專利名稱：具有樣本傳輸系統(tǒng)的動態(tài)核極化設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動態(tài)核極化設(shè)備、一種用于動態(tài)核極化設(shè)備的樣本載體、一種通過磁共振成像采集對象磁共振圖像的方法以及一種計算機程序產(chǎn)品。當前，利用磁場與核自旋之間的交互作用以便形成二維或三維圖像的成像MR (磁共振)方法被廣泛使用，尤其是在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域中，因為對于軟組織成像而言，它們在很多方面優(yōu)于其他成像方法，因為它們不需要致電離輻射，并且通常不是侵入性的。根據(jù)一般的MR方法，將待檢查患者的身體布置在強的均勻磁場中，磁場的方向同時定義測量所依據(jù)的坐標系的軸(通常為z軸)。磁場根據(jù)磁場強度針對個體核自旋產(chǎn)生不同的能級，能夠通過施加具有定義頻率(所謂的拉莫爾頻率或MR頻率)的交變電磁場(RF場)來激勵個體核自旋(自旋共振)。從宏觀角度講，個體核自旋的分布產(chǎn)生總體磁化，通過 施加適當頻率的電磁脈沖(RF脈沖)能夠使總體磁化偏離平衡狀態(tài)，同時磁場垂直于z軸(也稱為縱軸)延伸，使得磁化繞z軸進行進動。進動運動描繪出錐形表面，錐形的孔徑角被稱為翻轉(zhuǎn)角。翻轉(zhuǎn)角的大小取決于所施加電磁脈沖的強度和持續(xù)時間。對于所謂的90°脈沖，自旋從z軸偏斜到橫平面(翻轉(zhuǎn)角90° )。在終止RF脈沖之后，磁化弛豫回到初始平衡狀態(tài)，其中，再次以第一時間常數(shù)Tl(自旋點陣或縱向弛豫時間)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時間常數(shù)T2 (自旋-自旋或橫弛豫時間)弛豫。可以利用接收RF線圈探測磁化的變化，在MR裝置的檢查體積之內(nèi)布置并取向所述接收RF線圈，從而在垂直于z軸的方向上測量磁化的變化。例如,在施加90°脈沖之后，橫向磁化的衰減伴隨著(由局部磁場不均勻性誘發(fā)的)核自旋從具有相同相位的有序狀態(tài)到所有相角均勻分布的狀態(tài)(失相)的過渡?？梢岳弥匦戮劢姑}沖(例如180°脈沖)補償失相。這樣在接收線圈中產(chǎn)生回波信號(自旋回波)。為了在身體中實現(xiàn)空間分辨率，在均勻磁場上疊加沿三個主軸延伸的線性磁場梯度，導(dǎo)致自旋共振頻率的線性空間相關(guān)性。那么在接收線圈中拾取的信號包含可能與身體中的不同位置相關(guān)聯(lián)的不同頻率分量。經(jīng)由接收線圈獲得的信號數(shù)據(jù)對應(yīng)于空間頻率域，并且被稱為k空間數(shù)據(jù)。k空間數(shù)據(jù)通常包括利用不同相位編碼采集的多條線。通過收集若干樣本對每條線進行數(shù)字化。利用傅里葉變換將一組k空間數(shù)據(jù)變換成MR圖像。常規(guī)磁共振成像以及還有核磁共振譜分析法由于被研究材料中包括的核自旋極化低，常常靈敏度不足。因此，常常不使用例如13C和15N MRI，因為這些同位素的自然發(fā)生率低，并且因此靈敏度低。MRI中的超極化提供了一種技術(shù)，其克服了期望核自旋靈敏度低的問題，能夠利用穩(wěn)定同位素前體進行生物標志物的實時新陳代謝分布分析和檢測并進行定量活體內(nèi)成像。利用超極化過程，如DNP (動態(tài)核極化)、PHIP (異構(gòu)氫誘發(fā)的極化)等可以將例如13C原子核的極化程度提高到接近一(unity)。這顯著改善了這些核素的圖像中的信噪比(SNR)0尤其是在活體內(nèi)對超極化化合物進行成像時，時間是非常關(guān)鍵的因素，因為一旦化合物發(fā)熱，超極化通常會迅速消失，從相應(yīng)的極化器傳遞到待成像和施予的對象。利用例如DNP產(chǎn)生超極化凝固樣本的過程更加耗時，并且每次極化運轉(zhuǎn)僅產(chǎn)生少量的能使用的試齊U。與例如超極化13C試劑在室溫下60秒的短Tl時間相比，必須要事先用微波或光長時間輻照試劑，通常輻照大約為數(shù)十分鐘。
背景技術(shù)：
US 2009/0051361A1確實公開了一種用于在DNP設(shè)備中使用的冷卻劑子組件。在工作中，將樣本放入相應(yīng)的樣本保持架中，將其冷卻到非常低的溫度并隨后用微波照射，以實現(xiàn)更高的極化。之后，樣本被熔化并從裝置推送到NMR工作區(qū)中，在此能夠執(zhí)行NMR過程。然而，這僅允許一次提供一個超極化樣本，因此應(yīng)用超極化樣本的MR測量要花大量時間
發(fā)明內(nèi)容

從上文容易認識到，需要一種經(jīng)改進的動態(tài)核極化設(shè)備。因此本發(fā)明的目的是能夠以快速并且可靠的方式利用超極化造影劑實現(xiàn)MR成像，以便在短時間內(nèi)以高質(zhì)量獲得MR數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明，公開了一種用于連續(xù)提供超極化樣本的動態(tài)核極化設(shè)備，所述超極化樣本具有動態(tài)核極化的核自旋。該設(shè)備包括極化區(qū)域，其用于使核自旋極化，獲得超極化樣本。該設(shè)備還包括致冷器，其用于冷卻極化區(qū)域中的樣本的；磁體，其用于向所述極化區(qū)域中的經(jīng)冷卻的樣本提供磁場；輻射源，其用于和磁場的提供同時地向所述極化區(qū)域提供核極化輻射，用于接收所述超極化樣本；以及樣本傳輸系統(tǒng)，其用于連續(xù)接收未極化的樣本、向用于核自旋極化的極化區(qū)域提供未極化的樣本以及向例如設(shè)備的相應(yīng)用戶提供所得的超極化樣本。這允許利用對樣本的分批處理，甚至極化樣本的連續(xù)提供來改善超極化過程和臨床工作流程。該系統(tǒng)甚至允許在極化區(qū)域中的不同位置處同時極化不同的核自旋。為此目的，可能必須在多個版本中都存在輻射源，例如提供用于極化的輻射的微波或光學(xué)組件，每個版本為一個極化頻率服務(wù)?；蛘?，設(shè)計組件，使得其能夠饋送具有對應(yīng)頻率的多個樣本?？梢酝ㄟ^適當方式，例如利用微波天線，來分布微波或光學(xué)輻射，使得每次使多個樣本極化(分批模式)。此外，微波波導(dǎo)或通常的輻射波導(dǎo)可以包含多個波導(dǎo)，每個波導(dǎo)向樣本區(qū)域提供不同的頻率。對于光學(xué)輻射而言，例如，可以使用光纖或鏡片將光引導(dǎo)至樣本。這些改善能夠?qū)崿F(xiàn)改進的臨床工作流程，因為可以有成批一或者連續(xù)極化的樣本一消除了相繼成像期之間長的等待時間。根據(jù)本發(fā)明的實施例，傳輸系統(tǒng)包括傳送器，傳送器包括第一載體保持架，用于保持適于接收未極化樣本的樣本載體并傳輸樣本。在當前語境中，術(shù)語“傳送器”被理解為能夠?qū)颖据d體移入和移出極化區(qū)域的任何種類的傳輸線?？梢酝ㄟ^例如簡單的傳送帶實現(xiàn)這一目的。備選地或此外，傳送器可以包括夾緊器，其用于將樣本從一個位置移動到另一位置和/或在傳送帶上定位樣本。在備選實施例中，代替?zhèn)魉蛶В跇O化區(qū)域中希望垂直傳輸樣本時，可以使用鏈斗式的傳輸系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，每個第一載體保持架包括無源共振器，以增強在其樣本位置處的極化輻射。這克服了由于尤其為了每次極化多個樣本的有限的入射微波功率的問題，極化過程可以是持續(xù)很久的過程。通過適當?shù)臒o源共振器局部增強入射場在每個樣本的位置處提供更高的場幅度，從而更容易使超極化所需的超精細躍遷飽和。根據(jù)本發(fā)明的實施例，每個樣本載體包括無源共振器，以增強在其樣本位置處的極化輻射。換言之，在上述實施例中，無源共振器是傳輸系統(tǒng)的一部分，而根據(jù)本實施例，對于每個樣本，都提供包括無源共振器的個體樣本載體。因此，每個樣本都具有充當微波場增強器的個體共振器結(jié)構(gòu)。在這里，經(jīng)由電感或電容耦合，例如帶狀線耦合，實現(xiàn)來自輻射源的輻射耦合。例如，本地共振器可以具有諸如螺旋、對數(shù)周期、方形螺旋甚至偶 極子陣列的共振結(jié)構(gòu)，或者可以包括AMC (人工磁導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)。所述共振器可以包括電介質(zhì)，所述電介質(zhì)承載金屬導(dǎo)體，所述金屬導(dǎo)體形成所述無源共振器。這種載體的范例可以是類似于承載蝕刻導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的印刷電路板(PCB)的載體，例如由金屬導(dǎo)體形成的個體共振器的陣列。因此，可以為輕質(zhì)共振器結(jié)構(gòu)提供低熱容量，其顯著減少了去除或更換樣本期間氦或任何冷卻介質(zhì)的損失。熱容量低的材料，例如銀或金，能夠顯著減少冷卻劑(例如氦)的消耗，并從而提供了一種廉價并且可靠的自動且連續(xù)產(chǎn)生樣本的方法。甚至可以將這種作為樣本載體的本地無源共振器設(shè)計為一次性的，在樣本載體保持的樣本是超極化造影劑的情況下，這可能是重要的方面，超極化造影劑被應(yīng)用于活有機體，并且為此必須確保載體處不存在細菌污染。一次性載體克服了細菌污染這一問題，因為無須再次重復(fù)使用載體，從而有前次使用時污染載體的細菌或病毒可能接觸新樣本的風(fēng)險。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，該設(shè)備還包括用于存儲所述超極化樣本的樣本存儲區(qū)域，其中，所述致冷器還適于冷卻所述樣本存儲區(qū)域中的樣本，其中，所述磁體還適于向所述樣本存儲區(qū)域提供磁場，并且其中，所述樣本傳輸系統(tǒng)還適于從所述極化區(qū)域向所述樣本存儲區(qū)域傳輸所述超極化樣本，所述樣本存儲區(qū)域用于存儲處于極化狀態(tài)的樣本并根據(jù)需要逐個提供所得的超極化樣本。這具有如下優(yōu)點，一方面，連續(xù)產(chǎn)生了超極化樣本。另一方面，在對這樣的樣本的需求不連續(xù)時，不必在外部存儲系統(tǒng)中通過大量工作存儲樣本，甚至可以丟棄它們，但必須要在設(shè)備的樣本存儲區(qū)域中自動存儲樣本。在需要超極化樣本的情況下，傳輸系統(tǒng)將根據(jù)需要逐個提供一個超極化樣本?？梢酝ㄟ^額外使用監(jiān)測部件來擴展這一構(gòu)思，監(jiān)測部件監(jiān)測樣本存儲區(qū)域中已存在樣本的時間。在超過預(yù)定義時限的情況下，監(jiān)測系統(tǒng)將通知傳輸系統(tǒng)將這一劣化的樣本傳輸回極化區(qū)域，使得該樣本能夠再次經(jīng)歷超極化過程。之后可以在設(shè)備的樣本存儲區(qū)域中再次存儲“刷新”的超極化樣本。除了使用預(yù)定義時限作為重新極化樣本的僅有決策項之外，還可以主動為樣本標記其剛離開極化區(qū)域時的實際極化狀態(tài)。可以使用RFID技術(shù)標記和讀取數(shù)據(jù)。在存儲區(qū)域中放置NMR波譜儀就位之后，可以不時地檢查剩余極化的程度，以便決定是否進行重新極化。根據(jù)本發(fā)明的實施例，樣本存儲區(qū)域包括傳送器環(huán)路，其中，所述傳送器環(huán)路包括用于保持所述樣本載體的第二載體保持架。換言之，并非提供具有用于超極化樣本的固定?？课恢玫臉颖敬鎯^(qū)域，而是提供連續(xù)工作的傳送器環(huán)路，其包括不同的第二載體保持架，用于接收和保持包括超極化樣本的樣本載體。傳輸系統(tǒng)再次可以包括夾緊器，其自動向空的第二載體保持架上或其中定位并由此停放具有其樣本載體的超極化樣本。在需要樣本的情況下，夾緊器可以從所述保持架去除包括樣本的樣本載體，使得騰空保持架，并再次準備好接收極化區(qū)域的新的超極化樣本。在另一方面中，本發(fā)明涉及一種用于動態(tài)核極化設(shè)備的樣本載體，所述樣本載體適于接收待極化的樣本，其中，所述樣本載體包括無源共振器，以在所述樣本位置處增強由所述設(shè)備用于極化所述樣本的核自旋的極化輻射。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述共振器包括電介質(zhì)，所述電介質(zhì)承載金屬導(dǎo)體，所述金屬導(dǎo)體形成所述無源共振器。根據(jù)本發(fā)明的實施例，無源共振器由金屬導(dǎo)體形成的個體共振器的陣列，例如由偶極子陣列形成。在另一方面中，本發(fā)明涉及一種通過磁共振成像采集對象的磁共振圖像的方法， 其中，所述方法包括向所述對象施加超極化造影劑的一系列子團劑(bolus)，在每個子團劑施加之后采集所述對象的部分磁共振圖像，以及組合所述部分圖像以獲得所述對象的最終磁共振圖像。換言之，作為在單團劑中施加超極化物質(zhì)的備選，使用分數(shù)或多團劑施加。通過這種方式，可以實現(xiàn)藥劑的幾乎連續(xù)注射或灌注。這樣使得感興趣區(qū)域中要監(jiān)測的代謝物峰值濃度平坦。通過這種方式，可以延長例如實際的活體內(nèi)觀測時間窗口。用多團劑替換單團劑不會導(dǎo)致時間分辨率損失，因為由于Tl弛豫，基底消化生成的代謝物信號會逐漸衰弱?？梢詫崿F(xiàn)的主要益處是利用高空間分辨率成像(可以是光譜成像)，監(jiān)測代謝產(chǎn)物，實現(xiàn)了空間分辨率的增大。此外，通過分數(shù)化基本施加，也能夠提高時間分辨率。假設(shè)待成像的對象中的代謝過程不隨時間變化并且可再現(xiàn)，可以重復(fù)團劑施加，改變團劑和MR信號采集之間的延遲(矩形函數(shù)積分器模式)。通過這種方式，可以通過重復(fù)這些試驗中的一對來提高時間分辨率。因此，使用分數(shù)化或多團劑施加允許以高的時間和空間分辨率執(zhí)行超極化MRI或MRS。此外，分數(shù)或重復(fù)團劑注射允許獲得更多信息。例如，在個體子團劑施加期間，能夠改變被研究對象的試驗條件。在本發(fā)明的實施例中，所述對象為有機體，使得所述方法還包括在每次子團劑施加之后誘發(fā)有機體的新陳代謝狀態(tài)的變化。例如，能夠在靜息和應(yīng)力模式之間切換，后者例如由鍛煉或藥理學(xué)應(yīng)力(血管擴張)引入，以研究這些變化的條件下的新陳代謝應(yīng)答。這能夠給出關(guān)于組織生存性相關(guān)的有價值信息，尤其是在心臟應(yīng)用、組織響應(yīng)等中。可以改變其他試驗范例,例如,通過修改呼吸空氣(atmosphere)改變?nèi)止┭?獲得例如用于腫瘤識別或特征鑒定的額外信息。可以利用進入消化鏈等中的不同藥劑、酶、未超極化的代謝物，在超極化子團劑的個體施加之間影響組織響應(yīng)。通過這種方式，活體內(nèi)系統(tǒng)的接收性探測可以提供用于診斷、治療分級以及一般組織特征鑒定的響應(yīng)的信息。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，該方法還包括連續(xù)提供超極化造影劑的個體劑量，其中，所述方法包括在動態(tài)核極化設(shè)備的致冷器中接收未極化的造影劑樣本，所述致冷器用于冷卻所述設(shè)備的極化區(qū)域中的樣本。優(yōu)選地，可以將上述設(shè)備用于這一目的。在設(shè)備的致冷器中接收所述未極化的造影劑樣本之后，向設(shè)備的極化區(qū)域中的經(jīng)冷卻的樣本施加磁場，并與提供磁場同時地向極化區(qū)域，即向樣本施加核極化輻射，用于接收超極化樣本。這已經(jīng)在上文中描述。此外，該方法包括提供樣本傳輸系統(tǒng)，其用于連續(xù)接收未極化的樣本、向極化區(qū)域傳輸未極化的樣本進行核自旋極化以及提供所得的超極化樣本作為所述個體劑量的超極化造影劑。這樣能夠向?qū)ο髨?zhí)行幾乎連續(xù)的子團劑施加，因為在回避向?qū)ο笫┘拥幕衔锛訜釙r，超極化的關(guān)鍵時間因素減弱。根據(jù)需要，由于有很多超極化造影劑的子團劑而對開始準備樣本進行超極化、向?qū)ο笫┘幼訄F劑以及執(zhí)行磁共振成像過程之間的定時沒有特殊需求。有了串行極化若干樣本，甚至一次并行極化若干樣本的批處理過程，能夠進行多次注射，這繼而實現(xiàn)了一整套，例如新的樣本施加注射范例。甚至能夠?qū)⑦@一概念擴展到連續(xù)極化和施予。還可能需要一次對多個核子成像，以便對代謝和細胞功能進行更深入觀察。為 此目的，能夠準備極化器，用于同時操縱若干種核素，例如13C和15n。到目前為止，例如，利用DNP極化的樣本形成浸于大約IK溫度的液氦中的冷凍小滴，直到它們在4. 2K的區(qū)域中迅速融化并在液相中被施予。為了節(jié)省氦和成本，可以應(yīng)用閉環(huán)致冷器以實現(xiàn)極化自身以及操作上文稱為“樣本存儲區(qū)域”的中間存儲器。在這種情況下，閉環(huán)致冷器重新凝結(jié)泵浦的氦，從而實現(xiàn)零或至少顯著減少氦的沸騰。在本發(fā)明的另一實施例中，該方法還包括確定在一次性施加團劑時，以期望的空間和譜分辨率采集對象的期望的磁共振圖像所需的造影劑的團劑濃度。此外，選擇個體子團劑的濃度，其中，所述個體子團劑的所述濃度低于所述確定的團劑濃度。上文已經(jīng)論述，這樣使得感興趣區(qū)域中要監(jiān)測的代謝物峰值濃度平坦化，其中，通過這種方式可以加長實際觀測時間窗口?？梢栽诋斍芭R床使用的大多數(shù)MR裝置中有利地執(zhí)行本發(fā)明的方法。為此目的，僅僅需要利用一種計算機程序，通過其控制MR裝置，還優(yōu)選控制上述動態(tài)核極化設(shè)備，使其執(zhí)行本發(fā)明的上述方法步驟。計算機程序可以存在于數(shù)據(jù)載體上或存在于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，以便被下載供安裝在MR裝置和/或動態(tài)核極化設(shè)備的控制單元中。因此，本發(fā)明還涉及一種包括計算機可執(zhí)行指令以執(zhí)行上述方法的計算機程序產(chǎn)品。


附圖披露了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而應(yīng)當理解，附圖僅僅是出于例示的目的，并不作為本發(fā)明的限制定義。在附圖中圖I示出了用于連續(xù)提供超極化樣本的動態(tài)核極化設(shè)備；圖2圖示了還包括夾緊機構(gòu)以移動樣本的DNP設(shè)備；圖3圖不了包括鏈斗式系統(tǒng)的垂直DNP設(shè)備；圖4圖示了樣本的個體共振器，具有與饋送器的電磁耦合；圖5圖示了由獨立微波發(fā)生器饋送的個體樣本的組；圖6圖示了用于共振器結(jié)構(gòu)的不同表面結(jié)構(gòu)；圖7圖示了施加常規(guī)和分數(shù)團劑之間的差異；圖8圖不了團劑施加的方法,改變用于一系列子團劑施加的團劑和MR信號米集之間的延遲；
圖9圖示了重復(fù)團劑之間對象狀態(tài)的變化；圖10圖示了極化器、MR系統(tǒng)和計算機單元之間的交互作用，計算機單元控制在MR數(shù)據(jù)采集過程中向待成像的對象提供超極化樣本。
具體實施例方式圖I示出了用于連續(xù)提供超極化樣本114的動態(tài)核極化設(shè)備116。該設(shè)備包括極化區(qū)域106，用于使要進行超極化的樣本的核自旋極化。為了進行超極化，該系統(tǒng)包括致冷器102，其用于冷卻極化區(qū)域106中的樣本114。此外，提供了輻射源112以向極化區(qū)域106提供核極化輻射，用于接收超極化樣本。在極化器磁體的充分均勻區(qū)域106內(nèi)部，操作傳送帶104。它向微波或光輻照區(qū)域供應(yīng)樣本并將它們移動到專用存儲區(qū)域108。未示出共振器，可以認為它被集成到樣本保持架中或圍繞它們。可以手動控制或利用計算機和相應(yīng)計算機程序產(chǎn)品操作傳送帶和樣本的傳輸?？梢岳秒婒?qū)動或機械驅(qū)動移動傳送帶。 磁體100生成均勻磁場，其中，向極化區(qū)域106以及樣本存儲區(qū)域108均勻地提供磁場。在圖I中所示的實施例中，極化區(qū)域在樣本存儲區(qū)域上方延伸。換言之，在樣本存儲區(qū)域中存儲超極化狀態(tài)下的樣本時，使用與輻照樣本時為了接收超極化樣本而提供給樣本的相同磁場。由此利用極化區(qū)域的一部分以提供核極化輻射，其中，均勻磁場在這個區(qū)域上方延伸到樣本存儲區(qū)域。圖2示出了如何將樣本114放入磁體系統(tǒng)100以及從其中取出的實現(xiàn)方式。同樣使用傳送帶104將樣本傳輸?shù)蕉x的位置，其中，包括夾緊器202的夾緊機構(gòu)200固定就位，用于放置和去除樣本114。這一機構(gòu)200可以具有注入熱液體的可能性，用于溶解樣本，同時保持在高磁場中，即在致冷器之內(nèi)但不浸在液氦中。為了進行連續(xù)超極化，極化器磁體可以定位于致冷器中，允許從兩側(cè)進出。例如，通過第一端口自動引入樣本。可以順序地或以批處理模式執(zhí)行這一操作，批處理模式即可以一次引入一批若干樣本。然后可以將樣本手動或自動放置到致冷器內(nèi)部的傳送帶上，并以確保適當極化的速度移動通過輻照區(qū)域。極化的樣本通過第二端口離開磁體或在磁體之內(nèi)分解。于是，實現(xiàn)了連續(xù)或準連續(xù)的超極化。在當前語境中，必須要指出，“連續(xù)提供”還可以包括超極化樣本的準連續(xù)提供。例如，為了超極化的目的，樣本可以保留在向樣本施加預(yù)定時間的極化輻射的區(qū)域中。在給定的周期時間向第一端口連續(xù)供應(yīng)未極化的樣本，并以相同的周期時間在第二端口連續(xù)接收極化樣本。然而，在實際不需要樣本的情況下，可以調(diào)整包括傳送帶的傳輸系統(tǒng)，以自動向樣本存儲區(qū)域108移動超極化樣本，用于臨時存儲樣本并根據(jù)需要在第二端口上提供它們。圖3示出了采用鏈斗式傳輸系統(tǒng)的實施例。盡管若干樣本114在環(huán)路302中隨系統(tǒng)循環(huán)，并采用一個或若干極化區(qū)域被極化，但有專用存儲環(huán)路300用于存儲部分或完全極化的樣本114，供稍后使用。同樣地，可以使用適當?shù)氖叭『头胖脵C構(gòu)200來加載致冷器并去除樣本。也可以裝備拾取和放置機構(gòu)200以在需要時注入液體并融化樣本。從以上描述顯然可以看出，致冷器優(yōu)選在極化區(qū)域和樣本存儲區(qū)域兩者上方延伸。優(yōu)選地，將單個封閉的致冷器系統(tǒng)用于這一目的，使得致冷器的冷卻空間在極化區(qū)域和樣本存儲區(qū)域上方延伸。圖4圖示了在樣本載體402中承載的樣本114。為了向傳送帶104上固定和附著樣本，傳送帶104可以包括載體保持架406。必須要指出，除了傳送帶104之外，可以使用適于在DNP設(shè)備之內(nèi)傳輸樣本的任何其他類型的傳送器。這可以是，例如，但不限于，包括機械抓爪的機器人臂系統(tǒng)，或者僅僅可以是基于電纜的系統(tǒng)，其中，通過連接到驅(qū)動系統(tǒng)的線纜互連個體載體保持架，驅(qū)動系統(tǒng)拉動線纜，從而移動載體保持架。為了向樣本有效率地提供像微波或光學(xué)輻射的輻射，優(yōu)選樣本114位于共振器中，共振器充當微波場(即輻射)增強器。為此目的，相應(yīng)的共振器可以是載體保持架的一部分或樣本載體的一部分。在圖4中所示的實施例中，共振器包括在樣本載體402上，作為共振器結(jié)構(gòu)400。因此，每個樣本都具有其自己的無源共振器。個體樣本的本地共振器與天線112的入射輻射微波場耦合。可以經(jīng)由電感或電容耦合將微波場饋送給共振器。在圖5中 詳細示出了這種情況。在圖5中，由獨立的微波發(fā)生器饋送在樣本載體中收到的個體樣本114的組。通過帶狀線或波導(dǎo)112向本地共振器饋送微波(或一般為輻射)。帶狀線是橫向電磁傳輸線介質(zhì)。由于每個樣本包括其自己的無源共振器，所以每個個體樣本存在的電磁場是分別由每個共振器提供的場。作為共振結(jié)構(gòu)400，實際實現(xiàn)有各種可能性。如圖6a中所示，可以使用偶極子陣列，其優(yōu)點是容易制造，例如通過印刷電路板制造技術(shù)制造。在樣本載體的材料是印刷電路板材料時，可以通過標準蝕刻技術(shù)在樣本載體外表面或內(nèi)表面上制造偶極子陣列600。因此，可以通過便宜而快速的方式制造這種結(jié)構(gòu)，從而能夠提供一次性樣本載體。除了利用實現(xiàn)為短導(dǎo)線的個體偶極子提供偶極子陣列之外，也可以向圖6a中所示的結(jié)構(gòu)提供倒轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。即可以提供金屬化表面，其中，該表面包括凹陷。這還獲得了偶極子陣列。除了為樣本載體使用印刷電路板材料外，可以使用熱容量低且是低損耗電介質(zhì)的任何種類的材料。作為用于在低損耗電介質(zhì)上生成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體材料，應(yīng)當使用熱容量低的高度導(dǎo)電金屬。范例例如是銀或金。由于在樣本載體上提供共振結(jié)構(gòu)僅需要極少量的金屬材料，所以樣本載體的總熱容量被最小化，從而使移動樣本到致冷器時的相應(yīng)冷卻劑消耗最小化。此外，由于共振器充當場增強器，也可以減少入射的微波功率。圖6b示出了另一共振器結(jié)構(gòu)，其中，這種結(jié)構(gòu)包括半環(huán)路602。然而，必須要指出，可以使用耦合到入射電磁場的任何種類的共振結(jié)構(gòu)以局部增強電磁場，諸如，但不限于，螺旋、對數(shù)周期、正方形螺旋或任何種類的陣列。如上文詳細所述，上述部件，即樣本載體和DNP設(shè)備提供了如下可能實現(xiàn)超極化樣本的連續(xù)或準連續(xù)提供，超極化樣本例如是造影劑，從而能夠通過連續(xù)或準連續(xù)地提供“新鮮”超極化造影劑供施予顯著改善相應(yīng)的臨床工作流程。將參考圖7論述這種臨床作業(yè)流程改善的一個范例。在圖7a中，示出了現(xiàn)有技術(shù)的超極化樣本，例如超極化造影劑的團劑應(yīng)用。如果向有機體的血流施加超極化藥劑，將初始團劑700與血液動力響應(yīng)函數(shù)(右)702卷積。相反，如圖7b中所示，由于分數(shù)團劑應(yīng)用704，即應(yīng)用超極化造影劑的一系列子團劑704，所以增大了感興趣區(qū)域的血液動力響應(yīng)函數(shù) 708。向有機體施加超極化造影劑一系列子團劑的適合性范例如下應(yīng)當執(zhí)行整體或非常大視場的應(yīng)用以進行全身腫瘤檢測和/或特征鑒定。然而，在期望的視場(FOV)大于掃描機均勻性體積的情況下，必須要執(zhí)行多站超極化MR成像。為此目的，在不同掃描段中執(zhí)行多站磁共振成像的MR數(shù)據(jù)采集，同時對于給定的掃描段臺子靜止。一旦針對一部分執(zhí)行了數(shù)據(jù)采集，就可以將臺子移動到下一部分，掃描身體的不同部分。利用上述方法，可以向感興趣區(qū)域連續(xù)或準連續(xù)地施加造影劑的分數(shù)化超極化子團劑，從而最終能夠通過組合個體部分的部分圖像來接收對象的質(zhì)量空前高的最終磁共振圖像。圖8中示出了施加超極化造影劑一系列子團劑的另一范例。在圖8中，研究組織代謝的小變化或?qū)ν獠坑|發(fā)的反應(yīng)。作為外部刺激，可以選擇富氧和非富氧空氣之間的重復(fù)變化。可以反復(fù)在開/關(guān)模式之間切換時執(zhí)行這一操作，大致為10-100次。與這種樣式同步，執(zhí)行超極化MR，可以對其進行心臟選通，之前施加小而明確的團劑，即子團劑704，允 許進行對應(yīng)的MR試驗。在一對重復(fù)試驗中，相對于團劑的時間延遲MR數(shù)據(jù)采集800的定時。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)高的時間分辨率，也稱為矩形波串積分器方式。在試驗之后，對重建的時間系列執(zhí)行額外的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析步驟。該分析基本由MR數(shù)據(jù)逐個體素和/或逐個頻譜的刺激樣式相關(guān)構(gòu)成。這種測量方法能夠識別非常細微的信號變化。必須要指出，對于論述的方法，也可以保持MR數(shù)據(jù)采集800的定時相對于子團劑應(yīng)用的定時固定。圖9中示出了如何得益于連續(xù)或準連續(xù)提供或按需提供超極化樣本的另一范例。為了更詳細地表征特定腫瘤，可以使用MRI來監(jiān)測13C超極化的丙酮酸鹽。為此目的，使用快速13C譜成像。為了獲得更多信息，可以應(yīng)用分數(shù)團劑注射704，同時改變被研究對象的條件，如附圖標記900所示。在丙酮酸鹽第一團劑和對應(yīng)的成像之后，向身體內(nèi)施予特殊藥劑或酶，通過適當?shù)淖⑸浠驅(qū)Ч芤苑浅＞植康南到y(tǒng)方式施予。已知這種酶或藥劑在非常特定的腫瘤細胞中妨礙特定代謝途徑。在長到第一團劑足以達到細胞但短到足以避免潛在的酶沖出的時間之后，施加丙酮酸鹽的第二團劑704，繼之以對應(yīng)的13C成像800。基于每次提供團劑之后通過數(shù)據(jù)采集800采集的相應(yīng)MR圖像的分析，能夠精確地識別腫瘤的階段。如圖10中進一步示出的，可以通過運行相應(yīng)計算機程序的對應(yīng)計算機1000監(jiān)督利用DNP設(shè)備116的整個樣本生成過程、超極化材料的量和向?qū)ο?004 (例如患者)施予的相應(yīng)時間，包括對生理機能的選通和觸發(fā)。所述計算機1000可以控制MRI系統(tǒng)1002以及DNP設(shè)備100。如上所述，DNP設(shè)備可以優(yōu)選包括傳輸系統(tǒng)以及樣本存儲區(qū)域108，用于存儲超極化樣本并按需要提供樣本。
權(quán)利要求
1.一種用于連續(xù)或成批提供超極化樣本(114)的動態(tài)核極化設(shè)備(116)，所述超極化樣本具有動態(tài)核極化的核自旋，所述設(shè)備(116)包括極化區(qū)域(106)，其用于使所述核自旋極化，獲得所述超極化樣本，其中，所述設(shè)備(116)還包括 -致冷器(102)，其用于冷卻所述極化區(qū)域(106)中的所述樣本(114)， -磁體(100)，其用于向所述極化區(qū)域(106)中的經(jīng)冷卻的樣本提供磁場， -輻射源(112)，其用于和所述磁場的提供同時地向所述極化區(qū)域(106)提供核極化輻射，用于接收所述超極化樣本， -所述磁場之內(nèi)的，尤其是所述磁體(100)的均勻場區(qū)域(106)之內(nèi)的樣本傳輸系統(tǒng)(104)，其用于連續(xù)接收未極化的樣本(114)、將所述未極化的樣本傳輸至所述極化區(qū)域(106)以進行核自旋極化以及提供所得的超極化樣本(114)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備(116)，其中，所述傳輸系統(tǒng)包括傳送器(104)，所述傳送器包括第一載體保持架(406)，用于保持適于接收所述樣本(114)的樣本載體(402)并傳輸所述樣本。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備(116)，其中，每個第一載體保持架(406)包括無源共振器，以增強在其樣本位置處的所述極化輻射。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備(116)，其中，每個樣本載體(402)包括無源共振器(400)，以增強在其樣本位置處的所述極化輻射。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備(116)，還包括用于存儲所述超極化樣本的樣本存儲區(qū)域(108)，其中，所述致冷器(102)還適于冷卻所述樣本存儲區(qū)域(108)中的所述樣本，其中，所述磁體(100)還適于向所述樣本存儲區(qū)域(108)提供所述磁場，并且其中，所述樣本傳輸系統(tǒng)(104)還適于將所述超極化樣本從所述極化區(qū)域(106)傳輸至所述樣本存儲區(qū)域(108)，所述樣本存儲區(qū)域用于存儲處于極化狀態(tài)的所述樣本并根據(jù)需要逐個提供所得的超極化樣本。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備(116)，其中，所述樣本存儲區(qū)域(108)包括傳送器環(huán)路(300),所述傳送器環(huán)路包括用于保持所述樣本載體的第二載體保持架。
7.一種用于動態(tài)核極化設(shè)備(116)的樣本載體(402),所述樣本載體適于接收待極化的樣本(114)，其中，所述樣本載體包括無源共振器(400)，以在所述樣本位置處增強由所述設(shè)備(116 )用于極化所述樣本的核自旋的極化輻射。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的載體，其中，所述共振器(400)包括電介質(zhì)，所述電介質(zhì)承載金屬導(dǎo)體，所述金屬導(dǎo)體形成所述無源共振器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的載體，其中，所述無源共振器(400)是由所述金屬導(dǎo)體形成的個體共振器的陣列(600、602)形成的。
10.一種通過磁共振成像采集對象(1004)的磁共振圖像的方法，所述方法包括 -向所述對象施加超極化造影劑的一系列子團劑， -在每次子團劑施加之后采集所述對象的部分磁共振圖像， -組合所述部分圖像以獲得所述對象的最終磁共振圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括 -確定在一次性施加所述團劑時，以期望的空間和譜分辨率采集對象的期望的磁共振圖像所需的所述造影劑的團劑濃度，-選擇個體子團劑的濃度，其中，所述個體子團劑的所述濃度低于所述確定的團劑濃度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括連續(xù)提供所述超極化造影劑的個體劑量，所述方法包括 -在動態(tài)核極化設(shè)備(116)的致冷器(102)中接收未極化的造影劑樣本(114)，所述致冷器用于冷卻所述設(shè)備(116)的極化區(qū)域(106)中的所述樣本， -向所述極化區(qū)域(106)中的經(jīng)冷卻的樣本提供磁場， -和所述磁場的提供同時地向所述極化區(qū)域提供核極化輻射，用于接收超極化樣本(114)， 其中，樣本傳輸系統(tǒng)(104)在所述磁場之內(nèi)，尤其是在所述磁體(100)的均勻場區(qū)域(106)之內(nèi)用于連續(xù)接收未極化的樣本、將所述未極化的樣本傳輸至所述極化區(qū)域(106)以進行核自旋極化以及提供所得的超極化樣本作為所述超極化造影劑的所述個體劑量。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述對象(1004)為有機體，其中，所述方法還包括在每次子團劑施加之后誘發(fā)所述有機體的新陳代謝狀態(tài)的變化。
14.一種計算機程序產(chǎn)品，其包括用以執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求10到13中的任一項所述的方法步驟的計算機可執(zhí)行指令。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于連續(xù)提供超極化樣本(114)的動態(tài)核極化設(shè)備(116)，所述超極化樣本具有動態(tài)核極化的核自旋，所述設(shè)備(116)包括極化區(qū)域(106)，用于使所述核自旋極化，獲得所述超極化樣本，其中，所述設(shè)備(116)還包括致冷器(102)，其用于冷卻所述極化區(qū)域(106)中的樣本(114)；磁體(100)，其用于向所述極化區(qū)域(106)中的經(jīng)冷卻的樣本提供磁場；輻射源(112)，其用于和磁場的提供同時向所述極化區(qū)域(106)提供核極化輻射，用于接收所述超極化樣本；樣本傳輸系統(tǒng)(104)，其用于連續(xù)接收未極化的樣本(114)、向極化區(qū)域(106)提供未極化的樣本以進行核自旋極化以及提供所得的超極化樣本(114)。
文檔編號G01R33/62GK102782516SQ201080064915
公開日2012年11月14日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者B·戴維, C·洛斯勒, D·維爾茨, H·埃格斯, J·A·奧弗韋格, J·庫普, P·博爾納特, R·埃卡特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司