[发明专利]非侵入式活体电子自旋共振方法和系统

权利要求书

1.一种非侵入式活体电子自旋共振（Electron Spin Resonance，ESR）方法，其特征在于，通过非侵入式高压放电在活体或非活体生物样本内安全地产生不成对电子，在不灌注或植入外源性顺磁物质（exogenous paramagnetic species）的条件下，应用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，其包括：

高压电源（101）、非侵入式放电单元（102）、射频无线电（RF）源（103）、射频共振器组件（104）、射频开关或耦合组件（105）、射频接收和数据采样组件（106）、静态均匀磁场组件（107）、可选的三维梯度磁场组件（108），其中所述射频共振器组件（104）容纳所述活体或非活体生物样本（110）且置于所述静态均匀磁场组件（107）和可选的三维梯度磁场组件（108）所产生的静态均匀磁场和可选的梯度磁场内，并通过所述射频开关或耦合组件（105）与所述RF源（103）连接，以设定的无线电频率产生共振；以及

电子自旋共振波谱仪、三维成像仪和大脑-计算机接口（Electron Spin ResonanceSpectrometer & Imaging - Brain Computer Interface，ESRI-BCI）（109），其通过与所述高压电源（101）、RF源（103）、射频开关或耦合组件（105）、射频共振器组件（104）、静态均匀磁场组件（107）及可选的三维梯度磁场组件（108）进行可操作通信，接收且处理来自所述射频接收和数据采样组件（106）的数据以测量并可视化ESR共振数据，进一步地，还可以解析处理来自所述ESR共振数据的大脑神经活动信号使之成为计算机系统能够接受的数据流；

所述外源性顺磁物质（exogenous paramagnetic species）包括自旋标记（spinlabel）、自旋探针（spin probe）、纳米顺磁探针（nanoparticulate paramagnetic spinprobe）、顺磁性造影剂（paramagnetic contrast agent）。

2.根据权利要求1所述非侵入式活体ESR方法，其特征在于，所述高压电源（101）及非侵入式放电单元（102）可以通过空气间隙将正极性高电压或负极性高电压施加在所述活体或非活体生物样本（110）上，并通过空气间隙形成回路，因此无需在所述活体或非活体生物样本（110）表面安放导体，从而实现所述非侵入式放电，所述正极性高电压或负极性高电压是能够将所述空气间隙电离的电压。

3.根据权利要求1所述非侵入式活体ESR方法，其特征在于，所述高压电源（101）可以通过所述非侵入式放电单元（102）施加所述正极性高电压，从所述活体或非活体生物样本（110）内分子和/或阴离子的价电子层中剥夺电子，因而产生所述不成对电子。

4.根据权利要求1所述非侵入式活体ESR方法，其特征在于，所述高压电源（101）可以通过所述非侵入式放电单元（102）施加所述负极性高电压，向所述活体或非活体生物样本（110）转移一定数量的全同费米子状态的孤立电子，即自由电子，所述自由电子会立即被所述活体或非活体生物样本（110）内极性分子的正端和/或阳离子价电子层俘获，因而产生所述不成对电子。

5.根据权利要求3、4所述产生所述不成对电子的方法，其进一步特征在于，所述高压放电的传导速度为光速，所述不成对电子可在瞬间加载于所述活体或非活体生物样本（110）内任意位置的相关分子和/或离子，因此能够应用ESR技术获得所述活体或非活体生物样本（110）内所述不成对电子的动态空间分布信息，所述动态空间分布信息可以反映所述活体或非活体生物样本（110）的组织结构和生理活动；

进一步地，作为所述不成对电子载体的相关分子和/或离子自身的化学键、核磁偶极子与电子磁偶极子以及邻近基团的此类因素会造成ESR波谱的超精细分裂效应，因此能够应用ESR技术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。