專(zhuān)利名稱(chēng)：具有使用具有軌道角動(dòng)量的光子的超級(jí)化設(shè)備的mri的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶有基于光子的超極化設(shè)備的磁共振檢查系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在國(guó)際申請(qǐng)PCT/IB2008/055444中描述了這種磁共振檢查系統(tǒng)。在上述國(guó)際申請(qǐng)中所描述的磁共振檢查系統(tǒng)包括基于光學(xué)的超極化設(shè)備。具體而言，該超極化設(shè)備生成被賦予軌道角動(dòng)量的光學(xué)(例如，光)波束。光束的軌道角動(dòng)量(OAM)與(核子(nuclear)或者分子)偶極子(或者自旋子)耦合，以便生成(核子或者分子)極化。通過(guò)射頻輻射激勵(lì)該極化，并且一旦激勵(lì)弛豫，就生成磁共振信號(hào)。從這些磁共振信號(hào)中重建磁共振圖像。因?yàn)闃O化由光束的軌道角動(dòng)量生成，所以不需要外部磁場(chǎng)或者僅需
要微弱磁場(chǎng)就生成具有相對(duì)高信噪比的磁共振信號(hào)。在已知的基于光學(xué)的超極化設(shè)備中，當(dāng)波束直徑越小時(shí)，OAM相互作用的概率越高。已知的磁共振檢查系統(tǒng)需要介入過(guò)程以便在待檢查的對(duì)象，尤其是待檢查的患者內(nèi)部生成極化。具體而言，使用導(dǎo)管或者針形探頭對(duì)來(lái)自感興趣區(qū)域的上行血流進(jìn)行超極化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供具有基于光子的、對(duì)待檢查的對(duì)象內(nèi)部進(jìn)行更靈活成像的磁共振檢查系統(tǒng)。通過(guò)本發(fā)明的磁共振檢查系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，該系統(tǒng)包括-射頻系統(tǒng)，用于在極化的偶極子中誘發(fā)共振，并且從待檢查的對(duì)象接收磁共振信號(hào);-基于光子的超極化設(shè)備，其具有-電磁源，用于發(fā)射對(duì)于待檢查對(duì)象的材料，特別是組織的材料，具有實(shí)質(zhì)穿透深度的光子福射；-模式轉(zhuǎn)換器，其給予電磁輻射軌道角動(dòng)量；-空間濾波器，其從模式轉(zhuǎn)換器選擇被賦予軌道角動(dòng)量的衍射或者折射的光子波束，以使偶極子經(jīng)由轉(zhuǎn)移的軌道角動(dòng)量而極化。因?yàn)楸毁x予軌道角動(dòng)量(OAM)的光子輻射穿透諸如待檢查患者的組織的材料，所以被賦予OAM的光子輻射可以從對(duì)象外部到達(dá)待成像的感興趣區(qū)域。這樣，在對(duì)象內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)諸如組織的材料的超極化，而無(wú)需諸如導(dǎo)管或者針設(shè)備的介入儀器。具體而言，光子輻射的能量在從適合于穿透皮膚、脂肪、代謝流體、大腦組織等的0. IkeV到適合于穿透顱骨或者骨骼組織數(shù)厘米的甚至高達(dá)IOkeV的范圍內(nèi)。具有在X射線(xiàn)范圍內(nèi)的能量的光子輻射激勵(lì)內(nèi)殼層電子軌道，這尤其關(guān)系到K、L和M殼層電子。這樣，大量電子與光子福射相互作用，導(dǎo)致光子-分子相互作用橫截面增加，因此增加了 OAM到分子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移和電子自旋，這最終生成獲得大信噪比磁共振信號(hào)所需要的磁超極化狀態(tài)。這種磁共振圖像可以表示被檢查對(duì)象(諸如待檢查患者)的形態(tài)。也可以以諸如BOLD(血氧水平不足)信號(hào)的形式表示功能信息。備選地，也可以從磁共振信號(hào)中重建磁共振光譜數(shù)據(jù)。將參考在從屬權(quán)利要求中所定義的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的這些以及其它方面進(jìn)行進(jìn)
一步細(xì)化。在本發(fā)明的磁共振檢查系統(tǒng)的一個(gè)例子中，提供了一種光學(xué)系統(tǒng)，以便將被賦予OAM的光子輻射聚焦到特定感興趣的目標(biāo)區(qū)上。以這種方式使聚焦區(qū)域變窄，由于待檢查的材料的分子或者核子的相互作用，這增強(qiáng)了諸如組織的材料的極化程度。增強(qiáng)的(超)極化程度改善了所生成的磁共振信號(hào)的信噪比。在本發(fā)明的磁共振檢查系統(tǒng)的另一個(gè)例子中，提供了一組極化器(polariser)、透
射相位全息圖和聚焦光學(xué)器件，其中，極化器對(duì)來(lái)自電磁源的光子輻射進(jìn)行圓極化，透射相位全息圖給予經(jīng)圓極化的光子輻射以軌道角動(dòng)量，并且聚焦光學(xué)器件包括具有凸面鏡的拋物線(xiàn)形柱面鏡以對(duì)被賦予軌道角動(dòng)量的光子輻射進(jìn)行聚焦。拋物線(xiàn)形柱面鏡形成許多能量分離的平行波束。在0. IkeV到IOkeV的范圍內(nèi)，可以通過(guò)菲涅耳板實(shí)現(xiàn)聚焦，該菲涅耳板是以最小值40nm的節(jié)距(與衍射光柵一樣)限制同心金屬圓的衍射網(wǎng)絡(luò)。因此，可以通過(guò)束闌選擇所期望的能量，放置該束闌以便阻擋具有在所期望范圍之外的能量的平行波束。尤其當(dāng)全息光柵圖案的節(jié)距與X射線(xiàn)的波長(zhǎng)之比在0. IkeV的4 I或者在IOkeV的400 I范圍內(nèi)時(shí)，實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)果。對(duì)于40nm柵格節(jié)距，在0. IkeV(IOnm波長(zhǎng))，比率是4 I。在IOkeV(0. Inm)使用相同光柵產(chǎn)生所期望的OAM波束，這次柵格節(jié)距比波長(zhǎng)是400 I。對(duì)于這兩種情況，衍射光柵角(分別是 5. 00和 0. 050)允許在25cm的短光路之后第一衍射級(jí)從第零衍射級(jí)分離。K、L和M軌道吸收躍遷對(duì)于在0. I到IOkeV范圍內(nèi)的X射線(xiàn)是準(zhǔn)連續(xù)的，因此所誘發(fā)的分子扭矩躍遷具有與OAM值成比例的長(zhǎng)壽命(大橫截面)。在本發(fā)明的另一方面中，提供了可移動(dòng)的凹面鏡以?huà)呙枰晥?chǎng)的被賦予角動(dòng)量的光子波束。以這種方式掃描波束的聚焦點(diǎn)，并且在視場(chǎng)中的連續(xù)位置上生成超極化產(chǎn)生的磁共振信號(hào)。這允許省掉用于對(duì)磁共振信號(hào)進(jìn)行空間編碼的磁梯度場(chǎng)。因此，在本發(fā)明的另一方面中，給磁共振信號(hào)提供僅提供靜態(tài)磁場(chǎng)的磁體系統(tǒng)。


參考在下文中所描述的實(shí)施例并且參考附圖，將對(duì)本發(fā)明的這些以及其它方面進(jìn)行闡述，其中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明與磁共振檢查系統(tǒng)結(jié)合使用的光子超極化設(shè)備的實(shí)施例的圖解表不;圖2示出了與圖I的光子超極化設(shè)備結(jié)合運(yùn)行的本發(fā)明的磁共振檢查系統(tǒng)的圖解表不。
具體實(shí)施例方式圖I示出了包括(小型)X射線(xiàn)源21作為電磁源的光子超極化設(shè)備的實(shí)施例的圖解表示。小型寬帶X射線(xiàn)源具有在從0. IkeV到IOkeV范圍內(nèi)的能量，即超軟或者軟X射線(xiàn)。X射線(xiàn)源陽(yáng)極的材料顯示為窄能量峰值，在
范圍(上述)內(nèi)處于專(zhuān)用于陽(yáng)極類(lèi)型的能量(例如，對(duì)于A(yíng)l的I. 8keV、對(duì)于Si的2keV、對(duì)于Cu K a的8keV、對(duì)于Cu 的9keV)。對(duì)于一些應(yīng)用，這些峰值用于增大X射線(xiàn)管的功率轉(zhuǎn)換效率。X射線(xiàn)源包括對(duì)(例如)La殼層能量級(jí)別進(jìn)行過(guò)濾的能量過(guò)濾器31。波束準(zhǔn)直儀32對(duì)經(jīng)過(guò)濾的X射線(xiàn)波束進(jìn)行準(zhǔn)直。通過(guò)一組極化器和四分之一波片33對(duì)經(jīng)準(zhǔn)直的波束進(jìn)行極化和圓極化。隨后，經(jīng)圓極化的X射線(xiàn)波束穿過(guò)透射相位全息圖22，透射相位全息圖22賦予X射線(xiàn)光子以軌道角動(dòng)量(OAM)。隨后，通過(guò)空間濾波器23選擇第一衍射級(jí)；該空間濾波器選擇被賦予OAM的光子。拋物線(xiàn)形柱面鏡35創(chuàng)建被賦予OAM的平行X射線(xiàn)波束。這允許執(zhí)行X射線(xiàn)的能量分離。一組可移動(dòng)凹面鏡36與拋物鏡37 —起構(gòu)成聚焦光學(xué)器件24，其將被賦予OAM的X射線(xiàn)波束聚焦到半球上的幾何軌跡上。在所示的例子中，焦點(diǎn)位于人的大腦內(nèi)。分析域的中心是在拋物鏡的等效共軛焦點(diǎn)處，因此，視場(chǎng)(FOV)是具有達(dá)到5cm曲率半徑和 90°最大視場(chǎng)角(凹面鏡的焦點(diǎn)值的函數(shù))的球帽。具有可移動(dòng)凹面鏡的聚焦光學(xué)器件在該FOV的表面上的任何 點(diǎn)處產(chǎn)生焦點(diǎn)。在焦點(diǎn)處，將X射線(xiàn)光子的OAM轉(zhuǎn)移給分子。如前所述，這將把分子角動(dòng)量重新指向到朝向入射波束的方向。伴隨著電子自旋軌道集居數(shù)飽和，該效應(yīng)有助于使核取向朝向光線(xiàn)入射波束(超精細(xì)耦合)，因此，在焦點(diǎn)我們將獲得物質(zhì)的超極化狀態(tài)。通過(guò)該技術(shù)所獲得的極化程度比通過(guò)塞曼效應(yīng)可能獲得的極化程度好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。大的磁極化程度允許為核磁共振使用非常低的Btl磁場(chǎng)。為達(dá)到這個(gè)目的，提供了產(chǎn)生低磁場(chǎng)的線(xiàn)圈38。同時(shí)，由于NMR信號(hào)非常強(qiáng)并且對(duì)NMR進(jìn)行觀(guān)測(cè)的焦點(diǎn)接近接收射頻線(xiàn)圈，所以不需要額外的射頻屏蔽。由線(xiàn)圈38創(chuàng)建的磁場(chǎng)(Btl和射頻線(xiàn)圈)不一定是均勻的。需要通過(guò)“設(shè)備的工廠(chǎng)校準(zhǔn)”解決Btl的非均勻性，這也稱(chēng)為“勻場(chǎng)”，其中，需要相應(yīng)執(zhí)行Btl空間分布和X射線(xiàn)焦點(diǎn)空間映射并且使其相關(guān),使得對(duì)于X射線(xiàn)波束的任何焦點(diǎn)，磁場(chǎng)的幅度和取向是已知的，并且對(duì)寬帶接收線(xiàn)圈進(jìn)行正確調(diào)整(調(diào)諧)以便采集在它們頻帶中的MRS信號(hào)。因?yàn)閷a(chǎn)生靜態(tài)磁場(chǎng)的線(xiàn)圈并入到光子超極化設(shè)備中，所以不需要固定安裝的主磁體，使得可以將本發(fā)明的磁共振檢查系統(tǒng)設(shè)計(jì)為便攜式系統(tǒng)。不像在常規(guī)MRI中那樣，這里不需要梯度線(xiàn)圈，相反，通過(guò)焦點(diǎn)的連續(xù)移動(dòng)執(zhí)行空間編碼，其可以采用 IOnm3的焦點(diǎn)尺寸的基本空間分辨率對(duì)物質(zhì)進(jìn)行采樣。實(shí)際上，設(shè)備分辨率將受到目標(biāo)分子濃度、聚焦光學(xué)器件的掃描性能和采集時(shí)間的限制。每個(gè)射頻測(cè)量序列采集通過(guò)將信號(hào)聚焦在空間的一個(gè)焦點(diǎn)上(在焦點(diǎn)表面軌跡上)并且脈沖啟動(dòng)X射線(xiàn)源(FID序列觸發(fā))所獲得的寬帶FID。通過(guò)預(yù)校準(zhǔn)技術(shù)對(duì)Btl的非均勻性影響進(jìn)行補(bǔ)償。在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖2中所示，可以結(jié)合磁共振掃描器40使用如上所述的基于光子的超極化設(shè)備20。例如,將基于光子的超極化設(shè)備20合并到磁共振掃描器的結(jié)構(gòu)中，更具體而言，可以使用基于光子的超極化設(shè)備20作為獨(dú)立模塊。磁共振掃描器40可以是包括垂直主磁體組件42的開(kāi)放場(chǎng)系統(tǒng)(開(kāi)放MRI系統(tǒng))。主磁體組件42產(chǎn)生沿著成像區(qū)域的垂直軸線(xiàn)取向的基本上恒定的主磁場(chǎng)。雖然對(duì)垂直主磁體組件42進(jìn)行了圖示，但是應(yīng)該理解，諸如圓柱形的其它磁體布置以及其它結(jié)構(gòu)也是預(yù)期的。在該實(shí)施例中，可以省掉光子超極化設(shè)備20的線(xiàn)圈38。備選地，基于光子的超極化設(shè)備的線(xiàn)圈38的靜態(tài)磁場(chǎng)產(chǎn)生與磁共振掃描器的靜態(tài)磁場(chǎng)平行的靜態(tài)磁場(chǎng)。梯度線(xiàn)圈組件44在成像區(qū)域中產(chǎn)生磁場(chǎng)梯度，用于對(duì)主磁場(chǎng)進(jìn)行空間編碼。磁場(chǎng)梯度線(xiàn)圈組件44優(yōu)選包括配置為在三個(gè)正交方向(典型地,縱向或者z、橫向或者X、以及垂直或者y方向)中產(chǎn)生磁場(chǎng)梯度脈沖的線(xiàn)圈段。在一些實(shí)施例中，主磁體組件42和梯度場(chǎng)組件44都與光學(xué)極化一起使用。射頻線(xiàn)圈組件46 (圖示為頭部線(xiàn)圈，雖然表面和整個(gè)身體線(xiàn)圈也是預(yù)期的)生成用于在受試者的偶極子中激勵(lì)共振的射頻脈沖。射頻線(xiàn)圈組件46還用于對(duì)從成像區(qū)域發(fā)射的共振信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。可以使用射頻線(xiàn)圈組件46補(bǔ)充之前所建立極化的光學(xué)擾動(dòng)。梯度脈沖放大器48將受控電流遞送給磁場(chǎng)梯度組件44，以便產(chǎn)生選定的磁場(chǎng)梯度。射頻發(fā)射機(jī)50 (優(yōu)選為數(shù)字的)將射頻脈沖或者脈沖分組施加到射頻線(xiàn)圈組件46，以便激勵(lì)選定的共振。將射頻接收機(jī)52耦合到線(xiàn)圈組件46或者獨(dú)立的接收線(xiàn)圈，以便對(duì)所誘發(fā)的共振信號(hào)進(jìn)行接收和解調(diào)。為了采集受試者的共振成像數(shù)據(jù)，將受試者置于成像區(qū)域之內(nèi)。序列控制器54與
梯度放大器48和射頻發(fā)射機(jī)50進(jìn)行通信，以便補(bǔ)充感興趣區(qū)域的光學(xué)操控。序列控制器54可以，例如，產(chǎn)生選定的重復(fù)回波穩(wěn)態(tài)或者其它共振序列、對(duì)該共振進(jìn)行空間編碼、選擇性地操控或者打亂共振、或者否則產(chǎn)生選定的受試者的磁共振信號(hào)特性。通過(guò)射頻線(xiàn)圈組件46對(duì)所產(chǎn)生的共振信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、將其傳送到射頻接收機(jī)52、對(duì)其進(jìn)行解調(diào)、并且將其存儲(chǔ)在k空間存儲(chǔ)器56中。通過(guò)重建處理器58重建成像數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)圖像表示，該一個(gè)或多個(gè)圖像表示存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器60中。在一個(gè)適當(dāng)?shù)膶?shí)施例中，重建處理器58執(zhí)行傅里葉逆變換重建。通過(guò)視頻處理器62對(duì)所得到的(一個(gè)或多個(gè))圖像表示進(jìn)行處理，并且將其顯示在裝備有人類(lèi)可讀顯示器的用戶(hù)界面64上。界面64優(yōu)選是個(gè)人計(jì)算機(jī)或者工作站?？梢酝ㄟ^(guò)打印機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)圖像表示進(jìn)行處理并且打印、在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或者因特網(wǎng)上傳輸?shù)龋皇钱a(chǎn)生視頻圖像。用戶(hù)界面64優(yōu)選還允許放射科醫(yī)師或者其他操作者與序列控制器54進(jìn)行通信，以便選擇磁共振成像序列、對(duì)成像序列進(jìn)行修改、執(zhí)行成像序列等。
權(quán)利要求
1.一種磁共振檢查系統(tǒng),包括 -射頻系統(tǒng)，用于在極化的偶極子中誘發(fā)共振，并且從待檢查的對(duì)象接收磁共振信號(hào)； -基于光子的超極化設(shè)備，其具有 -電磁源，用于發(fā)射對(duì)于待檢查的所述對(duì)象的材料、特別是待檢查的組織的材料，具有實(shí)質(zhì)穿透深度的光子輻射； -模式轉(zhuǎn)換器，其給予所述電磁輻射以軌道角動(dòng)量； -空間濾波器，其從所述模式轉(zhuǎn)換器選擇被賦予軌道角動(dòng)量的衍射或者折射的光子波束，以使所述偶極子經(jīng)由轉(zhuǎn)移的軌道角動(dòng)量而極化。
2.如權(quán)利要求I所述的磁共振檢查系統(tǒng)，其中，所述基于光子的超極化設(shè)備包括對(duì)被賦予軌道角動(dòng)量的所述光子波束進(jìn)行聚焦的聚焦光學(xué)器件。
3.如權(quán)利要求2所述的磁共振檢查系統(tǒng)，其中，所述超極化設(shè)備包括 -一組極化器，其對(duì)來(lái)自所述電磁源的所述光子輻射進(jìn)行圓極化； -透射相位全息圖，其給予經(jīng)圓極化的光子輻射以所述軌道角動(dòng)量；以及 -所述聚焦光學(xué)器件，其包括具有凸面鏡的拋物線(xiàn)形柱面鏡以對(duì)被賦予軌道角動(dòng)量的所述光子輻射進(jìn)行聚焦。
4.如權(quán)利要求3所述的磁共振檢查系統(tǒng)，其中，一組可移動(dòng)凹面鏡位于從所述拋物線(xiàn)形柱面鏡離開(kāi)的波束路徑中。
5.如權(quán)利要求I所述的磁共振檢查系統(tǒng),其中,提供磁體系統(tǒng)以便在檢查區(qū)中生成空間均勻的靜態(tài)磁場(chǎng)，而無(wú)空間梯度磁場(chǎng)。
6.如權(quán)利要求I所述的磁共振檢查系統(tǒng),其中，將在檢查區(qū)中生成靜態(tài)磁場(chǎng)的磁體并入所述基于光子的超極化設(shè)備中，并且將所述基于光子的超極化設(shè)備配置為將被賦予軌道角動(dòng)量的所述光子波束指向所述檢查區(qū)內(nèi)。
全文摘要
公開(kāi)了基于光子的超極化設(shè)備，該超極化設(shè)備具有電磁源，該電磁源用于發(fā)射具有對(duì)于待檢查的對(duì)象的材料、特別是組織的材料的實(shí)質(zhì)穿透深度的光子輻射。例如，應(yīng)用軟或者超軟X射線(xiàn)。值得注意的是，基于光子的超極化設(shè)備并入了產(chǎn)生靜態(tài)磁場(chǎng)的磁體。備選地，將基于光子的超極化設(shè)備并入磁共振檢查系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)G01R33/62GK102803941SQ201080026764
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者L·R·阿爾布, D·R·埃爾戈特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司