[发明专利]一种超高分辨率的磁共振成像方法及装置

说明书

本发明提供一种超高分辨率的磁共振成像方法及装置，所述方法至少包括以下步骤：将被检样品放置于磁场梯度源与纳米超导量子干涉器件的作用范围内；采用静磁场源对被检样品施加静磁场，采用射频源对所述被检样品施加核磁共振射频脉冲以激发所述被检样品使其发生核磁共振；采用所述纳米超导量子干涉器件与被检样品直接耦合以探测所述被检样品产生的核磁共振波谱信号；根据探测得到的核磁共振波谱信号与磁场梯度源的空间分布信息建立被检样品的图像。本发明利用纳米超导量子干涉器件作为探测器，可实现纳米级别分辨率的磁共振成像，测量不会受到振动和电场信号的干扰，样品可与探测器直接近距离耦合，成像范围加大，且可以在强磁场条件下工作。

技术领域

本发明属于磁共振成像领域，涉及一种超高分辨率的磁共振成像方法及装置。

背景技术

磁共振成像(MRI)装置是通过符合拉莫尔频率的射频(RF：radio frequency)信号对静磁场和梯度磁场叠加中所放置的被检体的原子核自旋进行磁激励、并根据随着该激励而产生的磁共振(MR：magnetic resonance)信号和梯度磁场空间分布信息来重构图像的图像诊断装置。

磁共振成像由于可以对人体内部进行无损害成像，成为现代医学诊断中必不可少的诊断工具。它是利用核磁共振原理，根据核磁共振频率与磁场大小的对应关系，采用加入梯度磁场的方法获取核自旋的空间位置信息。由于原子核自旋的极化率天生很小，在原子核自旋密度固定的情况下，只有较大体积的样品才能获得足够量的自旋极化而能产生比较合理的信号。因此磁共振成像的分辨率受到这个限制，停留在毫米量级。因此要提高磁共振成像的分辨率,用于探测微观世界就需要提高两个基本条件：一个是提高磁场梯度，另一个难度更高的是提高自旋探测的灵敏度。

目前，磁共振力显微镜(MRFM)，利用非常灵敏的悬臂来探测自旋和一个纳米磁体之间的力相互作用，可以实现约4-6纳米的分辨率的磁共振成像。由于这种探测技术将自旋物理量通过与纳米磁体相互作用转化为微弱的力测量，从而极易受到其他环境因素的干扰，如电场力、热振动、环境振动等干扰。同时，近年来提出了利用金钢石中的氮空位(NVcenter)来作为超灵敏的自旋探测器实现纳米磁共振成像的概念，此技术仍有很多技术难点有待解决，如由于金钢石中的氮空位无法工作在较大的磁场环境中，从而无法高度极化受检体的原子核自旋而产生相对较大信号。另外，氮空位通常存在于金钢石的内部，离表面较远，而且它和自旋耦合作用随距离衰减非常快，因此它可成像的范围也非常小。

中国公开号为CN1643403A的一件专利公开了一种极低场下SQUID(超导量子干涉器件)检测的NMR(核磁共振)和MRI(磁共振成像)，其利用了SQUID的高灵敏度去测量极低磁场下的自旋信号。其工作原理是：通过一个耦合线圈(pickup coil)将原子自旋信号转化为电流信号，再将电流信号转化为磁信号，然后利用SQUID对这个此信号进行测量，SQUID实际上扮演着一个电流信号放大器的角色。该方法中，样品和SQUID分离，样品在室温下，SQUID被隔离在超导临界温度下，由于常规SQUID容易受到环境磁场的影响，通常在应用中将SQUID封装在一个磁屏蔽的环境中，然后通过耦合线圈将样品的磁信号传送到SQUID，这也是常规SQUID所普遍使用的测量设置。该专利的SQUID极低场MRI成像的主要优势是取消MRI对巨大的静磁场B₀的依赖，达到可利用地球磁场作为MRI成像条件。然而可惜的是，常规的SQUID的测量设置虽然要比商用MRI仪器中使用的探测器要灵敏得多但是由于受到耦合线圈的限制，大部分样品磁信号在传送过程中损失掉了。所以在测量微小样品或者微观自旋上，常规SQUID探测器就明显无法发挥出SQUID灵敏性的优势。