專利名稱：核磁共振成像設備以及核磁共振成像方法
技術領域：
本發明涉及核磁共振成像設備以及核磁共振成像方法。
背景技術：
已提出了使用堿金屬氣體的電子自旋的帶有高靈敏度的光學磁強計。當使用光學磁強計來測量磁共振(執行磁成像)時，用于操作磁強計的偏磁場和要向樣品施加的靜磁場之間的關系在某種程度上是受限制的。這是因為，堿金屬或質子的拉莫爾頻率Qci是與磁場的幅度|B|成比例的，ω0=γΑ|Β|ο比例常數^被稱為回旋磁比。質子的核自旋的回旋磁比小于堿金屬的電子自旋的回旋磁比，例如，質子的回旋磁比大約是鉀的回旋磁比的1/167。
在使用具有上文所描述的屬性的堿金屬的光學磁強計的核磁共振成像中有將堿金屬的拉莫爾頻率與質子的拉莫爾頻率匹配的方法。例如，1. Savukov、S. Seltzer以及 Μ· Romalis 的Detection of NMR signals with a radio-frequency atomic magnetometer (Journal of Magnetic Resonance, 185, 214 (2007))公開了調整要向堿金屬施加的偏磁場的亥姆霍茲線圈和包圍樣品的螺線管線圈的組合。利用此組合，獨立地調整偏磁場以及要向樣品施加的靜磁場，并且將質子的拉莫爾頻率與鉀的拉莫爾頻率·相匹配，以獲得磁共振信號。
此外，還有已知的使光學磁強計的偏磁場和要向樣品施加的靜磁場具有相同的均勻磁場的方法。作為這樣的方法，G. Bevilacqua、V. Biancalana、Y. Dancheva、L. Moi (Journal of Magnetic Resonance, 201, 222 (2009))公開了一種方法聚焦于垂直于樣品中的磁偶極子的偏磁場的方向的振動分量，單元的有效容積被布置于該分量所生成的磁場平行于該偏磁場的位置。在此方法中，靜磁場中從質子的核磁共振生成的具有自由感應衰減(FID)的磁場被疊加在鉀的偏磁場上，并且其拉莫爾頻率遭受調頻。遭受調頻的信號被解碼，以取出自由感應衰減的信號。
在使用光學磁強計的核磁共振成像中，如G. Bevilacqua、V. Biancalana、 Y. Dancheva、L. Moi (Journal of Magnetic Resonance, 201, 222 (2009))所描述的使磁強計的偏磁場和要向樣品施加的靜磁場具有相同的均勻磁場的方法可以避免如1. Savukov、 S. Seltzer 以及 Romalis 的 Detection of NMR signals with a radio-frequency atomic magnetometer (Journal of Magnetic Resonance, 185, 214 (2007))中所描述的對磁場的復雜調整，并且共同的磁場被用作光學磁強計的偏磁場并用作要向樣品施加的靜磁場。
然而，還沒有搞清楚當共同的磁場被如此用作光學磁強計的偏磁場并用作要向樣品施加的靜磁場時避免帶有光學磁強計的零靈敏度的區域并通過強的磁共振來進行成像所需的條件。發明內容
本發明針對當共同的磁場被用作光學磁強計的偏磁場并用作要向樣品施加的靜磁場時避免帶有光學磁強計的零靈敏度的區域并允許通過強的磁共振來進行成像的核磁共振成像設備以及核磁共振成像方法。
本發明提供了一種用于執行核磁共振成像的核磁共振成像設備，包括向被置于 要被成像的區域的樣品施加靜磁場的靜磁場施加單元；施加RF脈沖的RF脈沖施加單元； 施加梯度磁場的梯度磁場施加單元；以及，檢測核磁共振信號的核磁共振信號檢測單元，其 中，提供多個標量磁強計作為核磁共振信號檢測單元，其中通過堿金屬單元來構成檢測核 磁共振信號的傳感器，形成共同的磁場以可用作操作多個標量磁強計的偏磁場并用作要在 靜磁場施加單元中向樣品施加的靜磁場，并且當靜磁場施加單元在z方向向樣品施加靜磁 場時，多個標量磁強計的堿金屬單元被布置為在z方向不與要被成像的區域重疊，并且在 垂直于z方向的平面內方向不與要被成像的區域交叉。
本發明還提供了一種用于執行核磁共振成像的核磁共振成像方法，使用向被置 于要被成像的區域的樣品施加靜磁場的靜磁場施加單元；施加RF脈沖的RF脈沖施加單元； 施加梯度磁場的梯度磁場施加單元；以及，檢測核磁共振信號的核磁共振信號檢測單元，其 中，提供多個標量磁強計作為核磁共振信號檢測單元，其中通過堿金屬單元來構成檢測核 磁共振信號的傳感器，并且，在作為要在靜磁場施加單元中向樣品施加的靜磁場的共同的 磁場來施加操作多個標量磁強計的偏磁場的情況下，當靜磁場施加單元在z方向向樣品施 加靜磁場時，多個標量磁強計的堿金屬單元被布置為在z方向不與要被成像的區域重疊， 并且在垂直于z方向的平面內方向不與要被成像的區域交叉。
根據本發明，可以實現當共同的磁場被用作光學磁強計的偏磁場并用作要向樣品 施加的靜磁場時避免帶有光學磁強計的零靈敏度的區域并允許通過強的磁共振來進行成 像的核磁共振成像設備以及核磁共振成像方法。
通過下列參考附圖對示例性實施例的描述，本發明的其他特征將變得顯而易見。
圖1示出了本發明的一實施例中的被置于原點的標量磁強計的靈敏度分布。
圖2示出了本發明的實施例中的當使用標量磁強計來測量磁共振時的盲區。
圖3A是在本發明的實施例中執行核磁共振成像時堿金屬單元的布置的平面圖。
圖3B是圖3A的側視圖。
圖4示出了本發明的示例I中的核磁共振成像設備的示例性配置。
圖5是光學磁強計系統的框圖，其中本發明的示例I中的模塊被連接到外部光源、 光電檢測器以及控制系統，并被配置成作為標量類型的光學磁強計來操作。
圖6示出了用于本發明的示例I中的標量磁強計模塊的示例。
圖7A、7B、7C、7D、7E、7F和7G示出了用于在本發明的示例I中測量來自樣品的磁 共振信號以執行成像的自旋回波的脈沖序列。
圖8A是在本發明的示例2中用于執行核磁共振成像的堿金屬單元的布置的平面 圖。
圖8B是圖8A的側視圖。
圖9A是在本發明的示例3中用于執行核磁共振成像的堿金屬單元的布置的平面 圖。
圖9B是圖9A的側視圖。
具體實施方式
現在將根據附圖詳細描述本發明的優選實施例。
本發明基于核磁共振成像中的一發現，當操作標量磁強計的偏磁場被作為要向靜磁場施加單元中的樣品施加的靜磁場的共同的磁場而施加時，避免了帶有光學磁強計的零靈敏度的區域，以便允許通過強的磁共振來進行成像。
為描述帶有光學磁強計的零靈敏度的區域，在此實施例中，將首先描述使用標量磁強計來作為光學磁強計的示例性配置。標量磁強計在執行核磁共振成像的核磁共振成像設備中被用作檢測核磁共振信號的核磁共振信號檢測單元。具體而言，此實施例中的核磁共振成像設備包括向被置于要被成像的區域的樣品施加靜磁場的靜磁場施加單元；施加 RF脈沖的RF脈沖施加單元；施加梯度磁場的梯度磁場施加單元；以及，檢測核磁共振信號的核磁共振信號檢測單元。
在這樣的核磁共振成像設備中，標量磁強計構成核磁共振信號檢測單元。標量磁強計是產生取決于磁場的幅度|b|的輸出的磁強計，該磁強計使用堿金屬的拉莫爾頻率Oci 作為測量原理，其中《q=Ya|b|。
當靜磁場的幅度是Bd。，來自樣品的FID信號的幅度是Bae，并且由靜磁場和FID信號的磁場在帶有堿金屬單元的測量點形成的角度是Θ時，在靜磁場Bd。充分大于FID信號的磁場Ba。的條件下，獲得下列表達式。
權利要求
1.ー種用于執行核磁共振成像的核磁共振成像設備，包括 被配置成向被置于要被成像的區域中的樣品施加靜磁場的靜磁場施加單元； 被配置成施加RF脈沖的RF脈沖施加單元； 被配置成施加梯度磁場的梯度磁場施加單元；以及 被配置成檢測核磁共振信號的核磁共振信號檢測單元， 其中，提供多個標量磁強計作為所述核磁共振信號檢測單元，其中通過堿金屬單元來構成檢測所述核磁共振信號的傳感器， 共同的磁場能夠用作操作所述多個標量磁強計的偏磁場并用作要在所述靜磁場施加單元中向所述樣品施加的靜磁場，并且 當所述靜磁場施加單元在z方向向所述樣品施加所述靜磁場時,所述多個標量磁強計的所述堿金屬単元被布置為在所述z方向不與所述要被成像的區域重疊，并在垂直于所述Z方向的平面內方向不與所述要被成像的區域交叉。
2.根據權利要求1所述的核磁共振成像設備，其中，所述多個標量磁強計的所述堿金屬單元被布置在這樣的位置，其中由將面向所述多個標量磁強計的所述堿金屬単元中的每一個的所述要被成像的區域在垂直于所述z方向的所述平面內方向的一端和另一端中的每ー個與所述多個標量磁強計的所述堿金屬単元中的每ー個的中心連接的線形成的角度超出90度。
3.根據權利要求1所述的核磁共振成像設備，其中，所述多個標量磁強計的所述堿金屬單元被布置在這樣的位置，其中由將面向所述多個標量磁強計的所述堿金屬単元中的每一個的所述要被成像的區域在垂直于所述z方向的所述平面內方向的一端和另一端中的每ー個與所述多個標量磁強計的所述堿金屬単元中的每ー個的中心連接的線形成的角度超出60度。
4.根據權利要求1所述的核磁共振成像設備，其中，對于所述要被成像的區域，在所述z方向中區域的剖面形狀是薄板狀的形狀，并且在垂直于所述z方向的所述平面內方向的剖面形狀是邊的尺寸大于所述薄板的厚度的方形形狀。
5.根據權利要求1所述的核磁共振成像設備，其中，對于所述要被成像的區域，在垂直于所述z方向的所述平面內方向的剖面形狀是薄板狀的形狀，并且在所述z方向中區域的剖面形狀是邊的尺寸大于所述薄板的厚度的方形形狀。
6.根據權利要求1所述的核磁共振成像設備，其中，當所述要被成像的區域包括所述要被成像的區域中的橢圓柱形樣品區域時，所述多個標量磁強計的所述堿金屬単元被布置為在所述z方向不與所述要被成像的區域中的所述橢圓柱形樣品區域重疊，并在垂直于所述Z方向的所述平面內方向沿著所述橢圓柱形樣品區域的側表面布置，以便不與所述橢圓柱形樣品區域交叉。
7.ー種用于執行核磁共振成像的核磁共振成像方法，使用 被配置成向被置于要被成像的區域中的樣品施加靜磁場的靜磁場施加單元； 被配置成施加RF脈沖的RF脈沖施加單元； 被配置成施加梯度磁場的梯度磁場施加單元；以及 被配置成檢測核磁共振信號的核磁共振信號檢測單元， 其中，提供多個標量磁強計作為所述核磁共振信號檢測單元，其中通過堿金屬單元來構成檢測所述核磁共振信號的傳感器，并且 在作為要在所述靜磁場施加單元中向所述樣品施加的靜磁場的共同的磁場來施加操作所述多個標量磁強計的偏磁場的情況下，當所述靜磁場施加單元在Z方向向所述樣品施加所述靜磁場時，所述多個標量磁強計的所述堿金屬單元被布置為在所述Z方向不與所述要被成像的區域重疊，并且在垂直于所述Z方向的平面內方向不與所述要被成像的區域交叉。
8.根據權利要求7所述的核磁共振成像方法，其中，所述多個標量磁強計的所述堿金屬單元被布置在這樣的位置，其中由將面向所述多個標量磁強計的所述堿金屬單元中的每一個的所述要被成像的區域在垂直于所述z方向的所述平面內方向的一端和另一端中的每一個與所述多個標量磁強計的所述堿金屬單元中的每一個的中心連接的線形成的角度超出90度。
9.根據權利要求7所述的核磁共振成像方法，其中，所述多個標量磁強計的所述堿金屬單元被布置在這樣的位置，其中由將面向所述多個標量磁強計的所述堿金屬單元中的每一個的所述要被成像的區域在垂直于所述z方向的所述平面內方向的一端和另一端中的每一個與所述多個標量磁強計的所述堿金屬單元中的每一個的中心連接的線形成的角度超出60度。
10.根據權利要求7所述的核磁共振成像方法，其中，對于所述要被成像的區域，在所述z方向中區域的剖面形狀是薄板狀的形狀，并且在垂直于所述z方向的所述平面內方向的剖面形狀是邊的尺寸大于所述薄板的厚度的方形形狀。
11.根據權利要求7所述的核磁共振成像方法，其中，對于所述要被成像的區域，在垂直于所述z方向的所述平面內方向的剖面形狀是薄板狀的形狀，并且在所述z方向中區域的剖面形狀是邊的尺寸大于所述薄板的厚度的方形形狀。
12.根據權利要求7所述的核磁共振成像方法，其中，當所述要被成像的區域包括所述要被成像的區域中的橢圓柱形樣品區域時，所述多個標量磁強計的所述堿金屬單元被布置為在所述z方向不與所述要被成像的區域中的所述橢圓柱形樣品區域重疊，并在垂直于所述z方向的所述平面內方向沿著所述橢圓柱形樣品區域的側表面布置，以便不與所述橢圓柱形樣品區域交叉。
全文摘要
公開了一種核磁共振成像設備以及核磁共振成像方法。本發明具有提供當共同的磁場被用作光學磁強計的偏磁場并用作要向樣品施加的靜磁場時避免帶有光學磁強計的零靈敏度的區域并允許通過強的磁共振來進行成像的核磁共振成像設備等等的目標。當向樣品施加靜磁場的靜磁場施加單元的方向是z方向時，多個標量磁強計的堿金屬單元被布置為在z方向不與要被成像的區域重疊，并且在垂直于z方向的平面內方向不與要被成像的區域交叉。
文檔編號G01R33/20GK103033774SQ201210362959
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月26日 優先權日2011年9月30日
發明者水谷夏彥, 小林哲生, 石川潔 申請人:佳能株式會社