[發明專利]光超極化核磁共振成像裝置及方法

在審

• 申請號: 202011643569.1
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN114690099A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 沈夢澤;楊志平;石發展;李芬芬;王鵬飛;孔熙;謝天宇;邱本勝;杜江峰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01R33/48
• 分類號: G01R33/48;G01R33/56
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 鄢功軍

本公開提供了一種光超極化核磁共振成像裝置，包括：存儲模塊，用于存儲金剛石顆粒分散液和緩沖液；運輸模塊，包括用于連接存儲模塊和極化模塊的前端流管，以及用于連接極化模塊和檢測模塊的后端流管；極化模塊，包括：用于產生信號序列的信號發生器、用于產生并向極化腔發射激光的激光激發模塊、用于向極化腔發射微波信號并控制極化腔的磁場強度的微波磁場模塊，以及極化腔；以及檢測模塊，用于在利用緩沖液將超極化后的金剛石顆粒分散液傳輸至成像載體的成像區域中之后，通過磁共振設備生成磁共振圖像。此外，本公開還提供了一種光超極化核磁共振成像方法。

技術領域

本公開涉及磁共振成像領域/超極化領域，更具體地，涉及一種光超極化核磁共振成像裝置及方法。

背景技術

磁共振成像技術(MRI)是一種重要的臨床診斷技術，可以無創、無輻射地對特定功能區域進行成像。磁共振現象只有在自旋非零的同位素核上才能發生，同時該同位素需要有一定的豐度，才能貢獻足夠的信號。

光超極化后的¹³C的核自旋信號可用于磁共振成像。在現有技術中，GE SPINlab裝置使用超極化后的¹³C核實現了實驗生物體的超極化-磁共振成像。然而該裝置為了實現良好的超極化效果，需要在同時具備高磁場(3T或以上)、高頻微波(94GHz@3T)和低溫(＜4K)的環境下進行超極化，成本較高且裝置體積龐大，并且，超極化液體的制備時間長，液體的注入和取出需要人工干預，帶來了較大的不確定性。

因此，在實現本公開的過程中發現，相關技術需要苛刻的超極化環境，魯棒性較差。

發明內容

有鑒于此，本公開提供了一種光超極化核磁共振成像裝置及方法。

本公開的一個方面提供了一種光超極化核磁共振成像裝置，包括：存儲模塊，用于存儲金剛石顆粒分散液和緩沖液；運輸模塊，包括用于連接上述存儲模塊和極化模塊的前端流管，以及用于連接上述極化模塊和檢測模塊的后端流管；上述極化模塊，包括：用于產生信號序列的信號發生器、用于產生并向極化腔發射激光的激光激發模塊、用于向上述極化腔發射微波信號并控制上述極化腔所處的磁場強度的微波磁場模塊，以及上述極化腔；以及上述檢測模塊，用于在利用緩沖液將超極化后的金剛石顆粒分散液傳輸至成像載體的成像區域中之后，通過磁共振設備生成磁共振圖像。

根據本公開的實施例，上述存儲模塊包括至少兩個貯樣瓶，上述至少兩個貯樣瓶分別用于存儲上述金剛石顆粒分散液和上述緩沖液。

根據本公開的實施例，上述金剛石顆粒含有至少為自然豐度的¹³C核。

根據本公開的實施例，上述運輸模塊還包括：第一輸送模塊，用于將上述金剛石顆粒分散液輸送至上述極化腔中；以及第二輸送模塊，用于輸送上述緩沖液，并通過上述緩沖液的推送控制上述金剛石顆粒分散液的位置。

根據本公開的實施例，上述激光激發模塊包括：激光器，用于響應上述信號序列產生上述激光；光纖，連接上述激光器和光纖耦合機構，用于傳輸上述激光；以及光纖耦合結構，用于固定上述光纖，并將上述激光發射至上述極化腔。

根據本公開的實施例，上述微波磁場模塊包括：波源，用于產生微波信號；微波開關，用于接收上述信號序列，并響應上述信號序列進行開啟或關閉；微波調制模塊，用于調節上述微波信號的波形或者信號強度；外磁場生成模塊，用于在上述極化腔區域內產生均勻的直流磁場。

根據本公開的實施例，上述激光激發模塊用于向上述極化腔發射上述激光，使上述金剛石顆粒的NV色心被極化。

根據本公開的實施例，上述微波磁場模塊用于向上述極化腔發射上述微波信號和用于控制上述極化腔的上述磁場強度，使上述NV色心的極化度通過交叉弛豫過程轉移到上述¹³C核中，并使上述¹³C核的極化度在單位超極化時間內達到預設值。