(57)【要約】選択された単糖もしくは多糖（例えば、グルコースもしくはグリコーゲン）についての情報を導出するための方法において、選択された修飾（例えば、飽和）が、選択された単糖もしくは多糖のヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数において磁気共鳴から作製される。立証的水プロトン磁気共鳴データは、上記選択された修飾が実質的に有効である間に取得される。情報は、立証的水プロトン磁気共鳴データに少なくとも基づいて、選択された単糖もしくは多糖の濃度もしくは密度について導出される。
2009502244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴法であって：
選択された単糖もしくは多糖のヒドロキシル基の交換可能プロトンの磁気共鳴周波数において選択された修飾を作り出す工程；
該選択された修飾が実質的に有効である間に、立証的水プロトン磁気共鳴データを取得する工程；および
該立証的水プロトン磁気共鳴データに少なくとも基づいて、該選択された単糖もしくは多糖の濃度もしくは密度についての情報を導出する工程、
を包含する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気共鳴法であって：
水プロトンと、前記選択された単糖もしくは多糖のヒドロキシル基の飽和プロトンとを交換することによる影響を実質的に受けていない参照水プロトン磁気共鳴データを取得する工程、
をさらに包含し、前記導出する工程は、前記立証的水プロトン磁気共鳴データと該参照水プロトン磁気共鳴データとを比較または組み合わせる工程を包含する、方法。
【請求項３】
前記選択された単糖もしくは多糖は、グルコースもしくはグリコーゲンであり、前記選択された修飾を作り出す工程は、
該グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンを飽和させる工程、
を包含する、請求項１に記載の磁気共鳴法。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気共鳴法であって、
水プロトンと、グルコースもしくはグリコーゲンの飽和させたプロトンとの交換による影響を実質的に受けていない参照水プロトン磁気共鳴データを取得する工程、
をさらに包含し、前記導出する工程は、前記立証的水プロトン磁気共鳴データと該参照水プロトン磁気共鳴データとを比較または組み合わせる工程を包含する、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気共鳴法であって、
前記立証的水磁気共鳴データを再構築して、立証的水画像を形成する工程；および
前記参照水磁気共鳴データを再構築して、参照水画像を形成する工程、
をさらに包含し、前記導出する工程は、該立証的水画像と該参照水画像とを比較または組み合わせて、グルコースもしくはグリコーゲンの画像もしくはマップを生成する工程を包含する、方法。
【請求項６】
前記飽和させる工程は、複数の異なる周波数のうちの各々において飽和させる工程を包含し、該複数の異なる周波数は、前記水プロトン磁気共鳴周波数の周りに実質的に集中しており、かつ前記グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数を含み；
前記取得する工程は、各周波数において飽和させた後に立証的水プロトン磁気共鳴データを取得する工程を包含し；そして
前記導出する工程は、ｚ−スペクトルもしくは部分的ｚ−スペクトルを、該立証的水プロトン磁気共鳴データから生成する工程を包含する、
請求項３に記載の磁気共鳴法。
【請求項７】
前記立証的水プロトン磁気共鳴データを取得する工程は、立証的水プロトン磁気共鳴画像化データを取得する工程を包含し；そして
前記導出する工程は、該立証的水プロトン磁気共鳴画像化データから、グルコースもしくはグリコーゲンの空間分布を示すグルコースもしくはグリコーゲンの画像もしくはマップを導出する工程を包含する、
請求項３に記載の磁気共鳴法。
【請求項８】
前記導出する工程は、前記立証的水プロトン磁気共鳴データに対するｐＨの影響を測定する工程を包含する、請求項１に記載の磁気共鳴法。
【請求項９】
前記導出する工程は、前記選択された単糖もしくは多糖のヒドロキシル基の交換可能プロトンと、水のプロトンとの順方向交換速度（ｋｅｘｃｈ）に少なくとも一部基づいて、前記選択された単糖もしくは多糖についての情報を計算する工程であって、該順方向交換速度（ｋｅｘｃｈ）は、ｐＨによって影響を受ける、工程をさらに包含する、請求項８に記載の磁気共鳴法。
【請求項１０】
前記選択された修飾を作り出す工程は、複数の周波数のうちの各々において磁気共鳴を飽和させる工程であって、該複数の周波数は、該選択された単糖もしくは多糖のヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数を含む工程を包含し、前記取得する工程は、各飽和操作後に立証的磁気共鳴データを取得する工程を包含する、請求項１に記載の磁気共鳴法。
【請求項１１】
前記水プロトンの磁気共鳴周波数の周りの参照磁気共鳴データを取得する工程であって、該取得された参照磁気共鳴データは、前記飽和による影響を実質的に受けない工程をさらに包含し、前記導出する工程は、前記立証的磁気共鳴データと参照磁気共鳴データとを比較または組み合わせる工程を包含する、請求項１０に記載の磁気共鳴法。
【請求項１２】
前記導出する工程は、Ｓ（−ω）およびＳ（＋ω）に基づいて、非対称性を計算する工程を包含し、ここでＳ（＋ω）は、＋ωでの飽和後の水信号を示し、−ωは、水プロトン磁気共鳴周波数の＋ωとは反対側に対称的に位置する磁気共鳴周波数を示し、そしてＳ（−ω）は、−ωでの飽和後の水信号を示す、請求項１０に記載の磁気共鳴法。
【請求項１３】
前記導出する工程は、前記計算された非対称性に基づいて、前記選択された単糖もしくは多糖の画像もしくはマップを算出する工程をさらに包含する、請求項１２に記載の磁気共鳴法。
【請求項１４】
前記非対称性を計算する工程は、Ｓ０にさらに基づき、ここでＳ０は、飽和なしで取得された参照信号である、請求項１２に記載の磁気共鳴法。
【請求項１５】
前記選択された単糖もしくは多糖は、グルコースもしくはグリコーゲンであり、前記取得する工程は、
立証的磁気共鳴画像化データを取得する工程であって、該選択された単糖もしくは多糖の濃度もしくは密度についての情報は、該立証的磁気共鳴画像化データから導出されたグルコースもしくはグリコーゲンの密度もしくは濃度の画像もしくはマップを含む、工程、
を包含する、請求項１０に記載の磁気共鳴法。
【請求項１６】
前記複数の周波数は、水プロトンの磁気共鳴周波数を実質的に中心としており、前記導出する工程は、
前記立証的磁気共鳴データからｚ−スペクトルもしくは部分的ｚ−スペクトルを構築する工程；および
該ｚ−スペクトルもしくは部分的ｚ−スペクトルに基づいてさらなる処理を行う工程、
を包含し、該さらなる処理は、以下のうちの少なくとも１つ：
異なる３Ｄ画素について構築されたｚ−スペクトルもしくは部分的ｚ−スペクトルに基づいて、前記選択された単糖もしくは多糖の画像もしくはマップを算出する工程、および
該構築されたｚ−スペクトルもしくは部分的ｚ−スペクトルの非対称性に基づいて、該選択された単糖もしくは多糖の濃度もしくは密度を概算する工程、
を包含する、請求項１０に記載の磁気共鳴法。
【請求項１７】
選択された修飾が実質的に有効でない参照水プロトン磁気共鳴データを取得する工程をさらに包含し、前記導出する工程は、前記立証的水プロトン磁気共鳴データと参照水プロトン磁気共鳴データとを比較または組み合わせる工程を包含する、請求項１に記載の磁気共鳴法。
【請求項１８】
前記立証的水プロトン磁気共鳴データおよび参照水プロトン磁気共鳴データは、空間的に符号化された画像化データであり、そして前記導出する工程は、
立証的水プロトン磁気共鳴画像を該立証的水プロトン磁気共鳴画像化データから再構築する工程；
参照水プロトン磁気共鳴画像を、前記参照水プロトン磁気共鳴画像化データから再構築する工程；および
該立証的水プロトン磁気共鳴画像および参照水プロトン磁気共鳴画像に基づいて、選択された単糖もしくは多糖の濃度もしくは密度の画像もしくはマップを導出する工程、
を包含する、
請求項１７に記載の磁気共鳴法。
【請求項１９】
前記選択された単糖もしくは多糖は、グルコースもしくはグリコーゲンであり、前記選択された修飾を作り出す工程は、（ｉ）該グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数において磁気共鳴を飽和させる工程、（ｉｉ）該グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数において反転回復パルスを印加する工程、および（ｉｉｉ）該グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数においてディフェージングパルスを印加する工程、（ｉｖ）該グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシルプロトンの磁気標識を行う工程、ならびに（ｖ）任意の他の高周波数ベースの標識化または磁気共鳴ベースの標識化を行う工程、からなる群より選択される修飾を作り出す工程を包含する、請求項１に記載の磁気共鳴法。
【請求項２０】
請求項１に記載の工程の各々を行うための手段を備える、磁気共鳴装置。
【請求項２１】
磁気共鳴装置であって、
選択された単糖もしくは多糖のヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数において、磁気共鳴の選択されたインビボ修飾を作り出すための手段；
該選択された修飾が実質的に有効である間にインビボの立証的水プロトン磁気共鳴データを取得するための手段；および
該立証的水プロトン磁気共鳴データに少なくとも基づいて、該選択された単糖もしくは多糖のインビボの濃度もしくは密度についての情報を導出するための手段、
を備える、磁気共鳴装置。
【請求項２２】
前記選択された単糖もしくは多糖は、グルコースもしくはグリコーゲンであり、該グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数において磁気共鳴の選択されたインビボ修飾を作り出すための前記手段は、
インビボ肝臓組織およびインビボ筋肉組織のうちの少なくとも一方において、該グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数において磁気共鳴のインビボ飽和を行うように構成された身体サイズの磁気共鳴スキャナ、
を含む、請求項２１に記載の磁気共鳴装置。
【請求項２３】
磁気共鳴スキャナ（１０）を備える磁気共鳴装置であって、
該磁気共鳴スキャナは、
検査領域において主要磁場を発生させる主要磁石（２０）；
該検査領域における主要磁場に、選択された傾斜磁場を重ね合わせるための傾斜磁場システム（２６，２８）；
該検査領域において磁気共鳴を励起および取得するための高周波数システム（３０，３２，３４，３６）；
該磁気共鳴スキャナが、（ｉ）水プロトン磁気共鳴周波数において実質的に飽和させていない間に、グリコーゲンヒドロキシルプロトン磁気共鳴周波数において飽和させ、そして（ｉｉ）該水プロトン磁気共鳴周波数において磁気共鳴を取得するように構成されたコントローラ（４０，４４）；ならびに
該水プロトン磁気共鳴周波数において該取得された磁気共鳴に基づいて、グリコーゲンもしくはグルコースについての情報を導出するように構成されたデータプロセッサ（５０，５６）、
を備える、磁気共鳴装置。
【請求項２４】
前記磁気共鳴スキャナは、ヒト被験体に対してインビボ磁気共鳴を行うように構成された身体サイズのスキャナである、請求項２３に記載の磁気共鳴装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（詳細な説明）
以下は、生物学的技術および医療技術に関する。ヒト組織におけるグリコーゲンのインビボで空間的に解像された検出、画像化、またはマッピングを例として参照して記載される。しかし、以下は、より一般には、種々の型の植物、動物、ヒト、または他の生物学的組織もしくはサンプルにおける内因性グリコーゲンもしくはグルコースの空間的に解像された検出、画像化、またはマッピングに関する。
【０００２】
グルコースは、単糖、すなわち、単純な糖質である。グリコーゲンは、グルコース構築ブロックから作られている多糖である。グリコーゲンは、ヒト身体におけるエネルギー貯蔵の重要な形態である。代表的には、グルコースは、純粋な形態で摂取されるか、または消化の間に生成され、そして胃の中に実質的な量で存在し得る。血中に取り込まれ、運搬された後、グルコースは組織の中に入り、その組織の中で、代謝のための直接的供給源として働くか、または貯蔵用のグリコーゲンのような多糖へと統合される。貯蔵されたグリコーゲンは代謝されて、ヒト身体における生物学的プロセスにおいて使用するためのエネルギーが放出され得る。例えば、肝臓は、グルコースへと変換され得るグリコーゲンの実質的な貯蔵を含み、次いで、グルコースは、代謝され得る。グリコーゲンはまた、筋肉中に実質的な量で存在する。筋肉において、グリコーゲンは、筋肉活動のためのエネルギーの得やすい予備を提供する。
【０００３】
グリコーゲンの生成、貯蔵、または代謝における問題に関連したまたは関連し得る種々の疾患または障害がある。これらとしては、例えば、以下が挙げられる：糖尿病；栄養失調；体重障害（ｗｅｉｇｈｔ  ｄｉｓｏｒｄｅｒ）；種々の代謝障害；少なくとも８種の異なる糖原病（ｇｌｙｃｏｇｅｎ−ｓｔｏｒａｇｅ  ｄｉｓｅａｓｅ）；ホスホフルクトキナーゼ欠損症；心臓病；虚血；心筋生存能；筋ジストロフィー；先天性ミオパシー；癌；アルコール中毒症；肝炎；および肝臓病。グリコーゲンの空間的に解像された検出、画像化、またはマッピングは、このような疾患および障害を検出、診断、およびモニタリングするにあたって価値がある。健康医学およびスポーツ医学はまた、グリコーゲンの空間的に解像された検出、画像化、またはマッピングから有益であり得る。例えば、スポーツ医学は、このような診断を利用して、運動の間のグリコーゲンの利用を理解および最適化し得る一方で、食事医療（ｄｉｅｔａｒｙ  ｍｅｄｉｃｉｎｅ）は、このような診断を利用して、種々の食物の消化および利用をモニターし得る。
【０００４】
グリコーゲンの空間的に解像された検出のための既存の技術は、グリコーゲンの１３Ｃ標識の磁気共鳴分光法（ＭＲＳ）である。これは、直接１３Ｃ検出またはプロトン検出１３Ｃ  ＭＲＳ（ｐｒｏｔｏｎ−ｄｅｔｅｃｔｅｄ  １３Ｃ  ＭＲＳ）の両方で行われ得る。２つのタイプのアプローチがある。第１において、１３Ｃの天然存在度レベルが、グリコーゲン含有量またはグリコーゲン代謝またはその両方を測定するために使用される。第２のアプローチにおいて、被験体は、１３Ｃ標識基質（例えば、１３Ｃ−グルコースまたは他の化合物）を、摂取によるか、静脈内からか、またはその両方で受容する。その後、上記１３Ｃ原子は、グリコーゲンに取り込まれる。次いで、磁気共鳴分光法または磁気共鳴分光画像化（ＭＲＳＩ）は、その１３Ｃ関連磁気共鳴信号を検出するためにかけられる。しかし、これらのアプローチには、欠点がある。両アプローチに関して、低濃度の１３Ｃ原子は、一般に、粗雑な空間解像度および弱い磁気共鳴信号をもたらす。また、１３Ｃ−ＭＲまたはプロトン検出１３Ｃ  ＭＲを実施するための装置およびパルスシーケンスは、大部分の臨床用スキャナにおいて標準的でない。第２のアプローチに関して、１３Ｃ標識基質の投与の要件は、しばしば問題である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願は、上記で言及した問題および他の問題を克服する、グリコーゲンもしくはグルコースの空間的に解像された検出、画像化、またはマッピングのための新たな改善された装置および方法を提供する。
【０００６】
装置および方法の実施形態が開示される。
【０００７】
例示的磁気共鳴法において、選択された修飾（例えば、飽和または非侵襲性磁気標識）が、選択された単糖もしくは多糖のヒドロキシル（−ＯＨ）基の交換可能プロトンの磁気共鳴周波数において行われる。立証的水プロトン磁気共鳴データは、選択された修飾が適用された後かつ水に対するこの修飾の影響が実質的に有効である間に取得される。上記選択された単糖もしくは多糖の濃度もしくは密度についての情報は、立証的水プロトン磁気共鳴データに少なくとも基づいて導出される。
【０００８】
例示的装置の実施形態において、選択された単糖もしくは多糖のヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数において、インビボ修飾（例えば、飽和または標識）を作製するための手段が設けられる。上記選択された修飾が適用された後かつ水に対するこの修飾の影響が実質的に有効である間にインビボの立証的水プロトン磁気共鳴データを取得するための手段が設けられる。上記立証的水プロトン磁気共鳴データに少なくとも基づいて、選択された単糖もしくは多糖のインビボの濃度もしくは密度についての情報を導出するための手段が設けられる。
【０００９】
例示的磁気共鳴装置において、磁気共鳴スキャナは、検査領域において主要磁場を発生させる主要磁石、選択された傾斜磁場を上記検査領域における主要磁場に重ね合わせるための傾斜磁場システム、および上記検査領域において磁気共鳴を励起し取得するための高周波数システムを備える。コントローラは、上記磁気共鳴スキャナを、（ｉ）水プロトン磁気共鳴周波数において実質的に飽和させていない間に、グリコーゲンヒドロキシルプロトン磁気共鳴周波数において飽和させ、そして（ｉｉ）上記水プロトン磁気共鳴周波数において磁気共鳴を取得するように構成されている。データプロセッサは、上記水プロトン磁気共鳴周波数において取得された磁気共鳴に基づいて、グリコーゲンもしくはグルコースについての情報を導出するように構成されている。
【００１０】
１つの利点は、グリコーゲンもしくはグルコースの濃度もしくは密度のインビボの空間的に解像された検出、画像化、またはマッピングを提供することにある。
【００１１】
別の利点は、造影剤の投与を用いることなく、グリコーゲンもしくはグルコースの濃度もしくは密度のインビボの空間的に解像された検出、画像化、またはマッピングを提供することにある。
【００１２】
別の利点は、代表的には、高い信号強度および信号対ノイズ比を有する水プロトン磁気共鳴信号を使用して、グリコーゲンもしくはグルコースの濃度もしくは密度のインビボの空間的に解像された検出、画像化、またはマッピングを提供することにある。
【００１３】
別の利点は、さらなるハードウェアの必要なしに、標準的な臨床用スキャナを使用して、グリコーゲンもしくはグルコースの濃度もしくは密度のインビボの空間的に解像された検出、画像化、またはマッピングを提供することにある。
【００１４】
本発明のなおさらなる利点は、以下の詳細な説明を読んで理解すれば、当業者に認識される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
磁気共鳴を用いてグリコーゲンもしくはグルコースの空間的に解像された検出、画像化、またはマッピングについて本明細書において開示されるアプローチは、グリコーゲンもしくはグルコースを含む、ヒト身体および他の代表的な生物学的系のいくつかの有益な局面を高める。１つのこのような局面は、ヒト身体が主に水からできていることである。従って、水プロトン磁気共鳴周波数における磁気共鳴データ取得は、代表的には、大きな信号および信号対ノイズ比を生じる。（対照的に、例えば、１３Ｃ磁気共鳴に基づく画像化は、代表的には、実質的に低下した信号および低下した信号対ノイズ比を生じる）。
【００１６】
別の局面は、グルコース分子もしくはグリコーゲン分子の集団もしくはプール、ならびに代表的な身体ｐＨレベル（例えば、ｐＨ約７．０〜７．３）および他のｐＨ値（例えば、虚血の間に生じ得るもの（ｐＨ約５．５〜７．０））での水分子の集団もしくはプールの関連である。これらの集団は、水分子と、グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル（ＯＨ）基のプロトンとの間のプロトン交換によって関連づけられる。プロトン交換の類似の型は、以前に尿素について（Ｇｕｉｖｅｌ−Ｓｃｈａｒｅｎら，Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｒｏｔｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｂｅｔｗｅｅｎ  Ｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓ  ａｎｄ  Ｗａｔｅｒ  ｉｎ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ｔｉｓｓｕｅｓ，Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．ｖｏｌ．１３３，ｐａｇｅｓ  ３６−４５（１９９８））およびアミドプロトンについて（Ｖａｎ  Ｚｉｊｌら，米国特許出願公開番号第２００４／００３０２３９  Ａ１号（２００４年２月１２日公開）観察されている。本発明者らは、強力なプロトン交換効果がまた、グリコーゲンおよびグルコースについて存在し、そしてこの交換効果がヒト身体におけるグリコーゲンもしくはグルコースの定量的インビボ検出、画像化、またはマッピングを提供するに十分であることを見いだした。各グルコース分子は、６個のヒドロキシル基を含む；従って、グリコーゲン分子がＮグルコース構築ブロックで作られている場合、このグリコーゲン分子は、１グルコース単位につき２つの末端が接続されているので、基本的に、約４×Ｎ個のヒドロキシル基を含む。代表的には、グリコーゲン分子は、数百、数千、または数万ものグルコース構築ブロックを含み得るので、周囲の水分子のプロトンとの交換に利用可能なヒドロキシルプロトンの数は、全てが水を利用可能ではないとしても、相当数である。
【００１７】
なお別の局面は、水プロトンの磁気共鳴周波数と、グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数との間の小さな化学シフトの存在である。グリコーゲンもしくはグルコースの空間的に解像された検出、画像化、またはマッピングについて本明細書において開示されるアプローチは、この小さな化学シフトを利用して、一方で、グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴からの共鳴を、他方で水プロトンの磁気共鳴からの共鳴を別個に操作し検出する。結果として、これらの実験は、この化学シフトの差（Ｈｚ単位）が、磁場強度に比例しているのでより高い磁場でより容易に実施されるものの、この実験はまた、より低い磁場でも行われ得る。
【００１８】
１つの例示的アプローチにおいて、グリコーゲンもしくはグルコースのヒドロキシル基のプロトンは、飽和され、次いで、画像化は、水プロトン磁気共鳴周波数において行われる。画像化は、優勢な水プロトン種を利用するので、強い磁気共鳴信号が達成される。しかし、水と、グルコースおよびグリコーゲンのヒドロキシル基との間のプロトン交換が原因で、この強い水プロトン磁気共鳴信号は、グリコーゲンもしくはグルコースのヒドロキシル基由来の飽和プロトンが、水分子へ移動することによっていくらか抑制される。信号抑制の程度は、任意の所定の時間において水分子に移動された飽和プロトンのダイナミック平衡バランス（ｄｙｎａｍｉｃ  ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ  ｂａｌａｎｃｅ）に関係する。このバランスは、水の濃度もしくは密度および水の磁気緩和時間Ｔ１に起因する二次的効果とともに、グルコース分子もしくはグリコーゲン分子の濃度もしくは密度、交換前に達成され得る飽和の量、およびｐＨ依存性プロトン交換速度によって主に決定される。結果として、これらの実験は、そのＴ１が磁場強度とともに増大するので、より高い磁場で容易にされるが、これら実験はまた、より低い磁場でも行われ得る。
【００１９】
図１を参照すると、グリコーゲンもしくはグルコースの空間的に解像された検出、画像化、またはマッピングに適した例示的磁気共鳴装置が記載されている。磁気共鳴スキャナ１０は、患者１６または他の被験体が少なくとも部分的に配置されるスキャナハウジング１２を備える。保護絶縁開口径ライナー１８は、必要に応じて、スキャナハウジング１２（その内部に被験体１６が配置される）の概して円筒形の開口径または開口部の内側を覆う。スキャナハウジング１２の中に配置された主要磁石２０は、被験体１６の少なくとも一部分を含む少なくともスキャン領域において静（Ｂ０）磁場を発生させるために、主要磁石コントローラ２２によって制御される。代表的には、上記主要磁石２０は、クライオシュラウド（ｃｒｙｏｓｈｒｏｕｄｉｎｇ）２４によって囲まれた永久超電導磁石である。
【００２０】
水プロトンと、グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンとの間の化学シフトは、一般に、磁場強度が増加するにつれて増加する。従って、一般に、高いＢ０磁場強度を使用することは有利である。いくつかの実施形態において、上記主要磁石２０は、少なくとも約３テスラの主要磁場を発生させる。いくつかの実施形態において、上記主要磁石２０は、少なくとも約７テスラの主要磁場を発生させる。しかし、他の主要（Ｂ０）磁場強度（より低い磁場強度を含む）もまた、使用され得る。
【００２１】
傾斜磁場システムは、主要（Ｂ０）磁場に選択された傾斜磁場を重ね合わせるために設けられる。図１において図示される装置例において、傾斜磁場システムは、傾斜磁場コイル２６および傾斜コントローラ２８を備える。上記傾斜磁場コイル２６は、選択された傾斜磁場を、少なくとも上記スキャン領域における主要磁場に重ね合わせるために、上記ハウジング１２の中または上記ハウジング１２の上に配置される。代表的には、上記傾斜磁場コイル２６は、３方向の直交傾斜磁場（例えば、ｘ傾斜、ｙ傾斜、およびｚ傾斜）を発生させるためのコイルを備える。
【００２２】
高周波数システムは、磁気共鳴を励起および検出するために設けられる。図１の図示される例示的装置において、上記高周波数システムは、上記磁気共鳴スキャナ１０の開口径と実質的に同軸方向に取り付けられた、概して円筒形の直交（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）ボディーコイル３０（例えば、バードケージコイルまたは横電磁気（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）（ＴＥＭ）コイルを備える。このコイル３０は、単なる例である−他の実施形態では、別の型の高周波数コイル（例えば、表面コイル、局所用頭部コイル、局所用胴部コイル、表面コイルのアレイ、これらの種々の組み合わせなど）が含まれ得る。所定の高周波数コイルは、送信コイル、受信コイル、または送受信コイルであり得る。図１の図示される例示的装置において、上記高周波数コイル３０は、送受信コイルであり、そして上記高周波数システムは、高周波数送信器３２、高周波数受信器３４、および送信モードと受信モードとの間を切り替えるための適切なスイッチング回路３６をさらに備える。
【００２３】
操作時に、スキャナコントローラ４０は、グリコーゲンシーケンス４４に従って、傾斜磁場システム２６、２８および上記高周波数システム３０、３２、３４、３６を操作して、グリコーゲンもしくはグルコースのヒドロキシル基のプロトンの飽和による立証的磁気共鳴データを取得し、そしてグリコーゲンもしくはグルコースのヒドロキシル基のプロトンの飽和なしの参照磁気共鳴データを取得する。この取得したデータは、データバッファ４６に保存される。いくつかの実施形態において、上記磁気共鳴データは、適切な空間エンコード技術を使用して空間的に符号化された画像化データであり、再構築プロセッサ５０は、上記取得した立証的磁気共鳴画像化データを処理して、立証的画像メモリ５２に保存される立証的画像を生成し、上記参照磁気共鳴画像化データを処理して、参照画像メモリ５４に保存される参照画像を生成する。コンバイナー（ｃｏｍｂｉｎｅｒ）５６は、上記立証的画像と参照画像とを組み合わせて、グリコーゲンもしくはグルコース画像メモリ５８に保存されるグリコーゲンもしくはグルコース画像を導出する。
【００２４】
いくつかの実施形態において、飽和を用いた画像および飽和なしの画像を取得するよりむしろ、画像は、代わりに、複数の周波数（水プロトン磁気共鳴周波数およびグルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数、ならびに水周波数に対してこれらとは反対の周波数を含む）における飽和を用いて取得される。画像化データは、各周波数での飽和後に取得および再構築され、グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数に最も近い飽和に対応する上記画像は、これらデータセットの取得後分析または再構築後分析によって決定される。
【００２５】
図示される実施形態において、ユーザーインターフェース６０が設けられ、このインターフェースは、磁気共鳴スキャナ１０および画像ディスプレイタスクの両方をインターフェースで連結する。他の実施形態において、別個の制御インターフェースおよび画像ディスプレイインターフェースが設けられ得る。さらに、図示される磁気共鳴スキャナ１０を含む図１の図示されたシステムが、例示であることが認識されるべきである。グリコーゲンもしくはグルコースの空間的に解像された検出、画像化、またはマッピングについて本明細書において開示される技術は、例えば、図示された水平開口径型スキャナ１０、または垂直開口径スキャナ、またはオープン型開口径スキャナ（ｏｐｅｎ  ｂｏｒｅ  ｓｃａｎｎｅｒ）などを含む、実質的に任意の型の磁気共鳴スキャナまたは装置で実施され得る。さらに、画像化適用が記載されるが、グリコーゲンもしくはグルコースの空間的に解像された検出、画像化、またはマッピングについて本明細書において開示される技術が、画像化ありまたはなしで実施され得ることが認識される。例えば、いくつかの実施形態において、傾斜磁場は、磁気共鳴データ取得を、例えば、肝臓（代表的にはグリコーゲンの高い濃度もしくは密度を含む）内の規定された空間領域（例えば、単一３Ｄ画素、単一断面など）に位置を特定するために印加されるに過ぎない。得られた立証的磁気共鳴データおよび参照磁気共鳴データは、選択された領域（例えば、肝臓）におけるグリコーゲンもしくはグルコースについての情報を提供するが、画像を提供しない。他方で、上記立証的磁気共鳴データおよび参照磁気共鳴データが適切なデカルトエンコード（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ  ｅｎｃｏｄｉｎｇ）、スパイラルエンコード、または他の空間エンコードで取得され、適切な再構築が適用されれば、グリコーゲンもしくはグルコースについての得られた情報は、画像化領域におけるグリコーゲンもしくはグルコースの分布を示す画像の形態である。
【００２６】
磁気共鳴を用いて、グリコーゲンもしくはグルコースの空間的に解像された検出、画像化、またはマッピングのための技術を実施するのに適した装置を記載してきたが、立証的磁気共鳴データまたは画像および参照磁気共鳴データまたは画像からグリコーゲンもしくはグルコースについての情報を導出するためのいくつかの例示的技術が、次に記載される。
【００２７】
上記グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンが、正確なプロトン磁気共鳴（すなわち、核磁気共鳴またはＮＭＲ）周波数で選択的に照射される場合、これらプロトンは、十分にまたは部分的に飽和される。水プロトンとの迅速な化学的交換が原因で、この飽和は、水周波数におけるデータを取得するにあたって検出され得る。グリコーゲンに起因する水信号強度に対する影響を確認または定量するために、参照測定値が必要である。１つの適切なアプローチにおいて、グリコーゲンもしくはグルコースのヒドロキシル基のプロトンの照射に起因する水飽和は、水共鳴に対して反対側の周波数に、またはそうでなければグリコーゲンもしくはグルコースのヒドロキシル基のプロトン共鳴から離れて位置した参照周波数において印加される照射と比較される。例えば、水共鳴が０ｐｐｍで得られ、グリコーゲンプロトンが１ｐｐｍで得られる場合、適切な参照周波数は、−１ｐｐｍにある。グリコーゲンにおけるヒドロキシル（ＯＨ）プロトンと水のプロトンとの交換は、２つの周波数Ｓ（＋ω）および水ラインの反対側にあるＳ（−ω）での照射によって得られた正規化水信号強度間の差異（Ｓ（−ω）／Ｓ０−Ｓ（＋ω）／Ｓ０）（ここでＳ０は、飽和なしで取得された参照信号である）として検出され得る。別の正規化方法は、（Ｓ（−ω）／Ｓ（−ω）−Ｓ（＋ω）／Ｓ（−ω））である（この場合、飽和なしの参照信号Ｓ０が取得される必要はない）。
【００２８】
図２を参照すると、変形アプローチにおいて、グリコーゲンもしくはグルコースヒドロキシルプロトン周波数および水共鳴にわたる一連の周波数が、照射され得、そして水信号強度が、飽和周波数の関数として調査され得る。Ｓ（ω）／Ｓ０のプロット（ここでＳ（ω）は、周波数ωにおける照射での信号であり、Ｓ０は、照射なしの信号である）は、ｚ−スペクトルといわれる。いくつかの実施形態において、いくつかのこのような周波数ωを含む部分的ｚ−スペクトルは、完全なｚ−スペクトルの代わりに取得され得る。図２は、１１．７Ｔの磁場強度で得られたグリコーゲンのプロトン交換移動（ｐｒｏｔｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）に関するファントム研究についての例示的ｚ−スペクトルを示す。ここでＳ／Ｓ０は、照射なしのもの（Ｓ０）と比較した、水平スケールで示される周波数での照射の間の水プロトンの信号（Ｓ）を与える。図２は、高分子量グリコーゲン溶液（約２５０〜３００グルコース単位、ここで１ｍＭ  グリコーゲンは、約２５０〜３００ｍＭ  グルコース単位である）を含む２種の異なるファントムで得られたｚ−スペクトルを示す。実線は、生理学的緩衝液中の溶液のものである。その信号は、ω＝０ｐｐｍにおいて最低である。なぜなら、これは、水プロトンの直接飽和に対応するからである。しかし、さらに、図２のｚ−スペクトルは、上記グリコーゲンのヒドロキシル基の飽和したプロトンとの交換に起因する水プロトン磁気共鳴信号の抑制に起因して、約＋１ｐｐｍの非対称性を示す。グリコーゲン１分子あたり複数のグルコース単位または構築ブロックが、ならびに１グリコーゲン単位あたりに複数の（代表的には４つの）ヒドロキシル（ＯＨ）基が存在するという事実に起因して、ヒドロキシル基の実際の濃度は、非常に高い。生理学的条件下での水とこれらヒドロキシル基のプロトンとの交換速度は、かなりのものであり、代表的には、約２０００〜１００００Ｈｚ、またはさらに大きい範囲であり、ｐＨに依存する。従って、これらヒドロキシル基のプロトンを飽和するための直接照射は、ｚ−スペクトルにおいて検出可能であるプロトンの平衡移動を与える。実際に、プロトン移動効果は、グリコーゲンが半固体環境に存在する場合に検出され得る（この実験ファントムでは寒天溶液であり、図２における点線としてプロットされた結果である）。この後者の半固体環境は、ヒト身体におけるグリコーゲンの特定のインビボ条件と類似であり、ここでこの半固体マトリックスは、大きなバックグラウンド（従来の磁化移動効果（ＭＴ効果））を引き起こす。
【００２９】
グリコーゲンの存在は、水ライン（例えば、図２）のｚ−スペクトルにおいて非対称性として現れ、高周波数で測定された信号強度における減少を示す。これは、定量可能な効果である：
Ｓａｓｙｍ（ω）＝Ｓ（−ω）／Ｓ０−Ｓ（＋ω）／Ｓ０                  （１）
ここで式（１）において、Ｓ（＋ω）は、＋ωで飽和した後の水信号を示し、−ωは、＋ωから反対側の水プロトン磁気共鳴周波数に対照的に位置した磁気共鳴周波数を示し、そしてＳ（−ω）は、−ωにおいて飽和した後の水信号を示す。この場合、＋ωでのグリコーゲンもしくはグルコースのヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数の存在は、非対称性を引き起こす。この分析アプローチは、造影剤で媒介される化学的交換飽和移動（ＣＥＳＴ）において印加されるものと外見上は類似である。例えば、Ｗａｒｄら，Ａ  Ｎｅｗ  Ｃｌａｓｓ  ｏｆ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ａｇｅｎｔｓ  ｆｏｒ  ＭＲＩ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｐｒｏｔｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  （ＣＥＳＴ），Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．ｖｏｌ．１４３，ｐａｇｅｓ  ７９−８７（２０００）；およびＢａｌａｂａｎら，米国特許第６，９６３，７６９号を参照のこと。しかし、本実施形態において、式（１）は、ヒト身体または他のインビボ生物学的組織において内因性グリコーゲンもしくはグルコースの分析に関するのに対して、ＣＥＳＴ検出は、被験体に投与される外因性造影剤の分析である。Ｓ（０）に関して参照することに加えて、Ｓ（−ω）に関して参照することも可能である。飽和は、高周波数照射の出力レベルに依存するので、この後者のアプローチは、あまり出力依存性でない非対称性を与える。
【００３０】
グリコーゲンもしくはグルコースの交換可能プロトンの照射に応答性の水シグナルの信号強度依存性は、ブロッホ方程式によって正確に書き表され得る。例えば、Ｆｏｒｓｅｎら，Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ｍｏｄｅｒａｔｅｌｙ  Ｒａｐｉｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ  ｂｙ  Ｍｅａｎｓ  ｏｆ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ．３９，ｐａｇｅｓ  ２８９２−２９０１（１９６３）；Ｇｕｔｏｗｓｋｙら，Ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ，ａｎｄ  ｔｈｅ  Ｐｒｏｔｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｓｏｍｅ  Ａｑｕｅｏｕｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ．２１，ｐａｇｅｓ  １６８８−１６９４（１９５３）；ＭｃＣｏｎｎｅｌｌ，Ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｒａｔｅｓ  ｂｙ  ｎｕｃｌｅａｒ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ  ｖｏｌ．２８，ｐａｇｅｓ  ４３０−３１（１９５８）；およびＺｈｏｕら，Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ  Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｒｏｔｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ  ｂｅｔｗｅｅｎ  Ｗａｔｅｒ  ａｎｄ  Ｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓ  ａｎｄ  Ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ  Ａｇｅｎｔｓ  ｆｏｒ  ＷＥＸ，ＣＥＳＴ，ａｎｄ  ＡＰＴ  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，Ｍａｇｎ  Ｒｅｓｏｎ．Ｍｅｄ．ｖｏｌ．５１，ｐａｇｅｓ  ９４５−５２（２００４）を参照のこと。この効果およびこの効果に影響を与えるパラメーターを判断するために、グリコーゲンもしくはグルコースの飽和可能なプロトンの飽和の際に瞬間的に定常状態が達成されると仮定する場合（注意：これは、完全飽和と同じではなく、この近似は、完全なブロッホ方程式が使用される必要がある場合により高い交換速度において適用されなくてもよい）、単純化された分析解決法が使用され得る（Ｚｈｏｕら，Ｍａｇｎ  Ｒｅｓｏｎ．Ｍｅｄ．ｖｏｌ．５１，ｐａｇｅｓ  ９４５−５２（２００４））。以下の表現が、プロトン移動比（ＰＴＲ）について導出され得る：
【００３１】
【数１】
2009502244.tif 000003
ここで式（２）において、ｋｅｘｃｈは、順方向グリコーゲン−対−水または順方向グルコース−対−水の単一プロトン交換速度であり、Ｒ１ｗは、水の１／Ｔ１に等しい水の縦交換速度であり、ｘｇｌｙｃは、水プロトンに対するグリコーゲンの交換可能なヒドロキシルプロトンの部分濃度（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）であり、ｔｓａｔは、飽和時間（すなわち、グリコーゲンもしくはグルコースヒドロキシルプロトンの照射時間の長さ）であり、αは、飽和効率であり、項ｋｅｘｃｈｘｇｌｙｃは、水分子からグリコーゲンもしくはグルコースに戻る飽和プロトンの交換を説明する。このような戻り交換（ｂａｃｋ−ｅｘｃｈａｎｇｅ）は、交換速度ｋｅｘｃｈおよび／またはグリコーゲンの交換可能プロトンの濃度ｘｇｌｙｃが高いときに、かなりのものであり得る。式（２）の表現は、グリコーゲンもしくはグルコースのプロトン移動増強（ＰＴＥ）に関連し得、ＰＴＥは、グリコーゲンもしくはグルコースの１分子量単位あたりのプロトン数（Ｎｇｌｙｃ）および分子量（Ｍｇｌｙｃ）に依存し、以下のとおりである：
【００３２】
【数２】
2009502244.tif 000004
ヒト被験体について予測されるいくらかの代表的なインビボパラメーター値は、以下のとおりである：交換速度ｋｅｘｃｈ＝５０００Ｈｚ；Ｒ１ｗ＝１秒、飽和効率α＝０．５；およびｔｓａｔ＝１秒。ヒト肝臓（グルコース単位濃度において約２００ｍＭ  グリコーゲン）、筋肉（８０ｍＭ）、および脳（３ｍＭ）に関しては、４９％、４７％、および１４％のＰＴＲ効果が、これらのパラメーターに対して概算される。
【００３３】
この概算は、交換が迅速でありかつグリコーゲン共鳴が水に近いので、正確でないかもしれない。より正確な概算は、６つのブロッホ方程式全てを解くことによって得られ得る。しかし、式（２）によって与えられた大きさの種類（ｔｈｅ  ｏｒｄｅｒ  ｏｆ  ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）は、妥当であるはずである。式（２）は、ＰＴＲがグリコーゲン含有量、ｐＨ、（これは、交換速度ｋｅｘｃｈに影響を及ぼす）および水含有量（これは、Ｒ１ｗに影響を及ぼす）に対して実質的感度を示すはずであることを示す。興味深いことには、式（２）は、ＰＴＲがグリコーゲン消耗の間に大きく減少し、そしてｐＨ低下の間に（例えば、虚血の間に）も減少することを推定する。従って、本明細書において開示されるグリコーゲンの空間的に解像された検出、画像化、またはマッピング技術が、虚血効果、およびグリコーゲンレベルにおける運動関連変動の高感度での測定を可能にすることが認識される。別の企図された用途と同様に、腫瘍は、代表的には、限られた量のグリコーゲンを有するので、高グリコーゲン濃度を有する組織（例えば、肝臓および筋肉）においてこのアプローチを使用して腫瘍を検出することは可能であるはずである。
【００３４】
図３および図４を参照すると、異なるグリコーゲン濃度のファントムセットが、以下のように作製された。アジ化ナトリウムとともに、濃度０％、２％および４％（ｗ／ｖｏｌ）のグリコーゲン（Ｓｉｇｍａ  ＣＡＳ＃  ９００５−７９−２製のウシ肝臓、ＩＸ型  Ｇ０８８５、分子量（ＭＷ）推定約５０ｋＤ）の３種の溶液を、ホットプレート上でフラスコに入れて混合した。一旦このグリコーゲンを混合したら、そのｐＨを約７．１に調節し、溶液を、５００ｍｌ容器中で密封した。図１に戻って簡単に参照すると、ファントムを、高周波数コイル３０（これは、バードケージ送受信高周波数コイルであった）に配置し、磁気共鳴スキャナ１０（これは、３Ｔ  Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｉｎｔｅｒａ  ｓｃａｎｎｅｒ（Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ  Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｎ．Ｖ．（Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，Ｔｈｅ  Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）から入手可能）であった）を用いてスキャンした。このグリコーゲンファントムを、出力レベル３μＴ（持続時間３秒）の飽和パルスおよびターボスピンエコー画像取得（ＴＳＥ係数（ｆａｃｔｏｒ）＝３４）を含むグリコーゲンシーケンス４４を用いて、各々スキャンした。より一般には、上記グリコーゲンシーケンス４４は、実質的に任意の型の画像取得シーケンスを使用し得る。使用した他の画像化パラメーターは、以下のとおりであった：単一スライス５ｍｍ厚、ＴＲ＝５秒、時間−対−エコー（ＴＥ）＝１１．５ミリ秒、視野（ＦＯＶ）＝１６０ｃｍ、１２８×１２８取得。ｚ−スペクトルの形態におけるデータを、飽和パルスについて６１の異なる照射周波数（ω＝０Ｈｚ、３２Ｈｚ、−３２Ｈｚ、６４Ｈｚ、−６４Ｈｚ、・・・、９６０Ｈｚ、−９６０Ｈｚ）飽和パルスなしの参照画像Ｓ０を用いて取得した。目的の領域を、参照画像Ｓ０において作製した。正規化信号強度（Ｓ（ω）／Ｓ０×１００）の平均および標準偏差を計算した。図３は、高周波数オフ共鳴（ｏｆｆ−ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）（ヘルツ単位）（各ファントムの左上に示される）の関数として、ファントムの画像を示す。図４は、飽和パルスの６３の周波数オフセット関数として、０％、２％、および４％グリコーゲンのファントムについての目的の領域の相対信号強度を示す。図４のプロットの左下側にある曲線１００は、式（１）に従って、データの右（低周波数）側から左（高周波数）側のデータを差し引くことによって計算した０％、２％、および４％  ファントムの非対称差異Ｓａｓｙｍ（ω）である。非対称差異の曲線下の正規化面積は、０％、２％および４％グリコーゲンのファントムについて、それぞれ、０、２．１２、および３．９９である。
【００３５】
別の実際に実施されたプロセスにおいて、健康なボランティアの肝臓を、画像化と合わせたｚ−分光法を用いて３回スキャンした。１回目のスキャンは、前回の食事から約１８時間の絶食後であった。その後食事をとらせた（７穀パン５きれ、アプリコットゼリーとクッキー２枚付き）。食事をとって１０分後に、２回目のグリコーゲンスキャンを、同じ解剖学的位置で取得した。３回目のグリコーゲンスキャンを、食事の３０分後に取得した。健康な正常ボランティアを、ボディーコイル励起およびＳＥＮＳＥ検出を用いて３Ｔ  Ｐｈｉｌｉｐｓ  磁気共鳴スキャナでスキャンした。６要素のパラレル画像化心臓型受診コイルを、腹部の胸部部分の周りに配置した。上記ボディーコイルを、高周波数送信のために使用した。胸椎Ｔ８とＴ９との間の、脊椎を通る対軸断面画像を、グリコーゲン画像化断面として選択した。同じ解剖学的断面からの画像を、３５回取得した。高周波数飽和パルスの周波数オフセットωを、各取得について変更した：水周波数から、ω＝０Ｈｚ、６４Ｈｚ、−６４Ｈｚ、１２８Ｈｚ、−１２８Ｈｚ、・・・、１０２４Ｈｚ、−１０２４Ｈｚのオフセット。このＲＦ飽和パルスは、５００ミリ秒の持続時間および３μＴの振幅を有した。他の画像化パラメーターは、ＴＲ／ＴＥ＝５０００／８０ミリ秒、ＦＯＶ＝３７５ｍｍ、ＴＳＥ係数＝３０、およびＳＥＮＳＥ係数＝２を含んでいた。二次（Ｓｅｃｏｎｄ  ｏｒｄｅｒ）シムを、Ｂ０磁場異質性を最小にするために、肝臓に対して最適化した。データ取得を、呼吸運動に起因する偽像を最小にするために、呼吸にあわせて行った。上記ボランティアを、このシーケンスを用いて３回スキャンした：１回目は食事前（しかし１８時間の絶食後）；食事の１０分後；および食事の３０分後。
【００３６】
ｚ−スペクトルを、この３回のスキャンのうちの各々から算出し、周波数オフセットの関数としてプロットした相対信号強度であると規定した。この相対信号強度を、Ｓ（ω）／Ｓ０として定義し、ここでＳ（ω）は、周波数ωでの飽和パルスで取得した画像における目的の領域に対する平均信号強度であり、Ｓ０は、参照画像（すなわち、周波数飽和なしで取得した画像）における目的の領域の平均信号強度である。このｚ−スペクトルの非対称性Ｓａｓｙｍ（ω）を、式（１）を用いて算出した。
【００３７】
図５を参照すると、周波数ωで飽和後にヒトボランティア被験体の胸椎Ｔ８とＴ９との間で取得した対軸断面画像が示されている。水ライン（０．０Ｈｚ）に対するこの飽和周波数ωは、各画像の左上に表示されている。水ラインに対する非対称性が、０．０Ｈｚの水ラインに対して正の飽和周波数および負の飽和周波数において飽和した後に取得した画像を比較することによって明らかに認められる。
【００３８】
図６を参照すると、ヒトボランティア被験体の胸椎Ｔ８とＴ９との間で取得した対軸断面画像が示されている。この参照画像を、高周波数飽和なしで取得した。この画像の左側は、このボランティアの右側である。この信号強度の平均および標準偏差を、目的の領域１０２における３Ｄ画素に対して算出した。この平均および標準偏差をまた、各飽和周波数オフセットについて、および各条件（すなわち、食事前、食事の１０分後、および食事の３０分後）について、画像において算出した。
【００３９】
図７を参照すると、目的の領域１０２の信号強度の平均についてのｚ−スペクトルが、３種の条件（食事前、食事の１０分後、および食事の３０分後）下で取得したデータについて示されている。磁化移動効果は、３つ全ての状況について極めて類似であると認められるが、曲線の形状は、幾分ことなっている。
【００４０】
図８を参照すると、飽和周波数に対するパーセント値としてプロットした式（１）のＳ（ω）の非対称プロットが、３種の条件（食事前、食事の１０分後、および食事の３０分後）について示されている。この非対称性は、食事前に取得したデータについてはほぼ０％である。食事の１０分後に取得したデータについては、この非対称性はほぼ５％であり、そして食事の３０分後に取得したデータについてはほぼ９％である。この増加している非対称性は、グリコーゲン濃度における予測される増加に対応し、この増加は、ヒトが食事のかなり前から絶食した場合に、食事の直後に代表的に起こる。
【００４１】
図９を参照すると、非対称曲線下の積分を、食事前の条件についての画像（図９の左側画像）および食事の３０分後の条件についての画像（図９の右側画像）における各３Ｄ画素について算出した。これらの画像またはマップの比較は、食事後の増大した肝臓グリコーゲン含有量を示す。なぜなら、この信号強度は、食事前の条件についての画像またはマップと比較した場合、食事の３０分後の条件についての画像またはマップにおいて大きい。図９の画像またはマップにおいて、脂肪信号は負であり、負は、脂肪プロトンについての大きなプロトン移動効果を示す。胃はまた、高い非対称性を示し、この高い非対称性は、ＯＨ交換が低ｐＨで観察可能であるグルコース関連化合物に帰すると考えられる。
【００４２】
まとめると、図２〜４のファントムデータは、グリコーゲンにおける交換可能プロトンから水プロトンへの飽和移動効果が、磁気共鳴スキャナを用いてグリコーゲン含有量を定量するための高感度尺度であることを示す。画像強度から算出されるグリコーゲンの相対的尺度は、既知の濃度変化と非常に類似である。絶対的なインビボグリコーゲンもしくはグルコースの濃度は、特定の組織における既知のグリコーゲン濃度に基づく較正を用いて、組織におけるグリコーゲン濃度を変化させることによって、または１３Ｃ分光法を用いて較正され得る。ヒトボランティア被験体の肝臓から取得された図５〜９のインビボデータは、単純な絶食／食事レジメンが、本明細書において開示される開示されるグリコーゲンの空間的に解像される検出、画像化またはマッピングのアプローチを用いて検出され得ることを示す。
【００４３】
記載される実施形態において、グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数における磁化は、部分的にまたは完全に飽和され、そして水プロトン磁気共鳴データは、この飽和が有効である間に取得される。より一般的には、選択された非侵襲性修飾または非侵襲性磁気標識が、グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数において磁気共鳴を作り出し、立証的水プロトン磁気共鳴データが、上記選択された修飾または標識が実質的に有効である間に取得され、グルコースもしくはグリコーゲンの濃度もしくは密度についての情報が、立証的水プロトン磁気共鳴データに少なくとも基づいて導出される。別の選択された修飾または標識を、グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数における磁気共鳴の記載した飽和の代わりに使用することが企図される。例えば、グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数での選択された磁気修飾または標識は、反転回復パルス、ディフェージングパルス、または任意の型の周波数特異的磁気共鳴ベースの標識などであり得る。さらに、グルコースもしくはグリコーゲン以外の選択された単糖または多糖のヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数を、グルコースもしくはグリコーゲンのヒドロキシル基のプロトンの磁気共鳴周波数の代わりに使用することによって、上記選択された単糖もしくは多糖の空間的に解像された検出、画像化またはマッピングについて、本明細書において記載されるアプローチを適用することが企図される。なおさらに、インビボのグルコースもしくはグリコーゲンの検出、画像化またはマッピングが記載されるが、上記開示される技術がエキソビボまたはインビトロのサンプルに適用されることも企図される。
【００４４】
本発明は、好ましい実施形態を参照して記載されてきた。変更および改変は、前述の詳細な説明を読んで理解すれば、他者に想起され得る。本発明は、添付の特許請求の範囲またはその等価物の範囲内に入る限り、このような全ての変更および改変を含むとして解釈されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
本発明は、種々の構成要素および構成要素の配置の形態をとり得、そして種々の工程および工程の取り合わせの形態をとり得る。図面は、好ましい実施形態を例示する目的に過ぎず、本発明を限定すると解釈されるべきではない。
【図１】図１は、グリコーゲンもしくはグルコースの空間的に解像された検出、画像化、またはマッピングを行うように構成された磁気共鳴画像化システムを図解で示す。
【図２】図２は、緩衝溶液中のアガロース（２％）と混合された１ｍＭ  グリコーゲンについてのいわゆるｚ−スペクトル（Ｒ．Ｇ．Ｂｒｙａｎｔ，Ａｎｎｕ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｂｉｏｍｏｌ．Ｓｔｒｕｃｔ，ｖｏｌ．２５，ｐｐ．２９−５３（１９９６）を参照のこと）またはＣＥＳＴ−スペクトル（Ｋ．Ｍ．Ｗａｒｄ，Ａ．Ｈ．Ａｌｅｔｒａｓ，Ｒ．Ｓ．Ｂａｌａｂａｎ，Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．ｖｏｌ．１４３，ｐｐ．７９−８７（２０００）を参照のこと）を示す。座標は、Ｓ／Ｓ０（これは、照射なしのもの（Ｓ０）と比較した、横座標に示した周波数における照射の間の水プロトン（Ｓ）の信号を与える）である。
【図３】図３は、飽和高周波数パルスの周波数オフセット（Ｈｚ）の関数として、生理学的ｐＨにおける４％  グリコーゲンファントム（ｐｈａｎｔｏｍ）の３テスラでの磁気共鳴画像を示す。飽和周波数（Ｈｚ単位）は、各ファントム画像の左上に示す。
【図４】図４は、図３に示した０％グリコーゲンファントム、２％グリコーゲンファントム、および４％グリコーゲンファントムについての相対信号強度（Ｓ（ω）／Ｓ０×１００）をプロットする。
【図５】図５は、共鳴周波数ωにおいて飽和した後に、３テスラの磁石でヒトボランティア被験体の胸椎Ｔ８とＴ９との間で取得した対軸断面画像を示す。水ライン（０．０Ｈｚ）に対するそれぞれの上記飽和周波数ωを、各画像の左上に表示する。
【図６】図６は、ヒトボランティア被験体の胸椎Ｔ８とＴ９との間で取得した対軸断面参照画像を示す。データを、３テスラにおいて取得し、そのヒトを、約１８時間にわたって絶食させた。目的の領域が示される。
【図７】図７は、約１８時間絶食させて、肝臓グリコーゲンを減少させた後の食事前、食事して１０分後、および食事して３０分後の３種の条件下で取得したデータについて、図６において示した目的の領域を構成するボリューム要素（ｖｏｌｕｍｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）に対する信号強度の平均に関するｚ−スペクトルを示す。
【図８】図８は、図６において示した目的の領域についてのｚ−スペクトルの非対称性Ｓａｓｙｍ（ω）のプロットを示し、約１８時間絶食させた後の食事前、食事して１０分後、および食事して３０分後の３種の条件について、飽和周波数に対するパーセント値としてプロットした。
【図９】図９は、１８時間絶食させた後の食事前の条件（左側画像）および食事して３０分後の条件（右側画像）のついて、図６の画像における各３Ｄ画素に関する非対称曲線下の積分の画像またはマップを示す。
【図１】
2009502244.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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