專利名稱：具備dnp過極化裝置的核磁共振成像裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及具備DNP過極化裝置的核磁共振成像裝置(下稱MRI裝置)。
背景技術：
在MRI裝置中，對構成被置于靜磁場內的被檢測體組織的原子的原子核，通過施加其共振頻率的高頻磁場，進行激發，然后計測由此所產生的NMR信號而作成圖像。以往，通過增強靜磁場磁鐵的強度來謀求NMR信號的S/N的提高。
與此相對，近年來，提出了一種解決方案(例如專利文獻1、專利文獻2、非專利文獻1的等)，即在生物體外采用極化過的物質增強核自旋的極化(叫做過極化)來提高NMR信號的S/N。有好幾種實現過極化的方法，例如，在專利文獻2或非專利文獻1所記載的動態核極化(DNP)方法中，在試樣中加入自由基，在將其保持在極低的溫度的狀態下放在磁鐵的核心內。在其固體狀態下照射微波，從而通過交叉極化電子自旋極化轉移為13C等的核自旋，來生成過極化了的造影劑(13C造影劑)。
將由過極化生成的這種造影劑，從固體狀態變換成液體狀態之后，注入到MRI被檢測體內，進行成像，這樣，就可以得到極高的S/N的NMR信號。利用了DNP極化的MRI，無需在例如血管造影或局部灌注成像中的扣除就能夠得到對診斷有效的高質量圖像。
在非專利文獻1中公開了用來進行DNP過極化的裝置，這種裝置設置有保持放入了試樣的容器的試樣保持器、用來將試樣冷卻并將其保持在固體狀態下的冷卻單元、極化用的磁鐵裝置和包含有用來對試樣照射微波的微波源和波導管等微波單元等。
可是，在使用由DNP極化所生成的造影劑在MRI裝置中成像時，在把DNP極化裝置設置在MRI裝置外的情況下，溶解了所生成的試樣后到注入被檢驗體為止所經過的時間會使試樣的緩和時間明顯地加快，因此，在不損害MRI裝置的特性的范圍內，DNP極化裝置最好盡量置于被檢驗體近旁。
一般，在利用體外極化物質的MRI裝置中，例如在專利文獻1中，提出了這樣的方案，即在將磁鐵上下配置的開放式MRI裝置內，把極化用的磁鐵裝配在聯結上下磁鐵的支柱中。但是，把兩種磁鐵設置在MRI裝置內，為了使靜磁場空間均勻，設計就很復雜，磁鐵的制作很困難。在專利文獻2中雖然記載了可以把一個磁鐵用于極化和MR成像的用途，但是并未記載具體的結構。
專利文獻1特開平9-173317號公報專利文獻2特表2002-501006號公報非專利文獻1“Increase in signal-to-ratio of＞10,000 times inliquid-state NMR”，Jan H.Ardenkjaer-Larsen et al，PNAS vol.100，no.18，10158-10163，200
發明內容因此，本發明的目的在于提供一種MRI裝置，該MRI裝置可以把MRI裝置具備的靜磁場磁鐵用作極化用磁鐵，而無需改變現有的MRI裝置的結構，就能夠在裝置內進行DNP極化。
解決上述課題的本發明的MRI裝置，設置有在安置被檢驗體的空間內產生靜磁場的靜磁場發生單元、在所述空間中產生傾斜磁場的傾斜磁場發生單元、對所述被檢驗體施加高頻磁場的發射單元、檢測從所述被檢驗體產生的磁共振信號的接收單元、用所述磁共振信號再構成所述被檢驗體的圖像的信號處理單元以及對注入所述被檢驗體的物質進行過極化處理的過極化單元；過極化單元，具備設置試樣的試樣管、冷卻固化所述試樣管內的試樣的冷卻單元、對所述試樣施加磁場的磁場施加單元以及對所述試樣照射微波的微波照射單元；所述磁場施加單元是所述靜磁場發生單元。
本發明的MRI裝置，具備將微波照射單元、試樣管和冷卻單元作成一體設置在靜磁場發生單元產生的靜磁場空間內的單元。
過極化單元的、至少被載置在靜磁場空間內的零部件用非磁性材料制成。
另外，本發明的MRI裝置，恰好還具有從過極化單元中取出并挾持試樣管的單元。
另外，在MRI裝置中，過極化單元還可以具備多個試樣管，冷卻單元，可以包含由高導熱材料構成的試樣管支持部件以及在支持部件內部和/或外周形成的、使由氦氣供給源供給的氦氣循環的氣體流路。
圖1是本發明的第一實施方式的MRI裝置的外觀圖；圖2是圖1的MRI裝置的構成圖；圖3是第一實施方式的MRI裝置的DNP極化裝置的示圖；圖4是第一實施方式的MRI裝置的使用狀態圖；圖5是第一實施方式的MRI裝置的使用狀態圖；圖6是第一實施方式的MRI裝置的DNP極化裝置的變更示例圖；圖7是本發明的第二實施方式的MRI裝置的示圖；圖8是DNP極化裝置的其他實施方式的示圖；圖9是DNP極化裝置的另外的其他實施方式的示圖。
符號說明101、201、202…磁鐵、102…傾斜磁場線圈、103…被檢驗體、106…接收線圈、107…照射線圈、203…承重座、204…臺座、205…支柱、207…夾具、209…容納室、300…DNP過極化裝置、301…試樣管、302…微波照射裝置、303…金屬管、304a～304c…冷卻器、305…RF照射線圈、307…加熱單元、310…真空泵、320…試樣管保持單元具體實施方式
以下參照附圖來說明本發明的MRI裝置的實施方式。
圖1是本發明的第一實施方式的MRI裝置的外觀圖。該MRI裝置是開放安置被檢驗體的空間(靜磁場空間)的開放式MRI裝置，隔著靜磁場空間上下配置著一對磁鐵201、202。上側磁鐵201用支柱205支持，并與下側磁鐵202一起容納在承重座203內。在磁鐵201、202是超導磁鐵的情況下，低溫恒溫箱也容納在承重座內。在下側的承重座上設置有讓被檢驗體躺在上面插入到靜磁場空間的床206。另外，本發明的MRI裝置還設置有在靜磁場空間內可動式的DNP過極化裝置300，后面將描述DNP過極化裝置300。
圖2是MRI裝置的整體構成略圖，設置有靜磁場發生磁鐵101、對該空間提供傾斜磁場的傾斜磁場線圈102；用來對被檢驗體103施加高頻磁場的照射線圈107；接收從被檢驗體103產生的NMR信號的接收線圈106；驅動磁鐵101、傾斜磁場線圈102、照射線圈107的驅動系統和處理來自接收線圈106的信號的信號處理系統。通常，磁鐵101和傾斜磁場線圈102，被容納在承重座203內。另外，圖2中，為說明簡單起見，僅僅分別表示出一個磁鐵101和傾斜磁場線圈102，但是，在如圖1所示的開放式MRI裝置中，隔著靜磁場空間上下分別配置有一組磁鐵101和傾斜磁場線圈102。
傾斜磁場線圈102，由相互正交的3軸傾斜磁場線圈構成，3軸傾斜磁場線圈分別被連接到傾斜磁場電源105上。依據來自順序控制器104的指令驅動傾斜磁場電源105，這樣就能夠給靜磁場空間提供所希望的方向的傾斜磁場。經RF脈沖發生器116和RF功率放大器115連接照射線圈107。按照來自順序控制器104的指令由RF功率放大器115放大RF脈沖發生器116的輸出，并加到照射線圈107上，這樣來照射RF脈沖。
將接收線圈106連接到由A/D變換器、正交相位檢波器構成的接收器108上，從被檢驗體103產生而由接收線圈106接收到的NMR信號，由接收器108取樣、檢波，并被送到計算機109。NMR信號由計算機109進行取樣處理之后，送去進行圖像再構成等處理。計算機109的處理結果(例如圖像)被顯示在顯示器110上，同時根據需要存儲在存儲裝置111內。
DNP過極化裝置300，如圖3所示，設置有裝注入被檢驗體103內的物質(例如造影劑)的試樣管301；用來對試樣照射微波的微波照射裝置302和密閉微波的金屬管(包含波導管)303；用來將試樣保持在極低溫度下的冷卻單元304(304a、304b、304c)以及用于加熱DNP極化后的試樣的加熱單元307。
把例如用來注入被檢驗體的13C造影劑作為試樣裝入試樣管301；把用來在與13C之間產生交叉極化的硝基氧化物等自由基混合到試樣中。微波照射裝置302，經波導管與金屬管303連接起來，可以將例如最大輸出為100mW的微波照射試樣管301內的試樣。
另外，在試樣管301的外側設置用來對從H(氫)到C(碳)交叉極化的RF照射線圈305，RF照射線圈305采用兩個照射系統，即照射用來鎖定1H自旋系的高頻磁場的線圈的照射系統、和在鎖定了1H自旋系的狀態下用來使13C自旋系與1H自旋系同步的高頻磁場H1C(滿足γHH1H＝γCH1C的高頻磁場)的線圈的照射系統，作為這樣的RF照射線圈305，例如可以用馬鞍形線圈。
冷卻單元，按從內側開始的順序由液體氦槽304a、真空槽304b、液體氮槽304c構成，將試樣管301內的試樣冷卻到數K°(開氏溫度)的極低溫。真空槽304b是用來阻斷熱傳導的，被連接到外部的真空泵310上，并保持適當的真空度。在液體氦槽304a的內側，雖然沒有圖示，但是設置有用氟樹脂等制成的、用來支承試樣管301的支座。
加熱單元307，是用來將由冷卻單元冷卻而為固態試樣，加熱到可注入被檢驗體的狀態的，設置有貯存作為水和生理食鹽水等生理上容許的液體的常溫或加過溫的液體的液罐及用來將該液體供給試樣管301的管315等。
構成這些DNP過極化裝置300的部件中、處于靜磁場空間內或靜磁場近旁的空間(5高斯線)內的部件，具體地說，試樣管301、微波照射裝置302、金屬管303和冷卻單元304a～304c，都由非磁性材料制成。作為非磁性材料，具體地說，例如有鈹青銅、不銹鋼、鈦、鋁、陶瓷、塑料等。在加熱單元307也被置于5高斯線內的情況下，也用非磁性材料制成。
這種構成的DNP過極化裝置300，將由上述的非磁性材料構成的部件作成一體化的結構作成為可動式結構，并被設置在靜磁場空間內。在圖1所示的實施方式中，在承重座的下側設置有用非磁性材料制成的可動式臺座204，DNP過極化裝置300被載置在該臺座204的上面。恰好在該臺座204的下面設置有車輪，能夠把DNP過極化裝置300移動到任意位置，DNP過極化裝置300本身也可以自帶車輪，自帶車輪可以容易地把DNP過極化裝置300與臺座204分離開。
在上部承重座上，理想的是，如圖4所示，設置有用來從DNP過極化裝置300上取出過極化后的試樣管301的夾具207，夾具207，只要是具有在前端開閉自如的夾持部和能使夾持部沿至少一個方向(例如上下方向)伸縮的機構就可以，可以采用通用操縱器所用的機構。最好夾具207也用非磁性材料制成。而且，夾具207，可以經連桿或臂安裝在承重座上，可以根據需要置入靜磁場空間內或退避到靜磁場空間之外的位置上。
說明這種構成的帶DNP極化單元的MRI裝置的動作。
首先，把DNP過極化裝置300載于設置在承重座上的臺座204上，根據需要移動載有DNP過極化裝置300的臺座204，在靜磁場空間內設置于規定的地方，然后把臺座204取出來。由于DNP極化用的靜磁場，不要求成像所要求的那種高的靜磁場均勻度，所以可以設置于稍微離開成像區域的中心的位置上。這樣，即使放置了DNP過極化裝置300的情況下，也不會妨礙在成像時被檢驗者進入的空間，可以進行造影劑的注入等作業。
另一方面，將均勻混合了構成自由基的規定的化合物的試樣(13C造影劑)裝入試樣管301，把該試樣管301插入冷卻單元304a～304c內的試樣保持器內，在確保保持器與金屬管連接的狀態下密閉冷卻單元。在冷卻單元將試樣冷卻到極低溫的狀態下，由微波照射裝置302經金屬管303對試樣照射微波。通過對置于強磁場(這里是靜磁場磁鐵201、202生成的磁場)和極低溫中的試樣照射微波來進行DNP極化，通過對冷卻后變為固體的試樣的電子自旋進行DNP極化來把1H過極化。在這種狀態下，用RF照射線圈305照射高頻磁場，在鎖定1H自旋系的狀態下照射滿足γHH1H＝γCH1C的高頻磁場。通過13C-1H間雙偶極子相互作用就能進行兩自旋間的能量交換，通過交叉極化就把極化從1H轉移到13C。
停止微波照射之后，解除冷卻單元的密封，把夾具207移動到冷卻單元的上部，同時進行操作，從保持器內把試樣管301取出來。或者，也可以移動安置冷卻單元的臺座204，將試樣保持器定位在夾具207的正下方。如果用夾具207把試樣管301從保持器內取了出來，就把加熱單元307內的液體注入到試樣管301內，把固體試樣加熱成可以注入被檢驗體內的狀態(液體)。此時，如圖5所示，被夾具207夾住的試樣管301以外的DNP過極化裝置300，根據需要可移動到靜磁場空間之外或離開攝像空間的地方。與加熱固體試樣的作業同時進行被檢驗者的攝像準備，把被檢驗者置入承重座內的成像空間中，用導管400等給被檢驗者注入造影劑。將加熱單元307或夾具207從靜磁場空間內退避出來，開始MRI成像，典型的成像是血管成像或灌注成像。
這樣，按照本實施方式，可以在MRI裝置的靜磁場空間內進行DNP極化，而且能夠把所生成的造影劑立刻用來成像，所以能夠得到大大減輕了由于造影劑的緩解時間的經過引起的信號值的下降的良好的MR圖像。
在本實施方式中，說明了用來從冷卻單元中取出試樣管301的夾具207被設置在MRI裝置的承重座內的情況，但是也可以與MRI裝置分開另外準備機械手等夾具207，用機械手把試樣管301取出來，或進行加熱單元307的加熱。
圖3中，例示出把微波照射裝置302設置在金屬管(波導管)303的上部的DNP過極化裝置300，微波照射裝置302的設置位置，可以根據MRI裝置的構造例如上下磁鐵間的距離來適當地進行變更。例如，如圖6所示，也可以把微波照射裝置302與冷卻單元304并排設置。
下面說明本發明的第二實施方式，圖7是本發明的第二實施方式的MRI裝置的外觀圖。該實施方式中，內部構成與圖2所示的第一實施方式一樣，所以省略其說明。
在本實施方式中，其特征在于，在連接上部磁鐵201與下部磁鐵202的支柱205的空間內形成了容納DNP過極化裝置300的容納室209。作為MRI裝置的靜磁場產生磁鐵在使用超導磁鐵的情況下，在支柱205上連通有連接上部磁鐵201的低溫恒溫箱和下部磁鐵202的低溫恒溫箱的連接管(包含熱屏蔽板)，可以利用連接管以外的空間來設置容納室209。
DNP過極化裝置300的構成與圖3所示的第一實施方式相同，構成DNP過極化裝置300的部件中的試樣管301、微波照射裝置302、金屬管303和冷卻單元304a～304c(包含試樣保持器)都由非磁性材料制成，做成一體容納在容納室209內。冷卻單元的真空槽304b被連接到置于外部的真空泵310上，被保持在規定的真空度。
在本實施方式中，也可以把DNP過極化裝置300固定在容納室209內，恰好，能夠根據需要從容納室209內取出來進行操作。在這種情況下，與第一實施方式一樣，可以使用臺座204。
按照本實施方式，可以利用由上下磁鐵在支柱內形成的靜磁場進行DNP極化。而且可以把承重座內的空間充分用于成像。
以上，說明了本發明的帶有DNP極化單元的MRI裝置的各實施方式，但是為了把DNP極化單元裝配在MRI裝置內，并不限定于上述的實施方式，可以對其施以各種各樣的改進。
圖8示出了這種改進的一種實施方式。圖8所示的實施方式，其特征在于，在用來封閉微波對試樣進行照射的金屬管303內，設置多個試樣管保持器，可以一次對容納在多個試樣管301內的試樣進行DNP極化。用來進行交叉極化的RF照射線圈305，設置成包圍這些試樣管301。
一般，由DNP極化生成的造影劑等物質，在做成液體的情況下，以短的緩解時間進行緩解。作為DNP極化裝置設置多個試樣管，所以可以連續地進行用13C造影劑的成像，這就可以彌補短的緩解時間，而也能進行寬范圍的成像。
圖9示出了另一種改進的實施方式。圖9所示的實施方式，其特征在于，作為冷卻單元不使用液體氦而是使用低溫氦氣那樣的氣體狀的冷媒。因此，在本實施方式中，用高熱傳導率的材料、例如鋁等來制成形成了用來支持試樣管301的1至多個洞穴的試樣管保持器320。在試樣管保持器320中，在圍繞試樣管保持器320的位置上，內裝或容納有用來進行交叉極化的RF照射線圈305在。金屬管303，被設置成覆蓋該試樣管保持器320。在該試樣管保持器320的內部和/或外周形成氦氣流路308，使氦氣循環。特別是在支持試樣管301的洞穴的近旁設置冷媒流路，這樣就可以有效地冷卻試樣管301內的試樣，從而可以有效地進行DNP極化。
按照本實施方式，由于不使用液體氦，所以可以使裝置小型化，能夠使對裝置的設置或對支柱的組裝更加容易。
權利要求
1.一種核磁共振成像裝置，其特征在于設置有在安置被檢驗體的空間內產生靜磁場的靜磁場發生單元；在所述空間中產生傾斜磁場的傾斜磁場發生單元；對所述被檢驗體施加高頻磁場的發射單元；檢測從所述被檢驗體產生的磁共振信號的接收單元；用所述磁共振信號再構成所述被檢驗體的圖像的信號處理單元和對注入所述被檢驗體的物質進行過極化處理的過極化單元；所述過極化單元，具備用來裝入試樣的試樣管；冷卻固化所述試樣管內的試樣的冷卻單元；對所述試樣施加磁場的磁場施加單元；和對所述試樣照射微波的微波照射單元；所述磁場施加單元是所述靜磁場發生單元。
2.如權利要求1所述的核磁共振成像裝置，其特征在于具備將所述微波照射單元、試樣管、所述冷卻單元作為一體設置在所述靜磁場發生單元產生的靜磁場空間內的單元。
3.如權利要求1或2所述的核磁共振成像裝置，其特征在于所述過極化單元的、至少載置在靜磁場空間內的部件，用非磁性材料制成。
4.如權利要求1至3任一項所述的核磁共振成像裝置，其特征在于具有從所述過極化單元中取出并挾持所述試樣管的單元。
5.如權利要求1至4任一項所述的核磁共振成像裝置，其特征在于所述過極化單元，具備多個試樣管。
6.如權利要求1至5任一項所述的核磁共振成像裝置，其特征在于所述冷卻單元，包含由高導熱材料構成的試樣管支撐部件；和在所述支撐部件內部和/或外周形成的、使氦氣供給源供給的氦氣循環的氣體流路。
全文摘要
提供一種MRI裝置，其可以把MRI裝置具備的靜磁場磁鐵用作極化用磁鐵，無需改變現有的MRI裝置的結構，就能夠在裝置內進行DNP極化。DNP極化單元被設置在MRI裝置內，該極化單元具備裝試樣用的試樣管301；冷卻固化試樣管內的試樣的冷卻單元304a～304c；對試樣照射微波的微波照射單元302和金屬管303。至少被設置在MRI裝置的成像空間近旁(5高斯線)的部件，要由非磁性材料構成，作為為進行極化而將磁場賦予試樣的磁場施加單元，使用MRI裝置的靜磁場產生磁鐵。由DNP極化所生成的造影劑，可以立刻注入患者進行成像，從而可以得到高S/N的圖像。
文檔編號A61B5/055GK1899217SQ20061000834
公開日2007年1月24日 申請日期2006年2月17日 優先權日2005年7月20日
發明者長田亞希子, 山本由香里, 谷口陽 申請人:株式會社日立制作所