[发明专利]在超极化应用中增强氮空位(NV)中心自旋激发的处理方法

说明书

一种用于增强¹³C的极化以用于后续MRI成像的处理方法，该处理方法包括：提供由具有NV中心的第一多个颗粒和第二多个颗粒组成的悬浮液，用于提供具有用于激发NV中心和¹³C的波长的光的内反射；以及对所述悬浮液施加光、磁场和微波，使得NV中心被极化并且使得当NV中心的拉比频率匹配¹³C的拉莫尔频率时，VN中心的电子自旋被转移到¹³C原子；其中，第二多个颗粒反射和透射光穿过悬浮液，使得所述光被分布穿过所述悬浮液。

技术领域

本发明涉及一种增强氮空位自旋的处理方法，特别是，本发明提供了一种增强氮空位自旋的处理方法，用于后续的磁共振成像(MRI)应用。

背景技术

磁共振成像(MRI)已广泛用于医学学科，以从受试者的人体获取三维结构信息。

通过获得三维图像，医生能够有效地透视患者或受试者的器官，并确定体内是否存在任何结构异常以及确定器官没有结构异常。

一种这样的异常是通常与器官相关的肿瘤组织的存在。传统的MRI技术检测受试者的患者的体内的1H核，从而可以看到水和脂肪的分布。在这样的处理方法中还涉及电离辐射，它通常被认为是比X射线成像技术更安全的调查方法。

然而，单独检测1H核不能总是区分正常组织和癌组织，因此，可以认为这些技术不如X射线计算机断层扫描(CT)和正电子发射断层扫描(PET)适用。

因此，为了增强患者或受试者的正常组织和癌组织之间的对比，可以将造影剂引入患者或受试者的身体中。这些MRI造影剂通常含有钆，然而，钆对肾脏和神经系统有一定的毒性。

在将基于钆的造影剂注射到体内后，患有肾脏疾病的患者或受试者被认为易患肾衰竭。此外，在完成MRI扫描后，钆会在人体内停留长的时间段，这也增加了与患者安全相关的问题和担忧的风险。

除了基于钆的造影剂，还有一些基于¹³C核的MRI成像研究，以区分正常组织和癌组织。众所周知，碳被认为是所有有机化合物的基本构成要素。

由于¹³C核是稳定的，因此认为将¹³C用于活生物体中的MRI成像没有危害。然而，碳中¹³C核的自然丰度仅为1.1％，远小于氢中1H核的99.98％的自然丰度。而且，MRI中的¹³C信号比1H弱得多。

可以认为这两个因素一起使通过¹³C的MRI在实践中变得非常困难。然而，已经有一些技术用于增加生物分子中的¹³C丰度。因此，可以在商业上获得高纯度的¹³C增强化合物。

关于¹³C相较于1H的低信号，本领域也有用于信号增强的技术。在室温下，磁场内¹³C的核自旋排列在热平衡下很小。

为了增强¹³C信号，需要超过热平衡大大增加磁场下对齐核自旋的比率。这种现象在本领域中被称为超极化。

动态核极化(DNP)是一种可用于超极化¹³C的方法，使得与室温下的热平衡相比，¹³C信号可以被增强10,000倍。这利用带有自由基的化合物来提供孤对电子，其对齐的自旋可以极化¹³C的核自旋。通过在4.6T到5T的磁场中以大约1K的温度将自由基添加到¹³C化合物中30分钟到90分钟，¹³C核自旋可以被超极化。

由于DNP中使用的自由基对人体细胞具有一定毒性，且DNP方法必须在低温环境中进行，因此本领域已经提出了其他开发¹³C超极化的方法。