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，即可得到被检样品的磁共振波谱信号。
[0100]本发明通过利用可编辑逻辑电路进行PID反馈逻辑运算，使得所述纳米超导量子干涉器件始终工作在工作点，反馈回路的反馈量可以反映被检样品自旋的极化变化信号，即可反映核自旋产生的核磁共振波谱信号。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即可建立被检样品的图像。
[0101]本发明的磁共振成像装置中，所述射频源及探测器可以集成于同一芯片上，若采用纳米线作为磁场梯度源，可实现磁场梯度源、射频源及探测器在同一芯片上的集成，而且全部用电信号读取，后期系统集成度高。本发明的磁共振成像装置分辨率高，可达I?10nm，可以用于探测微观世界，并且可以直接近距离探测样品，探测器与被检样品的耦合距离小于10nm或探测器直接与被检样品接触。
[0102]实施例三
[0103]当被检样品尺寸大于纳米超导量子干涉器件的大小，此时单个磁共振成像装置只能对样品的部分成像。如果要对整体成像的话，可以将纳米超导量子干涉器件排列成阵列，然后对被检样品各部分分别按照实施例一与实施例二中的方法成像，然后将图像整合成整体图像。图6显示为采用纳米磁体磁场梯度源并以纳米超导量子干涉器件阵列作为核磁共振波谱信号的探测器时的磁共振成像示意图，其中为了作图清晰，省略掉了 nanoSQUID的电路引线，其电路测量回路与单个nanoSQUID作为探测器时的磁共振成像装置的测量回路相同，按照测量需求，每个nanoSQUID都要建立一个独立的测量通道，每个测量通道的具体成像方法、原理及装置和单个成像装置成像时相同，此处不再赘述。
[0104]实施例四
[0105]本实施例与实施例三采用基本相同的技术方案，不同之处在于实施例一中采用纳米磁体磁场梯度源为被检样品内部自旋定位，而本实施例中采用纳米线磁场梯度源为被检样品内部自旋定位。
[0106]请参阅图7，显示为采用吗纳米线磁场梯度源并以纳米超导量子干涉器件阵列作为核磁共振波谱信号的探测器时的磁共振成像示意图，其中，纳米线磁场梯度源与超导量子干涉器件集成于同一芯片上，所述纳米线磁场梯度源设置于纳米超导量子干涉器件阵列之间。其中，横向的纳米线磁场梯度源与纵向的纳米线梯度源可以相连，也可以不相连。
[0107]采用纳米超导量子干涉器件阵列作为核磁共振波谱信号的探测器可以分步对被检样品各部位成像，然后整合得到被检样品的整体图像，不仅适用于微观样品的高分辨率成像，还适用于大尺寸样品的高分辨率成像。
[0108]综上所述，本发明的磁共振成像方法及装置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，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，而且全部用电信号读取，后期系统集成度高。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0109]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种磁共振成像方法，其特征在于，至少包括以下步骤: 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； 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； 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。2.根据权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于: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。3.根据权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于:采用射频源激发被检样品的方法为: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。4.根据权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于:通过扫描磁场或者扫描射频磁场的频率进行定位，即时获得共振区域内的核磁共振波谱信号。5.根据权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于:所述磁场梯度源产生的磁场梯度为0.05?5mT/nm。6.根据权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于: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。7.根据权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于: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?Ιμπι。8.根据权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于: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。9.根据权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于:所述磁场梯度源产生二维梯度磁场或三维梯度磁场。10.一种磁共振成像装置，其特征在于，包括: 静磁场源，在被检样品所在空间形成静磁场； 射频源，用于激发被检样品的核磁共振； 磁场梯度源，在被检样品所在空间形成梯度磁场； 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； 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。11.根据权利要求10所述的磁共振成像装置，其特征在于:所述磁场梯度源为纳米导线或纳米磁体。12.根据权利要求11所述的磁共振成像装置，其特征在于: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。13.根据权利要求10所述的磁共振成像装置，其特征在于:所述纳米超导量子干涉器件的超导环面积小于I μ m2。14.根据权利要求10所述的磁共振成像装置，其特征在于:所述磁共振成像装置的分辨率为I?lOOnm。15.根据权利要求10所述的磁共振成像装置，其特征在于:所述探测器与被检样品的皁禹合距离小于lOOnm。
【专利摘要】本发明提供一种超高分辨率的磁共振成像方法及装置，所述方法至少包括以下步骤：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；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；根据探测得到的核磁共振波谱信号与磁场梯度源的空间分布信息建立被检样品的图像。本发明利用纳米超导量子干涉器件作为探测器，可实现纳米级别分辨率的磁共振成像，测量不会受到振动和电场信号的干扰，样品可与探测器直接近距离耦合，成像范围加大，且可以在强磁场条件下工作。
【IPC分类】A61B5/055, G01R33/48
【公开号】CN105137374
【申请号】CN201410242678
【发明人】陈垒, 王镇, 谢晓明, 江绵恒
【申请人】中国科学院上海微系统与信息技术研究所
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2014年6月3日
【公告号】WO2015184761A1