利用超极化惰性气体对于核磁共振和磁共振成象质量的提高制造技术

本发明专利技术一般来说涉及应用于光谱学和成象的核磁共振（ＮＭＲ）技术。更具体地说，本发明专利技术涉及利用超极化惰性气体（例如氙气和氦气）增强和提高核磁共振和磁共振成象质量的方法。此外，本发明专利技术的超极化气体溶液用于活体内和活体外以研究一个系统的动态过程或结构。当用于生物系统时，不论在活体内还是在活体外，以超极化气体为目标并将其传送到该系统中的特定区域都属于本发明专利技术的范围。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一般来说，本专利技术涉及应用于光谱学和成象的核磁共振(NMR)技术。更具体地说，本专利技术涉及利用超极化惰性气体(例如氙气和氦气)增强和提高核磁共振和磁共振成象质量。 专利技术
技术介绍
核磁共振(NMR)技术是应用于光谱学研究和成象的常规技术。核磁共振光谱法是测定液态、固态、甚至气态分子的基本结构、形态和局部动态特性的最有力的方法之一。作为一种全身成象技术，磁共振成象(MRI)能够提供具有极高的软组织分辨率的图象，使得在许多临床诊断中磁共振成象成为最常用的手段。磁共振成象所拍摄的图象能够使临床医生区别出病态位置和健康组织。例如，磁共振图象能够清晰地从周围的组织中区分出肿瘤。此外，使用磁共振成象能够对器官中特定区域成象和获得关于各种过程包括血液流动和组织灌注过程的解剖学(形态学和病理学)信息和/或功能信息。现在关于大脑的功能图象已经有大量文献记载。利用磁共振成象方法获得的结构和功能信息可以采用全身核磁共振光谱法来补充。对于器官的核磁共振光谱研究提供了一种探测在研究过程中在组织内发生的化学过程的手段。例如，可以研究固有的NMR光谱标记物如乳酸和柠檬酸的位置和含量以增进对于疾病状态的化学过程的了解(Kurhanewicz,J.等人，Urology45:459-466(1995))。NMR光谱学还可用于观察用药对于生物体的生物化学作用和用药之后药物发生的变化(Maxwell,R.J.,Cancer Surv.17:415-423(1993))。由于这些技术的创建，通过提高灵敏度或使用适当设计的外部探测剂来改善利用MRI和NMR光谱法获得的信息的尝试一直在进行之中。在成象和光谱测量方面，灵敏度使得NMR的应用受到持久的挑战。在质子MRI中，对比度主要是由组织中质子的数量和这些质子的固有弛豫时间(即T1和T2)控制的。组织结构不同的相邻组织在MR图象中却磁性相似地出现等强度。由于组织中质子含量不是一个容易控制的参数，所以在磁性相似组织之间产生区别的方法是在生物系统中引入顺磁性药物(即对比增强剂)如Gd(DTPA)(Niendorf,H.P.，等人，Eur.J.Radial.,13:15(1991))。质子核与Gd+3离子上不成对的自旋之间的相互作用急剧减小了质子的弛豫时间，使得在相互作用点的组织强度增大。Gd(DTPA)及类似作用剂都是小分子量作用剂，它们大多被限定在细胞外代谢区中，并且不容易穿过完整的血液-大脑屏障。因此，这些增强剂在功能性脑成象中用处很小。与MRI类似，NMR光谱研究一般依赖于对以自然丰度存在的NMR活性核子(例如，1H、31P、13C)的探测(Sapega,A.A.，等人，Med.Sci.SportsExerc.,25:656-666(1993))。此外，被观察的化学物质必须具有与观察窗中的其它化合物不同的光谱特性。因此，在NMR光谱测量中的灵敏度为需要研究的分子的丰度和光谱特性的函数。由于应用了包含NMR活性核子，例如19F的外部探测剂，NMR光谱研究的范围已经在某种程度上扩展了(Aiken,N.R.，等人，Biochim.Biophys.Acta,1270:52-57(1995))。惰性气体作为MRI和NMR光谱测量的示踪物和探测剂是有意义的(Middleton,H，等人，Magn.Res.Med.,33:271(1995))但是，这些分子的MRI和NMR光谱测量灵敏度相对较低。造成惰性气体在这些技术中灵敏度不高的一个原因是惰性气体试样的自旋极化、或净磁矩较弱。例如，在室温下处于热平衡的一个典型分子具有沿所施加的磁场方向的超自旋的几率相对于沿相反方向的几率通常小于1/105。在能够达到的程度内，较低的温度和较强的磁场，对于几率的提高只有有限的作用。另一种方法则依赖于通过强迫试样中的分子处于极化状态来破坏平衡磁化。本领域中熟知的两种用于增强核子群的自旋磁化的方法是动态核极化法和光泵激法。动态核极化法，起初应用于金属，产生于耦合自旋之间的正交弛豫。这种现象被称为Overhauser效应，最早由Overhauser等人发现和公开(Overhauser,A.W.，金属中的核极化(“Polarization of nuclei in metals”),Phys.Rev.92(2):411-415(1953),Solomon,I.,“Relaxation processes in a system oftwo Spins,”Phys.Rev.99(2):559-565(1955)，和Carver,T.R.，等人，“Experimental verification of the Overhauser nuclear polarization Effect”,Phys.Rev.102(4):975-980(1956))。核自旋之间的核Overhauser效应在溶液中分子的NMR研究中被广泛地用于确定原子间距离。光泵激法是用于在有惰性气体状态下利用圆偏振光增强包含放射性碱金属的气体的自旋极化的方法。所得的超极化气体已经用于对表面的NMR研究和对空隙空间和表面成象。举例来说，超极化129Xe的增强表面NMR法，如Raftery,D.，等人的文章(Phys.Rev.Lett.66:584(1991))所述；利用超极化129Xe通过热混合对于质子和13C的NMR的信号增强，如Driehuys,B.，等人的文章(Phys.Lett.A184:88-92(1993))和Bowers,C.R.，等人的文章(Chem.Phys.Lett.205:168(1993))所述，以及利用Hartmann-Hahn正交极化增强质子和13C的NMR信号，如Long,H.W.，等人的文章(J.Am.Chem.Soc.115:8491(19993))所述；器官(例如肺)和其它材料中空隙空间的增强MRI，如Albert,M.S.，等人所述(Nature 370:199-201(1994))和Song,Y-Q.，等人的文章(J.Magn.Reson.A115:127-130(1995))所述。虽然已经证明超极化惰性气体在对于肺部的气体空间的研究中作为探测剂是有用的，但是这些方法的有效性或灵敏度或多或少地受到生物物质和器官，例如血液和只有借助血液才能看清的身体部分的影响。在超极化气体驻留在血液中期间，其浓度大大稀释，气体从肺部空间转移到血液中的时间延迟耗费了极化气体回复到非极化状态所需的大部分时间(例如T1)。使情况更加复杂的是，超极化气体向红细胞内部的渗透明显地减少了超极化气体的T1，因此，严重地缩减了气体可以作为有效探测剂的时间范围。通过引入以多用途超极化惰性气体为基础的NMR活性示踪剂可以极大地改进MRI和NMR光谱测量，这种活性示踪剂还用作对比度增强剂或以能够从光谱上分辨的方式，对于探测剂气体所接近的试样分子产生其它作用。在其它的应用中，这种作用剂有助于脑功能成象，还可用于探测各种组织的细胞内与细胞外代谢区之间的动态交换。更有意义的是，通过血液或直接注射到检测组织中，作为一种传递示踪剂的手段，在传递过程中和在成象及光谱实验过程中都将保持气体的超极化状态。令人十分惊奇的是，本专利技术同时提供这样一种示踪剂和传递方法。专利技术概要本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于分析包含一种ＮＭＲ活性核子的试样的方法，该方法包括以下步骤：（ａ）使所说试样与一种超极化惰性气体接触；（ｂ）用核磁共振光谱仪、磁共振成象装置、或用核磁共振光谱仪和磁共振成象装置两者扫描所说试样；以及（ｃ）探测所说的ＮＭＲ活性 核子，其中所说ＮＭＲ活性核子是除惰性气体以外的一种核子。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大派因斯，托马斯巴丁杰，吉尔纳冯，宋一桥，斯蒂芬阿佩尔特，安杰洛比弗纳，丽贝卡泰勒，博伊德古德森，罗伯特赛多克斯，图马斯鲁姆，坦加皮特拉斯，
申请(专利权)人：劳伦斯伯克利国家实验室，
类型：发明
国别省市：US[美国]