[发明专利]核磁共振频谱分析的探测增强中的极化转移的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及以用于评估人体内的代谢化合物的体内磁共振(MRS)频谱分析(spectroscopy)的名义应用在放射诊断学中的核磁共振(NMR)频谱分析。更具体地，本发明涉及对磁共振实验的改进以及还涉及用于执行这些实验的装置，以便在核之间转移极化，目标是增强磁共振对化合物的检测灵敏度、或使得能够基于分子碎片与特定同位素(isotope)的耦合来实现对分子碎片的频谱编辑。

背景技术

诸如磁共振成像(MRI)的磁共振频谱分析(MRS)是基于核磁共振效应的，核磁共振效应于1946被发现并在最开始被用于核的磁特性检验。后来发现核的共振信号也受其化学环境的影响，而且这种所谓的化学移动(shift)可以用于辨别化学物质。这种检验被建立为所谓的体外的“高分辨率NMR”。这种高分辨率NMR在用于分析复杂大分子的结构的物理、化学、生物化学、以及制药研究和开发中得到应用。

在上世纪七十年代末新发现核共振信号可以用于活生物体的非侵入成像，其代表了迄今为止医学中最重要的放射检验方法之一。

然而，并没有忽视磁共振成像还包含可以分别用于分析生物化学反应、体内的新陈代谢的化学信息。这种具有关于活生物体或关于活器官的空间分辩率的NMR频谱分析称为“体内频谱分析”或者也称为“临床核磁共振频谱分析(MRS)”，分别与试管中的“高分辨率NMR”(通常在实验室中完成)、纯粹的磁共振成像(MRI)形成对比。

下面，将解释核磁共振的物理基础：

在MRS以及MRI中，要检验的对象(患者或器官)被暴露在恒定强磁场下。从而，所述对象中的原子在之前随机取向的核自旋自己排列对齐，构成离散的能级。高射频波可以引起在这些能级之间的跃迁。如果例如高频脉冲赋能于所述能级的稳定的态粒子数(state population)，则在所述高频场切断后可以获得感应信号。由于施加由所谓梯度线圈启动的非均匀磁场，可以选择性地激发要研究的所述对象，并可以将所述信号进行空间编码。

在MRS中数据采样通常在所谓时间域中实现，在所谓k空间(同义词：频率空间)中进行MRI数据的采样。频率域中的MR频谱、所谓成像空间中的MRI图像分别通过傅立叶变换与所述采样数据相关联。对象中的体积激发(volume excitation)在该对象中通过片(slice)选择性的高频脉冲(即，同时施加梯度脉冲)来实现。例如对于长方体的激发，在MRS中施加三个正交方向上的三个片选择高频脉冲。通常，这些是三个正弦形、高斯形、或双曲线形的RF脉冲，其与矩形或梯形梯度脉冲同时照射到要检验的对象中。所述RF脉冲的照射必须由RF天线实现。

通过所述脉冲的组合，将特定核共振频率范围内的频率波谱照射到要检验的物体的明确定义的长方体形区域中。该选择范围(所关心的体积，VOI)内的核分别各自以电磁响应信号(电动势EMF)在它们的部分上做出反应，所述信号由所述RF天线的特定接收条件分别以总和信号(自由感应衰减信号FID信号)、(半)自旋回波信号的形式被检测。此模拟信号(FID或回波)由ADC(模数转换器)的开关采样，分别数字化、傅立叶变换并保存在计算装置上，从而可将所谓的“频谱”显示在可视化装置(监视器)上。测得的信号(FID或回波信号)的两个分量刻画所述核磁化矢量的所述振动行为在固定参考框架的x-y平面(实验室坐标系)内的投影。

所述信号的时间衰减由T₂-加权横向弛豫确定。所述横向弛豫导致与时间有关的横向磁化(time-dependent transversal magnetisation)的消失，然而T₂-时间，更具体地，T₂^*-时间确定所述FID或回波信号的衰减，其中T₂^*-时间根据公式