CN102253070A - 用于快速侦测肿瘤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于快速侦测肿瘤的方法，其包括以下的步骤：(一)采取少量的病人的组织样本；(二)将病人的组织样本放入非磁性容器中；(三)将病人的组织样本放入一种以高温超导直流量子干涉仪(high-Tc SQUID)为基础的桌上型NMR系统；(四)在微特斯拉磁场(microtesla magnetic fields)中分析病人的组织样本；(五)获得病人的组织样本之T1 -1值；(六)将病人的组织样本之T1 -1值与同类组织之正常组织的平均T1 -1值进行比较；(七)将病人的组织样本之T1 -1值与同类组织之肿瘤组织的平均T1 -1值进行比较；以及(八)当该病人的组织样本之T1 -1值接近肿瘤组织的平均T1 -1值时，则认为该病人罹患癌症，而当该病人的组织样本之T1 -1值接近正常组织的平均T1 -1值时，则认为该病人未罹患癌症。

Description

用于快速侦测肿瘤的方法
技术领域
本发明涉及利用一种桌上型的低磁场核磁共振系统用于快速侦测肿瘤的方法。
背景技术
核磁共振(NMR)指的是一种物理共振现象，其关于一原子核存在一外加磁场的情况下，所观察到的特殊量子力学磁性。许多科学技术利用NMR现象，透过NMR光谱来研究分子物理、晶体和非晶体材料。NMR也经常应用于先进的医疗成像技术，如磁共振造影(MRI)。
超导量子干涉仪(SQUID)是一种灵敏的侦测器，其根据量子力学的约瑟芬效应(Josephson effect)，用来测量极其微弱的磁信号，例如人体内电磁能量场的细微变化。约瑟芬接面(Josephson junction)是由两个超导体所构成，该等超导体之间隔着一层很薄的绝缘层，且该绝缘层薄到可以让超导电子通道穿过。超导量子干涉仪(SQUID)由微小的超导体回路组成，其利用约瑟芬接面以达成迭加：每个电子同时以两个方向移动。由于电流正朝着两个相反的方向移动，所以电子具有如量子位般表现的能力(即理论上可以用来实现量子运算)。SQUID已经被应用于各种需要极高灵敏度的测试目的，包括工程、医疗及地质装备。
低磁场NMR/MRI都是以SQUID为基础，其可避免高磁场NMR和MRI的缺点，例如高磁场系统的磁感应假影(susceptibility artifacts)、成本过高、机型较大及复杂度高等问题。低磁场NMR/MRI对于磁场的均匀度之要求，并不如高磁场NMR/NMR这么严格，虽然低磁场NMR/MRI中的讯号噪声比(SNR)是微弱的。磁场中每104之一的均匀度，可在NMR光谱中达到0.426赫兹的一线宽。因此，建立一个高光谱分辨率的低磁场光谱仪，比建立一个高光谱分辨率的高磁场NMR/MRI更容易。
核磁共振造影(MRI)是一种临床诊断工具，其是根据质子在不同的组织中之纵向弛豫率(T1 -1)或横向弛豫率的差异(T2 -1)。换句话说，研究自旋-晶格弛豫时间T1、自旋-自旋弛豫时间T2的变化及有效弛豫时间T2*的变化，对于医疗诊断而言是很重要的。然而，使用这么多参数及产生影像来进行诊断，仍然有些复杂且不便。
目前，区分正常组织和肿瘤组织的主要方法，取决于切片检查所取得的样本之病理分析。这种检查需要耗费很大的人力资源，因为需要专业的病理学家来执行之，且花费不少时间。此外，当样本的大小不足时，通常没有足够的数量来进行所有的检查。因此，需要使用几块样本来同时接受H&E染色及许多其它的免疫组织化学染色，以进行例行性的显微镜检查来获得诊断结果。此外，该样本可能被用罄，而无法用于后续的病理检查。
发明内容
本发明关于一种快速检测肿瘤的方法，其使用如本文中所述的桌上型NMR系统，而NMR系统的其它形式为已知，且因为其为本领域所熟知，所以将不赘述。
本发明提供了一种可以快速检测肿瘤的方法，其包括以下的步骤：(a)采取少量的病人的组织样本；(b)将该病人的组织样本放入非磁性容器中；(c)将该病人的组织样本放入一种以高温超导直流量子干涉仪(high-Tc SQUID)为基础的桌上型NMR系统；(d)在微特斯拉磁场(microtesla magnetic fields)中分析该病人的组织样本；(e)获得该病人的组织样本之T1 -1值；(f)将该病人的组织样本之T1 -1值与同类组织之正常组织的平均T1 -1值进行比较；(g)将该病人的组织样本之T1 -1值与同类组织之肿瘤组织的平均T1 -1值进行比较；以及(h)当该病人的组织样本之T1 -1值接近肿瘤组织的平均T1 -1值时，则认为该病人罹患癌症，而当该病人的组织样本之T1 -1值接近正常组织的平均T1 -1值时，则认为该病人未罹患癌症。
在本发明中，该用于分析的病人组织样本，于检测前必须先放置于一非磁性容器中。在一较佳的实施例中，该非磁性容器由聚丙烯、塑料、保鲜膜或玻璃所制成(但不限于此)。
此处所使用之术语“肿瘤”，包括但不限于肝脏肿瘤、胃肠道癌症、白血病、脑下垂体肿瘤、小细胞型肺癌和甲状腺癌。
本发明之一较佳实施例应用于，但不限于肝脏肿瘤的快速检测。在本实施例中，该组织样本为病人的肝脏组织样本。为了利用以高温超导直流量子干涉仪为基础的该桌上型NMR系统来检测肝脏肿瘤，在一较佳的实施例中，病人的肝脏组织样本至少需有1.05克的量，在一更佳的实施例中，则为0.85克。
在刚才提到的实施例中，病人组织样本之T1 -1值为病人肝脏组织样本之T1 -1值，正常组织的平均T1 -1值为正常肝脏组织的平均T1 -1值，且肿瘤组织的平均T1 -1值为肝脏肿瘤组织的平均T1 -1值。在一较佳的实施例中，该正常肝脏组织于室温下的平均T1 -1值高于一临界值，即为4.5s-1，在一更佳的实施例中，则介于一临界值范围内，即为4.5-10s-1。而该肝脏肿瘤组织于室温下的平均T1 -1值低于一临界值，即为4.5s-1，在一更佳的实施例中，则介于一临界值范围内，即为3-4.5s-1。
在刚才提到的该实施例中，病人的肝脏组织样本进行分析时必须经过解冻。但是，一旦该样本温度恢复至室温后，即可进行测量，而且经过反复地冷冻和解冻后，样本的T1 -1值将不会改变，这表示可以冷藏方式储存样本。
在本发明中，病人的组织样本可以保存于福尔马林(formalin)中，这是保存样本最常用的方法。在一较佳实施例中，病人的组织样本为经过福尔马林处理的病人肝脏组织样本。福尔马林不会显著地改变样本的T1 -1值，而且即使经过反复地冷冻和解冻，样本的T1 -1值也不会改变。此外，于室温下保存于福尔马林中的样本之T1 -1值将不会改变，这表示样本可以保存于福尔马林中。
在本发明中，经过肿瘤检测之程序后，样本仍会完好无缺，而可应用于其它病理分析。这有助于让大小不足之样本进行更多检查。
本发明提供了一种快速的肿瘤检测方法，其在室温下，可针对某些大小的组织测得稳定的T1 -1值，而不会引起因容器材料所造成的不相干的影响。此外，该组织只需要存放在低温或保存于福尔马林中以维持其效果。该实验测量值并不会受到样本保存的时间所影响。这种检查和辨别正常和肿瘤组织的方法，具有方便、易于操作、稳定的优势以及其它优点。本发明提供肿瘤病理学一个新的研究方向。
附图说明
图1显示1A：高温超导直流量子干涉仪(high-Tc SQUID)为基础的桌上型NMR系统；1B：样本容器的大小；1C：电磁协定；和1D：自由感应衰变讯号。
图2显示2A和2B：大鼠肝脏和肿瘤组织之间T1 -1数值差异；2C和2D：大鼠肝脏和肿瘤组织的样品最少量必要分析；和2E：不同重量的大鼠肝脏和肿瘤组织的T1 -1变化。
图3显示当使用不同非磁性材料制成的容器时，大鼠肝脏的T1 -1数值(3A)和肝脏肿瘤T1 -1数值(3B)。
图4显示4A和4B：样品在冷冻状态下的T1 -1数值不能测量；和4C：当样品温度恢复至室温时，T1 -1数值可以测量并且与未处理的样品的T1 -1数值没有差异。
图5显示5A和5B：当样品存放在液态氮中数天，T1 -1数值没有明显改变；5C：样品存放在液态氮30天，T1 -1数值皆一致性；和5D及5E：当样品保持在室温中，T1 -1数值持续下降。
图6显示未处理样品和福尔马林保存肝脏群组(6A)和肿瘤群组(6B)样品，其T1 -1数值没有统计上的差异。
图7显示当样品存放在福尔马林60天，T1 -1数值没有明显的改变。
具体实施方式
以下的实例为非限定性的，仅代表本发明之各种形式及特征。
实施例1：动物组织样本之制备
本发明挑选出10只六周大的雄性Wistar大鼠进行实验。所有大鼠均喂食混合了100ppm二乙基亚硝胺(diethylnitrosamine，DEN)的水达六个星期的时间，以诱导肝细胞癌(HCC，肝肿瘤)。所有实验均于动物研究伦理委员会批准后进行。经过六个星期后，大鼠应发展出直径3-10毫米的肝脏肿瘤。利用吸入二氧化碳的方式对大鼠实施安乐死，然后摘取肝脏。将正常的肝脏柔软组织和肿瘤组织分别保存于液态氮中。部分样本保存于福尔马林溶液中，并且进行H&E染色以执行预期的病理研究。由两位病理学家独立地进行病理诊断，以辨别肝脏和肿瘤组织。
实施例2：以高温超导直流量子干涉仪为基础的桌上型MR系统之检查
过去，必须在磁屏蔽室中(MSR)进行含高温超导直流量子干涉仪之NMR的测量作业。而现在这套系统不同以往，不需要在MSR中进行测量。如图1A所示，该系统包含拾波线圈、预极化线圈、补偿线圈和测量线圈，这些线圈位于一个包含四层的铝屏蔽盒中，以遮蔽环境的噪音。由一个三线圈对所产生的测量场，可以在64cm3的样本体积内，产生一具有1/104均匀度的磁场。补偿线圈补偿了地球磁场的垂直分量，其垂直于测量磁场。该拾波线圈和输入线圈经由一储能电路，形成了一个磁通量转换器。质子的NMR信号经由磁通量转换器电感耦合到SQUID的磁量计。SQUID的侦测器和输入耦合线圈被放置于一个位于磁屏蔽盒中之Bi2Sr2Ca2Cu3Oy超导屏蔽罐中。
如图1B所示，该组织样本被放入一个高度约3公分且直径为1.2公分的容器中，然后将此容器放入测量位置。测量的步骤如下所述。在该实验中，沿着z轴维持103μT的静电场B0。B0是由线圈及地球磁场的水平分量所产生的磁场而产生的。沿着x轴施以100mT的预极化场BP。预极化场的力量比静电测量场的力量强，因此使得1H的核自旋磁化方向沿着X轴的方向排列。经过一极化时间tBp后，关闭预极化场。由于存在着静电场B0，使得核磁化的岁差方向从x轴变成z轴。1H的自旋磁化一开始是在xy平面内进行，最后沿着z轴迟豫。在此同时，由high-Tc DC SQUID的磁量计经由磁通量转换器(图1C)侦测到1H之核自旋的自由感应衰减(FID)信号。之后将被记录之FID信号，通过带通滤波器和放大器。经由快速傅立叶转换获得NMR信号，亦即样本在B0下的强度谱。
实施例3：计算T 1 -1 值
本发明得到对应于极化时间之变量tBp的NMR信号。计算出每个NMR强度数据S(tBp)之10次测量值的平均值。一般来说，该强度S(tBp)可利用下式描述：
S ( t Bp ) = S 0 ( 1 - e - t Bp / T 1 ) - - - ( 1 )
本发明可以利用等式(1)，从S(tBp)曲线得到T1 -1值(图1D)。
实施例4：肿瘤识别及可获得测量值的最低样本质量
肝脏及肿瘤样本都被分成不同重量的5块，其重量范围从0.23至1.4克，且重复测量每个样本的T1 -1值三次。如图2A所示，肝脏组织的T1 -1值高于某一数值，例如4.5s-1，而且更准确地介于某一范围之间，例如4.5-10s-1。而肿瘤组织的T1 -1值低于此临界值。更确切地说，肝脏组织的T1 -1值介于一特定的范围内，例如：4.5-10s-1，而肿瘤组织的T1 -1值介于另一个特定的范围内，例如：3-4.5s-1。这些数值显示肿瘤与肝脏组织之间存在着统计上的显着差异(p＜0.05)(图2B)，而且其证实了T1 -1值区分肝脏和肿瘤组织的能力。
接着，在相同的检查中测量不同大小的样本。可得到一稳定的T1 -1值的肝脏组织之最小样本质量为0.85克(图2C)，而肿瘤组织则为0.55克(图2D)。样本的重量大于这些数值的，对于T1 -1值并不会造成统计上的显着影响(图2E)，而肝脏组织的T1 -1值仍高于该临界值，且肿瘤组织的T1 -1值仍低于该临界值。
实施例5：容器材料试验
为了测试不同的容器材料对于T1 -1值的影响，每个样本都放入四个以不同的非磁性材料所制成的常用的容器中，这些材料包括PP、塑料、保鲜膜及玻璃，并且进行相同的评估。
如图3A和3B所示，肝脏组织组(图3A)及肿瘤组织组(图3B)的T1 -1值测量结果并未产生显着差异。因此，可得到的结论为，T1 -1值并不会受到我们通常用来存放样本之材料容器的影响。
实施例6：反复冷冻和解冻试验
每个肝脏及肿瘤样本都以相同的重量均分至某些不同的群组中，这些群组包括：存放在室温下的群组；冷冻于液态氮中且在冷冻状态下进行检测的群组；以及冷冻于液态氮中，但是于进行任何检查前，先解冻至室温，并于检查后再次冷冻的群组。于实验的第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第30和第60天，测得每一组样本之T1 -1值。
如图4A及4B所示，肝脏组织和肿瘤组织均无法在冷冻状态下进行测量T1 -1值。然而，一旦样本温度恢复至室温，就可以测量T1 -1值，而且未处理的和反复冷冻及解冻的样本之T1 -1值间，并无统计上的显着差异(图4C)。即使当样本保存在液态氮很长一段时间，其结果仍然是一致的，而且T1 -1值并无显着的差异(图5A和5B)。这种一致性至少可维持三十天(图5C)。
此外，如图5D及5E所示，如果样本保存在室温下，该值将随着时间的推移而持续地下降，且其结果将变得不可靠。
实施例7：福尔马林保存
最后，进行福尔马林试验。将所有重量相同的肝脏和肿瘤样本分别保存于福尔马林中，并且于实验的第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第30和第60天，测试每一群组样本之T1 -1值。
如图6A和6B所示，未处理的和保存于福尔马林中的样本之T1 -1值间，并无统计上的显着差异。此外，经过六十天后，T1 -1值并无显着变化(图7)。这些数据指出，根据上述条件，本发明也可以检测保存于福尔马林中的样本之T1 -1值，而福尔马林是最常用的样本保存方法。

Claims (10)

1.一种用于快速侦测肿瘤的方法，其特征在于，包含以下步骤：
(a)采取少量的病人的组织样本；
(b)将该病人的组织样本放入非磁性容器中；
(c)将该病人的组织样本放入一种以高温超导量子干涉仪为基础的核磁共振系统；
(d)在微特斯拉磁场中分析该病人的组织样本；
(e)获得该病人的组织样本之T1 -1值；
(f)将该病人的组织样本之T1 -1值与同类组织之正常组织的平均T1 -1值进行比较；
(g)将该病人的组织样本之T1 -1值与同类组织之肿瘤组织的平均T1 -1值进行比较；和
(h)当该病人的组织样本之T1 -1值接近肿瘤组织的平均T1 -1值时，则认为该病人罹患癌症，而当该病人的组织样本之T1 -1值接近正常组织的平均T1 -1值时，则认为该病人未罹患癌症。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中该组织样本来自肝脏。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中该容器由聚丙烯、塑料、保鲜膜、或玻璃制成。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中病人组织样本的T1 -1数值为病人肝脏组织样本T1 -1数值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中正常组织的平均T1 -1数值为平均正常肝脏组织的T1 -1数值。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，其中该正常肝脏组织于室温下的平均T1 -1值高于一临界值，该临界值为4.5s-1。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，其中该平均正常肝脏组织T1 -1值于室温中介于一临界值范围，该临界值范围为4.5至10s-1。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中该肿瘤组织的平均T1 -1数值为平均肝脏肿瘤组织T1 -1值。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，其中该平均肝脏肿瘤组织的T1 -1值于室温下的平均T1 -1值低于一临界值，该临界值为4.5s-1。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，其中该平均肝脏肿瘤组织的T1 -1于室温中介于一临界值范围，该临界值范围为3至4.5s-1。
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