介入應用中光學角動量誘導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生穩定磁場的磁鐵、將RF激發場發射到檢查區域內并從所述檢查區域獲得磁共振信號的RF發射／接收天線、以及耦合到所述RF發射／接收天線以從所述磁共振信號收集磁共振光譜數據的磁共振光譜儀。所述組件具有介入設備。所述介入設備載有用于產生具有軌道光學動量(OAM)的光子輻射的光學模塊。
【專利說明】介入應用中光學角動量誘導的超極化
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種磁共振光譜組件，其包括用于產生穩定磁場的磁鐵和用于收集磁共振光譜數據的磁共振光譜儀。
【背景技術】
[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子(1H)磁共振光譜來檢測小動物組織標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分克羅恩氏病(Crohn’s disease)和潰瘍性結腸炎。
【發明內容】
[0004]本發明的一個目的是 提供一種允許接近小腸以獲得磁共振信號的磁共振組件。這個目的通過所述磁共振組件來實現，該磁共振組件包括:
[0005]磁鐵,所述磁鐵用于產生穩定磁場，
[0006]RF發射/接收天線，所述RF發射/接收天線用于將RF激發場發射到檢查區域內并從所述檢查區域獲得磁共振信號，
[0007]磁共振光譜儀，所述磁共振光譜儀耦合到所述RF發射/接收天線以從所述磁共振信號收集磁共振光譜數據，以及
[0008]介入設備,所述介入設備載有用于產生具有軌道光學動量(orbital opticalmomentum) (OAM)的光子福射的光學模塊。
[0009]所述具有軌道角動量的光子輻射與被所述OAM光子輻射照射的組織內的分子和原子相結合。結果，在所述被照射的組織內產生了核磁超極化。通過利用所述RF發射/接收(T / R)天線施加RF激發場并隨后利用所述RFT / R天線接收磁共振信號，可以從這些超極化的原子核產生磁共振信號。所述磁鐵產生穩定的磁場以建立原子核旋進頻率(nuclear processional frequency)。典型地，所述穩定磁場的場強在0.05-3T范圍之內。
[0010]本發明的這些和其它方面將會參考在從屬權利要求中限定的實施例來詳細闡述。
[0011]產生所述OAM光的所述光學模塊可以做得足夠小以裝配在介入設備的遠端(導管尖)。其通過這樣來實現:通過光纖波導來將光子的，例如光學的，源束傳送到所述裝置的尖端。一組微型光學元件被設置在所述光纖的尖端，其包括:偏振器、擴束器(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。為了保證所述光學系統能夠在高光學角動量(1-值)的光子束下工作，所述空間濾波器的尺寸和其它光學元件的孔隙需要根據隨著1-值增加的具有OAM的光子束的半徑來增加。因為只需要相對弱的穩定磁場來建立所述超極化原子核旋進頻率(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或甚至可以集成到所述介入設備的遠端。磁共振光譜數據可以由所述磁共振光譜儀從所獲得的磁共振信號中得到。這樣，本發明使得能夠接近小腸以在局部進行磁共振光譜分析從而收集能夠使醫生評估小腸的健康狀態的數據。從所述OAM光子束中產生所述磁共振信號本質上可以從國際申請W02009 / 081360A1獲知。
[0012]在本發明的一方面，所述光學模塊組合了產生OAM光子輻射以產生組織的超極化以及組織的光學成像的功能。所述光學成像還可以用于使所述介入設備通過待檢患者的身體結構，例如胃腸道。
[0013]在本發明的另一方面，采用可旋轉的或可移動的反射器，例如可旋轉的或可移動的反光鏡或棱鏡，以使所述光學模塊在光學成像和產生OAM光子束之間切換。所述可旋轉的棱鏡，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送到所述介入設備的遠端的外面(不具有OAM的光子束可能用于照亮所述介入設備前面的身體結構來幫助視覺檢查或視頻成像)。優選地，可以使用幾個棱鏡，其中棱鏡中的一個的位置可以物理地平移或旋轉使得其不再遮擋從光纖波導出來的所述光子束。
[0014]在本發明的進一步實施例中，所述RF T / R天線由安裝在所述介入設備的遠端上的微線圈形成。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備的遠端上。例如所述微線圈的尺寸可以在4-20mm直徑的范圍內。設置多個(例如三個互相垂直的)MR線圈可以有利地確保所述介入設備對MR信號具有敏感性，所述MR信號位于垂直于所述靜態磁場的平面內。在臨床實踐中，內窺鏡相對于所述靜態場的物理定向在該過程中可能變化，因此一組三個互相垂直的線圈可以確保能夠重建完整的MR信號。作為選擇，這組線圈可以是兩個垂直的環形線圈，可能具有多個匝數以增加線圈的感應系數，從而提供在所述介入設備的遠端對尖端的左/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。在本發明的一個備選實施例中，所述RF T / R天線由表面線圈構成，其可以設置在患者的身體上，接近待檢區域，從而接近所述介入設備的遠端的位置。因此，所述介入設備不需要載有所述RF T / R微線圈，且可以更小，使得更容易地穿過小腸。
[0015]本發明的這些和其它方面將會參考后面描述的實施例和附圖來闡述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1表示本發明的磁共振光譜組件的示意圖，以及
[0017]圖2表示本發明的磁共振組件的光學模塊的細節的示意圖。
【具體實施方式】
[0018]圖1表示本發明的磁共振光譜組件的示意圖。在這個實施例中，所述磁共振光譜組件I部分地集成到所述介入設備2內。在所述介入設備2的遠端，即插入到待檢患者的身體內的部分，所述光學模塊3安裝有用于產生穩定磁場的所述磁鐵10和用于獲得由OAM光子束產生的磁共振信號的RF發射/接收天線11。磁共振光譜儀12耦合至所述RF發射/接收天線的輸出。所述磁共振光譜儀12包含數字信號獲取系統(DAS)和磁共振光譜儀12。所述DAS接收由所述RF線圈獲得到的信號并將它們轉化為數字信號，所述數字信號被輸入到所述磁共振光譜儀12，所述磁共振光譜儀12從輸入的數字信號得到磁共振光譜數據。在所述磁共振光譜數據的基礎上，可以顯示磁共振光譜。因為由所述RF線圈獲得的信號源自于由所述光學模塊產生的OAM光子束所產生的超極化組織，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)包括于所述介入設備內，能夠產生在所述介入設備的遠端的組織的局部磁共振光譜。因此，本發明實現了以最小侵入的方式從患者的內部身體結構獲得磁共振光譜。在所示的實施例中，所述遠端形成為可控彎曲的部分，其可容易地通過患者的身體結構。
[0019]光源設置在所述介入設備的近端，并設置有光纖以將光從所述光源引導至所述光學模塊3。
[0020]圖2表示本發明的磁共振組件的光學模塊的細節的示意圖。現在參照圖2，其示出光學元件的典型設置以將OAM賦予給光。應當理解，任何電磁輻射都可以被賦予0ΑΜ，不必僅為可見光。所描述的實施例使用可見光，其與感興趣的分子相互作用，并且對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產生被送到擴束器24的可見白光。在備選實施例中，所述光源的頻率和相干性可以用于操作信號，如果小心地選擇的話，但這種精確度是不必要的。所述擴束器包括用于將發射的光準直為窄束的入口準直器251、凹透鏡或散射透鏡252、再聚焦透鏡253和出口準直器254，通過出口準直器可以發射最小分散頻率的光。在一個實施例中，所述出口準直器254可以使光束變窄成Imm光束。
[0021]在所述擴束器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。在一個實施例中，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是電腦產生的元件，并且可以物理地嵌入到空間光調制器中，例如硅基液晶(LCoS)板，1280X720像素，20Χ20μπι2，具有Ιμπι的單元間隙。可選地，所述相位全息圖30可以嵌入到其它光學器件中，例如柱透鏡或波片的組合。通過給予所述LCoS板簡單的命令，所述空間光調制器具有可以可變的優點，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，當具有相同相位的電磁波通過孔隙時，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級衍射,在這種情況下，其為沒有OAM的光。接近所述亮斑的環表示具有OAM的不同諧波的衍射光束。產生這種分布是因為在遠離光束中心的點或在光束中心的點處，與分子進行OAM相互作用的可能性降到O。相互作用的最大機會發生在對應于最大場分布的半徑上，即接近艾里斑的環。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]參照圖2，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。零級斑32總會出現在預期點中，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的右邊和下面出現的環。因為保留了系統的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。讓所有光通過會起反作用，因為傳遞到目標分子的凈OAM會為O。因此，所述濾波器36只允許具有一個極性的OAM的光通過。
[0025]繼續參照圖2，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)來滿足盡可能接近艾里斑的尺寸的光束腰的條件。在備選實施例中，透鏡40可以利用可選的光導或光線來代替或補充。
【權利要求】
1.一種磁共振光譜組件，包括: 磁鐵，所述磁鐵用于產生穩定磁場， RF發射/接收天線，所述RF發射/接收天線用于將RF激發場發射到檢查區域中并從所述檢查區域獲得磁共振信號， 磁共振光譜儀，所述磁共振光譜儀耦合到所述RF發射/接收天線以從所述磁共振信號收集磁共振光譜數據，以及 介入設備，所述介入設備載有用于產生具有軌道光學動量(OAM)的光子輻射的光學模塊。
2.如權利要求1所述的磁共振光譜組件，其特征在于，所述光學模塊組合了下述功能:(i)產生具有軌道動量的光子輻射；和(ii)在所述介入設備的遠端周圍的視場的光學成像。
3.如權利要求2所述的磁共振光譜組件，其特征在于，所述光學模塊包括可旋轉反射器，尤其是在OAM定向和成像定向之間的可旋轉棱鏡，所述光學模塊通過處于其OAM定向的所述棱鏡產生具有OAM的光子福射,并且所述光學模塊對其視場成像。
4.如權利要求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備中。
5.如權利要求1所述的磁共振光譜組件，其特征在于，RF接收/發射線圈集成在所述介入設備中，并且所述RF接收/發射線圈耦合到所述磁共振光譜儀。
6.如權利要求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/發射線圈或線圈陣列。
【文檔編號】G01N24/08GK103649735SQ201280029439
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年6月11日 優先權日:2011年6月15日
【發明者】D·R·埃爾戈特, L·R·阿爾布 申請人:皇家飛利浦有限公司