[发明专利]非侵入式活体电子自旋共振方法和系统

说明书

本公开提供了一种通过非侵入式高压放电装置在活体或非活体生物样本内安全地产生不成对电子的方法，从而在不灌注或植入外源性顺磁物质的条件下，能够应用电子自旋共振（ESR）技术检测活体或非活体生物样本的组织结构和生理活动，并进一步地获取神经介质活动、生物分子代谢、受体及化学成份信息，从而构成非侵入式活体电子自旋共振波谱仪、三维成像仪和大脑‑计算机接口(Electron Spin Resonance Spectrometer&Imaging‑Brain Computer Interface，ESRI‑BCI)系统。

技术领域

本公开涉及电子自旋共振（ESR），具体涉及一种非侵入式活体电子自旋共振波谱仪、三维成像仪和大脑-计算机接口（Electron Spin Resonance Spectrometer & Imaging- Brain Computer Interface，ESRI-BCI）系统。

背景技术

电子自旋共振（ESR）现象，亦被称为电子顺磁共振（EPR），于1944年首先由E.Zavoisky观测到。稍早之前，Isidor Rabi于1938 在进一步的Stern–Gerlach实验中首先描述并测量了分子束的核磁共振（NMR），Edward Mills Purcell 和Felix Bloch于1946年分别在固体和液体中观测到同样的现象。

核磁共振（NMR）是原子核在磁场中吸收和再发射电磁波的现象，磁共振影像（MRI）原本被称为核磁共振影像（NMRI），是NMR的一种形式，已被证明是一种高度万能的影像技术，在医疗诊断领域取得了对ESR的压倒优势。相比之下，活体ESR的发展就非常迟缓了，ESR的基本原理与NMR相似，但被激发的是不成对电子而非原子核。由于绝大多数物质包括生物体在内，都缺乏天然存在的顺磁物质（即含有不成对电子的物质），现有技术都要求在活体内灌注或植入外源性顺磁物质（包括自旋标记（spin label）、自旋探针（spin probe）、纳米顺磁探针（nanoparticulate paramagnetic spin probe）、顺磁性造影剂（paramagneticcontrast agent）等）才能观测到ESR信号，例如，美国专利US5678548（System and methodfor performing in vivo imaging and oxymetry and FT microscopy by pulsedradiofrequency electron paramagnetic resonance，October 21，1997）、US5865746（Invivo imaging and oxymetry by pulsed radiofrequency paramagnetic resonance，February 2，1999）分别公开了基于ESR的活体成像和血氧测定系统和方法，都在权利要求书中提到需要“…introducing said paramagnetic contrast agent into a livingsample to be imaged（…在成像活体样本中引入所述顺磁性造影剂）”；

美国专利US8066973（Nanoparticulate probe for in vivo monitoring of tissueoxygenation，November 29，2011）公开了一种新类型的纳米顺磁探针，对于使用ESR技术监测活体组织氧合度非常有用，其权利要求书的第一段写道“…wherein each of theprogenitor, mesenchymal, myoblast, and islet cell has at least one probeinternalized therein; said probe comprising a compound or a radical thereofof the formula: ##STR00019## wherein R is selected from the group consistingof…（…其中每个祖细胞、间叶细胞、成肌细胞和胰岛细胞内至少包含一种探针，所述探针的组成为…）”；