專利名稱：核磁共振成像裝置和核磁共振成像方法
技術領域：
本發(fā)明涉及核磁共振成像裝置和核磁共振成像方法。
背景技術：
已經(jīng)提出了使用堿金屬氣體的電子自旋、具有高靈敏度的光學磁強計。當該光學磁強計用于測量磁共振(進行磁成像)時，運行磁強計的偏磁場與施加到樣品的靜磁場之間的關系在某種程度上受到限制。這是因為堿金屬或質子的拉莫爾頻率0^為W(i=Ya|b|，與磁場的幅度|B|成正比。比例常數(shù)Ya被稱為回旋磁比。質子核自旋的回旋磁比小于堿金屬電子自旋的回旋磁比，例如，質子的回旋磁比為鉀的回旋磁比的大約1/167。
在使用具有上述性質的堿金屬的光學磁強計的核磁共振成像中，存在使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和M. 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與圍繞樣品的螺線管線圈的結合。利用這種結合，要向樣品施加的偏磁場和靜磁場被獨立地調整，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。
同樣，也存在已知方法使光學磁強計的偏磁場與要向樣品施加的靜磁場具有相同的均勻磁場。作為這樣的方法，在G. Bevilacqua, V. Biancalana, Y. Dancheva, L. Moi, Journal of Magnetic Resonance, 201，222 (2009)公開的方法中，在與樣品中磁偶極子的偏磁場正交方向上，在振動分量上聚焦，單元的有效體被布置在所述組件產生的磁場與偏磁場平行的位置上。在這種方法中，從靜磁場中質子核磁共振產生的自由感應衰減 (FID)的磁場與鉀的偏磁場重疊，并且其拉莫爾頻率受到頻率調制。受到頻率調制的信號被解碼以提取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)中的使磁強計的偏磁場與要向樣品施加的靜磁場具有相同的均勻磁場的方法，能夠避免如1. Savukov, S. Seltzer,和 M. Romalis 的 Detection of NMR signals with a radio-frequency atomic magnetometer, Journal of Magnetic Resonance, 185, 214(2007)中的復雜的磁場調整，并且使用共同磁場作為光學磁強計的偏磁場和作為要向樣品施加的靜磁場。
不過，在共同磁場如此用作光學磁強計的偏磁場和用作要向樣品施加的靜磁場時，避免光學磁強計的零靈敏度區(qū)域以及允許由強磁共振成像所需的條件尚未搞清楚。發(fā)明內容
本發(fā)明針對在使用共同磁場作為光學磁強計的偏磁場和作為要向樣品施加的靜磁場時，避免光學磁強計的零靈敏度區(qū)域并允許由強磁共振成像的核磁共振成像裝置和核磁共振成像方法。
本發(fā)明提供了執(zhí)行核磁共振成像的核磁共振成像裝置，包括靜磁場施加單元，對放置在要成像的區(qū)域中的樣品施加靜磁場；RF脈沖施加單元，施加RF脈沖；梯度磁場施加單元，施加梯度磁場；以及核磁共振信號檢測單元，檢測核磁共振信號，其中，作為核磁共振信號檢測單元提供了標量磁強計，其中檢測所述核磁共振信號的傳感器由堿金屬單元構成，形成的共同磁場可用作操作所述標量磁強計的偏磁場和用作在所述靜磁場施加單元中要向所述樣品施加的靜磁場，以及當所述靜磁場施加單元在ζ方向對所述樣品施加所述靜磁場時，所述標量磁強計的堿金屬單元被布置為在所述ζ方向上不與所述要成像的區(qū)域重疊，并且在與所述ζ方向正交的平面內方向上不與所述要成像的區(qū)域相交。
本發(fā)明也提供了執(zhí)行核磁共振成像的核磁共振成像方法，該方法使用靜磁場施加單元，對放置在要成像的區(qū)域中的樣品施加靜磁場；RF脈沖施加單元，施加RF脈沖；梯度磁場施加單元，施加梯度磁場；以及核磁共振信號檢測單元，檢測核磁共振信號，其中作為核磁共振信號檢測單元提供了所述標量磁強計，其中檢測所述核磁共振信號的傳感器由堿金屬單元構成，在操作所述標量磁強計的偏磁場作為與施加到在所述靜磁場施加單元中要向所述樣品施加的所述靜磁場的共同磁場的情況下，當所述靜磁場施加單元在ζ方向對所述樣品施加所述靜磁場時，所述標量磁強計的堿金屬單元被布置為在所述ζ方向上不與所述要成像的區(qū)域重疊，并且在與所述ζ方向正交的平面內方向上不與所述要成像的區(qū)域相交。
根據(jù)本發(fā)明，能夠實現(xiàn)在使用共同磁場作為所述光學磁強計的所述偏磁場和作為要向樣品施加的所述靜磁場時，避免所述光學磁強計的零靈敏度區(qū)域并允許由強磁共振成像的核磁共振成像裝置和核磁共振成像方法。
參考附圖從示范實施例的以下說明，本發(fā)明的進一步特征將變得顯而易見。


圖1展示了本發(fā)明的實施例中在原點放置的標量磁強計的靈敏度分布；
圖2展示了本發(fā)明的實施例中使用標量磁強計測量磁共振時的盲區(qū)；
圖3A是本發(fā)明實施例中執(zhí)行核磁共振成像時的堿金屬單元排列的平面圖3B是圖3A的側視圖4展示了本發(fā)明的示例I中的核磁共振成像裝置的示范配置；
圖5展示了光學磁強計系統(tǒng)的框圖，其中本發(fā)明的示例I中的模塊被連接到外部光源、光電探測器和控制系統(tǒng)并且被配置為以標量型的光學磁強計操作；
圖6展示了本發(fā)明示例I中使用的標量磁強計模塊的示例；
圖7A、7B、7C、7D、7E、7F和7G展示了為了執(zhí)行本發(fā)明示例I中的成像，在測量來自樣品的磁共振信號時使用的自旋回聲的脈沖序列；
圖8A是本發(fā)明示例2中執(zhí)行核磁共振成像時的堿金屬單元排列的平面圖8B是圖8A的側視圖9A是本發(fā)明示例3中執(zhí)行核磁共振成像時的堿金屬單元排列的平面圖9B是圖9A的側視圖。
具體實施方式
現(xiàn)在將按照附圖， 詳細介紹本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
本發(fā)明根據(jù)在核磁共振成像中的發(fā)現(xiàn)，利用這一發(fā)現(xiàn)，當操作標量磁強計的偏磁場作為與施加到在靜磁場施加單元中要向樣品施加的靜磁場的共同磁場時，光學磁強計的零靈敏度區(qū)域得以避免，從而允許利用強磁共振成像。
為了介紹光學磁強計的零靈敏度區(qū)域，在這個實施例中將首先介紹使用標量磁強計作為光學磁強計的示范配置。標量磁強計被用作核磁共振信號檢測單元，在執(zhí)行核磁共振成像的核磁共振成像裝置中檢測核磁共振信號。確切地說，在這個實施例中的核磁共振成像裝置包括靜磁場施加單元，它對放置在要成像的區(qū)域中的樣品施加靜磁場；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裝置中，標量磁強計構成了核磁共振信號檢測單元。標量磁強計是取決于磁場的幅度|B|產生輸出的磁強計，它使用堿金屬的拉莫爾頻率COtl作為測量原理，ω。為GJci=YaIbU
當靜磁場的幅度是Bd。，來自樣品的FID信號的幅度是Ba。，而在堿金屬單元的測量點由靜磁場與FID信號的磁場形成的角度是Θ時，在靜磁場Bde充分大于FID信號的磁場 Bac的條件下，得到了以下的表達式
|B|=(Bdc2+Bac2+2BdcBac cosθ) 1/2≠ Bdc + Bac cosθ
從這個表達式，已經(jīng)新發(fā)現(xiàn)了在Bevilacqua等人文章中未介紹的、將在以下進行說明的內容。確切地說，當在來自樣品的FID信號Ba。的靜磁場方向中有增加分量的位置上布置傳感器時，獲得強磁共振信號。靜磁場Bd。中的FID信號由以角頻率coH=YBd。振動的分量Ba。和以弛豫時間T2經(jīng)歷橫向弛豫的分量構成。這里注意到比弛豫時間更短的時間標度上的共振。
可以認為在靜磁場Bd。中的磁化矢量m包括平行于靜磁場的分量m//和以角頻率 ωΗ=Υ Bd。振動的與靜磁場正交的分量m丄，且彼此疊加。當角度φ被指為由作為矢量的磁化矢量m與靜磁場形成的角度時，m//=|m|cosq>,以及m丄的幅度是|m丄I=|m|sin(p。在核磁共振成像的信號觀測中，觀測到由矢量m丄產生并且以矢量旋轉的角頻率ωΗ振動的磁場。 SilKp項是比例系數(shù)，它在弛豫時間T2被弛豫。因此，對于布置傳感器的位置，考慮由與樣品位置中磁場正交的磁化矢量m丄產生的FID信號的磁場分布。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過考慮在靜磁場方向上增加磁場分量的布局，能夠由標量磁強計獲得大信號。由放置在原點的磁化矢量 m丄在位置d產生的磁場B (d)由以下表達式表達，其中單位矢量η在矢量d的方向。
B(d)
為了繪制等強度線而計算在靜磁場方向B Cd)的分量B//(d)，然后得到如圖1的圖。這幅圖示展示了由磁化矢量m丄=(1，0，O)產生的磁場的ζ分量的計算結果，z被放置在作為靜磁場方向的軸方向上的原點。
基于以上計算，在執(zhí)行核磁共振成像時，能夠考慮傳感器的靈敏度分布。為此，從圖1中的磁場強度分布可以讀取和得到傳感器靈敏度的分布。圖1展示了由放置在原點的磁化矢量m丄在位置矢量d處產生的磁場(的Z分量)。當我們考慮在坐標原點放置的傳感器時，圖1的解釋可以是當磁化矢量m丄被放置在離開傳感器位置矢量-d時從幾何學確定的靈敏度。因此，圖1可以被解讀為展示了標量磁強計被放置在原點時，在空間中各種點上安排的磁化矢量m丄產生的信號的靈敏度分布。由于該分布關于原點是對稱的，所以沒有必要進行矢量d到矢量-d的轉換。
圖1顯示了存在著關于傳感器靈敏度的符號變化的區(qū)域。該區(qū)域包括從傳感器在靜磁場方向上延伸的軸，以及包括傳感器并與該靜磁場正交的平面。來自核磁共振成像中的每個像素的信號可以被視為來自體素的磁共振信號的空間平均值。當核磁共振成像中的體素橫跨傳感器響應有符號變化的區(qū)域時，體素中的空間平均是具有不同符號的信號的相加。在這時，從這個體素獲得的信號非常小，且實質上接近零。
在以上說明中，傳感器已經(jīng)被視為理想的點。實際上，為了讀取磁場，傳感器使用具有有限尺寸的堿金屬單元。對于傳感器靈敏度降低的空間，需要考慮(堿金屬單元的尺寸 +體素尺寸)的范圍。
最終，為了使用光學磁強計檢測磁場，在其中封裝堿金屬的玻璃單元206的周圍， 包括圖2所示柱形部分的寬度和深度以及盤形部分的厚度的區(qū)域，是核磁共振成像中具有零或幾乎為零靈敏度的區(qū)域。注意，體素尺寸是成像中確定的參數(shù)。
圖2中區(qū)域的尺寸不是先前準確確定的。典型情況下，關于毫米級的體素尺寸，當堿金屬單元的尺寸為厘米級時，盲區(qū)的范圍主要受堿金屬單元尺寸的影響。確切地說，圖2 中盲區(qū)的尺寸(柱形部分的寬度和深度以及盤形部分的厚度)可以基本上由堿金屬單元的尺寸確定。因此，有必要在樣品中確定了核磁共振成像(MRI)中要成像的區(qū)域之后，確定光學磁強計的傳感器模塊的位置，使得堿金屬單元的位置不與盲區(qū)重疊。
參考圖3A和顯示其側視圖的圖3B，將介紹核磁共振成像裝置中的傳感器的示范布局。正如圖3A所示，光學磁強計模塊207通過光纜被連接到外部控制器。在該模塊中， 設置其中封裝有堿金屬的玻璃單元206。對要被MRI成像的區(qū)域205中的樣品以附圖中的 ζ方向施加靜磁場。
在這時，盲區(qū)221在單元206的靜磁場方向上延伸。同樣，盲區(qū)222在包括單元 206并與靜磁場正交的方向上延伸。
確切地說，當確定要成像的區(qū)域205時，標量磁強計的堿金屬單元206被布置為使得沿著靜磁場的坐標(圖3A和3B中的ζ)不重疊。單元206被放置為在與靜磁場正交的平面(圖3B中的x-y平面)內不與要成像的區(qū)域205相交。
確切地說，當靜磁場施加單元在ζ方向上對樣品施加靜磁場時,標量磁強計的堿金屬單元(單元206)被布置為在ζ方向上不與要成像的區(qū)域重疊，并且在與ζ方向正交的平面內方向上不與要成像的區(qū)域相交。因此，當使用共同磁場作為操作標量磁強計的偏磁場和作為在靜磁場施加單元中要向樣品施加的靜磁場時，光學磁強計的零靈敏度區(qū)域得以避免從而允許由強磁共振成像。
另外，更大的磁信號在更接近樣品的位置獲得。因此，單元被布置在接近要成像的區(qū)域的位置，正如以下說明。
確切地說，所期望的是，在要成像的區(qū)域205的在與作為靜磁場的施加方向的ζ方向正交的平面內方向上的、面向堿金屬單元的一端和另一端中的每一端，與堿金屬 單元的中心相連的線所形成的角度Θ (從單元206的中心看到的要成像的區(qū)域205的角度Θ )超過90度的位置設置單元。如果根據(jù)以上介紹的兩種初始限制，從單元206的中心看到的要成像的區(qū)域205的角度Θ不能超過90度，所期望的是在至少為60度的角度Θ的位置設置單元。
示例
現(xiàn)在將介紹本發(fā)明的示例。
(示例I)
作為示例1，將參考圖4介紹應用本發(fā)明的核磁共振成像裝置的示范配置。正如圖 4展示，在這個示例中的核磁共振成像裝置由在三個軸線方向引導的三對線圈201包圍以便抵消地磁場。另外，該核磁共振成像裝置包括一對亥姆霍茲線圈202，用于對樣品施加靜磁場。線圈對202施加強度為例如約50 μ T到200 μ T的靜磁場B。。偏振線圈203在與靜磁場Btl正交的方向產生磁場，引起樣品的自旋偏振。偏振線圈203施加例如40mT到IOOmT 的磁場。RF線圈204對樣品施加180°脈沖或90°脈沖，以便控制樣品的自旋方向。整個核磁共振裝置被容納在鋁制的電磁屏蔽盒(未顯示)中，以防止測量環(huán)境的磁場噪聲。圖4 示意地展示了在裝置中要成像的區(qū)域205。要放置在裝置中的樣品或活體有時比區(qū)域205 大得多。
閉環(huán)標量磁強計模塊207使用堿金屬單元作為磁傳感器，用于檢測核磁共振。磁強計207包括堿金屬單元206，并且光學地讀取堿金屬蒸汽的自旋行為以檢測磁場。標量磁強計的細節(jié)將在下文介紹。附圖沒有展示需要連接到該模塊并作為標量磁強計運行的光源。這將在以下詳細地介紹。
提供了 Gz線圈208、Gx線圈·209和Gy線圈210作為對成像施加梯度磁場的線圈。 Gz指ζ方向的磁場Bz,具有取決于ζ坐標的值的磁場強度(梯度磁場)。同樣，Gy和Gx也指ζ方向的磁場Bz，具有取決于y坐標的值和X坐標的值的磁場強度(梯度磁場)。
圖6展示了本文使用的標量磁強計模塊的示例。
單元421由某材料比如玻璃制作，它對于探測光或泵浦光是透明的。
作為一組堿金屬原子的鉀(K)被封裝在要被氣密的單元421之中。作為緩沖氣和驟冷氣，封裝氦氣(He)和氮氣(N2)。緩沖氣防止偏振堿金屬原子的擴散，以便降低由于與單元壁的碰撞造成的自旋弛豫，從而有效地提高了堿金屬的極化率。N2氣是驟冷氣，從激勵狀態(tài)的K中取走能量以防止光發(fā)射，從而有效地提高了光泵浦的效率。
在單元421的周圍提供了爐431。為了提高單元421中的堿金屬氣體的密度以操作磁強計，單元421被加熱至最高約200攝氏度。為此，在爐431中放置加熱器。爐431也用來防止內部的熱被釋放到外部，從而其表面覆蓋著絕熱材料。光學窗口被放置在光路上， 后面介紹的泵浦光和探測光經(jīng)由它通過，以保證光路。在圖6中，爐431的上面是打開的以展示內部的單元421，但是單元421實際上整體被爐封閉。
在泵浦光的光學系統(tǒng)中，從連接到光纜連接器401的光纜(未顯示)端面發(fā)射的激光，在光纜的數(shù)值孔徑(NA)所確定的輻射角范圍內延伸。光被凸透鏡402轉換為準直光束， 并且由偏振光束分離器403和1/4波片404轉換為圓形偏振泵浦光，然后施加到單元421。
在探測光的光學系統(tǒng)中，從連接到光纜連接器411的光纜(未顯示)端面發(fā)射的激光，在光纜的數(shù)值孔徑(NA)所確定的輻射角范圍內延伸。光被凸透鏡412轉換為準直光束。 在這個示例中，光路被鏡子413折回以減小該模塊的尺寸。已經(jīng)穿過偏振器414的線性偏振平面由半波片415旋轉和調整，以便獲得線性偏振的探測光，它被施加到單元421。
在用于偏振測量的平衡型光接收系統(tǒng)中，來自偏振光束分離器416的透射光和反射光由聚光透鏡417和419聚焦。在連接到光纖連接器418和420的光纖端面上聚焦的光被耦接到光纖的波導模式，并且從該模塊提取。在該模塊中，堿金屬單元被布置在該模塊的末端而不是中心，以便盡可能接近該樣品。不過，堿金屬單元具有有限的尺寸，并且它被放置在包括加熱器和絕熱層的爐中，從而從該模塊外部到堿金屬單元中心的距離是有限的值 do該值d是例如約3厘米。
正如圖5所示，該模塊被連接到外部光源、光電探測器和控制系統(tǒng)，并且作為標量光磁強計工作。
在圖5的框圖中，從泵浦光的激光光源502發(fā)射的泵浦光的波長與允許該單元中一組原子極化的波長進行匹配，例如，作為堿金屬的鉀的Dl共振線。該波長約為770納米。 作為用于激光強度調制的光學調制器503，本文使用了 EO調制器。從EO調制器輸出的光被耦接到保持偏振的單模式光纖。該光纖的發(fā)射端被連接到圖6中模塊207的光纖連接器 401。
從探測光的光源501發(fā)射的激光輸出被連接到保持偏振的單模式光纖。該光纖的發(fā)射端被連接到該模塊的光纖連接器411。該探測光被理想地解諧至原子共振線躍遷的一定范圍，以避免不必要的泵浦并增加偏振平面的旋轉角。例如，使用了 769. 9納米的光。
多模式光纖被連接到該模塊的平衡型光接收器的光纖連接器418和420，并且一組平衡型光電探測器505接收來自該光纖的光。作為連接到光電探測器的運算放大器電路 506的輸出，能夠測量偏振平面的旋轉角。
磁強計在ζ方向的偏磁場下運行。在這個周期中由EO調制器以單元中自旋極化在X軸方向調制泵浦光。堿金屬的自旋極化在作為偏磁場方向的Z方向上以拉莫爾頻率圍繞旋轉軸執(zhí)行進動。這就以拉莫爾頻率調制在y方向通過的探測光的偏振平面的旋轉。
鎖相放大器507使用合成函數(shù)發(fā)生器509的輸出作為參考信號，執(zhí)行鎖相檢測?？梢詮逆i相放大器提取取決于該模塊中堿金屬單元磁場的拉莫爾頻率變化作為響應于參考信號相移。PID控制器508運行時以相移量作為誤差信號，并且使誤差信號為O的反饋信號被返回到合成函數(shù)發(fā)生器509。因此，能夠控制合成函數(shù)發(fā)生器509的振蕩頻率，以便配置標量磁強計執(zhí)行自激振蕩，同時根據(jù)該模塊單元部分中的磁場強度改變振蕩頻率。
配置標量磁強計的方法不限于于此，例如，可以使用以下介紹的施加RF磁場的磁強計類型，強制堿金屬單元中的自旋極化執(zhí)行圍繞靜磁場的進動。
確切地說，可以使用M-ζ 磁強計(N. Beverini, E. Alzetta, E. Maccioni, O. FaggionijC. Carmisciano:A potassium vapor magnetometer optically pumped by a diode laser, on Proceeding of thel2th European Forum on Time and Frequency (EFTF 98))。
同樣，可 以使用Μ-χ 磁強計(S. Groegerj G. Bison, J. _L. Schenkerj R. Wynands 和 A. Weis, A high-sensitivity laser-pumped Mx magnetometer, The European Physical Journal D-Atomic，Molecular，Optical and Plasma Physics, Volume 38,239-247)。
利用這種裝置，使用了圖7A、7B、7C、7D、7E、7F和7G所示的自旋回波的脈沖序列測量來自樣品的磁共振信號以執(zhí)行成像。從測量開始到結束，不變的電流穿過亥姆霍茲線圈對202，產生ζ方向的靜磁場Btl (在附圖中這由帶有抑揚符號的字符ζ顯示)并將其施加到樣品和標量磁強計207 (圖7C)。
首先，電流通過偏振線圈203，在y方向上產生幅度為80mT的磁場(在附圖中，這由帶有抑揚符號的字符I顯示)以偏振樣品(圖7A)。磁場的施加時間tp理想情況下長于該樣品質子自旋的縱向弛豫時間。穿過偏振線圈203的電流被迅速減小，以使得該樣品的自旋在ζ方向上對齊。當延遲時間td已經(jīng)過去，從RF線圈204施加90°脈沖，同時正在施加由Gz線圈208產生的切片選擇梯度磁場，從而產生FID信號(圖7B和圖7F)。施加再收斂的梯度磁場脈沖使自旋相位對齊。梯度磁場由Gy線圈209對相位編碼方向上的Y軸產生， 并且被添加到該樣品(圖7E)。同時，梯度磁場被施加到用于頻率編碼的X軸的Gx線圈210 (圖7D)。在時間τ已經(jīng)過去之后，施加180°脈沖以將該樣品的自旋旋轉相位反轉180° (圖7Β)，并且對用于頻率編碼的X軸的Gx線圈再次施加梯度磁場(圖7D)。從第一個90° 脈沖開始在時間2 τ已經(jīng)過去之后，觀測到自旋回波的峰值(圖7G)。相位編碼步驟被重復了等于在y軸方向被劃分部分數(shù)量的次數(shù)，以產生不同的Gy、獲得全部數(shù)據(jù)以及產生實際空間的圖像。
從磁共振信號成像的脈沖序列不限于于此。例如，可以施加已知的梯度回波。不是切片選擇，可以應用ζ軸方向是相位編碼方向的3D區(qū)域成像。
(示例2)
作為示例2，將參考圖8A和顯示其側視圖的圖SB，介紹要成像的區(qū)域形狀不同于示例I中形狀的示范配置。
在示例I中，對于要成像的區(qū)域，在ζ方向區(qū)域的剖面形狀是薄板狀的形狀，并且在與ζ方向正交的平面內方向上的剖面形狀是方形形狀，邊的尺寸大于薄板的厚度。
另一方面，在這個示例中，對于要成像的區(qū)域，在與ζ方向正交的平面內方向上的剖面形狀是薄板狀的形狀，而在ζ方向區(qū)域的剖面形狀是方形形狀，邊的尺寸大于薄板的厚度。確切地說，正如圖8A所示，該區(qū)域是y方向上薄板狀的區(qū)域。
同樣在這種情況下，存在著與實施例中介紹的相同限制。確切地說，當確定要成像的區(qū)域205時，標量磁強計的堿金屬單元206被布置為使沿著靜磁場的坐標(圖SB中的ζ) 不與要成像的區(qū)域205重疊。單元206將被布置為在與靜磁場正交的平面(圖8B中的x-y 平面)內不與要成像的區(qū)域205相交。
另外，在更靠近樣品的位置得到更大的磁信號。因此，期望將單元206設置在靠近樣品的位置，如以下介紹。確切地說，所期望的是，在要成像的區(qū)域的在與作為靜磁場的施加方向的ζ方向正交的平面內方向上的、面向堿金屬單元的一端和另一端中的每一端，與標量磁強計的堿金屬單元的中心相連的線所形成的角度Θ (從單元206的中心看到的要成像的區(qū)域205的角度Θ )理想情況下至少60度的位置設置單元，如果根據(jù)以上介紹的兩種初始限制，所述角度不能超過90度的話。注意，由于從單元206的中心看到的要成像的區(qū)域205的角度Θ由要成像的區(qū)域205的厚度界定，所以在某些情況下該角度的大小變得比以上更小。
(示例3)
在示例3中，將參考圖9A和顯示其側視圖的圖9B，介紹當發(fā)現(xiàn)要成像空間中的樣品不完全充滿要成像的空間并且在圖像中存在僅有空氣的區(qū)域時，傳感器的示范可能布
例如，要成像的區(qū)域包括在要成像的區(qū)域中的橢圓柱形樣品區(qū)域時，確切地說，要 成像的空間205包括橢圓柱形樣品時，傳感器被布置為如圖9A中所示。確切地說，沿著橢 圓柱的側表面設置傳感器模塊207，從而如果該單元進入了要成像的空間，該單元實際上未 變成障礙。正如圖9A所示，單元206被布置為在與靜磁場正交的平面(圖9B中的x-y平面) 內不與樣品相交，從而允許配置圖像。堿金屬單元206被布置為坐標沿著靜磁場不重疊。這 些方面與示例I和示例2相同。
雖然已經(jīng)參考示范實施例介紹了本發(fā)明，但是應當理解，本發(fā)明不限于所公開的 示范實施例。以下權利要求書的范圍應當按照最廣泛的解釋以包含一切這樣的修改以及等 效結構和功能。
權利要求
1.一種執(zhí)行核磁共振成像的核磁共振成像裝置，包括 靜磁場施加單元，被配置為對放置在要成像的區(qū)域中的樣品施加靜磁場； RF脈沖施加單元，被配置為施加RF脈沖； 梯度磁場施加單元，被配置為施加梯度磁場；以及 核磁共振信號檢測單元，被配置為檢測核磁共振信號， 其中，作為核磁共振信號檢測單元提供了標量磁強計，其中檢測所述核磁共振信號的傳感器由堿金屬單元構成， 使用共同磁場作為操作所述標量磁強計的偏磁場和作為在所述靜磁場施加單元中要向所述樣品施加的靜磁場，以及 當所述靜磁場施加單元在z方向對所述樣品施加所述靜磁場時,所述標量磁強計的堿金屬單元被布置為在所述Z方向上不與所述要成像的區(qū)域重疊，并且在與所述Z方向正交的平面內方向上不與所述要成像的區(qū)域相交。
2.根據(jù)權利要求1的核磁共振成像裝置，其中，所述標量磁強計的堿金屬單元被布置在下列位置，在所述位置中，所述要成像的區(qū)域的在與z方向正交的平面內方向上的、面向所述標量磁強計的堿金屬單元的一端和另一端中的每一端，與所述標量磁強計的堿金屬單元的中心相連的線所形成的角度超過90度。
3.根據(jù)權利要求1的核磁共振成像裝置，其中，所述標量磁強計的堿金屬單元被布置在下列位置，在所述位置中，所述要成像的區(qū)域的在與z方向正交的平面內方向上的、面向所述標量磁強計的堿金屬單元的一端和另一端中的每一端，與所述標量磁強計的堿金屬單元的中心相連的線所形成的角度超過60度。
4.根據(jù)權利要求1的核磁共振成像裝置，其中，對于所述要成像的區(qū)域，所述z方向上區(qū)域的剖面形狀是薄板狀的形狀，而與所述z方向正交的所述平面內方向上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(jù)權利要求1的核磁共振成像裝置，其中，對于所述要成像的區(qū)域，與所述z方向正交的所述平面內方向上的剖面形狀是薄板狀的形狀，而所述z方向上區(qū)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(jù)權利要求1的核磁共振成像裝置，其中，當所述要成像的區(qū)域包括所述要成像的區(qū)域中的橢圓柱形樣品區(qū)域時，所述標量磁強計的堿金屬單元被布置為在z方向上不與所述要成像的區(qū)域中的所述橢圓柱形樣品區(qū)域重疊，并且被布置為在與所述z方向正交的所述平面內方向上沿著所述橢圓柱形樣品區(qū)域的側表面，從而不與所述橢圓柱形樣品區(qū)域相交。
7.一種執(zhí)行核磁共振成像的核磁共振成像方法，所述方法使用 靜磁場施加單元，被配置為對放置在要成像的區(qū)域中的樣品施加靜磁場； RF脈沖施加單元，被配置為施加RF脈沖； 梯度磁場施加單元，被配置為施加梯度磁場；以及 核磁共振信號檢測單元，被配置為檢測核磁共振信號， 其中，作為核磁共振信號檢測單元提供了標量磁強計，其中檢測所述核磁共振信號的傳感器由堿金屬單元構成， 在操作所述標量磁強計的偏磁場作為與被施加到在所述靜磁場施加單元中要向所述樣品施加的靜磁場的共同磁場的情況下，當所述靜磁場施加單元在Z方向對所述樣品施加所述靜磁場時，所述標量磁強計的堿金屬單元被布置為在所述Z方向上不與所述要成像的區(qū)域重疊，并且在與所述Z方向正交的平面內方向上不與所述要成像的區(qū)域相交。
8.根據(jù)權利要求7的核磁共振成像方法，其中，所述標量磁強計的堿金屬單元被布置在下列位置，在所述位置中，所述要成像的區(qū)域的在與z方向正交的平面內方向上的、面向所述標量磁強計的堿金屬單元的一端和另一端中的每一端，與所述標量磁強計的堿金屬單元的中心相連的線所形成的角度超過90度。
9.根據(jù)權利要求7的核磁共振成像方法，其中，所述標量磁強計的堿金屬單元被布置在下列位置，在所述位置中，所述要成像的區(qū)域的在與z方向正交的平面內方向上的、面向所述標量磁強計的堿金屬單元的一端和另一端中的每一端，與所述標量磁強計的堿金屬單元的中心相連的線所形成的角度超過60度。
10.根據(jù)權利要求7的核磁共振成像方法，其中，對于所述要成像的區(qū)域，所述Z方向上區(qū)域的剖面形狀是薄板狀的形狀，而與所述z方向正交的所述平面內方向上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(jù)權利要求7的核磁共振成像方法，其中，對于所述要成像的區(qū)域，與所述z方向正交的所述平面內方向上的剖面形狀是薄板狀的形狀，而所述z方向上區(qū)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(jù)權利要求7的核磁共振成像方法，其中，當所述要成像的區(qū)域包括所述要成像的區(qū)域中的橢圓柱形樣品區(qū)域時，所述標量磁強計的堿金屬單元被布置為在z方向上不與所述要成像的區(qū)域中的所述橢圓柱形樣品區(qū)域重疊，并且被布置為在與所述z方向正交的所述平面內方向上沿著所述橢圓柱形樣品區(qū)域的側表面，從而不與所述橢圓柱形樣品區(qū)域相交。
全文摘要
公開了核磁共振成像裝置和核磁共振成像方法。本發(fā)明的目的是提供核磁共振成像裝置等，在共同磁場被用作光學磁強計的偏磁場和作為要向樣品施加的靜磁場時，避免光學磁強計的零靈敏度區(qū)域并允許利用強磁共振成像。當靜磁場施加單元向樣品施加靜磁場的方向是z方向時，標量磁強計的堿金屬單元被布置為在z方向上不與所述要成像的區(qū)域重疊，并且在與z方向正交的平面內方向上不與要成像的區(qū)域相交。
文檔編號G01N24/08GK103033781SQ20121036296
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權日2011年9月30日
發(fā)明者水谷夏彥, 小林哲生, 石川潔 申請人:佳能株式會社