介入應(yīng)用中光學(xué)角動(dòng)量誘導(dǎo)的超極化的制作方法
【專利摘要】磁共振光譜組件包括用于產(chǎn)生穩(wěn)定磁場的磁鐵、將RF激發(fā)場發(fā)射到檢查區(qū)域內(nèi)并從所述檢查區(qū)域獲得磁共振信號(hào)的RF發(fā)射／接收天線、以及耦合到所述RF發(fā)射／接收天線以從所述磁共振信號(hào)收集磁共振光譜數(shù)據(jù)的磁共振光譜儀。所述組件具有介入設(shè)備。所述介入設(shè)備載有用于產(chǎn)生具有軌道光學(xué)動(dòng)量(OAM)的光子輻射的光學(xué)模塊。
【專利說明】介入應(yīng)用中光學(xué)角動(dòng)量誘導(dǎo)的超極化
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁共振光譜組件，其包括用于產(chǎn)生穩(wěn)定磁場的磁鐵和用于收集磁共振光譜數(shù)據(jù)的磁共振光譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]這種磁共振組件可以從下面的論文中知曉:The use ofl-H magnetic resonancespectroscopy in inflammatory bowel diseases !distinguishing ulcerative colitisfrom Crohn’s disease.Bezabeh t Somorjai RL, Smith IC, Nikulin AE, Dolenko B，IOBernstein CN.2001，Am J Gastroenterol，第 96 卷，第 442-448 頁。
[0003]這種已知的磁共振組件使用質(zhì)子(1H)磁共振光譜來檢測小動(dòng)物組織標(biāo)本的胃腸道的早期炎癥。特別地，這種已知的磁共振組件能夠區(qū)分克羅恩氏病(Crohn’s disease)和潰瘍性結(jié)腸炎。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個(gè)目的是 提供一種允許接近小腸以獲得磁共振信號(hào)的磁共振組件。這個(gè)目的通過所述磁共振組件來實(shí)現(xiàn)，該磁共振組件包括:
[0005]磁鐵,所述磁鐵用于產(chǎn)生穩(wěn)定磁場，
[0006]RF發(fā)射/接收天線，所述RF發(fā)射/接收天線用于將RF激發(fā)場發(fā)射到檢查區(qū)域內(nèi)并從所述檢查區(qū)域獲得磁共振信號(hào)，
[0007]磁共振光譜儀，所述磁共振光譜儀耦合到所述RF發(fā)射/接收天線以從所述磁共振信號(hào)收集磁共振光譜數(shù)據(jù)，以及
[0008]介入設(shè)備,所述介入設(shè)備載有用于產(chǎn)生具有軌道光學(xué)動(dòng)量(orbital opticalmomentum) (OAM)的光子福射的光學(xué)模塊。
[0009]所述具有軌道角動(dòng)量的光子輻射與被所述OAM光子輻射照射的組織內(nèi)的分子和原子相結(jié)合。結(jié)果，在所述被照射的組織內(nèi)產(chǎn)生了核磁超極化。通過利用所述RF發(fā)射/接收(T / R)天線施加RF激發(fā)場并隨后利用所述RFT / R天線接收磁共振信號(hào)，可以從這些超極化的原子核產(chǎn)生磁共振信號(hào)。所述磁鐵產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場以建立原子核旋進(jìn)頻率(nuclear processional frequency)。典型地，所述穩(wěn)定磁場的場強(qiáng)在0.05-3T范圍之內(nèi)。
[0010]本發(fā)明的這些和其它方面將會(huì)參考在從屬權(quán)利要求中限定的實(shí)施例來詳細(xì)闡述。
[0011]產(chǎn)生所述OAM光的所述光學(xué)模塊可以做得足夠小以裝配在介入設(shè)備的遠(yuǎn)端(導(dǎo)管尖)。其通過這樣來實(shí)現(xiàn):通過光纖波導(dǎo)來將光子的，例如光學(xué)的，源束傳送到所述裝置的尖端。一組微型光學(xué)元件被設(shè)置在所述光纖的尖端，其包括:偏振器、擴(kuò)束器(能夠使所述光束填滿叉形全息圖(forked hologram))、具備所述叉形全息圖圖案的衍射光柵、空間濾波器(用來選擇具有OAM的衍射成分)和聚焦透鏡。為了保證所述光學(xué)系統(tǒng)能夠在高光學(xué)角動(dòng)量(1-值)的光子束下工作，所述空間濾波器的尺寸和其它光學(xué)元件的孔隙需要根據(jù)隨著1-值增加的具有OAM的光子束的半徑來增加。因?yàn)橹恍枰鄬?duì)弱的穩(wěn)定磁場來建立所述超極化原子核旋進(jìn)頻率(即超極化的原子核自旋矩(hyperpolarised nuclear spinmoment))，所以只要簡單的磁鐵就足夠了，其可以用在待檢患者的身體外側(cè)或甚至可以集成到所述介入設(shè)備的遠(yuǎn)端。磁共振光譜數(shù)據(jù)可以由所述磁共振光譜儀從所獲得的磁共振信號(hào)中得到。這樣，本發(fā)明使得能夠接近小腸以在局部進(jìn)行磁共振光譜分析從而收集能夠使醫(yī)生評(píng)估小腸的健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)。從所述OAM光子束中產(chǎn)生所述磁共振信號(hào)本質(zhì)上可以從國際申請(qǐng)W02009 / 081360A1獲知。
[0012]在本發(fā)明的一方面，所述光學(xué)模塊組合了產(chǎn)生OAM光子輻射以產(chǎn)生組織的超極化以及組織的光學(xué)成像的功能。所述光學(xué)成像還可以用于使所述介入設(shè)備通過待檢患者的身體結(jié)構(gòu)，例如胃腸道。
[0013]在本發(fā)明的另一方面，采用可旋轉(zhuǎn)的或可移動(dòng)的反射器，例如可旋轉(zhuǎn)的或可移動(dòng)的反光鏡或棱鏡，以使所述光學(xué)模塊在光學(xué)成像和產(chǎn)生OAM光子束之間切換。所述可旋轉(zhuǎn)的棱鏡，或者可替代使用的反光鏡，的目的是使得具有OAM或不具有OAM的所述光子束可以發(fā)送到所述介入設(shè)備的遠(yuǎn)端的外面(不具有OAM的光子束可能用于照亮所述介入設(shè)備前面的身體結(jié)構(gòu)來幫助視覺檢查或視頻成像)。優(yōu)選地，可以使用幾個(gè)棱鏡，其中棱鏡中的一個(gè)的位置可以物理地平移或旋轉(zhuǎn)使得其不再遮擋從光纖波導(dǎo)出來的所述光子束。
[0014]在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例中，所述RF T / R天線由安裝在所述介入設(shè)備的遠(yuǎn)端上的微線圈形成。這種小尺寸的微線圈可以安裝在足夠薄以能夠穿過小腸的介入設(shè)備的遠(yuǎn)端上。例如所述微線圈的尺寸可以在4-20mm直徑的范圍內(nèi)。設(shè)置多個(gè)(例如三個(gè)互相垂直的)MR線圈可以有利地確保所述介入設(shè)備對(duì)MR信號(hào)具有敏感性，所述MR信號(hào)位于垂直于所述靜態(tài)磁場的平面內(nèi)。在臨床實(shí)踐中，內(nèi)窺鏡相對(duì)于所述靜態(tài)場的物理定向在該過程中可能變化，因此一組三個(gè)互相垂直的線圈可以確保能夠重建完整的MR信號(hào)。作為選擇，這組線圈可以是兩個(gè)垂直的環(huán)形線圈，可能具有多個(gè)匝數(shù)以增加線圈的感應(yīng)系數(shù)，從而提供在所述介入設(shè)備的遠(yuǎn)端對(duì)尖端的左/右和上/下的敏感性，以及這組線圈可以是用于在頂端的前面提供敏感性的電磁線圈。在本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例中，所述RF T / R天線由表面線圈構(gòu)成，其可以設(shè)置在患者的身體上，接近待檢區(qū)域，從而接近所述介入設(shè)備的遠(yuǎn)端的位置。因此，所述介入設(shè)備不需要載有所述RF T / R微線圈，且可以更小，使得更容易地穿過小腸。
[0015]本發(fā)明的這些和其它方面將會(huì)參考后面描述的實(shí)施例和附圖來闡述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1表示本發(fā)明的磁共振光譜組件的示意圖，以及
[0017]圖2表示本發(fā)明的磁共振組件的光學(xué)模塊的細(xì)節(jié)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1表示本發(fā)明的磁共振光譜組件的示意圖。在這個(gè)實(shí)施例中，所述磁共振光譜組件I部分地集成到所述介入設(shè)備2內(nèi)。在所述介入設(shè)備2的遠(yuǎn)端，即插入到待檢患者的身體內(nèi)的部分，所述光學(xué)模塊3安裝有用于產(chǎn)生穩(wěn)定磁場的所述磁鐵10和用于獲得由OAM光子束產(chǎn)生的磁共振信號(hào)的RF發(fā)射/接收天線11。磁共振光譜儀12耦合至所述RF發(fā)射/接收天線的輸出。所述磁共振光譜儀12包含數(shù)字信號(hào)獲取系統(tǒng)(DAS)和磁共振光譜儀12。所述DAS接收由所述RF線圈獲得到的信號(hào)并將它們轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，所述數(shù)字信號(hào)被輸入到所述磁共振光譜儀12，所述磁共振光譜儀12從輸入的數(shù)字信號(hào)得到磁共振光譜數(shù)據(jù)。在所述磁共振光譜數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可以顯示磁共振光譜。因?yàn)橛伤鯮F線圈獲得的信號(hào)源自于由所述光學(xué)模塊產(chǎn)生的OAM光子束所產(chǎn)生的超極化組織，所以所述磁共振光譜代表在所述超極化組織中的化合物。因此，所述磁共振光譜儀12，(部分地)包括于所述介入設(shè)備內(nèi)，能夠產(chǎn)生在所述介入設(shè)備的遠(yuǎn)端的組織的局部磁共振光譜。因此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了以最小侵入的方式從患者的內(nèi)部身體結(jié)構(gòu)獲得磁共振光譜。在所示的實(shí)施例中，所述遠(yuǎn)端形成為可控彎曲的部分，其可容易地通過患者的身體結(jié)構(gòu)。
[0019]光源設(shè)置在所述介入設(shè)備的近端，并設(shè)置有光纖以將光從所述光源引導(dǎo)至所述光學(xué)模塊3。
[0020]圖2表示本發(fā)明的磁共振組件的光學(xué)模塊的細(xì)節(jié)的示意圖?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，其示出光學(xué)元件的典型設(shè)置以將OAM賦予給光。應(yīng)當(dāng)理解，任何電磁輻射都可以被賦予0ΑΜ，不必僅為可見光。所描述的實(shí)施例使用可見光，其與感興趣的分子相互作用，并且對(duì)活體組織沒有損害作用。然而，可見光譜以上/以下的光/輻射也可以考慮。白光源22產(chǎn)生被送到擴(kuò)束器24的可見白光。在備選實(shí)施例中，所述光源的頻率和相干性可以用于操作信號(hào)，如果小心地選擇的話，但這種精確度是不必要的。所述擴(kuò)束器包括用于將發(fā)射的光準(zhǔn)直為窄束的入口準(zhǔn)直器251、凹透鏡或散射透鏡252、再聚焦透鏡253和出口準(zhǔn)直器254，通過出口準(zhǔn)直器可以發(fā)射最小分散頻率的光。在一個(gè)實(shí)施例中，所述出口準(zhǔn)直器254可以使光束變窄成Imm光束。
[0021]在所述擴(kuò)束器24后，所述光束被其后為四分之一波片(wave plate) 28的線性偏振器26圓偏振。所述線性偏振器26接收非偏振光并給它單一的線性偏振。所述四分之一波片28使所述線性偏振光的相位位移I / 4波長，從而對(duì)其圓偏振。使用圓偏振的光不是必要的，但是它增加了偏振電子的優(yōu)勢。
[0022]接下來，所述圓偏振的光通過相位全息圖30。所述相位全息圖30將OAM和自旋賦予入射光束。所述OAM的值“I”是依賴于所述相位全息圖30的參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，賦予所述入射光OAM值I = 40，盡管更高的I值理論上是可能的。所述相位全息圖30是電腦產(chǎn)生的元件，并且可以物理地嵌入到空間光調(diào)制器中，例如硅基液晶(LCoS)板，1280X720像素，20Χ20μπι2，具有Ιμπι的單元間隙?？蛇x地，所述相位全息圖30可以嵌入到其它光學(xué)器件中，例如柱透鏡或波片的組合。通過給予所述LCoS板簡單的命令，所述空間光調(diào)制器具有可以可變的優(yōu)點(diǎn)，即使在掃描期間。
[0023]并不是所有通過全息干板(holographic plate) 30的光都被賦予了 OAM和自旋。一般地，當(dāng)具有相同相位的電磁波通過孔隙時(shí)，其被衍射并投射到離開所述孔隙一定距離的同心圓的圖案中(艾里圖形(Airy pattern))。中間的亮斑(艾里斑)表示O級(jí)衍射,在這種情況下，其為沒有OAM的光。接近所述亮斑的環(huán)表示具有OAM的不同諧波的衍射光束。產(chǎn)生這種分布是因?yàn)樵谶h(yuǎn)離光束中心的點(diǎn)或在光束中心的點(diǎn)處，與分子進(jìn)行OAM相互作用的可能性降到O。相互作用的最大機(jī)會(huì)發(fā)生在對(duì)應(yīng)于最大場分布的半徑上，即接近艾里斑的環(huán)。因此，OAM相互作用的最大可能性可以利用具有盡可能接近艾里斑半徑的半徑的光束來獲得。
[0024]參照?qǐng)D2，空間濾波器36被放置在所述全息干板的后面以選擇性地僅通過具有OAM和自旋的光。這種濾波器的例子表示在圖2中。零級(jí)斑32總會(huì)出現(xiàn)在預(yù)期點(diǎn)中，因此可以被遮擋。如圖所示，所述濾波器36允許具有OAM的光通過。需要注意，所述濾波器36還可以遮擋在亮斑32的右邊和下面出現(xiàn)的環(huán)。因?yàn)楸Ａ袅讼到y(tǒng)的0ΑΜ，所以該光具有與所述濾波器36允許通過的光的OAM相等并相反的0ΑΜ。讓所有光通過會(huì)起反作用，因?yàn)閭鬟f到目標(biāo)分子的凈OAM會(huì)為O。因此，所述濾波器36只允許具有一個(gè)極性的OAM的光通過。
[0025]繼續(xù)參照?qǐng)D2，利用凹面鏡38收集具有OAM的衍射光束并利用快速顯微物鏡40將其聚焦到感興趣的區(qū)域。如果使用相干光，所述凹面鏡38不是必要的。需要更快透鏡(具有高光圈系數(shù))來滿足盡可能接近艾里斑的尺寸的光束腰的條件。在備選實(shí)施例中，透鏡40可以利用可選的光導(dǎo)或光線來代替或補(bǔ)充。
【權(quán)利要求】
1.一種磁共振光譜組件，包括: 磁鐵，所述磁鐵用于產(chǎn)生穩(wěn)定磁場， RF發(fā)射/接收天線，所述RF發(fā)射/接收天線用于將RF激發(fā)場發(fā)射到檢查區(qū)域中并從所述檢查區(qū)域獲得磁共振信號(hào)， 磁共振光譜儀，所述磁共振光譜儀耦合到所述RF發(fā)射/接收天線以從所述磁共振信號(hào)收集磁共振光譜數(shù)據(jù)，以及 介入設(shè)備，所述介入設(shè)備載有用于產(chǎn)生具有軌道光學(xué)動(dòng)量(OAM)的光子輻射的光學(xué)模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的磁共振光譜組件，其特征在于，所述光學(xué)模塊組合了下述功能:(i)產(chǎn)生具有軌道動(dòng)量的光子輻射；和(ii)在所述介入設(shè)備的遠(yuǎn)端周圍的視場的光學(xué)成像。
3.如權(quán)利要求2所述的磁共振光譜組件，其特征在于，所述光學(xué)模塊包括可旋轉(zhuǎn)反射器，尤其是在OAM定向和成像定向之間的可旋轉(zhuǎn)棱鏡，所述光學(xué)模塊通過處于其OAM定向的所述棱鏡產(chǎn)生具有OAM的光子福射,并且所述光學(xué)模塊對(duì)其視場成像。
4.如權(quán)利要求1所述的磁共振光譜組件，其特征在于，所述磁鐵集成在所述介入設(shè)備中。
5.如權(quán)利要求1所述的磁共振光譜組件，其特征在于，RF接收/發(fā)射線圈集成在所述介入設(shè)備中，并且所述RF接收/發(fā)射線圈耦合到所述磁共振光譜儀。
6.如權(quán)利要求1所述的磁共振光譜組件，其特征在于，所述磁共振光譜組件包括耦合到所述磁共振光譜儀的表面RF接收/發(fā)射線圈或線圈陣列。
【文檔編號(hào)】G01N24/08GK103649735SQ201280029439
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月15日
【發(fā)明者】D·R·埃爾戈特, L·R·阿爾布 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司