专利名称：核磁共振成像设备以及核磁共振成像方法
技术领域：
本发明涉及核磁共振成像设备以及核磁共振成像方法。
背景技术：
已提出了使用碱金属气体的电子自旋的带有高灵敏度的光学磁强计。当使用光学磁强计来测量磁共振(执行磁成像)时，用于操作磁强计的偏磁场和要向样品施加的静磁场之间的关系在某种程度上是受限制的。这是因为，碱金属或质子的拉莫尔频率Qci是与磁场的幅度|B|成比例的，ω0=γΑ|Β|ο比例常数^被称为回旋磁比。质子的核自旋的回旋磁比小于碱金属的电子自旋的回旋磁比，例如，质子的回旋磁比大约是钾的回旋磁比的1/167。
在使用具有上文所描述的属性的碱金属的光学磁强计的核磁共振成像中有将碱金属的拉莫尔频率与质子的拉莫尔频率匹配的方法。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))公开了调整要向碱金属施加的偏磁场的亥姆霍兹线圈和包围样品的螺线管线圈的组合。利用此组合，独立地调整偏磁场以及要向样品施加的静磁场，并且将质子的拉莫尔频率与钾的拉莫尔频率·相匹配，以获得磁共振信号。
此外，还有已知的使光学磁强计的偏磁场和要向样品施加的静磁场具有相同的均勻磁场的方法。作为这样的方法，G. Bevilacqua、V. Biancalana、Y. Dancheva、L. Moi (Journal of Magnetic Resonance, 201, 222 (2009))公开了一种方法聚焦于垂直于样品中的磁偶极子的偏磁场的方向的振动分量，单元的有效容积被布置于该分量所生成的磁场平行于该偏磁场的位置。在此方法中，静磁场中从质子的核磁共振生成的具有自由感应衰减(FID)的磁场被叠加在钾的偏磁场上，并且其拉莫尔频率遭受调频。遭受调频的信号被解码，以取出自由感应衰减的信号。
在使用光学磁强计的核磁共振成像中，如G. Bevilacqua、V. Biancalana、 Y. Dancheva、L. Moi (Journal of Magnetic Resonance, 201, 222 (2009))所描述的使磁强计的偏磁场和要向样品施加的静磁场具有相同的均匀磁场的方法可以避免如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))中所描述的对磁场的复杂调整，并且共同的磁场被用作光学磁强计的偏磁场并用作要向样品施加的静磁场。
然而，还没有搞清楚当共同的磁场被如此用作光学磁强计的偏磁场并用作要向样品施加的静磁场时避免带有光学磁强计的零灵敏度的区域并通过强的磁共振来进行成像所需的条件。发明内容
本发明针对当共同的磁场被用作光学磁强计的偏磁场并用作要向样品施加的静磁场时避免带有光学磁强计的零灵敏度的区域并允许通过强的磁共振来进行成像的核磁共振成像设备以及核磁共振成像方法。
本发明提供了一种用于执行核磁共振成像的核磁共振成像设备，包括向被置于 要被成像的区域的样品施加静磁场的静磁场施加单元；施加RF脉冲的RF脉冲施加单元； 施加梯度磁场的梯度磁场施加单元；以及，检测核磁共振信号的核磁共振信号检测单元，其 中，提供多个标量磁强计作为核磁共振信号检测单元，其中通过碱金属单元来构成检测核 磁共振信号的传感器，形成共同的磁场以可用作操作多个标量磁强计的偏磁场并用作要在 静磁场施加单元中向样品施加的静磁场，并且当静磁场施加单元在z方向向样品施加静磁 场时，多个标量磁强计的碱金属单元被布置为在z方向不与要被成像的区域重叠，并且在 垂直于z方向的平面内方向不与要被成像的区域交叉。
本发明还提供了一种用于执行核磁共振成像的核磁共振成像方法，使用向被置 于要被成像的区域的样品施加静磁场的静磁场施加单元；施加RF脉冲的RF脉冲施加单元； 施加梯度磁场的梯度磁场施加单元；以及，检测核磁共振信号的核磁共振信号检测单元，其 中，提供多个标量磁强计作为核磁共振信号检测单元，其中通过碱金属单元来构成检测核 磁共振信号的传感器，并且，在作为要在静磁场施加单元中向样品施加的静磁场的共同的 磁场来施加操作多个标量磁强计的偏磁场的情况下，当静磁场施加单元在z方向向样品施 加静磁场时，多个标量磁强计的碱金属单元被布置为在z方向不与要被成像的区域重叠， 并且在垂直于z方向的平面内方向不与要被成像的区域交叉。
根据本发明，可以实现当共同的磁场被用作光学磁强计的偏磁场并用作要向样品 施加的静磁场时避免带有光学磁强计的零灵敏度的区域并允许通过强的磁共振来进行成 像的核磁共振成像设备以及核磁共振成像方法。
通过下列参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得显而易见。
图1示出了本发明的一实施例中的被置于原点的标量磁强计的灵敏度分布。
图2示出了本发明的实施例中的当使用标量磁强计来测量磁共振时的盲区。
图3A是在本发明的实施例中执行核磁共振成像时碱金属单元的布置的平面图。
图3B是图3A的侧视图。
图4示出了本发明的示例I中的核磁共振成像设备的示例性配置。
图5是光学磁强计系统的框图，其中本发明的示例I中的模块被连接到外部光源、 光电检测器以及控制系统，并被配置成作为标量类型的光学磁强计来操作。
图6示出了用于本发明的示例I中的标量磁强计模块的示例。
图7A、7B、7C、7D、7E、7F和7G示出了用于在本发明的示例I中测量来自样品的磁 共振信号以执行成像的自旋回波的脉冲序列。
图8A是在本发明的示例2中用于执行核磁共振成像的碱金属单元的布置的平面 图。
图8B是图8A的侧视图。
图9A是在本发明的示例3中用于执行核磁共振成像的碱金属单元的布置的平面 图。
图9B是图9A的侧视图。
具体实施方式
现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。
本发明基于核磁共振成像中的一发现，当操作标量磁强计的偏磁场被作为要向静磁场施加单元中的样品施加的静磁场的共同的磁场而施加时，避免了带有光学磁强计的零灵敏度的区域，以便允许通过强的磁共振来进行成像。
为描述带有光学磁强计的零灵敏度的区域，在此实施例中，将首先描述使用标量磁强计来作为光学磁强计的示例性配置。标量磁强计在执行核磁共振成像的核磁共振成像设备中被用作检测核磁共振信号的核磁共振信号检测单元。具体而言，此实施例中的核磁共振成像设备包括向被置于要被成像的区域的样品施加静磁场的静磁场施加单元；施加 RF脉冲的RF脉冲施加单元；施加梯度磁场的梯度磁场施加单元；以及，检测核磁共振信号的核磁共振信号检测单元。
在这样的核磁共振成像设备中，标量磁强计构成核磁共振信号检测单元。标量磁强计是产生取决于磁场的幅度|b|的输出的磁强计，该磁强计使用碱金属的拉莫尔频率Oci 作为测量原理，其中《q=Ya|b|。
当静磁场的幅度是Bd。，来自样品的FID信号的幅度是Bae，并且由静磁场和FID信号的磁场在带有碱金属单元的测量点形成的角度是Θ时，在静磁场Bd。充分大于FID信号的磁场Ba。的条件下，获得下列表达式。
权利要求
1.ー种用于执行核磁共振成像的核磁共振成像设备，包括 被配置成向被置于要被成像的区域中的样品施加静磁场的静磁场施加单元； 被配置成施加RF脉冲的RF脉冲施加单元； 被配置成施加梯度磁场的梯度磁场施加单元；以及 被配置成检测核磁共振信号的核磁共振信号检测单元， 其中，提供多个标量磁强计作为所述核磁共振信号检测单元，其中通过碱金属单元来构成检测所述核磁共振信号的传感器， 共同的磁场能够用作操作所述多个标量磁强计的偏磁场并用作要在所述静磁场施加单元中向所述样品施加的静磁场，并且 当所述静磁场施加单元在z方向向所述样品施加所述静磁场时,所述多个标量磁强计的所述碱金属単元被布置为在所述z方向不与所述要被成像的区域重叠，并在垂直于所述Z方向的平面内方向不与所述要被成像的区域交叉。
2.根据权利要求1所述的核磁共振成像设备，其中，所述多个标量磁强计的所述碱金属单元被布置在这样的位置，其中由将面向所述多个标量磁强计的所述碱金属単元中的每一个的所述要被成像的区域在垂直于所述z方向的所述平面内方向的一端和另一端中的每ー个与所述多个标量磁强计的所述碱金属単元中的每ー个的中心连接的线形成的角度超出90度。
3.根据权利要求1所述的核磁共振成像设备，其中，所述多个标量磁强计的所述碱金属单元被布置在这样的位置，其中由将面向所述多个标量磁强计的所述碱金属単元中的每一个的所述要被成像的区域在垂直于所述z方向的所述平面内方向的一端和另一端中的每ー个与所述多个标量磁强计的所述碱金属単元中的每ー个的中心连接的线形成的角度超出60度。
4.根据权利要求1所述的核磁共振成像设备，其中，对于所述要被成像的区域，在所述z方向中区域的剖面形状是薄板状的形状，并且在垂直于所述z方向的所述平面内方向的剖面形状是边的尺寸大于所述薄板的厚度的方形形状。
5.根据权利要求1所述的核磁共振成像设备，其中，对于所述要被成像的区域，在垂直于所述z方向的所述平面内方向的剖面形状是薄板状的形状，并且在所述z方向中区域的剖面形状是边的尺寸大于所述薄板的厚度的方形形状。
6.根据权利要求1所述的核磁共振成像设备，其中，当所述要被成像的区域包括所述要被成像的区域中的椭圆柱形样品区域时，所述多个标量磁强计的所述碱金属単元被布置为在所述z方向不与所述要被成像的区域中的所述椭圆柱形样品区域重叠，并在垂直于所述Z方向的所述平面内方向沿着所述椭圆柱形样品区域的侧表面布置，以便不与所述椭圆柱形样品区域交叉。
7.ー种用于执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区域中的样品施加静磁场的静磁场施加单元； 被配置成施加RF脉冲的RF脉冲施加单元； 被配置成施加梯度磁场的梯度磁场施加单元；以及 被配置成检测核磁共振信号的核磁共振信号检测单元， 其中，提供多个标量磁强计作为所述核磁共振信号检测单元，其中通过碱金属单元来构成检测所述核磁共振信号的传感器，并且 在作为要在所述静磁场施加单元中向所述样品施加的静磁场的共同的磁场来施加操作所述多个标量磁强计的偏磁场的情况下，当所述静磁场施加单元在Z方向向所述样品施加所述静磁场时，所述多个标量磁强计的所述碱金属单元被布置为在所述Z方向不与所述要被成像的区域重叠，并且在垂直于所述Z方向的平面内方向不与所述要被成像的区域交叉。
8.根据权利要求7所述的核磁共振成像方法，其中，所述多个标量磁强计的所述碱金属单元被布置在这样的位置，其中由将面向所述多个标量磁强计的所述碱金属单元中的每一个的所述要被成像的区域在垂直于所述z方向的所述平面内方向的一端和另一端中的每一个与所述多个标量磁强计的所述碱金属单元中的每一个的中心连接的线形成的角度超出90度。
9.根据权利要求7所述的核磁共振成像方法，其中，所述多个标量磁强计的所述碱金属单元被布置在这样的位置，其中由将面向所述多个标量磁强计的所述碱金属单元中的每一个的所述要被成像的区域在垂直于所述z方向的所述平面内方向的一端和另一端中的每一个与所述多个标量磁强计的所述碱金属单元中的每一个的中心连接的线形成的角度超出60度。
10.根据权利要求7所述的核磁共振成像方法，其中，对于所述要被成像的区域，在所述z方向中区域的剖面形状是薄板状的形状，并且在垂直于所述z方向的所述平面内方向的剖面形状是边的尺寸大于所述薄板的厚度的方形形状。
11.根据权利要求7所述的核磁共振成像方法，其中，对于所述要被成像的区域，在垂直于所述z方向的所述平面内方向的剖面形状是薄板状的形状，并且在所述z方向中区域的剖面形状是边的尺寸大于所述薄板的厚度的方形形状。
12.根据权利要求7所述的核磁共振成像方法，其中，当所述要被成像的区域包括所述要被成像的区域中的椭圆柱形样品区域时，所述多个标量磁强计的所述碱金属单元被布置为在所述z方向不与所述要被成像的区域中的所述椭圆柱形样品区域重叠，并在垂直于所述z方向的所述平面内方向沿着所述椭圆柱形样品区域的侧表面布置，以便不与所述椭圆柱形样品区域交叉。
全文摘要
公开了一种核磁共振成像设备以及核磁共振成像方法。本发明具有提供当共同的磁场被用作光学磁强计的偏磁场并用作要向样品施加的静磁场时避免带有光学磁强计的零灵敏度的区域并允许通过强的磁共振来进行成像的核磁共振成像设备等等的目标。当向样品施加静磁场的静磁场施加单元的方向是z方向时，多个标量磁强计的碱金属单元被布置为在z方向不与要被成像的区域重叠，并且在垂直于z方向的平面内方向不与要被成像的区域交叉。
文档编号G01R33/20GK103033774SQ201210362959
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月26日 优先权日2011年9月30日
发明者水谷夏彦, 小林哲生, 石川洁 申请人:佳能株式会社