不應(yīng)被解釋為對(duì)可以要求保護(hù)的范圍的 限制，而是作為特定示例所特有的特征的說(shuō)明。在本說(shuō)明書(shū)中的分開(kāi)的實(shí)現(xiàn)的上下文中所 說(shuō)明的某些特征也可以進(jìn)行組合。與此相對(duì)，在單個(gè)實(shí)現(xiàn)的上下文中所說(shuō)明的各種特征也 可以在多個(gè)實(shí)施例中分開(kāi)實(shí)現(xiàn)或者以任何合適的子組合的形式實(shí)現(xiàn)。
[0233] 已經(jīng)說(shuō)明了具有若干獨(dú)立的總體概念的示例實(shí)現(xiàn)。在以上所述的一個(gè)總體方面， 向靜磁場(chǎng)中的系綜施加驅(qū)動(dòng)場(chǎng)。該驅(qū)動(dòng)場(chǎng)適用于將自旋系綜的自旋狀態(tài)與腔的一個(gè)或多個(gè) 腔模式耦合。利用自旋狀態(tài)和腔模式之間的耦合來(lái)提高自旋系綜的極化。
[0234] 在上述的另一總體方面，腔與樣本中的自旋系綜耦合。樣本可以保持在熱溫度并 且處于靜磁場(chǎng)中，并且（例如，通過(guò)施加驅(qū)動(dòng)場(chǎng)來(lái)）生成腔和自旋系綜之間的相互作用。該 相互作用比影響樣本的內(nèi)部極化過(guò)程更快地提高自旋系綜的極化。
[0235] 在上述的另一總體方面，熱阻隔件在樣本和腔之間進(jìn)行熱絕緣。腔處于第一溫度， 并且樣本處于不同的第二溫度。樣本包含靜磁場(chǎng)中的自旋系綜。腔和自旋系綜之間生成相 互作用。該相互作用提高自旋系綜的極化。
[0236] 在上述的另一總體方面，磁共振成像（MRI)系統(tǒng)包括用于在靜磁場(chǎng)中與樣本中的 自旋系綜相互作用的腔。樣本是成像對(duì)象。MRI系統(tǒng)包括用于生成腔和自旋系綜之間的相 互作用的共振器，其中該相互作用提高自旋系綜的極化。MRI系統(tǒng)可以從成像對(duì)象中的極化 自旋系綜中獲取磁共振信號(hào)，并且可以基于磁共振信號(hào)來(lái)生成成像對(duì)象的圖像。在一些情 況下，保持?jǐn)z像對(duì)象處于室溫，例如296開(kāi)爾文、300開(kāi)爾文、或者290~310開(kāi)爾文之間的 其它適當(dāng)溫度。
[0237] 在上述總體方面的一些實(shí)現(xiàn)中，利用熱耦合至腔的冷卻系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)腔的溫度，并 且利用樣本溫度控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)樣本的溫度?？梢詫⑶痪S持在冷凍溫度并且將樣本維持在 液態(tài)?？梢跃S持腔低于100開(kāi)爾文，并且可以維持樣本高于273開(kāi)爾文（例如，室溫或其它 溫度）。在一些情況下，熱阻隔件抑制樣本和腔之間的熱相互作用。
[0238] 在上述總體概念的一些實(shí)現(xiàn)中，通過(guò)經(jīng)由自旋狀態(tài)和腔模式之間的耦合而獨(dú)立作 用在自旋系綜的各個(gè)角動(dòng)量子空間上的基于腔的冷卻以及對(duì)角動(dòng)量子空間進(jìn)行混合的混 合處理，來(lái)提高自旋系綜的極化。在一些示例中可以反復(fù)應(yīng)用這些操作。例如可以通過(guò)偶 極子相互作用、橫向（T2)弛豫過(guò)程、施加梯度場(chǎng)或者這些和其它處理的組合來(lái)混合角動(dòng)量 子空間。
[0239] 在上述總體概念的一些實(shí)現(xiàn)中，腔具有低模體積和高品質(zhì)因數(shù)。模體積、品質(zhì)因 數(shù)或者這些和其它腔參數(shù)的組合可以被設(shè)計(jì)為在自旋系綜和腔之間產(chǎn)生使自旋系綜極化 過(guò)程有效"短路"的耦合。在一些示例中，腔具有使
的模體積V和品質(zhì)因數(shù) Q。這里，隊(duì)表示自旋系綜中的自旋數(shù)量，k= (ω。/〇)表示腔的耗散速率，ω。表示腔的共 振頻率，并且g表示腔對(duì)自旋系綜中的個(gè)體自旋的耦合強(qiáng)度。在一些示例中，耗散速率k比
大兩倍以上。在一些實(shí)現(xiàn)中，
1個(gè)數(shù)量級(jí)。在一些實(shí)現(xiàn)中，耗散
大2~3個(gè)數(shù)量級(jí)。在一些實(shí)現(xiàn)中，自旋系綜和腔之間的耦合比熱自旋-晶 格0\)弛豫過(guò)程更快地提高自旋系綜的極化。
[0240] 在上述總體概念的一些實(shí)現(xiàn)中，自旋系綜具有自旋共振頻率（〇s)，并且利用以自 旋共振頻率（cos)發(fā)生共振的共振器來(lái)生成驅(qū)動(dòng)場(chǎng)。驅(qū)動(dòng)場(chǎng)可以是時(shí)間變化（例如，振蕩 或時(shí)間變化）的磁場(chǎng)。在一些情況下，自旋系綜是核自旋系綜，并且驅(qū)動(dòng)場(chǎng)是射頻場(chǎng)。在一 些情況下，自旋系綜是電子自旋系綜，并且驅(qū)動(dòng)場(chǎng)是微波頻率場(chǎng)。
[0241] 在上述總體概念的一些實(shí)現(xiàn)中，腔模式與腔共振頻率（ω。）相對(duì)應(yīng)，并且腔共振頻 率（ω。）相對(duì)于自旋共振頻率（cos)失諧δω=cos-co。的量。驅(qū)動(dòng)場(chǎng)可以具有以拉比頻 率（Ωκ)來(lái)生成拉比振蕩的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)強(qiáng)度。在一些情況下，失諧δω大致等于Ωκ。例如，差 Δ=δω-Ωκ與失諧δω相比可能較小。在一些示例中，差Δ小于失諧δω的一半。在 一些示例中，差Λ比失諧δω小1個(gè)數(shù)量級(jí)。在一些示例中，差Δ比失諧δω小2或3 個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0242]在上述總體概念的一些實(shí)現(xiàn)中，腔和自旋系綜之間的相互作用以與腔的參數(shù)相關(guān) 的極化速率來(lái)提高自旋系綜的極化。在一些示例中，極化率可以由于諸如品質(zhì)因數(shù)的值、模 體積的值、耗散速率的值或其它屬性等的腔的電磁屬性而更高或更低。
[0243] 在上述總體概念的一些實(shí)現(xiàn)中，利用主磁系統(tǒng)向自旋系綜施加靜磁場(chǎng)，并且靜磁 場(chǎng)在整個(gè)自旋系綜中是大致均勻的。驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的取向可以與靜磁場(chǎng)垂直。例如，靜磁場(chǎng)可以 沿z軸取向，并且驅(qū)動(dòng)場(chǎng)可以在（與z軸垂直的）xy平面中取向。
[0244] 在上述總體概念的一些實(shí)現(xiàn)中，驅(qū)動(dòng)場(chǎng)由共振器生成。在一些情況下，共振器和腔 形成為共通結(jié)構(gòu)或子系統(tǒng)。例如，共振器和腔可以集成在共通的多模共振器結(jié)構(gòu)中。在一 些情況下，共振器和腔形成為兩個(gè)以上的單獨(dú)結(jié)構(gòu)。例如，共振器可以是具有第一共振頻率 的線圈結(jié)構(gòu)，并且腔可以是具有不同的第二共振頻率的不同的腔結(jié)構(gòu)。共振器、腔或兩者可 以包括超導(dǎo)材料和其它材料。
[0245] 在上述總體概念的一些實(shí)現(xiàn)中，自旋系綜和腔之間的耦合改變自旋系綜的狀態(tài)。 例如，親合可以將自旋系綜從初始（混合）狀態(tài)映射至相比初始狀態(tài)具有更尚極化的后續(xù) 狀態(tài)。后續(xù)狀態(tài)可以是混合態(tài)或純態(tài)。在一些情況下，后續(xù)狀態(tài)具有與腔的純度相等的純 度。在一些示例中，耦合可以使自旋系綜從自旋系綜的初始狀態(tài)演變?yōu)闊崞胶鉅顟B(tài)，或演變 為具有比熱平衡狀態(tài)更高的極化的其它狀態(tài)。熱平衡狀態(tài)通常至少部分地由樣本環(huán)境（包 括樣本溫度和靜磁場(chǎng)強(qiáng)度）來(lái)定義。在一些示例中，耦合可以使自旋系綜從初始狀態(tài)演變 為與熱平衡極化相比具有更低、相等或更高的極化的后續(xù)狀態(tài)。
[0246] 在上述總體概念的一些實(shí)現(xiàn)中，驅(qū)動(dòng)場(chǎng)適用于使自旋系綜的狄克子空間與腔模式 耦合。在自旋系綜的一些表示方法中，可以將狄克子空間定義為最大角動(dòng)量子空間，以使得 狄克子空間包括自旋系綜的所有完全對(duì)稱(chēng)狀態(tài)。在一些表示中，狄克子空間與總角動(dòng)量為J =Ns/2的系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，其中Ns是自旋系綜中的自旋數(shù)量。在一些情況下，使自旋系綜的狄 克子空間和多個(gè)其它角動(dòng)量子空間與腔模式耦合。在一些情況下，使自旋系綜的所有角動(dòng) 量子空間與腔模式耦合。
[0247] 在上述總體概念的一些實(shí)現(xiàn)中，腔和自旋系綜之間的相互作用使得自旋系綜經(jīng)由 腔模式向熱環(huán)境耗散光子。該相互作用可以包括腔和自旋系綜之間的相干輻射相互作用。 在一些情況下，相干輻射相互作用可以比影響自旋系綜的任何非相干熱過(guò)程（例如，熱自 旋-晶格弛豫、自發(fā)輻射等）更快地提高自旋系綜的極化。在一些情況下，該相互作用驅(qū)動(dòng) 自旋系綜以使得自旋系綜由于單個(gè)偶極矩而整體地與腔相互作用。
[0248] 已經(jīng)說(shuō)明了多個(gè)實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可以進(jìn)行各種修改。因此，其它實(shí)施例 也在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種磁共振方法，包括： 在樣本和腔之間進(jìn)行熱絕緣，其中所述腔處于第一溫度，所述樣本處于不同的第二溫 度并且包括靜磁場(chǎng)中的自旋系綜；以及 生成所述腔和所述自旋系綜之間的相互作用，其中所述相互作用提高所述自旋系綜的 極化。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振方法，其中，還包括： 通過(guò)熱耦合至所述腔的冷卻系統(tǒng)的工作來(lái)調(diào)節(jié)所述腔的溫度；以及 通過(guò)樣本溫度控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)所述樣本的溫度。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁共振方法，其中， 調(diào)節(jié)所述腔的溫度的步驟包括維持所述腔處于冷凍溫度，以及 調(diào)節(jié)所述樣本的溫度的步驟包括維持所述樣本處于液態(tài)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁共振方法，其中， 調(diào)節(jié)所述腔的溫度的步驟包括維持所述腔處于低于100開(kāi)爾文的溫度，以及 調(diào)節(jié)所述樣本的溫度的步驟包括維持所述樣本處于高于273開(kāi)爾文的溫度。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振方法，其中，所述熱絕緣包括通過(guò)熱阻隔件抑制所述 樣本和所述腔之間的熱相互作用。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振方法，其中，還包括通過(guò)反復(fù)進(jìn)行以下操作來(lái)提高所 述自旋系綜的極化： 通過(guò)所述自旋系綜和所述腔之間的相互作用來(lái)作用在所述自旋系綜的角動(dòng)量子空間 上；以及 對(duì)所述角動(dòng)量子空間進(jìn)行混合。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁共振方法，其中，通過(guò)偶極相互作用、橫向（T2)弛豫過(guò)程和 梯度場(chǎng)的施加中的至少一個(gè)來(lái)對(duì)所述角動(dòng)量子空間進(jìn)行混合。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振方法，其中，所述腔和所述自旋系綜之間的相互作用 對(duì)所述自旋系綜進(jìn)行冷卻。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振方法，其中，所述腔和所述自旋系綜之間的相互作用 對(duì)所述自旋系綜進(jìn)行加熱。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振方法，其中， 生成所述相互作用的步驟包括向所述自旋系綜施加驅(qū)動(dòng)場(chǎng)，其中所述驅(qū)動(dòng)場(chǎng)用于將所 述自旋系綜的自旋狀態(tài)與所述腔的腔模式進(jìn)行耦合，以及 將所述驅(qū)動(dòng)場(chǎng)調(diào)諧至所述自旋系綜的自旋共振頻率（ωs)，所述腔模式與腔共振頻率 (ω。）相對(duì)應(yīng)，并且所述腔共振頻率（ω。）相對(duì)于所述自旋共振頻率（cos)失諧了δω= ω,-ω。的量。11. 根據(jù)權(quán)利要求1~10中任一項(xiàng)所述的磁共振方法，其中，所述相互作用使得所述自 旋系綜的極化比在所述靜磁場(chǎng)中處于所述第二溫度的所述自旋系綜的熱平衡極化更高。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振方法，其中，還包括：在提高所述自旋系綜的極化之 后，操縱所述自旋系綜以獲得所述樣本的磁共振成像數(shù)據(jù)。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振方法，其中，還包括：在提高所述自旋系綜的極化之 后，操縱所述自旋系綜以獲得磁共振波譜數(shù)據(jù)。14. 一種磁共振系統(tǒng)，包括： 腔，用于在靜磁場(chǎng)內(nèi)與樣本中的自旋系綜相互作用； 熱阻隔件，用于在所述腔和所述樣本之間進(jìn)行熱絕緣；以及 共振器，用于生成所述腔和所述自旋系綜之間的相互作用，其中所述相互作用提高所 述自旋系綜的極化。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁共振系統(tǒng)，其中，還包括腔和共振器系統(tǒng)，所述腔和共振 器系統(tǒng)用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1~13中任一項(xiàng)所述的磁共振方法。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的磁共振系統(tǒng)，其中，所述熱阻隔件用于在所述腔和共振器 系統(tǒng)與所述樣本之間進(jìn)行熱絕緣。17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的磁共振系統(tǒng)，其中，所述共振器和所述腔是不同的結(jié)構(gòu)。18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的磁共振系統(tǒng)，其中，還包括具有所述共振器和所述腔的集 成型多模共振器結(jié)構(gòu)。19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁共振系統(tǒng)，其中，還包括： 冷卻系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)所述腔的溫度；以及 樣本溫度控制系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)所述樣本的溫度。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的磁共振系統(tǒng)，其中，所述樣本溫度控制系統(tǒng)包括所述熱阻 隔件。21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的磁共振系統(tǒng)，其中，所述冷卻系統(tǒng)包括所述熱阻隔件。
【專(zhuān)利摘要】在一些方面，可以使用基于腔的技術(shù)來(lái)提高自旋系綜的極化。共振器向靜磁場(chǎng)中的樣本中的自旋系綜施加驅(qū)動(dòng)場(chǎng)。該驅(qū)動(dòng)場(chǎng)使自旋系綜與腔耦合，并且該耦合提高自旋系綜的極化。在一些情況下，例如將樣本與腔進(jìn)行熱絕緣以將樣本維持在比腔高的溫度。在一些情況下，自旋系綜實(shí)現(xiàn)比熱平衡極化高的極化。
【IPC分類(lèi)】G01R33/30
【公開(kāi)號(hào)】CN105408759
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480038188
【發(fā)明人】古魯姆·泰克勒馬林, D·G·克里
【申請(qǐng)人】量子谷投資基金有限合伙公司
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2014年1月31日
【公告號(hào)】CA2910540A1, CA2910542A1, CA2910545A1, CA2910547A1, CN105358998A, CN105358999A, CN105359000A, EP2992345A1, EP2992346A1, EP2992347A1, EP2992348A1, US20160061915, US20160069966, US20160077177, US20160109540, WO2014176662A1, WO2014176663A1, WO2014176664A1, WO2014176665A1