介入应用中光学角动量诱导的超极化的制作方法
【专利摘要】磁共振光谱组件包括用于产生稳定磁场的磁铁、将RF激发场发射到检查区域内并从所述检查区域获得磁共振信号的RF发射／接收天线、以及耦合到所述RF发射／接收天线以从所述磁共振信号收集磁共振光谱数据的磁共振光谱仪。所述组件具有介入设备。所述介入设备载有用于产生具有轨道光学动量(OAM)的光子辐射的光学模块。
【专利说明】介入应用中光学角动量诱导的超极化
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种磁共振光谱组件，其包括用于产生稳定磁场的磁铁和用于收集磁共振光谱数据的磁共振光谱仪。
【背景技术】
[0002]这种磁共振组件可以从下面的论文中知晓: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 页。
[0003]这种已知的磁共振组件使用质子(1H)磁共振光谱来检测小动物组织标本的胃肠道的早期炎症。特别地，这种已知的磁共振组件能够区分克罗恩氏病(Crohn’s disease)和溃疡性结肠炎。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的是 提供一种允许接近小肠以获得磁共振信号的磁共振组件。这个目的通过所述磁共振组件来实现，该磁共振组件包括:
[0005]磁铁,所述磁铁用于产生稳定磁场，
[0006]RF发射/接收天线，所述RF发射/接收天线用于将RF激发场发射到检查区域内并从所述检查区域获得磁共振信号，
[0007]磁共振光谱仪，所述磁共振光谱仪耦合到所述RF发射/接收天线以从所述磁共振信号收集磁共振光谱数据，以及
[0008]介入设备,所述介入设备载有用于产生具有轨道光学动量(orbital opticalmomentum) (OAM)的光子福射的光学模块。
[0009]所述具有轨道角动量的光子辐射与被所述OAM光子辐射照射的组织内的分子和原子相结合。结果，在所述被照射的组织内产生了核磁超极化。通过利用所述RF发射/接收(T / R)天线施加RF激发场并随后利用所述RFT / R天线接收磁共振信号，可以从这些超极化的原子核产生磁共振信号。所述磁铁产生稳定的磁场以建立原子核旋进频率(nuclear processional frequency)。典型地，所述稳定磁场的场强在0.05-3T范围之内。
[0010]本发明的这些和其它方面将会参考在从属权利要求中限定的实施例来详细阐述。
[0011]产生所述OAM光的所述光学模块可以做得足够小以装配在介入设备的远端(导管尖)。其通过这样来实现:通过光纤波导来将光子的，例如光学的，源束传送到所述装置的尖端。一组微型光学元件被设置在所述光纤的尖端，其包括:偏振器、扩束器(能够使所述光束填满叉形全息图(forked hologram))、具备所述叉形全息图图案的衍射光栅、空间滤波器(用来选择具有OAM的衍射成分)和聚焦透镜。为了保证所述光学系统能够在高光学角动量(1-值)的光子束下工作，所述空间滤波器的尺寸和其它光学元件的孔隙需要根据随着1-值增加的具有OAM的光子束的半径来增加。因为只需要相对弱的稳定磁场来建立所述超极化原子核旋进频率(即超极化的原子核自旋矩(hyperpolarised nuclear spinmoment))，所以只要简单的磁铁就足够了，其可以用在待检患者的身体外侧或甚至可以集成到所述介入设备的远端。磁共振光谱数据可以由所述磁共振光谱仪从所获得的磁共振信号中得到。这样，本发明使得能够接近小肠以在局部进行磁共振光谱分析从而收集能够使医生评估小肠的健康状态的数据。从所述OAM光子束中产生所述磁共振信号本质上可以从国际申请W02009 / 081360A1获知。
[0012]在本发明的一方面，所述光学模块组合了产生OAM光子辐射以产生组织的超极化以及组织的光学成像的功能。所述光学成像还可以用于使所述介入设备通过待检患者的身体结构，例如胃肠道。
[0013]在本发明的另一方面，采用可旋转的或可移动的反射器，例如可旋转的或可移动的反光镜或棱镜，以使所述光学模块在光学成像和产生OAM光子束之间切换。所述可旋转的棱镜，或者可替代使用的反光镜，的目的是使得具有OAM或不具有OAM的所述光子束可以发送到所述介入设备的远端的外面(不具有OAM的光子束可能用于照亮所述介入设备前面的身体结构来帮助视觉检查或视频成像)。优选地，可以使用几个棱镜，其中棱镜中的一个的位置可以物理地平移或旋转使得其不再遮挡从光纤波导出来的所述光子束。
[0014]在本发明的进一步实施例中，所述RF T / R天线由安装在所述介入设备的远端上的微线圈形成。这种小尺寸的微线圈可以安装在足够薄以能够穿过小肠的介入设备的远端上。例如所述微线圈的尺寸可以在4-20mm直径的范围内。设置多个(例如三个互相垂直的)MR线圈可以有利地确保所述介入设备对MR信号具有敏感性，所述MR信号位于垂直于所述静态磁场的平面内。在临床实践中，内窥镜相对于所述静态场的物理定向在该过程中可能变化，因此一组三个互相垂直的线圈可以确保能够重建完整的MR信号。作为选择，这组线圈可以是两个垂直的环形线圈，可能具有多个匝数以增加线圈的感应系数，从而提供在所述介入设备的远端对尖端的左/右和上/下的敏感性，以及这组线圈可以是用于在顶端的前面提供敏感性的电磁线圈。在本发明的一个备选实施例中，所述RF T / R天线由表面线圈构成，其可以设置在患者的身体上，接近待检区域，从而接近所述介入设备的远端的位置。因此，所述介入设备不需要载有所述RF T / R微线圈，且可以更小，使得更容易地穿过小肠。
[0015]本发明的这些和其它方面将会参考后面描述的实施例和附图来阐述。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1表示本发明的磁共振光谱组件的示意图，以及
[0017]图2表示本发明的磁共振组件的光学模块的细节的示意图。
【具体实施方式】
[0018]图1表示本发明的磁共振光谱组件的示意图。在这个实施例中，所述磁共振光谱组件I部分地集成到所述介入设备2内。在所述介入设备2的远端，即插入到待检患者的身体内的部分，所述光学模块3安装有用于产生稳定磁场的所述磁铁10和用于获得由OAM光子束产生的磁共振信号的RF发射/接收天线11。磁共振光谱仪12耦合至所述RF发射/接收天线的输出。所述磁共振光谱仪12包含数字信号获取系统(DAS)和磁共振光谱仪12。所述DAS接收由所述RF线圈获得到的信号并将它们转化为数字信号，所述数字信号被输入到所述磁共振光谱仪12，所述磁共振光谱仪12从输入的数字信号得到磁共振光谱数据。在所述磁共振光谱数据的基础上，可以显示磁共振光谱。因为由所述RF线圈获得的信号源自于由所述光学模块产生的OAM光子束所产生的超极化组织，所以所述磁共振光谱代表在所述超极化组织中的化合物。因此，所述磁共振光谱仪12，(部分地)包括于所述介入设备内，能够产生在所述介入设备的远端的组织的局部磁共振光谱。因此，本发明实现了以最小侵入的方式从患者的内部身体结构获得磁共振光谱。在所示的实施例中，所述远端形成为可控弯曲的部分，其可容易地通过患者的身体结构。
[0019]光源设置在所述介入设备的近端，并设置有光纤以将光从所述光源引导至所述光学模块3。
[0020]图2表示本发明的磁共振组件的光学模块的细节的示意图。现在参照图2，其示出光学元件的典型设置以将OAM赋予给光。应当理解，任何电磁辐射都可以被赋予0ΑΜ，不必仅为可见光。所描述的实施例使用可见光，其与感兴趣的分子相互作用，并且对活体组织没有损害作用。然而，可见光谱以上/以下的光/辐射也可以考虑。白光源22产生被送到扩束器24的可见白光。在备选实施例中，所述光源的频率和相干性可以用于操作信号，如果小心地选择的话，但这种精确度是不必要的。所述扩束器包括用于将发射的光准直为窄束的入口准直器251、凹透镜或散射透镜252、再聚焦透镜253和出口准直器254，通过出口准直器可以发射最小分散频率的光。在一个实施例中，所述出口准直器254可以使光束变窄成Imm光束。
[0021]在所述扩束器24后，所述光束被其后为四分之一波片(wave plate) 28的线性偏振器26圆偏振。所述线性偏振器26接收非偏振光并给它单一的线性偏振。所述四分之一波片28使所述线性偏振光的相位位移I / 4波长，从而对其圆偏振。使用圆偏振的光不是必要的，但是它增加了偏振电子的优势。
[0022]接下来，所述圆偏振的光通过相位全息图30。所述相位全息图30将OAM和自旋赋予入射光束。所述OAM的值“I”是依赖于所述相位全息图30的参数。在一个实施例中，赋予所述入射光OAM值I = 40，尽管更高的I值理论上是可能的。所述相位全息图30是电脑产生的元件，并且可以物理地嵌入到空间光调制器中，例如硅基液晶(LCoS)板，1280X720像素，20Χ20μπι2，具有Ιμπι的单元间隙。可选地，所述相位全息图30可以嵌入到其它光学器件中，例如柱透镜或波片的组合。通过给予所述LCoS板简单的命令，所述空间光调制器具有可以可变的优点，即使在扫描期间。
[0023]并不是所有通过全息干板(holographic plate) 30的光都被赋予了 OAM和自旋。一般地，当具有相同相位的电磁波通过孔隙时，其被衍射并投射到离开所述孔隙一定距离的同心圆的图案中(艾里图形(Airy pattern))。中间的亮斑(艾里斑)表示O级衍射,在这种情况下，其为没有OAM的光。接近所述亮斑的环表示具有OAM的不同谐波的衍射光束。产生这种分布是因为在远离光束中心的点或在光束中心的点处，与分子进行OAM相互作用的可能性降到O。相互作用的最大机会发生在对应于最大场分布的半径上，即接近艾里斑的环。因此，OAM相互作用的最大可能性可以利用具有尽可能接近艾里斑半径的半径的光束来获得。
[0024]参照图2，空间滤波器36被放置在所述全息干板的后面以选择性地仅通过具有OAM和自旋的光。这种滤波器的例子表示在图2中。零级斑32总会出现在预期点中，因此可以被遮挡。如图所示，所述滤波器36允许具有OAM的光通过。需要注意，所述滤波器36还可以遮挡在亮斑32的右边和下面出现的环。因为保留了系统的0ΑΜ，所以该光具有与所述滤波器36允许通过的光的OAM相等并相反的0ΑΜ。让所有光通过会起反作用，因为传递到目标分子的净OAM会为O。因此，所述滤波器36只允许具有一个极性的OAM的光通过。
[0025]继续参照图2，利用凹面镜38收集具有OAM的衍射光束并利用快速显微物镜40将其聚焦到感兴趣的区域。如果使用相干光，所述凹面镜38不是必要的。需要更快透镜(具有高光圈系数)来满足尽可能接近艾里斑的尺寸的光束腰的条件。在备选实施例中，透镜40可以利用可选的光导或光线来代替或补充。
【权利要求】
1.一种磁共振光谱组件，包括: 磁铁，所述磁铁用于产生稳定磁场， RF发射/接收天线，所述RF发射/接收天线用于将RF激发场发射到检查区域中并从所述检查区域获得磁共振信号， 磁共振光谱仪，所述磁共振光谱仪耦合到所述RF发射/接收天线以从所述磁共振信号收集磁共振光谱数据，以及 介入设备，所述介入设备载有用于产生具有轨道光学动量(OAM)的光子辐射的光学模块。
2.如权利要求1所述的磁共振光谱组件，其特征在于，所述光学模块组合了下述功能:(i)产生具有轨道动量的光子辐射；和(ii)在所述介入设备的远端周围的视场的光学成像。
3.如权利要求2所述的磁共振光谱组件，其特征在于，所述光学模块包括可旋转反射器，尤其是在OAM定向和成像定向之间的可旋转棱镜，所述光学模块通过处于其OAM定向的所述棱镜产生具有OAM的光子福射,并且所述光学模块对其视场成像。
4.如权利要求1所述的磁共振光谱组件，其特征在于，所述磁铁集成在所述介入设备中。
5.如权利要求1所述的磁共振光谱组件，其特征在于，RF接收/发射线圈集成在所述介入设备中，并且所述RF接收/发射线圈耦合到所述磁共振光谱仪。
6.如权利要求1所述的磁共振光谱组件，其特征在于，所述磁共振光谱组件包括耦合到所述磁共振光谱仪的表面RF接收/发射线圈或线圈阵列。
【文档编号】G01N24/08GK103649735SQ201280029439
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年6月11日 优先权日:2011年6月15日
【发明者】D·R·埃尔戈特, L·R·阿尔布 申请人:皇家飞利浦有限公司