多維核磁共振邊緣磁場(chǎng)成像實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核磁共振成像，尤其是涉及一種多維核磁共振邊緣磁場(chǎng)成像實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]核磁共振邊緣磁場(chǎng)成像技術(shù)源于20世紀(jì)80年代末期，與傳統(tǒng)的核磁共振成像技術(shù)相比，其顯著的特點(diǎn)是利用超導(dǎo)磁體邊緣超強(qiáng)的梯度場(chǎng)來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行成像，由于傳統(tǒng)核磁共振邊緣磁場(chǎng)設(shè)備所用的梯度線圈所能產(chǎn)生的梯度場(chǎng)一般只能達(dá)到1.5T/m左右，遠(yuǎn)小于邊緣磁場(chǎng)的50?60T/m，又因?yàn)楹舜殴舱癯上竦姆直媛屎吞荻葓?chǎng)強(qiáng)直接相關(guān)，因此在圖像的分辨率上，邊緣磁場(chǎng)成像技術(shù)相比傳統(tǒng)核磁共振成像技術(shù)具有很大的提高。在核磁共振成像領(lǐng)域，固體樣品由于分子不能自由運(yùn)動(dòng)，并且具有較強(qiáng)的自旋耦合效應(yīng)，譜寬很寬，分辨率很差，通常的做法是將固體樣品配制成溶液再進(jìn)行測(cè)定，而邊緣磁場(chǎng)成像技術(shù)中超強(qiáng)的梯度場(chǎng)能夠克服固體樣品在傳統(tǒng)磁共振成像技術(shù)上的一系列難以解決的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高分辨率的固體成像。
[0003]由于邊緣磁場(chǎng)成像技術(shù)利用的是超導(dǎo)磁體的邊緣天然超強(qiáng)梯度場(chǎng)，不需要梯度線圈，這是邊緣磁場(chǎng)成像技術(shù)的特點(diǎn)之一。然而也正是因?yàn)檫@個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)前的邊緣磁場(chǎng)成像技術(shù)中，占據(jù)主流的還是一維邊緣磁場(chǎng)的成像方法。多維邊緣磁場(chǎng)成像技術(shù)的原理是利用樣品在空間中的轉(zhuǎn)動(dòng)，將原本只存在于一個(gè)方向的超導(dǎo)磁體邊緣超強(qiáng)梯度場(chǎng)，通過(guò)樣品的適當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)軸的模擬旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)超強(qiáng)梯度場(chǎng)的樣品信息采集。當(dāng)所測(cè)的樣品尺寸較大時(shí)，射頻脈沖的激發(fā)層面無(wú)法完全覆蓋整個(gè)樣品，此時(shí)樣品相對(duì)于線圈的上下移動(dòng)就變得十分必要。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外公開(kāi)的專(zhuān)利或相關(guān)文獻(xiàn)中，美國(guó)專(zhuān)利US005424644描述了一種可以用于多維邊緣磁場(chǎng)成像的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了樣品在線圈中的姿態(tài)調(diào)整，但是其在對(duì)樣品進(jìn)行上下調(diào)整的時(shí)候，并未實(shí)現(xiàn)探頭與樣品的相對(duì)移動(dòng)，而是整體的移動(dòng)，在超導(dǎo)磁體的邊緣磁場(chǎng)環(huán)境下，因?yàn)樘荻葓?chǎng)極強(qiáng)，探頭的大幅度移動(dòng)往往會(huì)造成自身所處磁場(chǎng)的劇烈變化，而由于磁場(chǎng)的變化太大，不確定因素增多，成像的分辨率和信噪比也將受到影響，也容易造成圖像的偽影。專(zhuān)利W0 20008833 A2和論文《Mult1-dimens1nal magneticresonance imaging in a stray magnetic field》則描述了將魔角旋轉(zhuǎn)技術(shù)和邊緣磁場(chǎng)成像相結(jié)合，直接將樣品腔傾斜到魔角角度，以氣動(dòng)的方式使樣品旋轉(zhuǎn)，這種方式達(dá)到了三維成像的效果，但是并未實(shí)現(xiàn)樣品相對(duì)探頭的移動(dòng)，當(dāng)樣品較大時(shí)，射頻脈沖的覆蓋區(qū)域覆蓋不了樣品的尺寸，因此只能做小樣品的成像實(shí)驗(yàn)，并且采用氣動(dòng)方式也使得樣品腔旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性得不到保證，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度。還有論文《Contrast STRAF1- MAS imaging》、((Two-and Three-Dimens1nal Multinuclear Stray-Field Imaging of Rotating Sampleswith Magic-Angle Spinning(STRAF1-MAS)From B1 to Inorganic Materials》的作者也嘗試著將現(xiàn)成的魔角旋轉(zhuǎn)商用探頭直接應(yīng)用到邊緣磁場(chǎng)成像技術(shù)中做出三維圖像，但是由于商用的魔角旋轉(zhuǎn)探頭主要是用于固體磁共振譜，并非專(zhuān)門(mén)針對(duì)邊緣磁場(chǎng)成像技術(shù)而開(kāi)發(fā)，因此存在許多的不足，例如不能很好地控制樣品轉(zhuǎn)速，常規(guī)魔角旋轉(zhuǎn)探頭旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性較差以及在梯度編碼的演化期空間位置變化引起的圖像嚴(yán)重失真；又如目前的魔角旋轉(zhuǎn)多維邊緣磁場(chǎng)成像探頭，都不能實(shí)現(xiàn)樣品和線圈的相對(duì)移動(dòng)，如此一來(lái)就對(duì)成像的樣品尺寸大小有了限制，無(wú)法進(jìn)行超強(qiáng)梯度場(chǎng)下大尺寸樣品的多維邊緣磁場(chǎng)成像，也無(wú)法隨意對(duì)樣品進(jìn)行多角度姿態(tài)的調(diào)整?？偠灾F(xiàn)階段的三維邊緣磁場(chǎng)成像實(shí)驗(yàn)裝置還不能實(shí)現(xiàn)機(jī)械不連續(xù)式的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)以及進(jìn)行超強(qiáng)梯度場(chǎng)下大尺寸固體樣品成像時(shí)樣品腔相對(duì)于探頭線圈的移動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種多維核磁共振邊緣磁場(chǎng)成像實(shí)驗(yàn)裝置。
[0005]本發(fā)明設(shè)有上位機(jī)、PMAC控制器、譜儀、一個(gè)交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、四個(gè)直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)交流伺服電機(jī)、四個(gè)直流伺服電機(jī)、邊緣磁場(chǎng)成像平面升降臺(tái)、固體高分辨率成像探頭、樣品腔Y軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路一、樣品腔旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路一、樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路一、樣品腔X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路一、樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路二、樣品腔X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路二、樣品腔Y軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路二、樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路七、樣品腔X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路三、探頭線圈、樣品腔X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路四、樣品腔X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路五、樣品腔、樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路五、樣品腔旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路四、樣品腔旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路五、樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路六、樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路四、樣品腔旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路三、樣品腔旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路二、樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路三、樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)蝸桿；
[0006]所述上位機(jī)分別通過(guò)線纜與譜儀、PMAC運(yùn)動(dòng)控制器相連，譜儀通過(guò)線纜與高分辨率固體成像探頭相連，PMAC運(yùn)動(dòng)控制器通過(guò)線纜分別與一個(gè)交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和四個(gè)直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，一個(gè)交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)線纜與一個(gè)交流伺服電機(jī)相連，交流伺服電機(jī)放置于邊緣磁場(chǎng)成像平面升降臺(tái)外圍，交流伺服電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)接動(dòng)力源；四個(gè)直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別通過(guò)線纜與四個(gè)直流伺服電機(jī)相連，四個(gè)直流伺服電機(jī)置于邊緣磁場(chǎng)成像平面升降臺(tái)上且位于固體高分辨率成像探頭內(nèi)部；
[0007]所述固體高分辨率成像探頭固定于邊緣磁場(chǎng)成像平面升降臺(tái)上，所述樣品腔置于探頭線圈中，由于固體高分辨率成像探頭底部放置四個(gè)直流伺服電機(jī)，所以可以通過(guò)動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)控制樣品腔X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、樣品腔Y軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、樣品腔旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)；
[0008]其中樣品腔X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)依次由樣品腔X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路一、樣品腔X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路二、樣品腔X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路三、樣品腔X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路四和樣品腔X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路五構(gòu)成一條完整的動(dòng)力傳遞線路；樣品腔Y軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)依次由樣品腔Y軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路一和樣品腔Y軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路二構(gòu)成一條完整的動(dòng)力傳遞線路；樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)依次由樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路一、樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路二、樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路三、樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路四、樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路五、樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路六、樣品腔上下運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路七構(gòu)成一條完整的動(dòng)力傳遞線路；樣品腔旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)依次由樣品腔旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路一、樣品腔旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路二、樣品腔旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路三、樣品腔旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路四和樣品腔旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞線路五構(gòu)成一條完整的動(dòng)力傳遞線路。
[0009]當(dāng)進(jìn)行一維邊緣磁場(chǎng)成像時(shí)，由上位機(jī)發(fā)送指令，經(jīng)由與之相連的PMAC運(yùn)動(dòng)控制器、一個(gè)交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制一個(gè)交流伺服電機(jī)工作，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)搭載有高分辨率的固體成像探頭的邊緣磁場(chǎng)成像平面升降臺(tái)運(yùn)動(dòng)到指定的成像