阅读说明：本技术 一种同时获得全氟化碳纳米探针19f-mr弛豫时间及其加权图像的成像方法 (It is a kind of to obtain perfluorocarbon probe simultaneously19The imaging method of F-MR relaxation time and its weighted image ) 是由 孙夕林 吴丽娜 刘爽 卫佳楠 王凯 杨丽丽 阿荣 李晓娜 李迎波 杨洁 程永娜 于 2019-08-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及医学成像领域,即一种用于同时获得所测对象的~(19)F核自旋系统的T1纵向弛豫时间及其T1加权信号的~(19)F磁共振成像方法,其步骤如下：一、使用一种含氟造影剂全氟化碳纳米粒子(Perfluorocarbon Nanoparticles,PFC NPs)利用~(19)F_T1mapRAREVTR序列,调整多个不同重复时间进行成像；二、用~1H/~(19)F双核表面线圈采集全氟化碳纳米粒子的磁共振信号,产生多个扫描图像,用于不同重复时间条件下T1弛豫值的计算；三、基于多个扫描图像,通过所述T1弛豫时间计算所述多个不同重复时间其中之一处的T1加权图像,计算扫描对象的T1信号。研究表明,本发明能够同时得到扫描对象核自旋系统的纵向弛豫时间和T1加权图像,能更快更简便的得到成像信息,简化操作流程和步骤,提高所测对象的~(19)F核自旋系统的检测效率。(It is the present invention relates to medical imaging field, i.e., a kind of for obtaining surveyed object simultaneously 19 The T1 longitudinal relaxation time of F nuclear spin system and its T1 weighted signal 19 F MR imaging method, its step are as follows: one, being utilized using a kind of fluorine-containing contrast agent perfluorocarbon particle (Perfluorocarbon Nanoparticles, PFC NPs) 19 F_T1mapRAREVTR sequence, adjusting multiple and different repetition times is imaged；Two, it uses 1 H/ 19 F double-core surface coils acquires the magnetic resonance signal of perfluorocarbon particle, generates multiple scan images, the calculating for T1 relaxation value under the conditions of the different repetition times；Three, multiple scan images are based on, the t1 weighted image at one of the multiple different repetition times place is calculated by the T1 relaxation time, calculates the T1 signal of sweep object.Studies have shown that the present invention can obtain the longitudinal relaxation time and t1 weighted image of sweep object nuclear spin system simultaneously, can be faster easier obtain image-forming information, streamline operation and step, improve surveyed object 19 The detection efficiency of F nuclear spin system.)

一种同时获得全氟化碳纳米探针19F-MR弛豫时间及其加权图 像的成像方法

技术领域

本发明涉及属医学成像方法领域，即一种同时获得全氟化碳纳米探针¹⁹F-MR弛豫时间及其加权图像的成像方法。

背景技术

在现有技术中，磁场根据所施加的磁场强度针对个体核自旋产生不同的能级，能够通过施加具有定义频率（所谓的拉莫尔频率或MR频率）的射频脉冲来激励个体核自旋（自旋共振）。磁共振成像（Magnetic resonance imaging，MRI）是目前临床常规辅助检查手段，具有成像参数多、扫描速度快、组织分辨率高和图像清晰度高等优点，可帮助医生发现不易察觉的早期病变，目前已经成为肿瘤、心脏病及脑血管疾病早期筛查的重要手段。

¹⁹F磁共振成像（¹⁹F-MRI）由于其具有无创性、无内源背景干扰以及空间分辨率高等优点，在生物成像和疾病诊断等领域受到越来越多的关注。¹⁹F核的自由丰度是100%，自旋量子数为1/2，与质子(¹H)相比，旋磁比很高(94%，旋磁比是多核素中最大)，灵敏度为83%，化学位移较大(400ppm)，¹⁹F是一种具有多种用途的磁共振核素。与传统的质子分子成像相比，¹⁹F-MRI的优势是，由于生物组织内缺乏内源性氟信号，生物样品的背景信号几乎为零，不存在背景信号干扰，同时，¹⁹F-MRI不需要预处理，不需要造影剂，因此¹⁹F的多种特性使其成为研究生物学过程的理想对象。

全氟化碳（PFCs）是一种惰性化学物质，是一类¹H质子完全被¹⁹F原子替换掉的烃类化合物，安全无毒且生物性质稳定，具有良好的生物相容性，在临床医学领域早已得到广泛应用。与其他含氟化合物相比，全氟化碳具有较高的¹⁹F原子含量，敏感性高，且全氟化碳进入体内后，不参与体内新陈代谢，最终通过吞噬细胞被清除，因此全氟化碳不会对体内的组织器官产生毒性。全氟化碳已成为目前最常被用于¹⁹F-MR成像的含氟化合物。

在临床研究中，监测药物成像和疗效具有重大意义，如监测肿瘤内部药物的富集和摄取，药物在肿瘤和组织器官内的作用和代谢情况等等。监测药物成像和疗效要求明确致使MR弛豫率R1发生变化的造影剂的浓度。其中，R1为T1弛豫时间的倒数（1/T1），也被称为自旋-晶格弛豫过程。纵向弛豫时间(T1)反映组织中质子把能量释放到周围的晶格或者从周围晶格吸收能量的快慢的时间参数，T1的大小取决于外磁场和质子与周围环境之间的相互作用，这是组织的固有特性，在外磁场给定后，不同组织的T1值是固定的。T1map技术，是测量体素T1值的一种MR定量成像技术。根据扫描序列的信号强度与体素T1值之间的关系，根据公式来计算出采集范围内每个体素的T1值。¹⁹F磁共振T1纵向弛豫时间和信号测定技术，是用来评估所测对象氟含量的手段，已经成为目前含氟物质的主要影像学检测方法。在目前含氟物质的研究中，通常是分两个序列分步测量，先获得所测对象的¹⁹F T1加权图像，通过所采集的加权图像，计算扫描对象的¹⁹F图像信噪比，再利用¹⁹F_T1mapRAREVTR序列来测量所测物质的¹⁹F T1值。但目前的扫描序列需要分多个步骤进行图像和数据采集，不能同时获得¹⁹F核自旋系统的T1纵向弛豫时间及其T1加权图像，操作流程和步骤有待进一步简化，以提高所测对象¹⁹F核自旋系统的检测效率，优化¹⁹F多核成像序列和成像方法。

综上，全氟化碳是目前最常被用于¹⁹F-MR成像的含氟化合物，获得所测对象的¹⁹F核自旋系统的T1纵向弛豫时间及其T1加权图像的方法在多核磁共振成像技术的发展及生物学研究上显示出巨大潜力。本发明基于现有¹⁹F多核成像序列，设计一种用于同时获得所测对象的¹⁹F核自旋系统的T1纵向弛豫时间及其T1加权图像信号的¹⁹F磁共振成像方法，提出将所测对象的信号和T1值在一个成像序列中同步获得的成像方法。在尽量不影响成像质量的基础上调整序列参数，实现所测对象的¹⁹F核自旋系统的T1纵向弛豫时间及其T1加权信号同步获得，能更快更简便的得到成像信息，简化操作流程和步骤，提高所测对象的¹⁹F核自旋系统的检测效率。

发明内容

本发明目的是针对上述不足提供了一种同时获得全氟化碳纳米探针¹⁹F-MR弛豫时间及其加权图像的成像方法，能更快更简便的得到成像信息，简化操作流程和步骤，提高所测对象的¹⁹F核自旋系统的检测效率。

本发明的技术方案是：

一种同时获得全氟化碳纳米探针¹⁹F-MR弛豫时间及其加权图像的成像方法，其特征在于步骤如下：

¹⁹F磁共振纳米分子成像探针的制备：

(l)将一种或几种表面活性剂均匀混合，用氯仿与甲醇的混合溶剂进行溶解，将溶解的表面活性剂通过旋转蒸发仪蒸干，在40℃真空烘箱中烘干过夜，最后通过超声震荡的方式打散分散于水中，得到表面活性剂的混合物。

(2)将全氟化碳和甘油均匀分散于步骤(l)得到的表面活性剂的混合物中，在高压匀质机中混合均匀，制成含有¹⁹F纳米粒子的乳液。

(3)步骤(2)得到的乳液采用透析的方式去除掉未被有效包裹的组分，得到所述的含有¹⁹F纳米粒子的¹⁹F磁共振纳米分子成像探针。

(4)将步骤(3)得到的纳米探针乳液与1.7%琼脂糖溶胶共混，配制成200μL不同浓度的PFOB纳米分子成像探针（最终浓度分别为776,388,194,97,48.5mmol/L）。

上述方案中，所述的表面活性剂为二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)、二棕榈酰磷脂酰乙醇胺(DPPE)、二棕榈酰磷脂酰甘油(DPPG)以及胆固醇的混合物，它们之间的摩尔配比是DPPC:DPPE:DPPG:胆固醇=75:2:5:18。

所述的全氟化碳为溴化全氟辛烷(PFOB)。

成像方法：

(a)待检查的¹⁹F纳米分子成像探针被布置在9.4T小动物磁共振(BioSpec 94/20 USR,Bruker, Germany)的磁场中心，采用双通道线圈¹H/¹⁹F线圈，进行T1W RARE（快速自旋回波序列）成像扫描，获得¹H 解剖定位图像；对¹⁹F最密集的频谱群采集信号,频率值调为376.64MHZ，进行¹⁹F成像扫描，获得与¹H图像共定位的¹⁹F图像,之后进行传统序列¹⁹F_T1mapRAREVTR成像序列扫描，获得传统的多个不同重复时间TR的¹⁹F成像图像。

(b)为了同时获得所测对象的¹⁹F核自旋系统的T1纵向弛豫时间及其T1加权图像，对成像参数进行进一步改进；通过分析和比较各方法，选出最适合同时获得¹⁹F T1值和T1加权图像和T1信号。

方法1：TE（回波时间）=156 ms,TR（重复时间）=400,800,1000,1500,2000,3000,4000,6000 ms, NA（激励次数）=18。

方法2：TE=156 ms,TR=400,800,1000,1500,2000,3000,4000,6000 ms,NA=24。

方法3：TE=156 ms,TR=400,800,1000,1500,2000,3000,4000,6000 ms,NA=30。

方法4：TE=156 ms,TR=400,800,1000,1500,2000,3000,4000,6000 ms,NA=36。

(c)基于步骤b所述内容同时获得所测对象的¹⁹F核自旋系统的T1纵向弛豫时间及其T1加权信号的方法，同时测量不同浓度扫描对象的¹⁹F信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）值和¹⁹F T1值。

所述的成像方法中，采用如下参数：TE=18.56 ms, Bandwidth=100 kHZ, TR=400,800,1000,1500,2000,3000,4000,6000 ms,NA=30,RARE Factor=8, Matrix=64×64,FOV=38.4×38.4 mm2,Flip Angle=90°,Slice Thickness=3.0 mm。

在后处理过程中添加伪彩，划定感兴趣区域（Region of Interest，ROI），测量不同浓度扫描对象的¹⁹F T1值和¹⁹F信噪比。为了获得¹⁹F信噪比数据，使用ParaVisionAcquisition 6.0.1系统通过计算在多个不同重复时间其中之一处的T1加权图像分析¹⁹F信噪比（为控制变量，选择与传统¹⁹F序列相同参数下TR=4000 ms时的扫描图像进行分析对比）。为了获得¹⁹F T1数据，使用ParaVision Acquisition 6.0.1系统，基于通过扫描图像产生的多个扫描图像，通过单指数模型M_z(t)=M₀（1-e-^t/T1）拟合曲线，定量分析T1值。

本发明使用一种含氟造影剂PFOB利用¹⁹F_T1map序列，调整多个不同重复时间进行成像。用¹H/¹⁹F双核表面线圈采集全氟化碳纳米粒子的磁共振信号，产生多个扫描图像，用于不同重复时间条件下T1弛豫值的计算。基于多个扫描图像，通过所述T1弛豫时间计算所述多个不同重复时间其中之一处的T1加权图像，计算扫描对象的T1信号。

研究表明，使用本发明对合成的全氟化碳纳米分子成像探针PFOB进行成像，能够更简便的获得其T1值及其T1加权信号，提高所测对象的¹⁹F核自旋系统的检测效率。

本发明的优点是：本方法用于全氟化碳纳米分子成像探针检测中，证明了本方法在检测¹⁹F核自旋系统上具有独特的优势，能够同时得到扫描对象核自旋系统的纵向弛豫时间和T1加权图像，能更快更简便的得到成像信息，简化操作流程和步骤，提高所测对象的¹⁹F核自旋系统的检测效率，为实现该成像方法应用于活体肿瘤成像及诊疗一体化提供技术支持，能够提高肿瘤分子成像在体检测效率，从分子生物学层面对肿瘤进行在体成像和诊断及治疗疗效的评估。

下面将结合实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。

附图说明

图1为PFOB纳米分子成像探针的¹⁹F-MRI不同浓度样本¹H及¹⁹F-MRI成像图。

图2为传统成像方法与方法下，PFOB纳米分子成像探针¹⁹F R1与浓度关系图，信噪比（SNR）与浓度关系图及方法3的¹⁹F成像图。

图3为传统成像方法（如图a）与方法（如图b-e）下，PFOB纳米分子成像探针的¹⁹F-MRI不同浓度样本R1与信噪比（SNR）关系图。

具体实施方式

参见图1、2、3，一种同时获得所测对象的¹⁹F核自旋系统的T1纵向弛豫时间及其T1加权图像的¹⁹F磁共振成像方法，所述方法包括如下步骤：

1.纳米¹⁹F磁共振分子成像探针的制备

(l)将二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)、二棕榈酰磷脂酰乙醇胺(DPPE)、二棕榈酰磷脂酰甘油(DPPG)以及胆固醇均匀混合，摩尔配比是DPPC:DPPE:DPPG:胆固醇=75:2:5:18，用氯仿溶解，通过旋转蒸发仪蒸干，在40℃真空烘箱中过夜烘干，最后超声震荡使其分散于水中，得到表面活性剂的共混物，备用。

(2)将全氟化碳、甘油均匀分散于步骤(l)得到的表面活性剂的共混物中，全氟化碳与甘油的质量比为10-30:1，在高压匀质机中混合，制成含¹⁹F纳米粒子的乳液。其中全氟化碳、甘油共占总质量的20％，水占总质量的77％，表面活性剂占总质量的3％。

(3)步骤(2)得到的乳液透析以便去除未有效包覆的表面活性剂，得到所述的纳米¹⁹F磁共振分子成像探针。

(4)将步骤(3)得到的PFOB纳米分子成像探针溶液与1.7%琼脂糖溶胶共混，配制形成200 μL不同浓度的PFOB纳米分子成像探针，终浓度分别是776,388,194,97,48.5 mmol/L的样本。

2.成像方法应用于纳米¹⁹F磁共振分子成像探针同时获得¹⁹F核自旋系统的T1纵向弛豫时间及其T1加权图像

(l)待检查的对象被布置在9.4T小动物磁共振(BioSpec 94/20 USR, Bruker,Germany)的磁场中心。采用双通道线圈¹H/¹⁹F线圈，进行T1W RARE（快速自旋回波序列）成像扫描，获得¹H解剖定位图像。扫描参数为TR=800ms,TE=12 ms,NA=4,Matrix（矩阵）=256×256,RARE Factor（RARE加速因子）=8， FOV（扫描视野）=38.4×38.4 mm²,Flip Angle（翻转角）=90°,Slice Thickness（层厚）=1.0 mm。结果如图2所示，从该结果中可以看出，合成的全氟化碳纳米分子成像探针的1H信号增强能力与样本浓度存在密切相关，随着样本浓度提高，信号增强。

(2)采用双通道线圈¹H/¹⁹F线圈，进行¹⁹F成像扫描，获得与¹H图像共定位的¹⁹F图像。将多核通道调至F通道，鉴于合成的PFOB纳米探针属于多¹⁹F频谱的化合物，需要对¹⁹F最密集的频谱群采集信号，通过SINGLEPULSE_¹⁹F序列，对PFOB的大部分氟核（17个氟原子核中的12个）CF₃峰共振频率，频率值调为376.64 MHZ，并对CF₃峰进行匀场。

TR/TE=4000/156 ms, Bandwidth（带宽）=50 kHZ,NA=128, RARE Factor=64,Matrix=64×64,FOV=38.4×38.4 mm²,Flip Angle=90°,Slice Thickness=3.0 mm。结果如图2所示，从该结果中可以看出，合成的全氟化碳纳米分子成像探针的¹⁹F信号增强能力与样本浓度呈正相关，随着样本浓度提高，信号线性增强。

(3)采用双通道线圈¹H/¹⁹F线圈，进行传统序列¹⁹F_T1mapRAREVTR成像序列扫描，获得传统的多个不同重复时间TR的¹⁹F成像图像。TE=18.56ms,Bandwidth=100 kHZ,TR=400,800,1000,1500,2000,3000,4000,6000ms,NA=6,RAREFactor=8,Matrix=64×64,FOV=38.4×38.4 mm²,Flip Angle=90°,Slice Thickness=3.0 mm。结果如图2所示，从该结果中可以看出，合成的全氟化碳纳米分子成像探针的¹⁹F T1值与样本浓度呈正相关，随着样本浓度提高，T1值增大，相关系数为0.9906。

(4)为了同时获得所测对象的¹⁹F核自旋系统的T1纵向弛豫时间及其T1加权图像，对成像参数进行进一步改进。通过分析和比较各方法，选出最适合同时获得¹⁹F T1值和T1加权图像和T1 信号。

方法1：TE=156 ms,TR=400,800,1000,1500,2000,3000,4000,6000 ms,NA=18。

方法2：TE=156 ms,TR=400,800,1000,1500,2000,3000,4000,6000ms,NA=24。

方法3：TE=156 ms, TR=400,800,1000,1500,2000,3000,4000,6000ms,NA=30。

方法4：TE=156 ms, TR=400,800,1000,1500,2000,3000,4000,6000ms,NA=36。

3.在后处理过程中添加伪彩，划定感兴趣区域测量不同浓度扫描对象的¹⁹F T1值和¹⁹F SNR值。为了获得¹⁹F信噪比数据，使用ParaVision Acquisition 6.0.1系统通过计算在多个不同重复时间其中之一处的T1加权图像分析¹⁹F信噪比（选择与传统¹⁹F序列相同参数下TR=4000 ms时的扫描图像进行分析对比）。为了获得¹⁹F T1数据，使用ParaVisionAcquisition 6.0.1系统，基于通过扫描图像产生的多个扫描图像，通过单指数模型M_z(t)=M₀（1-e-^t/T1）拟合曲线，定量分析T1值。结果如图2所示，从该结果中可以看出，在各方法中，所测得的不同浓度全氟化碳纳米分子成像探针的¹⁹F信号与样本浓度呈正相关，随着样本浓度提高，信号线性增强，其中各方法中，通过与传统的序列测量（如图2）比较，所得图像信噪比中较优的两个方法为方法2，方法3。同时，在各方法中，所测得的不同浓度全氟化碳纳米分子成像探针的¹⁹F T1值与样本浓度呈正相关，随着样本浓度提高，T1值增大，通过与传统的序列测量（如图2）比较，各方法所测得的相关系数分别为R²=0.9906，R²=0.7762，R²=0.8029，R²=0.9764，R²=0.8374，较优的两个方法为方法3，方法4。进一步分析¹⁹F T1值与¹⁹F信噪比的关系，本发明分析和比较信噪比与¹⁹F T1的线性相关系数（如图3），传统的测量方法相关系数为0.9521,比较各方法，方法3和方法4优，测量相关系数分别为0.9615， 0.992。最后，综合分析与传统方法测量比较¹⁹F T1值与¹⁹F信噪比，本发明选择用方法3作为同时获得所测对象的¹⁹F核自旋系统的T1纵向弛豫时间及其T1加权图像的¹⁹F磁共振成像方法，具体扫描参数如下：TE=18.56ms,Bandwidth=100 kHZ,TR=400,800,1000,1500,2000,3000,4000,6000ms,NA=30,RARE Factor=8, Matrix=64×64,FOV=38.4×38.4 mm²,Flip Angle=90°,Slice Thickness=3.0 mm。