DE68924837T2 - Kernspinsresonanzabbildungsverfahren. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen in Bezug auf magnetische Resonanzbildgebung (MRI), insbesondere in Bezug auf die durch Elektronenspin-Resonanz verstärkte magnetische Resonanzbildgebung (ESREMRI) und Kontrastmittel für solche Verfahren.
• In WO-A-88/10419 wird die Technik der ESREMRI beschrieben. Diese Technik betrifft die Ausnutzung der Kopplung zwischen Elektronenspin-Resonanz- und kernmagnetische Resonanzübergängen zur Vergrößerung der Populationsdifferenz eines Kernspin-Systems im Gleichgewicht, um so eine Verstärkung des Signals des freien Induktionsabfalls (FID), aus welchem die magnetische Resonanzabbildung (MRI) erzeugt wird, herbeizuführen. Dies erreicht man durch Anregung eines ESR-Übergangs in einer paramagnetischen Spezies, die in der Probe, welche abgebildet wird und bei der es sich im allgemeinen aber nicht notwendigerweise um ein mensch- liches oder ein tierisches Lebewesen handelt, natürlich vorliegt oder ihr zugefügt wird. Die Verstärkung des FID-Signals kann um den Faktor 100 oder mehr erfolgen.
• In der Praxis erfordert die ESREMRI, daß man die Probe einer Serie von Pulsfolgen einer ersten Strahlung aussetzt, üblicherweise, aber nicht zwingend notwendig, Radiofrequenzstrahlung (RF) mit einer Frequenz, die man so wählt, daß Kernspinübergänge von Kernen mit Spin ungleich Null (den 'bildgebenden Kernen' - im allgemeinen Protonen) angeregt werden, anschließend die Probe einer zweiten Strahlung aussetzt mit einer Frequenz, die so gewählt wird, daß in paramagnetischen Spezies Elektronenspin-Übergänge angeregt werden, die mit Kernspin-Übergängen zumindest einiger bildgebender Kerne gekoppelt sind. Während der Pulssequenzen wird das FID-Signal der Probe detektiert und aus den detektierten Signalen das MR-Abbild der Probe erzeugt.
• Der Einsatz von Nitroxiden in Verbindung mit paramagnetischen Metall-Spezies in der Elektronenspin-Resonanzbildgebung wurde kürzlich vorgeschlagen (Basic et al, Mag. Res in Med., 8, 209-219, 1988), aber es wurde kein Vorschlag zur Anwendbarkeit in ESREMRI Systemen gemacht.
• Villringer et al (Mag. Res. in Med. 6, 164-174, 1988) beschreiben die Verwendung von paramagnetischen Metall-Chelaten als T&sub2;-verringernde magnetische Suszeptibilitäts-Kontrastmittel für die konventionelle MRI, aber sie erwähnen weder die ESREMRI, noch den Einsatz einer Kombination von signalverstärkenden und signalunterdrückenden Mitteln. Gleichermaßen wurde, obwohl von Lurie et al (J. Mag. Res. 76, 366-370, 1988) als Techniken für die Bildgebung Lösungen beschrieben werden, die freie Radikale von Nitroxiden enthalten, kein Vorschlag zum Einsatz einer Kombination von signalverstärkenden und signalunterdrückenden Mitteln gemacht.
• In der ESREMRI ist die Auswahl des paramagnetischen Materials, dessen Elektronenspin-System mit dem Kernspin-System der bildgebenden Kerne koppelt, von besonderer Bedeutung, wenn die Bildgebung an einem lebenden Wesen durchgeführt werden soll. Ettinger (US-A-4719425) offenbart eine NEDOR-Technik, bei der zum Zwecke der Signalverstärkung ungepaarte Elektronen künstlich in die Probe eingeführt werden (in Form eines 'paramagnetischen Tracers'). Für eine effiziente Verstärkung der Kernspin-Populationsdifferenz sollte die zweite Strahlung von einer Frequenz, Bandbreite und Intensität sein, die das Elektronenspin-System in einem angeregten Zustand, vorzugsweise bei oder nahe bei Sättigung, hält. Bei der in vivo-Bildgebung ist es jedoch erstrebenswert, die Exposition des Patienten einer zweiten Strahlung, welche üblicherweise Mikrowellen-(MW) Strahlung ist, zu minimieren, um ungewollte Erwärmungseffekte zu vermeiden. Es ist daher erstrebenswert, ein paramagnetisches Material auszuwählen, welches einen anregbaren ESR-Übergang mit großer transversaler und logitudinaler Relaxationszeit, T2e und T1e, aufweist, so daß es möglich ist, den ESR-Übergang zu sättigen oder ausreichend anzuregen, und so die gewünschte Verstärkung des FID-Signals ohne eine übermäßige Erwärmung der Probe zu erzielen. Demzufolge sollte als paramagnetisches Material zur Verstärkung des FID- Signals (im folgenden das 'verstärkende Mittel') ein Material ausgewählt werden, das in seinem ESR-Spektrum einen Übergang mit schmaler Bandbreite besitzt, vorzugsweise ein Material, welches nur einen oder eine geringe Anzahl, vorzugsweise 2-5, solcher Übergänge mit schmaler Bandbreite im Spektrum besitzt. Die Verwendung von konventionellen paramagnetischen MRI-Kontrastmitteln, die auf paramagnetischen Metallsalzen oder Chelatkomplexen, wie Gadoliniumchelaten (z.B. Gd-DTPA), vorgeschlagen von Schering in EP-A-71564, basieren, als verstärkende Mittel ist nicht durchführbar, da diese Materialien große ESR-Linienbreiten aufweisen, so daß die Probe, um eine merkliche Verstärkung des FID-Signals zu erreichen, eine nicht-akzeptable Exposition der zweiten, im allgemeinen Mikrowellen-Strahlung, erhalten müßte. Daher sollte generell als verstärkendes Mittel ein Material ausgewählt werden, das einen anregbaren ESR-Übergang besitzt, der eine Linienbreite der Größenordnung von 1 Gauss (10&supmin;&sup4; Tesla) oder weniger aufweist.
• Wie oben erwähnt, handelt es sich bei der ESREMRI um ein Verfahren, bei dem die Intensität des FID-Signals um einen Faktor von beispielsweise 100 oder mehr verstärkt werden kann. Durch Einsatz dieser Technik ist es möglich, die Zeit, welche für die Aufnahme des MR-Bildes benötigt wird, zu reduzieren, die räumliche Auflösung des Bildes zu vergrößern oder bei schwächeren Primärmagnetfeldern zu arbeiten, ohne eine nicht akzeptable Verringerung im Signal-Rausch-Verhältnis (SN) zu verursachen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch darauf gerichtet, in der ESREMRI einen verbesserten Kontrast zwischen verschiedenen Teilen des MR-Bildes, z.B. zwischen verschiedenen Organen oder Gewebetypen der Probe, zu erreichen, und insbesondere eine selektive Kontrastverstärkung in Körpergewebe oder Organen zu erreichen.
• So haben wir gefunden, daß das FID-Signal unterdrückt, d.h. verringert oder eliminiert wird in Gegenwart von Materialien, die iingepaarte Elektronen besitzen, deren Elektronenspin-Resonanzübergänge nicht oder nur zu einem geringen Teil durch die zweite Strahlung angeregt werden. Solche Materialien werden im folgenden als "unterdrückende Mittel" bezeichnet. Wenn die Verteilungen eines verstärkenden oder eines unterdrückenden Mittels in der Probe überlappen aber nicht identisch sind, kann somit in der ESREMRI ein selektiver Kontrast zwischen verschiedenen Bereichen der Probe erreicht werden.
• Deshalb stellt von diesem Gesichtspunkt aus gesehen die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines magnetischen Resonanzabbildes der Probe dar, wobei man diese Probe einer ersten gepulsten Strahlung einer Frequenz aussetzt, die so gewählt wird, daß Kernspin-Übergänge in ausgewählten Kernen angeregt werden, das Signal des freien Induktions-Zerfalls der Probe detektiert und das Bild aus dem detektierten Signal erzeugt wobei man weiterhin in die Probe ein erstes paramagnetisches Kontrastmittel (das verstärkende Mittel) einführt und die Probe einer Strahlung aussetzt, die eine Frequenz aufweist, die so gewählt wird, daß sie einen Elektronenspin-Übergang in dem ersten Kontrastmittel anregt, der mit Kernspinübergängen von zumindest einigen, ausgewählten Kernen koppelt, wodurch das Signal des freien Induktionsabfalls verstärkt wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es außerdem die Einführung eines zweiten Kontrastmittels (des unterdrückenden Mittels) in die Probe umfaßt bei dem es sich nicht um den in der Umgebung vorhandenen Sauerstoff handelt, wobei das zweite Kontrastmittel zumindest einen Übergang in dessen ESR-Spektrum aufweist, wodurch die Verstärkung des Signals des freien Induktions-Abfalls des ersten Kontrastmittels verringert wird; wobei das erste und zweite Kontrastmittel so ausgewählt und/oder in die Probe eingeführt werden, daß während der Aufnahme des Signals des freien Induktionsabfalls der Konzentrationsunterschied zwischen dem verstärkenden Mittel und dem unterdrückenden Mittel in dem Volumenbereich, in welchem das verstärkende Mittel verteilt ist, nicht einheitlich ist.
• Für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt man allgemein, daß das erste Kontrastmittel einen Elektronenspin-Resonanzübergang mit einer Linienbreite von 1 Gauss (10&supmin;&sup4; Tesla) oder weniger besitzt und daß das zweite Kontrastmittel einen Elektronenspin- Resonanzübergang mit einer Linienbreite von 3 Gauss (3 x 10&supmin;&sup4; Tesla) oder mehr besitzt. Üblicherweise enthält das erste Kontrastmittel ein stabiles freies Radikal und das zweite Kontrastmittel eine paramagnetische Metallspezies. Vorzugsweise ist das Verhältnis der Linienbreite des ESR-Übergangs des zweiten Mittels zu dem des ersten Mittels mindestens 1.5:1, insbesondere mindestens 2:1, bevorzugt mindestens 3:1, besonders bevorzugt mindestens 6:1.
• Damit das unterdrückende Mittel die FID-Signalverstärkung durch das verstärkende Mittel verringert, sollte, da im Prinzip die Relaxation von verstärkendem und unterdrückendem Mittel vergleichbar sind, der Grad der Anregbarkeit des unterdrückenden Mittels, d.h. der Anteil der Gesamtpeakfläche seines ESR-Absorptionsspektrums, der beim Primärfeld des ESREMRI-Gerätes in den Frequenzbereich der zweiten Strahlung fällt, geringer sein als der des verstärkenden Mittels. Entsprechend sollten das erste und das zweite Kontrastmittel so ausgewählt werden, daß der Grad der Anregbarkeit durch die zweite Strahlung von dem ersten Kontrastmittel größer ist als der von besagtem zweiten Kontrastmittel.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere wenn das verstärkende Mittel zwei oder mehr Linien im ESR-Spektrum aufweist, erscheint es wünschenswert, eine breitbandige zweite Strahlung und/oder eine zweite Strahlung von zwei oder mehreren Frequenzbandbreiten einzusetzen, wobei die Bandbreiten und Hauptfrequenzen so gewählt werden, daß der Grad der Anregbarkeit der ESR- Übergänge des verstärkenden Mittels erhöht (und vorzugsweise gesättigt) wird.
• Für die erfindungsgemäßen Verfahren zur in vivo-Bildgebung sollten selbstverständlich das erste und das zweite Kontrastmittel ein physiologisch verträgliches Material sein.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren werden das erste und das zweite Kontrastmittel so ausgewählt und/oder der Probe zugeführt, daß während der Aufnahme des Signals des freien Induktionsabfalls der Konzentrationsunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Mittel in dem Volumenbereich, in welchem das erste Mittel verteilt wurde, nicht einheitlich ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß man das erste und das zweite Kontrastmittel so auswählt, daß diese sich in verschiedenen aber überlappenden Bereichen des Körpers verteilen und/oder daß man das erste und zweite Kontrastmittel so verabreicht, daß zum Zeitpunkt wenn man das Signal des freien Induktionsabfalls für die Bilderzeugung detektiert, nur das erste Kontrastmittel im interessierenden Bereich der Probe vorliegt.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren wird das verstärkende Mittel der Art sein, daß es auch bei Abwesenheit des unterdrückenden Mittels für die Durchführung der ESREMRI geeignet ist, d.h., daß es in der Lage ist, eine Verstärkung des Besetzungsunterschiedes der Kernspins hervorzurufen. Somit handelt es sich bei dem verstärkenden Mittel vorzugsweise um eines, bei dem der angeregte ESR- Übergang eine Linienbreite von 1 Gauss (10&supmin;&sup4; Tesla) oder weniger (bei der Konzentration und dem Feld, welches in einem ESREMRI- Gerät benutzt wird), vorzugsweise 600 Milligauss (6 x 10&supmin;&sup5; Tesla) oder weniger, hauptsächlich 500 Milligauss (5 x 10&supmin;&sup5; Tesla) oder weniger, besonders bevorzugt 350 Milligauss (3,5 x 10&supmin;&sup5; Tesla) oder weniger, noch bevoizugter 100 Milligauss (10&supmin;&sup5; Tesla) oder weniger und am meisten bevorzugt 50 Milligauss (5 x 10&supmin;&sup6; Tesla) oder weniger aufweist. Wenn das ESR-Spektrum des verstärkenden Mittels mehrere Linien enthält, bevorzugt man darüber hinaus, daß die Gesamtzahl der Linien gering, z.B. 2-10, besonders bevorzugt 2 oder 3, ist und/oder daß die Mehrzahl der Linien bei dem im ESREMRI-Gerät gewählten Feld relativ wenig auseinander liegen, so daß einige oder alle der entsprechenden ESR-Übergänge, wie oben erwähnt, gleichzeitig angeregt werden können.
• Somit können die in der konventionellen ESREMRI als Quellen für ESR-Übergänge gebräuchlichen Materialien als verstärkende Mittel eingesetzt werden. Diese werden im folgenden genauer diskutiert.
• Besonders nützliche verstärkenden Mittel können physiologisch verträgliche, stabile freie Radikale, beispielsweise die Nitroxide, enthalten. Sofern diese nicht an einen größeren Träger, z.B. ein lösliches oder unlösliches Makromolekül oder ein Biomolekül, gebunden sind oder von diesem gehalten werden, verteilen sie sich im allgemeinen weit im Körper, indem sie nach der intravenösen und intravaskulären Verabreichung rasch in den intrazellulären und extrazellulären Raum eindringen und möglicherweise sogar die Blut-Hirn-Schranke überwinden.
• Es wird im allgemeinen angenommen, daß der menschliche oder der tierische Körper zu 5% seines Volumens aus Blutgefäßen, zu ungefähr 15% seines Volumens aus extrazellulärem Raum und zu über 80% seines Volumens aus intrazellulärem Raum besteht. Der extrazelluläre Raum beispielsweise besteht aus Flüssigkeit zwischen den Zellen in miteinander verbundenen Bereichen. Verbindungen wie stabile frei Radikale, beispielsweise Nitroxide, sind in der Lage, die Zellwände zu durchdringen und sich somit in annährend 100% des Raumes zu verteilen.
• Andere magnetisch ansprechbare Materialien (z.B. paramagnetische, superparamagnetische, ferromagnetische oder ferrimagnetische Materialien), wie solche Materialien, die Übergangsmetall-, und Lanthaniden- oder möglicherweise auch Actinidenspezies (d.h. Atome oder Ionen) enthalten und speziell Salze und Chelatkomplexe von paramagnetischen Metallspezies sowie superparamagnetische Eisenoxid-Partikel, verteilen sich im allgemeinen nach intravaskulärer oder intravenöser Verabreichung nicht so weit im Körper. In ihrem ESR-Spektrum weisen sie Übergänge von großer Linienbreite auf und sind somit besonders geeignet, als erfindungsgemäße unterdrückende Mittel eingesetzt zu werden. So verteilen sich die löslichen Metallchelate bei intravenöser oder intravaskulärer Gabe nur innerhalb der Blutgefäße und im extrazellulären Raum und dringen weder in den intrazellulären Raum ein noch überwinden sie die Blut-Hirn-Schranke (sofern nicht die Blut-Hirn- Schranke beispielsweise durch einen malignen Tumor zerstört ist) Unlösliche oder partikelförmige Materialien oder solche Materialien, die an hochmolekulare Träger gebunden sind, verteilen sich im allgemeinen nicht außerhalb der Blutgefäße und werden, sofern partikelförmig, rasch vom Kreislauf durch die normale Arbeitsweise des reticuloendothelialen Systems abstrahiert.
• Demzufolge werden, wenn z.B. als verstärkendes Mittel ein stabiles freies Radikal in Gegenwart eines Unterdrückungsmittels verabreicht wird, welches eine paramagnetische Metallspezies enthält, beispielsweise ein Gd-Chelat, nur bestimmte Körperregionen, wie beispielsweise die Blutgefäße und das extrazelluläre Gewebe, beide Mittel enthalten. Für jene Bereiche, die nur das verstärkende Mittel oder einen relativ größeren Teil des verstärkenden Mittels enthalten, wird das FID-Signal verstärkt. Wenn beide Mittel vorhanden sind, wird die Verstärkung des FID-Signals verringert oder eliminiert, was von der relativen Konzentration der beiden Mittel abhängt. Somit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein verbesserter Kontrast zwischen verschiedenen Geweben oder Organen erzielt werden.
• Zum Beispiel kann in der Leber, die einen sehr hohen Anteil an extrazellulärem Raum aufweist, der Kontrast zwischen gesundem Gewebe und Tumoren, die einen relativ geringen Anteil an extrazellulärem Raum aufweisen, durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden.
• Im allgemeinen kann durch Einsatz eines verstärkenden Mittels, welches sich im intrazeilulären Raum verteilt, und eines Unterdrückungsmittels, welches sich im extrazellulären Raum aber nicht im intrazellulären Raum verteilt, eine selektive Unterdrückung der FID-Signalverstärkung in Geweben, die relativ große Zellen enthalten, einen relativ geringen Anteil an extrazellulärer Flüssigkeit und/oder relativ geringe Porosität der Zellwände aufweisen, erzielt werden.
• Obwohl man eine Unterdrückung der FID-Signalverstärkung beobachtet hat, wenn man eine Kombination aus einem verstärkenden Mittel und einem unterdrückenden Mittel benutzt, ist der Mechanismus für eine solche Unterdrückung unklar. Man hält es für möglich, daß die Unterdrückung aus einer Kombination von einem oder mehreren, möglicherweise allen der mindestens drei Effekte resultiert. Demnach rufen die magnetischen Dipole der ungepaarten Elektronen des unterdrückenden Mittels (z.B. eines partikelförmigen Mittels) lokale Feldinhomogenitäten hervor, die die Relaxation des Elektronenspin-Systems des verstärkenden Mittels beeinflussen und auf diese Weise die charakteristischen Relaxationszeiten Tie und insbesondere T2e verringern. Zusammenstöße zwischen dem unterdrückenden Mittel und dem verstärkenden Mittel können ebenso den Austausch von Elektronenspins zwischen den beiden Mitteln hervorrufen. Dieser sogenannte Heisenberg-Austausch wird nur T2e des verstärkenden Mittels beeinflussen, aber er wird die Linienbreite eines ESR-Übergangs verbreitern, was zu einem geringeren Maß an Sättigung dieses ESR-Übergangs durch die zweite Strahlung führt. Die charakteristischen Relaxationszeiten des Kernspinsystems der bildgebenden Kerne werden ebenfalls durch die Anwesenheit eines Unterdrückungsmittel beeinflußt. Ein weiterer möglicher Mechanismus der Abschwächung der FID-Signalverstärkung könnte aus der Anwesenheit von Materialien (z.B. den Unterdrückungsmitteln) im ESREMRI-System resultieren, deren ESR-Übergänge nicht gesättigt sind. Eine Kopplung zwischen dem Kernspin-System und diesen nicht gesättigten Elektronenspin-Systemen könnte dem Kernspin-System eine weitere Relaxationsroute aus der dynamischen Kernpolarisation heraus eröffnen, welche durch Sättigung des ESR-Übergangs des verstärkenden Mittels erzielt wurde. Dies führt zu einem Schwund an maximaler ESREMRI-FLD-Signalverstärkung. Diese Vorschläge für den Mechanismus, durch den die FID-Signalverstärkung unterdrückt werden kann, sind nur vorläufig und es ist zu bemerken, daß die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung in keiner Weise von deren Richtigkeit abhängig ist.
• Wie bereits oben erwähnt braucht das unterdrückende Mittel kein Mittel zu sein, welches sich im extrazellulären Raum verteilt. Unterdrückende Mittel, die in den Blutgefäßen oder in irgendeinem anderen Körpergefäß oder -bereich zurückgehalten werden, können gleichwertig eingesetzt werden. Es ist lediglich notwendig, daß es Bereiche der Probe gibt, die von dem verstärkenden Mittel früher erreicht werden oder in welchen sich das verstärkende Mittel in einem relativ höheren Maße verteilt, als es das unterdrückende Mittel tut. Somit werden neben den paramagnetischen Chelaten von beispielsweise Nycomed (WO-A-89/00557), Schering (EP-A-71564), Quay (US-A-4687659) und Sherry (US-A-4639365) speziell lösliche oder unlösliche, trägergebundene paramagnetische Spezies vorgeschlagen, beispielsweise solche, die Nycomed in EP-A-186947 und EP-A-184899 oder Schering in EP-A-331616 beschreibt.
• In einer speziellen Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung können als verstärkendes und unterdrückendes Mittel Materialien verabreicht werden, die sich im gleichen Bereich des Körpers verteilen. Damit bei diesem Verfahren eine FID-Signalverstärkung auftritt, ist es notwendig, daß das erste Kontrastmittel den interessierenden Bereich des Körpers vor dem zweiten Kontrastmittel erreicht. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß man das verstärkende Mittel in ein Leitungsgefäß des Körpers, beispielsweise ein Blutgefäß, stromaufwärts des interessierenden Gewebes oder Organs und das unterdrückende Mittel stromabwärts dieses Gewebes oder Organs einführt. Wenn das Körpergefäß Teil des Blutgefäßsystems ist, dann wird, während das unterdrückende Mittel sich ausbreitet und bis es den Ort der Injektion des verstärkenden Mittels erreicht, eine Verstärkung des FID-Signals nur auf der Bahn zwischen dem Ort der Einführung des verstärkenden Mittels und dem des unterdrückenden Mittels auftreten. Da die ESREMRI-bedingte FID-Signalverstärkung eine Verringerung der Bildakquisitionszeit um mehrere Größenordnungen ermöglicht, ohne daß ein merklicher Verlust im Signal-Rausch Verhältnis auftritt sondern sogar eine Verbesserung des Signal-Rausch Verhältnisses erfolgt, kann das Gerät so eingestellt werden, daß man eine Abbildung nur für den Bereich erhält, in dem FID-Signalverstärkung nur zwischen den Orten der Einführung des verstärkenden und des die Verstärkung unterdrückenden Mittels auftritt. Um dies im Falle des Blutgefäß-Systems zu erzielen, ist es im allgemeinen notwendig, die Bildakquisitonszeit auf etwa 30 Sekunden oder weniger einzustellen. Während beim Einsatz konventioneller MRI die Arbeit bei solch kurzen Bildakquisitionszeiten problematisch sein kann, erhält man beim Einsatz der ESREMRI sogar dann zufriedenstellende Bilder, wenn man kürzere Bildakquisitionszeiten mit oder ohne Einsatz von schnellen Bildgebungstechniken, wie beispielsweise der "low flip angle"-Methode, anwendet.
• Wie aus der obigen Diskussion hervorgeht, können das verstärkende Mittel und das unterdrückende Mittel zusammen oder getrennt verabreicht werden. Während MRI-Kontrastmittel, die das eine oder das andere von diesen Mitteln enthalten, bekannt sind, sind Zusammensetzungen, die beide Mittel enthalten, neu und stellen einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung dar.
• Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein ESREMRI- Kontrastmittel gemäß Anspruch 2 bereit. Für die Verabreichung an menschliche oder tierische Lebewesen müssen die Bestandteile des erfindungsgemäßen Kontrastmittels physiologisch verträglich sein.
• Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines physiologisch verträglichen, in der ESREMRI das Signal des freien Induktionsabfalls verstärkenden Mittels sowie eines physiologisch verträglichen, in der ESREMRI die Verstärkung des Signals des freien Induktionsabfalls unterdrückenden Mittels für die Herstellung eines Kontrastmittels, welches man in einem Diagnoseverfahren, das man an menschlichen oder tierischen Körpern durchführt und das ein Verfahren der magnetischen Resonanzbildgebung entsprechend der vorliegenden Erfindung beinhaltet, verwendet.
• Wie oben erwähnt sind im erfindungsgemäßen Kontrastmittel die ESR-Spektren des verstärkenden und des unterdrückenden Mittels vorzugsweise so, daß ein anregbarer ESR-Übergang im verstärkenden Mittel im wesentlichen gesättigt werden kann, ohne daß ein ESR- Übergang des unterdrückenden Mittels ebenfalls merklich gesättigt wird. Im allgemeinen können alle paramagnetischen, superparamagnetischen, ferromagnetischen und ferrimagnetischen Verbindungen als unterdrückende Mittel im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Als unterdrückende Mittel werden jedoch insbesondere paramagnetische Materialien bevorzugt die ein großes magnetisches Moment und geringe T&sub1;-Relaxationseffekte aufweisen. In dieser Hinsicht können unlösliche (d.h. partikelförmige) paramagnetische Materialien effektiver als lösliche paramagnetische Materialien sein. Der die Verstärkung des Signals des freien Induktions-Zerfalls unterdrückende Effekt wird sich mit dem effektiven magnetischen Moment der paramagnetischen Metallspezies in dem paramagnetischen Material, beispielsweise des paramagnetischen Metallions in einem paramagnetischen Chelat, vergrößern. Ebenso ist der unterdrückende Effekt von der Spinquantenzahl der paramagnetischen Metall-Spezies abhängig. Dementsprechend ist es besonders wünschenswert, daß sowohl die Spinquantenzahl als auch das effektive magnetische Moment der Metallspezies so groß wie möglich sind. So können Verbindungen, Salze oder Komplexe, insbesondere Chelatkomplexe, die ein paramagnetisches Metallatom oder -ion enthalten, als erfindungsgemäße, unterdrückende Mittel eingesetzt werden. In solchen Mitteln ist das paramagnetische Metallatom oder -ion vorzugsweise nicht radioaktiv und wird besonders bevorzugt aus den Elementen, die eine Ordnungszahl von 21-29, 42, 44 oder 57-71 besitzen, ausgewählt. Beispiele für geeignete Metalle sind Dysprosium, Holmium, Erbium, Terbium, Europium, Gadolinium, Thulium, Eisen, Mangan, Cobalt, Ytterbium, Nikkel, Chrom oder Kupfer.
• Da der die Verstärkung des Signals des freien Induktionsabfalls unterdrückende Effekt einer paramagnetischen Spezies zu einem gewissen Grad von der Stärke des effektiven magnetischen Momentes der paramagnetischen Metallspezies abhängt, wird natürlich der Einsatz von paramagnetischen Metallspezies, die ein möglichst großes effektives magnetisches Moment aufweisen, bevorzugt. Im speziellen bevorzugt man den Einsatz von Spezies, die ein magnetisches Moment von zumindest 1.85, vorzugsweise mindestens 4.64 und besonders bevorzugt mindestens 6.49 x 10&supmin;²³ A m² (das sind 2, 5 bzw. 7 Bohr'sche Magnetonen) aufweisen. Besonders bevorzugte paramagnetische Metallionen sind, geordnet nach zunehmendem magnetischem Moment: Yb³&spplus;, Co³&spplus;, Fe²&spplus;, Mn2&spplus;, Fe³&spplus;, Tm3&spplus;, Gd³&spplus;, Eu²&spplus;, Tb³&spplus;, Er³&spplus;, Ho³&spplus; und Dy³&spplus;.
• Im allgemeinen werden Chelate von Dysprosium, Holmium, Gadolinium oder Eisen bevorzugt.
• Potentielle Unterdrückungsmittel umfassen sowohl ionische als auch nicht ionische Radikale wie z.B. solche, die im folgenden beschrieben werden, als auch solche, die in EP-A-133674 (Schering), WO-A-87/01594 (Amersham) oder WO-A-87/05222 (Rosen) beschrieben sind. Geeignete Materialien, die paramagnetische Metallspezies enthalten, umfassen Metallchelate wie z.B. Ferrioxamine und Derivate davon sowie andere Verbindungen, die in US-A-4637929 (Salutar) oder EP-A-235361 (Salutar) beschrieben sind, paramagnetische Partikel und Liposomen wie solche, die beispielsweise in US-A-4615879 (Runge), EP-A-184899 (Nycomed) oder EP-A-160552 (Vestar) beschrieben sind, paramagnetische Chelate wie GdDOTA (beschrieben in US-A-4639365 (Sherry), WO-A-87/06229 (Guerbet) sowie US-A-4647447 (Schering)), GdDTPA, beschrieben in US-A-4647447 (Schering), GdDO3A, beschrieben in EP-A-232751 (Squibb), GdDTPA-Amide (im speziellen die Bismethylamide), beschrieben in WO-A-86/02841 (Salutar), DyDTPA, beschrieben in US-A-4647447 (Schering) DyDOTA, beschrieben in US-A-4647447 (Schering), DyDO3A, beschrieben in EP-A-232751 (Squibb) und DyDTPA-Amide (insbesondere die Bismethylamide), beschrieben in WO-A-86/02841 (Salutar). Die anderen paramagnetischen Metallchelate, Derivate und Salze davon, abgedeckt durch US-A-4647447 (Schering), WO-A-87/06229 (Guerbet), EP-A-232751 (Squibb), WO-A-86/02841 (Salutar), EP-A-250358 (Schering), EP-A-263059 (Schering), DE-A-3324235 (Schering), EP-A-130934 (Schering), EP- A-173163 (Schering), EP-A-258616 (Salutar), DE-A-3633245 (Schering), EP-A-255471 (Schering) und WO-A-89/00557 (Nycomed), können ebenfalls als unterdrückende Mittel im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Gewebespezifische oder sich im Blut anreichernde paramagnetische Materialien wie solche, die beispielsweise in EP-A-230893 (Bracco), US-A-4730066 (Mallinckrodt), US-A-4746507 (Salutar) beschrieben sind und die makromolekular gebundenen Materialien, beschrieben in EP-A-186947 (Nycomed), WO-A-85/05554 (Amersham) und WO-A-87/01594 (Amersham), können ebenso als unterdrückende Mittel eingesetzt werden.
• In unterdrückenden Mitteln, die paramagnetische Metallspezies enthalten, sind die bevorzugten Metalle Lanthaniden, Eisen, Chrom und Mangan. Dysprosium, Gadolinium und Eisen sind besonders bevorzugt. Wie sofort einzusehen ist, bevorzugt man natürlich bei der in-vivo-Bildgebung den Einsatz von Unterdrückungsmitteln, die eine möglichst niedrige Toxizität aufweisen. Somit werden unter den Materialien, die paramagnetische Metallspezies enthalten, besonders solche bevorzugt die eine LD&sub5;&sub0; in Mäusen von mindestens 5 mmol/kg Körpergewicht aufweisen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um GdDTPA, DyDTPA, GdDOTA, DyDOTA, GdDO3A, GdDTPA- BMA, (das Gd³&spplus;-Chelat des Bismethylamids von DTPA), DyDTPA-BMA, GdBMO (das Gd³&spplus;-Chelat des bicyclischen Amids von DTPA, manchmal als Gadopenamid bezeichnet) sowie andere, nicht ionische Komplexe von Gd und Dy mit Derivaten von DTPA und DOTA, welche in der oben zitierten Literatur vorgeschlagen werden. Eisensalze und Chelate, beispielsweise Fe(II)- und Fe(III)-Salze und -Chelate werden ebenso bevorzugt, insbesondere bei oraler oder rektaler Verabreichung.
• Wie oben erwähnt ist es ebenso möglich, daß man ferromagnetische, ferrimagnetische und superparamagnetische Partikel als unterdrükkende Mittel im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzt. Beispiele für solche magnetischen Partikel sind solche, die von Nycomed in US-A-4863715, Schröder in WO-A-85/02772, von Ugelstad et al in WO-A-83/03920, von Molday in US-A-4675173, von Advanced Magnetics in WO-A-88/00060, von Schering in DE-A-3443252 und DE-A-3443251 und von Brown in WO-A-86/01112 beschrieben werden. Solche Partikel haben vorzugsweise Teilchengrößen in einem Bereich, der sich für die iv-Gabe eignet, beispielsweise bis zu 2 Mikrometer, bevorzugt bis zu 1.5 Mikrometer und besonders bevorzugt bis zu 1 Mikrometer. Fur die orale Gabe oder fur andere Verabreichungen in Korperhohlen, die externe Abflußkanale besitzen (beispiels weise die Blase, das Rektum usw.), können natürlich sehr viel größere Partikel, beispielsweise bis zu 100 Mikrometer, eingesetzt werden.
• Es ist somit ersichtlich, daß die Unterdrückungsmittel in fünf verschiedene Kategorien fallen: (a) solche, die sich extrazellulär verteilen (beispielsweise Gd-DTPA und Gd-DOTA sowie Salze und Derivate davon), (b) paramagnetische Materialien, die sich nur innerhalb von Körperhöhlen oder Leitungen wie beispielsweise dem Blutgefäßsystem verteilen (z.B. Materialien, die einen hochmolekularen, löslichen oder unlöslichen Träger enthalten, der die paramagnetische Metallspezies trägt oder umschließt, z.B. das Gd- Dextran und das Gd-Stärkematerial der EP-A-186947 und der EP- A-184899), (c) partikelförmige superparamagnetische, ferromagnetische oder ferrimagnetische Materialien, (d) Materialien, in welchen die paramagnetischen Spezies an ein gewebeselektives Biomolekül gebunden sind und (e) stabile freie Radikale, die sich in dem gleichen oder nahezu in dem gleichen Körperbereich wie das verstärkende Mittel verteilen.
• Üblicherweise bevorzugt man, daß das Unterdrückungsmittel eine ESR-Linienbreite von mindestens 2 Gauss (2 x 10&supmin;&sup4; Tesla) aufweist, zum Beispiel 2-400 Gauss (2-400 x 10&supmin;&sup4; Tesla), bevorzugt 5-300 Gauss (5-300 x 10&supmin;&sup4; Tesla) sowie bevorzugter 20-200 Gauss (2-20 x 10&supmin;³ Tesla), und ganz besonders bevorzugt 30-50 Gauss (3-5 x 10&supmin;³ Tesla). In einem anderen Fall, wenn das Unterdrückungsmittel eine relativ geringe ESR-Linienbreite aufweist, beispielsweise eine, die vergleichbar mit der des Verstärkungsmittels ist, erscheint es besonders wünschenswert, daß die ESR-Übergänge des Unterdrückungsmittels und des Verstärkungsmittels nicht oder nicht in signifikanter Weise überlappen.
• Als verstärkendes Mittel für das erfindungsgemäße Verfahren kann jedes paramagnetische Material, das in der Lage ist, die Kernspin-Populationsdifferenz in der ESREMRI zu vergrößern, eingesetzt werden. Üblicherweise bevorzugt man stabile freie Radikale. Geeignete Materialien dieser Art werden in WO-A-88/10419 offenbart und diskutiert. So könnte beispielsweise die Verwendung eines paramagnetischen Materials wie des stabilen freien Radikalanions des Chloranil-Semichinonanionradikals erwogen werden, obwohl für die in-vivo-Bildgebung weniger toxisches Material im allgemeinen bevorzugt wird. Wo ein stabiles freies Radikal eingesetzt werden muß, kann es notwendig sein, die stabile freie Radikal-Spezies aus einer Prekursor-Verbindung vor Gabe des Kontrastmittels zu generieren, beispielsweise indem man das Kontrastmittel einer Strahlung oder Wärme oder einer chemischen Behandlung aussetzt.
• Eine besonders interessante Gruppe von stabilen freien Radikalen sind die freien Radikale der Nitroxide, von denen in der Literatur viele für den Einsatz als Spinlabels oder als paramagnetische Kontrastmittel in der konventionellen MRI vorgeschlagen worden sind. Darüber hinaus sind verschiedene von diesen Verbindungen leicht kommerziell erhältlich, beispielsweise von Aldrich. Die stabilen freien Radikale der Nitroxide sind von speziellem Interesse, da ihre Toxizitäten und Pharmakokinetiken studiert worden sind und es sich gezeigt hat-, daß sich diese Verbindungen für die in- vivo-MRI eignen und ihre ESR-Linienbreiten, insbesondere bei Verbindungen, in welchen die der NO -Funktionalität benachbarten Atome volllständig substituiert sind (d.h. keine Protonen tragen), bei den für eine Kontrastverstärkung notwendigen Konzentratlonen hinreichend schmal sind.
• Als verstärkendes Mittel bevorzugt man speziell den Einsatz von stabilen freien Nitroxid-Radikalen, in welchen die NO -Funktionalität in einem gesättigten oder olefinisch ungesättigten 5- bis 7-gliedrigen Ring vorliegt, in welchem die ihr benachbarten Ringpositionen von zweifach substituierten Kohlenstoffatomen eingenommen werden und in dem eine der verbleibenden Ring-Positionen von einem Kohlenstoff-, Sauerstoff- oder Schwefelatom und die verbleibenden Ringpositionen von Kohlenstoffatomen eingenommen werden.
• Bevorzugte Nitroxide sind solche, die durch Formel I repräsentiert werden:
• wobei R&sub1; bis R&sub4; niedrige (z.B. C&sub1;&submin;&sub4;) Alkyl- oder Hydroxyalkylgruppen darstellen können und R&sub1; auch eine Carboxy-substituierte C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkylgruppe und R&sub2; auch eine höhere (z.B. C&sub5;&submin;&sub2;&sub0;) Alkylgruppe oder eine Carboxy-substituierte C&sub1;&submin;&sub2;&sub0;-Alkylgruppe sein kann, und X eine gegebenenfalls substituierte, gesättigte oder olefinischungesättigte Brücke darstellt, die 2 bis 4 Atome im Rückgrat der Brücke aufweist, wobei eines der Rückgrat-Atome Kohlenstoff, Sauerstoff oder Schwefel ist und die verbleibenden Rückgrat-Atome Kohlenstoff sind.
• In Formel I sind die Gruppen CR&sub1;R&sub2; und CR&sub3;R&sub4; vorzugsweise gleich. Besonders bevorzugt handelt es sich bei R&sub1; bis R&sub1; um Methylgruppen.
• In Formel I kann X, bei dem es sich vorzugsweise um eine gegebenenfalls einfach ungesättigte C&sub2;&submin;&sub3;-Kette handelt, gegebenenfalls durch Halogenatome oder Oxo-, Amino-, Carboxyl-, Hydroxy- oder Alkylgruppen oder Kombinationen oder Derivate davon substituiert sein, beispielsweise Amide, Ester, Ether oder N-verknüpfte heterocyclische Gruppen, z.B die 2,5-Dioxo-pyrrolidino-Gruppe. Viele Beispiele für substituierte X-Gruppen werden in der im folgenden erwähnten Literatur beschrieben.
• Die Nitroxid-Moleküle können, sofern gewünscht, an eine weitere Substanz, wie z.B. ein Zucker, Polysaccharid, Protein oder Lipid oder an ein anderes Biomolekül gebunden sein, um beispielsweise den Effekt der Anreicherung im Blut oder die Fähigkeit der stabilen freien Nitroxid-Radikale zur Gewebe- oder Organanbindung zu verstärken.
• So beschreibt beispielsweise CA-A-1230114 (Schering) stabile freie Nitroxid-Radikale (für den Einsatz als MRI-Kontrastmittel) der Formel II,
• wobei B ein Protein, einen Zucker oder einen Lipidrest oder eine Gruppe-NR&sub9;R&sub1;&sub0; darstellt, eine Doppel- oder Einfachbindung ist, Y für -(CH&sub2;)n- steht oder, wenn es sich bei um eine Einfachbindung handelt, Y auch -NHCO(H&sub2;)n- sein kann, n eine Zahl von 0 bis 4 und m eine Zahl von 0 bis 2 ist, R&sub9; und R&sub1;&sub0; Wasserstoff oder Alkylgruppen darstellen, die optional durch Hydroxy-, Acyloxy- oder Alkylidendioxygruppen substituiert sind (R&sub9; und R&sub1;&sub0; können jedoch nicht gleichzeitig Wasserstoff oder unsubstituierte Alkylgruppen sein), R&sub5; und R&sub7; Alkylgruppen sind und R&sub6; und R&sub8; gegebenenfalls durch Hydroxygruppen substituierte Alkylgruppen sind.
• Darüber hinaus beschreibt WO-A-87/05222 (MRI Inc.) stabile freie Nitroxid-Radikale (erneut für die Verwedung als MRI-Kontrastmittel) der Formel III
• (hier sind R&sub1;&sub1; bis R&sub1;&sub4; jeweils gegebenenfalls hydroxylsubstituiertes C&sub1;&submin;&sub4;-Alkyl; A stellt Alkylen oder Alkenylen, -CH&sub2;-O-CH&sub2;- oder -CH&sub2;-S-CH&sub2;- dar und R&sub1;&sub5; stellt eine Gruppe -E-COO-M&spplus; dar, in der E C&sub1;&submin;&sub8;-Alkylen ist und M für NH&sub4;, Na oder K steht, oder R&sub1;&sub5; stellt -N(Alk)&sub3;&spplus; Hal&supmin; dar, wobei Hal ein Halogenatom und Alk eine C&sub1;&submin;&sub8;-Alkylgruppe ist, die durch Hydroxy oder verestertes Hydroxy substituiert ist), der Formel IV
• (hierbei ist M wie oben definiert; R&sub1;&sub6;, R&sub1;&sub7; und R&sub1;&sub8; sind Alkyl, Cycloalkyl, heterocylische Aliphaten, carbocyclisches Aryl oder heterocyclisches Aryl und R&sub1;&sub9; und R&sub2;&sub0; sind carbocyclisches oder heterocyclisches Aryl) und der Formel V
• (hier sind R&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;, R&sub2;&sub0; und A wie oben definiert; R&sub2;&sub1; und R&sub2;&sub2; sind -(C&sub1;&submin;&sub8; Alkylen)-R&sub2;&sub3;, wobei R&sub2;&sub3; Wasserstoff, R&sub1;&sub5;, NH&sub2;, NHR&sub1;&sub5; oder NR&sub1;&sub1;R&sub1;&sub2; darstellt und R&sub1;&sub5; wie oben definiert ist).
• Weitere stabile freie Nitroxidradikale für die Verwendung als MRI-Kontrastmittel sind in WO-A-87/01594 (Amersham) sowie in den dort zitierten Literaturstellen offenbart. Die von Amersham offenbarten Nitroxide sind, gegebenenfalls vermittels linearer Moleküle, an Polysaccharide wie beispielsweise Dextran, Stärke oder Zellulose gebunden.
• Ein stabiles freis Nitroxidradikal der Formel VI
• wird von Alcock et al in Tetrahedron 33 (1977) 2969-2980 offenbart.
• Stabile freie Nitroxid-Radikale der Formel VII
• (hier ist Z eine Hydroxyl-, Ethoxy- oder eine substituierte Aminogruppe) werden von Golding et al in Synthesis 7 (1975) 462-463 offenbart.
• Stabile frei Nitroxid-Radikale der Formel VIII und IX
• (hier steht R&sub2;&sub4; für COOH oder CONHCH(CH&sub2;OH)CHOHCH&sub2;OH) sowie ihre Pharmakokinetiken werden von Eriksson et al. in J. Pharm. Sci. 77 (1988) 97-103 diskutiert.
• Darüber hinaus werden stabile freie Nitroxid-Radikale von C.F. Chignell in "The Application of Electron Spin Resonance and Spinlabelling in Biochemistry and Pharmacology", Seiten 1-6 diskutiert, eine Publikation, die auf Seite 6 darauf hinweist, daß die folgenden stabilen freien Nitroxid-Radikale von Aldrich kommerziell erworben werden können:
• Andere paramagnetische Materialien, deren Verwendung erwogen werden kann, sind die 3,5-Dichloro-2,4,6-trihypha-(hydroxyalkoxy oder tri (hydroxyalkyl)silyl)-phenoxyradikale und die Di(tri(hydroxyalkyl)silanyl)-cyclobutadienochinone, wobei in jedem Fall die Hydroxyalkylgruppen üblicherweise 2 bis 4 Kohlenstoffatome aufweisen und bei denen es sich beispielsweise um 2-Hydroxyethyl,2,3-dihydroxyropyl oder 3,4-Dihydroxybutylgruppen handelt.
• Das verstärkende Mittel und das unterdrückende Mittel können sowohl getrennt als auch zusammen gegeben werden und können enteral oder parenteral, vorzugsweise jedoch durch parenterale Injektion oder Infusion verabreicht werden. Werden die Mittel getrennt verabreicht, dann wird dies auf eine Weise geschehen, daß sich die beiden in der Probe oder an dem Ort des Körpers treffen, an welchem die Unterdrückung der FID-Signalverstärkung auftreten soll. Wie oben diskutiert, sollte somit das unterdrückende Mittel stromaufwärts des interessierenden Bereichs injiziert werden, wobei das verstärkende Mittel stromabwärts dieses Bereichs verabreicht wird. Alternativ kann das Unterdrückungsmittel direkt in die Blase infundiert werden, um sicherzustellen, daß sich in der Blase kein verstärktes FID-Signal aufbaut und das Abbild benachbarter Organe überlagert.
• Wenn man die Dosierung des verstärkenden Mittels und des unterdrückenden Mittels berechnet, sollten die verschiedenen Volumina des Körperraums berücksichtigt werden, in denen sich die beiden Mittel nicht im gleichen Körperbereich verteilen.
• Die Dosierung sollte so berechnet werden, daß das Konzentrationsverhältnis der beiden Mittel in den Volumina, in denen die FID- Signalverstärkung unterdrückt werden muß, ausreichend ist, um sicherzustellen, daß die Unterdrückung eintritt.
• Für den Einsatz in der diagnostischen in-vivo-Bildgebung verabreicht man das verstärkende Mittel üblicherweise in einer Dosierung von bis zu 6 mmol/kg Körpergewicht, vorzugsweise bis zu 5 mmol/kg, bevorzugter bis zu 3 mmol/kg, noch bevorzugter bis zu 2.5 mmol/kg und insbesondere 2 mmol/kg Körpergewicht. Die minimale effektive Dosis wird davon abhängen, was unter den speziellen Umständen für eine effektive Verstärkung des FID-Signals geplant wird, sie wird aber üblicherweise oberhalb von etwa 0.1 mmol/kg, vorzugsweise bei oder über 0.5 mmol/kg, bevorzugter bei oder über 1 mmol/kg Körpergewicht liegen. Im allgemeinen werden die Dosierungen vorzugsweise so sein, daß man sicherstellt, daß in den Bereichen, wo eine Unterdrückung der Verstärkung des FID-Signals nicht erwünscht ist, die Konzentration des verstärkenden Mittels bei 1-10 mM, vorzugsweise 2-8 mM, speziell bevorzugt 3-6 mM liegt. Das Verhältnis der Dosierungen des verstärkenden und des unterdrückenden Mittels wird vorzugsweise so sein, daß in den Volumina, in denen eine Unterdrückung der FID-Signalverstärkung gewünscht wird, das Molverhältnis des verstärkenden Mittels zum unterdrückenden Mittel in Bereichen von 10:1 bis 1:4, vorzugsweise 4:1 bis 1:4, bevorzugter 2:1 bis 1:2 und speziell 1:1 liegt. Typischerweise kann man im Falle eines Nitroxidverstärkers und eines Gadoliniumchelates als unterdrückendes Mittel mit Dosierungen von 0.5 mmol Gd/kg Körpergewicht, und 2.5-3 mmol Nitroxid/kg Körpergewicht arbeiten.
• Im allgemeinen sollte die maximale Dosierung für jedes Kontrastmittel zweckmäßigerweise weniger als etwa 1/10 der LD&sub5;&sub0;, vorzugsweise weniger als etwa 1/20 der LD&sub5;&sub0; und bevorzugter weniger als etwa 1/50 der LD&sub5;&sub0; betragen.
• Wenn ein partikelförmiges superparamagnetisches, ferromagnetisches oder ferrimagnetisches Material (vorzugsweise ein Supermagnetisches Material) als unterdrückendes Mittel eingesetzt wird, dann sollte das Verhältnis von dem verstärkenden Mittel und dem unterdrückenden Mittel (sofern es sich bei dem verstärkenden Mittel um ein stabiles freies Radikal handelt, welches sich im extra- und intrazellulären Raum verteilt) zweckmäßigerweise in den Bereichen von 3:1 bis 40:1, bevorzugt 10:1 bis 30:1, bevorzugter 15:1 bis 25:1 Mol Verstärker zu Mol Eisen liegen. Beispielsweise können 1 bis 10 mg Fe/ml mit 1-5 mM Nitroxid eingesetzt werden.
• Das Kontrastmittel kann für jede günstige Art der Verabreichung formuliert werden, besonders bevorzugt ist jedoch die Form von Lösungen oder Suspensionen, beispielsweise in Wasser für Injektionen oder in physiologischen Salzlösungen für Injektionen oder Infusionen. Natürlich können solche Mischungen konventionelle pharmazeutische Additive oder Excipienten enthalten, beispielsweise Viskositätsmodifikatoren, Mittel zur Anpassung der Osmolalität, Puffer usw. Wenn das unterdrückende Mittel ein paramagnetisches Metallchelat umfaßt, dann wird das Kontrastmedium vorzugsweise auch einen geringen Überschuß an Chelatisierungsmittel, wie beispielsweise von Schering in DE-A-3640708 diskutiert, entfalten.
• Folgende Beispiele von unterdrückenden oder verstärkenden Mitteln sind vorgesehen, um die Erfindung weiter zu veranschaulichen, ohne sie jedoch in irgendeiner Form in ihrer Anwendung einzugrenzen.
Beispiel 1 - verstärkendes Mittel
• 4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl piperidin-1-oxy (Tempol) 4.71 g
• Wasser für Injektionen ad 100 ml
• Das stabile freie Nitroxid-Radikal, erhältlich von Aldrich Chemical Co., wird in Wasser für Injektionen aufgelöst und die Lösung, wie in den Mischungen der anderen Beispiele, unter sterilen Bedingungen in eine Ampulle gefüllt.
• Die folgenden stabilen freien Nitroxid-Radikale können anstelle von Tempol eingesetzt werden.
Beispiel 2 - unterdrückendes Mittel
• Gadolinium DTPA - Dimegluminsalz 46.90 g
• Meglumine 39 mg
• DTPA 15 mg
• Wasser für Injektionen ad 100 ml
• Das nach Beispiel 5 von US-A-4647447 hergestellte Gadoliniumsalz, Meglumin und DTPA werden in Wasser für Injektionen aufgelöst. Man füllt die Lösung in eine 100 ml Vial und sterilisiert sie durch Erwärmen. Die erhaltene Lösung enthält 0.5 mM Gadolinium als DTPA-Chelat. (Dieses entspricht Magnevist (20 ml)).
Beispiel 3 - kombinierte Mittel
• Superparamagnetische Partikel 100 mg
• Tempol 0.94 g
• Wasser für Injektionen ad 20 ml
• Superparamagnetische Magnetit-Stärke-Partikel, hergestellt nach der Methode von Schröder (s.o.), welche eine mittlere Partikelgröße von 0.4 Mikrometer und einen Fe-Gehalt von 80 Gew.% aufweisen, werden in einer Lösung, die man durch Auflösen der Nitroxide in Wasser für Injektionen herstellt, mittels Ultraschall dispergiert.
Beispiel 4 - kombinierte Mittel
• Dysprosiumchelat von 1,4,7-tris carboxymethyl-1,4,7,10-tetraazacyclododecan (DYyDO3A) 2.5 g
• Tempol 3.9 g
• Wasser für Injektionen ad 100 ml
• Das nach der Methode von Squibb (EP-A-232751) hergestellte Dy DO3A und das Nitroxid werden in Wasser für Injektionen aufgelöst, wobei sich eine Lösung mit einem Molverhältnis von Dy zu Nitroxid von 1:5 und eine Dy-Konzentration von 0.05 M als DO3A-Chelat ergibt.

Claims (20)

1. Verwendung eines Mediums zur selektiven Kontrastverstärkung bei Elektronenspin-Resonanz verstärkter magnetischer Resonanzbildgebung (ESREMRI), das ein physiologisch verträgliches Mittel zur Verstärkung des Signals des freien Induktionszerfalls (FID-Signal) der ESREMRI enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium außerdem ein physiologisch verträgliches Mittel zur Unterdrückung der Verstärkung des ESREMRI-FID-Signals enthält, bei dem es sich um etwas anderes als um den in der Umgebung vorhandenen Sauerstoff handelt, und so gewählt ist, daß der Konzentrationsunterschied zwischen dem verstärkenden und dem die Verstärkung unterdrückenden Mittel nicht einheitlich ist in dem Volumenbereich, in dem das verstärkende Mittel verteilt ist, wobei das Medium gegebenenfalls auch einen oder mehrere physiologisch verträgliche Träger oder Exzipienten enthält.

2. ESREMRI-Kontrastmedium, das ein physiologisch verträgliches Mittel zur Verstärkung des FID-Signals der ESREMRI enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium außerdem ein physiologisch verträgliches Mittel zur Unterdrückung der Verstärkung des ESREMRI-FID-Signals enthält, bei dem es sich um etwas anderes als um den in der Umgebung vorhandenen Sauerstoff handelt, und so gewählt ist, daß der Konzentrationsunterschied zwischen dem verstärkenden und dem die Verstärkung unterdrückenden Mittel nicht einheitlich ist in dem Volumenbereich, in dem das verstärkende Mittel verteilt ist und gegebenenfalls einen oder mehrere physiologisch verträgliche Träger oder Exzipienten enthält, wobei das verstärkende Mittel einen esr-Übergang mit einer Linienbreite von 10 Tesla oder weniger und das unterdrückende Mittel einen esr-Übergang mit einer Linienbreite von wenigstens 2 x 10&supmin;&sup4; Tesla aufweist.

3. Kontrastmedium nach Anspruch 2, worin das verstärkende und das unterdrückende Mittel esr-Übergänge haben, deren Linienbreiten-Verhältnis nicht größer als 1:1,5 ist.

4. Kontrastmedium nach Anspruch 2, worin das verstärkende und das unterdrückende Mittel esr-Übergänge haben, deren Linienbreiten-Verhältnis nicht größer als 1:6 ist.

5. Kontrastmedium nach einem der Ansprüche 2 bis 4, enthaltend als verstärkendes Mittel ein stabiles, freies Radikal.

6. Kontrastmedium nach Anspruch 5, enthaltend ein physiologisch verträgliches, stabiles, freies Nitroxyl-Radikal.

7. Kontrastmedium nach einem der Ansprüche 2 bis 6, enthaltend als unterdrückendes Mittel ein Material, das superparamagnetische, ferromagnetische oder ferrimagnetische Partikel oder paramagnetische Metallionen enthält.

8. Kontrastmedium nach Anspruch 7, enthaltend paramagnetische Metallionen, die ausgewählt sind unter paramagnetischen Ni, Cr, Cu, Yb, Co, Fe, Mn, Tm, Gd, Eu, Tb, Er, Ho und Dy-Ionen.

9. Kontrastmedium nach einem der Ansprüche 7 und 8, enthaltend als unterdrückendes Mittel einen physiologisch verträglichen Chelatkomplex eines paramagnetischen Metallions oder ein physiologisch verträgliches Salz des Komplexes.

10. Kontrastmedium nach Anspruch 9, enthaltend einen Chelatkomplex, der ausgewählt ist unter GdDTPA, GdDOTA, GdDO3A, GdDTPA-BMA, DyDTPA, DyDOTA, DyDTPA-BMA und Gd BMO oder einem physiologisch verträglichen Salz des Komplexes.

11. Kontrastmedium nach einem der Ansprüche 2 bis 10, worin als verstärkendes Mittel ein sich intrazellulär verteilendes Material verwendet wird, und als unterdrückendes Mittel ein sich intrazellulär nicht verteilendes Material verwendet wird.

12. Verfahren zur Erzeugung eines magnetischen Resonanzbildes einer Probe, das folgende Maßnahmen beinhaltet: Bestrahlung der Probe mit einer ersten gepulsten Strahlung einer Frequenz, die so gewählt wird, daß Kernspinübergänge in ausgewählten Kernen der Probe angeregt werden, Detektieren des FID-Signals der Probe und Erzeugung des Bildes aus dem detektierten Signal, wobei dieses Verfahren außerdem beinhaltet, daß man ein erstes paramagnetisches Kontrastmittel in die Probe einbringt und die Probe einer zweiten Strahlung einer Frequenz aussetzt, die so gewählt ist, daß ein Elektronen-Spinübergang des ersten Kontrastmittels angeregt wird, der an Kernspinübergänge wenigstens einiger dieser Kerne gekoppelt ist, um dadurch das FID-Signal daraus zu verstärken, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verfahren außerdem die Einführung eines zweiten Kontrastmittels in die Probe beinhaltet, bei dem es sich um etwas anderes als den in der Umgebung vorhandenen Sauerstoff handelt, wobei das zweite Kontrastmittel wenigstens einen Übergang in dessen esr-Spektrum aufweist, um dadurch die Verstärkung des FID-Signals durch das erste Kontrastmittel zu vermindern, wobei das erste und das zweite Kontrastmittel so gewählt und/oder in die Probe eingeführt werden, daß während der Detektion des FID-Signals der Konzentrationsunterschied zwischen dem verstärkenden und dem die Verstärkung unterdrückenden Mittel in dem Volumenbereich, in dem das verstärkende Mittel verteilt ist, nicht einheitlich ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, worin das erste Kontrastmittel einen Elektronenspin-Resonanzübergang mit einer Linienbreite von 10&supmin;&sup4; Tesla oder weniger aufweist, und worin das zweite Kontrastmittel einen Elektronenspin-Resonanzübergang mit einer Linienbreite von 3 x 10&supmin;&sup4; Tesla oder mehr hat.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, worin das erste Kontrastmittel ein stabiles, freies Radikal enthält, und das zweite Kontrastmittel eine paramagnetische Metallverbindung enthält.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin das Linienbreitenverhältnis des esr-Übergangs des zweiten Mittels zu dem des ersten Mittels wenigstens 1,5:1 beträgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, worin das erste und das zweite Kontrastmittel so gewählt sind, daß der Grad der Anregbarkeit von deren esr-Übergängen durch die zweite Strahlung für das erste Kontrastmittel größer ist als für das zweite Kontrastmittel.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, worin als Strahlung eine breitbandige zweite Strahlung oder eine zweite Strahlung von wenigstens zwei Frequenzbandbreiten verwendet wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, worin das erste und zweite Kontrastmittel als ein Kontrastmedium nach einem der Ansprüche 2 bis 11 eingebracht werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei das Timing des Zeitraums der FID-Signaldetektion und/oder das Timing und/oder der Ort der Einführung des ersten Kontrastmittels und/oder des zweiten Kontrastmittels so gewählt werden, daß zum Zeitpunkt der Signaldetektion eines ausgewählten Bereiches der Probe gewährleistet ist, daß das erste, aber nicht das zweite Kontrastmittel darin verteilt ist.

20. Verwendung eines physiologisch verträglichen Mittels bei der Elektronenspinresonanz verstärkten magnetischen Resonanzbildgebung (ESREMRI) zur Verstärkung des FID-Signals und eines physiologisch verträglichen Mittels zur Unterdrückung der Verstärkung des ESREMRI-FID-Signals, zur Herstellung eines Kontrastmediums, zur Verwendung bei einer an Mensch und Tier angewandten Diagnosemethode, die eine magnetische Resonanzbildgebungs-Methode nach einem der Ansprüche 12 bis 18 benutzt.