JPS60179052A - 生体組織の核磁気共鳴画像を増強する方法 - Google Patents

Abstract

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め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は核磁気共鳴（ＮＭＲ）画像法分野に関するもの
で、特にＮＭＲ画像のコントラスト（対比）を増強する
方法を提供するものである。

核磁気共鳴（ＮＭＲ）画像技術に関する科学の発達にお
ける最近の傾向により、臨床的環境におけるＮＭＲの有
用性に対する認識がますます高まってきた。特に、これ
らの技術は、コンピューター化されたＸ線断層撮映法を
含むＸ線技術に伴なう同時発生的危険性や、超音波関連
技術で加えられる制限を伴うことなしに、内部的生物学
的構造の固有の像を提供できることがわかって騒る。

核磁気共鳴現像は１９４６年以来知られており、化学の
研究室では分子の構造および動的側面を研究する手段と
して利用されてきたが、この技術が内部的生体構造の画
像化にも有用であることがわかったのはごく最近のこと
である。実際、本件の受託者も現在、内部器官の三次元
的再構成を含むシャープで詳細な画像を与える、試験的
開発過程の多数のＮＭＲ装置を所有している。これらの
装置では現在までのところ、試料の陽子分布と主分子の
存在する局所部位の動的性質とを測定することができる
。このことはＮＭＲ画像画像上り達成される。

本質的にいうと、ＮＭＲは外部磁場のもとにおかれた核
磁気モーメント集団間の相互作用を対象とするものであ
る。核磁気モーメントは奇数個の陽子または中性子をも
つ原子核に固有の、スピンとも呼ばれる固有角運動量に
由来する。外部磁場のもとてのこれらの核磁気モーメン
トの相互作用は一般に複雑で量子力学の法則に従う。ス
ピンの巨視的動態に関する初期の記述は、実験的に観察
できることが証明されているが、おそらく単純な古典的
法則に基づいたものと考えられる。

デカルト座標系の２軸方向に向かう強い静磁場Ｂｏのも
とにおかれた核スピン集団を考える。各核磁気モーメン
トの運動は、外部磁場Ｂｏとその隣接スピンから生ずる
局所磁場Ｂｌｏ。（Ｂｌｏａ　＜＜　ｎｏ）とのベクト
ル和である実効磁場を軸とする歳差運動から成る非常に
複雑な軌動に従う０局所磁場Ｂｌｏ。は熱運動によるも
ので、確率論的性質をもち不規則的なゆらぎを生じやす
い。この確率過程は熱力学の第二法則を満たすのに必要
な、熱平衡の回復の中心機構である。スピンが平衡に達
する物理的過程は緩和と呼ばれる。これについては後で
より詳細に述べることにする。しかし、個々の核磁気モ
ーメントは実験的に観察できないということの認識は重
要でおる。実験室で測定できるのは、目的とする用法に
応じて適当に調整した巨視的量がりにわたるスピンの統
計学的平均値である。従来の利用法では、この広がりは
全試料を包含するように選択された。ＮＭＲ画像法では
、この広がりは像により解析される体積要素である。こ
の核磁気モーメントの巨視的量は磁化と呼ばれる。

熱平衡においては、磁化ＭｏはＢＯに平行でその大きさ
はＢｏに比例する。比例定数は有名なヴアン・ブランク
（Ｖａｎ　Ｖｌｅａｋ）方程式で与えられる：Ｍｏ＝ｘ
Ｂ。

（７） ただし Ｘ＝磁化率 γ＝核磁気回転比μｌ、μ＝核磁気モーメント本−ｈ／
２π、ｂはブランク定数 ■＝ニスピン子数（陽子はＩ　＝　１７２　）ｋ−ボル
ツマン定数 Ｔ＝絶対温度 Ｎ＝核の数 （１）式から明らかなようにＮＭＲシグナルの感度は磁
場強度が増加するほど、また温度が低下するほど上昇す
る。（１１式はさらに、磁気回転比の大きな核はどシグ
ナルの感度も高くなることを示している。周期率表の既
知の全ての核のうち、陽子は２番目に大きな磁気回転比
をもっている（１番目はトリチウムで、同じく水素の同
位体の一種で天然に多量に存在することはめったにない
）。このため、陽子はＮＭＲで最も一般的に研究されて
いる核である。生物学的に興味のめるその他の重要な核
としては、感度の高いものから順に１９Ｆ−２５Ｈａ、
　５１ｐ　、　１３Ｃ９および１７０がある。しかし動
（８） 物組織中のフッ累化合物の量には制限があるため、従来
の生物学的応用では１９Ｆの共鳴の重要性には疑問が投
げかけられてきた。

静磁場ＢＯに直交する励起無線周波磁場Ｂ１をかけると
、影響をうけた核の磁化は回転するコマの運動と似たよ
うな動きをして２軸のまわりに歳差運動をする。核はラ
ーモア振動数と呼ばれる角振動数で２軸のまわりを回転
する。

このＢＯのまわりの角運動あるいは歳差運動の速度は磁
場強度に直接比例する、すなわちω０＝：＝γＢｏ。

しかし、磁化がＢｅに平行である限り、巨視的な歳差運
動はおこらず、この結果、受信コイルには電気的シグナ
ルは全く刻まれない。このため、ＮＭＲ情報を引き出す
には、静磁場Ｂｏの軸方向に直交する方向の、時間依存
性の外部磁場をかけることが必要となる。このような磁
場をかけるには無線周波の使用が典型的であり、またさ
らに核スピン系と共鳴しこれにより磁化を平衡からずら
すために歳差運動の振動数（ラーモア振動数）と同じか
それに近い振動数を用いる。ＲＦ（無線周波）磁場は巨
視的な磁化ベクトルを静磁場Ｂｏの方向に対して典型的
には９０°の方向に向かせるのに十分な長さの時間だけ
加えられる。結果として、核磁場の磁化はｇｏ（静磁場
）を軸としてこれに垂直な面内をラーモア振動数で歳差
運動する。ＲＦパルス後、核の磁化の横方向（Ｂｏに垂
直な方向）の成分が緩和して平衡に戻るすなわち減衰し
て零となる過程は、自由誘導減衰と呼ばれる。

たとえばるる持続時間のＲＦパルスをかけるとか、断熱
的減磁（外部磁場の強度を急速に低下させる）とか、断
熱的通過（磁場をＲＦ場の存在下で共鳴中を掃引する）
などにより熱平衡状態からずらすと、磁化は熱運動によ
り平衡状態に戻ろうとする。この磁化の縦軸方向の成分
が平衡を回復するのにかかわる過程の運動特性は、横軸
成分が平衡を回復するのにかかわる過程の場合と似ては
いるが同じではない。その結果、縦軸方向と横軸方向の
緩和過程にともなう特性時定数の値は必ずしも同じでは
なくなる。一般に、縦方向の緩和の時定数すなわち熱格
子緩和時間Ｔ１は、少なくとも横軸成分の減衰定数すな
わちスビンースビー４１和Ｔ２以上でおる。

Ｔｌ≧Ｔ２となる理由は、物理的に、Ｔ１過程は過剰の
エネルギーをスピン系から熱貯蔵系へ散逸することによ
り平衡を回復するのに対し、Ｔ２過程はエネルギー遷移
を生ずることなしに、単に水平面上のあらゆる位相干渉
性を破壊するのみであるという事実による。熱力学的に
言えば、平衡の回復は、Ｔｌ緩和によりスピン系のエネ
ルギーを最小にし、Ｔ２緩和により系のエントロピー（
乱雑さ）を最大にするという二つのことによって達成さ
れる。

直観的に明らかなように、Ｔｌ緩和（エネルギー遷移）
を生ずる物理的過程はすべてＴ２緩和をも引起こすのに
対し、この逆は必ずしも成立しない。これらの緩和過程
の効力は前にふれてお−だ核スピンがうける振動性の局
所磁場Ｂ１０゜の運動特性と強度に依存する。ＢＩＯｃ
の大きさは通常相互作用のタイプとそれに伴う分子パラ
メータに依存する。たとえば、陽子はスピン量子数が１
／２であり、それゆえ中心的相互作用は事実上双極子−
双極子であ（１１） る。したがって局所磁場Ｂｌｏｃの強度は、陽子がカッ
プリングする磁気双極子モーメントと双極子モーメント
間の距離とに依存する。もしひとつの陽子の相互作用の
相手となる隣接の磁気双極子がもう１つ別の陽子でおる
ならば、はじめの陽子のうける局所磁場は相互作用の相
手が不対電子である場合と比べて著しく小さくなるであ
ろう。これは電子の磁気モーメントの強度は陽子の６５
８倍もあるからである。さらに、相互作用する核間の距
離が短い程、局所磁場は強くなる。スピンが１以上の重
水素のような核では、中心的相互作用は核スピンの四重
極モーメントと核周囲の電場勾配との相互作用となる。

しかし、Ｂｌｏｃの強度は緩和現象の半面を説明するに
すぎない。残りの半面はＢｌｏｃを確率論的に変化させ
る分子運動から生ずる。

Ｂ１０゜の運動特性の根本にある物理的要因はＴ１とＴ
２を決定する場合に重要であり、双極子−双極子相互作
用から説明することができる。

強い静磁場Ｂｏの存在下では、個々のスピン磁気モーメ
ントはそれぞれ独立にラーモア振動数ω０で（１２） 歳差運動をするのではなく、適切な言い方をすれば、振
動数がω０の付近でかつｒＢｌ　ｏｃの振動数範囲内に
おいて準連続的に分布している歳差運動の、一連の複雑
な基準振動によって記述される相互作用系である。局所
磁場の概念により与えられる説明上の利点を利用するに
は、２軸（座標系）を中心に振動数ω０でラーモア歳差
運動と同様に回転している核スピンのうちのひとつをと
ってこれを視点に観察するのがよい。この座標系（一般
に回転体として知られる）では、Ｂｏを効果的に打消す
よりなりｏと大きさが等しく方向が反対の見かけの磁場
が生じているため、外見上スピンはＢｏの影響による歳
差運動をしているようには見えなくなる。

この結果、スピンに作用しているのは局所磁場のみとな
る。この回転系の局所磁場は、定常部分と振動数ω０と
２ω０で零点を中央値として振動する部分とに分けるこ
とができる。局所磁場のこれらの３つの要素は、スピン
系を熱運動へとつなげる僑渡しとなっている。

分子運動の確率論的性質を説明するには、局所磁場Ｂｌ
ｏａの時間的な自己相関関数Ｇ　（ｔ）という１つの物
理量を定義するのがよい。

Ｇ　（ｔ）＝　＜　Ｂ１００（０）　Ｂｌｏｃ（ｔ）＞
　Ｔ２１ここで〈〉は全系にわたる総体的平均を表わす
。

大部分の物理的過程では、Ｇ（ｔ）はいずれにしろはぼ
対数的になることから、 Ｇ　（ｔ）＝　＜　８２１ｏｅ　＞　”−”τＣ（３）
ここで＜８２１０゜〉は前述の局所磁場の強度であり時
定数τ。は振動するＢｌｏｅ（ｔ）がその時点より過去
の性質の運動部分を保持し続ける持続時間としておおよ
その定義ができる。次に、ウイーナーーヒンチン（Ｗｉ
ｅｎｅｒ　−Ｋｈｉｎｔｃｈｉｎ＊）の定理によると、
振動する局所磁場の撮動数スペクトルは自己相関関数Ｇ
　（ｔ）のフーリエ変換となる： Ｊ　（＋Ｊ　＝　ｌ：　Ｇ（ｔ）ｅ−”ｔｄｔ　（４）
先に少しふれたように、緩和で重要なのは振動数成分の
うちＯ２０゜、２ω０　成分のみなので、ここでは振動
数Ｏ１ωｏＩ２ω０　付近のＪ←）の振動数成分につい
てのみ分析すればよい。ω＝０では局所磁場Ｂｌｏｇは
静止しているように見える。その効果は単に問題にして
いる（視点として選んだ）核スビ／とその隣接スピンと
の間の全ての初期位相関係の損失を生ずるのみである。

すなわち核スピンはお互いの間でＢｌｏｃの振動数と同
じ大きさの振動数で歳差運動するように見える。その結
果、Ｊ（０）は横軸方向の緩和（横緩和）のみ生ずるこ
とができる。振動数成分ω。と２ω０は核スピンのいか
なる相乗的脱位相化もひきおこさないが、ラーモア振動
数とその２倍調和振動数の振幅の小さな振動摂動を生ず
る。このように、ω０と２ω０の効果はラーモア振動数
とその倍音振動数でＲＦ磁場を作用させることと似通っ
ており、これが本質的にスピンのエネルギーレベル間の
遷移を引き起こす。以上の結果、Ｊ（ω０）はスピン−
格子緩和のほかさらにスピン−スピン緩和をも引き起こ
す。

このことを理解する手助けとして第１図が参考となろう
。第１図にはＴ１とＴ２を問題にしている全振動数領域
にわたりその逆数に対して、相関時間の関数として図式
的にプロットしたものを示しである。Ｔ１は典型的には
液体中におけるミリ秒台か（１５） ら固体中における数ケ月台まで変化するものと考えられ
ており、生体組織はＩＨについて約０．１０ないし３秒
間の範囲のＴ１定数を示す。

しかし、ＮＭＲシグナルから空間的に関係のある情報を
得るためには、空間的情報をはじめにＮＭＲシグナル中
に暗号化しておく必要がある。

これは、外部磁場Ｂｏの強度を空間的に変化させる（典
型的には直線的に）ことにより達成される。

このように、ラーモア振動数は磁場Ｂｏに比例しさらに
位置により変化することになる。したがって、数学的処
理により得られた振動数スペクトルは−りの軸に沿った
ＮＭＲシグナル分布を与えるものであり、磁場勾配を回
転することにより測定対象の種々の投影に対応する多重
ＮＭＲ振動スペクトルを得ることができる。ＮＭＲ像は
Ｘ線コンピューター断層撮映法で用いられている方法と
似た、ＮＭＲシグナルに関するフィルター付逆投影再構
成アルゴリズムにより形成することができる。　“ＮＭ
Ｒ画像法において一般化しつつあるもう一つの方法はＥ
ｒｎｍｔらの提唱したフーリエ・ツーグマ（１６） トグラフイ（Ｚ＠ｕｇｍａｔｏｇｒａｐｙ）法である（
　１’−ＮＭＲフーリエ・ツーグマトグラフイーＪ、Ａ
、クマー（Ｋｕｍａｒ）、　Ｄ、ヴエルテイ（Ｗｅｌｔ
ｉ）　、　Ｒ，エルンスト（Ｅｒｎｓｔ）、　Ｊ、Ｍａ
ｇ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　、第１８巻、６９〜８３頁（
１９７５））。この方法は、１つの次元の方向に沿った
磁場勾配のもとてのＮＭＲシグナルを記録することによ
り振動数を利用してその次元に沿って情報をコード化す
る。さらに、この次元の方向に直交する第二の方向に空
間的情報をコード化するために、第二の方向の磁場勾配
を引続き、パルス状に、磁化が横平面に達した後ＮＭＲ
データを記録する前までの短時間だけ作用させる。この
ようにして、各々が空間情報をめようとする方向に沿う
位置座標のフーリエ成分に対応した、位相コード化情報
をもっているデータラインを、多重化することができる
。時間に関して一次元、位相コード化勾配振幅に関して
一次元をとった、二次元のフーリエ変換を行なうことに
より、二次元的画像が得られる。

ＮＭＲ画像法の基礎をなす基礎物理学に関するこの他の
事項については、ＩＥＥＥ第７１巻３号３３８〜３５０
頁（１９８３）のヒンシャウ（Ｈｌｎｓｈａｖｒ）とレ
ント（Ｌｅｎｔ）による論文［ＮＭＲ画像法への手引き
：ブロッホの方程式から画像化方程式まで」またはサイ
至ンテイフイツク愉アメリカン１９８２年５月号の１．
Ｐｙｋａｔｔ　による論文「医学における、ＮＭＲ画像
法」が参考となる。

一般に、ＮＭＲ画像のシグナル強度は単位体積当りの陽
子核の数に依存する。組織内の陽子分布はほぼ均一なの
で、各種の組織間のＴ１およびＴ２緩和時間の差は解剖
学的差異についての重要な対比手段となる。各種の組織
間の対比は緩和速度の差異の反映であり、また水素原子
をとりまく各種の環境を反映しているともいえる。はと
んどの場合、ＮＭＲ画像上の対比は多数の正常および異
常組織の同定も含めて組織間の迅速な識別に十分な情報
を与えるが、ＮＭＲ画像以外の点では非常に類似した組
織間の場合は特に対比の増強を望まれることが多かった
。以上のようなことから、本発明の目的はこのような対
比の増強を行なうための方法を提供することにおる。

ＮＭＲ技術の初期の利用、すなわち化学構造の識別への
利用に関する発達においては、ＮＭＲは酵素の構造と機
能を導き出すだめの手段として使用されてきた。特に、
常磁性プローブであるマンガンイオン（Ｍｎ＋十）は多
くの酵素分子中に存在することから、蛋白質の密接に関
連した状態間の平衡に対する修飾効果、水の陽子の核緩
和速度、近接して連合した核の核緩和速度、および塩素
やその他のスピンラベルのようなマンガン以外の常磁性
プローブとマンガンが共に存在する場合のＥＳＲとＮＭ
Ｒなどの研究に利用されてきた。これらの利用について
は最近、Ｎ１ｅｅｏｌａｉらによる総論「生体機構およ
び生体高分子の研究における磁気緩和プローブとしての
マンゴｙ　（ＩＩ）　Ｊ　Ｃｈｅｍ、Ｒｅｖ、第８２巻
３５９〜３８４頁（１９８２）が瞥かれている。

常磁性金属と酵素との相互作用に関するこの他の詳細は
、Ｒ，Ｄｖｅｋ　による著書［生化学における核磁気共
鳴Ｊ　（Ｃ１ａｒｏｎｄｏｎ　Ｐｒｅａｍ　０ｘｆｏｒ
ｄ　発行、版権所有１９７５）の特に第１０および１１
章が（１９） 参考となる。さらにこの他にＰＥＰカルボキシキナーゼ
、ＰＥＰカルボキシラーゼ、およびピルビン酸キナーゼ
の構造と活性に関して報告した研究が、Ｍｉｌｄｖａｎ
らにより「高分子系への核緩和の応用Ｊ　Ａｄｖａｎｃ
ｅｄ　Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ第３３巻２６〜７０頁（１
９７０）として出されている。

前記の出版物中に列挙されている研究の大部分は、Ｎ、
Ｂｌｏｅｍｂｅｒｇ＠ｎの種々の常磁性溶液における陽
子の緩和時間に関する初期の研究によりその理論的基礎
の一部を支えられている。特に、Ｂｌｏｅｍｂ＠ｒｇｅ
ｎはマンガンイオンのまわりの水分子の八面体構造の形
成について論じ、とりわけ結晶磁場分裂の修飾１ｇ−ラ
ンツル、およびブラウン運動による緩和時間上の超微細
結合などに関する機構をいくつか説明している。この研
究はＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＣｈａｍｉｃａｌＰｈｙｓ
ｉｃｓ第３４巻３号８４２〜８５０頁（１９６１）およ
び第２７巻２号５７２〜５７３頁（１９５７）に報告さ
れている。

Ｂ１ｏｅｍｂｅｒｇ＠ｎの研究に基礎の一端をおくと、
不対電子をもったマンガンはＩＨに比べて約７００倍（
２ｏ） も強い磁気モーメントをもつことが確認された。

このことと、マンガンと水分子とが八面体の錯体を形成
しこの水分子は周囲の大量の水と急速に父換反応を行な
うことにより、水素はマンガンの存在下では非常に速く
緩和し、Ｍｎ＋十の濃度に応じてＴ１が短かくなる結果
陽子のＮＭＲシグナルは急速に回復する。しかしシグナ
ルはまたＴ２の短縮により急速に減衰する。この効果は
少なくとも部分的には、その他の大半の遷移金属の常磁
性イオンに見られない特徴でおるＭｎ＋十の異常に高い
Ｔ　１／’ｒ２比に起因するものである。

マンガンの水緩和試薬としてのこの作用にもとづき、ラ
ウターバー（Ｌａｕｔ＠ｒｂｕｒ）らｒｉ緩和速［（７
）細胞内研究のための常磁性イオンとしてマンガンを選
んだ。「常磁性イオ／の細胞内添加による組織中の水の
陽子のスピン−格子緩和速度の増大」Ｆｒｏｎｔｉｅｒ
ｓ　ｏｆ　Ｂｉｏｌｏｇｉａａｌ　Ｅｎｅｒｇ＊ｔ１ｃ
ｍ第１巻７５２〜７５９ｇ（１９７８）を参照のこと。

マンガンイオンの注入は正常心筋と梗塞あるいは献血状
伽の心筋との間の緩和速度に影善を与えることが期待さ
れた。ラウターバーはマンガンイオン含有溶液を注入後
、犬の心筋の虚血部位の輪郭を描出することができたと
報告している。

しかし、マンガンイオン溶液により生ずる効果は、マン
ガン錯体の再配向が急速すぎてマンガンイオンに配位結
合している陽子の緩和速度に事実上影響を与えることが
できないために、期待外れのものとなることが広く認め
られている。このように適度に希釈したＭｎ”十溶液を
使用しても、組織中の陽子のＴ１はあまり変化せず対比
を増強することはできない。さらに、マンガンイオン溶
液はその性質からいって極端に希釈して使用しないと（
く１０μＭ）有害であり、したがって人体への適用には
制限がおる。

本発明の目的は、マンガンイオンの陽子緩和への効力を
大きく増強する方法を提供することである。

本発明の目的はさらに、マンガンの毒性レベルを安全レ
ベルまで低下させ生体への適用性の増加を可能にするだ
めの方法を提供することである。

均質な抗体を産生ずる能力をもつ継続した細胞系、すな
わち雑種新生細胞からいわゆるモノクローナル抗体を産
生ずる方法に関するコーレー（Ｋｏｈｌｅｒ）とミルシ
ュタイ７　（Ｍｉｌｓｔｏｉｎ）の研究（Ｎａｔｕｒｅ
　第２５６巻４９５〜４９７頁）が報告されたことによ
り、免疫学と特異的抗原決定基に基づく組織の鑑別との
分野は飛躍的な進歩をとげつつある。これが可能となっ
たのは、モノクローナル抗体は特異性が狭く決定されて
いる、すなわちそれらが特異性をもつ抗原としか反応し
ないためである。このようにして、各種の有名な免疫学
的活性測定手法のいずれかを使用することにより、組織
や細胞は各種の表在抗涼めるいは細胞内抗原の存否に基
づき鑑別することができる。したがってこのような特異
的反応分子の多数の応用法が示されており、その中には
これによる種々の性状の癌や感染症経過の診断と治療が
ある。典型的には抗体にラベルを結合させて抗体検出を
補助し診断に利用する。同様に、治療においては化学療
法剤や放射線療法剤を結合させて利用できる。

（２３） 特定の組織タイプに対する望ましい特異性をもつ抗体を
得ることには大きな困難を伴うことが多いが、一旦入手
するとこのような抗体は様々の画像法に利用することが
できる。現在までのところ、その利用先は一律に酵素結
合免疫活性測定系、いわゆるフロー細胞測定系や放射線
撮影法などによる螢光分析に限られてきた。実際、いく
つかの論文でこれらの方法に関して少なくとも限定的に
は成功したことが報告されており、その中には以下のよ
うなものがある：ヴオルフ（Ｗｏ　ｌ　ｆ　）ら［腫瘍
部位決定への放射活性標識抗体の利用Ｊ　Ａｒａｈ、Ｉ
ｎｔａｒｎ。

Ｍｅ　ｄ　、第１４１巻１０６７−１０７０頁（１９８
１）、ニッケルマン（ｇｅｌ（＊１ｍａｎ）ら［抗体の
放射活性標識」Ｃａｎｃｅｒ　Ｒｅ１ｅａｒｏｈ第１ｅ
ａｒｏｈ６〜３０４２頁（１９８０）　、Ｋｈａｗら「
インジウム−ｍ＊ジｘチレントリアミノベンタアセティ
ック酸による犬心臓ミオシンに対する抗体の心筋梗塞画
像法Ｊ　５ｏｉｅｎｃｅ第２０９巻２９５〜２９７頁（
１９８０）、ゴー　′ルデンバーグ（Ｇｏｌｄｅｎｂｅ
ｒｇ）ら［外部光線走査法による種々の癌の検出と位置
決定への放射活性標識（２４） した抗癌胎児性抗原抗体の利用Ｊ　Ｎｅｗ　Ｅｎｇｌａ
ｎｄＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｅｄｉａｉｎｅ第２９８
巻２５号１３８４〜１３８８頁（１９７８）。

以上の放射活性走査法はすべて放射活性同位体をトレー
サーおるいは標識として使用することの上に立っており
、したがってこれらの取り扱い。

製造、および廃棄の困難さなどに関する一連の危険性を
含んでいることになる。

本発明は、このような放射活性同位体に関連した危険性
を回避し、安全に取り扱うことのできる、放射活性同位
体以外の標識を使用することを目的とするものである。

関連分野として、抗体を種々の標識物質に結合させるた
めの処理法については多数の発表があり、その中にはＨ
ｎａｔｏｗｉｃｈらの論文［抗体の放射活性標識：簡便
で効率的な方法Ｊ　５ａｉｅｎａｅ第２２０巻６１３〜
６１５頁（１９８３）、およびＳａｈｅｉｎｂｅｒｇら
の論文「モノクローナル抗体と結合した放射活性金属キ
レート化合物による腫瘍画像法Ｊ　８ｏ１ｅｎｃｅ第１
ｅｎｃｅ５１１〜１５１３頁（１９８２）などがらる。

本発明の目的は、前記に掲げたようなよく知られている
キレート結合法を少なくとも部分的に利用することので
きるＮＭＲ画像増強方法を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、ＮＭＲ画像における対比を
総体的に増強する方法を提供し、そして特に各種の特定
の組織タイプの間の対比を増強することである。

これに関連して本発明は、生存可能組織および生存不能
組織のＮＭＲ画像における対比を増強する方法を提供す
ることを目的とする。

さらに本発明は、正常組織と癌あるいは感染組織との間
のＮＭＲ画像における対比を増強する方法を提供するこ
とを目的とする。

さらにまた本発明は、低濃度の常磁性イオ／を使用しか
つＮＭＲ画像の対比を増強できるような方法を提供する
ことにより、Ｍｎ＋十を含む遊離溶液中の常磁性イオン
に関連した毒性問題を回避することを目的とする。

本発明ではその原理と目的にしたがって、測定する組織
を高分子に結合させた水和常磁性イオン錯体で処理する
ことにより、周知のＮＭＲ画像技術により得られるＮＭ
Ｒ画像の対比を増強する方法が提供されている。高分子
は、その常磁性イオンへの結合により、常磁性イオンが
核磁気共鳴を測定している分子のラーモア周期に匹適す
る再配向運動の相関時間により特定できるように選択さ
れた分子量をもつものであることが望ましい。本方法に
おける「匹適する」とは、約１０倍の範囲内であること
を意味する。高分子は、理想的には特定の組織や抗原部
位に特異的な抗体、酵素、酵素基質、ＤＮＡ　、ＤＮＡ
プローブ、およびその他の生物学的に適合した分子など
から選択することになる。望ましい具体例では、高分子
は抗体のＦ（ａｂ）’部分でこれはマンガンと結合し、
その結果Ｆ（ａｂ）’が特異性をもつ組織の１ＨのＴ１
緩和速度が変化しこれによりＮＭＲ画像の対比を増強す
ることができる。

本発明の基礎をなす理論と操作を理解するのに、（２７
） 第１図を参考に分子運動の相関時間の緩和時間に対する
影響を見直しておくことが役立つ。τ。がラーモア振動
数に比べて短い領域、いわゆる極小眼においては、局所
磁場Ｂｌｏｃの強度スペクトルは事実上白色である。こ
の限界域では全スペクトル成分（Ｊ（０）　、　Ｊ（ω
ｏ）　、　Ｊ（２ωｏ））のＴ１−１とＴ２−２の両者
に対し小さいが相等しく寄与するのでＴ１＝　Ｔ２とな
ることがわかる。このことは従来からあらゆる単純液体
について認められている。τ。が長くなるにつれ、Ｊ（
０）、Ｊ（ωＯ）　、　Ｊ（２ω０）は増加しその結果
Ｔ１とＴ２は短くなる。τｃ−１〜ωｏ／２πにおいて
、Ｊ（ω０）は最大となりＴｌは最小となる。τ。がラ
ーモア周期に比べて長くなるにつれ、Ｊ（０）は増加す
る一方Ｊ（ω０）とＪ（２ω０）は減少し、この結果Ｔ
ｌは次第に長くなる一方Ｔ２は短くなり続ける。この領
域は一般に組織中の陽子について認められる。こうして
Ｔ１は一般に組織ではＴ２より長い。最後に、τ。が（
ｒＢｌ　ｏｃ　）−１より長くなると、すなわち固体に
属する状況では、ＮＭＲシグナルは全体的に幅広くなり
（，１！幅値は１０　ＫＨｚ台）Ｔ２は１０−６秒台ノ
範囲ト（２８） なる。

常磁性イオンの低ないし中濃度溶液（１０−６〜１０−
２Ｍ）では、第１図に示されるＴｌ　ｒ　Ｔ１　＋　Ｔ
２の間の関係は依然として一般的に成立しうる。しかし
細部では常磁性イオンの存在により二つの理由で大きな
変化をうけている。便宜上、緩和を引き起こす分子的過
程から説明することにする。水溶液中では、マンガンイ
オンは配位子でめるにの水分子に等方的に配位された正
八面体の錯体として存在する。当面、正八面体錯体のに
の配位子はすべて水分子であると仮定すると、溶液中に
は二種の陽子、すなわち配位子の陽子と周囲の大量の水
の陽子とが存在することになる。これらの二種の陽子は
急速に化学交換しているため、ある陽子がどちらの種類
に入るかは実際上瞬間的なものであり永久的に定まった
ものではない。この交換速度が緩和速度よりもはるかに
速い場合（はとんどの常磁性イオンのように）には、陽
子の緩和速度（Ｔ１とＴ２ともに）は時定数をＴ１また
はＴ２とする一本の対数曲線により特性を表わすことが
できる。緩和速度Ｔ１−１とＴ２−１　はこの場合二つ
の独立成分の簡単な加重平均となる、すなわちＴ乏’、
２＝　ｆＭＴｘ、２Ｍ＋　ｆｎ　Ｔｌ、２Ｂ　ｔ５）ｆ
Ｍ十ｆ、　＝　１ ここで、ｆＢは周囲の水の中にある陽子の分率であり、
ｆＭは水和錯体中の陽子の分率であり、Ｔ１，２Ｂは周
囲の水の中にある陽子の緩和速度であり、１ Ｔ１゜□は水和錯体中の陽子の緩和速度でおる。今問題
にしている希薄溶液では、’Ｍ＜＜　ｆＢ　でありまた
理論的計算により’ｒ１２Ｍは１０−５秒台である一方
’ｒ１２Ｂは数秒台となる。（不純な水溶液すなわち配
位子の一つが高分子の場合には、’ｒ１２Ｍは後述のよ
うに１０２〜１０５桁だけ小さくなる。）常磁性イオン
濃度が１０−”　Ｍ以上の場合は、（５）式の第一項す
なわち錯体イオン中の配位子の陽子の寄与による陽子緩
和が、支配項となる。

前記のように、周囲の水の陽子の緩和機構は核の双極子
−双極子相互作用である。水の分子回転の相関時間は室
温で１０−１２秒であり第１図の極小限領域に入るので
、ＴＩＢとＴ０ｎは約３秒と推定できる。核スピンは電
子スピンに比べて７００倍も弱いので、常磁性イオン錯
体の配位殻内にいる陽子の緩和は本質的に超微細である
。一般的に解釈されているように、超微細とは電子スピ
ンと核スピンとの間のすべての相互作用を意味する。

こうして、電子スピンと配位子陽子（共に配位殻内にあ
る）との間の、陽子緩和速度に寄与する二つの主要な緩
和機構を同定できる。第一の機構は超微細双極子−双極
子相互作用でありここでは双極子相関時間τｒは配位子
分子の内部回転により決定される。第二の機構はスカラ
ー相互作用おるいは交換相互作用とも呼ばれ、電子スピ
ンと核スピンとの間の量子力学的交換結合である。

前記のように、水溶液中の常磁性イオンに関しては、こ
の二つの機構は第１図に示すような緩和時間と相関時間
との間の関係を説明する手助けとなる。みて気づくよう
に、支配的機構は核の双極子−双極子相互作用ではなく
超微細双極子−双極子および電子核変換相互作用である
。したがって、その相関時間がＴ１とＴ２を決定する運
動は、周囲（３１） の水の場合とは異なる。ＴＩＢとＴ０ｎに関しては、τ
。は単純に分子回転の平均周期となる。ＴＩＭとＴ２Ｍ
に関しては、配位子の陽子の緩和に大きな影響を与える
三つの物理的過程に伴う三つの相関時間がある。このう
ちτ、は配位結合のまわりの配位分子の内部回転の相関
時間であり、Ｔ８は電子のスピン−格子緩和時間であり
、τｈは配位子中の陽子の滞留時間である。各機構の過
程を決定する速度は、関与する全過程のうち緩和時間が
最短のものである。従って、超微細双極子相互作用の相
関時間をτ。、電子−核変換相互作用の相関時間をτ。

とすると次の関係が得られる。

τＤ−τ、＋τｈ　十τ、７　’　（６）τ　＝τ　＋
τｈ′″ｌ ｅ　ｓ Ｍｎｎ＋１関しては室温でτｈ〉τ６．τ、〜３　Ｘ　
１０−９秒であることがわかっている。純粋な水溶液で
はτ１１〜１０−１１秒でＴ８やτｈよりもはるかに短
い。

しかし、高分子を配位子のひとつとして導入する　゛と
、τ、はＴ８よりも長くな９速度決定因子としての役割
は終わる。さらに、配位子の陽子に対する（３２） 局所磁場の重要な振動数成分も電子スピンの存在により
Ｏ２Ｏ３およびω、−ω０に変化する（ただしω８は電
子のラーモア歳差運動の振動数）。最後に、第１図のよ
うなプロットを常磁性イオン系について行ない相関時間
を（配位子を変えることにより）ω１に変えた場合、図
１に見られるようなＴ１の最小値１０のようなものは存
在しないであろう。その理由はこうした最小値が生ずる
には相関時間は緩和を支配すると同時にω０で。〜１と
いう条件を満たさねばならないからである。（６）式か
ら、τ、はτ、くＴ８である限り速度決定因子である。

しかしＭｎｎ＋１ついてはτ、〜３　Ｘ　１０−９秒で
あり、この結果Ｔ１の最小値は陽子のラーモア振動数、
すなわちほぼＶ２πτ８〜５３　ＭＨｚでのτ、に対す
るＴ１のプロットにおいてのみ生ずるものと予想される
。この振動数以下での陽子共鳴では最小値は現われない
であろう、というのはτ、が長くなるにつれＴ８に速度
決定因子としての役割が移行してゆくためでおる。

水分子は弱い配位子なので、Ｍｎ（Ｈ２Ｏ）６＋十配位
錯体はＳ　＝　５／２という高スピンを示す。しかし、
Ｍｎ”　がタフバク質中のアミノ基のような強イ結晶場
をもつ他の配位子と結合すると、錯体は８＝１７２のよ
うな低スピンへ移行する。この場合Ｔ１とＴ２は長くな
るが、Ｔ１−１とＴ２−１は共に５（ａ−１−１）に比
例するのでＴ２／ｌＩ′１比はあまり変化しない。緩和
の増強におけるこの常磁性錯体の効力を評価するため、
［緩和力（ｒｅｌｉｘｉｖｉｔｙ）Ｊという量を使用す
る。緩和力は一般に、常磁性イオン濃度の単位増加弁当
たりの緩和速度の変化として定義される。

第２図はＭｎ＋十濃度のＴ１緩和速度に対する関係を図
示したものである。単純な正八面体の水分子配位殻の中
のＭｎ＋十に対しては曲線２２が成立するが、高分子を
結合した錯体中のＭｎ＋十に対しては曲線２１が期待さ
れる関係を表わしている。勾配の急緩は本質的に錯体の
効力を表わしてお９勾配が急な程、錯体が陽子のＴ１緩
和速度を変化させる効力は大きい。Ｍｎ”十に伴う毒性
問題のため、当然のことながら可能な限り低濃度が望ま
れる。

ＮＭＲ画像法のシグナル強度は一般に、体の動き、血液
の流れや拡散などを無視すると三つのパラメ−ターによ
って決まる。これらは局所の可動陽子密度、Ｔ１および
Ｔ２である。大部分の組織では可動陽子密度はかなり均
一であり、Ｔ１とＴ２がシグナル対比を決定する中心パ
ラメーターとなる。

ＮＭＲ画像画像量も一般的に使用されているパルス配列
法はいわゆる飽和回復配列である。このような配列を第
４ａ、４ｂ、４Ｃ図に示す。要約すると縦方向の磁化は
［読取り（ｒｅａｄ）Ｊによりくり返し調整される。第
４ｂ図ではこの「読取り」は単純な９０’パルスでこれ
に引続き自由誘導減衰（ＦＩＤ）が記録される。また第
４Ｃ図に示すような９０°−τ−１８０６−τ　パルス
対のこともあり、ここでてはパルス間隔でこれはスピン
エコーヲ生スる。後者の場合、画像形成に利用されるの
はエコー・データである。

読取り間の回復時間ｔＢ（第４＆図参照）は、正しく選
べば種々のＴｌをもつ組織間の対比を生ずるのに利用で
きる。読取り直後に縦方向の磁化は零となる。持続時間
ｔＲの間、各組織部位の陽子の２軸方向の磁化は各組織
に固有のＴ１で定められた速（３５） 度で回復する。このように、Ｔ１の長い組織は短い組織
に比べて読取られる縦方向成分がかなり小さくなる。

スピン−エコーデータを代わりに画像データの供給に利
用すると、組織間の対比はＴ１ではなくＴ２から得られ
る。これはｔＲをいずれの組織のＴ１よりも長くするこ
とによってできる。この場合エコーシグナル強度はパル
ス間隔てとＴ２のみにより決まり　、−２７／Ｔ２に比
例する。しかし、大部分の画像実験では、理性的な患者
でも画像時間に対して忍耐力の限界を示す。このためｊ
ｒ　＞＞　Ｔｌ　という条件を満たすことは常に可能と
は限らない。このような条件では第３図に示すように、
Ｔ１とＴ２は対比の交叉を示しこれにより組織間の差異
を隠してしまう可能性がある。特に、第３図は二組のＴ
１とＴ２における横方向の磁化の減衰について二側を示
しである。曲線ＡはＴ１＝０．４５秒、’ｌ’２＝Ｑ、
１秒。

曲線Ｃは’ｒ１＝　１．５秒、’ｒ２＝ｏ、ｓ秒で、ｉ
Ｒ＝　１．０秒の場合を示す。曲線ＢとＤはそれぞれ曲
線Ａ。

Ｃと同じＴ１およびＴ２におけるｔＲ＝０．５秒の場合
（３６） を示す。０．５秒と１秒という２通りの回復時間を使用
することにより、曲線ＡおよびＢで示されるある一種類
の組織のＮＭＲシグナルは、曲線ＣおよびＤで示される
別の種類の組織のＮＭＲシグナルと９０°パルス後ある
点で交叉することがわかる。

もしこの交叉点が偶然にもスピンエコーを生ずるような
選ばれ方をした場合は、２種の組織は区別できなくなっ
てしまう。この例はシグナルの対比がＴ１とＴ２に大き
く依存していることを和実に示している。このように、
シグナル強度はＴ２／ｌＩ′、が増加すると共に増加す
る。同じく重要なことは、Ｔ１を理想的に短かくしこれ
により不都合な対比の交叉現象を生ずることなしにｔＲ
を短かくできることである。

前記のように、高分子不在下での水利Ｍｎ十十錯体の短
い相関時間はＭｎ”十の陽子スピンを緩和させる効力を
低下させる。水利Ｍｎ”十錯体を生体系へ導入する際に
遭遇するもう−りの問題は、組織内に存在するｉグネシ
ウム（またはカルシウム）との交換反応でおる。この交
換は次のような平衡により支配されると考えられる： Ｍｇ　（組織）＋Ｍｎ＋＋　：　Ｍｎ（組織）＋Ｍｇ”
このように、ＭＺＩ＋十と組織内のＣａ”十との交換は
熱力学的平衡定数Ｋにより支配され、交換は熱力学的あ
るいは速度論的に有利な場合にのみ起こる。さらに、Ｍ
ｎ＋十を生体試料中で水和錯体として導入することは多
数の重大な毒性問題をともなってきた。

これらの問題は本発明によりＭｎ＋十の陽子緩和効果を
利用しながらなおかつ集約的に回避することができる。

明確には、本発明の目的にしたがってこれらの問題はＭ
ｎ＋十を高分子へ結合することにより回避される。この
高分子は実質的にＭｎ＋＋の再配向速度を測定対象の分
子のラーモア周期の桁数の範囲内に「低下」させるよう
に選ぶ。したがってこのような高分子は望ましい大きさ
の範囲があることになり、第５図を参考に後でより詳細
に検討する。はとんどの場合、測定される核の共鳴は水
素の陽子のものだが、本発明は他の核についての緩和速
度定数を変えるために利用できることも同様に目的とし
ている。

しかし非特異的に高分子−Ｍｎ十十水和錯体を導入する
ことは一様により強い強度の画像を生ずるのみで組織間
の対比の増強は生じない。らる条件下ではこの効果は有
益だが、高分子はより大きな効用をもたらすように選ぶ
のが望ましい。特に、高分子は理想的には抗体、特にモ
ノクローナル抗体が示すような組織特異性をもつものと
なる。これによりＭｎ十十水和錯体は抗体によって与え
られる特異性を通じて、抗体が特異性をもつ抗原部位を
そなえた組織にのみ結合する。こうしてＭｎ十十高分子
錯体は必要な抗原部位をもつ組織のみと結合しこれらの
抗原部位をもたぬ組織と非特異的に結合する仁とは事実
上なくなり、これによりＮＭＲ画像の対比の望ましい増
強が得られる。

しかし、再配向の柔軟性を十分に得るためにはｐ（ａｂ
）’部分のような抗体の一部分のみを利用し、Ｍｎ”中
高分子錯体が組織特異性を維持しかつ一本の軸のまわり
の回転またはスピンの自由を備えているようにするのが
望ましい。Ｆ（ａｂ）’部位は周知の（３９） ように、ただ一つの反応性結合部位をもちＦａ部分また
は他の結合部位をもたない。Ｆ（ａｂ）’部分の誘導法
は一般によく知られている。

類似の効果はいわゆる雑種抗体、または二つの異なる抗
原決定基に対する特異性をもつ抗体によっても得られる
。対応する抗原決定基の近傍についての情報が与えられ
ているならば特異性を慎重に選択することにより、抗体
の結合部位を一ケ所に限局させこれにより効果的にＭｎ
千十高分子錯体の運動を相対的に制約をうけないものと
することができる。もはや容易に明らかなように、抗体
の特異性を指定された感染試薬あるいは癌種に対するも
のとすることにより、Ｍｎ”中宮磁性イオンを抗体に結
合させて作られる試薬は正常組織と感染組織あるいは癌
組織との間のＮＭＲ画像法における対比を増強する能力
をもつものとなる。

今や理解されたように本発明の目的および前記の理論的
考察により、ここに申請した実施例すなわち抗体または
その一部をＭｎ＋十のような常磁性イオンへ結合させる
ことによってＴｌ緩和効果に対す（４０） るより効果的な試薬が生じ、遊離のＭｎ十＋イオンやＭ
ｎ”中水和物に比べてより毒性の少ない試薬が提供され
、また非常に有益な組織特異性が得られる。

しかし、高分子は抗体またはそ、の誘導体である必要は
なく、酵素基質となる多数の生体分子のいずれでもよい
。このような錯体は理想的には酵素の基質に対する活性
を実質的に妨害しないような基質部位に、常磁性イオン
を結合しているものとなる。酵素反応は、基質−Ｍｎ＋
十の生成物−Ｍｎ＋十と比べた大きさを変えることによ
り、マンガン錯体の緩和速度に対する効果を対比を増強
するのに十分な程度まで変化させるようなものでめるこ
とが望ましい。これを行なうための酵素系を正しく選択
するには、いくつかの簡単な実験が必要となる。

これにより、おる組織に酵素の存在または活性があると
周囲のその酵素の活性を欠く組織に対する対比が増強さ
れることになる。したがって、このような試薬は生存不
能の細胞には活性酵素が不足しているものと推定される
生存能力研究や各種の診断に役立つものと考えられる。

本発明の多用途性のもう一つの例として、常磁性イオン
をアデノシン三リン酸（Ａ＋Ｐ）、すなわちほとんどの
細胞内に見られる高エネルギー分子、へ結合することが
できる。エネルギーは無機リン酸がとれてＡＤＰが生ず
る際に放出される。

この高分子の大きさの変化、すなわちリン酸１分子の消
失は、理想的に望まれるよりも小さいが画像の対比の差
異を検知するのには十分である。このように、この系も
また生存力のある組織とない組織の間の対比や活性の高
い組織と低い組織との間の対比を増強するのに役立つ。

本発明はさらに、クリアランス速度または腎機能の検査
に使用することができる。尿素は約１秒以上のＴ１をも
つことが知られており、したがってＭｎ”十の出現、特
に有効なＴｌ緩和試薬としてのＭｎ＋士は劇的なものと
なろ５゜容易にわかるように、腎機能の検査は理想的に
は適旨な大きさの（後述参照のこと）不活性高分子を常
磁性イオンへ結合させ、これを血流に注入することによ
り行なう。高分子は肝その他の組織で代謝されこれによ
り血流中の濃度が低下し腎でろ過されて膀胱で画像化さ
れるのを妨げるようなことのないように、不活性なもの
を選択するのが望ましい。注入後、患者の膀胱をテクニ
ケア・テスラコン・ＮＭＲ画像システム（オハイオ州フ
ロンのテクニケアから入手）などにより事実上１．５，
３．ｉるいは５キロガウスなどのいずれかの磁場強度で
走査し、生ずる画像を記録する。この装置はもちろんこ
こに示す例のいずれにも使用できる。

この他の利用可能な高分子としては、肝、轡。

腎などのＮＭＲ画像の対比を増強するだめの標的物質と
してのリポソームがある。リポソームは他の高分子に結
合した常磁性イオンを含む場合と、それ自身が必要な分
子量特性をそなえているという条件のもとに常磁性イオ
ンに結合している場合とがある。その他の有用な高分子
としては通常細胞膜や他の細胞内小器官に存在するよう
な分子がある。

もうひとつの実施例としてＭｎ”＋その他の常磁性イオ
ンをＤＮＡ−またけエンゾーバイオケム社（二（４３） ニーヨーク州ニューヨーク）から入手できるようないわ
ゆるＤＮＡプローブに結合させることがある。今まで同
様に、高分子の選択に対して（Ｔ１緩和時間を有利に調
整するために）分子量についての適切な考慮が行なわれ
ているならば、このような試薬はＮＭＲ画像においてＤ
ＮＡ活性のおる組織とＤＮＡ活性がないもしくは低い組
織とを区別するのに役立つ。このようなりＮＡ活性は、
生存不能、虚血性、感染性あるいは癌などの組織を同定
するだめの臨床的に有用な検知手段として役立つＯ 前記のように、高分子は常磁性イオンの相関時間を測定
対象の分子のラーモア周期の桁数の範囲内とするのに有
効なように選択すると有利である。

この効力は少なくともおる程度は、通常ダルトン単位で
測定される高分子の分子量に関係する。そのような理論
的関係を第５図に示す。

「単純な」ストークスーアインシュタインの流体力学モ
デルを用いて、イオン−高分子錯体の回転相関時間は高
分子配位子の分子量の関数として（４４） 表わすことができる。次いで、　Ｔ＋とＴ２はソロモン
ーブローエンベルゲンーモーガンの理論にシタ力って高
分子の分子量の関数として算出することができる。（５
）式を用いて、系のＴ１とＴ２の値は任意のＭｎ”＋イ
オン濃度についてめることができる。

Ｔ［３＝　Ｔ２Ｂ　＝　３．５秒とすると、その計算結
果はＭｎ”＋濃度が１０μｍ、陽子ＮＭＲ振動数が６．
２５゜６０　ＭＨｚ　（磁場強度０．１５　、０．６　
、１．５テスラに相当）の場合について第５図のように
グラフ化される。第５図を作成するのに用いた数値を第
１表に示す。

第　１　表 配位子高分子の分子量の関数として計算したＴ１および
’ｒ２．’ｒ１　（７）値　（ただしＴ１は秒単位、Ｋ
＝１０’）１８　３．２０　．７２　３．２０　．７２
　３．３２　．７１４１Ｋ　１．３８　．７９　１．４
３　．７９　１．４４　．７８５５Ｋ　、５４６　．８
３　．５５７　．８２　．６０６　．７８０１０Ｋ　、
３８１　．８４　．３９９　．８２　．４７９　．７２
８２５Ｋ　、２７４　．８４　．２９９　．８０　．４
２２　．６３９５０Ｋ　、２３６　．８４　．２６７　
．７８　．４１４　．５８６７５Ｋ　、２１３　．８４
　．２５６　．７Ｂ　、４１３　．５６４１００Ｋ　、
２１４　．８４　．２５１　．７７　．４１３　．５５
２２５０Ｋ　、２０５　．８４　．２４２　．７６　．
４１４　．５３０５００Ｋ　、２０１　．８４　．２３
９　．７６　．４１５　．５２２１０６　．２００　．
８４　．２３７　．７６　．４１５　．５１８通常、Ｔ
２／’ｒ１はシグナル強度を反映するため分子量はシグ
ナル強度が最大となるように曲線上より高い部分に選定
するのが望ましい。一方、ＴＩを短かくすなわちＴ１の
曲線上より低い部分に選定すると錯体の効力が増強され
る。もし自白線間の距離が最大となる領域を選択すると
、これは望ましい分子量の範囲を与えるものと推定され
る。当然のことながら、この範囲は選択したモデルの精
度。

用いたＭｎ”十濃度、およびＮＭＲ振動数により移動す
る。Ｍｎ”濃度が著しく減少するとＴｌとＴ２が長くな
りこれによりシグナルは弱くなる。一方Ｍｎ＋＋濃度が
著しく増加するとＴ２が非常に短かくなるのでＴ　１／
’ｒ　２比が変化し、やはりシグナルが弱くなることが
予想される。明らかなことだが、第５図のような比較的
平坦な曲線、すなわち広い選定範囲に基づく場合、理想
的濃度をめるだめにはそれぞれの事例において何らかの
実験が必要となることが熟練者にはわかるであろう。

容易にわかるように、選択した高分子および常磁性イオ
ンのタイプに応じて、両者を結合するためには各種の化
学的方式が必要となる。容易にわかるように、これには
前記の各種のキレート結合の参考文献に記載されている
ような修飾結合試薬（４７） の使用を伴なう。このような方式をどの程度どのような
方法で修正すべきかは熟練技術者のよく知るところであ
る。

Ｍｎ”＋はスカラー相互作用に対する長い相関時間（Ｔ
８）とその他の固有のＮＭＲ時定数とに関するやや独特
の性質により一般に選ばれる常磁性イオンだが、その他
の常磁性イオンも同様に利用が期待され、その例として
は適当な形の塩素、鉄、銅およびガドリニウムがある。

多数の可能な実施例について記述してきたが、本発明の
目的はこれらの実施例に限定されるものではなく、熟練
技術者には容易に理解されるであろうその置換法や修正
法も含まれている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、陽子の緩和時間と相関時間との関係を図示し
たグラフである。 第２０は、緩和時間とＭｎ”十濃度との関係を図示した
グラフである。 第３図は、典型的な反復パルス配列を用いたＮＭＲスピ
ン−エコーシグナル強度を種々のＴ１お（４８） よびＴ２について核のエコータイミングの関数として図
示したグラフである。 第４図は、ＮＭＲ画像法における典型的な無線周波パル
ス配列を図示した説明図である。 第５図は、種々の高分子分子量において予想される効力
を示す理論値をグラフ化したグラフである。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）常磁性イオンとこれに結合する高分子とから成る
   試薬に画像化すべき組織を接触させて試薬が共鳴を測定
   すべき原子の緩和速度を効果的に変えることができるよ
   うにすること、前記組繊を画像化し、これにより生ずる
   核磁気共鳴（ＮＭＲ）表示が前記常磁性イオンの存否を
   反映するような核磁気共鳴とから成る、生体組織の核磁
   気共鳴画像を増強する方法。
2. （２）試薬の運動が核磁気共鳴を測定すべき原子のラー
   モア周期に心数する時間的尺度をもち、高分子が特異性
   をもつ組織ともたぬ組織との間の対比を増強するために
   高分子が組織特異性をもつような、特許請求の範囲第１
   項記載の方法。
3. （３）核磁気共鳴を測定すべき原子が１Ｈで常磁性イオ
   ンがＭｎ＋＋であるような、特許請求の範囲第２項記載
   の方法。
4. （４）高分子が抗体あるいはその誘導体であるような、
   特許請求の範囲第３項記載の方法。
5. （５）高分子がリポソーム、酵素、酵素基質、核酸、細
   胞膜成分、および細胞内小器官成分のなかから選択され
   るような、特許請求の範囲第３項記載の方法。
6. （６）画像化すべき組織を、ＮＭＲ対比を増強すべき組
   織の少なくともある部分に対して特異性な抗体と部分的
   に満たされた３ｄまたは４ｄ軌道をもつ遷移金属のなか
   から選択された常磁性イオンとから成る試薬に接触させ
   ることと、イオンを抗体に結合させ相関時間がほぼラー
   モア周期と同格の範囲内にあるような錯体を形成するた
   めの手段とから成る、組織のＮＭＲ測定により生ずる画
   像の対比を増強する方法・
7. （７）抗体が抗体０Ｆ（ａｂ）’部分であるような、特
   許請求の範囲第６項記載の方法。
8. （８）画像化の前に免疫学的に不活性な試薬を実質上除
   去する操作を付加した特許請求の範囲第７項記載の方法
   。
9. （９）画像化すべき組織を、常磁性イオンと画像化すべ
   き細胞のうちの少なくともいくつかに付随する酵素に対
   する基質となる高分子とから成る錯体に接触させる操作
   と、前記常磁性イオンを前記高分子へ結合させこれによ
   り前記高分子の基質としての機能が実質的に阻害される
   ことなくかつ酵素の活性により核磁気共鳴を測定すべき
   原子の２−モア周期に心数する範囲内に再配向運動の相
   関時間があるような生成物を形成しこれにより酵素活性
   のある領域と酵素活性のより低い領域との間の対比を増
   強するための手段とから成る、核磁気共鳴画像の増強さ
   れた対比を得るための方法。 Ｑｏｌ　常磁性イオン、高分子、および結合手段が１Ｈ
   のラーモア周期の約１０−１ないし１０＋１倍であるよ
   うな、特許請求の範囲第９項記載の方法。 （１１１常磁性イオンがマンガン、ガドリニウム。 クロム、鉄、および銅の中から選択された金属のイオン
   形であるような、特許請求の範囲第１０項紀載の方法。 ０り　常磁性イオンがＭｎ＋十であるような、特許請（
   ３） 求の範囲第１０項記載の方法。 （１階　核磁気共鳴画像を測定すべき組織を、Ｍｎ＋十
   を結合した高分子から成る錯体と接触させ、高分子が組
   織特異性または生存能力特異性をもち錯体の組織におけ
   る存否によりＮＭＲ画像の対比が増強されることから成
   る、核磁共鳴画像を得るべき特定の組織のＴ１緩和速度
   を変化させるための方法。 αａ　組織を、常磁性イオンの相関時間を遅めるのに十
   分な分子量をもつ配位子を結合した常磁性イオンから成
   る錯体と接触させ、これによりＮＭＲ画像の対比が前記
   配位子をもたぬ場合よりも増強されることから成る、特
   定の組織の１ＨのＴ１緩和速度を変化させる方法。 α［有］　配位子が抗体または抗体からの誘導体である
   ような、特許請求の範囲第１４項記載の方法。 αｅ　画像化すべき組織を、常磁性イオンで標識した抗
   体または抗体の一部分から成る錯体と接触させ、抗体ま
   たは抗体の一部分が画像化すべき組織に対する特異性を
   もち錯体が隣接する陽子の緩和時間を効果的に変えると
   いう操作から成る、核（４） 磁気共鳴画像の増強された対比を得るだめの方法。