JP2004195225A - 生体の物質代謝プロセスの画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射性マーカを使用しないで高い位置分解能を持つ物質代謝の画像形成方法を提供するる。
【解決手段】ａ）高いＴ１を有する物質（６）を用いて標識（４）された撮像すべき物質代謝の物質代謝関与物質（２）を分極化（８）し、
ｂ）生体（１０）に、標識（４）されかつ分極（８）した代謝関与物質（２）を供給し、
ｃ）磁気共鳴装置（１４）により生体（１０）の範囲の第１の画像（１６）を作成し、第１の画像（１６）はその範囲における分極した物質の分布を表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は生体の物質代謝プロセスの画像形成方法に関する。

生体の物質代謝プロセスは、今日では陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ、ポジトロンエミッショントモグラフィ）により画像表示することができる。その場合、定量的に器官または細胞領域の機能を測定するために、陽電子放出体および陽電子対消滅の特別な特性が利用される。測定原理は陽電子放出体で標識されたいわゆるトレーサを使用することにある。ＰＥＴにいちばん使用される陽電子放出体は¹¹Ｃ，¹³Ｎ，¹⁵Ｏおよび¹⁸Ｆである。陽電子放出体¹¹Ｃ，¹³Ｎおよび¹⁵Ｏによって生体分子内の安定同位体を置換することは、トレーサの生化学変化をもたらさず、従ってそれらの代謝挙動を乱れなく撮像することを可能にする。しばしば生体分子内の水素と置換される¹⁸Ｆを使用する場合、代謝挙動の変化は望みどおりであるか、または著しく乱れずに最小である。従って、グルコース代謝の測定のためにはトレーサとして例えば¹⁸Ｆ−ＦＤＧが使用され、ドーパミン代謝の表示のためには例えばＦ−ＤＯＰＡが使用される。ＰＥＴの臨床応用としては、とりわけ心臓病分野、神経症分野および腫瘍症分野を考慮することができる。体内の物質代謝および生化学を定量的に表示することができるボリューム範囲全体を同時に撮像することが特に好ましいことが分かっている。もちろん、短い半減期のために、一般に用いられている放射性マーカ（標識）が現場で生成され、品質管理のチェックが行なわれ、その後患者に注入される。さらに、人体構造上の詳細は、特殊な脳断層撮影にとって１〜２ｍｍでは、また全身断層撮影にとって２〜３ｍｍでは、多くの場合十分ではない。従って、現代の設備は、後段に接続されたＸ線コンピュータ断層撮影装置（ＣＴ装置）を持っている。ＣＴ装置により作成される解剖学（つまり人体構造）画像は、後段処理ステップにおいて画像重ね合わせの処理を施される。

他方では、磁気共鳴技術により、生体内の例えば¹⁹Ｆの濃度を画像表示することができる。しかしながら、この場合、生体内のフッ素の僅かな濃度およびそれにともなう磁気共鳴技術の僅かな感度がフッ素画像形成に対して不都合に作用する。これは、相応に大きなボクセルによって、従って相応に低い位置分解能によって補償されるであろう。

高いＴ１緩和時間を有しかつ生体外において分極される造影剤を使用する磁気共鳴画像形成方法は公知である（例えば、特許文献１参照）。この種の造影剤は、零とは異なる磁気モーメントを持つ核を含む。例えばそこでは¹⁹Ｆ，³Ｌｉ，¹Ｈ，¹³Ｃ，¹⁵Ｎまたは³¹Ｐが挙げられている。得られた造影剤画像は、解剖学的（つまり人体構造）磁気共鳴画像、従ってプロトン画像に重畳される。そこでは、なおも次のことが述べられている。すなわち、適合化された高周波励起または位相感応方法により、化学的に異なる周囲にだけ存在する核の磁気共鳴画像を作成することができる。特にフッ素１９（¹⁹Ｆ）および炭素１３（¹³Ｃ）の核を有する高いＴ１緩和時間を持つ造影剤の場合、代謝活性度に依存して化学シフトが変化することが画像形成に利用される。これは、この活性度の画像表示に使用することができる。
米国特許第６２７８８９３号明細書

本発明の課題は、放射性マーカ（標識）を使用しないで高い位置分解能を持つ物質代謝の画像形成方法を提供することにある。

本発明の課題は請求項１の構成によって解決される。すなわち、本発明による生体の物質代謝の画像形成方法は
ａ）高いＴ１を有する物質を用いて標識された撮像すべき物質代謝の代謝関与物質を分極させ、
ｂ）生体に、標識されかつ分極した代謝関与物質を供給し、
ｃ）磁気共鳴装置により生体の範囲の第１の画像を作成し、第１の画像がその範囲における分極した物質の分布を表示する
ことを特徴とする。

基本的にはＰＥＴにおいても使用される同じ物質を、磁気モーメントを持つ核によって相応の標識付与（マーキング）を行った後に使用することができることは利点である。しかし、ＰＥＴに比べて、この場合には測定の繰り返しが比較的短い時間後に可能である。この時間は分極の消滅によって決まる。本発明による方法は相応に追加装備された診断用磁気共鳴装置によって行なうことができる。

従属請求項には本発明の実施態様が記載されている。

特に好ましい構成は、標識されかつ分極した代謝関与物質として、基本的にはＰＥＴで使用されるトレーサが使用されるが、しかし放射性マーカ（標識）が、核磁気モーメントを有する非放射性マーカによって置き換えられることが特色である。これは、物質の新たな医療応用のための多くの国々において定められた認可手続を簡単化する結果をもたらす。

マーカとしてフッ素１９（¹⁹Ｆ）を使用する場合、現代の分極方法（過分極）で、このマーカのスピン状態の占有分布は簡単に１０^-6から０．２へ上昇する。それゆえ、ＰＥＴの適用の場合にも得られるミリメータのオーダの位置分解能を達成するために、十分に信号形成する核が利用できる。

多くの物質代謝プロセスは分単位の時間範囲で経過する。この場合にも血管ボリュームだけでなく物質代謝プロセスを視覚化するために、ほぼ連続的な供給は分単位の時間に亘って行われる。その場合に供給および分極は同時に行なわれる。

分極した代謝関与物質の濃度上昇もしくは灌流（又は灌注）の時間的経過に関する情報を得るために、断続的に代謝関与物質の通常の画像形成で低い分解能（例えば６４×１２８）および／または１°よりも小さい非常に小さいフリップ角を持つ画像を作成することができる。これは分極曲線を僅かしか乱さず、信号／ノイズ比は小さいマトリックス量によって十分に良好である。

以下において本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

生体の物質代謝プロセスの画像形成方法は、とりわけグルコース代謝およびドーパミン代謝の画像表示に適している。しかし、この方法は、相応のトレーサを使用するならば、脂肪酸代謝およびアミノ酸代謝の撮像にも適し、あるいは灌流（又は灌注）の撮像にも適している。グルコース代謝の画像表示に関する臨床応用は、心臓病分野、神経症分野および腫瘍症分野に存在する。ドーパミン代謝の画像表示を介して、とりわけドーパミンプールを測定することができ、それからシナプス前におけるドーパミン作動性機能を逆推理することができる。その場合に使用されるＦ−ＤＯＰＡは脳における神経伝達物質として役立ち、パーキンソン症候群およびアルツハイマー病の早期発見への使用が大いに期待できる。

物質代謝プロセスの画像形成方法は、例えばグルコース代謝の場合にはＦ−フルオロデオキシグルコース（Ｆ−ＦＤＧ）、ドーパミン代謝の場合にはＦ−ＤＯＰＡの如く、撮像すべき物質代謝の代謝関与物質２から出発する。代謝関与物質２の標識付与のために高いＴ１を有する物質６が用いられる。例えば、このために、代謝関与物質２内に存在するフッ素が、フッ素の同位元素である¹⁹Ｆによって置換される。¹⁹Ｆの占有転置は体温および約１テスラの場合１０^-6の大きさであるので、標識された代謝関与物質は、適用前に公知の過分極方法の１つにより体外で分極される（方法ステップ８）。その場合、例えば低温（Ｔ＜２０Ｋ）においてオルト水素に比べてパラ水素が濃度上昇することが利用される。有機物質または金属錯体における触媒作用による添加反応によって、この分極が固体材料に伝達される。固体における非常に長いＴ１時間によって分極が記憶される。分極転移（クロスリラクション）によって分極が結局フッ素核に伝達される。過分極は例えばいわゆる光ポンプを介して行なうこともできる。

その後、このように分極したトレーサは、相応の物質代謝プロセスを画像形成するために、生体１０に例えば静脈内溶液の形で供給される（方法ステップ１２）。これは撮像すべき物質代謝プロセスに依存してほぼ連続的に数分で行なわれる。その際、分極が同時に行なわれる。物質代謝プロセスの本来の画像形成のために、ここでは、２つの異なる核種の画像形成のために構成された磁気共鳴装置１４が使用される。この場合、一方では物質代謝形成のためにフッ素核の磁気共鳴信号について、他方では従来の解剖学的（つまり人体構造）画像形成のためにプロトンの磁気共鳴信号について励起および後続処理が行なわれる。その場合、主たる相違は両者の核の磁気共鳴周波数にあり、それらの磁気共鳴周波数の分布が画像表示される。磁気共鳴周波数は、１テスラの基本磁場の場合、フッ素核については約ｆ₁＝４０ＭＨｚ、プロトン画像形成についてはｆ₂＝４２ＭＨｚである。従って、磁気共鳴装置１４は、高周波アンテナを含む高周波部分、位置コーディングのための傾斜磁場の制御部および信号評価部が相応に構成されていなければならない。

画像形成シーケンス、すなわち励起のための高周波磁場および位置コーディングのための傾斜磁場の定められた順序としては、とりわけ２Ｄ−または３Ｄ−ＦＬＡＳＨシーケンスの如き特に高速のシーケンスが適している。この場合、ＦＬＡＳＨは「Ｆａｓｔ Ｌｏｗ Ａｎｇｌｅ Ｓｈｏｔ（ファースト・ロウ・アングル・ショット）」の略記であり、高速のグラジェントエコーシーケンスである。過分極したフッ素の画像形成の場合、フッ素の画像形成のための励起角（フリップ角）α₁が約１°のオーダしかなく、低い分解能を有する前述の画像形成の場合には１°よりも小さいことを考慮すべきである。これに加えて、または代替として、マトリックスサイズを縮小することができる。これは、各励起において次式に応じた分極の相応の成分が使用されるからである。
Ｍ_Z（ｎ）＝Ｍ_HYPERPOL・ｃｏｓ（α_n）・ｅｘｐ（−ｎ・ＴＲ／Ｔ１）
ただし、Ｔ１：過分極核の緩和時間
ＴＲ：繰り返し時間
ｎ：高周波励起の回数
α_n：フリップ角
しかしながら、他方では画像形成するフッ素核の過分極に基づいて、高い信号Ｍ_Z（ｎ）・ｓｉｎ（α_n）が利用できる。これに対して、プロトンの画像形成のために、励起角α₂を所望の画像重み付けに応じて選択することができる。

画像撮影の時間的制御は決められた時間の標識されかつ分極した代謝関与物質のボーラスが注入１２の後に患者１０内の検査すべき部位に到達し、そこで有効となることを考慮しなければならない。その後はじめて物質代謝画像１６の画像撮影が始まる。更に、物質代謝の画像形成の前後において従来の解剖学的な磁気共鳴画像が作成される。物質代謝画像１６および解剖学画像１８から相応の登録処理後に画像重ね合わせによる重畳画像２０が作成され、重畳画像２０は表示装置２２上に表示される。

しかしながら、物質代謝プロセスの画像形成方法は、フッ素による標識付与に限定されない。分子周囲に高いＴ１を有する他の同位元素により標識されたトレーサも使用できる。それには、例えば¹³Ｃ，¹⁵Ｎ，³¹Ｐまたは³Ｌｉが属する。

本発明による方法の実施例を示す流れ図

符号の説明

２ 代謝関与物質
６ 高いＴ１を有する物質
１０ 生体／患者
１２ 注入
１４ 磁気共鳴装置
１６ 物質代謝画像
１８ 解剖学画像
２０ 重畳画像
２２ 表示装置

Claims (14)

1. ａ）高いＴ１を有する物質（６）を用いて標識（４）された撮像すべき物質代謝の代謝関与物質（２）を分極（８）させ、
   ｂ）生体（１０）に、標識されかつ分極した代謝関与物質（２）を供給し（１２）、
   ｃ）磁気共鳴装置（１４）により生体（１０）の範囲の第１の画像（１６）を作成し、第１の画像（１６）がその範囲における分極した物質の分布を表示する
   ことを特徴とする生体の物質代謝プロセスの画像形成方法。
2. 磁気共鳴装置により同一範囲の第２の画像（１８）を作成し、第２の画像（１８）がその範囲におけるプロトンの分布を表示し、第１の画像（１６）と第２の画像（１８）との重ね合わせによって全体画像（２０）を作成することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 第１の画像を作成するために物質を選択的に物質のラーモア周波数（ｆ₁）で励起することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 第１の画像（１６）を作成するために物質を１°のオーダのフリップ角（α₁）で励起することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
5. 第２の画像（１８）を作成するためにプロトンを選択的にプロトンのラーモア周波数（ｆ₂）で励起することを特徴とする請求項２乃至４の１つに記載の方法。
6. 高いＴ１を有する物質（１６）としてフッ素１９（¹⁹Ｆ）を使用することを特徴とする請求項１又は５記載の方法。
7. 代謝関与物質（２）としてグルコース代謝の出発物質を使用することを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。
8. 代謝関与物質（２）として¹⁹Ｆ−フルオロデオキシグルコースを使用することを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
9. 代謝関与物質（２）としてＦ−ＤＯＰＡを使用することを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。
10. 標識されかつ分極した代謝関与物質の供給（１２）をほぼ連続的に数分の時間にわたって行なうことを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
11. 分極（８）および供給（１２）を同時に行なうことを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の方法。
12. 他の複数の第１の画像（１６）を作成することを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の方法。
13. 他の複数の第１の画像（１６）のうちの少なくとも１つは残りの第１の画像（１６）よりも低い分解能で作成されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 他の複数の第１の画像（１６）のうちの少なくとも１つは残りの第１の画像（１６）よりも僅かなフリップ角で作成されることを特徴とする請求項１２又は１３記載の方法。

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