.0115％。²H标记的物质和代谢物通过将²H的NMR信号归一化为每分子的氘核数量，通过将定量信号除以2将水中²H的NMR信号放大和[6,6′-²H₂]葡萄糖中的²H的NMR信号标准化，在标称的MRSI网格上计算的氘标记的代谢物水平(例如，大鼠脑上的11×11×11)是在每个维度上以五倍大的网格进行插值的(即55×55×11在大鼠脑上)，然后通过将标称的氘成像数据与高斯核卷积来实现平面插值，其中卷积还提供了等于1.2到1.8像素宽度的固有高斯平滑，将插值的氘成像图与解剖学MR图像重叠作为幅度颜色图。另外还可以算出比吸收率(SAR值)，用于人脑的氘成像的射频线圈的功率输出在四个阵列元件中的每一个的射频线圈连接处测量，在550W的标称幅度输出功率水平下用于氘成像采集，通过总输出功率和占空比(1.5/1000ms)来估算抛物线指标(SAR)，并假设射频线圈组件被安装在3公斤的人头上(5公斤人头的60％)，这样就会产生0.16W/kg的SAR值。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于氘成像的核磁检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1，给受试者使用²H标记的作为示踪的示踪药物；

S2，在给受试者使用示踪药物后，给定时间内通过核磁共振波谱仪扫描待检测部位并形成²H的图谱；

S3，处理分析S2中获得的²H的图谱数据，得出检测结果。

2.根据权利要求1所述基于氘成像的核磁检测方法，其特征在于：所述示踪药物是氘代糖类、氘代氨基酸、氘代乙酸、氘代乳酸、氘代柠檬酸、氘代羟丁酸中的任意一种或多种。

3.根据权利要求2所述基于氘成像的核磁检测方法，其特征在于：所述氘代糖类是[6,6′-²H₂]葡萄糖，所述氘代氨基酸是氘代天冬氨酸、氘代谷氨酸、氘代异亮氨酸、氘代丙氨酸、氘代亮氨酸中的任意一种或多种。

4.根据权利要求1所述基于氘成像的核磁检测方法，其特征在于：所述步骤S2中的给定时间是60至180分钟。

5.根据权利要求1所述基于氘成像的核磁检测方法，其特征在于：所述²H的图谱是通过²H的NMR和三维空间相位梯度编码的MRI图光谱拟合形成的。

6.根据权利要求5所述基于氘成像的核磁检测方法，其特征在于：所述光谱拟合的步骤依次是：a1,通过核磁共振波普仪形成MRI图；a2，在MRI图上选取待确认位置并通过²H的NMR进行光谱覆盖，a3,在a2形成的图谱中选取单个体素形成与标准图谱进行比对的图谱。

7.根据权利要求6所述基于氘成像的核磁检测方法，其特征在于：所述MRI图的信号采集是在呼吸呼气后的1-3毫秒内通过三维相位编码梯度扩展的脉冲采集序列实现的，所述²H的图谱是在球形k-空间编码下获得。

8.根据权利要求1所述基于氘成像的核磁检测方法，其特征在于：所述核磁共振波谱仪用于MRI和匀场的射频发射和接收是在调谐到质子核磁共振频率下通过正交的表面线圈进行的。

9.根据权利要求1所述基于氘成像的核磁检测方法，其特征在于：所述步骤S2中还包括有核磁共振信号的处理，其包括通过软件程序依次进行的线性预测、傅里叶变换步骤。

10.根据权利要求1所述基于氘成像的核磁检测方法，其特征在于：所述核磁共振波谱仪是具有多通道的核磁共振仪。

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