[发明专利]具有样本传输系统的动态核极化设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种动态核极化设备、一种用于动态核极化设备的样本载体、一种通过磁共振成像采集对象磁共振图像的方法以及一种计算机程序产品。

当前，利用磁场与核自旋之间的交互作用以便形成二维或三维图像的成像MR（磁共振）方法被广泛使用，尤其是在医学诊断领域中，因为对于软组织成像而言，它们在很多方面优于其他成像方法，因为它们不需要致电离辐射，并且通常不是侵入性的。

根据一般的MR方法，将待检查患者的身体布置在强的均匀磁场中，磁场的方向同时定义测量所依据的坐标系的轴（通常为z轴）。磁场根据磁场强度针对个体核自旋产生不同的能级，能够通过施加具有定义频率（所谓的拉莫尔频率或MR频率）的交变电磁场（RF场）来激励个体核自旋（自旋共振）。从宏观角度讲，个体核自旋的分布产生总体磁化，通过施加适当频率的电磁脉冲（RF脉冲）能够使总体磁化偏离平衡状态，同时磁场垂直于z轴（也称为纵轴）延伸，使得磁化绕z轴进行进动。进动运动描绘出锥形表面，锥形的孔径角被称为翻转角。翻转角的大小取决于所施加电磁脉冲的强度和持续时间。对于所谓的90°脉冲，自旋从z轴偏斜到横平面（翻转角90°）。

在终止RF脉冲之后，磁化弛豫回到初始平衡状态，其中，再次以第一时间常数T1（自旋点阵或纵向弛豫时间）建立沿z方向的磁化，并且垂直于z方向的方向上的磁化以第二时间常数T2（自旋-自旋或横弛豫时间）弛豫。可以利用接收RF线圈探测磁化的变化，在MR装置的检查体积之内布置并取向所述接收RF线圈，从而在垂直于z轴的方向上测量磁化的变化。例如，在施加90°脉冲之后，横向磁化的衰减伴随着（由局部磁场不均匀性诱发的）核自旋从具有相同相位的有序状态到所有相角均匀分布的状态（失相）的过渡。可以利用重新聚焦脉冲（例如180°脉冲）补偿失相。这样在接收线圈中产生回波信号（自旋回波）。

为了在身体中实现空间分辨率，在均匀磁场上叠加沿三个主轴延伸的线性磁场梯度，导致自旋共振频率的线性空间相关性。那么在接收线圈中拾取的信号包含可能与身体中的不同位置相关联的不同频率分量。经由接收线圈获得的信号数据对应于空间频率域，并且被称为k空间数据。k空间数据通常包括利用不同相位编码采集的多条线。通过收集若干样本对每条线进行数字化。利用傅里叶变换将一组k空间数据变换成MR图像。

常规磁共振成像以及还有核磁共振谱分析法由于被研究材料中包括的核自旋极化低，常常灵敏度不足。因此，常常不使用例如¹³C和¹⁵N MRI，因为这些同位素的自然发生率低，并且因此灵敏度低。MRI中的超极化提供了一种技术，其克服了期望核自旋灵敏度低的问题，能够利用稳定同位素前体进行生物标志物的实时新陈代谢分布分析和检测并进行定量活体内成像。

利用超极化过程，如DNP（动态核极化）、PHIP（异构氢诱发的极化）等可以将例如¹³C原子核的极化程度提高到接近一（unity）。这显著改善了这些核素的图像中的信噪比（SNR）。

尤其是在活体内对超极化化合物进行成像时，时间是非常关键的因素，因为一旦化合物发热，超极化通常会迅速消失，从相应的极化器传递到待成像和施予的对象。利用例如DNP产生超极化凝固样本的过程更加耗时，并且每次极化运转仅产生少量的能使用的试剂。与例如超极化¹³C试剂在室温下60秒的短T1时间相比，必须要事先用微波或光长时间辐照试剂，通常辐照大约为数十分钟。

背景技术

US 2009/0051361A1确实公开了一种用于在DNP设备中使用的冷却剂子组件。在工作中，将样本放入相应的样本保持架中，将其冷却到非常低的温度并随后用微波照射，以实现更高的极化。之后，样本被熔化并从装置推送到NMR工作区中，在此能够执行NMR过程。

然而，这仅允许一次提供一个超极化样本，因此应用超极化样本的MR测量要花大量时间。

发明内容

从上文容易认识到，需要一种经改进的动态核极化设备。因此本发明的目的是能够以快速并且可靠的方式利用超极化造影剂实现MR成像，以便在短时间内以高质量获得MR数据。