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一种核磁共振仪可插拔式滚印线圈探头及其设计方法技术

技术编号:20912811 阅读:22 留言:0更新日期:2019-04-20 09:00
一种核磁共振仪可插拔式滚印线圈探头及其设计方法,涉及核磁共振仪。探头设有探头基座、调谐匹配电路、加装屏蔽层匀场线圈的固定孔、样品管、支撑管、滚印线圈、线圈上部银圆环、线圈下部银圆环、上弹性金属触头、下弹性金属触头、力柱、调谐电容、匹配电容和导线。采用滚动印刷的方法把导电银胶印在样品管表面,可以快速完成滚印线圈的制作,免去印刷配合电镀的加工工艺较为繁琐,简化滚印线圈制作工艺。根据需求设计,通过在光刻基板上设计不同类型滚印线圈的印刷模型,利用滚印方法将导电银胶附着在不同类型样品管上,并实现制作多种几何形状类型的滚印线圈,如马鞍形线圈、AG线圈和鸟笼线圈等,扩展滚印线圈设计的灵活性和适用性。

A Pluggable Rolling Coil Probe for Nuclear Magnetic Resonance Instrument and Its Design Method

The invention relates to a pluggable roll-off coil probe of a nuclear magnetic resonance instrument and a design method thereof, which relates to a nuclear magnetic resonance instrument. The probe is equipped with a probe base, a tuning matching circuit, a fixed hole with shielding layer, a sample tube, a support tube, a rolling coil, a silver ring at the top of the coil, a silver ring at the bottom of the coil, an upper elastic metal contact, a lower elastic metal contact, a force column, a tuning capacitor, a matching capacitor and a wire. By rolling printing, conductive silver offset printing on the surface of sample tube can quickly complete the production of roll-off coil, avoid the complicated process of printing and electroplating, and simplify the production process of roll-off coil. According to the requirement design, the printing model of different types of roll-off coils is designed on the photolithography substrate, and the conductive silver glue is attached to different types of sample tubes by roll-off method. The roll-off coils of various geometric shapes, such as saddle coils, AG coils and bird cage coils, are fabricated to expand the flexibility and applicability of roll-off coils design.

【技术实现步骤摘要】
一种核磁共振仪可插拔式滚印线圈探头及其设计方法
本专利技术涉及核磁共振仪,尤其是涉及在核磁共振仪器线圈制作中通过滚印的方法在样品管上制作线圈,并且滚印线圈可插拔探头装置的一种核磁共振仪可插拔式滚印线圈探头及其设计方法。
技术介绍
在低场小型化核磁共振仪器设计中,射频线圈作为射频信号发射与接收的前端,对采集核磁信号的质量至关重要,通常采用铜丝绕制或铜片加工的方法制作线圈。在铜制线圈设计固定后,可容纳比线圈尺寸小的样品管,根据核磁信号信噪比与线圈填充因子成正比关系,若尺寸更小的样品管放入固定尺寸的线圈中,信噪比就会大幅下降。通常,如果需要保证信噪比,除了需要重新制作与样品管尺寸匹配的线圈和匹配电路外,线圈的内径也需要随之减少,制作的线圈越容易发生形变,还需要重新设计稳定线圈的托架。1997年的文献“Usingmicrocontactprintingtofabricatemicrocoilsoncapillariesforhighresolutionprotonnuclearmagneticresonanceonnanolitervolumes."AppliedPhysicsLetters70(18):2464-2466.”,采用微接触印刷加电镀的方法在毛细管表面附着一层或多层银胶的方法,从而可用在微型样品的检测,该线圈制作方法可以较灵活地调整线圈的几何形状,并且线圈紧贴在样品管玻璃表面,提升了填充因子,从而保障了线圈的信噪比,但该文献报道采用微接触印刷加电镀的工艺较为繁琐,并只适用于高场核磁仪器中毛细管的检测,适用性较差。另外,小型化核磁共振仪器的线圈通常处在探头基座和匀场线圈内,由于滚印线圈是附着在样品管外表面,若要更换不同样品或者样品管,需要拆开带有匀场线圈和屏蔽层的探头基座,取下焊接在滚印线圈两端的铜导线,才能取下线圈和样品管,实验中需要花费更多的拆卸安装工作与时间。例如:赛默飞(ThermoFisherScientific)公司的Picospin系列在2016年获批的美国专利“Capillarycartridgeforminiaturizednuclearmagneticresonance(NMR)devices”(美国专利号:8847596B2),所述的是便携式核磁波谱仪采用可插拔式探头方便线圈拆装更换。但是该核磁共振仪器的探头设计是专门针对特有的微型平面线圈和毛细管所设计的插拔式探头,不适用于常规尺寸的滚印螺线管线圈和常规尺寸样品管。
技术实现思路
针对现有线圈的设计和结构上存在的上述局限性,为了提高线圈信噪比以及更换样品管线圈的便捷程度,本专利技术提供一种核磁共振仪可插拔式滚印线圈探头及其设计方法。所述核磁共振仪可插拔式滚印线圈探头设有探头基座、调谐匹配电路、加装屏蔽层匀场线圈的固定孔、样品管、支撑管、滚印线圈、线圈上部银圆环、线圈下部银圆环、上弹性金属触头、下弹性金属触头、力柱、调谐电容、匹配电容和导线;所述调谐匹配电路和滚印线圈固定在探头基座上,在探头基座上设有加装屏蔽层匀场线圈的固定孔,样品管从探头基座的进样孔中穿入探头基座的中心,带有滚印线圈的样品管插在探头基座内,支撑管设在探头基座的底部,样品管由支撑管支撑,上弹性金属触头和下弹性金属触头固定在样品管的两侧,上弹性金属触头和下弹性金属触头由力柱连接固定,上弹性金属触头和下弹性金属触头的一端均与滚印线圈相连接导通,上弹性金属触头和下弹性金属触头的另一端均与导线焊接;设在滚印线圈上部的线圈上部银圆环与上弹性金属触头相连接导通;设在滚印线圈底部的线圈下部银圆环与下弹性金属触头相连接导通,上弹性金属触头和下弹性金属触头分别通过导线连接调谐匹配电路上的调谐电容和匹配电容,实现调谐匹配电路导通。所述样品管采用玻璃样品管。所述上弹性金属触头和下弹性金属触头采用无磁性弹性金属触头。所述力柱采用非导电性的亚克力柱。所述上弹性金属触头和下弹性金属触头前端的铜珠镶嵌在铜珠托座内,可自由角度滚动,铜珠托座后端由铜质螺旋弹簧提供弹力,铜质螺旋弹簧后段连接触头外壳,上弹性金属触头和下弹性金属触头后段为螺纹柱,目的是在样品管进出通道两侧的力柱的力柱螺孔旋紧固定。所述滚印线圈采用马鞍形线圈、AG线圈和鸟笼线圈等。所述核磁共振仪可插拔式滚印线圈探头的设计方法,包括以下步骤:1)采用激光雕刻机在基板表面上刻出等间距、等粗细的12条线圈平行直线槽;2)将配制好的导电银胶均匀涂抹在基板上的线圈平行直线槽上,再将样品管放置于基板上方滚动一圈,利用导电银胶的粘附性,将导电银胶附着在样品管表面上,并形成螺线管形状的滚印线圈;3)使用激光雕刻机刻出两条略粗于滚印线圈线宽的银圆环直线槽,所述银圆环直线槽线宽为1.5mm,所述银圆环直线槽的长度和深度与滚印线圈的线圈平行直线槽保持一致,两条银圆环直线槽的间距为滚印线圈的前后两端间距,为了银圆环与滚印线圈的前后端良好接触导通,两条银圆环直线槽分别向内收缩0.2mm,将导电银胶均匀涂抹在银圆环直线槽上;4)将样品管垂直于基板的银圆环直线槽,在滚印线圈的前端和后端分别滚印出平行于样品管管口平面的线圈上部银圆环和线圈下部银圆环,与滚印线圈相互导通,以便样品管无论何种轴向转动角度插入都可以与上弹性金属触头和下弹性金属触头保持连接导通,防止滚印线圈与上弹性金属触头和下弹性金属触头未连接导通。在步骤1)中,所述基板可采用亚克力基板;所述线圈平行直线槽的长宽深可分别为20mm、0.7mm和0.5mm,相邻线圈平行直线槽的间隔可为0.7mm。在步骤2)中,所述将样品管放置于基板上方与线圈平行直线槽夹角呈60°,推动样品管从后往前滚动一圈。在步骤4)中,所述滚印线圈的长度为16.8mm,滚印线圈前后两端加上滚印的银圆环总长19.5mm。滚印线圈印在样品管表面,根据理论公式,依据信噪比的公式:其中,ω为拉莫尔进动频率,B⊥为横向电磁场,Tcoil为数据采集时的温度,Δf为接受级的带宽,R为噪声,M⊥为成像核的磁化矢量,k为波尔兹曼常数。从公式能够看出,要增加信噪比,可以把滚印线圈更加贴近成像区域来增加横向电磁场,因此本专利技术所采用的滚印线圈理论上可有效保证信噪比。实际使用中,核磁信号的信噪比受诸多方便影响,例如滚印线圈的阻抗、样品的体积与浓度、仪器的磁场强度和仪器的电路噪声等,在此仅从滚印线圈填充因子考虑,其他影响不做探究。本专利技术的滚印线圈与匹配电路连接设计的策略为:采用两对无磁性金属触头的铜珠与滚印线圈前后端的银圆环点触连接方式,需要更换滚印线圈和样品管时,可插拔更换滚印线圈和样品管的探头结构,不会受到挤压导致样品管破裂。两侧金属触头外壳之间采用弧形导线连接并连接调谐匹配电路,防止一侧金属触点未与线圈连接产生断路,保证触点与线圈的导通。所述弹性金属触头的结构为:弹性金属触头前端的铜质金属珠镶嵌在金属托座内,可自由角度滚动,金属托座后端由铜质弹簧提供弹力,弹簧后段连接金属外壳,弹性金属触头后段为螺柱,目的是在样品管进出通道两侧的亚克力柱的螺丝孔位旋紧固定。当需要更换滚印线圈和样品管时,只需将附着滚印线圈的样品管从探头基座进样孔中插拔即可。插拔式更换滚印线圈的过程为:插入样品管前,样品管进出通道两侧的两个弹性金属触头同轴铜珠的距离小于样品管直径;在插入样品管本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种核磁共振仪可插拔式滚印线圈探头,其特征在于设有探头基座、调谐匹配电路、加装屏蔽层匀场线圈的固定孔、样品管、支撑管、滚印线圈、线圈上部银圆环、线圈下部银圆环、上弹性金属触头、下弹性金属触头、力柱、调谐电容、匹配电容和导线;所述调谐匹配电路和滚印线圈固定在探头基座上,在探头基座上设有加装屏蔽层匀场线圈的固定孔,样品管从探头基座的进样孔中穿入探头基座的中心,带有滚印线圈的样品管插在探头基座内,支撑管设在探头基座的底部,样品管由支撑管支撑,上弹性金属触头和下弹性金属触头固定在样品管的两侧,上弹性金属触头和下弹性金属触头由力柱连接固定,上弹性金属触头和下弹性金属触头的一端均与滚印线圈相连接导通,上弹性金属触头和下弹性金属触头的另一端均与导线焊接;设在滚印线圈上部的线圈上部银圆环与上弹性金属触头相连接导通;设在滚印线圈底部的线圈下部银圆环与下弹性金属触头相连接导通,上弹性金属触头和下弹性金属触头分别通过导线连接调谐匹配电路上的调谐电容和匹配电容,实现调谐匹配电路导通。

【技术特征摘要】
1.一种核磁共振仪可插拔式滚印线圈探头,其特征在于设有探头基座、调谐匹配电路、加装屏蔽层匀场线圈的固定孔、样品管、支撑管、滚印线圈、线圈上部银圆环、线圈下部银圆环、上弹性金属触头、下弹性金属触头、力柱、调谐电容、匹配电容和导线;所述调谐匹配电路和滚印线圈固定在探头基座上,在探头基座上设有加装屏蔽层匀场线圈的固定孔,样品管从探头基座的进样孔中穿入探头基座的中心,带有滚印线圈的样品管插在探头基座内,支撑管设在探头基座的底部,样品管由支撑管支撑,上弹性金属触头和下弹性金属触头固定在样品管的两侧,上弹性金属触头和下弹性金属触头由力柱连接固定,上弹性金属触头和下弹性金属触头的一端均与滚印线圈相连接导通,上弹性金属触头和下弹性金属触头的另一端均与导线焊接;设在滚印线圈上部的线圈上部银圆环与上弹性金属触头相连接导通;设在滚印线圈底部的线圈下部银圆环与下弹性金属触头相连接导通,上弹性金属触头和下弹性金属触头分别通过导线连接调谐匹配电路上的调谐电容和匹配电容,实现调谐匹配电路导通。2.如权利要求1所述一种核磁共振仪可插拔式滚印线圈探头,其特征在于所述样品管采用玻璃样品管。3.如权利要求1所述一种核磁共振仪可插拔式滚印线圈探头,其特征在于所述上弹性金属触头和下弹性金属触头采用无磁性弹性金属触头。4.如权利要求1所述一种核磁共振仪可插拔式滚印线圈探头,其特征在于所述力柱采用非导电性的亚克力柱。5.如权利要求1所述一种核磁共振仪可插拔式滚印线圈探头,其特征在于所述上弹性金属触头和下弹性金属触头前端的铜珠镶嵌在铜珠托座内,可自由角度滚动,铜珠托座后端由铜质螺旋弹簧提供弹力,铜质螺旋弹簧后段连接触头外壳,上弹性金属触头和下弹性金属触头后段为螺纹柱,目的是在样品管进出通道两侧的力柱的力柱螺孔旋紧固定。6.如权利要求1所述一种核磁共振仪可插拔式滚印线圈探头,其特征在于所...

【专利技术属性】
技术研发人员:游学秋姚凯文陈忠张德超孙惠军黄玉清
申请(专利权)人:厦门大学
类型:发明
国别省市:福建,35

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