[发明专利]光超极化核磁共振成像装置及方法

说明书

本公开提供了一种光超极化核磁共振成像装置，包括：存储模块，用于存储金刚石颗粒分散液和缓冲液；运输模块，包括用于连接存储模块和极化模块的前端流管，以及用于连接极化模块和检测模块的后端流管；极化模块，包括：用于产生信号序列的信号发生器、用于产生并向极化腔发射激光的激光激发模块、用于向极化腔发射微波信号并控制极化腔的磁场强度的微波磁场模块，以及极化腔；以及检测模块，用于在利用缓冲液将超极化后的金刚石颗粒分散液传输至成像载体的成像区域中之后，通过磁共振设备生成磁共振图像。此外，本公开还提供了一种光超极化核磁共振成像方法。

技术领域

本公开涉及磁共振成像领域/超极化领域，更具体地，涉及一种光超极化核磁共振成像装置及方法。

背景技术

磁共振成像技术(MRI)是一种重要的临床诊断技术，可以无创、无辐射地对特定功能区域进行成像。磁共振现象只有在自旋非零的同位素核上才能发生，同时该同位素需要有一定的丰度，才能贡献足够的信号。

光超极化后的¹³C的核自旋信号可用于磁共振成像。在现有技术中，GE SPINlab装置使用超极化后的¹³C核实现了实验生物体的超极化-磁共振成像。然而该装置为了实现良好的超极化效果，需要在同时具备高磁场(3T或以上)、高频微波(94GHz@3T)和低温(＜4K)的环境下进行超极化，成本较高且装置体积庞大，并且，超极化液体的制备时间长，液体的注入和取出需要人工干预，带来了较大的不确定性。

因此，在实现本公开的过程中发现，相关技术需要苛刻的超极化环境，鲁棒性较差。

发明内容

有鉴于此，本公开提供了一种光超极化核磁共振成像装置及方法。

本公开的一个方面提供了一种光超极化核磁共振成像装置，包括：存储模块，用于存储金刚石颗粒分散液和缓冲液；运输模块，包括用于连接上述存储模块和极化模块的前端流管，以及用于连接上述极化模块和检测模块的后端流管；上述极化模块，包括：用于产生信号序列的信号发生器、用于产生并向极化腔发射激光的激光激发模块、用于向上述极化腔发射微波信号并控制上述极化腔所处的磁场强度的微波磁场模块，以及上述极化腔；以及上述检测模块，用于在利用缓冲液将超极化后的金刚石颗粒分散液传输至成像载体的成像区域中之后，通过磁共振设备生成磁共振图像。

根据本公开的实施例，上述存储模块包括至少两个贮样瓶，上述至少两个贮样瓶分别用于存储上述金刚石颗粒分散液和上述缓冲液。

根据本公开的实施例，上述金刚石颗粒含有至少为自然丰度的¹³C核。

根据本公开的实施例，上述运输模块还包括：第一输送模块，用于将上述金刚石颗粒分散液输送至上述极化腔中；以及第二输送模块，用于输送上述缓冲液，并通过上述缓冲液的推送控制上述金刚石颗粒分散液的位置。

根据本公开的实施例，上述激光激发模块包括：激光器，用于响应上述信号序列产生上述激光；光纤，连接上述激光器和光纤耦合机构，用于传输上述激光；以及光纤耦合结构，用于固定上述光纤，并将上述激光发射至上述极化腔。

根据本公开的实施例，上述微波磁场模块包括：波源，用于产生微波信号；微波开关，用于接收上述信号序列，并响应上述信号序列进行开启或关闭；微波调制模块，用于调节上述微波信号的波形或者信号强度；外磁场生成模块，用于在上述极化腔区域内产生均匀的直流磁场。

根据本公开的实施例，上述激光激发模块用于向上述极化腔发射上述激光，使上述金刚石颗粒的NV色心被极化。

根据本公开的实施例，上述微波磁场模块用于向上述极化腔发射上述微波信号和用于控制上述极化腔的上述磁场强度，使上述NV色心的极化度通过交叉弛豫过程转移到上述¹³C核中，并使上述¹³C核的极化度在单位超极化时间内达到预设值。