[發明專利]一種低成本模塊化液氮低溫多核磁共振探頭

有效

• 申請號: 202111319366.1
• 申請日: 2021-11-09
• 公開（公告）號: CN114114108B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 張志;鮑慶嘉;劉朝陽;劉鑫杰;陳方;王佳鑫;程鑫;劉買利
• 申請（專利權）人: 中國科學院精密測量科學與技術創新研究院
• 主分類號: G01R33/28
• 分類號: G01R33/28;G01R33/34
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 李鵬

本發明公開了一種低成本模塊化液氮低溫多核磁共振探頭，包括杜瓦，還包括可插拔線圈和前端增益放大器，杜瓦包括筒狀夾層腔，筒狀夾層腔的中心構成室溫腔，筒狀夾層腔的夾層內通過液氮容器壁分隔為真空腔和液氮腔，真空腔位于室溫腔和液氮腔之間，可插拔線圈和前端增益放大器設置在真空腔中，可插拔線圈包括線圈部和可插拔底座，線圈部與可插拔底座之間可插拔連接，可插拔線圈和前端增益放大器連接。本發明可以實現射頻脈沖的發射和磁共振信號的接收，能適用于小動物全身成像；能實現低設計成本和低運行成本；能有效地提高磁共振信號的信噪比。

技術領域

本發明涉及核磁共振儀器技術領域，具體涉及一種低成本模塊化液氮低溫多核磁共振探頭，適用于核磁共振成像儀或核磁共振波譜儀中，用于實現液氮低溫狀態下不同種類原子核的磁共振信號激發與采集。

背景技術

核磁共振探頭裝置是核磁共振儀器必不可少的組成部分，用于實現射頻脈沖的發射和接收等功能。隨著核磁共振技術研究領域的不斷擴大，核磁共振儀器系統日益呈現向多核素采集和快速采集的方向發展，這些新的需求對核磁共振儀器的探頭提出了更高的要求，一方面要求加快采集速度，提高實驗效率，另一方面又要求提高信噪比，從而改善成像的質量。

在傳統的磁共振成像實驗中，隨著成像物體的物理尺寸的減小或檢測頻率的降低，噪聲的貢獻通常占主導地位，主要表現為線圈和設備導體中的熱噪聲對信噪比的影響越來越大。當線圈(包括前置放大器)溫度下降后，信噪比會增強。

目前商用磁共振儀器設備提供商Bruker公司提出了一種用于小動物成像的低溫線圈的方案，該方案通過氦氣閉環系統將線圈冷卻至30K，這需要將制冷器連接到線圈并靠近磁共振掃描儀，并且還需要在動物位置施加強大的熱源，使從線圈到樣品距離上產生很高的熱梯度(220℃)，實驗結果顯示，室溫線圈上的信噪比增益高度依賴于樣品和共振頻率，據報道200MHz處的小鼠大腦信噪比增加2.0-2.2倍，400MHz處的小鼠大腦增加2.4-2.5倍，400MHz處的小鼠心臟增加3.0-4.0倍，100MHz時的小鼠大腦增強3.0-3.5倍，這些測試結果有力的顯示的低溫探頭在提高信噪比方面的巨大潛力。

然而，這種方案需要極高的經濟成本，難以使其更廣泛地應用。針對用于動物磁共振成像的小型線圈，使用一些液氮作為冷卻劑而不是專用液氦制冷劑是一個更好的選擇，因為液氮的經濟成本相對來說比較低。文獻報道Elabyad等人將線圈直接浸入液氮中，并在線圈周圍放置了固體絕緣層，得到了大鼠心臟的2.7倍的信噪比增益(共振頻率18.68MHz)，Hu等人提出了一種更復雜的方法，用真空腔隔熱，結果顯示在3T磁場下小鼠大腦的信噪比增益為1.6倍，但是在這種情況下，實驗過程中需要保持使用真空泵抽真空以保持隔熱，Poirier-Quinot等人又提出了一種自動恒溫器，恒溫時間為5小時，用于冷卻超導線圈，但是由于超導線圈到樣品的距離增加以及低溫恒溫器可能會導致柔韌性變差，對于較大物體的體內成像，低溫線圈的實際好處又受到了限制。

綜上所訴，通過降低探頭(包括線圈、前置放大器等)的溫度能夠將信噪比提高2～4倍。但是為了得到更廣闊的應用，不僅要求在保證信噪比增益的情況下盡可能大地降低成本，又要求兼顧探頭的堅固性和柔韌性。然而同時滿足上述設計要求的低成本低溫磁共振探頭目前還沒有相關文獻報道，屬于技術空白領域，是核磁共振儀器技術領域亟待解決的關鍵問題。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足之處，本發明提出了一種低成本模塊化液氮低溫多核磁共振探頭，本發明以模塊化方式進行設計，以便在不同原子核的成像實驗下可以更換線圈和前置放大器，具有擴展到臨床應用的潛力。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

一種低成本模塊化液氮低溫多核磁共振探頭，包括杜瓦，還包括可插拔線圈和前端增益放大器，杜瓦包括筒狀夾層腔，筒狀夾層腔的中心構成室溫腔，筒狀夾層腔的夾層內通過液氮容器壁分隔為真空腔和液氮腔，真空腔位于室溫腔和液氮腔之間，