一种基于低场磁共振T制造技术

本发明专利技术公开了一种基于低场磁共振T

A method based on low field MR T

【技术实现步骤摘要】
一种基于低场磁共振T2弛豫的磁纳米粒子温度计算方法
本专利技术属于磁纳米材料测试
，更具体地，涉及一种基于低场磁共振T2弛豫的磁纳米粒子温度计算方法。
技术介绍
磁学温度测量技术可穿透表面而直接探测物体内部温度，是目前生命、材料与微电子等学科领域具有广泛前景的技术前沿。磁学温度测量可望开启复杂传热结构或者复杂传热过程的物体内部温度测量(监控)新领域。然而，自百年前皮埃尔·居里提出磁学温度测量思想以来，磁学方法实现的温度测量方法及装置始终没有突破。依据居里顺磁定理，顺磁体经非接触测量得到磁化率，进而反比运算可得热力学温度T，但目前仅用于解决1K以下超低温物理的测温难题。如果要提高磁学测温中的信噪比，首先在于寻找比氢核、钆更为高效的温度到磁场的转换元件。近年来出现的磁纳米粒子，是纳米尺度的Fe3O4。磁纳米粒子既保持强磁性又在很宽温度区间表现超顺磁性，是迄今为止已知的最高效的温-磁转换材料之一。自2008年以来，先后有多个研究小组研究了利用磁纳米粒子作为温度敏感元件的单点温度测量技术，利用各种磁测试系统先后实现了0.3度，0.1度测量精度。其中，钟景等人通过对磁纳米粒子在单频交流磁场激励下的磁化强度温度敏感性进行研究，提出单频交变磁场激励下的温度测量方法，但是该方法要求对磁纳米粒子感应磁化强度的高次谐波信息进行高精度测量，测量难度大。高分辨率磁学温度测量的瓶颈在于寻求核磁与磁纳米温度测量的兼容系统。在核磁共振(NuclearMagneticResonance，NMR)中，超顺磁纳米粒子被认为可以影响横向弛豫时间(T2)。
技术实现思路
针对现有技术中现有磁学温度成像中的测温精度低、线性度差、成像困难等问题，本专利技术提供了一种基于低场磁共振T2弛豫的磁纳米粒子温度计算方法，其目的在于利用磁纳米粒子作为T2造影剂，在低场(磁场强度≤0.5T)磁共振系统下，通过测量T2弛豫时间，即可计算得到温度，实现高灵敏度的温度测量。为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种基于低场磁共振T2弛豫的磁纳米粒子温度计算方法，该方法包括以下步骤：S1.选择不同测试温度点，选择粒径、饱和磁化强度、温度敏感性不同的备选氧化铁磁性纳米试剂，测量各测试温度点下各备选氧化铁磁性纳米试剂的M-H磁化曲线；S2.对各离散激励磁场值μ0H下各备选氧化铁磁性纳米粒子在不同温度T下测量到的感应磁化强度M和温度T进行拟合，得到各备选氧化铁磁性纳米粒子的|dM/dT|-μ0H曲线；S3.根据所用低场磁共振仪的主磁场值，选择在该主磁场下|dM/dT|取值最大的备选氧化铁磁性纳米粒子，制备该氧化铁磁性纳米粒子水溶液；S4.在不同测试温度点利用该低场磁共振仪测量该氧化铁磁性纳米粒子水溶液的T2弛豫时间；S5.基于测量到的各温度下的T2弛豫时间，拟合该氧化铁磁性纳米粒子水溶液的T2弛豫时间和温度的关系T2＝f(T)；S6.将测量到的磁纳米粒子水溶液的T2弛豫时间，代入反函数T＝f-1(T2)，得到温度估计值Test。优选地，所述低场磁共振仪磁场强度≤0.5T。优选地，测试温度点的取值范围为37℃～40.4℃。优选地，使用带有温度控制模块的MPMS磁学测量系统测量备选磁纳米粒子试剂的M-H磁化曲线。优选地，测量得到的M-H磁化曲线如下：V＝πd3/6其中，M表示备选磁纳米粒子试剂的感应磁化强度，N表示单位体积的磁纳米粒子个数，Ms表示单个磁纳米粒子的饱和磁化强度，V表示磁纳米粒子的体积，d表示磁纳米粒子的核心粒径，H表示激励磁场，μ0表示真空磁导率，k表示玻尔兹曼常数，T表示绝对温度。优选地，所述|dM/dT|-μ0H曲线表达式如下：优选地，采用CPMG脉冲序列进行T2弛豫时间的测量。为实现上述目的，按照本专利技术的第二方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的基于低场磁共振T2弛豫的磁纳米粒子温度计算方法。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：(1)本专利技术将可以作为T2造影剂的磁纳米粒子作为温度到磁场转换的媒介，进而建立T2弛豫时间的温度特性。磁纳米粒子具有良好的温度敏感性，可以使得得到T2弛豫时间与温度具有线性关系，通过测量T2弛豫时间反映出温度变化，实现高精度测温。(2)本专利技术利用在不同温度下测量磁纳米粒子的M-H磁化曲线，求取磁纳米粒子感应磁化强度温度敏感性的磁场依赖性，并据此优选和低场磁共振仪主磁场适配的磁纳米粒子，最大化磁纳米粒子感应磁化强度的温度敏感性，实现高精度测温。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于低场磁共振T2弛豫的磁纳米粒子温度计算方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的磁纳米粒子试剂SHP-05在不同温度下的M-H磁化曲线；图3为本专利技术实施例提供的磁纳米粒子试剂SHP-10在不同温度下的M-H磁化曲线；图4为本专利技术实施例提供的磁纳米粒子试剂SHP-20在不同温度下的M-H磁化曲线；图5为本专利技术实施例提供的磁纳米粒子试剂SHP-05、SHP-10和SHP-20的感应磁化强度温度敏感性的磁场依赖性，即|dM/dT|-μ0H曲线；图6为本专利技术实施例提供的使用磁共振仪minispecmq20测量得到的测温偏差；图7为本专利技术实施例提供的使用磁共振仪VTMR20-010-I测量得到的测温偏差；图8为本专利技术实施例提供的使用磁共振仪minispecmq60测量得到的测温偏差。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术的整体构思为：利用磁纳米粒子作为T2造影剂。磁纳米粒子具有温敏特性，温度变化会导致磁纳米粒子在磁场中的感应磁化强度发生变化，磁纳米粒子的磁化相应会影响其周围水质子的环境磁场，进而改变水质子的T2弛豫时间。在比较小的温度范围内，温度与T2弛豫时间具有线性关系，且T2弛豫时间随温度的升高而升高，通过测量T2弛豫时间，即可计算得到温度，实现高灵敏度的温度测量。如图1所示，本专利技术提供了一种基于低场磁共振T2弛豫的磁纳米粒子温度计算方法，该方法包括以下步骤：步骤S1.选择不同测试温度点，选择粒径、饱和磁化强度、温度敏感性不同的备选氧化铁磁性纳米试剂，测量各测试温度点下各备选氧化铁磁性纳米试剂的M-H磁化曲线。在感兴趣的温度范围内(例如，人体温度37度附近)，选择不同测试温度点。选择粒径、饱和磁化强度、温度敏感性不同的备选氧化铁磁性纳米试剂。分别在不同样品温度下，使用可控温的磁学测量系统(例如，SQUID-MPMS-XL本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于低场磁共振T

【技术特征摘要】
1.一种基于低场磁共振T2弛豫的磁纳米粒子温度计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1.选择不同测试温度点，选择粒径、饱和磁化强度、温度敏感性不同的备选氧化铁磁性纳米试剂，测量各测试温度点下各备选氧化铁磁性纳米试剂的M-H磁化曲线；
S2.对各离散激励磁场值μ0H下各备选氧化铁磁性纳米粒子在不同温度T下测量到的感应磁化强度M和温度T进行拟合，得到各备选氧化铁磁性纳米粒子的|dM/dT|-μ0H曲线；
S3.根据所用低场磁共振仪的主磁场值，选择在该主磁场下|dM/dT|取值最大的备选氧化铁磁性纳米粒子，制备该氧化铁磁性纳米粒子水溶液；
S4.在不同测试温度点利用该低场磁共振仪测量该氧化铁磁性纳米粒子水溶液的T2弛豫时间；
S5.基于测量到的各温度下的T2弛豫时间，拟合该氧化铁磁性纳米粒子水溶液的T2弛豫时间和温度的关系T2＝f(T)；
S6.将测量到的磁纳米粒子水溶液的T2弛豫时间，代入反函数T＝f-1(T2)，得到温度估计值Test。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低场磁共振仪磁场强度≤0.5T。


3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文中，张亚鹏，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42