一種用于低場(chǎng)磁共振系統(tǒng)的定位進(jìn)樣裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣動(dòng)和真空方法傳送、樣品保溫停車場(chǎng)車輛監(jiān)控管理領(lǐng)域，具體涉及一種用于低場(chǎng)磁共振系統(tǒng)的定位進(jìn)樣裝置，還涉及一種用于低場(chǎng)磁共振系統(tǒng)的定位進(jìn)樣方法，適用于基于原子磁力計(jì)方法進(jìn)行磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)的定位進(jìn)樣，還可以擴(kuò)展應(yīng)用于流動(dòng)氣體和液體等核磁樣品的檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]氣動(dòng)方法是用于NMR譜儀中輸送核磁樣品的通用傳統(tǒng)方法。在傳統(tǒng)高場(chǎng)NMR譜儀中，核磁樣品的極化、信號(hào)的探測(cè)通常是在超導(dǎo)磁體內(nèi)的同一區(qū)域中完成，核磁樣品由氣動(dòng)傳送到NMR譜儀的探測(cè)區(qū)域，或者由氣動(dòng)推出探測(cè)區(qū)域而更換和取出核磁樣品。MartinArmbruster等人在專利‘‘NMR-MAS probehead with integral transport conduit for anMAS-rotor”(美國(guó)專利號(hào):US8212559)中，描述了傳統(tǒng)高場(chǎng)NMR譜儀中利用一個(gè)氣動(dòng)傳送換樣裝置完成核磁樣品的裝卸過(guò)程。裝載了樣品的核磁樣品管通過(guò)傳送管道內(nèi)氣流穩(wěn)定地輸送到NMR譜儀的探測(cè)區(qū)域。而樣品卸載時(shí)，只需要將氣流反向即可從探測(cè)區(qū)域里吹出核磁樣品管。這里，極化區(qū)域和探測(cè)區(qū)域在空間上為同一區(qū)域，除特殊情況之外，這一區(qū)域通常為室溫工作區(qū)域。因此，對(duì)傳送的速度和核磁樣品的保溫并沒(méi)有特殊的要求，只需要能將核磁樣品平穩(wěn)、準(zhǔn)確地傳送到探測(cè)區(qū)域即可。
[0003]與傳統(tǒng)高場(chǎng)NMR譜儀方法不同，基于原子磁力計(jì)方法探測(cè)NMR是在超低磁場(chǎng)的環(huán)境下測(cè)量和研宄核磁樣品。因?yàn)镹MR信號(hào)的大小與核磁樣品的極化度呈正比，被測(cè)量的核磁樣品需要通過(guò)一個(gè)磁場(chǎng)預(yù)極化區(qū)域進(jìn)行熱極化處理(也稱預(yù)極化)。在基于原子磁力計(jì)方法探測(cè)NMR過(guò)程中，通常使用一個(gè)?Tesla量級(jí)磁場(chǎng)強(qiáng)度的永磁體來(lái)預(yù)極化核磁樣品。由于永磁體的磁場(chǎng)會(huì)破壞核磁樣品探測(cè)區(qū)域的零磁場(chǎng)環(huán)境，所以需要將預(yù)極化區(qū)域和探測(cè)區(qū)域在空間上隔離開，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程探測(cè)。在實(shí)驗(yàn)測(cè)量和研宄中，核磁樣品需要多次在預(yù)極化區(qū)域和探測(cè)區(qū)域之間傳送，因此不僅要求平穩(wěn)、快速(~0.1 S)，盡可能地減少核磁樣品的極化度在傳送過(guò)程中損失，還要求核磁樣品管的恒溫，不受預(yù)極化區(qū)域和探測(cè)區(qū)域溫度差的影響。
[0004]目前，已有多種解決基于原子磁力計(jì)方法探測(cè)NMR信號(hào)的裝置中樣品傳送的方案，部分相關(guān)文章和專利的技術(shù)方案舉例如下:
1)M.P.Ledbetter 等人在專利 “Detect1n of J-Coupling Using Atomic Magnetometer”(美國(guó)專利號(hào):US20120176130)的裝置中，使用注射泵進(jìn)行液體樣品傳送；
2)D.Budker 等人在 “Atomic magnetic grad1meter for room temperature highsensitivity magnetic field detect1n” (美國(guó)專利號(hào):US7573264)中，使用婦動(dòng)泵傳送液體核磁樣品，液體核磁樣品在不同作用區(qū)域做循環(huán)流動(dòng)。
[0005]這兩種方法完成進(jìn)樣需要I一2 s時(shí)間，能夠?qū)崿F(xiàn)較快、穩(wěn)定的核磁樣品傳送。但是，(I)基于這兩種方法的裝置，都需要較長(zhǎng)的傳送管道連接預(yù)極化區(qū)域和探測(cè)區(qū)域。因此，實(shí)驗(yàn)中需要大量液體核磁樣品來(lái)填充傳輸管道，液體核磁樣品使用量大，不適用于少量液體核磁樣品的情況；(2)不能做到定位進(jìn)樣，無(wú)法擴(kuò)展到基于原子磁力計(jì)方法的MRI研宄；(3)完成測(cè)試一種流動(dòng)樣品后，不能方便更換樣品和清洗傳送管道。
[0006]3) Valer1 Biancalan 等人在文章 “A fast pneumatic sample-shuttle withattenuated shocks” (Review of Scientific Instrument,85, 036104 (2014))中描述，在進(jìn)樣管和進(jìn)樣滑塊上使用特殊開孔改變內(nèi)部氣流來(lái)減少核磁樣品管在傳送進(jìn)樣過(guò)程中的振動(dòng)，但是，其不適用于高溫工作環(huán)境，也無(wú)法擴(kuò)展到基于原子磁力計(jì)方法的MRI研宄。
[0007]在基于原子磁力計(jì)方法探測(cè)NMR過(guò)程中，需要利用氣動(dòng)方法的進(jìn)樣裝置將核磁樣品快速地由預(yù)極化區(qū)域傳送到探測(cè)區(qū)域，即傳送到靠近激光與蒸氣泡內(nèi)原子相互作用的區(qū)域。由于一些工作在高溫的裝置，例如基于無(wú)自旋交換弛豫(Spin-exchangerelaxat1n-free，SERF)物理機(jī)制的原子磁力計(jì)方法(工作溫度?470 K)探測(cè)NMR等，(A)使用現(xiàn)有的進(jìn)樣裝置無(wú)法對(duì)核磁樣品進(jìn)行定位傳送，由此，不能擴(kuò)展到基于原子磁力計(jì)方法的MRI研宄；(B)在傳輸和測(cè)量過(guò)程中不能有效地保持核磁樣品的溫度，造成在探測(cè)區(qū)域里的核磁樣品被加熱升溫，從而影響一些有效測(cè)量和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，例如，對(duì)于常溫下的生物樣品研宄等。因此，在基于原子磁力計(jì)方法探測(cè)NMR過(guò)程中，如何實(shí)現(xiàn)核磁樣品傳送更為簡(jiǎn)便、速度快速、定位準(zhǔn)確？能夠避免探測(cè)區(qū)域的高溫對(duì)核磁樣品產(chǎn)生熱影響？同時(shí)保證原子蒸氣泡工作在的高溫，并維持原子蒸氣泡內(nèi)相關(guān)物理機(jī)制正常運(yùn)行？是急迫需要解決的問(wèn)題。例如:基于SERF機(jī)制的原子磁力計(jì)方法探測(cè)NMR的裝置，其具有?0.1 fT/Hzl/2超高靈敏度，工作溫度?470 K，在探測(cè)核磁樣品時(shí)，需要核磁樣品多次在室溫預(yù)極化區(qū)域和高溫探測(cè)區(qū)域來(lái)回傳送。由此，當(dāng)使用生物核磁樣品時(shí)，使用現(xiàn)有的圓形管(腔、氣道等)進(jìn)樣方法或技術(shù)難以保證核磁樣品在每次傳輸?shù)教綔y(cè)區(qū)域后都一直保持同一狀態(tài)，也難以保證其不受到高溫工作原子蒸氣泡的影響。
[0008]為了提高核磁樣品傳輸?shù)乃俾?、增加核磁樣品進(jìn)樣的質(zhì)量、改進(jìn)核磁樣品的保溫性能、以及更有效的擴(kuò)展功能，迫切的需要發(fā)展全新的一種用于低場(chǎng)磁共振系統(tǒng)的定位進(jìn)樣方法與裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，提供了一種用于低場(chǎng)磁共振系統(tǒng)的定位進(jìn)樣方法。其利用非圓形進(jìn)樣管的約束作用，約束載有核磁樣品管的非圓形定向滑塊，可以將核磁樣品管定向、無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)地傳送到激光與原子相互作用探測(cè)區(qū)域，有利于精確測(cè)量NMR和實(shí)施MRI ;利用其耐高溫絕熱材料作為核磁樣品管保溫，也用于作為原子蒸氣泡的一個(gè)保溫面；在核磁樣品管表面涂有耐高溫(>500 K)絕熱涂層，可以有效地隔熱，以保持核磁樣品管多次傳送后溫度恒定，避免核磁樣品在測(cè)量時(shí)被加熱。與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用有效地減震技術(shù)使得引入的噪聲明顯減小。設(shè)計(jì)核磁樣品管位于原子蒸氣泡側(cè)面的進(jìn)樣方式，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單改造可方便擴(kuò)展用于研宄液態(tài)或者氣態(tài)核磁樣品。因此，本發(fā)明一種用于低場(chǎng)磁共振系統(tǒng)的定位進(jìn)樣裝置具有更加廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0010]本發(fā)明目的是在于提供一種用于低場(chǎng)磁共振系統(tǒng)的定位進(jìn)樣裝置，其由空氣壓縮機(jī)、真空泵、計(jì)算機(jī)、兩個(gè)電磁閥、三個(gè)管道、非圓形進(jìn)樣導(dǎo)管、導(dǎo)管上密封蓋、永磁體、網(wǎng)罩、屏蔽盒、非圓形定向滑塊、核磁樣品管、定位器和導(dǎo)管下蓋組成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，與現(xiàn)有的進(jìn)樣裝置相比，本發(fā)明裝置實(shí)現(xiàn)了核磁樣品的定向、無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)的定位進(jìn)樣和有效保溫。在本發(fā)明實(shí)施過(guò)程中，將另外包括激光器、激光束、原子蒸氣泡和光電探測(cè)器，應(yīng)用到基于原子磁力計(jì)方法探測(cè)NMR的裝置更具有實(shí)用性。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種用于低場(chǎng)磁共振系統(tǒng)的定位進(jìn)樣裝置，包括屏蔽盒，還包括非圓形進(jìn)樣導(dǎo)管和罩設(shè)在屏蔽盒外的網(wǎng)罩，非圓形進(jìn)樣導(dǎo)管底部蓋設(shè)有導(dǎo)管下蓋并穿過(guò)網(wǎng)罩和屏蔽盒設(shè)置在屏蔽盒內(nèi)，導(dǎo)管下蓋上開設(shè)有進(jìn)出氣孔，非圓形進(jìn)樣導(dǎo)管內(nèi)設(shè)置有固定有核磁樣品管的非圓形定向滑塊，非圓形定向滑塊的外形與非圓形進(jìn)樣導(dǎo)管內(nèi)壁形狀適配，非圓形進(jìn)樣導(dǎo)管上部套設(shè)有永磁體，非圓形進(jìn)樣導(dǎo)管頂部蓋設(shè)有導(dǎo)管上密封蓋，氣動(dòng)裝置通過(guò)第三管道與非圓形進(jìn)樣導(dǎo)管連通。
[0012]一種用于低場(chǎng)磁共振系統(tǒng)的定位進(jìn)樣裝置，還包括設(shè)置在非圓形進(jìn)樣導(dǎo)管內(nèi)壁上用于定位非圓形定向滑塊的定位器。
[0013]如上所述的氣動(dòng)裝置包括第一管道和第二管