一種超高分辨率的磁共振成像方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于磁共振成像領域，涉及一種超高分辨率的磁共振成像方法及裝置。
【背景技術】
[0002]磁共振成像(MRI)裝置是通過符合拉莫爾頻率的射頻(RF:rad1 frequency)信號對靜磁場和梯度磁場疊加中所放置的被檢體的原子核自旋進行磁激勵、并根據隨著該激勵而產生的磁共振(MR:magnetic resonance)信號和梯度磁場空間分布信息來重構圖像的圖像診斷裝置。
[0003]磁共振成像由于可以對人體內部進行無損害成像，成為現代醫學診斷中必不可少的診斷工具。它是利用核磁共振原理，根據核磁共振頻率與磁場大小的對應關系，采用加入梯度磁場的方法獲取核自旋的空間位置信息。由于原子核自旋的極化率天生很小，在原子核自旋密度固定的情況下，只有較大體積的樣品才能獲得足夠量的自旋極化而能產生比較合理的信號。因此磁共振成像的分辨率受到這個限制，停留在毫米量級。因此要提高磁共振成像的分辨率，用于探測微觀世界就需要提高兩個基本條件:一個是提高磁場梯度，另一個難度更高的是提高自旋探測的靈敏度。
[0004]目前，磁共振力顯微鏡(MRFM)，利用非常靈敏的懸臂來探測自旋和一個納米磁體之間的力相互作用，可以實現約4-6納米的分辨率的磁共振成像。由于這種探測技術將自旋物理量通過與納米磁體相互作用轉化為微弱的力測量，從而極易受到其他環境因素的干擾，如電場力、熱振動、環境振動等干擾。同時，近年來提出了利用金鋼石中的氮空位(NVcenter)來作為超靈敏的自旋探測器實現納米磁共振成像的概念，此技術仍有很多技術難點有待解決，如由于金鋼石中的氮空位無法工作在較大的磁場環境中，從而無法高度極化受檢體的原子核自旋而產生相對較大信號。另外，氮空位通常存在于金鋼石的內部，離表面較遠，而且它和自旋耦合作用隨距離衰減非常快，因此它可成像的范圍也非常小。
[0005]中國公開號為CN1643403A的一件專利公開了一種極低場下SQUID (超導量子干涉器件)檢測的NMR(核磁共振)和MRI (磁共振成像)，其利用了 SQUID的高靈敏度去測量極低磁場下的自旋信號。其工作原理是:通過一個耦合線圈(pickup coil)將原子自旋信號轉化為電流信號，再將電流信號轉化為磁信號，然后利用SQUID對這個此信號進行測量，SQUID實際上扮演著一個電流信號放大器的角色。該方法中，樣品和SQUID分離，樣品在室溫下，SQUID被隔離在超導臨界溫度下，由于常規SQUID容易受到環境磁場的影響，通常在應用中將SQUID封裝在一個磁屏蔽的環境中，然后通過耦合線圈將樣品的磁信號傳送到SQUID,這也是常規SQUID所普遍使用的測量設置。該專利的SQUID極低場MRI成像的主要優勢是取消MRI對巨大的靜磁場B。的依賴,達到可利用地球磁場作為MRI成像條件。然而可惜的是，常規的SQUID的測量設置雖然要比商用MRI儀器中使用的探測器要靈敏得多但是由于受到耦合線圈的限制，大部分樣品磁信號在傳送過程中損失掉了。所以在測量微小樣品或者微觀自旋上，常規SQUID探測器就明顯無法發揮出SQUID靈敏性的優勢。
[0006]納米超導量子干涉器件(nanoSQUID)是基于常規的SQUID發展起來的一種新型器件，它利用納米結代替傳統的隧穿結，使得超導環的面積可以得到大幅度的縮小，大幅度增加了器件和微小樣品的耦合度，和磁共振力顯微鏡、金鋼石中的氮空位相比，納米超導量子干涉器件(nanoSQUID)具備相當或者更好的自旋靈敏度，而且它是通過磁通量耦合直接近距離探測自，不會受到振動和電場的干擾，另外它可在強磁場下正常工作，這就意味這可以通過外加強磁場增大核自旋的熱平衡極化率。因此利用nanoSQUID作為探測器，配合大梯度磁場，可以實現納米級別分辨率的磁共振成像。
【發明內容】
[0007]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種超高分辨率的磁共振成像方法及裝置，用于解決現有技術中磁共振成像分辨率較低，容易受到其他環境噪音干擾或者只可在小磁場環境下工作、可成像范圍過小等問題。
[0008]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種超高分辨率的磁共振成像方法，至少包括以下步驟:
[0009]將被檢樣品放置于磁場梯度源與納米超導量子干涉器件的作用范圍內，采用靜磁場源對被檢樣品施加靜磁場，采用射頻源對所述被檢樣品施加核磁共振射頻脈沖以激發所述被檢樣品使其發生核磁共振；
[0010]采用所述納米超導量子干涉器件與被檢樣品直接耦合以探測所述被檢樣品產生的核磁共振波譜信號；
[0011]根據探測得到的核磁共振波譜信號與所述磁場梯度源產生的梯度磁場的空間分布信息建立被檢樣品的圖像。
[0012]可選地，利用所述納米超導量子干涉器件探測被檢樣品產生的核磁共振波譜信號的方法為:對所述納米超導量子干涉器件輸入預設電流脈沖使其工作在工作點，若所述被檢樣品的核磁共振波譜信號耦合到所述納米超導量子干涉器件將會引起磁通變化，使所述納米超導量子干涉器件偏離工作點，利用可編程邏輯電路進行PID反饋邏輯運算，并通過一由電流源控制的反饋線圈在所述納米超導量子干涉器件上加一個反饋信號，將所述納米超導量子干涉器件固定回工作點上，通過測量反饋回路的反饋量，得到被檢樣品的磁共振波譜信號。
[0013]可選地，采用連續射頻源，利用混頻器或調制器，和一個基頻信號相結合形成核磁共振脈沖組合，在射頻源終端產生射頻磁場，激發所述被檢樣品
[0014]可選地，通過掃描靜磁場大小或者掃描射頻磁場的頻率進行定位測量，即時獲得共振區域內的核磁共振波譜信號。
[0015]可選地，所述磁場梯度源產生的磁場梯度為0.05?5mT/nm。
[0016]可選地，所述納米超導量子干涉器件與被檢樣品之間的距離小于lOOnm。
[0017]可選地，所述磁場梯度源由電流通過納米導線得到，所述納米導線的寬度為10nm ?I μ m0
[0018]可選地，所述磁場梯度源為納米磁體，所述納米磁體的端部尺寸為10nm?I μ m。
[0019]可選地，所述磁場梯度源產生三維梯度磁場或二維梯度磁場。
[0020]本發明還提供一種磁共振成像裝置，包括:
[0021 ] 靜磁場源，在被檢樣品所在空間形成靜磁場；
[0022]射頻源，用于激發被檢樣品的核磁共振；
[0023]磁場梯度源，在被檢樣品所在空間形成梯度磁場；
[0024]探測器，所述探測器為納米超導量子干涉器件，用于直接與所述被檢樣品耦合以探測所述被檢樣品核自旋產生的核磁共振波譜信號；
[0025]圖像形成裝置，用于根據所述探測器探測得到的核磁共振波譜信號構建被檢樣品圖像。
[0026]可選地，所述磁場梯度源為納米導線或納米磁體。
[0027]可選地，所述磁場梯度源為納米導線，所述磁場梯度源、射頻源及探測器集成于同一芯片上。
[0028]可選地，所述納米超導量子干涉器件的超導環面積小于I μ m2。
[0029]可選地，所述磁共振成像裝置的分辨率為I?lOOnm。
[0030]可選地，所述探測器與被檢樣品的耦合距離小于lOOnm。
[0031]如上所述，本發明的磁共振成像方法及裝置，具有以下有益效果:本發明利用納米超導量子干涉器件(nanoSQUID)作為磁共振成像(MRI)中核磁共振(NMR)波譜信號的探測器，實現納米級別分辨率的磁共振成像。納米超導量子干涉器件由于超導環面積較小，從而不易受到外界磁場、振動和電場信號的干擾，無須作單獨磁屏蔽隔離，被檢樣品可與探測器直接近距離耦合或直接接觸耦合并同時冷卻到超導溫度以下，成像范圍較大，在表征微觀樣品的磁屬性和探測微觀自旋中表現突出，可達到單電子自旋測量的靈敏度。同時，納米超導量子干涉器件因其平面結構可以承受較大的平行臨界磁場，可以在強磁場條件下工作，在自旋數目固定的情況下，強磁場可以增大核磁共振信號的大小。此外，本發明利用納米線作為磁場梯度源，可實現磁場梯度源、探測器和射頻源在同一芯片上的集成，而且全部采用電信號讀取，后期系統集成度高。
【附圖說明】
[0032]圖1顯示為電流通過納米線形成磁場梯度Gxy和Gyx將空間分割成網格狀的示意圖。
[0033]圖2顯示為以納米線作為磁場梯度源時的磁共振成像示意圖。
[0034]圖3顯示為以