基于超导磁体的磁共振显微成像新方法研究

Based on the micro detection of MRS, together with routin MRI basics, there are many adavantages to use micro MRI for scanning internal structures of living things, than using other technologies. On the other hand, due to the low sensitivity and not-very-good gradient field, currently for imaging a volume of nano-liters it is still costive about hours of time, which limits to potential applications further. In this project, based on Ultra-high field of 9.4 Tesla / 400 MHz Super-Conductive Magnet, a novel micro MRI approach involving planar micro detector and high-resolution gradient field is introduced. The effects of static magnetic field, sample properties as well as detection itself to the sensitivity are explored. By combining of the harmonic analysis and stream-function-based target method, the in-depth research for gradient field distribution in space is studied in terms of linearity and homogeneity characters. And by virtu of radio-frequency signal process technology from wirelessly communication,the reception of the magnetic signal with high Signal-to-Noise Ratio is investigated. Compared to normal MRI technology, the diffusion effect of molecue would be much high in microimaging, special pulse sequency of pure phase encoding should be benefit when considering the loss of SNR for genearal sequencies. Hopefully the micro Magnetic Resonance Imaging of this project would put the application of the research a little bit further, and finally let the methods involved here form a Proprietary Intellectural Oroperty Rights in China.

基于微量样品核磁共振波谱检测方法，结合常规的磁共振成像技术，磁共振显微成像在基于氢原子的生物组织结构成像方面、具有其他医学成像手段不可替代的优势，但是受检测灵敏度和空间定位梯度磁场的限制，目前对于纳升级样品的磁共振成像、其扫描时间依然以小时计，向临床应用还有很大差距。本项目提出一种9.4T/400MHz超导磁体下、基于平面型微检测器件与高精度梯度磁场的磁共振显微成像新方法，系统地研究外加磁场、成像样品与检测方法对检测灵敏度的影响，将球谐函数分析与流函数目标场法相结合、完成对梯度磁场线性度和均匀度的深入考察，并借鉴无线电通信中的最新射频信号处理技术，探索适应于微弱磁共振信号高信噪比检测的方式。另外，显微成像中分子的扩散效应对空间定位准确性的影响将更加明显，本项目研究基于纯相位编码脉冲的特殊成像序列能够有助于提高定位精度，使μMRI技术向实际应用再推进一步，形成自主知识产权。

基于微量样品核磁共振波谱检测方法，结合常规的磁共振成像技术，磁共振微成像在基于氢原子的生物组织结构成像方面具有其他医学成像手段不可替代的优势，但是受检测灵敏度和空间定位梯度磁场的限制，目前对于纳升级样品磁共振成像其扫描时间依然以小时计，向临床应用还有很大差距。本项目提出一种分别利用永磁和超导磁体、基于平面型微检测器件与高精度梯度磁场的磁共振微成像新方法，系统地研究外加磁场、成像样品与检测方法对检测灵敏度的影响，将球谐函数分析法与流函数目标场法相结合完成对梯度磁场线性度和均匀度的深入考察，并借鉴无线电通信中的相关射频信号处理技术，探索适应于微弱磁共振信号高信噪比接收的方式。和常规磁共振成像相比，微成像中分子的扩散效应对空间定位准确性的影响将更加明显。.磁共振显微成像是一种对微小体积成像目标体进行高分辨率成像的方法，针对超高图像空间分辨率这一要求，相比常规磁共振在检测信号幅度成10-3数量级减小的情况下，取得了以下成果：1）项目组通过深入研究分辨率和信号检测灵敏度的各个决定因素，找到了实现磁共振显微成像的理论方法；2）通过对比几种器件微检测方法，平面微线圈射频磁场均匀区较小，微带线器件实际的品质因数不高，最终项目组决定采用螺线管线圈微型化研究方案，进行磁共振显微成像后期的实验研究，研制的微线圈Q值达到16.8；3）梯度线圈磁场的设计是本项目的重要内容之一，项目组按计划分别采用了流函数目标场法和新的等效磁偶极子算法，设计出层状集成的二维梯度线圈组，研制得到三方向梯度Gx=20.824 kHz/(mm*A), Gy=17.563kHz/(mm*A)和Gz =7.025kHz/(mm*A)；4）通过基于自行研制功能器件的微水模验证实验研究，在磁共振显微成像试验系统上验证了谱仪中频采样、数字基带相敏检波信号处理方法是稳定可行的；5）项目组在完成微量目标样品信号检测螺线管的研制之后，利用蒲公英植物茎干切片，成功地在1Tesla永磁体中进行了磁共振显微成像的原理验证试验，取得了0.04mm的图像分辨率。.本项目研究提高了小尺度磁共振成像的定位精度，使磁共振微成像技术向实际应用推进一步，申请多项国家发明专利，形成具有中国自主知识产权的磁共振微成像新方法。