[發明專利]非侵入式活體電子自旋共振方法和系統

在審

• 申請號: 201810726666.3
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN110687157A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 周江;周明瑞;周彬
• 申請（專利權）人: 周江
• 主分類號: G01N24/10
• 分類號: G01N24/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種非侵入式活體電子自旋共振（Electron Spin Resonance，ESR）方法，其特征在于，通過非侵入式高壓放電在活體或非活體生物樣本內安全地產生不成對電子，在不灌注或植入外源性順磁物質（exogenous paramagnetic species）的條件下，應用ESR技術檢測活體或非活體生物樣本的組織結構和生理活動，并進一步地獲取神經介質活動、生物分子代謝、受體及化學成份信息，其包括：

高壓電源（101）、非侵入式放電單元（102）、射頻無線電（RF）源（103）、射頻共振器組件（104）、射頻開關或耦合組件（105）、射頻接收和數據采樣組件（106）、靜態均勻磁場組件（107）、可選的三維梯度磁場組件（108），其中所述射頻共振器組件（104）容納所述活體或非活體生物樣本（110）且置于所述靜態均勻磁場組件（107）和可選的三維梯度磁場組件（108）所產生的靜態均勻磁場和可選的梯度磁場內，并通過所述射頻開關或耦合組件（105）與所述RF源（103）連接，以設定的無線電頻率產生共振；以及

電子自旋共振波譜儀、三維成像儀和大腦-計算機接口（Electron Spin ResonanceSpectrometer & Imaging - Brain Computer Interface，ESRI-BCI）（109），其通過與所述高壓電源（101）、RF源（103）、射頻開關或耦合組件（105）、射頻共振器組件（104）、靜態均勻磁場組件（107）及可選的三維梯度磁場組件（108）進行可操作通信，接收且處理來自所述射頻接收和數據采樣組件（106）的數據以測量并可視化ESR共振數據，進一步地，還可以解析處理來自所述ESR共振數據的大腦神經活動信號使之成為計算機系統能夠接受的數據流；

所述外源性順磁物質（exogenous paramagnetic species）包括自旋標記（spinlabel）、自旋探針（spin probe）、納米順磁探針（nanoparticulate paramagnetic spinprobe）、順磁性造影劑（paramagnetic contrast agent）。

2.根據權利要求1所述非侵入式活體ESR方法，其特征在于，所述高壓電源（101）及非侵入式放電單元（102）可以通過空氣間隙將正極性高電壓或負極性高電壓施加在所述活體或非活體生物樣本（110）上，并通過空氣間隙形成回路，因此無需在所述活體或非活體生物樣本（110）表面安放導體，從而實現所述非侵入式放電，所述正極性高電壓或負極性高電壓是能夠將所述空氣間隙電離的電壓。

3.根據權利要求1所述非侵入式活體ESR方法，其特征在于，所述高壓電源（101）可以通過所述非侵入式放電單元（102）施加所述正極性高電壓，從所述活體或非活體生物樣本（110）內分子和/或陰離子的價電子層中剝奪電子，因而產生所述不成對電子。

4.根據權利要求1所述非侵入式活體ESR方法，其特征在于，所述高壓電源（101）可以通過所述非侵入式放電單元（102）施加所述負極性高電壓，向所述活體或非活體生物樣本（110）轉移一定數量的全同費米子狀態的孤立電子，即自由電子，所述自由電子會立即被所述活體或非活體生物樣本（110）內極性分子的正端和/或陽離子價電子層俘獲，因而產生所述不成對電子。

5.根據權利要求3、4所述產生所述不成對電子的方法，其進一步特征在于，所述高壓放電的傳導速度為光速，所述不成對電子可在瞬間加載于所述活體或非活體生物樣本（110）內任意位置的相關分子和/或離子，因此能夠應用ESR技術獲得所述活體或非活體生物樣本（110）內所述不成對電子的動態空間分布信息，所述動態空間分布信息可以反映所述活體或非活體生物樣本（110）的組織結構和生理活動；

進一步地，作為所述不成對電子載體的相關分子和/或離子自身的化學鍵、核磁偶極子與電子磁偶極子以及鄰近基團的此類因素會造成ESR波譜的超精細分裂效應，因此能夠應用ESR技術進一步地獲取神經介質活動、生物分子代謝、受體及化學成份信息。