本发明专利技术描述一种用于自旋磁共振，特别是ＮＭＲ（核磁共振波谱）及ＭＲＩ（核磁共振成像）的方法。它是基于量子理论的连续精密测量方法。此方法直接利用自旋磁共振随机辐射以产生它的自相关函数及功率波谱，由此计算出自旋弛豫时间及自旋数密度。与传统的脉冲ＮＭＲ／ＭＲＩ相比，这一方法实质性地简化了ＮＭＲ／ＭＲＩ系统设备和数据处理的复杂性，从而降低ＮＭＲ／ＭＲＩ设备费用，减少系统体积，提高测量正确性，以及便利系统设备的运行。由于应用极弱的横向射频磁场Ｂ↓［１］（０．０１高斯（Ｇａｕｓｓ）左右或以下）本方法的ＭＲＩ对人体高度安全。由于应用连续自旋磁共振辐射，本方法的ＮＭＲ可有几乎无限制的波谱分辨率以适应任何科学及工程的需求。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是关于一种通用于自旋磁共振，尤其是用于核自旋磁共振波谱(NMR)和核自旋 磁共振成像(MRI)的测量方法。它描述了自旋磁共振信号数据产生、数据获得及数据处理 的方法和器件。
技术介绍
自从60余年前BIoch [l]和Purcell [2]各自独立地发现凝聚态物质中的核自旋磁共振现 象以来，核磁共振应用飞速发展成为物理、化学、生物、药物等科学和工程中一项关键技 术和仪器设备。特别是由于Damadian[3]和Lauterbur[4]在1970年代早期的开创性工作， 医学领域中的核自旋磁共振使医疗诊断成像科学技术经历了一次革命性的重大变化。核磁共振应用基本上可以分成两大类 一是核磁共振波谱(波谱仪)；二是核磁共振成 像(扫描仪)。这两类应用都需要强而稳定的磁场Bo。它们建立在共同的物理和数学原理上， 并共享许多数据获取和数据处理的技术，但是两者的应用重点和最终的目标有不同。为避 免混淆，沿用学术和工业界术语，在本专利技术的叙述中NMR代表核磁共振波谱(核磁波 谱仪)，MRI代表核磁共振成像(核磁扫描仪)。NMR常用于化学、物理及药学实验室以 取得样品的核磁共振频率、化学位移和详细的核磁共振波谱；MRI常用于医院设施和生物 实验室以获得人体或生物组织的核自旋数密度p、自旋-晶格弛豫时间T,和自旋-自旋弛豫 时间丁2的1-D (—维)、2-D (二维)或3-D (三维)图像。核自旋磁共振有着两种平行的理论解释[5]。其一是量子力学的全面彻底说明[5，6];另 一是半经典电磁理论的唯象性说明[5,7]。此两种理论互为补充。量子理论可以定量地应用 于所有己知的核磁共振现象；电磁理论可应用于除极少数非常精巧以外的核磁共振现象。 然而当涉及核磁共振的实际应用时，经典理论占统治地位。经典的布洛赫(Bloch)方程， 配合射频(RF)脉冲磁场B^自旋及梯度回波、空间编码和自由感应衰减(FID)等，构成了今 日所谓的脉冲NMR/MRI。现代核自旋磁共振应用实际上几乎完全建筑在经典电磁学的理 论与方程之上[8]。
技术实现思路
本专利技术提供了一个新颖的系统，即一种方法及装置，用以实现NMR和MRI测量。此 方法所需的基本系统设备大致相同于传统的脉冲NMR/MRI所需的基本系统设备。但是， 与传统的方法不同，本专利技术是一种连续精密的NMR/MRI应用测量方法。这一专利技术基于辐 射的量子理论，它的物理和数学精确严格。它的测量以连续方式进行。由此，几乎在从原 理和数学方程、到数据产生、获得和处理的所有方面，本专利技术都与传统的脉冲NMR和MRI 有着区别。在这一新方法的具体实施中，样品磁化率M不起任何作用，脉冲、位相、回波 及FID等也不再需要。从而，信号强度/SNR(信噪比)与静态磁场Bo之间的紧密关系实际上 被消除。取而代之，在此连续方法中起关键作用的是静态磁场Bo中自旋在它的两个塞曼 (Zeeman)能级间的量子跃迁机率P。系统灵敏度和SNR通过自/互相关处理而获得了大 幅度提升。结果是，这一连续精密方法既可用于高磁场又可用于低磁场NMR/MRI。附图说明本专利技术的其它特性和优点可配合下列附图在以后的叙述中得以进一步的阐明。这些附 图中相同数字代表相同部件。图la磁场Bo中自旋的能量；图lb磁场Bo中自旋的取向；图2弛豫时间、发射跃迁机率及信号间的关系；图3a和图3b本专利技术的接收线圈组件示意图4本专利技术的数据获取和数据处理流程图5a和5b用于自旋空间定位的频率编码磁场；图6本专利技术的数据获取和数据处理流程图7a、 7b和7c单一接收线圈组件和校正处理的实施方案； 图8a、 8b和8c自相关函数的校正处理图解。具体实施例方式这一公开的专利技术有关于自旋磁共振，特别是有关于核自旋磁共振波谱(NMR)及核自旋 磁共振成像(MRI)。它描述和提供了一个系统，即方法和设备，以实现核自旋磁共振的测 量应用。自旋磁共振本质上是一种量子现象。根据这一观念，发展了一种新颖的NMR和MRI5方法和技术。它的理论基础是辐射的量子理论，它的物理和数学精确严谨，它的运行测量以连续方式进行。因而，从原理和方程，到数据产生、获得和处理，几乎在所有方面这一新方法都区别与传统的脉冲NMR/MRI。不同与传统的脉冲NMR和MRI，本专利技术的方法直接而自然地利用自旋磁共振跃迁辐射的连续平稳随机噪声作为信号。于是，在脉冲NMR和MRI中起着重要作用的，诸如磁化率M、脉冲、位相、回波和自由感应衰减(FID)等，在此连续精密NMR和MRI中不仅失去它们的作用，而且不再需要。在此新方法中，重要的是自旋磁共振辐射信号VsR(t)本身。VsR(t)是连续平稳(各态经历)的随机信号。根据本专利技术，这随机信号VsK(t)包含有丰富的信息，它可不经任何变换以其原始形式而被利用以获得自旋共振频谱S(v)、自旋数密度p及弛豫时间l和T2。本专利技术的两个关键函数是自旋磁共振随机辐射的自相关函数R(t)和功率谱函数S(v)。其它的NMR和MRI参量可由方程(3, 6， 7,和8)从R(t)和S(v)推导取得，此过程将在后面阐明。维纳-辛钦(Wiener-Khinchin)方程，即方程(5)，将R(t)与S(v)联系起来。从R(t)到S(v)是正向傅里叶(Fourier)变换；从S(v)到R(t)是反向傅里叶(Fourier)变换。因此，R(t)或S(v)可以首先从自旋辐射随机信号V(t)求得。多种方法和商用计算机软件可以完成R(t)和S(v)的计算[12]。在本专利技术说明中，首先从自旋共振信号噪声V(t)获得R(t)，然后由方程(5)求得S(v)。以此顺序，V(t)中的非信号的随机噪声可在自/互相关处理中消除。如果从V(t)首先获得S(v)，再由反向傅里叶(Fourier)变换从S(v)求得R(t)，此S(v)己被各种非信号噪声和其它不需要的信号所污染。自/互相关处理要求两组输入信号，其输出是输入信号的相关函数。为此，本专利技术独特地应用两个相同的接收线圈组件。图3a和3b概念性地展示此相同的双线圈的两种可能实施，其具体细节将在后面说明。这两个相同的接收线圈组件共同安置于NMR/MRI样品周围，在两个组件的终端产生出两个电圧Vt)和Vb(t)。 VJt)和Vb(t)实际上由自旋共振辐射信号噪声Vs^(t)和VSRb(t)，其它电子随机噪声V^(t)和VNb(t)，以及与RF磁场B！有关的电压Vma(t)和VBlb(t)所组成。V他(t)和VNb(t)将会在互相关运算中消除，因为它们互为统计独立。VSRa(t) = VSRb(t); VBla(t) = VBlb(t)。 Vma(t)和V肌(t)不是随机变量，它们也不会在相关运算中被消除，但是它们对污染的相关函数R，(t)的贡献可在图4、 6和7a-7c的校正R，(t)以获得R(t)中被消除，详情见后面说明。本专利技术的两种可能的实现方案概述在图4、6和图7a-7c中。前者使用双接收线圈组件；后者使用单接收线圈组件。使用单一接收线圈组件时，它与脉冲NMR/MRI中所用的接收线圈组件相同。图7a-7c的单一接收线圈方案使用了较少的硬件设备，但是不能通过相关处理消除非信号噪声(图7a)，或是仅能通过相关处理部分地消除信号中的非自旋信号噪声(图7b和7c)。清除非信本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ＮＭＲ／ＭＲＩ或ＥＳＲ／ＭＲＩ测量方法，其特征在于，包含把目标样品置于ＭＲＩ和ＥＳＲ测量环境中或置于ＮＭＲ和ＭＲＩ测量环境中，综合来自上述的ＭＲＩ和ＥＳＲ或ＮＭＲ和ＭＲＩ测量的自旋共振辐射噪声信号，以及相关处理上述信号以消除噪声和收集信号数据。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-5-2 60/915,661;US 2007-6-13 60/943,8021.一种NMR/MRI或ESR/MRI测量方法，其特征在于，包含把目标样品置于MRI和ESR测量环境中或置于NMR和MRI测量环境中，综合来自上述的MRI和ESR或NMR和MRI测量的自旋共振辐射噪声信号，以及相关处理上述信号以消除噪声和收集信号数据。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中MRI/ESR或NMR/MRI测量是连续进行的。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包含过滤信号以消除噪声的步骤。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中信号被相关处理以消除非自旋信号噪声。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包含应用横向RF磁场以激励额外的自旋共振跃迁辐射并测量弛豫时间1和T2的步骤。6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括应用样品的核自旋磁共振辐射的连续平稳随机噪声作为信号的步骤。7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括用单一接收线圈组件或两个相同的接收线圈组件检测作为信号的自旋磁共振辐射噪声的步骤。8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括应用自相关和互相关以提升自旋辐射信号噪声并消除其它非信号噪声。9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括净化被污染的相关函数以获得自旋磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：德里克D冯，
申请(专利权)人：德里克D冯，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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