在磁共振成像（ＭＲＩ）中，利用主磁场对受检者体内的选定磁偶极子进行对准以供后续操控，并使用在这种操控后接收的信号生成受检者的图像表示。一个缺点在于，非常强的磁场也只能使场区域中非常小百分比的偶极子对准。被赋予轨道角动量（ＯＡＭ）的电磁辐射沿着辐射的前进方向对准偶极子，但偶极子的百分比高得多；可以对准区域中高达１００％的偶极子。结果，源自该区域的共振信号比使用传统ＭＲＩ技术发出的信号强几个数量级。可以为所有电磁辐射，包括可见光赋予ＯＡＭ并用于对感兴趣区域进行超极化。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及诊断成像领域。本申请尤其适用于对受检者皮肤表面附近或可用探针或导管进入的区域的磁共振成像，并将具体参考这种情况加以描述。不过，要认识到本申请还适用于其他区域或范围、对比度增强的成像、光谱分析，并且不限于上述应用。
技术介绍
常规的磁共振成像(MRI)使用强磁场对准，即极化质子的自旋矢量，尤其是水分子中氢核内部的质子的自旋矢量。系统使用RF激励脉冲将自旋矢量冲击得不再对准，在它们重新对准时，它们产生共振信号，使用共振信号来成像。不过，这种方式仅能够使MRI扫描机极化一小部分水质子；例如，在室温下，1.5特斯拉的磁场将仅极化一百万质子中的大约三个质子。这样的低效率给分辨率、灵敏度和MRI的动态对比度范围带来了限制。MRI得到广泛应用，部分是由于在表征和区分软组织时其对组织成分的化学特性灵敏。其他应用包括小分子和生物分子的流体化学分析(例如，蛋白质-配位体交互作用、蛋白质折叠、蛋白质结构验证和蛋白质结构确定)、固态分析(结构的)、时变系统的动力学等。常规MRI的特征在于，建立高度均匀的静态主磁场(也称为B0磁场)，在对应的窄带共振频率下建立核自旋进动。缺点在于典型的装置需要大磁体、梯度场线圈和射频(RF)线圈，使得系统笨重、复杂和昂贵。存在微型MRI系统，克服了这些缺点中的一些。在一个示例中，导管尖端上的永磁体在导管尖端产生静态磁场。微型MRI系统还具有内置于尖端中的高质量接收线圈，例如Helmholtz微型线圈。这样能够对血管进行局部成像而不需要外部磁体或线圈。梯度线圈便于不用梯度线圈执行傅里叶图像或逐点成像/分析。一些优点是成本低、可接近患者、与现有工具兼容以及分辨率高。缺点包括前面提到的小成像区域以及每百万个质子仅极化几个的问题，但这些问题部分通过接近共振质子而得到平衡。使用圆偏振光的自旋交换光泵浦技术能够将稀有气体偶极子极化增大到接近100％，亦即，在有限的区域内对这些气体超极化。不过，这些方法仅仅表现出适于对低密度稀有气体(例如氙或氦)在受控实验室条件下进行超极化。已经将这种技术用于像肺气道的对比度增强MRI的应用；受检者吸入准备的气体(呼吸已经用超极化的氙替换了一些氮的空气)，然后收集MR数据。现有方法未想到对液体或固体进行超极化，这能够使与血液和生物组织相关联的标准MR成像信号得到增强。本申请提供了克服上述问题和其他问题的新的改进的光学极化设备。
技术实现思路
根据一个方面，提供了一种基于光的超极化设备。光源发射光。相位全息图为所述光赋予轨道角动量。空间滤波器滤除所述光的一部分并允许所述光中具有预定量轨道角动量的一部分通过。至少一个光学元件将通过所述空间滤波器的光引导到要被超极化的感-->兴趣区域。根据另一方面，提供了一种磁共振系统，包括基于光的超极化设备，其通过转移的轨道角动量对选定的偶极子进行极化。RF系统在被极化的偶极子中诱发共振并接收共振信号。根据另一方面，提供了一种表面探头。光输出单元将光引导至穿透患者的组织。基于光的超极化系统为所产生的光赋予轨道角动量。已被赋予轨道角动量的光被释放通过光输出单元，以对患者体内的选定偶极子进行极化。根据另一方面，提供了一种导管。细长部分终止于工作端中，所述工作端配置用于插入患者体内。基于光的超极化系统为所产生的光赋予轨道角动量。已被赋予轨道角动量的光被释放通过光输出单元，以对患者体内的选定偶极子进行极化。根据另一方面，提供了一种共振成像方法。通过转移的轨道角动量对选定偶极子进行极化。在被极化的偶极子中诱发共振。接收共振信号。一个优点是能够在不借助化学造影剂的情况下使用核共振对血液更为有效地成像。另一个优点是改善了对受检者的可接近性。另一个优点在于成本更低。另一个优点在于提高了共振信号强度。另一个优点在于改善了分辨率。一些实施例的另一个优点是取消了大磁场和用于产生大磁场的关联硬件等。在阅读并理解了下述详细说明的情况下，本领域普通技术人员将认识到本专利技术的其他优点。附图说明在下文中将参考附图基于下述实施例通过举例的方式详细说明这些和其他方面，其中：图1是分子与入射光子交互作用的示意图；图2是根据本申请用于产生被赋与轨道角动量的偏振光束的设备的光路图；图3是根据本申请用于为入射光赋与轨道角动量的计算机产生的相位全息图的放大图；图4是在光束通过图3的相位全息图之后其衍射投影；图5示出了重叠在图4的衍射投影上的空间滤波器；图6是根据本申请的磁共振成像装置的示意图；图7是根据本申请承载被赋与轨道角动量的光的导管的剖视图，该导管可以被插入患者体内。在各幅图中采用的对应附图标记表示所述附图中的对应元件。具体实施方式轨道角动量(OAM)是所有携带方位角相位的光的固有属性，与绕其限定OAM的轴的选择无关。在与电子上不同且孤立的系统交互时，例如与自由原子或分子交互时，可以将-->OAM从光转移到该物质。各种实验都曾使用过被赋予OAM的光与物质的交互，例如，光镊子、高吞吐量光通信信道、光加密技术、光冷却(Bose-Einstein凝聚)、光子与OAM的纠缠以及分子量子数与交互光子的OAM的纠缠。因为角动量是守恒量，被吸收光子的OAM完全被转移到交互的分子。结果，受影响的电子状态达到其饱和自旋态，分子关于其自身质心的角动量增大并沿着入射光的传播轴取向，而且分子的磁子进动运动也沿着入射光的传播轴取向。这些效应使得能够通过利用承载自旋和OAM的光辐照液体内部的核子来对其进行超极化。对电磁场的分析表明有电磁能的流动，一个分量沿着光束传播矢量移动，第二个分量绕光束传播轴旋转。第二分量与电势矢量绕光束传播的角度变化成正比。这是有意义的，因为转动能流动正比于1、OAM值，并且转移到光与之交互的分子的转动能随着OAM的值而增大。光承载的自旋和OAM被分子吸收。由于角动量是守恒量，因此在吸收和发射辐射期间系统(辐射和物质二者)的总角动量不变。在光子被原子吸收时，其角动量被转移到原子。则原子的所得角动量等于其初始角动量加上所吸收光子的角动量的矢量和。参考图1，在光子10与分子12交互时，仅电子14的OAM直接耦合用于光跃迁。不过，不同类型的角动量通过各种交互而彼此耦合，所述各种交互允许极化从光子10通过电子轨道14流到核自旋16、电子自旋18和分子旋转20储藏(reservoir)，如图1所示。光子10和分子12之间的交互的幅度正比于光子10的OAM。结果，分子自旋值和取向变化，以沿着光的传播方向对准，并沿着同一方向对准分子核。分子的动量被改变，即通过被赋与自旋和OAM(正比于光的OAM含量)的光在沿着入射光传播轴的方向上对准它们。在一些实施例中，如上所述，申请人用被赋与OAM的电磁辐射补充或替代常规MRI中的B0场的作用。现在参考图2，示出了用于为光赋予OAM的光学元件的示例性布置。要理解，可以为任何电磁辐射赋予OAM，未必仅仅是可见光。所述实施例使用可见光，可见光与感兴趣分子交互作用，并且对活组织没有破坏作用。不过，也预期超过或低于可见光谱的光/辐射。白光源22产生可见白光，将可见白光发送到光束扩展器24。在备选实施例中，如果认真选择，可以使用光源的频率和相干性操纵信号，但这种精确手段不是必需的。光束扩展器包括用于将发射光准直成窄光束进入准直器251、凹面或色散透镜本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于光的超极化设备，包括：用于发射光的光源（２２）；用于为所述光赋予轨道角动量的相位全息图（３０）；用于滤除所述光的一部分并允许所述光中具有预定量轨道角动量的一部分通过的空间滤波器（３６）；以及用于将通过所述空间滤波器的光引导到要被超极化的感兴趣区域的至少一个光学元件（３８，４０）。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-12-20 60/015,2101.一种基于光的超极化设备，包括：用于发射光的光源(22)；用于为所述光赋予轨道角动量的相位全息图(30)；用于滤除所述光的一部分并允许所述光中具有预定量轨道角动量的一部分通过的空间滤波器(36)；以及用于将通过所述空间滤波器的光引导到要被超极化的感兴趣区域的至少一个光学元件(38，40)。2.一种磁共振系统，包括：根据权利要求1所述的基于光的超极化设备，用于通过转移的轨道角动量对选定偶极子进行极化；以及RF系统(46，50，52)，用于在被极化的偶极子中诱发共振并接收共振信号。3.根据权利要求2所述的磁共振系统，还包括：可以插入患者体内的导管(68)，所述导管(68)包括用于从所述基于光的超极化设备向所述导管的工作端传送光的光通道。4.根据权利要求3所述的磁共振系统，还包括：用于将不同偏振的光引入所述导管的所述工作端以对所述共振偶极子进行相位编码的器件。5.根据权利要求3所述的磁共振系统，还包括：用于使所述磁共振系统的检查区域中的所述共振偶极子受到梯度磁场作用的梯度磁体系统(44，48)。6.根据权利要求5所述的磁共振系统，其中，所述梯度磁体系统(44，48)与所述工作端邻近地安装到所述导管(68)。7.根据权利要求2所述的磁共振系统，其中，所述相位全息图(30)实现在空间光调制器中。8.根据权利要求7所述的磁共振系统，其中，所述空间光调制器(30)包括硅基液晶面板。9.根据权利要求2所述的磁共振系统，还包括：用于为...
【专利技术属性】
技术研发人员：DR埃尔戈特，LR阿尔布，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。