Amide Proton Transfer
weighted イメージング
3D APT
新しい分子イメージング「APT」
Chemical exchange saturation transfer（CEST）imagingは、MRIにおける分子イメージングの手法であり、その代表的なものにamide protontransfer（APT）imagingがある。MRIはプロトン密度と緩和時間に基づいた画像コントラストを得るのに対し、APT imagingでは可動性タンパク中のペプチド（アミド基）の濃度と交換速度に基づくコントラストが得られ、脳腫瘍の悪性度判定や放射線壊死と脳腫瘍再発との鑑別などに応用されている¹,²。
Enhanced diagnostic confidence with 3D APT
3D T1w TFE 3D APT
APTwイメージングとは？
生体内の高分子に含まれるプロトンは、環境によって共鳴周波数がバルク水と少し異なる（Chemical exchange / shift）。この異なる周波数を持つプロトンを選択的に飽和パルスで照射すると、磁化が飽和する。さらに飽和した磁化が周囲に大量に存在するバルク水のプロトン磁化と交換することで、生体内の低濃度分子の磁化をバルク水の信号低下として検出する。
APTwイメージングでは、アミド基（NH）が対象となる。生体内のアミド基は、主にタンパク質やペプチドに含まれており、平均的には +3.5ppmの周波数に分布するとされる。アミド基のプロトンはバルク水から +3.5ppm離れた周波数帯に存在するため、交換プロトンの信号を抑制させる飽和パルスを +3.5ppmで選択的に照射する。飽和パルスによって信号が抑制されたアミド基のプロトンは、バルク水へ順次移動し、バルク水の信号を低下させる。飽和パルスの周波数を変化させながらバルク水の信号抑制を観察することで、間接的にアミド基を観察することができる（図1）。
APTwイメージングでは、アミド基（NH）が対象となる。生体内のアミド基は、主にタンパク質やペプチドに含まれており、平均的には +3.5ppmの周波数に分布するとされる。アミド基のプロトンはバルク水から +3.5ppm離れた周波数帯に存在するため、交換プロトンの信号を抑制させる飽和パルスを +3.5ppmで選択的に照射する。飽和パルスによって信号が抑制されたアミド基のプロトンは、バルク水へ順次移動し、バルク水の信号を低下させる。飽和パルスの周波数を変化させながらバルク水の信号抑制を観察することで、間接的にアミド基を観察することができる（図1）。
図1. CEST/APTの基本原理
a）対象となる溶質（Protein）に含まれる交換可能なプロトンとバルク水との間では常にプロトンの交換が起こっている。
b）交換可能なプロトン（amide proton）の周波数（+3.5ppm）に選択的な飽和パルスを照射する。
c）飽和されたプロトンは交換され、バルク水に移行し、バルク水の信号低下が起こる。この信号低下の程度から、対象のProteinの量を推定することができる。
a）対象となる溶質（Protein）に含まれる交換可能なプロトンとバルク水との間では常にプロトンの交換が起こっている。
b）交換可能なプロトン（amide proton）の周波数（+3.5ppm）に選択的な飽和パルスを照射する。
c）飽和されたプロトンは交換され、バルク水に移行し、バルク水の信号低下が起こる。この信号低下の程度から、対象のProteinの量を推定することができる。
APT信号の信頼性を向上させるテクニック
CEST効果を高めるMultiTransmit 4D
CESTを臨床で応用するにはこれまでに2つの技術的課題があった。その 1つが飽和パルスの照射時間である。高いCEST効果を得るためには、飽和パルスの時間を長くする必要がある。しかし臨床機では、duty cycleの制限により、CEST効果を得るのに十分な長さの飽和パルスを照射することが困難であった。あるいは、飽和パルスを十分長くした場合には、その後のデータ収集シークエンスに、SNRの高い高速スピンエコーではなく、低いフリップアングルのグラジエントエコーシークエンスしか使えないなどの制限が生じていた。そこで、複数の送信チャンネルを完全に独立して制御するフィリップスの技術、MultiTransmit 4Dを活用した。これは飽和パルス照射の際、2つの送信チャンネルを交互に切り替えて使用するもので、RFアンプに休止時間を与えてduty cycleを制限内に保ちながら、シームレスな長いパルス照射を実現した³（図 2）。
図2. MultiTransmit 4Dの応用
a）2つの送信チャンネルを交互に切り替えることで、duty cycleの制限内で長い飽和パルスが照射可能。
b）飽和パルスの照射時間が長いほどCEST効果は大きいことがわかる。
a）2つの送信チャンネルを交互に切り替えることで、duty cycleの制限内で長い飽和パルスが照射可能。
b）飽和パルスの照射時間が長いほどCEST効果は大きいことがわかる。
B0 不均一性に強いシーケンス
CESTは、ごくわずかな共鳴周波数差（数100Hz）にあるプロトンを選択的に飽和させて画像化するため、静磁場B0（数十MHz）のわずかなズレでも、結果に大きな誤差が生じる。APTwイメージングでは、3D DIXON TSEシーケンスを用いB0補正を行っている。本シークエンスの利点は、3 point Dixonによる高精度のB0補正と撮像を一体化させB0不均一性に強い点と、スライスギャップなく3Dで広範囲の撮像が可能となった点である。これにより、B0不均一性に強く安定して広範囲のAPT強調像を撮像することができる⁴。
Clinical cases from your peers with 3D APT
Brain with glioblastoma
with 3D APT
Brain imaging for glioblastoma recurrence
with 3D APT
Brain astrocytoma, post-radiotherapy
with 3D APT
Brain lesion
with 3D APT
ダウンロード
NetForum
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3D APT カタログ
Philips 3D APTは、MultiTransmit 4DやmDIXONベースのB₀補正など、フィリップスプラットフォームの機能を活用することにより、現実的な撮像時間で正確なAPTw画像の取得を行い、臨床のルーチンにも広く使用が可能なアプリケーションです。
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1 Zhou et al., Nat Med 9, 1085-1090 (2003).; Zhou et al., Magn Reson Med 50, 1120-1126 (2003); Jones et al., Magn Reson Med 56, 585-592 (2006).
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