基于超导量子干涉仪的超低磁场核磁共振研究

超低磁场核磁共振/成像（ULF-NMR/MRI）技术以其窄的谱线线宽、对磁场均匀性要求较低、几乎没有化学位移和磁化率畸变、无金属畸变、成本低廉等优点，目前已经受到越来越多的关注，对高场核磁共振/成像可以形成一个很好的补充。利用超导量子干涉仪（SQUID）超高的磁场灵敏度和极低的磁噪声水平，可以大大提高超低磁场核磁共振信号测量的信噪比。本课题拟建立一套开放式的超低场核磁共振/成像系统，通过磁场补偿和简单的电磁屏蔽去除外界磁场的干扰，获得高信噪比、高分辨率的共振谱线。系统研究低频扰动磁场对低场核磁共振谱的影响，探索在无磁屏蔽间的开放空间内避免扰动磁场影响的方法。探索提高极化磁场强度的新方法。在此基础上进行J-coupling谱分析、磁性纳米粒子对低场核磁共振谱的影响、成像、几何相位测量及调控等实验研究。

本项目拟建立一套以超导量子干涉仪（SQUID）为探测器的开放式超低磁场核磁共振/成像系统，以此为基础系统研究低频扰动磁场对低场核磁共振谱的影响，进行包括成像、磁性纳米粒子对低场核磁共振谱的影响、J-耦合谱、几何相位测量及调控等一系列实验研究。在项目执行周期内，我们取得了一系列颇有意义的成果，主要包括：1）改进了低场核磁共振线圈系统，大幅提高了谱的信噪比；2）自行开发了直接背投影和滤波背投影图像重建算法和程序，成功得到了水和生物样品的二维核磁共振像，成像空间分辨率达到约1mm；3）系统研究了低频弱扰动场对低场核磁共振谱的影响；4）系统研究了超细超顺磁磁性纳米粒子对低场下质子核自旋弛豫时间的影响，发现了其在低场下远高于高场下的T1弛豫率，是一种高性能的T1对比增强剂。