基於超導磁體的磁共振顯微成像新方法研究

《基於超導磁體的磁共振顯微成像新方法研究》是依託中國科學院電工研究所，由李曉南擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於超導磁體的磁共振顯微成像新方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李曉南
• 依託單位：中國科學院電工研究所

項目摘要

基於微量樣品核磁共振波譜檢測方法，結合常規的磁共振成像技術，磁共振顯微成像在基於氫原子的生物組織結構成像方面、具有其他醫學成像手段不可替代的優勢，但是受檢測靈敏度和空間定位梯度磁場的限制，目前對於納升級樣品的磁共振成像、其掃描時間依然以小時計，向臨床套用還有很大差距。本項目提出一種9.4T/400MHz超導磁體下、基於平面型微檢測器件與高精度梯度磁場的磁共振顯微成像新方法，系統地研究外加磁場、成像樣品與檢測方法對檢測靈敏度的影響，將球諧函式分析與流函式目標場法相結合、完成對梯度磁場線性度和均勻度的深入考察，並借鑑無線電通信中的最新射頻信號處理技術，探索適應於微弱磁共振信號高信噪比檢測的方式。另外，顯微成像中分子的擴散效應對空間定位準確性的影響將更加明顯，本項目研究基於純相位編碼脈衝的特殊成像序列能夠有助於提高定位精度，使μMRI技術向實際套用再推進一步，形成自主智慧財產權。

結題摘要

基於微量樣品核磁共振波譜檢測方法，結合常規的磁共振成像技術，磁共振微成像在基於氫原子的生物組織結構成像方面具有其他醫學成像手段不可替代的優勢，但是受檢測靈敏度和空間定位梯度磁場的限制，目前對於納升級樣品磁共振成像其掃描時間依然以小時計，向臨床套用還有很大差距。本項目提出一種分別利用永磁和超導磁體、基於平面型微檢測器件與高精度梯度磁場的磁共振微成像新方法，系統地研究外加磁場、成像樣品與檢測方法對檢測靈敏度的影響，將球諧函式分析法與流函式目標場法相結合完成對梯度磁場線性度和均勻度的深入考察，並借鑑無線電通信中的相關射頻信號處理技術，探索適應於微弱磁共振信號高信噪比接收的方式。和常規磁共振成像相比，微成像中分子的擴散效應對空間定位準確性的影響將更加明顯。 磁共振顯微成像是一種對微小體積成像目標體進行高解析度成像的方法，針對超高圖像空間解析度這一要求，相比常規磁共振在檢測信號幅度成10-3數量級減小的情況下，取得了以下成果：（1）項目組通過深入研究解析度和信號檢測靈敏度的各個決定因素，找到了實現磁共振顯微成像的理論方法；（2）通過對比幾種器件微檢測方法，平面微線圈射頻磁場均勻區較小，微帶線器件實際的品質因數不高，最終項目組決定採用螺線管線圈微型化研究方案，進行磁共振顯微成像後期的實驗研究，研製的微線圈Q值達到16.8；（3）梯度線圈磁場的設計是本項目的重要內容之一，項目組按計畫分別採用了流函式目標場法和新的等效磁偶極子算法，設計出層狀集成的二維梯度線圈組，研製得到三方向梯度Gx=20.824 kHz/(mm*A), Gy=17.563kHz/(mm*A)和Gz =7.025kHz/(mm*A)；（4）通過基於自行研製功能器件的微水模驗證實驗研究，在磁共振顯微成像試驗系統上驗證了譜儀中頻採樣、數字基帶相敏檢波信號處理方法是穩定可行的；（5）項目組在完成微量目標樣品信號檢測螺線管的研製之後，利用蒲公英植物莖幹切片，成功地在1Tesla永磁體中進行了磁共振顯微成像的原理驗證試驗，取得了0.04mm的圖像解析度。 本項目研究提高了小尺度磁共振成像的定位精度，使磁共振微成像技術向實際套用推進一步，申請多項國家發明專利，形成具有中國自主智慧財產權的磁共振微成像新方法。