(57)【要約】  異なる拡散特性を有する成分間の分子交換速度を決定するための磁気共鳴画像化または核磁気共鳴ための方法、システム、コンピュータ可読媒体、用法、パルスシーケンスを提供する。本発明は、混合時間で分けられた一対の拡散強調ブロックを含むパルスシーケンスのパラメータを変更する賢明に設計されたプロトコルを利用することにより、交換のために磁気共鳴信号を符号化する。【選択図】図１
2010527740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界にさらされた対象に向かって無線周波数パルスシーケンスを放射する工程（７１）であって、前記対象は０と異なる核スピンを持った原子を有する分子を含む、工程（７１）と、
前記対象に向かって勾配パルスシーケンスを放射する工程（７２）と、
前記放射された無線周波数パルスシーケンスに対応する前記対象からの磁気共鳴信号を検知する工程（７３）と、
前記磁気共鳴信号を処理する工程（７４）と、を含む磁気共鳴画像化のための方法（７０）であって、
前記勾配パルスシーケンスは、前記対象の拡散係数の分布の少なくとも一部を低減するように構成されたフィルタブロックと前記フィルタブロックを放射した後の所定時間（ｔｍｉｘ）に発生する拡散符号ブロックとを含み、
前記処理（７４）は前記磁気共鳴信号の一部と所定の磁気共鳴信号の一部とを比較して比較信号を生成する工程を含み、
前記所定の磁気共鳴信号の前記一部はユーザ定義されるかあるいは以前に適用された勾配パルスシーケンスの結果かのいずれかである、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記フィルタブロックは、前記方法が繰り返し実行されると前記フィルタブロックの拡散増感パラメータｂが固定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記比較信号は前記対象内の前記分子の交換時間に関する情報を含み、
前記交換時間は前記分子が前記対象内の制限コンパートメントから拡散するのに要する時間である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記比較信号は、前記磁気共鳴信号の前記一部に含まれる前記拡散係数の分布の前記一部における拡散係数の振幅と前記所定の磁気共鳴信号の前記一部に含まれる前記拡散係数の前記分布の一部における前記拡散係数の振幅との間の随意の再生に関する情報を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
異方系における磁気共鳴画像化のための請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法であって、前記フィルタブロックと前記拡散符号ブロックは同一方向の拡張を少なくとも部分的に有する、方法。
【請求項６】
異方系における磁気共鳴画像化のための請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法であって、前記フィルタブロックと前記拡散符号ブロックの両方は任意の方向の拡張を有する、方法。
【請求項７】
前記比較信号に基づいて画像を生成する工程（７５）をさらに含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記画像は、前記交換に基づくコントラストにより画像を視覚化するための勾配により構成され、前記勾配は少なくとも１つの色またはパターンを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記拡散係数の分布は第１の拡散成分（Ｄｓｌｏｗ）と第２の拡散成分（Ｄｆａｓｔ）を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記フィルタブロックの前記拡散増感パラメータｂは１／Ｄｆａｓｔ＜ｂ＜１／Ｄｓｌｏｗを満たす、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記拡散符号ブロックの拡散増感パラメータｂは０．１／Ｄｆａｓｔ＜ｂ＜５／Ｄｓｌｏｗを満たす、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記比較信号は、前記磁気共鳴信号の前記一部に含まれる前記拡散係数の分布の前記一部における拡散係数の振幅と前記所定の磁気共鳴信号の前記一部に含まれる前記拡散係数の前記分布の一部における前記拡散係数の振幅との間の随意の非線形再生に関する情報を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記比較工程は前記第１拡散成分と前記第２の拡散成分の振幅を比較することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記対象は、ゼオライト、リポソーム、小胞または生体細胞である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
磁界にさらされた対象に向かって無線周波数パルスシーケンスを放射するための無線周波数パルスユニット（８１）であって、前記対象は０と異なる核スピンを持った原子を有する分子を含む、ユニットと、
前記対象に向かって勾配パルスシーケンスを放射する勾配パルスユニット（８２）と、
前記放射された無線周波数パルスシーケンスに対応する前記対象からの磁気共鳴信号を検知するための検出器ユニット（８３）と、
前記磁気共鳴信号を処理するための処理ユニット（８４）と、を含む磁気共鳴画像化システムであって、
前記勾配パルスシーケンスは、前記対象の拡散係数の分布の少なくとも一部を低減するように構成されたフィルタブロックと前記フィルタブロックを放射した後の所定時間に発生する拡散符号ブロックとを含み、
処理ユニット（８４）は前記磁気共鳴信号の一部と所定の磁気共鳴信号の一部とを比較して比較信号を生成するように構成され、
前記所定の磁気共鳴信号の前記一部はユーザ定義されるかあるいは以前に適用された勾配パルスシーケンスの結果かのいずれかである、ことを特徴とするシステム。
【請求項１６】
前記磁気共鳴信号または前記所定の磁気共鳴信号に基づいて画像を生成するように構成された画像生成ユニット（８５）をさらに含む請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
コンピュータにより処理されるコンピュータプログラムをその上に具現化した磁気共鳴画像化用コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータプログラムは、
磁界にさらされた対象に向かって無線周波数パルスシーケンスを放射するための無線周波数パルス符号セグメント（９１）であって、前記対象は０と異なる核スピンを持った原子を有する分子を含む、セグメント（９１）と、
前記対象に向かって勾配パルスシーケンスを放射するための勾配パルス符号セグメント（９２）と、
前記放射された無線周波数パルスシーケンスに対応する前記対象からの磁気共鳴信号を検知するための検出器符号セグメント（９３）と、
前記磁気共鳴信号を処理するための処理符号セグメント（９４）と、を含み、
前記勾配パルスシーケンスは、前記対象の拡散係数の分布の少なくとも一部を低減するように構成されたフィルタブロックと前記フィルタブロックを放射した後の所定時間に発生する拡散符号ブロックとを含み、
前記処理符号セグメント（９４）は前記磁気共鳴信号の一部と所定の磁気共鳴信号の一部とを比較して比較信号を生成するように構成され、
前記所定の磁気共鳴信号の前記一部はユーザ定義されるかあるいは以前に適用された勾配パルスシーケンスの結果かのいずれかである、ことを特徴とするコンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
前記コンピュータプログラムは前記比較信号に基づいて画像を生成するように構成される画像生成符号セグメント（９５）をさらに含む、請求項１７に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
コンピュータ処理特性を有する装置により実行されると請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法のすべての工程を実行するように配置された符号セグメントを含むコンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法を実行するための手段を含む医療ワークステーション。
【請求項２１】
病気または疾患を分析するための診断ツールとしての、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法の用途。
【請求項２２】
生体内での生細胞の新陳代謝を検討するための請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法の用途。
【請求項２３】
前記細胞膜を貫通する医療薬の前記膜貫通拡散を検討するための請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法の用途。
【請求項２４】
磁界にさらされている対象に向かって無線周波数パルスシーケンスを放射する工程（７１）であって、前記対象は０と異なる核スピンを持った原子を有する分子を含む、工程（７１）と、
前記対象に向かって勾配パルスシーケンスを放射する工程（７２）と、
前記放射された無線周波数パルスシーケンスに対応する前記対象からの磁気共鳴信号を検知し取得する工程（７３）と、を含む、磁気共鳴画像化または核磁気共鳴分光のための方法（７０）であって、
前記勾配パルスシーケンスは、振幅Ｇ１を有する第１の拡散強調ブロックと、継続時間ｔｍｉｘを有する混合ブロックと、振幅Ｇ２を有する第２の拡散強調ブロックとを含み、
Ｇ１、ｔｍｉｘ、Ｇ２のすべては変更されるか固定されるかあるいはオンまたはオフモード状態のいずれかであり、Ｇ１とＧ２の少なくとも１つは固定されるかあるいはオンまたはオフモード状態である、ことを特徴とする方法。
【請求項２５】
前記勾配パルスシーケンスは、振幅Ｇ１を有する第１の拡散強調ブロックと、継続時間ｔｍｉｘを有する混合ブロックと、振幅Ｇ２を有する第２の拡散強調ブロックとを含む、請求項２４に記載の方法であって、
−Ｇ１はオンまたはオフモード状態でありＧ２は固定されｔｍｉｘは固定される、
−Ｇ２はオンまたはオフモード状態でありＧ１は固定されｔｍｉｘは固定される、
−Ｇ１はオンまたはオフモード状態でありＧ２は固定されｔｍｉｘは変更される、
−Ｇ２はオンまたはオフモード状態でありＧ１は固定されｔｍｉｘは変更される、
−Ｇ１は固定されＧ２は変更されｔｍｉｘは変更されるが、Ｇ１が０に等しくｔｍｉｘが固定されＧ２が変更される系列により補完される、
−Ｇ２は固定されＧ１は変更されｔｍｉｘは変更されるが、Ｇ２が０に等しくｔｍｉｘが固定されＧ１が変更される系列により補完される、
のうちの１つが有効である、方法。
【請求項２６】
フィルタ効率を向上させるために非対称パルス対または勾配変調が使用される、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
細胞内割合のより正確な推定値を得るために前記パルス時間δは一定の実効拡散時間ｔｄで変更される、請求項２４〜２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記フィルタ効率を向上させるために数値最適化を行う、請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
グローバルフィッティングが行われる、および／またはデータを解析するための細胞内割合の後続フィッティングを含む制限ＩＬＴ（逆ラプラス変換）が行われる、請求項２４〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
磁界にさらされた対象に向かって無線周波数パルスシーケンスを放射するための無線周波数パルスユニット（８１）であって、前記対象は０と異なる核スピンを持った原子を有する分子を含む、ユニット（８１）と、
前記対象に向かって勾配パルスシーケンスを放射する勾配パルスユニット（８２）と、
前記放射された無線周波数パルスシーケンスに対応する前記対象からの磁気共鳴信号を検知するための検出器ユニット（８３）と、を含む磁気共鳴画像化または核磁気共鳴分光のためのシステムであって、
前記勾配パルスシーケンスは、振幅Ｇ１を有する第１の拡散強調ブロックと、継続時間ｔｍｉｘを有する混合ブロックと、振幅Ｇ２を有する第２の拡散強調ブロックとを含み、
Ｇ１、ｔｍｉｘ、Ｇ２のすべては変更されるか固定されるかあるいはオンまたはオフモード状態のいずれかであり、Ｇ１とＧ２の少なくとも１つは固定されるかあるいはオンまたはオフモード状態である、ことを特徴とするシステム。
【請求項３１】
前記磁気共鳴信号に基づいて画像を生成するように構成された画像生成ユニット（８５）をさらに含む請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
請求項２４〜２９のいずれか一項に記載の方法を実行するための手段を含む医療ワークステーション。
【請求項３３】
病気または疾患を分析するための診断のツールとしての請求項２４〜２９のいずれか一項に記載の方法の用途。
【請求項３４】
生体内での生細胞の新陳代謝を検討するための請求項２４〜２９のいずれか一項に記載の方法の用途。
【請求項３５】
細胞膜を貫通する医療薬の膜貫通拡散を検討するための請求項２４〜２９のいずれか一項に記載の方法の用途。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は一般的には拡散核磁気共鳴と磁気共鳴画像化の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
拡散核磁気共鳴（ＮＭＲ）は４０年以上の間使用されてきた。等方系、すなわち全方向において同じ特性を有する系については、拡散係数の測度は、凝集体サイズ、その中を分子が移動する媒体の透過率、拡散種と大きな分子すなわち多孔質母材との間に発生する結合事象の点から解釈することができる。最も一般的な拡散ＮＭＲ技術は、パルス間の時間に発生する変位に対しＮＭＲ無線周波数信号を標識化する磁場勾配パルスのペアに依存する。拡散ＮＭＲ技術および解析方法は、生体外だけでなく、虚血性脳卒中、脱髄疾患、腫瘍などの病態を検知するための医療磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）との関連でも適用される。
【０００３】
分子が閉鎖コンパートメント（closed compartment）の内部または外部に存在するかどうかを区別することは多くの研究（例えば活性物質の放出制御または細胞組織と生体液内の分子輸送）では極めて重要である。したがって、浸透性研究は医療および生物学部門だけでなく薬学においても行われている。
【０００４】
画像化および非画像化（スペクトル）実験の両方においては、特定のコントラストを受信するために異なる非侵襲的手段が使用される。今日、これらの手段は拡散係数に基づくことが多い。一般的な方法は、Kargerモデルを使用する単純な拡散実験における曲線近似に依存する（Karger, J., H. Pfeifer, and W. Heink. 1988. Principles and applications of self-diffusion measurements by nuclear magnetic resonance. Adv. Magn. Reson. 12:1-89）。一般的な拡散実験は拡散符号ブロックを含む。これはコントラストの手段としてＭＲＩにおいても時々使用される。
【０００５】
非特許文献“Diffusion-diffusion correlation and exchange as a signature for local order and dynamics” by P. T. Callaghan et al, JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS VOLUME 120, NUMBER 8 22 FEBRUARY 2004には、大域等方性条件下の局所拡散非等方性の研究の中での２次元核磁気共鳴実験が開示されている。拡散−拡散相関分光法（diffusion-diffusion correlation spectroscopy）と拡散交換分光法（diffusion exchange spectroscopy）として知られる方法は、２次元逆ラプラス変換を使用する信号解析とともに、連続ペアの磁場勾配パルスを採用する。しかしながら、これら方法の欠点は、提案された方法は実際上その最も簡単なプロトコルにおいてすら実験を少なくとも１００回繰り返さなければならないため非常に時間がかかることである。その目的が人間のＭＲＩ画像である場合、実験の継続時間は実行可能な範囲を越えるであろう。
【０００６】
要約すると、今日まで、現在利用可能な透過交換を推定する拡散ＮＭＲ法は非常に時間がかかるか、あるいは実験データ内の推定パラメータと情報間の弱い依存性のみによる曲線近似に依存するかのいずれかである（Karger）。交換時間を得るために使用し得る他の公知の方法は、光散乱、顕微鏡法、吸収分光学およびＸ線によるマーカー分子の拡散の観察などの侵襲的方法である。これは、毒物危険性により生体内での使用が困難であるだけでなく、細胞組織と体液が導入マーカーにより影響されないということを誰も保証することができなかった。
【０００７】
従って、改良された方法、システム、コンピュータ可読媒体および用法は有利となるであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の概要
したがって、本発明は好適には、当該技術分野における上記特定された欠陥および不都合の１つまたは複数を単独であるいは任意に組み合わせて軽減または緩和しようとし、かつ添付された請求項による方法、システムおよびコンピュータ可読媒体を提供することにより上記問題を少なくとも解決する。
【０００９】
本発明の一態様によると方法が提供される。本方法は、磁界にさらされた対象に向かって無線周波数パルスシーケンスを放射する工程であって、対象は０と異なる核スピンを持った原子を有する分子を含む、工程と、対象に向かって勾配パルスシーケンスを放射する工程と、放射された無線周波数パルスシーケンスに対応する対象からの磁気共鳴信号を検知する工程と、磁気共鳴信号を処理する工程と、を含む。また本方法は、勾配パルスシーケンスは対象の拡散係数の分布の少なくとも一部を低減するように構成されたフィルタブロックとフィルタブロックを放射した後の所定時間に発生する拡散符号ブロックとを含み、上記処理は磁気共鳴信号の一部と所定の磁気共鳴信号の一部とを比較して比較信号を生成する工程を含み、所定の磁気共鳴信号の一部はユーザ定義されるかあるいは以前に適用された勾配パルスシーケンスの結果かのいずれかである、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の別の態様によるとシステムが提供される。本システムは、磁界にさらされた対象に向かって無線周波数パルスシーケンスを放射するための無線周波数パルスユニットであって、対象は０と異なる核スピンを持った原子を有する分子を含む、ユニットと、対象に向かって勾配パルスシーケンスを放射する勾配パルスユニットと、放射された無線周波数パルスシーケンスに対応する対象からの磁気共鳴信号を検知するための検出器ユニットと、磁気共鳴信号を処理するための処理ユニットと、を含み、勾配パルスシーケンスは対象の拡散係数の分布の少なくとも一部を低減するように構成されたフィルタブロックとフィルタブロックを放射した後の所定時間に発生する拡散符号ブロックとを含み、処理ユニットは磁気共鳴信号の一部と所定の磁気共鳴信号の一部とを比較して比較信号を生成するように構成され、所定の磁気共鳴信号の一部はユーザ定義されるかあるいは以前に適用された勾配パルスシーケンスの結果かのいずれかである、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明のさらに別の態様によると、コンピュータにより処理されるコンピュータプログラムをその上に具現化した磁気共鳴画像化用コンピュータ可読媒体が提供される。本コンピュータプログラムは、磁界にさらされた対象に向かって無線周波数パルスシーケンスを放射するための無線周波数パルス符号セグメントであって、対象は０と異なる核スピンを持った原子を有する分子を含む、セグメントと、対象に向かって勾配パルスシーケンスを放射するための勾配パルス符号セグメントと、放射された無線周波数パルスシーケンスに対応する対象からの磁気共鳴信号を検知するための検出器符号セグメントと、磁気共鳴信号を処理するための処理符号セグメントと、を含み、勾配パルスシーケンスは対象の拡散係数の分布の少なくとも一部を低減するように構成されたフィルタブロックとフィルタブロックを放射した後の所定時間に発生する拡散符号ブロックとを含み、処理符号セグメント（９４）は磁気共鳴信号の一部と所定の磁気共鳴信号の一部とを比較して比較信号を生成するように構成され、所定の磁気共鳴信号の一部はユーザ定義されるかあるいは以前に適用された勾配パルスシーケンスの結果かのいずれかである、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の別の態様によると、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法を実行するための手段を含む医療ワークステーションが提供される。
【００１３】
本発明の一態様によると、病気または疾患を分析するための診断のツールとして、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法の用途が提供される。
【００１４】
本発明の一態様によると、生体内での生細胞の新陳代謝を検討するための請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法の用途が提供される。
【００１５】
本発明の一態様によると、細胞膜を貫通する医療薬の膜貫通拡散を検討するための請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法の用途が提供される。
【００１６】
本発明の別の態様によると、磁気共鳴画像化システムで使用されるパルスシーケンスが提供される。このパルスシーケンスは磁界にさらされた対象の拡散係数の分布の少なくとも一部を低減するように構成されたフィルタブロックを含み、上記対象は０と異なる核スピンを持った原子を有する分子とフィルタブロックを放射した後の所定時間に発生する拡散符号ブロックとを含む。
【００１７】
本発明による一般的な解決策は、拡散実験にフィルタとして勾配パルスシーケンスを利用する。これにより、同一の分子は、どのようにその拡散が制限されるかに基づいて別々に解析され区別することができる。交換時間、すなわち分子が制限コンパートメントから拡散して出ていく（その逆も同様）にかかる時間は、いくつかの実施態様による本発明を利用することにより得られる重要なパラメータである。交換時間は特定分子に対する障壁の透過率の測度である。
【００１８】
いくつかの実施態様による本発明は、検討対象の分子が試料全体にわたって同じように拡散しない場合（すなわち、セル内コンパートメントとセル外コンパートメント間の交換時間が異なる場合）の系におけるＭＲＩ用の新しいコントラストモードを提示する。
【００１９】
いくつかの実施態様による本発明に伴う別の利点は、必要とされる全体の実験継続時間は従来技術の解決策と比較して大幅に低減されることである。
【００２０】
より短い全体の実験継続時間により、いくつかの実施態様による本発明（例えば磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）におけるコントラスト手段など）は生体内で使用できるようになる。現在の拡散ＭＲＩ画像は、定量化が困難でしたがって病態に関係するアーチアファクトとして交換時間に関する情報のみを間接的に含む。
【００２１】
いくつかの実施態様による本発明は、調査対象の試料の交換時間を視覚化する画像（例えば色勾配など）を生成するために利用することができる。
【００２２】
交換時間は細胞透過率の測度であるので、いくつかの実施態様による本発明は、梗塞、発作、腫瘍など様々な病気または疾患の診断ツールとして使用することができる。
【００２３】
さらに、いくつかの実施態様による本発明は、生体内の生細胞の新陳代謝（例えば、環境または細胞膜組成における変化に伴う細胞外および細胞内ブドウ糖の有無と割合）を検討するための非侵襲的技術を提供する。
【００２４】
また、いくつかの実施態様による本発明は、信頼できる交換時間結果を得るために他の実験からの背景知識（検討対象の分子の形状または拡散係数など）を必要としない。検討対象の分子の形状に関する情報は交換時間を抽出するために必要ではない。拡散係数自体は実験（通常の拡散ＮＭＲ実験）の第１の部分の結果である。
【００２５】
また、いくつかの実施態様による本発明はフィルタブロックと拡散符号ブロックとの組み合わせに基づくので現在の技術と比較して利点を提供する。
【００２６】
一般的な拡散符号ＭＲＩ実験と比較して、いくつかの実施態様による本発明は、コントラストが交換時間の差に依存する画像を生成することができる（図６を参照）。本発明により得られるコントラストモードは既存のコントラストモードと組み合わせられてよい。現在のＭＲ画像はアーチアファクトとしてこの情報のみを間接的に含み、交換時間に関する情報は抽出不可能である。
【００２７】
いくつかの実施態様による本方法とCallaghanらによる方法は、異なる時刻に行われる拡散実験として説明されてよいであろう。
【００２８】
よく知られたCallaghanらによる拡散−拡散相関分光と拡散交換分光と比較して、いくつかの実施態様による本発明ははるかに短い時間に同じ結果（交換時間）を提供することができる。より短い実験継続時間のため、いくつかの実施態様による本発明は、生体内で生体試料（例えば患者）における交換時間を検討する可能性を与える。これは今日まで可能ではなかった。
【００２９】
実験時間が著しく低減される理由はいくつかの実施態様によるフィルタブロックによる。フィルタブロックを使用することにより、情報を得るのに必要な実験の数は低減される。２つの拡散符号ブロックは後続の２次元逆ラプラス変換により必要に応じて独立に変化しなければならないので、Callaghanらによる方法は例えば１６の実験を１６回使用する。Callaghanの方法においてインクリメントされる第１の拡散符号ブロックは固定のｂ値（以下にさらに詳細に説明する）を有するフィルタブロックにより置換されるので、いくつかの実施態様による本発明は１６の実験を１回のみ必要とする。拡散フィルタブロックの固定のｂ値は、結果の画像内の速い拡散成分がマスクされるようにいくつかの実施態様に従って設定される。
【００３０】
賢明に選択されたフィルタブロックと混合時間により、いくつかの実施態様による本発明は細胞膜上の分子交換に基づくコントラストを有する画像を生成する。この画像は、一般的に使用される高いｂ値のｑ空間画像が記録されるのと同じ時間内に記録されるであろう（Cohen Y, Assaf Y (2002) High b-value q-space analyzed diffusion-weighted MRS and MRI in neuronal tissues -a technical review. NMR Biomed. 15, 516-542）。
【００３１】
図１−９の簡単な説明
本発明により可能なこれらおよび他の態様、特徴、利点は添付図面を参照した本発明の実施形態の以下の説明から明らかとなり解明されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】拡散ＮＭＲ／ＭＲＩのための一般に知られた標準的パルスシーケンスを示す図である。
【図２】等量の２つの拡散成分を有する系の、一般に知られたシミュレートされたｂの関数としての信号減衰Ｉ／Ｉ0を示す図である。
【図３】一実施形態を示す図である。
【図４】一実施形態を示す図である。
【図５】一実施形態による、異なる信号強度減衰対拡散増感パラメータｂとその対応する拡散係数分布とを示す図である。
【図６】従来技術のＮＭＲ／ＭＲＩプロトコルにより得られる解析対象の試料の画像結果と一実施形態によるパルスシーケンスにより得られた結果との比較を示す図である。
【図７】一実施形態による方法を示すフローチャートである。
【図８】一実施形態によるシステムを示す図である。
【図９】一実施形態によるコンピュータ可読媒体を示す図である。
【図１０−２１】以下の明細書において説明する。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態の詳細
本発明のいくつかの実施形態について、当業者が本発明を実施できるように添付図面を参照し以下にさらに詳細に説明する。しかしながら本発明は様々な形式で具現化することができ、本明細書に記載された実施形態に限定されてはならない。むしろこれらの実施形態は、本開示が詳細かつ完全でありかつ本発明の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。これらの実施形態は本発明を限定するものではなく、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。さらに、添付図面に示される特定の実施形態の詳細な説明に使用される用語は本発明を限定することを意図するものではない。
【００３４】
図１には、一般に知られた標準的な拡散ＮＭＲ／ＭＲＩのパルスシーケンスを示す。信号は、継続時間δと強度Ｇの２つの勾配パルスを使用して、拡散に対し標識化される。Δはパルスの始点間の時間である。信号強度ＩはＩ＝Ｉ０ｅ（−ｂＤ）に従って減衰する。ここでｂ＝（γＧδ）２（Δ−δ／３）、Ｄは自己拡散係数、Ｉ０は勾配強度０における信号強度である。信号は実験を通じてＧの関数として記録される。
【００３５】
図２には、拡散係数１０−９と１０−１０ｍ２ｓ−１を有する等量の２つの拡散成分を含む系の、一般に知られたシミュレートされたｂの関数としての信号減衰Ｉ／Ｉ０を示す。一般に知られた逆ラプラス変換アルゴリズムを使用する減衰曲線の逆たたみ込みを使用することにより、様々な拡散成分の量を推定することができる拡散係数の分布ＤＰ（Ｄ）が得られる。
【００３６】
以下の説明では、拡散ＮＭＲ／ＭＲＩに適用可能な本発明の実施形態に焦点を合わせる。
【００３７】
本発明による一般的な解決策は、拡散実験にフィルタとして勾配パルスシーケンスを利用することである。これにより、同一の分子は、どのようにその拡散が制限されるかに基づいて別々に解析され区別することができる。検討対象の分子はコンパートメントの内部または外部に存在するかにかかわらず同じ局所拡散係数を有する。しかしながら、障壁の存在により、少なくとも２つの見かけ拡散係数を有する拡散係数スペクトルが生成される。一例として、細胞内および細胞外水分子の試料を考える。細胞外の連続的水相内に位置する分子は細胞の存在により影響をわずかに受けるのみであり、それらの拡散係数はバルク値（室温における２．３×１０−９ｍ２／ｓ）と同じである。細胞内に位置する分子の運動は細胞膜の存在によって妨げられ、ＮＭＲにより測定された見かけ拡散係数はバルク値から実質的に減少される。多くの細胞系については、この減少は数桁の大きさとなり得る。これらの２つの拡散係数は「遅い拡散」と「速い拡散」として表される。交換時間、すなわち分子が細胞膜などの制限コンパートメントから外部環境へ拡散する（その逆もまた同様）のに要する時間は、いくつかの実施形態による本発明を利用することにより得られる重要なパラメータである。交換時間は特定の分子に対する障壁の透過率の測度である。
【００３８】
単純には、本発明の概念は、通常の拡散実験を実行するが少なくとも２つの部分を有するパルスシーケンスを利用することであり、ここではパルスシーケンスの第１の部分は残りの測定のためのフィルタとして使用され、第２の部分は本明細書を通して拡散符号ブロックと呼ばれる一般に知られたパルスシーケンスであってよい（図１参照）。
【００３９】
本明細書の全体にわたって、第１の拡散成分と第２の拡散成分の関係は、第２の拡散成分（より速い成分）は第１のより遅い拡散成分よりも大きな拡散係数を有するということである。簡単のため、用語「遅い」と「速い」が使用されるが、これらの用語は、遅い成分は速いものより低い見かけ拡散係数を有する（逆も同様）ということを示すのみである。
【００４０】
本発明の一実施形態では、図３に従ってパルスシーケンスが提供される。例えば、同一の分子を個別に解析して拡散ＮＭＲ／ＭＲＩシステムにおいてその拡散がどのように制限されるかに基づき分子を識別するためにパルスシーケンスを使用することができる。パルスシーケンスは、人間などの調査対象の試料内の速い拡散成分から生じる信号をフィルタ除去またはマスクするとともに試料の遅い拡散成分からの信号を保持するように構成された第１のパルスシーケンスを含むフィルタブロック３１を含む。したがって、より遅い拡散成分（コンパートメント内の）の信号減衰のみが、例えばｚ方向における格納によるＴ２緩和から保護するために、混合時間中にＲＦパルスを使用することにより格納される。パルスシーケンスはさらに、標準的な拡散ＮＭＲ／ＭＲＩ実験と同じ様に振る舞うように構成された第２のパルス対を含む拡散符号ブロック３２を含む。各拡散符号ブロック後、磁気共鳴画像信号は一般に知られた手順に従って記録されてよい。拡散符号としたがってｂ値とを変化させる一連の測定は、拡散係数の分布と遅いおよび速い成分の振幅とを提供するための逆ラプラス変換を施すことができる一連の画像を生成する。混合時間を増加するにしたがって、より速い成分からの信号は内部と外部間の交換がある場合は再出現するようになる（実際上は０．１〜１０００ｍｓ程度の時間スケールで）。交換のための時間を正確に推定するためには、混合時間としたがって速いおよび遅い拡散成分の様々な割合を変更するための一連の画像（すなわち、実際の実行に際しては少なくとも１０の画像）を取得しなければならない場合が有る（図４）。これはいくつかの実施形態によると、混合時間ｔｍｉｘを変化させる少なくとも２つの系列の測定（それぞれはフィルタブロックと一連のｂ値を有する後続の拡散符号ブロックとを含む）が実行されることを意味する。
【００４１】
定義によりそして当業者に公知なように、各拡散符号ブロックは結果の磁気共鳴画像信号に拡散コントラストを与える。これは、拡散符号ブロックがないと、結果の画像信号は拡散に対し符号化されないことを意味する。
【００４２】
したがって各拡散符号ブロック後、結果の磁気共鳴画像信号を記録することができる。このため、混合時間を変更しながら２つの連続した系列の測定を実行することにより、第１の系列の測定に対応する第１の画像信号と第２の系列の測定に対応する第２の画像信号とが取得される。上述のように、結果の一連の画像には、拡散係数の分布を提供するための逆ラプラス変換が施されてよく、この変換により遅いおよび速い成分を推定することができる。２つの系列の画像間の速い拡散成分の差は明らかに交換時間の測度である。交換時間の値は、２つの系列の画像の速いおよび遅い成分の振幅を比較することにより、一般に知られたアルゴリズムに基づき計算されてよい。
【００４３】
その結果、混合時間ｔｍｉｘ中に発生する速いおよび遅い拡散成分の交換時間を取り出すことができる。したがって、いくつかの実施形態によるパルスシーケンスは、時間の関数としてフィルタ処理後の信号内の速い拡散成分の再出現を解析することができるようにする。これは所望のパラメータ（制限拡散と自由拡散を有する成分間の交換時間）を与える。２つの信号の比はそれぞれが自由拡散と制限拡散を有する分子数の比に関連付けられてよい。
【００４４】
いくつかの実施形態では、フィルタブロックと拡散ブロック内の磁場勾配は実質的に同じ方向を有する。例えばこれは、フィルタブロックがｘ方向に配向されると拡散符号ブロックもまたｘ方向にあるいは「実質的に」ｘ方向に配向されることを意味する。「実質的に」により意味するのは、フィルタブロックと拡散符号ブロック間の方向は、交換に関する結果にそれ程の悪影響を及ぼすことなくわずかに異なってよいということである。
【００４５】
拡散係数ＤｆａｓｔとＤｓｌｏｗによりそれぞれ特徴づけられた１つの自由成分と１つの制限成分を有する試料について考える。Ｐｆａｓｔは試料内の速い分子の割合である。標準的なStejskal-Tanner実験により測定される正規化拡散ＮＭＲ信号Ｅは次のように近似することができる。
【数１】
2010527740.tif 000003
ここでｂは以下に定義される拡散増感パラメータ（diffusion sensitizing parameter）である。拡散増感パラメータｂは拡散強調または拡散増感（試料内の水分子の拡散性の差を発現させるための強勾配のシーケンスの適用を意味する）の程度を表す。ほぼ直角勾配のパルスペア（臨床ＭＲスキャナに最も一般的に実装される１８０°高周波パルス）を含むStejskal-Tanner実験に関しては、ｂ値は増感パルス勾配（sensitizing pulsed gradient）の継続時間（δ）と強度（Ｇ）により決定され、２つのパルス勾配間の時間間隔（Δ）は次式に従って決定される。
ｂ＝γ２Ｇ２δ２（Δ−δ／３）
ここでγは磁気回転比である。したがってｂ値（拡散増感）は、より強い（Ｇ）とより長い（δ）パルス勾配を使用することにより、あるいはパルス勾配間の時間（Δ）を延ばすことにより増加することができる。
【００４６】
いくつかの実施形態では、制限Ｄｆａｓｔ＞＞Ｄｓｌｏｗでは、ｂの値は、遅い成分からの信号を完全に保存するとともに自由（速い）成分からの信号を完全に取り除くかマスクするために調整されてよい。理想的な実験のいくつかの実施形態では、フィルタブロックのｂ値は次の極限内で固定される：１／Ｄｆａｓｔ＜＜ｂ＜＜１／Ｄｓｉｏｗ。このｂ値の定義は理想的な理論的な場合のものであるが実際上は両極限は同程度の大きさである。フィルタブロックのｂ値を正しく選択することにより速い成分はマスクされる。
【００４７】
拡散符号ブロックでは、ｂ値は制限０．１／Ｄｆａｓｔ＜ｂ＜５／Ｄｓｌｏｗ内で変更される（Callaghanらは２組の拡散符号ブロックを使用してｂ値を両方のブロック内で独立に変更し、その結果として通常は１６×１６エントリを有する２次元データ行列が生成される。
【００４８】
いくつかの実施形態によるパルスシーケンスのフィルタブロックを含む適切に印加された無線周波数（ＲＦ）パルスにより、遅い成分のみを含むこの信号を例えばｚ方向に格納して混合時間ｔｍｉｘ後に呼び戻すことができる。
【００４９】
いくつかの実施形態によるパルスシーケンスの拡散符号ブロックを設けることにより、信号が呼び戻された後に上記Ｅ（ｂ）の式と類似の全信号が得られる。しかしながら、従来技術の解決策との差異は様々な拡散成分の振幅が交換の存在に依存することである。コンパートメント間で交換がないと、見かけの遅い割合Ｐｓｌｏｗ’は１に等しく、すべての信号は制限成分から来る。長いｔｍｉｘに対しては、Ｐｓｌｏｗ’は真の遅い割合Ｐｓｌｏｗに近づく。制限コンパートメント内の分子の滞留時間は、ｔｍｉｘの関数としてＰｓｌｏｗ’を測定することにより推定することができる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、すべての拡散ブロック（拡散符号ブロックだけでなくフィルタブロックも）の条件は同じである。スピンエコーを形成するためには、勾配の時間積分は次のように０に等しくなければならない（Hahn, E. L. Phys. Rev. 1950, 80, 580参照）。
【数２】
2010527740.tif 000004
【００５１】
したがって、勾配パルスの形状、大きさ、数および符号、そして勾配とＲＦパルスの組み合わせは、上記積分が０である限り様々であってよい。第２の条件は、下記式に従って定義されるｂ値に関する。
【数３】
2010527740.tif 000005
【００５２】
いくつかの実施形態によるｂ値はフィルタブロックでは実験を通じて固定され、拡散符号ブロックでは実験を通じて変更される。第１のブロック（本明細書を通じてフィルタブロックと呼ばれる）ではｂ値が固定され変更されないという事実は、一般に知られた方法と比較した実験時間の低減に関し新規でかつ極めて重要である。速い成分が確実にフィルタ除去されるように、逆ラプラス変換により拡散実験を解析することができる。この結果、速い成分が存在しない拡散係数の分布が得られる。これは、単一の系列の測定の混合時間を０に近づける（すなわちフィルタブロックのすぐ後に拡散符号ブロックが続く）ことにより実行することができる。結果の一連の画像信号はこのとき、フィルタブロックの有効性に関する情報（すなわち、速い拡散成分がいかに良くマスクされるか）を含むことになる。これは、「設計されたフィルタブロックが、速い拡散成分をマスクするという所望の目的を達成する」ということを確認するための方法を与える。
【００５３】
一実施形態では図４によると、平衡時の第２の割合６０％と交換時間定数ｔｅｘｃｈ＝１ｓとを有する試料の混合時間ｔｍｉｘの関数としての第２の（速い）および第１の（遅い）拡散成分の割合または比のシミュレートされた変化が提供される。図４から観測されるように、いくつかの実施形態によるパルスシーケンスに含まれたフィルタブロックの導入後瞬間的に、速い成分のほぼ０パーセントとしたがって遅い拡散成分から生じる信号のほぼ１００％が存在することになる。試料内のコンパートメント間拡散があるものと仮定すると、時間が経過するにつれて速い成分は増加することになる。したがって、遅い拡散成分のパーセントは時間に応じて減少することになる。１０−０．６〜１０−０．５の時間までに２つの成分の割合は等しくなり、そしてほぼ時間ｔｅｘｃｈ＝１ｓ後には平衡状態となり６０％の割合の第２の（速い）拡散成分が存在することになる。したがって、いくつかの実施形態によるフィルタブロックと拡散符号ブロックの組み合わせのそれぞれが、選択されたｔｍｉｘにおける調査対象の拡散成分間の割合に関する情報をもたらすことになる。
【００５４】
いくつかの実施形態では、完全な実験（すなわち全パルスシーケンス）は、受信信号内の速い拡散成分をマスクするフィルタブロックと少なくとも１つの拡散符号ブロックを含む。拡散符号ブロックは、フィルタブロックの導入による結果の割合に関して、一定のｔｍｉｘ時間後の速い成分と遅い拡散成分との割合に関する情報を与える。このようにして、試料内の速い成分の再現の振る舞い（recall behaviour）としたがって交換時間とについて詳細に検討することができる。後続の拡散ブロックは他の有益な情報を含んでもよいであろう。このようにして、いくつかの実施形態によるフィルタブロックと拡散符号ブロックの組み合わせは、少なくともその１つがフィルタブロックである少なくとも２つのブロックを含むことができる。
【００５５】
図５には、様々な信号強度減衰対拡散増感パラメータｂと、一般に知られた逆ラプラス変換（ＩＬＴ）により得られるその対応する拡散係数の分布とを示す。自由（速い）拡散と制限（遅い）拡散の２つの割合からの信号減衰５１ａとその対応する拡散係数５１ｂは一般に知られた拡散実験に基づいて示される。混合時間が０近傍であるいくつかの実施形態によると、信号減衰５２ａはフィルタブロックと拡散符号ブロックを含む第１の測定によりフィルタ処理される。明らかに観察されるように、対応する拡散係数５２ｂの分布は速い拡散成分がマスクされたことを示す。信号減衰５３ａは第２の系列の測定の結果である。第２の系列の測定におけるフィルタブロックと拡散符号ブロック間の混合時間は第１の系列の測定の混合時間より大きい。対応する拡散係数の分布５３ｂは速い拡散成分が再出現したことを示す。第２の系列の測定の混合時間より大きな混合時間を有する第３の系列の測定を実行すると、その対応する拡散係数５４ｂの分布を有する信号減衰５４ａが得られる。観測されるように、速い拡散成分は拡散係数５３ｂの分布と比較して依然として増加している。図５は、時間の関数としての速い成分からの信号の再出現と、いくつかの実施形態による本発明を実施するための方法とを示す。この特徴は、桁違いに速いという事実により、一般に知られた技術（すなわち、試料内の再出現と異なる拡散成分間の交換時間とを検討する技術）を越える大きな利点を提供する。信号が再出現するのに要する時間は、検討対象の分子の自由拡散と制限拡散間の交換時間に等しい。この時間は、試料内の特定の分子に対する障壁の透過率の測度である。この情報は実際上、合理的な時間スケールで他の方法により得るのは困難である。現在の技術は非常に遅いので、これらの技術は、医療経済性だけでなく患者の状況により生体内の例えばＭＲＩ応用に使用することができない。検査には数時間以上かかるので、このような検査を定期的に実行することが実現可能であろうと信じるのは合理的ではない。
【００５６】
本発明の実施形態は例示された拡散係数に限定されず、解析される材料がどの種類かにのみ依存する。例えば、拡散係数は、液体内の水分子、気体分子、より粘性のある物質（例えばグリセロール）間で異なる。いくつかの実施形態による方法は、調査対象の試料内の物質にかかわらず交換を検出するために使用することができる。
【００５７】
いくつかの実施形態では、ただ１回の測定（すなわち１つのフィルタブロックと１つの符号ブロックを使用すること）で交換時間の推定値を与えることができる。これは、使用されるフィルタブロックが速い拡散成分を所定の程度にマスクする（速い拡散成分を完全にマスクするなど）という知識に基づいて実行することができる。さらに、試料内の速いまたは遅い成分の真の割合を知る必要がある（図４参照）。速い成分の再出現（混合時間ｔｍｉｘ１＞０による）に関する情報を含む結果の画像信号は次に、時間０におけるフィルタブロックによる速い成分の所定の程度と比較することができる。例えばフィルタブロックが速い拡散成分を完全に除去することが分かっている場合、結果の画像信号内の速い拡散成分（符号ブロックによる）はしたがって、フィルタブロックと０の混合時間を有する符号ブロックとを含む第１の測定の結果の第１の画像信号と、フィルタブロックと同じ混合時間ｔｍｉｘ１＞０を有する符号ブロックを含む第２の測定の結果の第２の画像信号との比較結果と同じ情報を含むことになる。したがって、交換時間の値は、ユーザ定義（使用されるフィルタブロックの影響の想定または知識など）に基づく１回の測定のみで推定することができる。したがっていくつかの実施形態では、ユーザの想定または知識に対応する所定の画像信号はユーザ定義されてよい。この所定の画像信号はしたがって、いくつかの実施形態によるフィルタブロックと符号ブロックとを含む実際の測定の結果の信号との比較中に使用することができる。
【００５８】
以前に適用されたいくつかの実施形態によるフィルタブロックと符号ブロックの結果である以前に記録された画像信号は、交換時間を計算するために現在の測定の記録画像信号との比較中に使用されてもよい。
【００５９】
図６には、従来技術のＮＭＲ／ＭＲＩプロトコルにより得られる解析対象の試料の画像結果と、いくつかの実施形態によるパルスシーケンスにより得られた結果との比較を示す。調査対象の試料は、例えば逆ラプラス変換を使用する従来の拡散ＭＲＩ測定により既に知られた拡散係数１０−９と１０−１０ｍ２ｓ−１をそれぞれ有する第１および第２の拡散成分（速いおよび遅い拡散成分など）からなる。
【００６０】
２つの成分の濃度と交換時間は試料内の場所に応じて変化する。コントラストが適用されない標準的なＭＲＩプロトコルの結果は画像６１に示される。画像強度は２つの成分の総濃度により与えられる。
【００６１】
逆ラプラス変換手法または二重指数関数フィッティング（biexponential fit）を使用して第１と第２の成分を分離する一般に知られた拡散ＭＲＩプロトコルの結果を画像６２ａ（速い拡散成分）と画像６２ｂ（遅い拡散成分）に示す。
【００６２】
拡散ＮＭＲ／ＭＲＩ実験において本発明のいくつかの実施形態によるパルスシーケンスを利用した結果を画像６３ａと画像６３ｂに示す。画像６３ａは、パルスシーケンスのフィルタブロックの適用と後続の混合時間ｔｍｉｘ後の第１拡散成分の振幅を示す。画像６３ｂは、パルスシーケンスのフィルタブロックの適用と後続の混合時間ｔｍｉｘ後の第２の拡散成分の振幅を示す。画像６３ｂ内の明るい領域は、広範囲の拡散係数を有する分子が存在し混合時間中の第１と第２の成分間に有意な交換がある領域に対応する。
【００６３】
一実施形態では、図７に従って磁気共鳴分光の方法７０が提供される。本方法は、磁界にさらされた対象に向かって無線周波数パルスシーケンスを放射する工程７１であって、対象は０と異なる核スピンを持った原子を有する分子を含む、工程７１と、対象に向かって勾配パルスシーケンスを放射する工程７２と、放射された無線周波数パルスシーケンスに対応する対象からの磁気共鳴信号を検知する工程７３と、磁気共鳴信号を処理する工程７４とを、含み、勾配パルスシーケンスは対象の拡散係数の分布の少なくとも一部を低減するように構成されたフィルタブロックとフィルタブロックを放射した後の所定時間に発生する拡散符号ブロックとを含み、処理７４は、磁気共鳴信号の一部と所定の磁気共鳴信号の一部とを比較して比較信号を生成する工程を含み、所定の磁気共鳴信号の一部はユーザ定義されるかあるいは以前に適用された勾配パルスシーケンスの結果かのいずれかである、ことを特徴とする。
【００６４】
一実施形態では、本方法はさらに比較信号に基づき画像を生成する工程７５を含む。
【００６５】
いくつかの実施形態によると、ｂ値は、拡散符号ブロックがフィルタになるように（すなわち速い成分からの信号が実質的に除去される）選択される。
【００６６】
関連実験
一組の実験
一実施形態では、蒸留水と通常のパン酵母（S. cereveciae）が使用された。１：１（ｗ／ｗ）比の酵母と水の溶液は、沈殿のために８０℃で６時間放置された。その後、濃い溶液の一部は、毛細管ピペットを使用して５ｍｍのShigemi  ＮＭＲ管（Sigma Aldrich）内に注意深く移された。測定を行うためにBruker DMX-200MHz核磁気共鳴分光計を使用した。使用プローブは５ｍｍのＲＦコイルを有する拡散プローブであった。最大勾配強度は９．６３Ｔであり、プローブの温度制御ユニットは０．５℃の精度があった。
【００６７】
拡散実験はスピンエコー拡散パルスプログラムを使用して行われた。第１の拡散シーケンス内で一定の勾配振幅を有するいくつかの実施形態によるパルスシーケンスが使用された。一組の実験はいくつかの温度（５、１５、２０、２５、３０、３５°Ｃ）で行われた。動きの速い水からの信号を取り除くために必要とされる第１の勾配の強度を決定するために、各シーケンスは所与の温度の拡散実験で開始された。その強度が決定されると、一定の勾配が設定され一連の実験が行われた。各実験では、混合時間は、水分子が酵母細胞から逃れる速度を判断するために増加された。取得パラメータが一連の実験に対し設定された後、混合時間は変更すべきただ１つのパラメータであった。他のすべてのパラメータは実験の比較可能性を保証するために一定に保たれた。また、これらパラメータは得られたデータをより比較可能にするために異なる一連の実験中一定に保たれた。
【００６８】
各系列の測定の最初に行われた拡散実験は系内の２つの拡散係数の存在を示した。予想通り、水分子は２つのグループすなわち細胞間に存在したものと細胞内に取り込まれたものに分割された。水分子の動きの速い部分の拡散は指数関数でフィッティングすることができるが、動きの遅い部分の拡散は細孔内の制限拡散に対して予想されるように指数関数でフィッティングすることができない。
【００６９】
本拡散実験に従うことにより、上記パルス系列は系内の変化の追随を可能にする結果を提供した。より正確には、実験の混合時間が増加されるにつれて動きの速い部分が成長した。
【００７０】
逆ラプラス変換は、実験の異なる段階における動きの遅いおよび速い分子の拡散にアクセスするためにＣＯＮＴＩＮアルゴリズム（Provencher, S.W., A constrained regularization method for inverting data represented by linear algebraic or integral equations; Computer Physics Communications 27:213-227 (1982)）を使用して行われた。
【００７１】
結果のグラフでは、動きの速い水の信号はその強度が増加しているという結論を確認した。したがって動きの遅い水信号は減少した。
【００７２】
いくつかの実施形態による方法は、調査対象の試料がコントラスト液でドープされる一般に知られた侵襲的技術と併せて使用されてもよい。これは、使用されるコントラスト液の透過率を知ることが重要である他の方法と併用すると興味深いものとなるであろう。マーカーはまた、対象の分子から信号を分離することを容易にするために、ＮＭＲ活性同位元素で対象の分子がドープされるタイプのものであってもよいであろう。
【００７３】
一実施形態では、本方法は、例えば被験者内の病気または疾患を分析するために診断ツールとして使用される。
【００７４】
一実施形態では、本方法はさらに、調査対象試料の様々な部分における交換時間を符号化する色勾配を含む試料の画像を生成する工程を含む。任意の公知のカラーコーディング手順を使用することができる。この実施形態の利点は、カラーコーディングされた画像は例えば被験者内の病気または疾患の分析ための診断ツールとして使用され得るということである。
【００７５】
いくつかの実施形態では、病気は癌であってもよいし、調査対象の試料が良性の組織または悪性の癌組織を含んでもよい。細胞膜の剛性が癌組織内において変更されることと、これが分子の膜貫通拡散に影響を与え得るということとを信じることは合理的である。本発明は健康な乳腺細胞と癌の乳腺細胞に対し試験された。当初の結果は水に対する異なる交換時間を示した。正常細胞の水の交換時間は癌細胞と比較して短い。細胞活性は癌組織内ではより高いので、細胞活性はまた他の細胞分子の膜貫通拡散に恐らく影響を与えるであろう。
【００７６】
いくつかの実施形態では、本方法は、細胞膜を貫通する導入医療薬の膜貫通拡散を監視することにより被験者の医学的処置を監視するために使用することができる。
【００７７】
いくつかの実施形態では、本方法は、水、ブドウ糖または自然発生ペプチドなど他の分子の細胞膜を貫通する透過率に対する薬の効果を監視するために使用することができる。
【００７８】
いくつかの実施形態では、本方法は、分子の拡散が境界により制限されるかどうかそしてそうであればそれがどの程度制限されるか（すなわち、どの時間スケールで制限されるか）を知ることに関心がある生体外の解析的目的のために使用することができる。いくつかの実施形態による方法は、温度に応じた酵母細胞膜を貫通する水分子の透過率を調査するために試験された。結果は以下の表に示される。
【００７９】
【表１】
2010527740.tif 000006
【００８０】
得られた結果は、細胞の内外の分子間の交換が実際に起きることを証明している。さらに、交換時間は非線形温度依存性を有することが示されている。交換時間は温度に強く依存する。これは、細胞をより小さな分子のビークルとして使用する目的を有する作業にとっては興味深い。
【００８１】
一実施形態では、図８に従って磁気共鳴画像化のためのシステムが提供される。本システムは、磁界にさらされた対象に向かって無線周波数パルスシーケンスを放射するための無線周波数パルスユニット８１であって、対象は０と異なる核スピンを持った原子を有する分子を含む、ユニット８１と、対象に向かって勾配パルスシーケンスを放射する勾配パルスユニット８２と、放射された無線周波数パルスシーケンスに対応する対象からの磁気共鳴信号を検知するための検出器ユニット８３と、磁気共鳴信号を処理するための処理ユニット８４と、を含み、勾配パルスシーケンスは、対象の拡散係数の分布の少なくとも一部を低減するように構成されたフィルタブロックとフィルタブロックを放射した後の所定時間に発生する拡散符号ブロックとを含み、処理ユニット８４は磁気共鳴信号の一部と所定の磁気共鳴信号の一部とを比較して比較信号を生成するように構成され、所定の磁気共鳴信号の一部はユーザ定義されるかあるいは以前に適用された勾配パルスシーケンスの結果かのいずれかである、ことを特徴とする。
【００８２】
一実施形態では、本システムは比較信号に基づいて画像を生成するように構成された画像生成ユニット８５をさらに含む。画像を生成するユニットは、磁気共鳴信号に基づいて画像を生成するための任意の既知のユニットであってよい。
【００８３】
一実施形態では、本システムはいくつかの実施形態による方法を実施するためのユニットを含む。
【００８４】
一実施形態では、図９に従って、プロセッサにより処理されるコンピュータプログラムをその上に具現化したコンピュータ可読媒体が提供される。本コンピュータプログラムは、磁界にさらされた対象に向かって無線周波数パルスシーケンスを放射するための無線周波数パルス符号セグメント９１であって、対象は０と異なる核スピンを持った原子を有する分子を含む、セグメント９１と、対象に向かって勾配パルスシーケンスを放射するための勾配パルス符号セグメント９２と、放射された無線周波数パルスシーケンスに対応する対象からの磁気共鳴信号を検知するための検出器符号セグメント９３と、磁気共鳴信号を処理するための処理符号セグメント９４と、を含み、勾配パルスシーケンスは、対象の拡散係数の分布の少なくとも一部を低減するように構成されたフィルタブロックとフィルタブロックを放射した後の所定時間に発生する拡散符号ブロックとを含み、処理符号セグメント９４は磁気共鳴信号の一部と所定の磁気共鳴信号の一部とを比較して比較信号を生成するように構成され、所定の磁気共鳴信号の一部はユーザ定義されるかあるいは以前に適用された勾配パルスシーケンスの結果かのいずれかである、ことを特徴とする。
【００８５】
一実施形態では、本コンピュータプログラムは比較信号に基づいて画像を生成するように構成された画像生成符号セグメント９５をさらに含む。
【００８６】
一実施形態では、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ処理特性を有する装置により実行されるといくつかの実施形態で定義された方法の工程をすべて行うように配置された符号セグメントを含む。
【００８７】
一実施形態では、本システムは磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）システムまたは核磁気共鳴（ＮＭＲ）システムなどの医療ワークステーションまたは医療システムに含まれる。
【００８８】
いくつかの実施形態による本発明は２つの拡散成分のみの使用に限定されない。少なくとも２以上の任意の数の拡散成分を使用することができる。本明細書では、単に簡単にするために２つの成分が使用される。
【００８９】
いくつかの実施形態では、調査対象の試料の離散拡散成分は連続拡散成分または拡散成分スペクトルの一部であってよい。この場合、いくつかの実施形態によるパルスシーケンスのフィルタブロックを設けることにより、上記離散２要素モデルについて述べたように第２の（すなわち速い）拡散成分をマスクするのではなく、拡散成分スペクトルの一部がマスクされることになる。
【００９０】
本明細書を通して使用される用語「試料」は、例えば無機または有機合成および生体起源であってよい境界を有するコンパートメントを含む試料である。したがって、用語「試料」はリポソームまたは生細胞だけでなくゼオライトも含んでよい。また、試料は合成高分子を含んでもよいし、有機または無機物起源であってもよい。
【００９１】
本発明による実施形態の条件
以下のパラメータＤ、Ｔ１、Ｔ２、Ｇｍａｘは、いくつかの実施形態による方法の境界を設定する。Ｄは拡散係数、Ｔ１は縦緩和時間、Ｔ２は横緩和時間、Ｇｍａｘは最大磁界勾配である。
【００９２】
水などの調査対象の分子は、それが０以外の核スピンを持つ原子核を含むという条件で、検討することができる。
【００９３】
いくつかの実施形態による調査対象の分子は、確実に分子がコンパートメント境界と十分に接触するように少なくとも１ｍｓ以上１０ｓ未満の境界内滞留時間を有しなければならない。調査対象の分子が境界と十分に接触しなければ、分子は閉じ込められないようである。このため、気相内の分子または液相内の小さな分子などの速い拡散分子は、遅い拡散分子が閉じ込められるより大きなコンパートメント内に閉じ込められる場合に検討することができる。例えば、液体水は、マイクロメートルサイズのコンパートメントにより閉じ込められる場合に完全に検討される。
【００９４】
いくつかの実施形態では、分子が時間ｔ内に移動する距離は＜ｚ２＞＝２Ｄｔによる拡散係数Ｄに直接関係する。ここで＜ｚ２＞はｍ２単位の平均二乗変位である。
【００９５】
例えば、拡散係数が４倍増加された場合、検討対象のコンパートメントは残りの好適な実験条件下で２倍にされてよい。
【００９６】
Ｔ１は通常の拡散実験におけるように制限される。Ｔ１が短すぎると信号は消える。Ｔ１はどれくらい長く信号を格納することができるかを示す。Ｔ２が（より大きな分子に対し）短すぎると信号は勾配パルス印加中に消える。
【００９７】
フィルタブロックの時間は勾配の強度に依存するので、磁界勾配Ｇｍａｘは制限的である。より弱い勾配では、より長いフィルタブロックが必要であるがこれはフィルタブロックの継続時間中の分子交換による悪影響を最終的にもたらす。
【００９８】
上記実施形態の応用と用法は様々である。本明細書に提示された実施形態は、分子の拡散が境界により制限されるかどうかそしてそうであればそれがどの程度制限されるか（すなわち、どの時間スケール上で制限されるか）を知ることに関心がある生体外の解析的目的のために使用することができる（例えば、酵母細胞膜を貫通する水分子の透過率の温度依存についての検討）。
【００９９】
本発明のいくつかの実施形態はまた、透過率についての検討に特に有用であり、そしてリポソーム、細胞、小胞などの制限コンパートメントを特徴付ける、検討する、変更するために使用することができる。
【０１００】
本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの任意の組み合わせを含む任意の好適な形式で実施することができる。しかしながら、本発明は一つまたは複数のデータ処理装置および／またはデジタルシグナルプロセッサ上で走るコンピュータソフトウェアとして実施されることが好ましい。本発明の実施形態の要素と構成部品は、任意の好適なやり方で物理的、機能的、論理的に実施することができる。実際、本機能は、単一のユニットにおいて、複数のユニットにおいて、あるいは他の機能ユニットの一部として実施されてよい。それゆえ、本発明は単一のユニットにおいて実施されてもよいし、あるいは異なるユニットおよびプロセッサ間で物理的に機能的に分散されてもよい。
【０１０１】
本発明は特定の実施形態を参照して上に説明されたが、本明細書で説明された特定形態に限定されるように意図するものではない。むしろ、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、上記特定の実施形態以外の他の実施形態はこれら添付の特許請求の範囲内で同様に可能である。
【０１０２】
特許請求の範囲では、用語「含む／含んでいる」は他の構成要素または工程の存在を排除しない。さらに、ここでは個別に記載されたが、複数の手段、要素、または方法工程が例えば単一のユニットまたはプロセッサにより実施されてもよい。さらに、個々の特徴は異なる請求項に含まれる場合が有るが、これらは組み合わせるとおそらく有利である。この異なる請求項内への包含は、特徴の組み合わせが実現可能ではないおよび／または有利ではないということを意味しない。さらに、単数の参照は複数の参照を排除しない。「単数形」表現のもの（原文では「ａ」、「ａｎ」で表示されている）、そして用語「第１の」、「第２の」等は複数のものを排除しない。特許請求の範囲の参照符号は、単に明快な例として与えられるものであり、決して特許請求の範囲を限定するものと解釈してはならない。
【０１０３】
拡散強調ＮＭＲとＭＲＩ
本発明のいくつかの実施形態の開示とこれらの利点は、図１０〜２０だけでなく添付の式を含む下記の記載とその説明に基づく。番号が付与されない他の式は本明細書で既に提示されたが、以下の式には番号１〜３２を付与した。
【０１０４】
一般に知られた拡散強調核磁気共鳴（ＮＭＲ）または磁気共鳴画像化（ＭＲＩ）の一般的なパルスシーケンスを図１０に示す。拡散強調（ＤＷ）ブロックは検出ブロックの前に挿入され、これによりＮＭＲの各周波数チャネルにおける（またはＭＲＩ内の各画素毎の）強度の分子運動依存減衰を引き起こす。ＤＷブロックは一般的には、以前に適用された勾配パルスによりもたらされた位相シフトを反転する再集束（refocusing）１８０°高周波（ＲＦ）パルスにより分離された一対の勾配パルス（通常、その形状は矩形、台形または正弦波である）を含む。第１と第２の勾配パルスはそれぞれデフォーカス（defocusing）パルスと再集束（refocusing）パルスで表される。最も単純な有効勾配形状を図１０に拡大して示す。非対称的な有効勾配変調は、実際に実施する上で最も単純であるが、厳密にはそのような対称性の要件は存在しない。再集束のための一般的な条件は、有効勾配形状の時間積分がＤＷブロックの端において０であるということである。以下の節では主として矩形勾配パルスに言及するが、他のパルス波形についても同様の式を導出することができる。
【０１０５】
ＮＭＲの検出ブロックは通常、自由歳差運動中に時間領域信号を記録することを含み、フーリエ変換（ＦＴ）後にＮＭＲスペクトルを生じる。ＭＲＩ応用では、検出ブロックは単一あるいは一連の勾配またはＲＦエコーからなり、ＦＴ後に１Ｄ、２Ｄまたは３Ｄ画像を生じる。一般的な検知方式としては限定するものではないが、エコープラナー画像化（echo planar imaging）、高速スピンエコー、らせん画像化、プロペラ画像化等が挙げられる。
【０１０６】
ＤＷブロックの信号減衰は、拡散増感変数ｂと自己拡散係数Ｄを使用することにより式（１）で一般的には報告される。
Ｉ＝Ｉ０ｂ−ｂＤ      （１）
ここで、Ｉは検知信号強度、Ｉ０は０の勾配強度における信号強度である。ｂ値は式（２）により計算される。
【数４】
2010527740.tif 000007
式（２）は矩形勾配パルスについては（３）式のように評価される。
ｂ＝（γＧδ）２（Δ−δ／３）      （３）
ここで、γは磁気回転比、Ｇは勾配パルスの振幅、δは勾配パルスの継続時間、Δは勾配パルスの前縁間の離隔距離である。Ｄは式（４）により平均二乗変位＜Ｚ２＞に関係付けられる。
＜Ｚ２＞＝２Ｄｔ      （４）
ここでｔは拡散が測定される時間間隔である。
【０１０７】
パルス期間中の分子変位がパルスとパルスの間の時間中の変位およびシステムの構造的な長さスケールと比較してわずかである短い勾配パルスの制限では、＜Ｚ２＞は、式（５）を使用することにより、ＤＷブロックによりもたらされた信号減衰から推定することができる。
【数５】
2010527740.tif 000008
ここでｑはデフォーカス勾配パルスによりもたらされた磁化螺旋の波動ベクトルである。ｑの値はデフォーカス勾配パルスの面積により式（６）のように与えられる。
【数６】
2010527740.tif 000009
式（６）は、矩形の勾配パルスについては式（７）に等しい。
【数７】
2010527740.tif 000010
【０１０８】
ガウス拡散を有するシステムについては、推定された＜Ｚ２＞が、矩形の勾配パルスについて式（８）により与えられる有効拡散時間ｔｄ中に発生する変位を指す場合、式（５）は依然として有効である。
ｔｄ＝Δ−δ／３      （８）
非ガウス拡散を有するシステムに関してすら、＜Ｚ２＞は、上に定義されたような短い勾配パルスの条件下の信号の初期の低ｑの減衰から推定することができる。有限の長さを有する勾配パルスの場合については、Ｅ＝Ｉ／Ｉ０の初期の低Ｇの減衰から、見かけの平均二乗変位＜Ｚ（δ，Δ）２＞とその対応する見かけ拡散係数Ｄ（δ，Δ）とを以下のように定義することができる。
【数８】
2010527740.tif 000011
【０１０９】
球形細胞内の拡散
半径Ｒを有する球形腔内に閉じ込められたバルク拡散係数Ｄ０を有する液体については、本発明によると＜Ｚ（δ、Ａ）２＞は式（１１）のように示すことができる。
【数９】
2010527740.tif 000012
ここでαｍは式（１２）の根である。
【数１０】
2010527740.tif 000013
【０１１０】
式（１１）の指数関数を級数展開することにより以下の有用な極限が得られる。
【数１１】
2010527740.tif 000014
【０１１１】
図１１に式（１１）をプロットする。制限された場合と無制限の場合は短いｔｄでは一致する。制限された場合、長いｔｄと短いδにおいて上限に到達する。ＤＷブロックが無制限成分からの信号を取り除くフィルタとして使用された場合、δとΔは、δとΔを成分間の交換の特性時間よりはるかに短く保ちつつ自由成分と制限成分間の＜Ｚ（δ、Δ）２＞１／２の差を最大にするように選択されなければならない。上記式は、本発明によるＤＷフィルタの合理的な設計を可能にする。
【０１１２】
細胞外および細胞内成分間の分子交換
周囲媒体内で半径Ｒを有する球状細胞からなる生体組織の単純モデルを図１２に示す。細胞内および細胞外コンパートメント内の分子数の比ｎｉとｎｅは次の平衡定数Ｋである。
【数１２】
2010527740.tif 000015
【０１１３】
細胞内液と細胞外液内の自己拡散は拡散係数Ｄｉ，０とＤｅで発生する。便宜上、球状細胞の存在から生じる細胞外液の妨害の影響はＤｅに含まれる。細胞内の割合の有効拡散係数Ｄｉは、式（１０）と（１１）にしたがってδとΔの値に依存する。分子交換は透過率Ｐを有する細胞膜を横切って行われる。外に向かう交換速度と内部へ向かう交換速度ｋｉとｋｅは次式により与えられる。
ｋｉ＝３Ｐ／Ｒ    （１９）
【数１３】
2010527740.tif 000016
【０１１４】
交換速度は、次式を介し、細胞内および細胞外位相τｉ、τｅにおける平均滞留時間に関係する。
τｉ＝１／ｋｉ
τｅ＝１／ｋｅ      （２１）
【０１１５】
巨視的手法を使用することにより、ＤＷブロック中の信号減衰は次の微分方程式を解くことにより計算することができ、
【数１４】
2010527740.tif 000017
細胞内および細胞外位相における磁化Ｍｉ、Ｍｅについては、次式の初期条件を使用する。
【数１５】
2010527740.tif 000018
ここで、Ｍ０は平衡状態における全磁化である。式（２２）では、拡散係数Ｄｉ、Ｄｅを有する２相のガウス拡散を想定する。２相間の交換は反応速度定数ｋｉとｋｅで発生する。式（２２）では、システムの微視的形状には言及していない。短勾配パルス近似内では、時間ｔ１における細胞内および細胞外の磁化Ｍｉ，１、Ｍｅ，１の式（２２）の解は次式のように表される。
【数１６】
2010527740.tif 000019
全ＮＭＲ信号はＭｉとＭｅの総和に比例し、比Ｉ／Ｉ０は（Ｍｉ，１＋Ｍｅ，１）／（Ｍｉ，０＋Ｍｅ，０）に等しい。
【０１１６】
式（２４）の以下の修正は、式（２４）が球状細胞と連続媒質間の交換に対しても有効となるように、かつ有限長の勾配パルスを有するように本発明に従って行われる。Ｄ１は式（１０）、（１１）により計算され、指数関数内のΔはｔｄにより置換される。この修正は、δ＜＜τｉ，τｅである限り正確であると予測される。図１３にはＭｉ，１、Ｍｅ，１対ｑの例を示す。図１４から明らかなように、導出された式は、δ、Δの広範囲な値にわたって酵母細胞の濃縮沈殿物中の水に対する拡散強調を正確に描写する。式（２４）を実験データにフィッティングさせると、交換の時間スケールの推定値が得られるが、実験的に観測された信号強度の交換時間依存性はかなり弱いので、この手法は臨床応用にとって実用的ではない。
【０１１７】
ＤＷフィルタ：細胞外信号の除去
Ｄｉ，０、Ｄｅ、Ｒ、Ｋ、Ｐの値に関する上述の本発明によるモデルと合理的な仮定とを用いることで、細胞内成分からの信号を維持しつつ細胞外成分から生じる信号を除去するように設計された｛δ，Ａ，Ｇ｝パラメータセットをうまく選択することができる。より効率的には、細胞内成分の所与の減衰に対し、細胞外成分からの信号を最小化する一組の｛δ，Ａ，Ｇ｝を発見するために反復数値的手法（iterative numerical procedure）を用いることができる。このような最適化の例を図１５に示す。｛δ，Ａ，Ｇ｝の最適値は最先端の臨床ＭＲＩシステムについては機器により実現可能な値の範囲内であることに留意されたい。
【０１１８】
条件δ＜＜τｉ，τｅが満たされない場合あるいは勾配変調が図１０に示した矩形なものより複雑な場合に式（２２）を解くためには、本発明に従って多くの方法を用いることができる。上記本発明によるＤＷフィルタの効果の理論的説明は、ある場合には合理的設計にとって必須である。
【０１１９】
拡散−拡散交換
速い拡散と遅い拡散を有する成分間の分子交換のＮＭＲまたはＭＲＩを符号化するためのパルスシーケンスの概略図を図１６に示す。継続時間ｔｍまたはｔｍｉｘを有する混合ブロックにより分離された２つの拡散強調ブロックＤＷ１、ＤＷ２は信号検出に先行する。図１６の各ＤＷブロックは同じ制約条件に従う。各ＤＷブロックは図１０のＤＷブロックと同様にして解析することができる。時点ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３が図に示されている。これらの時点のそれぞれに関し、細胞内磁化、細胞外磁化および全磁化の振幅Ｍｉ，ｎ、Ｍｅ，ｎ、Ｍｎ＝Ｍｉ，ｎ＋Ｍｅ，ｎをそれぞれ推定することができる。ｔ０、ｔ１間の時限中の磁化の変化は式（２４）により与えられる。
【０１２０】
核緩和プロセスを無視すると、混合ブロックの効果は全磁化の全体の大きさを保存しつつ細胞内および細胞外の成分間で磁化を再配分すること（すなわちＭ２＝Ｍ１）である。混合時間後の全磁化に対する相対的寄与率は、次式のように示すことができる。
【数１７】
2010527740.tif 000020
ＤＷ２ブロック中（ｔ２とｔ３間の期間）の磁化Ｍｉ、Ｍｅの変化は式（２４）により再び与えられる。したがって、Ｍｉ，３、Ｍｅ，３は本発明に従って式（２４）、次に式（２６）、最後に再び式（２４）を適用することにより計算することができる。ＤＷ１−ｍｉｘ−ＤＷ２シーケンス後の信号の理論式は、以下に説明するように本発明による新しいプロトコルの合理的設計にとって必須であろう。
【０１２１】
一般化
簡単にするために、上記解析は２つの成分間の、すなわち浸透膜を有する球状腔内で自由に拡散するものと制限されたものとの間の交換に焦点を当てた。当業者は、上記解析と以下に提示されるプロトコルとが他の形状寸法、成分の数、勾配変調方式に対し一般化され得るということを理解するようになる。
【０１２２】
Callaqhanのプロトコル
図１６に示すものと同じ一般的なパルスシーケンスは、既にCallaghanにより紹介された（Callaghan, Furo. J. Chem. Phys. 2004, 120, 4032）。Callaghanによる方法は次の方法で行われる。
１）δ１＝δ２、Δ１＝Δ２、ｔｍを一定に保ち、Ｇ１、Ｇ２を独立に（通常は１６×１６＝２５６の個々のステップで）変化させ、２次元逆ラプラス変換を行う。このようにして得られた拡散−拡散交換２次元相関スペクトルにおける「交差ピーク」の存在は、ｔｍの時間スケールでの交換を示す。
２）１）に記載のプロトコルを一連のｔｍ（通常は４または８、したがって１６×１６×８＝２０４８の個々のステップ）の間繰り返す。（ｋｉ＋ｋｅ）の数値予測は、ｔｍの関数として交差ピークの体積の変化の解析により得られる。
【０１２３】
本発明による新しいプロトコル
本明細書で提案されるプロトコルは、各ＤＷブロックを記述するパラメータが変更される方法とデータの解析方法の点でCallaghanにより紹介されたものと異なり、これにより同じ情報量を得るための実験時間を格段に短いものとする。この実験時間の低減は、臨床施設における実用的な実施のために極めて重要である。本明細書では、本出願人は次のプロトコルを提案する。
１）細胞内成分に影響を与えることなくできるだけ細胞外成分を低減するための一組の｛δ１，Δ１，Ｇ１｝を発見する（例えば経験に基づいた推測または数値解法により）。細胞内成分をできるだけ保持しつつ細胞外成分を完全に低減するための一組の｛δ２，Δ２，Ｇ２｝を発見する。予想交換速度と核緩和時間に基づき合理的な混合時間ｔｍを選択する。パラメータ｛δ１，Δ１，Ｇ１，ｔｍ，δ２，Δ２，Ｇ２｝を用いて画像１を記録し、｛δ１，Δ１，Ｇ１＝０，ｔｍ，δ２，Δ２，Ｇ２｝を用いて画像２を記録する。図１７に示すように、画像２から画像１を減じることにより得られる差画像は、実験変数により定義される時間スケール上で分子交換がある場合のみ信号強度を与える。このプロトコルは、１００倍以上短い実験時間で上記Callaghanの１）と同じ情報を与える。
２）１）に記載されたプロトコルを一連のｔｍの間繰り返す。ｋ１＋ｋｅの数値予測は、ｔｍの関数として信号強度の変化を解析することにより得られる。再度、このプロトコルは１００倍以上短い実験時間で上記Callaghan２）と同じ情報を与える。
３）一連のＧ２とｔｍ（通常は１６×７＝１１６の個々のステップ）で｛δ１，Δ１，Ｇ１，ｔｍ，δ２，Δ２，Ｇ２｝を用いてプロトコルを繰り返す。ｔｍの最小値では一連のＧ２で補完しＧ１＝０を用いる（通常は１６ステップ）。この後者の系列は、本発明による推定パラメータの精度を向上させる。以下の節による解析は、ｋｉ、ｋｅ、Ｋの推定値を与える。このプロトコルの実験的実証を図１８、図１９Ａ、１９Ｂに示す。
【０１２４】
データ評価
プロトコル１）、２）に必要なデータ評価は自明であり、２つの画像間の差をとり、一連の差画像それぞれに対し指数関数フィッティングを行うが、プロトコル３）の評価はそれほど単純明快ではない。このより高度な解析は、細胞の微細構造と運動力学に直接関係するパラメータ（新しいプロトコル１）、２）とCallaghanのプロトコルのより現象学的パラメータの代わりに）を推定することにより十二分に正当化される。
【０１２５】
酵母細胞沈殿物内の水の実験データを図１８に示す。このシステムでは、ＤＷ１ブロックがオフされる場合（Ｇ１＝０）、式（２）に定義されるＮＭＲ信号対ｂのプロットにおいて遅い（細胞内）成分と速い（細胞外）成分間に明らかな差がある。このデータ系列は無限長のｔｍ（ｔｍｉｘ）により得られるものと等しい。信号は核緩和プロセスのために雑音レベル以下に低減されるので、このような測定を実際に行うことは不可能である。ＤＷ１ブロックをオンする（Ｇ１＝０．３０Ｔｍ−１）と速い成分は消える。ｔｍの増加は、遅い成分を犠牲にした速い成分の再出現につながる。この観察は、細胞内成分と細胞外成分間の分子交換を明白に示すものである。
【０１２６】
データフィッティング目的のためには、本発明によると式（２４）〜（２６）を次のように書き直すのが便利である。
【数１８】
2010527740.tif 000021
【０１２７】
本発明によれば、異なるｔｍを有するデータ系列は指標ｎで標識化される。上に正当化されたように、Ｇ１＝０を有する系列はｔｍ＝∞を有する系列として扱われる。式（２７）では、ｂはＤＷ２ブロックを指す。式（２４）を式（２７）におけるような二重指数関数で置換することは、τｉとτｅが各ＤＷブロック内のδとΔよりはるかに長ければ有効であると予想される近似である。式（２８）と（２９）と併せて式（２７）は、調整可能パラメータとして、Ｄｉ，Ｄｅ，ｋ，Ｘｉ，０，Ｘｉ，１と一組のＩ０，ｎを用いて、実験データ一式にフィッティングされる。システムパラメータＫ、ｋｉは、次式を介しフィッティングパラメーターｋ、Ｘｉ，０に関連付けられる。
【数１９】
2010527740.tif 000022
説明されたデータフィッティング手順の例を図１８に示す。上述のように本発明によるグローバルなフィッティングは推定パラメータの最も正確な結果を与える。
【０１２８】
酵母細胞沈殿物より複雑な系については、式（２７）の二重指数関数は他の多次指数関数式で置換されてよい。あるいは、信号Ｉｎ（ｂ）を次式を介し拡散係数分布Ｐｎ（Ｄ）に関連付けることができる。
【数２０】
2010527740.tif 000023
Ｐｎ（Ｄ）は、逆ラプラス変換（ＩＬＴ）アルゴリズムを用いることにより実験的Ｉｎ（ｂ）から推定することができる。ｔｍの関数として得られたＰｎ（Ｄ）の様々な成分の振幅の変化は、式（２８）と類似の式を用いて、交換に関し解析することができる。あいにく、ＩＬＴアルゴリズムはその不安定性のために悪名高く、Ｐｎ（Ｄ）におけるピークの位置が時に激しく変動することになる。本発明によると、この問題は、異なるｔｍを有するすべての系列に対してピーク位置（振幅ではない）が一定になるようにされたカスタマイズＩＬＴアルゴリズムにより解決された。すべてのＰｎ（Ｄ）に対してピーク位置が固定される制約を課すことで推定パラメータの精度を向上させる。Ｐｎ（Ｄ）毎に、Ｘｉ，ｎは、細胞内および細胞外成分に対応するピークの面積を積分することにより評価される。後続工程では、ｋ、Ｘｉ，０、Ｘｉ，１は式（２８）をデータにフィッティングさせることにより推定される。説明された手順の例を図１９Ａ、１９Ｂに示す。推定パラメータは、先に説明されたグローバルフィッティング手順の結果に好都合に一致する。ＩＬＴ解析法はグローバルフィッティングより一般的であるが、数値安定性を向上させるためには、より多くのデータ点としたがってより長い実験時間が必要とされる。
【０１２９】
推定されるＸｉ，２の精度を向上させるために、本発明に従って細胞内および細胞外成分の異なる拡散統計値を利用することができる。図２０に示すように、ｔｄを一定に保つとともに少なくとも２つの異なる値のδに対するデータを取得することにより、自由成分と制限成分の分離が容易になる。
【０１３０】
本発明の新しいプロトコルに言及した上記要約に関連する図１０〜２０の説明
図１０には、分子拡散のＮＭＲスペクトルまたはＭＲ画像を符号化するためのパルスシーケンスの概略を示す。信号強度は信号検出に先行する拡散強調ブロックＤＷにより減衰される。ＤＷブロックは継続時間δと振幅Ｇの勾配パルス対（相反する実効極性を有する）からなる。Δは勾配パルスの始点間の時間である。ＤＷブロックの始まりと終了の時点はそれぞれｔ０、ｔ１と標識化される。
【０１３１】
図１１には、半径Ｒ＝２．５μｍ（太線）を有する球状孔内に閉じ込められたバルク自己拡散係数Ｄ０＝２×１０−９ｍ２Ｓ−１を有する液体あるいは制限境界のない拡散（細線）に対し、式（１１）により計算された見かけ平方二乗平均変位＜Ｚ（δ，Δ）２＞Ｖ１／２対勾配パルス継続時間δと実効拡散時間ｔｄ＝Δ−δ／３を示す。
【０１３２】
図１２には、球状細胞と周囲媒質間の分子交換のモデルを示す。このモデルは、細胞内液の拡散係数Ｄｉ，０、細胞外媒質内の拡散係数Ｄｅ、セル半径Ｒ、細胞膜透過率Ｐ、細胞内および細胞外磁化Ｍｉ、Ｍｅパラメータにより説明される。外に向かう交換速度と内部へ向かう交換速度ｋｉ、ｋｅは式（１９）、（２０）を介しＰ、ＲとＫに関係する。
【０１３３】
図１３には、細胞内拡散係数Ｄｉ，０＝１×１０−９ｍ２ｓ−１、細胞外拡散係数Ｄｅ＝１．５×１０−９ｍ２ｓ−１、平衡定数Ｋ＝１．５、セル半径Ｒ＝２．５μｍ、細胞膜透過率Ｐ＝１×１０−６ｍｓ−１を有する系に対し式（２４）により計算された時間ｔ１の拡散ＮＭＲ信号対波動ベクトルｑを示す。この計算は、パルスシーケンスパラメータ：δ＝５０ｍｓ、Δ＝２００ｍｓ、最大Ｇ＝１５０ｍＴｍ−１に対して行われた。これらの線は細胞内および細胞外成分Ｍｉ，１、Ｍｅ，１、その合計Ｍ１を示す。
【０１３４】
図１４には、酵母細胞の沈殿物内の水に対する「拡散ＮＭＲ信号対波動ベクトルｑ」を示す。データは、実効拡散時間ｔｄと勾配パルス継続時間δ（定義参照）の１６の異なる組み合わせに対し記録された。シンボルは実験データであり、そして線は細胞内拡散係数Ｄｉ＝８±２×１０−１０ｍ２ｓ−１、細胞外拡散係数Ｄｅ＝（１．４０±０．０２）×１０９ｍ２ｓ−１、平衡定数Ｋ＝１．４２±０．０３、セル半径Ｒ＝２．４±１μｍ、細胞膜透過率Ｐ＝（５．３±０．３）×１０−７ｍｓ−１（モンテカルロ誤差推定を利用した信頼区間６７％）を与える式（２４）のグローバルフィッティングの結果である。左右のパネルの両方には同一のシンボルを有する同じデータが示される。左（右）パネルでは、データは、ｔｄ（δ）を変更した際の傾向を強調するためにδ（ｔｄ）の値に従って垂直方向に移動されている。
【０１３５】
図１５には、Ｄｉ，０＝１×１０−９ｍ２ｓ−１、Ｄｅ＝１．５×１０−９ｍ２ｓ−１、Ｋ＝１、Ｒ＝２．５μｍ、Ｐ＝１×１０−６ｍｓ−１を有する系のＤＷブロックの数値最適化を示す。Ｍｉ，１とＭｅ，１は式（２４）により計算された。左パネルには、所与のＭｉ，１／Ｍｉ，０の値に対する、Ｍｅ，１／Ｍｅ，０の最小値すなわち細胞外信号の最大減少が示される。右側パネルにはδ、Δ、Ｇの最適値を示す。
【０１３６】
図１６には、遅い拡散と速い拡散を有する成分間の分子交換に対するＮＭＲスペクトルまたはＭＲ画像を符号化するためのパルスシーケンスの概略図を示す。２つの拡散強調ブロックＤＷ１、ＤＷ２は継続時間ｔｍを有する混合ブロックにより分離される。各ＤＷブロックは図１０に示す拡大図と類似したものである。ｔ０−ｔ１、ｔ１−ｔ２、ｔ２−ｔ３時点間の細胞内および細胞外磁化Ｍｉ、Ｍｅの変化は、式（２４）、（２６）、（２４）によりそれぞれ計算することができる。
【０１３７】
図１７には、細胞内拡散係数Ｄｉ，０＝１×１０−９ｍ２ｓ−１、細胞外拡散係数Ｄｅ＝１．５×１０−９ｍ２ｓ−１、平衡定数Ｋ＝１を有する系のパラメータδ１＝Δ１＝３８ｍｓ、δ２＝Δ２＝４１ｍｓ、ｔｍ＝０．３ｓを用いた図１６のパルスシーケンスに対する計算拡散交換コントラストを示す。図は、Ｇ１＝３８．９ｍＴｍ−１、Ｇ２＝５９．６ｍＴｍ−１（画像１）とＧ１＝０ｍＴｍ−１、Ｇ２＝５９．６ｍＴｍ−１（画像２）の、細胞膜透過率Ｐの関数としての画像強度を示す。これらの画像間の差は、遅い拡散成分と速い拡散成分が存在しかつｔｍの時間スケールで両成分間の分子交換がある場合のみ画像強度を生じる。
【０１３８】
図１８には、パラメータδ１＝δ２＝５．２ｍｓ、Δ１＝Δ２＝１５．４ｍｓ、最大Ｇ２＝０．８１Ｔｍ−１を使用し、酵母細胞沈殿物内の水に適用された拡散交換実験についてのＮＭＲ信号対ｂを示す。ｂの値は図１６のＤＷ２ブロックを指す。実験データは円で示され、そして式（２８）、（２９）を伴う式（２７）のグローバルフィッティングの結果は線で示される。図には、異なる組のデータに対し使用されたＧ１とｔｍの値が示されている。フィッティングは、実効交換速度ｋ＝（ｋｉ＋ｋｅ）＝１．９６±０．０８ｓ−１、見かけ細胞内拡散係数Ｄｉ（δ，Δ）＝（４．８±０．３）×１０１１ｍ２ｓ−１、細胞外拡散係数Ｄｅ＝（１．３６＋０．０２）×１０−９ｍ２ｓ−１、平衡時の細胞内割合Ｘｉ，０＝Ｍｉ，０／Ｍ０＝０．３３５±０．００３、ＤＷ１ブロック後の細胞内割合Ｘｉ，１＝Ｍｉ，１／Ｍ１＝０．９０３±０．００８の結果をもたらした。
【０１３９】
図１９Ａ、１９Ｂには、拡散交換実験の逆ラプラス変換解析を示す。実験パラメータはＧ２とｔｍ次元の両次元におけるさらに多くのデータ点を取得したことを除いて図１８におけるものと同じである。図１９ＡはＮＭＲ信号対ｂと、その対応する拡散係数の確率分布を示す。実験データ点は左パネルでは円で示される。制限ＩＬＴアルゴリズムにより得られた拡散係数分布は右のパネルに示される。左パネル内の線は分布から計算された。図１９Ｂは、ｔｍの関数としての混合ブロック後の細胞内割合Ｘｉ，２＝Ｍｉ，２／Ｍ２を示す。円と破線は図１９Ａにおけるピークの面積から計算され、線はデータに対する式（２８）のフィッティングを表す。フィッティングは、実効交換速度ｋ＝（ｋｉ＋ｋｅ）＝２．０１ｓ−１、平衡時における細胞内の割合Ｘｉ，０＝Ｍｉ，０／Ｍ０＝０．３３３、ＤＷ１ブロック後の細胞内割合Ｘｉ，１＝Ｍｉ，１／Ｍ１＝０．８７８の結果をもたらした。
【０１４０】
図２０には、実効拡散時間ｔｄを一定に保ちつつ勾配パルス継続時間δを変化することにより改良された細胞内および細胞外成分の分解能を示す。計算は、Ｄｉ，０＝１×１０９ｍ２ｓ−１、Ｄｅ＝１．５×１０−９ｍ２ｓ−１、Ｋ＝１、Ｒ＝４μｍ、Ｐ＝１×１０−６ｍｓ−１を有する系に対し式（２４）を用いて行われた。パルスプログラムパラメーターは、ｔｄ＝２０ｍｓ、δ＝２ｍｓ（太線）、δ＝２０ｍｓ（点線）である。
【０１４１】
いくつかの試みおよび関係する図２１の説明
酵母細胞に関する例
測定に使用される試料を用意するために、蒸留水と通常のパン酵母を用いた。酵母は前処理なしで用いられた。酵母と水（約１：１重量比）の溶液が作られ５ｍｍのＮＭＲ管に注がれた。次に、この溶液は酵母が沈殿するように冷蔵庫内に（少なくとも６時間）放置された。小さな気泡が古い試料内に集まり読みとり値に影響を与えると思われるため、新鮮な試料が毎日用意された。その後、濃い溶液の一部は毛細管ピペットを使用して注意深くShigemi管（Sigma Aldrich, USA）に移され、測定に用いられた。
【０１４２】
試料が一様な磁界内に完全に包まれることを保証するために、５ｍｍのShigemi管が測定に用いられた。同時に、外管のガラス底部とはめ込みガラスは測定においていかなる信号も決して生じないようにされるので、すべての取得読みとり値は調査対象の試料から生じることが保証できる。その結果、コイル内に挿入された容積内に間期（interphase）を有することなく少量の試料を測定に使用することも可能になる。
【０１４３】
測定を行うためにBruker DMX-200MHz核磁気共鳴分光計を使用した。使用プローブは５ｍｍのＲＦコイルを有する拡散プローブであった。最大勾配強度は９．６３Ｔであり、プローブの温度制御ユニットは０．５℃の精度があった。
【０１４４】
拡散実験はスピンエコー拡散パルスプログラムを使用して行われた。第１の拡散シーケンスにおいて一定の勾配振幅を有するシーケンスのバージョンが用いられた。
【０１４５】
一組の実験は、いくつかの温度（５、１５、２０、２５、３０、３５°Ｃ）で行われた。動きの速い水からの信号を「消す（kill）」ために必要とされる第１の勾配の強度を決定するために、各シーケンスは所与の温度の拡散実験で開始された。この強度が決定されると、一定の勾配が設定され一連の実験が行われた。実験毎に、混合時間は、水分子が酵母細胞から逃れる速度を判断するために増加された。取得パラメータが一連の実験に対し設定された後、混合時間は変更すべきただ１つのパラメータであった。他のすべてのパラメータは実験の比較可能性を保証するために一定に保たれた。また、これらパラメータは得られたデータをより比較可能にするために異なる系列の実験中一定に保たれた。
【０１４６】
各実験における初期勾配はすべての実験の最大値の７０％となるように設定された。各温度に対し、複数の実験がそれぞれ異なる混合時間で行われた。
【０１４７】
結果の交換時間を図２１に示す。本発明による生細胞の透過率を検討するための非侵襲的方法は、最先端技術による方法よりはるかに速くより正確である。本発明に従って非擾乱系を検討することの利点は、薬学および医療目的のために大いに価値のあることである。
【０１４８】
ヒト細胞に関する例
ＭＣＦ−７（ＨＴＢ−２２）とＭＣＦ−１０Ａ（ＣＲＬ−１０３１７）細胞株はAmerican Type Culture Collection, Manassas, VA, USAから購入された。すべての細胞株は、空気中に５％のＣＯ２を含む湿った培養器内で３７℃で培養された。ＭＣＦ−７細胞は、１０％のウシ胎仔血清（ＦＣＳ）、非必須アミノ酸、インシュリン（１０μｇ／ｍｌ）、抗生物質（５０Ｕ／ｍｌペニシリンと５０ｍｇ／ｍｌのストレプトマイシン）が添加されたＲＰＭＩ１６４０媒質内で培養された。ＭＣＦ−１０Ａ細胞は、１０％の加熱不活性化ＦＣＳ、非必須アミノ酸、インシュリン（１０μｇ／ｍｌ）、表皮増殖因子（２０ｎｇ／ｍｌ）、コレラ毒素（５０μｇ／ｍｌ）、ヒドロコルチゾル（１ｍｇ／ｍｌ）、ペニシリン（５０Ｕ／ｍｌ）、ストレプトマイシン（５０ｍｇ／ｍｌ）が添加されたＲＰＭＩ１６４０媒質内で培養された。培地成分は、Biochrom, Berlin, GermanyとSigma-Aldrich, Stockholm, Swedenから購入された。組織培養プラスチックはNunc, Roskilde, Denmarkから購入された。実験に関しては、細菌ペトリ皿（直径９ｃｍ）内の１０ｍｌの媒質内に接種された５×１０６の細胞からなる多くの同型培養が設定された。播種の１日後、底部に付着した細胞はラバーポリスマンで掻くことにより除去された。細胞は採取前に４８〜７２時間さらに培養された。形成されたスフェロイドと凝集体は、注意深く掻くことにより底部から除去され、媒質と共にピペットで無菌の５０ｍｌの管へ移された。細胞は室温で６分間５００ｇの遠心分離によりペレットにされた。その後、媒質は吸引され、細胞は、１０％のＦＣＳ、２．５ｇｒ／Ｌのブドウ糖、Ｎａピルベート、非必須アミノ酸、ペニシリン（５０Ｕ／ｍｌ）、ストレプトマイシン（５０ｍｇ／ｍｌ）を含む少量のリン酸緩衝生理食塩水（Oxoid Ltd., Basingstoke, Hampshire, UKから購入されたＰＢＳ、８ｇ／ＬのＮａＣｌ、０．２ｇ／ＬのＫＣｌ、１．１５ｇ／ＬのＮａ２ＨＰＯ４、０．２ｇ／ＬのＫＨ２ＰＯ４、ｐＨ７．３）内に再けん濁された。細胞はＭＲ解析前に氷上に置いた。解析毎に約１０７個の細胞が用いられた。
【０１４９】
懸濁液はShigemi管に移された。ピストンを所定位置に（確実に、気泡が存在しないように）置いた後、試料は、２００．１３ＭＨｚ陽子共鳴周波数で動作するBruker DMX-200スペクトロメータ内に入れられた。パルス磁場勾配は、BAFPA-40ユニットにより駆動されるBruker Diff-25勾配プローブにより発生された。実験毎に、異なる拡散係数を含む領域の存在を確認するために、またフィルタブロック内のフィルタリングスピンエコーに対する勾配強度の適切な選択を判断するともにフィッティング手順に対する適切な極限を得るために通常のＰＦＧ−ＳＥ実験を行った。これらの実験に対し、δは１ｍｓに設定され、Δは３８．１ｍｓに設定され、勾配強度は０．３から９．６３Ｔ／ｍの間で対数的に変化させた。拡散測定を行う際、新たな実験毎に混合時間を増加して一連の実験が行われた。１８の異なる混合時間が用いられた。他のすべてのパラメータは一定に保たれた（δ＝０．６ｍｓ、Δ＝１８．２ｍｓ、ｇｆｉｌｔｅｒ＝６．７Ｔ／ｍ、ｇｄｉｆｆは、０．３０から９．６３Ｔ／ｍまで対数的に変化させた）。
【０１５０】
結果の交換時間を図２１に示す。本発明による生細胞の透過率を検討するための非侵襲的方法は最先端技術による方法よりはるかに速くより正確である。本発明に従って非擾乱系を検討することの利点は、薬学および医療目的のために大きいに価値のあることである。
【０１５１】
肝臓組織に関する例
肝臓は、他の目的のために殺された健康なＮＭＲＩマウスから解剖により取り除かれた（倫理的許可書はProf. Martin Kanje, Department of Cell and Organism Biology, Lund Universityが保持する）。肝臓は、５％のウシ胎仔血清、１ｍＭの非必須アミノ酸、１ｍＭのナトリウムピルベートを含む氷冷リン酸緩衝生理食塩水により直ちに洗浄され、その後その中に浸された。肝臓は次に、注意深く小裂片に切開され、使用までの間氷上のこの溶液中に保存された。
【０１５２】
試料はShigemi管に移された。ピストンを所定位置に（確実に、気泡が存在しないように）置いた後、試料は、２００．１３ＭＨｚ陽子共鳴周波数で動作するBruker DMX-200スペクトロメータ内に入れられた。パルス磁場勾配は、BAFPA-40ユニットにより駆動されるBruker Diff-25勾配プローブにより発生された。実験毎に、異なる拡散係数を含む領域の存在を確認するために、またフィルタブロック内のフィルタリングスピンエコーの勾配強度の適切な選択を判断するとともにフィッティング手順に対し適切な極限を得るために通常のＰＦＧ−ＳＥ実験を行った。これらの実験に対し、δは１ｍｓに設定され、Δは３８．１ｍｓに設定され、勾配強度は０．３から９．６３Ｔ／ｍの間で対数的に変化させた。拡散測定を行う際、新たな実験毎に混合時間を増加して一連の実験が行われた。１８の異なる混合時間が用いられた。他のすべてのパラメータは一定に保たれた（δ＝０．５ｍｓ、Δ＝２０．３ｍｓ、ｇｆｉｌｔｅｒ＝６．７Ｔ／ｍ、そしてｇｄｉｆｆは０．３０から９．６３Ｔ／ｍまで対数的に変更された）。
【０１５３】
結果の交換時間を図２１に示す。本発明による生細胞の透過率を検討する非侵襲的方法は最先端技術による方法よりはるかに速くより正確である。本発明に従って非擾乱系を検討することの利点は、薬学および医療目的のために大きいに価値のあることである。
【０１５４】
本発明の実施形態の説明
本発明の一実施形態によると、磁気共鳴画像化または核磁気共鳴分光のための方法（７０）が提供される。本方法は、
磁界にさらされた対象に向かって無線周波数パルスシーケンスを放射する工程（７１）であって、対象は０と異なる核スピンを持った原子を有する分子を含む、工程（７１）と、
対象に向かって勾配パルスシーケンスを放射する工程（７２）と、
放射された無線周波数パルスシーケンスに対応する対象からの磁気共鳴信号を検知し取得する工程（７３）と、
を含み、前記勾配パルスシーケンスは、振幅Ｇ１を有する第１の拡散強調ブロックと継続時間ｔｍｉｘを有する混合ブロックと振幅Ｇ２を有する第２の拡散強調ブロックとを含み、Ｇ１、ｔｍｉｘ、Ｇ２のすべては変更されるか固定されるかあるいはオンまたはオフモード状態であるかのいずれかであり、Ｇ１とＧ２の少なくとも１つは固定されるかあるいはオンまたはオフモード状態である。
【０１５５】
Callaghanに基づいて実行された実験により取得された同じ情報は、本発明により、はるかに速く（例えば１０倍または１００倍以上短い実験時間で）取得することができるということを考慮すると、本発明による処理はCallaghanのプロトコルを越える利点を有する。
【０１５６】
用語「オンまたはオフモード状態」により本明細書で意味することは、オンまたはオフモード状態のパラメータはこのような場合２つの値（０すなわちオフ、または何か他のものすなわちオン）のみを有してよいということである。
【０１５７】
本発明の特定の一実施形態によると、勾配パルスシーケンスは振幅Ｇ１を有する第１の拡散強調ブロックと継続時間ｔｍｉｘを有する混合ブロックと振幅Ｇ２を有する第２の拡散強調ブロックとを含む。ここでは次の１つが有効である。
−Ｇ１はオンまたはオフモードでありＧ２は固定されｔｍｉｘは固定される。
−Ｇ２はオンまたはオフモードでありＧ１は固定されｔｍｉｘは固定される。
−Ｇ１はオンまたはオフモードでありＧ２は固定されｔｍｉｘは変更される。
−Ｇ２はオンまたはオフモードでありＧ１は固定されｔｍｉｘは変更される。
−Ｇ１は固定されＧ２は変更されｔｍｉｘは変更されるが、Ｇ１が０に等しくｔｍｉｘが固定されＧ２が変更される系列により補完される。
−Ｇ２は固定されＧ１は変更されｔｍｉｘは変更されるが、Ｇ２が０に等しくｔｍｉｘが固定されＧ１が変更されるシーケンスにより補完される。
【０１５８】
Ｇ１がオンまたはオフモードでありＧ２とｔｍｉｘが固定されている場合、（２×１×１）による一連の試行（すなわち２つの試行）のみを行うことにより差画像としたがって交換があるかないかに関する情報とを得ることは本発明により可能である（図１７を参照）。
【０１５９】
別の例として、Ｇ１がオンまたはオフモードでありＧ２が固定されｔｍｉｘが変更される場合、一連の差画像としたがって交換速度とを得ることは本発明により可能である。
【０１６０】
さらに別の例として、Ｇ１が固定されＧ２が変更されｔｍｉｘが変更される場合であって、次にＧ１が０に等しくｔｍｉｘが固定されＧ２が変更される補完系列の場合、交換速度（ｋｉ＋ｋｅ）と割合Ｘｉ，０を与えるグローバル二峰フィッティング（bimodal fit）から交換速度ｋｉを得ることは本発明により可能である（図１８を参照）。
【０１６１】
本発明の別の特定の実施形態によると、フィルタ効率を向上させるために非対称のパルス対または勾配変調が用いられる方法が提供される。しかしながら、有効な勾配変調の時間積分は拡散強調ブロック端において０と評価されなければならない。
【０１６２】
本発明のさらに別の特定の実施態様によれば、細胞内割合Ｘｉ，２（ｔｍｉｘ）のより正確な推定値を得るためにパルス時間δは一定の実効拡散時間ｔｄで変更される（図２０を参照）。
【０１６３】
本発明の特定の一実施形態によると、フィルタ効率を向上させるために数値最適化が行われる（図１５を参照）。
【０１６４】
また本発明の別の特定の実施形態によると、データを解析するために、グローバルフィッティングが行われる、および／または細胞内割合の後続フィッティングを含む制限ＩＬＴ（逆ラプラス変換）が行われる。一例として、図１８に、本発明による新しいプロトコルの節における上記プロトコル３）に従って得られたデータのグローバルフィッティングを示す。図１９Ａと１９Ｂに、本発明による新しいプロトコルの節における上記プロトコル３）に従って得られたデータの細胞内の割合の後続フィッティングを含む制約ＩＬＴを示す。
【０１６５】
特定の実施形態によると、生体内の生細胞の新陳代謝の検討のためのあるいは細胞膜を貫通する医療薬の膜貫通拡散を検討するための病気または疾患の分析用の診断ツールとして、本発明の特定の実施形態による方法の用途が提供される。
【０１６６】
本発明の別の実施形態によると、上述の特定の実施形態による方法を行うための手段を含む医療ワークステーションが提供される。
【０１６７】
本発明のさらに別の実施形態によると、
磁界にさらされた対象に向かって無線周波数パルスシーケンスを放射するための無線周波数パルスユニット（８１）であって、対象は０と異なる核スピンを持った原子を有する分子を含む、ユニット（８１）と、
前記対象に向かって勾配パルスシーケンスを放射する勾配パルスユニット（８２）と、
放射された無線周波数パルスシーケンスに対応する前記対象からの磁気共鳴信号を検知するための検出器ユニット（８３）と、
を含む磁気共鳴画像化または核磁気共鳴分光のためのシステムが提供される。ここでは、前記勾配パルスシーケンスは振幅Ｇ１を有する第１の拡散強調ブロックと継続時間ｔｍｉｘを有する混合ブロックと振幅Ｇ２を有する第２の拡散強調ブロックとを含み、Ｇ１、ｔｍｉｘ、Ｇ２のすべては変更されるか固定されるかあるいはオンまたはオフモード状態のいずれかであり、Ｇ１とＧ２の少なくとも１つは固定されるかあるいはオンまたはオフモード状態である。
【０１６８】
また、別の特定の実施形態によると、上記システムは前記磁気共鳴信号に基づき画像を生成するように構成された画像生成ユニット（８５）をさらに含む。
【０１６９】
本発明は特定の実施形態を参照して上に説明されたが、本明細書で説明された特定形態に限定されるように意図するものではない。むしろ、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、上記特定の実施形態以外の他の実施形態はこれら添付の特許請求の範囲内で同様に可能である。
【図１】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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