一種多核磁共振成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核磁共振技術(shù)，特別涉及一種可發(fā)射多個不同頻段射頻脈沖信號，以及接收多種原子核所激發(fā)產(chǎn)生的核磁共振(MR)信號的多核磁共振成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]核磁共振(MR)是生物磁自旋成像技術(shù)，它是利用原子核自旋運動的特點，在外加磁場內(nèi)，經(jīng)射頻脈沖激發(fā)后產(chǎn)生信號，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸入計算機，最后經(jīng)過圖像處理轉(zhuǎn)換方能在屏幕上看到圖像。目前基于不同的核素可分為以下幾種核磁共振成像儀。
[0003](I)IH NMR
[0004]IH在人體中的摩爾濃度最高，中最多的原子核，約占人體總原子核數(shù)的2/3以上，IH的磁化率在人體磁性原子核中也是最高的，因此可以產(chǎn)生強大的磁共振信號。IH NMR成像對軟組織對比度顯示佳，解剖結(jié)構(gòu)清晰。
[0005](2)31P NMR
[0006]31P MR成像是目前臨床上直接觀察體內(nèi)代謝及組織活性的方法。31P的核自旋量子數(shù)為1/2，天然豐度為100%，因此可以用31P匪R測定生物細胞內(nèi)含磷化合物的信號。31PNMR技術(shù)可測細胞中游離陽離子(如Mg2+、Ca2+、Li+)的濃度，其主要優(yōu)點是無損傷性，使細胞在保持原有的生理生化環(huán)境下進行測量。我們利用測量ATP的磷的α和β峰的化學位移差值，能精確確定陽離子-ATP和整個ATP的比值，而不需要在細胞樣品與對照組中加入內(nèi)標來確定化學位移。根據(jù)模擬細胞內(nèi)離子強度和酸度等條件下離子ATP的解離常數(shù)K，能計算出游離陽離子的濃度。
[0007](3)19F NMR
[0008]19F匪R可直接量化19F對比劑，19F對IH的高敏特性使之成為理想的示蹤元素。氟血置換已用于血管疾患的顯示，還可利用氟氣滲透測定組織內(nèi)的血流量。19F的天然豐度為100%,其匪R相對靈敏度接近IHNMR，化學位移范圍大、結(jié)構(gòu)近似的化合物或代謝產(chǎn)物不易出現(xiàn)峰重疊，正常體內(nèi)含氟成分很少，測定時沒有本底信號干擾，因此在體內(nèi)研究中引進氟代指示劑進行19F NMR研究是一種很好的方法。
[0009]19F NMR應(yīng)用范圍可概括為:具有顯著的化學背景或干擾的體系，如紅細胞等；需要測定整個灌流器官中離子濃度體系的變化;某些離子對測定對象有顯著性干擾的系統(tǒng)等。與熒光法相比，19FNMR方法有以下優(yōu)點:含氟指示劑(如5F-BAPTA-AM)在細胞內(nèi)的去酯化作用迅速而又安全;指示劑在細胞器內(nèi)的分布可以忽略；測得的信號并非主要來自表皮細胞;無需考慮內(nèi)源性物質(zhì)的干擾;可與31PNMR和23NaNMR聯(lián)合使用直接考察同一心臟中鈣離子與ATP、磷酸肌酸以及鈉、鉀、鎂離子、pH值之間的關(guān)系等。
[0010](4)23NaNMR
[0011]23Na是MR生理研究中可提供重要信息的物質(zhì)，Na的滲透性成為細胞代謝的極好標記。Na+的化學位移對分子環(huán)境極其不敏感，在23Na譜只能看到一個峰，包括胞內(nèi)和胞外的Na+ ο區(qū)分胞內(nèi)外信號的方法之一是利用NMR實驗固有的特點，由于Na+有四個核自旋態(tài)，有三個單量子NMR躍迀，因此就可能存在一個以上的弛豫常數(shù)。利用多量子NMR可以檢測到生物樣品中胞內(nèi)和胞外弛豫速率的差別。盡管描述細胞和組織內(nèi)的弛豫需要一個以上的速率常數(shù)，但胞內(nèi)和胞外的Na+參與形成這些多重弛豫速率常數(shù)。因此利用多量子技術(shù)定量胞內(nèi)或胞外的Na+在技術(shù)上存在著問題。而在實際中多量子信號的改變可以反映出胞內(nèi)外Na+的主要變化，可以得到較好的估測結(jié)果。23Na的自然豐度為100%，相對于IH的靈敏度為9.2% Ja+在生物體內(nèi)普遍存在，濃度在60mmol/L/kg體重左右，自旋-晶格弛豫時間較短，因此可以直接用NMR測定生物樣品。利用NMR測定Na+的主要優(yōu)勢在于，可以對完整的具有功能的組織進行反復(fù)的無損傷的測定，允許在較長時間內(nèi)連續(xù)進行觀察。另外有些NMR技術(shù)還能同時觀察胞內(nèi)外離子濃度，從而可以對離子的凈移動進行定量分析。
[0012]上述不同的原子具有各自的優(yōu)勢，但也有不足的地方。通常核子MR影像是按順序采集不同原子核圖像，這種方法獲得的核子MR影像采集時間長、分辨率低、圖像后處理難、信噪比低等，常不能令人滿意。因此，如何同時對多種核素進行檢測以獲得多種不同核素的組織圖像，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中核子MR影像采集時間長、圖像后處理難、信噪比低的問題，提供了一種可在短時間內(nèi)實現(xiàn)高分辨率和高信噪比的組織圖像的多核核磁共振發(fā)生器。
[0014]為達上述目的，本發(fā)明提出一種多核磁共振成像系統(tǒng)，包括:
[0015]磁體，用于產(chǎn)生穩(wěn)定均勻的靜磁場，使被測組織產(chǎn)生磁化；
[0016]多核發(fā)生器，與所述磁體相連，用于在所述磁體的作用下產(chǎn)生具有多個不同頻率的射頻脈沖信號，從而得到多種原子核下被測組織的圖像；
[0017]計算機系統(tǒng)，與所述多核發(fā)生器相連，用于實現(xiàn)全局控制功能，包括產(chǎn)生脈沖序列，完成被測組織的掃描，進行圖像采集、重建、顯示和存貯。
[0018]根據(jù)本發(fā)明提出的多核磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述磁體包括梯度放大器、梯度線圈、超導(dǎo)線圈/永磁體和射頻線圈O
[0019]根據(jù)本發(fā)明提出的多核磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述多核發(fā)生器包括多核脈沖序列發(fā)生器、多核射頻發(fā)生系統(tǒng)、射頻放大系統(tǒng)、梯度磁場產(chǎn)生裝置、多元射頻接收器、接收射頻放大器、MR信號解調(diào)模塊以及相位檢測濾波模塊。
[0020]根據(jù)本發(fā)明提出的多核磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述計算機系統(tǒng)包括主計算機、控制系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、圖像處理模塊以及圖像顯示模塊。
[0021]根據(jù)本發(fā)明提出的多核磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述多核射頻發(fā)生系統(tǒng)包括射頻發(fā)生器、射頻放大器和射頻線圈，所述射頻發(fā)生器用來產(chǎn)生多個不同拉莫爾頻段的射頻脈沖信號，所述射頻脈沖信號經(jīng)過所述射頻放大器進行放大，獲得高能量的射頻脈沖信號，并作用于激發(fā)被測組織得到核磁共振信號;最后通過所述射頻線圈對具有多個拉莫爾頻率的核磁共振信號進行接收，依據(jù)不同拉莫爾頻率解調(diào)出不同原子核下的核磁共振信號，并將所述核磁共振信號進行傅立葉變換得到被測組織的圖像信息。
[0022]根據(jù)本發(fā)明提出的多核磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述梯度磁場產(chǎn)生裝置用來產(chǎn)生磁共振成像所需的梯度波形，其包括梯度控制器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，梯度放大器以及梯度線圈；首先由所述梯度控制器產(chǎn)生所需梯度波形的數(shù)字信號，然后由所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生所述梯度波形的模擬信號，經(jīng)過所述梯度放大器，最后通入所述梯度線圈當中，從而產(chǎn)生所需要的梯度磁場。
[0023]根據(jù)本發(fā)明提出的多核磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述多核脈沖序列發(fā)生器用于產(chǎn)生所需要的射頻脈沖，改變射頻相位和觸發(fā)采樣，并精確控制所述多核射頻發(fā)生系統(tǒng)中各個部件之間的工作時序;所述多核脈沖序列發(fā)生器包括脈沖編譯器和序列發(fā)生器兩部分，所述脈沖編譯器用于將用戶輸入的脈沖序列編譯成所述序列發(fā)生器所能識別的數(shù)據(jù)格式，所述序列發(fā)生器則根據(jù)已編譯的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生需要的脈沖序列。
[0024]根據(jù)本發(fā)明提出的多核磁共振成像系統(tǒng)，其中，所述多元射頻接收器與所述多核脈沖序列發(fā)生器相連，用于將所述射頻脈沖進行處理后傳送給所述接收射頻放大器。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0026](I)—次掃描多原子核MR發(fā)生器可同時發(fā)射多種頻率，因此可得到多種原子核的成像信息，減少了多核MR影像的偽影，同時可減少病人的痛苦，節(jié)約時間；
[0027](2)多種原子核數(shù)據(jù)采集過程中不需將病人退出磁