[发明专利]用于在体测量人牙齿的电子顺磁共振谐振腔

说明书

技术领域

本项发明涉及一种电子顺磁共振检测装置，具体地说，涉及一种可以在体(in vivo)测量人牙齿的电子顺磁共振谐振腔。这种经过特殊设计的谐振腔其体积和外形均适于置入人口腔内部对牙齿进行直接检测，从而获取牙釉质样品的电子顺磁共振波谱，所属技术领域为生物物理新技术与新方法。

背景技术

电子顺磁共振(简称EPR)是用来检测物质中未耦电子的自旋磁矩发生塞曼能级跃迁的技术。利用这一技术可以分析物质中含有的自由基、过渡金属元素、晶格缺陷等顺磁性中心的含量和性质。因此电子顺磁共振技术被广泛地应用于物理、化学、地质、考古、材料科学以及生物医学等许多领域。

测量人体牙齿中的自由基信号可以获得重要的生物学信息。例如当人员遭受电离辐射后，可以利用电子顺磁共振技术探测牙齿内自由基的含量，由此可以用来估计人体的受照剂量。

传统的电子顺磁共振分析检测方法，需要将被测样品置于样品腔的中心。由于微波频率和微波场型的特殊要求，使得谐振腔的体积和外形受到限制，从而对谐振腔中的样品的外形和体积有相应的限制。实际上，传统电子顺磁共振谱仪测量时，一般是将样品进行粉碎处理后置入直径为1～5毫米的样品管中，然后将样品管置入谐振腔，进行电子顺磁共振研究。因此传统的电子顺磁共振分析只能检测离体牙齿，而且需要将牙齿从口腔取出并粉碎后制成被测样品进行测量。这种方法由于实验条件和取样的问题，在实际应用中存在较大限制。

本项发明就是针对上述问题，建立了一种可以在谐振腔外进行电子顺磁共振测量的方法，从而实现对牙齿的在体测量。该方法主要用来快速地对人员受照剂量进行估算，也可以用来对其他体积较大且不允许破坏的样品进行局部顺磁共振检测。

发明内容

本项发明提供了一种可以在体对人牙齿进行电子顺磁共振测量的谐振腔，具体方案如下：谐振腔腔体1外形为圆柱形，半径小于15毫米，长度小于30毫米，腔壁厚1～2毫米，大小和外形适于置入人口腔内。在腔体1侧面开设有长方形样品检测口2，样品检测口位于圆柱形腔体轴向中心或靠近中心位置。样品检测口沿壁厚方向纵向贯通至腔体内部空间，沿圆柱形腔体弦向贯穿。该样品检测口长边尺寸为腔体内径的1/2～1/3，短边尺寸为腔体内长度的1/5～1/15。此样品检测口的长边与谐振腔内微波磁场分量的方向垂直并与腔壁上电流线方向相平行。样品检测口的两侧放置提供调制磁场的一对线圈3，该线圈在样品检测口位置产生电子顺磁共振所需的一定强度的调制磁场。腔体的底座10利用螺丝通过螺孔9与调配单元5连接。调配单元与谐振腔采用带有耦合孔8的耦合膜片4耦合，其厚度小于0.2毫米。通过设置在耦合孔外的调谐螺栓7对耦合常数进行调节，调谐螺栓顶部带有金属小帽6。调配单元的另一侧与波导连接，并通过波导连接至谱仪微波桥单元。谐振腔和调配单元整体结构用导电性良好的金属制作，表面镀银或者金来提高导电性。

本谐振腔在加载特定频率的微波后，能够在腔体内部产生微波谐振。通过特殊设计谐振模式和样品检测孔位置与尺寸可以使样品检测孔位于谐振腔内微波磁场分量集中的位置，同时避开了谐振腔内微波电场分量较集中位置，使得谐振品质因数无较大损失。谐振腔内的微波磁场分量可以从样品检测口位置泄露出来。样品检测口两侧的调制线圈通入驱动电流后可以在样品检测口处提供顺磁共振所需的高频调制磁场。

在进行实际检测时，谐振腔可以进入受测者口腔，受测者将牙齿咬入样品检测口。此时谐振腔内的微波和谐振腔外的调制磁场能够同时在样品检测口处作用于牙齿，谐振腔外再施加以相应的扫描磁场就能够实现牙齿的在体电子顺磁共振测量。

本发明的谐振腔体结构比较简单，便于加工和制作；体积小，外形圆滑，有利于置入口腔内部。将调制磁场装置置于样品检测口外侧，最大程度减小了对谐振腔内部电磁特性的影响。

本发明主要用于对人牙齿的在体电子顺磁共振测量，以实现辐射剂量的快速估算，也可以对不方便破坏整体结构或体积较大不方便置入谐振腔内部的样品在谐振腔外实施电子顺磁共振检测，如：考古定代用化石样品或地质研究用稀有样品。

附图说明

图1为本发明电子顺磁共振谐振腔实施结构示意图。

具体实施方式

谐振腔内径为22毫米，谐振腔内高度为28.2毫米，腔体厚度为1.5毫米，腔体结构材料为铜，表面镀银。样品检测口长方形纵向贯通口处长边尺寸为10毫米，短边为3毫米，样品检测口与腔壁弦向贯通。调制线圈固定在样品检测口中心两侧5cm处，施加100K赫兹调制电流。将该腔体通过调配单元和波导与Bruker-A300型电子顺磁共振谱仪的微波系统相连接，微波谐振频率为9.55G赫兹，谐振腔内微波场型为TE111型。实际应用效果如下：利用本发明所述的谐振腔检测二苯基苦基肼自由基(DPPH)点状样品，可以获得良好的电子顺磁共振谱线。利用本发明所述的谐振检测γ射线辐照的人体牙齿，可以检测出牙体牙釉质的电子顺磁共振信号。