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超高场——有效利用更高的频谱分散度

波谱法

由于具有更高灵敏度和频谱分散度,这使得超高场技术被很自然地用于磁共振波谱。目前市面上已经可以买到场强高达 23.5 特斯拉的 MRS 仪器,可以对小样本进行超高分辨率波谱分析实验 [1]。

类似地,超高场 MRI 磁体有利于活体样本增加化学位移和提高灵敏度。因此,已有临床前报告显示使用超高场磁体能显著提高活体波谱质量[2,3,4,5]。值得注意的是,由于磁场强度高,某些代谢物可以在体内首次被检测到[4]。

除灵敏度提高和化学位移增大的优势外,有研究还进一步表明,弛豫增强 MRS 策略可以额外利用超高场下水和代谢物弛豫时间的差异产生“无水” MRS,而不需要常用的压水技术[3]。

 

 

In vivo mouse spectrum

在15.2特斯拉磁场强度下,利用 MRI 超低温探头获得的典型活体小鼠波谱。A 和 B) 指示体素位置的解剖学参考。C) 相应的波谱。方法:STEAM,回波时间:1.1 毫秒,体素大小:(2 x 2 x 2)mm³,分辨率增强,高斯滤波移位,偏移:7%,加宽:7 Hz,扫描时间:17 分钟。

参考:

[1] Overview Aeon 1GHz | Bruker: www.bruker.com/products/mr/nmr/magnets/magnets/aeon-1ghz/overview
[2] Öz G, Tkáč I, Uğurbil K. Animal models and high field imaging and spectroscopy. Dialogues in Clinical Neuroscience. 2013;15(3):263-278.
www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3811099/
[3] Shemesh N, Rosenberg JT, Dumez J-N, Muniz JA, Grant SC, Frydman L. Metabolic properties in stroked rats revealed by relaxation-enhanced magnetic resonance spectroscopy at ultrahigh fields. Nat Commun. 2014; 5: 4958. doi: 10.1038/ncomms5958
www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25229942
[4] Mlynárik V, Cudalbu C, Xin L, Gruetter R. 1H NMR spectroscopy of rat brain in vivo at 14.1Tesla: improvements in quantification of the neurochemical profile. J Magn Reson. 2008; 194: 163–168. doi: 10.1016/j.jmr.2008.06.019
www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18703364
[5] Shemesh N, Rosenberg JT, Dumez J-N, Grant SC, Frydman L. Metabolic T1 dynamics and longitudinal relaxation enhancement in vivo at ultrahigh magnetic fields on ischemia. Journal of Cerebral Blood Flow 2014;34(11):1810-1817. doi:10.1038/jcbfm.2014.149.
www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4269758/

化学交换磁共振成像

除磁共振波谱外,增强的频谱分散度也有益于磁化转移技术,如:化学交换饱和转移(CEST)成像,从而实现很高的选择性[6]。超高场化学交换技术的其他优势包括可以实现更高饱和度[6]和相对于化学位移的更低交换率[7]。

Chung 等人最近发表的一篇论文表明,相比 9.4 特斯拉而言,15.2 特斯拉时大鼠大脑中胺质子信号的化学交换效应显著增加。与 9.4 特斯拉相比增加了 65%,强调了超强场对化学交换应用的重要意义[7,8]。

受益于超强场的一项突出的 CEST 应用是 GluCEST,GluCEST 可监测神经退行性疾病的局部代谢缺陷 [6,9]。譬如,过去通过超高场技术研究基因敲入小鼠模型,发现GluCEST是亨廷顿氏舞蹈症的潜在体内生物标志物 [9]。

 

 

参考:

[6] Metabolic Imaging in Neurodegenerative Disease using CEST MRI | Bruker: www.bruker.com/service/education-training/webinars/pci-webinars

[7] Chung JJ, Choi W, Jin T, Lee JH, Kim S-G. Chemical-exchange-sensitive MRI of amide, amine and NOE at 9.4 T versus 15.2 T. NMR in Biomedicine. 2017;30:e3740. doi.org/10.1002/nbm.3740 www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28544035

[8] New insights into brain function with molecular and functional MRI of the rodent brain at ultra-high fields | Bruker:www.bruker.com/service/education-training/webinars/pci-webinars

[9] Pépin J, Francelle L, Carrillo-de Sauvage M-A, de Longprez L, Gipchtein P, Cambon K, Valette J, Brouillet E, Flament J. In vivo imaging of brain glutamate defects in a knock-in mouse model of Huntington's disease. Neuroimage. 2016; 139: 53-64. doi: 10.1016/j.neuroimage.2016.06.023 www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27318215