一种超高分辨率的磁共振成像方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于磁共振成像领域，涉及一种超高分辨率的磁共振成像方法及装置。
【背景技术】
[0002]磁共振成像(MRI)装置是通过符合拉莫尔频率的射频(RF:rad1 frequency)信号对静磁场和梯度磁场叠加中所放置的被检体的原子核自旋进行磁激励、并根据随着该激励而产生的磁共振(MR:magnetic resonance)信号和梯度磁场空间分布信息来重构图像的图像诊断装置。
[0003]磁共振成像由于可以对人体内部进行无损害成像，成为现代医学诊断中必不可少的诊断工具。它是利用核磁共振原理，根据核磁共振频率与磁场大小的对应关系，采用加入梯度磁场的方法获取核自旋的空间位置信息。由于原子核自旋的极化率天生很小，在原子核自旋密度固定的情况下，只有较大体积的样品才能获得足够量的自旋极化而能产生比较合理的信号。因此磁共振成像的分辨率受到这个限制，停留在毫米量级。因此要提高磁共振成像的分辨率，用于探测微观世界就需要提高两个基本条件:一个是提高磁场梯度，另一个难度更高的是提高自旋探测的灵敏度。
[0004]目前，磁共振力显微镜(MRFM)，利用非常灵敏的悬臂来探测自旋和一个纳米磁体之间的力相互作用，可以实现约4-6纳米的分辨率的磁共振成像。由于这种探测技术将自旋物理量通过与纳米磁体相互作用转化为微弱的力测量，从而极易受到其他环境因素的干扰，如电场力、热振动、环境振动等干扰。同时，近年来提出了利用金钢石中的氮空位(NVcenter)来作为超灵敏的自旋探测器实现纳米磁共振成像的概念，此技术仍有很多技术难点有待解决，如由于金钢石中的氮空位无法工作在较大的磁场环境中，从而无法高度极化受检体的原子核自旋而产生相对较大信号。另外，氮空位通常存在于金钢石的内部，离表面较远，而且它和自旋耦合作用随距离衰减非常快，因此它可成像的范围也非常小。
[0005]中国公开号为CN1643403A的一件专利公开了一种极低场下SQUID (超导量子干涉器件)检测的NMR(核磁共振)和MRI (磁共振成像)，其利用了 SQUID的高灵敏度去测量极低磁场下的自旋信号。其工作原理是:通过一个耦合线圈(pickup coil)将原子自旋信号转化为电流信号，再将电流信号转化为磁信号，然后利用SQUID对这个此信号进行测量，SQUID实际上扮演着一个电流信号放大器的角色。该方法中，样品和SQUID分离，样品在室温下，SQUID被隔离在超导临界温度下，由于常规SQUID容易受到环境磁场的影响，通常在应用中将SQUID封装在一个磁屏蔽的环境中，然后通过耦合线圈将样品的磁信号传送到SQUID,这也是常规SQUID所普遍使用的测量设置。该专利的SQUID极低场MRI成像的主要优势是取消MRI对巨大的静磁场B。的依赖,达到可利用地球磁场作为MRI成像条件。然而可惜的是，常规的SQUID的测量设置虽然要比商用MRI仪器中使用的探测器要灵敏得多但是由于受到耦合线圈的限制，大部分样品磁信号在传送过程中损失掉了。所以在测量微小样品或者微观自旋上，常规SQUID探测器就明显无法发挥出SQUID灵敏性的优势。
[0006]纳米超导量子干涉器件(nanoSQUID)是基于常规的SQUID发展起来的一种新型器件，它利用纳米结代替传统的隧穿结，使得超导环的面积可以得到大幅度的缩小，大幅度增加了器件和微小样品的耦合度，和磁共振力显微镜、金钢石中的氮空位相比，纳米超导量子干涉器件(nanoSQUID)具备相当或者更好的自旋灵敏度，而且它是通过磁通量耦合直接近距离探测自，不会受到振动和电场的干扰，另外它可在强磁场下正常工作，这就意味这可以通过外加强磁场增大核自旋的热平衡极化率。因此利用nanoSQUID作为探测器，配合大梯度磁场，可以实现纳米级别分辨率的磁共振成像。
【发明内容】
[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超高分辨率的磁共振成像方法及装置，用于解决现有技术中磁共振成像分辨率较低，容易受到其他环境噪音干扰或者只可在小磁场环境下工作、可成像范围过小等问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种超高分辨率的磁共振成像方法，至少包括以下步骤:
[0009]将被检样品放置于磁场梯度源与纳米超导量子干涉器件的作用范围内，采用静磁场源对被检样品施加静磁场，采用射频源对所述被检样品施加核磁共振射频脉冲以激发所述被检样品使其发生核磁共振；
[0010]采用所述纳米超导量子干涉器件与被检样品直接耦合以探测所述被检样品产生的核磁共振波谱信号；
[0011]根据探测得到的核磁共振波谱信号与所述磁场梯度源产生的梯度磁场的空间分布信息建立被检样品的图像。
[0012]可选地，利用所述纳米超导量子干涉器件探测被检样品产生的核磁共振波谱信号的方法为:对所述纳米超导量子干涉器件输入预设电流脉冲使其工作在工作点，若所述被检样品的核磁共振波谱信号耦合到所述纳米超导量子干涉器件将会引起磁通变化，使所述纳米超导量子干涉器件偏离工作点，利用可编程逻辑电路进行PID反馈逻辑运算，并通过一由电流源控制的反馈线圈在所述纳米超导量子干涉器件上加一个反馈信号，将所述纳米超导量子干涉器件固定回工作点上，通过测量反馈回路的反馈量，得到被检样品的磁共振波谱信号。
[0013]可选地，采用连续射频源，利用混频器或调制器，和一个基频信号相结合形成核磁共振脉冲组合，在射频源终端产生射频磁场，激发所述被检样品
[0014]可选地，通过扫描静磁场大小或者扫描射频磁场的频率进行定位测量，即时获得共振区域内的核磁共振波谱信号。
[0015]可选地，所述磁场梯度源产生的磁场梯度为0.05?5mT/nm。
[0016]可选地，所述纳米超导量子干涉器件与被检样品之间的距离小于lOOnm。
[0017]可选地，所述磁场梯度源由电流通过纳米导线得到，所述纳米导线的宽度为10nm ?I μ m0
[0018]可选地，所述磁场梯度源为纳米磁体，所述纳米磁体的端部尺寸为10nm?I μ m。
[0019]可选地，所述磁场梯度源产生三维梯度磁场或二维梯度磁场。
[0020]本发明还提供一种磁共振成像装置，包括:
[0021 ] 静磁场源，在被检样品所在空间形成静磁场；
[0022]射频源，用于激发被检样品的核磁共振；
[0023]磁场梯度源，在被检样品所在空间形成梯度磁场；
[0024]探测器，所述探测器为纳米超导量子干涉器件，用于直接与所述被检样品耦合以探测所述被检样品核自旋产生的核磁共振波谱信号；
[0025]图像形成装置，用于根据所述探测器探测得到的核磁共振波谱信号构建被检样品图像。
[0026]可选地，所述磁场梯度源为纳米导线或纳米磁体。
[0027]可选地，所述磁场梯度源为纳米导线，所述磁场梯度源、射频源及探测器集成于同一芯片上。
[0028]可选地，所述纳米超导量子干涉器件的超导环面积小于I μ m2。
[0029]可选地，所述磁共振成像装置的分辨率为I?lOOnm。
[0030]可选地，所述探测器与被检样品的耦合距离小于lOOnm。
[0031]如上所述，本发明的磁共振成像方法及装置，具有以下有益效果:本发明利用纳米超导量子干涉器件(nanoSQUID)作为磁共振成像(MRI)中核磁共振(NMR)波谱信号的探测器，实现纳米级别分辨率的磁共振成像。纳米超导量子干涉器件由于超导环面积较小，从而不易受到外界磁场、振动和电场信号的干扰，无须作单独磁屏蔽隔离，被检样品可与探测器直接近距离耦合或直接接触耦合并同时冷却到超导温度以下，成像范围较大，在表征微观样品的磁属性和探测微观自旋中表现突出，可达到单电子自旋测量的灵敏度。同时，纳米超导量子干涉器件因其平面结构可以承受较大的平行临界磁场，可以在强磁场条件下工作，在自旋数目固定的情况下，强磁场可以增大核磁共振信号的大小。此外，本发明利用纳米线作为磁场梯度源，可实现磁场梯度源、探测器和射频源在同一芯片上的集成，而且全部采用电信号读取，后期系统集成度高。
【附图说明】
[0032]图1显示为电流通过纳米线形成磁场梯度Gxy和Gyx将空间分割成网格状的示意图。
[0033]图2显示为以纳米线作为磁场梯度源时的磁共振成像示意图。
[0034]图3显示为以