JP4177111B2 - マジックアングル技術を用いる高分解能磁気共鳴分析法 - Google Patents
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Description
この出願は、ここで参照することにより本明細書に含められる2001年3月9日に出願された米国特許出願第09/803,381号の一部継続出願である。
この発明は、合衆国政府の支持により合衆国エネルギー省裁定の契約番号DE-AC0676RLO1830の下でなされた。合衆国政府は、この発明にある一定の権利を有する。
本発明の開示は、磁気共鳴(MR)分析、特に生物学的対象の磁気共鳴分光法(MRS)および磁気共鳴撮像法(MRI)に関する。
磁気共鳴は原子核のある選択群が示す現象であって、これらの原子核(「磁気回転」核と称される)中における核磁気モーメントの存在に基づく。磁気回転核が強い均一な定常磁場(所謂「外部場」で、本発明では「静」磁場と称される)の中に置かれると、それはラーモア振動数として知られる固有振動数で歳差運動する。ラーモア振動数は各原子核タイプの特徴を示すもので、原子核の場所における印加された場の強さに依存性である。典型的な磁気回転核に1H(プロトン)、13C、19Fおよび31Pがある。これら核の歳差運動振動数は、強いRFパルスがそれらのラーモア振動数でまたはその振動数付近で印加された後に結果として生ずる横方向磁化をモニターすることによって観察することができる。その測定信号をフーリエ変換により振動数スペクトルに変換することが一般的なやり方である。
本明細書には、緩速マジックアングルスピニング技術をある特定のラジオ周波パルスシーケンスと組み合わせることによって対象を磁気共鳴分析する方法が開示される。この組み合わせは、(a)生物学的対象中の組織または細胞構造を損傷させず、かつ(b)緩速マジックアングルスピニングに関連したスペクトル中のスピニングサイドバンドピークを実質的に取り除く、生物学的対象の高分解能スペクトルを得る方法を初めて提供する。関心のある原子核を内部局所静磁場中に含んでいる分子の拡散は緩速スピニングには問題であるという従来の予想に反して、本発明者は、驚くべきことに、本明細書に開示された方法が在来の高速MASにより得られるスペクトルの分解能に匹敵する、またはそれより良好な分解能を持ち、そして低回転周波数にスピニングサイドバンドピークを実質的に含まないNMRスペクトルを与えることを発見した。
幾つかの態様の詳細な説明
理解を容易にするために、本明細書中で使用される次の用語を以下においてさらに詳細に説明する。
前記で確認した第一、第二および第三態様によれば、緩速マジックアングルスピニングは、対象を約100Hz未満、好ましくは約10Hz未満、さらに好ましくは約3Hz未満の周波数でスピニングまたは回転させることを含む。可能な回転周波数の範囲の1例は約1〜100Hz、好ましくは約1〜約5Hzである。これとは対照的に、標準の高速マジックアングルスピニングは少なくとも1kHzのオーダーの周波数を用いる。
試料の調製
C57BI/6Jと交雑された129/SvJマウスの遺伝的突然変異体である4匹のマウスから新鮮な組織を摘出した。使用されたマウスは、過剰の鉄がマウスの規定食中に与えられるならば組織中に過剰の鉄沈着をもたらす単遺伝的突然変異である遺伝性ヘモクロマトーシスを持っている。分析された組織は、これらマウスに与えられた規定食が標準の鉄レベルを有していたので正常であると見なされた。体重20gの55日齢の雄と雌のマウスを頸部転位で死なせ、速やかに組織を取り出し、そして直ちに分析するか(脳および肝臓)、または分析前に2℃で2〜4時間貯蔵した(腎臓、心臓および殿筋)。これらの組織をChemagneticis社から商業的に入手できる外径7.5mm、内径5mmのペンシル型ローターに挿入し、そしてそのローター中央の2つのTEFLON製プラグ間に保持した。実験は全て約25℃で行われた。
1H NMR実験を、Chemagnetics 300 MHz Infinity分光計で、299.982MHzのプロトンラーモア振動数を用いて行った。ドライバーチャンネル中に7.5mmのペンシル型スピナーシステムおよび空気流の制限を備える標準交差分極(CP)/MASプローブが用いられた。こうして、スピニング速度を43〜125Hzのスピニング範囲にわたって約±2Hzの正確度で調節することが可能になった。
試料の調製
以下において説明される実験は、雄のFisher 344ラットから得られた摘出肝細胞について行われた。肝臓は、静的試料について得られたプロトン線が非常に広く、そのため色々な代謝産物の解像が困難または不可能であることが見いだされたので選ばれた。肝臓をラットから取り出すに先だって、ラットをCO2で窒息させることにより死なせた。試料をNMRローターに装入する前に、約200mgの肝臓を小片(大きさ約2mm)に切り分け、そして幾分かは等方性の試料を与えるようにランダムに選んだ一定部分をローターに挿入した。
1H NMR実験を、Chemagnetics 300 MHz Infinity分光計で、299.982MHzのプロトンラーモア振動数を用いて行った。7.5mmのペンシル型スピナーシステムを備える標準Chemagnetics CP/MASプローブが用いられた。低周波数でスピンすることができるようにするために、ローターには平形駆動チップが装備され(即ち、ローターはそれを駆動するために普通使われる溝を含んでいなかった)、かつドライバーチャンネル中で空気流の制限が利用された。スピニング速度は、市販のChemagnetics MAS速度コントローラーを用いて自動コントロールモード下で制御された。ドライバーチャンネル中の空気流の制限を外した後に、かつ平形駆動チップを標準チップで置換することによって5kHzもの高速のスピニング速度に達することができた。
Claims (18)
- 生物学的対象(ヒトを除く)の磁気共鳴分析を行う方法であって:
生物学的対象を主磁場の中およびラジオ周波場の中に置き、ここでその主磁場は静磁場方向を有し;
上記生物学的対象を上記主磁場の静磁場方向に関して54°44’の角度に位置する軸の周りに100Hz未満の回転周波数で回転させ;
上記ラジオ周波をマジックアングルターニングパルスセグメントを含むパルスシーケンスを与えるようにパルス化し;そして
上記パルス化ラジオ周波によって発生せしめられたデータを集める
工程を含む上記の方法。 - 生物学的対象(ヒトを除く)の磁気共鳴分析を行う方法であって:
生物学的対象を主磁場の中およびラジオ周波場の中に置き、ここでその主磁場は静磁場方向を有し;
磁場が上記主磁場の静磁場方向に関して54°44’の角度に位置する場の方向を有するように、磁場を100Hz未満の回転周波数で回転させ;
上記ラジオ周波をマジックアングルターニングパルスセグメントを含むパルスシーケンスを与えるようにパルス化し;そして
上記パルス化ラジオ周波によって発生せしめられたデータを集める
工程を含む上記の方法。 - 生物学的対象(ヒトを除く)の磁気共鳴分析を行う方法であって:
生物学的対象を主磁場の中およびラジオ周波場の中に置き、ここでその主磁場は静磁場方向を有し;
上記生物学的対象を上記主磁場の静磁場方向に関して54°44’のマジックアングルに位置する軸の周りに50Hz未満の回転周波数で回転させ;
上記主磁場を、上記マジックアングル軸の周りに、50Hz未満の回転周波数で、上記主磁場および生物学的対象が反対の回転方向に同時に回転するように回転させ;
上記ラジオ周波をスピニングサイドバンドピークを実質的に含まないスペクトルを生じさせることが可能なパルスシーケンスを与えるようにパルス化し;そして
上記パルス化ラジオ周波によって発生せしめられたデータを集める
工程を含む上記の方法。 - パルスシーケンスが水抑制パルスセグメントをさらに含む、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- マジックアングルターニングパルスセグメントが2D-PASSシーケンスを含む、請求項1又は2に記載の方法。
- マジックアングルターニングパルスセグメントが位相補正マジックアングルターニングパルスセグメントを含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 上記生物学的対象中の原子核によるパルス化ラジオ周波シーケンスに対する応答の磁気共鳴分析を行う工程をさらに含む、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 生物学的対象が10Hz未満の回転周波数で回転せしめられる、請求項6に記載の方法。
- 生物学的対象が10〜100Hzの回転周波数で回転せしめられる、請求項5に記載の方法。
- 生物学的対象が液性対象を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 回転が、静磁場方向およびある振幅を有する第一成分、並びに各成分が第一成分の静磁場方向に対して垂直な平面に、その第一成分の静磁場の振幅の21/2倍である振幅を持つ正弦波場を有する第二および第三成分を含む主磁場を与え、この場合上記第二および第三成分は上記静磁場方向に対して垂直な平面で100Hz未満の周波数において回転する磁場を生じさせ、その結果として上記第一成分の静磁場方向に関して54°44’の角度にある方向を有する総合磁場がもたらされる工程を含む、請求項2に記載の方法。
- 回転が、磁石を主磁場の静磁場方向に関して54°44’の角度にある軸の周りに100Hz未満の回転周波数で機械的に回転させる工程を含む、請求項2に記載の方法。
- 生物学的対象を少なくとも1つのパルス化磁場勾配に付し;パルス化ラジオ周波およびパルス化磁場勾配を空間選択性の核磁気共鳴データを発生させるようにパルス化し;そして生物学的対象中の原子核による上記パルス化ラジオ周波シーケンスに対する応答の磁気共鳴撮像を行う工程をさらに含む、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 生物学的対象が細胞物質を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 生物学的対象(ヒトを除く)の磁気共鳴分析を行う方法であって:
生物学的対象を主磁場の中およびラジオ周波場の中に置き、ここでその主磁場は静磁場方向を有し;
上記生物学的対象を上記主磁場の静磁場方向に関して54°44’の角度に位置する軸の周りに100Hz未満の回転周波数で回転させ;
上記ラジオ周波をマジックアングルターニングパルスセグメントを含むパルスシーケンスを与えるようにパルス化し;そして
上記パルス化ラジオ周波によって発生せしめられたデータを集める
工程を含み、マジックアングルターニングパルスセグメントが 2D-PASS シーケンスを含む上記の方法。 - 生物学的対象(ヒトを除く)の磁気共鳴分析を行う方法であって:
生物学的対象を主磁場の中およびラジオ周波場の中に置き、ここでその主磁場は静磁場方向を有し;
上記生物学的対象を上記主磁場の静磁場方向に関して54°44’の角度に位置する軸の周りに100Hz未満の回転周波数で回転させ;
上記ラジオ周波をマジックアングルターニングパルスセグメントを含むパルスシーケンスを与えるようにパルス化し;そして
上記パルス化ラジオ周波によって発生せしめられたデータを集める
工程を含み、マジックアングルターニングパルスセグメントが位相補正マジックアングルターニングパルスセグメントを含む上記の方法。 - 生物学的対象(ヒトを除く)の磁気共鳴分析を行う方法であって:
生物学的対象を主磁場の中およびラジオ周波場の中に置き、ここでその主磁場は静磁場方向を有し;
磁場が上記主磁場の静磁場方向に関して54°44’の角度に位置する場の方向を有するように、磁場を100Hz未満の回転周波数で回転させ;
上記ラジオ周波をマジックアングルターニングパルスセグメントを含むパルスシーケンスを与えるようにパルス化し;そして
上記パルス化ラジオ周波によって発生せしめられたデータを集める
工程を含み、マジックアングルターニングパルスセグメントが 2D-PASS シーケンスを含む上記の方法。 - 生物学的対象(ヒトを除く)の磁気共鳴分析を行う方法であって:
生物学的対象を主磁場の中およびラジオ周波場の中に置き、ここでその主磁場は静磁場方向を有し;
磁場が上記主磁場の静磁場方向に関して54°44’の角度に位置する場の方向を有するように、磁場を100Hz未満の回転周波数で回転させ;
上記ラジオ周波をマジックアングルターニングパルスセグメントを含むパルスシーケンスを与えるようにパルス化し;そして
上記パルス化ラジオ周波によって発生せしめられたデータを集める
工程を含み、マジックアングルターニングパルスセグメントが位相補正マジックアングル ターニングパルスセグメントを含む上記の方法。
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