一种用于极化转移增强技术的多核磁共振射频通道装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于极化转移增强技术的多核磁共振射频通道装置，包括射频探头、质子收发开关、杂核发射通道、上变频部和接收通道，杂核发射通道包括下变频模块、杂核功率放大器和杂核收发开关，射频探头包括探头质子通道和探头杂核通道，上变频部包括杂核前置放大器和上变频模块，接收通道包括质子前置放大器和通道切换开关，本发明专利技术降低了单质子通道磁共振仪进行极化转移实验的改造成本。可以通过各模块的时序控制，使用极化转移技术提高杂核实验的信噪比。

A Multi-NMR RF Channel Device for Polarization Transfer Enhancement Technology

The invention discloses a multi-nuclear magnetic resonance radio frequency channel device for polarization transfer enhancement technology, which comprises a radio frequency probe, a proton transceiver switch, a heteronuclear transmission channel, an up-conversion part and a reception channel. The heteronuclear transmission channel includes a down-conversion module, a heteronuclear power amplifier and a heteronuclear transceiver switch. The radio frequency probe includes a probe proton channel and a probe heteronuclear channel, and an up-conversion part package. The invention includes a heteronuclear preamplifier and an up-conversion module, and the receiving channel includes a proton preamplifier and a channel switching switch. The invention reduces the cost of polarization transfer experiment of a single proton channel magnetic resonance instrument. The signal-to-noise ratio of heteronuclear experiments can be improved by using polarization transfer technology through timing control of each module.

【技术实现步骤摘要】
一种用于极化转移增强技术的多核磁共振射频通道装置
本专利技术涉及磁共振波谱和磁共振成像领域，具体涉及一种用于极化转移增强技术的多核磁共振射频通道装置。
技术介绍
极化转移增强技术是一种重要的核磁共振实验方法，在异核实验中应用广泛。多数杂核的旋磁比明显低于质子，根据塞曼分裂和玻耳兹曼定律，旋磁比低的核热平衡下极化度低，直接测量的灵敏度也较低，所得的谱图信噪比差。而极化转移增强技术能够通过质子与杂核之间的偶合作用，将质子自旋传递给杂核。此时得到的信号极化度接近旋磁比较高的质子热平衡极化度，从而提高了实验的灵敏度。人类和动物的脑部往往具有错综复杂的神经系统，神经系统之间的信号传到依赖于神经元之间神经递质的传递。胆碱类物质就是典型的神经递质之一,使用核磁共振手段对胆碱进行成像检测可以从质子和14N两方面入手，但对这两种核进行单独成像时效果都不理想，主要的原因有以下两点：1.质子成像背景干扰较大，尽管可以通过成像序列调整对一些组织信号进行抑制，但动物脑内胆碱浓度过低，抑制后成像效果仍然不理想；2.14N旋磁比不足质子的1/10且自旋密度远小于质子，因此对14N直接成像灵敏度要远低于质子成像，成像信噪比也远低于质子像甚至无法成像。因此使用极化转移技术，将高灵敏度的质子信号经过14N核的滤波作用除去无H-N偶合的物质(例如水)的信号后再进行信号检测即可抑制背景从而提高对比度与信噪比。实现极化转移成像实验需要磁共振成像仪具有氢核和杂核两路射频通道。仅配置了单独工作于氢核频率磁共振成像系统的机构(如医院)，进行多核成像研究时往往需购买新的设备或进行系统升级，这往往代价昂贵。已有文献可以通过外接变频装置实现单频磁共振成像平台的异核信号采集（一种惰性气体原子核通道装置及磁共振成像方法，ZL201610094660.X），但未见在单频磁共振成像平台上通过外挂装置实现极化转移增强实验的报道。
技术实现思路
为了克服单质子通道磁共振成像仪无法进行极化转移实验的不足，本专利技术提供了一种用于极化转移增强技术的多核磁共振射频通道装置，可以在质子通道磁共振成像仪的基础上，不改变原有硬件系统内部结构，通过外接变频装置增加杂核发射通道，并能够通过控制信号序列实现质子通道实现发射和接收、杂核通道发射和接收、交叉发射接收等多种工作模式与功能，从而低成本地在单质子通道磁共振成像仪上实现极化转移实验，并具有调整灵活和在线切换的优点。一种用于极化转移增强技术的多核磁共振射频通道装置，包括射频探头，还包括质子收发开关、杂核发射通道、上变频部和接收通道，质子收发开关包括第一质子收发切换端、第二质子收发切换端、质子收发固定端，杂核发射通道包括下变频模块、杂核功率放大器和杂核收发开关，杂核收发开关包括第一收发开关切换端、第二收发开关切换端和收发开关固定端，射频探头包括探头质子通道和探头杂核通道，上变频部包括杂核前置放大器和上变频模块，接收通道包括质子前置放大器和通道切换开关，通道切换开关包括第一通道切换开关切换端、第二通道切换开关切换端和通道切换开关固定端，磁共振仪的磁共振仪发射端口与质子收发开关的第一质子收发切换端连接，质子收发开关的第二质子收发切换端与质子前置放大器的输入端连接，质子收发开关的质子收发固定端与探头质子通道连接，质子前置放大器的输出端与通道切换开关的第一通道切换开关切换端连接，通道切换开关的第二通道切换开关切换端与上变频模块的输出端连接，通道切换开关的通道切换开关固定端与磁共振仪的接收端口连接，上变频模块的输入端与杂核前置放大器的输出端连接，杂核前置放大器的输入端与杂核收发开关的第一杂核收发切换端连接，杂核收发开关的第二杂核收发切换端与杂核功率放大器的输出端连接，杂核收发开关的杂核固定端与射频探头的探头杂核通道连接，杂核功率放大器的输入端与下变频模块的输出端连接，下变频模块的输入端与磁共振仪的质子功率放大器的输入端连接。一种用于极化转移增强技术的多核磁共振射频通道装置，还包括控制电路，控制电路用于发出质子功率放大器控制信号控制磁共振仪的质子功率放大器；还用于发出质子收发开关控制信号控制质子收发开关；还用于发出杂核功率放大器控制信号控制杂核功率放大器；还用于发出杂核收发开关控制信号控制杂核收发开关；还用于发出模式切换信号控制通道切换开。质子功率放大器控制信号为1时，质子功率放大器工作；质子功率放大器控制信号为0时，质子功率放大器工作停止工作，质子收发开关控制信号为1时，质子收发固定端切换至与第一质子收发切换端连接；质子收发开关控制信号为0时，质子收发固定端切换至与第二质子收发切换端连接；杂核功率放大器控制信号为1时，杂核功率放大器工作；杂核功率放大器控制信号为0时，杂核功率放大器停止工作，杂核收发开关控制信号为1时，杂核收发固定端切换至与第二杂核收发切换端连接；当杂核收发开关控制信号为0时，杂核收发固定端切换至与第一杂核收发切换端连接，模式切换信号为1时，通道切换开关固定端切换至与第二通道切换开关切换端连接；当模式切换信号为0时，通道切换开关固定端切换至与第一通道切换开关切换端连接。如上所述的控制电路还用于接收收发切换控制信号、模式切换控制信号和接收反向信号，收发切换控制信号为磁共振仪的脉冲程序控制器输出的脉冲序列控制信号，当模式切换控制信号为1时：质子功率放大器控制信号和质子收发开关控制信号均为0，杂核功率放大器控制信号为1，杂核收发开关控制信号与收发切换控制信号相同，当接收反向信号为0时，模式切换信号为1，当接收反向信号c为1时，模式切换信号为0；当模式切换控制信号为0时，杂核功率放大器控制信号和杂核收发开关控制信号均为0，质子功率放大器控制信号为1，质子收发开关控制信号与收发切换控制信号相同，当接收反向信号为0时，模式切换信号为0，当接收反向信号为1时，模式切换信号为1。与现有技术相比，本专利技术具有下列优点：1、降低了单质子通道磁共振仪进行极化转移实验的改造成本。2、可以通过各模块的时序控制，使用极化转移技术提高杂核实验的信噪比。附图说明图1是本专利技术的系统结构示意图。其中，加粗箭头表示射频链路，细箭头表示数字控制信号。图2是质子收发开关的连接方式示意图。图3是杂核发射通道的结构与连接方式示意图。图4是射频探头的结构与连接方式示意图。图5是上变频模块的结构与连接方式示意图。图6是接收通道的结构与连接方式示意图。图7是控制电路的结构示意图。图8为用于测量相干二维谱的HMQC序列。图8中，图中I核为质子，S核为一非质子的杂核，整体自旋系统的演化如下：首先对质子进行90°质子脉冲激发，阶段A：通过质子与杂核的偶合，将质子信号转化成一个便于操作的偶合反相信号，该阶段时间为1/(2J)，J为两核之间的偶合常数；阶段B：对杂核进行90°杂核脉冲激发，将偶合信号转化成多量子相干信号；阶段C：产生间接维信号，该间接维信号能够反映与质子直接相连的杂核的化学位移，该阶段时间t1随序列重复次数提高而逐渐延长或缩短，该时间长度与重复次数呈线性关系；阶段D：将经过阶段C演化的多量子相干信号转化为能够观测的偶合反相信号；阶段E：将反相信号转化为正相信号进行检测。图1～8中：1-磁共振仪；2-质子收发开关；3-杂核发射通道；4-射频探头；5-上变频部；6-接收通道；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于极化转移增强技术的多核磁共振射频通道装置，包括射频探头（4），其特征在于，还包括质子收发开关（2）、杂核发射通道（3）、上变频部（5）和接收通道（6），质子收发开关（2）包括第一质子收发切换端、第二质子收发切换端、质子收发固定端，杂核发射通道（3）包括下变频模块（3a）、杂核功率放大器（3b）和杂核收发开关（3c），杂核收发开关（3c）包括第一收发开关切换端、第二收发开关切换端和收发开关固定端，射频探头（4）包括探头质子通道（4a）和探头杂核通道（4b），上变频部（5）包括杂核前置放大器（5a）和上变频模块（5b），接收通道（6）包括质子前置放大器（6a）和通道切换开关（6b），通道切换开关（6b）包括第一通道切换开关切换端、第二通道切换开关切换端和通道切换开关固定端，磁共振仪（1）的磁共振仪发射端口（1b）与质子收发开关（2）的第一质子收发切换端连接，质子收发开关（2）的第二质子收发切换端与质子前置放大器（6a）的输入端连接，质子收发开关（2）的质子收发固定端与探头质子通道（4a）连接，质子前置放大器（6a）的输出端与通道切换开关（6b）的第一通道切换开关切换端连接，通道切换开关（6b）的第二通道切换开关切换端与上变频模块（5b）的输出端连接，通道切换开关（6b）的通道切换开关固定端与磁共振仪（1）的接收端口（1c）连接，上变频模块（5b）的输入端与杂核前置放大器（5a）的输出端连接，杂核前置放大器（5a）的输入端与杂核收发开关（3c）的第一杂核收发切换端连接，杂核收发开关（3c）的第二杂核收发切换端与杂核功率放大器（3b）的输出端连接，杂核收发开关（3c）的杂核固定端与射频探头（4）的探头杂核通道（4b）连接，杂核功率放大器（3b）的输入端与下变频模块（3a）的输出端连接，下变频模块（3a）的输入端与磁共振仪（1）的质子功率放大器（1a）的输入端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种用于极化转移增强技术的多核磁共振射频通道装置，包括射频探头（4），其特征在于，还包括质子收发开关（2）、杂核发射通道（3）、上变频部（5）和接收通道（6），质子收发开关（2）包括第一质子收发切换端、第二质子收发切换端、质子收发固定端，杂核发射通道（3）包括下变频模块（3a）、杂核功率放大器（3b）和杂核收发开关（3c），杂核收发开关（3c）包括第一收发开关切换端、第二收发开关切换端和收发开关固定端，射频探头（4）包括探头质子通道（4a）和探头杂核通道（4b），上变频部（5）包括杂核前置放大器（5a）和上变频模块（5b），接收通道（6）包括质子前置放大器（6a）和通道切换开关（6b），通道切换开关（6b）包括第一通道切换开关切换端、第二通道切换开关切换端和通道切换开关固定端，磁共振仪（1）的磁共振仪发射端口（1b）与质子收发开关（2）的第一质子收发切换端连接，质子收发开关（2）的第二质子收发切换端与质子前置放大器（6a）的输入端连接，质子收发开关（2）的质子收发固定端与探头质子通道（4a）连接，质子前置放大器（6a）的输出端与通道切换开关（6b）的第一通道切换开关切换端连接，通道切换开关（6b）的第二通道切换开关切换端与上变频模块（5b）的输出端连接，通道切换开关（6b）的通道切换开关固定端与磁共振仪（1）的接收端口（1c）连接，上变频模块（5b）的输入端与杂核前置放大器（5a）的输出端连接，杂核前置放大器（5a）的输入端与杂核收发开关（3c）的第一杂核收发切换端连接，杂核收发开关（3c）的第二杂核收发切换端与杂核功率放大器（3b）的输出端连接，杂核收发开关（3c）的杂核固定端与射频探头（4）的探头杂核通道（4b）连接，杂核功率放大器（3b）的输入端与下变频模块（3a）的输出端连接，下变频模块（3a）的输入端与磁共振仪（1）的质子功率放大器（1a）的输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种用于极化转移增强技术的多核磁共振射频通道装置，其特征在于，还包括控制电路（7），控制电路（7）用于发出质子功率放大器控制信号（①）控制磁共振仪（1）的质子功率放大器（1a）；还用于发出质子收发开关控制信号（②）控制质子收发开关（2）；还用...

【专利技术属性】
技术研发人员：周欣，单海威，石磊，孙献平，张许，叶朝辉，刘买利，
申请(专利权)人：中国科学院武汉物理与数学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42