[发明专利]一种多核磁共振成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及核磁共振技术，特别涉及一种可发射多个不同频段射频脉冲信号， 以及接收多种原子核所激发产生的核磁共振(MR)信号的多核磁共振成像系统。

背景技术

核磁共振(MR)是生物磁自旋成像技术，它是利用原子核自旋运动的特点，在 外加磁场内，经射频脉冲激发后产生信号，经过数模转换后输入计算机，最后经过 图像处理转换方能在屏幕上看到图像。目前基于不同的核素可分为以下几种核磁共 振成像仪。

(1)1HNMR

1H在人体中的摩尔浓度最高，中最多的原子核，约占人体总原子核数的2/3以 上，1H的磁化率在人体磁性原子核中也是最高的，因此可以产生强大的磁共振信号。 1HNMR成像对软组织对比度显示佳，解剖结构清晰。

(2)31PNMR

31PMR成像是目前临床上直接观察体内代谢及组织活性的方法。31P的核自旋 量子数为1/2，天然丰度为100％，因此可以用31PNMR测定生物细胞内含磷化合物 的信号。31PNMR技术可测细胞中游离阳离子(如Mg2+、Ca2+、Li+)的浓度，其主 要优点是无损伤性，使细胞在保持原有的生理生化环境下进行测量。我们利用测量 ATP的磷的α和β峰的化学位移差值，能精确确定阳离子-ATP和整个ATP的比值， 而不需要在细胞样品与对照组中加入内标来确定化学位移。根据模拟细胞内离子强 度和酸度等条件下离子ATP的解离常数K，能计算出游离阳离子的浓度。

(3)19FNMR

19FNMR可直接量化19F对比剂，19F对1H的高敏特性使之成为理想的示踪元 素。氟血置换已用于血管疾患的显示，还可利用氟气渗透测定组织内的血流量。19F 的天然丰度为100％，其NMR相对灵敏度接近1HNMR，化学位移范围大、结构近似的 化合物或代谢产物不易出现峰重叠，正常体内含氟成分很少，测定时没有本底信号 干扰，因此在体内研究中引进氟代指示剂进行19FNMR研究是一种很好的方法。

19FNMR应用范围可概括为：具有显著的化学背景或干扰的体系，如红细胞等； 需要测定整个灌流器官中离子浓度体系的变化；某些离子对测定对象有显著性干扰 的系统等。与荧光法相比，19FNMR方法有以下优点：含氟指示剂(如5F-BAPTA-AM) 在细胞内的去酯化作用迅速而又安全；指示剂在细胞器内的分布可以忽略；测得的 信号并非主要来自表皮细胞；无需考虑内源性物质的干扰；可与31PNMR和23NaNMR 联合使用直接考察同一心脏中钙离子与ATP、磷酸肌酸以及钠、钾、镁离子、pH值 之间的关系等。

(4)23NaNMR

23Na是MR生理研究中可提供重要信息的物质，Na的渗透性成为细胞代谢的极 好标记。Na+的化学位移对分子环境极其不敏感，在23Na谱只能看到一个峰，包括 胞内和胞外的Na+。区分胞内外信号的方法之一是利用NMR实验固有的特点，由于 Na+有四个核自旋态，有三个单量子NMR跃迁，因此就可能存在一个以上的弛豫常 数。利用多量子NMR可以检测到生物样品中胞内和胞外弛豫速率的差别。尽管描述 细胞和组织内的弛豫需要一个以上的速率常数，但胞内和胞外的Na+参与形成这些 多重弛豫速率常数。因此利用多量子技术定量胞内或胞外的Na+在技术上存在着问 题。而在实际中多量子信号的改变可以反映出胞内外Na+的主要变化，可以得到较 好的估测结果。23Na的自然丰度为100％，相对于1H的灵敏度为9.2％。Na+在生物 体内普遍存在，浓度在60mmol/L/kg体重左右，自旋-晶格弛豫时间较短，因此可 以直接用NMR测定生物样品。利用NMR测定Na+的主要优势在于，可以对完整的具 有功能的组织进行反复的无损伤的测定，允许在较长时间内连续进行观察。另外有 些NMR技术还能同时观察胞内外离子浓度，从而可以对离子的净移动进行定量分析。

上述不同的原子具有各自的优势，但也有不足的地方。通常核子MR影像是按 顺序采集不同原子核图像，这种方法获得的核子MR影像采集时间长、分辨率低、 图像后处理难、信噪比低等，常不能令人满意。因此，如何同时对多种核素进行检 测以获得多种不同核素的组织图像，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中核子MR影像采集时间长、图像后处理难、 信噪比低的问题，提供了一种可在短时间内实现高分辨率和高信噪比的组织图像的 多核核磁共振发生器。