【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微流控芯片的核磁共振探头领域，特别是指一种集成线圈的核磁共振探头装置。
技术介绍
1、核磁共振高质量信号的获取主要取决于磁场的均匀性和稳定性，为了在核磁共振波谱中获得所需要的分辨率，磁场必须非常均匀。检测操作过程中需要对主磁场进行匀场，磁场均匀化的过程称为匀场。核磁共振磁体的室温匀场是通过向匀场线圈中施加电流实现，目前应用较为普遍的主动匀场技术是利用多阶球面谐波磁场进行线性叠加，根据不同阶球谐函数设计各阶匀场线圈，每个匀场线圈产生特定分布的磁场，调整各匀场线圈的电流值，使得匀场线圈产生不同分布和强度的磁场，可以实现对磁场的均匀化。但是对于静磁场的不连续变化(例如由于磁化率不一致引起的静磁场变化)，球谐函数匀场方法往往匀场效果较差。且当阶数增高时，匀场线圈结构变得很复杂，需要较大的空间支撑匀场线圈。近年来发展起来的阵列线圈匀场是一种灵活方法，不仅能够形成球谐函数匀场形式，也可以根据不均匀磁场分布拟合直接生成补偿场，对不连续变化的静磁场具有较好的补偿效果，因此受到国内外研究人员持续关注。
2、在现有技术中，绝大部分现有研究设计的阵列匀场线圈都是针对柱面大腔体结构，因此为了产生足够大的磁场强度，需要较多的线圈扎数和较大的电流。
3、另一方面，用于微纳样品核磁共振检测的微流控核磁共振技术和微线圈核磁共振技术是近年来磁共振领域的另一个发展方向，其中由于材料磁化率等因素引起的信号质量下降成为一个难点。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于克服现有技术
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种集成线圈的核磁共振探头装置，其特征在于，包括：微流控模块、两微带射频线圈板、两阵列匀场线圈板、两匀场电流驱动模块和匀场控制模块；所述微流控模块设有样品腔以放置样品；两所述微带射频线圈板分别对称地设置于微流控模块两侧，所述微带射频线圈板的微带中心与所述样品腔对齐以产生射频脉冲激发所述样品的核自旋以及接收核自旋产生核磁共振信号；两所述阵列匀场线圈板分别设置于两所述微带射频线圈板外侧并分别设有若干阵列匀场线圈以补偿所述样品腔的不均匀场；两所述匀场电流驱动模块分别与两所述阵列匀场线圈板相连以提供匀场所需的电流源；所述匀场控制模块连接控制两所述匀场电流驱动模块工作实现三维匀场。
4、所述微带射频线圈板包括场约束屏蔽层、介质层和微带线层；两所述微带射频线圈板的两所述微带线层分别位于所述微流控模块两侧，两所述微带线层分别设有电流输入端和电流输出端，所述电流输入端连接射频信号源，所述电流输出端接地；所述介质层设置于所述约束屏蔽层和所述微带线层之间，所述场约束屏蔽层设置为接地层；所述阵列匀场线圈设置于所述微带线层外侧。
5、两所述微带射频线圈板的两所述微带线层之间连接有调谐匹配电路。
6、所述阵列匀场线圈板包括依次设置的线圈层、接地层、电源层和信号层；所述线圈层设有若干所述阵列匀场线圈，所述信号层设有若干供电线路以与对应的所述阵列匀场线圈电性相连，所述电源层和所述接地层与直流源电性连接；所述匀场电流驱动模块与所述阵列匀场线圈电性连接。
7、所述阵列匀场线圈为圆形，且若干所述阵列匀场线圈排列成六边形。
8、所述阵列匀场线圈板设置有扩展部分；所述匀场电流驱动模块布设于对应的所述阵列匀场线圈板的所述扩展部分上，所述匀场电流驱动模块设有数模转换单元组、通道选择控制电路和通讯电路；所述通道选择控制电路与所述数模转换单元组相连；所述通讯电路连接于所述通道选择控制电路与所述匀场控制模块之间以实现通信。
9、所述匀场控制模块包括有微控制器和上位机；所述上位机通过蓝牙通信和所述微控制器通信。
10、所述上位机根据电流拟合求出拟合磁场计算各个所述阵列匀场线圈的电流值，以及设置所述匀场控制模块的控制参数和所述匀场电流驱动模块的参数。
11、所述电流拟合包括根据biot-savart定律计算通电的阵列匀场线圈产生的磁场，再计算通电线圈产生的所述磁场和谐波场的标准差，然后用最小二乘法拟合阵列匀场线圈所需电流。
12、由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
13、本专利技术有效的解决了传统球谐函数匀场方法不适用于解决静磁场的不连续变化的问题。设计适用于双平面微线圈的阵列匀场进行三维匀场。同时在阵列匀场线圈和射频线圈之间增加射频场约束屏蔽层，减少了匀场线圈对射频线圈的耦合和干扰。本专利技术还设计了适用于自制探头相配套的匀场电流源驱动控制系统，该系统可以实时监控和修改输出的电流，并且可以同时驱动多路匀场线圈。
14、本专利技术将阵列匀场线圈板分别设置于两微带射频线圈板外侧并分别设有若干阵列匀场线圈，与现有商用匀场线圈相比，集成后的匀场线圈离样品腔更近，更适合于补偿扁平微流控样品腔室产生的不均匀场。
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1.一种集成线圈的核磁共振探头装置，其特征在于，包括：微流控模块、两微带射频线圈板、两阵列匀场线圈板、两匀场电流驱动模块和匀场控制模块；所述微流控模块设有样品腔以放置样品；两所述微带射频线圈板分别对称地设置于微流控模块两侧，所述微带射频线圈板的微带中心与所述样品腔对齐以产生射频脉冲激发所述样品的核自旋以及接收核自旋产生核磁共振信号；两所述阵列匀场线圈板分别设置于两所述微带射频线圈板外侧并分别设有若干阵列匀场线圈以补偿所述样品腔的不均匀场；两所述匀场电流驱动模块分别与两所述阵列匀场线圈板相连以提供匀场所需的电流源；所述匀场控制模块连接控制两所述匀场电流驱动模块工作实现三维匀场。
2.如权利要求1所述的一种集成线圈的核磁共振探头装置，其特征在于，所述微带射频线圈板包括场约束屏蔽层、介质层和微带线层；两所述微带射频线圈板的两所述微带线层分别位于所述微流控模块两侧，两所述微带线层分别设有电流输入端和电流输出端，所述电流输入端连接射频信号源，所述电流输出端接地；所述介质层设置于所述约束屏蔽层和所述微带线层之间，所述场约束屏蔽层设置为接地层；所述阵列匀场线圈设置于所述微带线层外侧
3.如权利要求2所述的一种集成线圈的核磁共振探头装置，其特征在于，两所述微带射频线圈板的两所述微带线层之间连接有调谐匹配电路。
4.如权利要求1所述的一种集成线圈的核磁共振探头装置，其特征在于，所述阵列匀场线圈板包括依次设置的线圈层、接地层、电源层和信号层；所述线圈层设有若干所述阵列匀场线圈，所述信号层设有若干供电线路以与对应的所述阵列匀场线圈电性相连，所述电源层和所述接地层与直流源电性连接；所述匀场电流驱动模块与所述阵列匀场线圈电性连接。
5.如权利要求4所述的一种集成线圈的核磁共振探头装置，其特征在于，所述阵列匀场线圈为圆形，且若干所述阵列匀场线圈排列成六边形。
6.如权利要求1所述的一种集成线圈的核磁共振探头装置，其特征在于，所述阵列匀场线圈板设置有扩展部分；所述匀场电流驱动模块布设于对应的所述阵列匀场线圈板的所述扩展部分上，所述匀场电流驱动模块设有数模转换单元组、通道选择控制电路和通讯电路；所述通道选择控制电路与所述数模转换单元组相连；所述通讯电路连接于所述通道选择控制电路与所述匀场控制模块之间以实现通信。
7.如权利要求6所述的一种集成线圈的核磁共振探头装置，其特征在于，所述匀场控制模块包括有微控制器和上位机；所述上位机通过蓝牙通信和所述微控制器通信。
8.如权利要求7所述的一种集成线圈的核磁共振探头装置，其特征在于，所述上位机包括建立前三阶谐波场模型，所述前三阶谐波场模型是将不均匀的主磁场分解后得到均匀场和各阶谐波场，所述各阶谐波场包括一阶谐波场、二阶谐波场和三阶谐波场以组成不均匀场。
9.如权利要求8所述的一种集成线圈的核磁共振探头装置，其特征在于，所述上位机根据电流拟合求出拟合磁场计算各个所述阵列匀场线圈的电流值，以及设置所述匀场控制模块的控制参数和所述匀场电流驱动模块的参数。
10.如权利要求9所述的一种集成线圈的核磁共振探头装置，其特征在于，所述电流拟合包括根据Biot-Savart定律计算通电的阵列匀场线圈产生的磁场，再计算通电线圈产生的所述磁场和谐波场的标准差，然后用最小二乘法拟合阵列匀场线圈所需电流。
...【技术特征摘要】
1.一种集成线圈的核磁共振探头装置，其特征在于，包括：微流控模块、两微带射频线圈板、两阵列匀场线圈板、两匀场电流驱动模块和匀场控制模块；所述微流控模块设有样品腔以放置样品；两所述微带射频线圈板分别对称地设置于微流控模块两侧，所述微带射频线圈板的微带中心与所述样品腔对齐以产生射频脉冲激发所述样品的核自旋以及接收核自旋产生核磁共振信号；两所述阵列匀场线圈板分别设置于两所述微带射频线圈板外侧并分别设有若干阵列匀场线圈以补偿所述样品腔的不均匀场；两所述匀场电流驱动模块分别与两所述阵列匀场线圈板相连以提供匀场所需的电流源；所述匀场控制模块连接控制两所述匀场电流驱动模块工作实现三维匀场。
2.如权利要求1所述的一种集成线圈的核磁共振探头装置，其特征在于，所述微带射频线圈板包括场约束屏蔽层、介质层和微带线层；两所述微带射频线圈板的两所述微带线层分别位于所述微流控模块两侧，两所述微带线层分别设有电流输入端和电流输出端，所述电流输入端连接射频信号源，所述电流输出端接地；所述介质层设置于所述约束屏蔽层和所述微带线层之间，所述场约束屏蔽层设置为接地层；所述阵列匀场线圈设置于所述微带线层外侧。
3.如权利要求2所述的一种集成线圈的核磁共振探头装置，其特征在于，两所述微带射频线圈板的两所述微带线层之间连接有调谐匹配电路。
4.如权利要求1所述的一种集成线圈的核磁共振探头装置，其特征在于，所述阵列匀场线圈板包括依次设置的线圈层、接地层、电源层和信号层；所述线圈层设有若干所述阵列匀场线圈，所述信号层设有若干供电线路以与对应的所述阵列匀场线圈电性相连，所述电源层和所述接地层与直流源电性连接；所述匀场...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙惠军，何颖，谢新，管敬龙，谢君尧，刘敏，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：
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