CN109620224B - 电子顺磁成像仪 - Google Patents

Abstract

本发明是电子顺磁成像仪，包括样品容器、快速扫描谐振器、一对快速扫描线圈、一对主磁铁、一对梯度磁铁、主磁铁驱动器、梯度磁铁驱动器、快速扫描线圈驱动器、微波源、功率放大器、信号放大器、快速数字化仪和电脑。本发明的信号直接由快速数字化仪记录，具有信噪比极高、数据采集时间短、大功率输入、可调频等优点本发明根据样品信号在空间的分布，重构肿瘤的2D图像。本发明的工作频率为低频250MHz左右，电子顺磁成像仪可以对老鼠肿瘤模型和人体进行测量，微波通透性较好，测量范围相对较大，无需开刀。

Description

电子顺磁成像仪

技术领域

本发明涉及电子顺磁成像技术领域，是一种电子顺磁成像仪。

背景技术

电子顺磁共振简称EPR，是一项非常强大的研究自由基及金属电子结构的科学技术。这项技术的理论依据来源于物理学中著名的“塞曼效应”，亦即电子能级在磁场中产生分裂。电子顺磁共振于1944年首次由前苏联科学家扎沃斯基观测到。

目前国内有能力进行电子顺磁共振测量的机构仅见于高校科研单位，尚未普及到其他行业诸如医疗机构。目前进行电子顺磁实验的仪器全部为进口，且只能进行高频测量9GHz以上，只能测量样品信号，不能成像。国内尚未有人将此项技术运用至动物模型；世界上尚未有人将此项技术运用至临床。传统测量使用连续波方法，对于低浓度样品效果不佳，且测量时间较长。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种电子顺磁成像仪，本发明提供了以下技术方案：

一种电子顺磁成像仪，包括样品容器、快速扫描谐振器、一对快速扫描线圈、一对主磁铁、一对梯度磁铁、主磁铁驱动器、梯度磁铁驱动器、快速扫描线圈驱动器、微波源、功率放大器、信号放大器、快速数字化仪和电脑；

主磁铁驱动器一端连接主磁铁，梯度磁铁驱动器一端连接梯度磁铁，快速扫描线圈驱动器一端连接快速扫描线圈，快速扫描谐振器中间放置样品容器，快速扫描谐振器同时连接功率放大器和信号放大器的一端，功率放大器的另一端连接微波源，信号放大器的另一端连接快速数字化仪，主磁铁驱动器、梯度磁铁驱动器、快速扫描线圈驱动器、微波源和快速数字化仪均与电脑连接，所述快速扫描谐振器两侧紧邻一对快速扫描线圈，在所述一对快速扫描线圈的外侧设有一对梯度磁铁，在所述一对梯度磁铁外侧设有一对主磁铁，所述快速扫描谐振器连接，所述一对主磁铁内环分布若干个线圈悬挂和定位系统，所述一对主磁铁下部有若干线圈悬挂支撑，线圈悬挂通过支架固定，所述支架间通过铆钉固定连接，所述快速扫描谐振器通过单独的定位系统和线圈悬挂支撑放置在主磁铁中间；

所述一对主磁铁内环分布若干个线圈悬挂和定位系统，所述一对主磁铁厚度为10cm，宽度为8cm，所述一对主磁铁水平间距为60cm，所述一对主磁铁下部有若干线圈悬挂支撑，线圈悬挂通过支架固定，相邻支架通过铆钉固定。

优选地，所述一对主磁铁厚度为10cm，宽度为8cm，所述一对主磁铁水平间距为60cm，所述一对主磁铁外直径为160cm，内直径为140cm。

优选地，所述所述主磁铁和梯度磁铁均为一线圈绕制的电磁铁，通过控制电流大小达到所需磁场强度；

优选地，所述支架和铆钉均为玻璃纤维强化塑料，均是一种绝缘体。

优选地，所述样品容器为石英试管或者3D打印塑料。

优选地，微波源使用VHF波段，频率范围为250MHz至265MHz。

优选地，所述快速扫描线圈驱动器为LC振荡电路，通过电容器的调节改变快速扫描频率。

优选地，所述电子顺磁成像仪根据样品信号在空间的分布，重构肿瘤的2D图像。

优选地，所述电子顺磁成像仪的测量有效体积区域为一直径大于30cm的球体，所述球体的中心点位于所述电子顺磁成像仪的中心点处。

本发明具有以下有益效果：

本发明的信号直接由快速数字化仪记录，具有信噪比极高、数据采集时间短、大功率输入、可调频等优点本发明根据样品信号在空间的分布，重构肿瘤的2D图像。

本发明的工作频率为低频250MHz左右，电子顺磁成像仪可以对老鼠肿瘤模型和人体进行测量，微波通透性较好，测量范围相对较大，无需开刀。

附图说明

图1为电子顺磁成像仪结构图。

图2为主磁铁结构图。

图3为电子顺磁成像仪模拟图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。

具体实施例一：

根据图1和图2所示：一种电子顺磁成像仪，包括样品容器、快速扫描谐振器、一对快速扫描线圈、一对主磁铁、一对梯度磁铁、主磁铁驱动器、梯度磁铁驱动器、快速扫描线圈驱动器、微波源、功率放大器、信号放大器、快速数字化仪和电脑；

主磁铁驱动器一端连接主磁铁，梯度磁铁驱动器一端连接梯度磁铁，快速扫描线圈驱动器一端连接快速扫描线圈，快速扫描谐振器连接样品容器，样品容器同时连接功率放大器和信号放大器的一端，功率放大器的另一端连接微波源，信号放大器的另一端连接快速数字化仪，主磁铁驱动器、梯度磁铁驱动器、快速扫描线圈驱动器、微波源和快速数字化仪均与电脑连接，所述快速扫描谐振器两侧紧邻一对快速扫描线圈，在所述一对快速扫描线圈的外侧设有一对梯度磁铁，在所述一对梯度磁铁外侧设有一对主磁铁，所述快速扫描谐振器连接，所述一对主磁铁内环分布若干个线圈悬挂和定位系统，所述一对主磁铁下部有若干线圈悬挂支撑，线圈悬挂通过支架固定，所述支架间通过铆钉固定连接；

样品容器可为石英试管或客户定制的任意形状的3D打印塑料。快速扫描谐振器为样品产生共振吸收的区域。所述快速扫描谐振器通过单独的定位系统和线圈悬挂支撑放置在主磁铁中间。主磁铁和梯度磁铁均为线圈绕制电磁铁，通过控制电流大小达到所需要的磁场强度。快速扫描线圈及驱动器，原理为LC振荡电路，通过电容器的调节来改变快速扫描频率。微波源可调节微波输入的能量大小，使用VHF波段，即250MHz至265MHz左右。功率放大器用于激发脉冲，对于较弱样品能够显著增大信号强度。主磁铁和梯度磁铁驱动器选用可购买商业化的电源，数字化仪、电源、功率放大器等可以购买商业化产品，其他特殊低频设计部件如磁铁、谐振器等需要自行设计制造。

所述一对主磁铁内环分布若干个线圈悬挂和定位系统，所述一对主磁铁厚度为10cm，宽度为8cm，所述一对主磁铁水平间距为60cm，所述一对主磁铁下部有若干线圈悬挂支撑，线圈悬挂通过支架固定，相邻支架通过铆钉固定。

所述一对主磁铁厚度为10cm，宽度为8cm，所述一对主磁铁水平间距为60cm，所述一对主磁铁外直径为160cm，内直径为140cm。主磁铁绕线采用铜导体2.78×0.019(厚度)，每层绕一圈，一共200层。主磁铁参数如下表所示：

主磁铁参数

导线大小	国标33.6mm<sup>2</sup>
		线圈电阻	0.8Ω
电流	40A
		功率	1150W
质量	666kg

电子顺磁成像仪的测量有效体积区域为一直径大于30cm的球体，所述球体的中心点位于所述电子顺磁成像仪的中心点处。连续磁场强度为0.009T,最大磁场强度为0.014T，同质性为30cm上误差为±40ppm。电子顺磁成像仪的测量有效体积的通道为轴向直径约为50-60cm，纵向直径约为30cm。

仪器需要使用特殊的化学样品(即探针)——自由基来产生信号。自由基可以购买，也可以自主开发合成和回收线路。自由基溶液安全无毒、代谢快。

以上所述仅是电子顺磁成像仪的优选实施方式，电子顺磁成像仪的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电子顺磁成像仪，其特征是：包括样品容器、快速扫描谐振器、一对快速扫描线圈、一对主磁铁、一对梯度磁铁、主磁铁驱动器、梯度磁铁驱动器、快速扫描线圈驱动器、微波源、功率放大器、信号放大器、快速数字化仪和电脑；

主磁铁驱动器一端连接主磁铁，梯度磁铁驱动器一端连接梯度磁铁，快速扫描线圈驱动器一端连接快速扫描线圈，快速扫描谐振器中间放置样品容器，样品容器同时连接功率放大器和信号放大器的一端，功率放大器的另一端连接微波源，信号放大器的另一端连接快速数字化仪，主磁铁驱动器、梯度磁铁驱动器、快速扫描线圈驱动器、微波源和快速数字化仪均与电脑连接，所述快速扫描谐振器两侧紧邻一对快速扫描线圈，在所述一对快速扫描线圈的外侧设有一对梯度磁铁，在所述一对梯度磁铁外侧设有一对主磁铁，所述快速扫描谐振器连接样品容器，所述一对主磁铁内环分布若干个线圈悬挂和定位系统，所述一对主磁铁下部有若干线圈悬挂支撑，线圈悬挂通过支架固定，所述支架间通过铆钉固定连接，所述快速扫描谐振器通过单独的定位系统和线圈悬挂支撑放置在主磁铁中间；

所述一对主磁铁内环分布若干个线圈悬挂和定位系统，所述一对主磁铁厚度为10cm，宽度为8cm，所述一对主磁铁水平间距为60cm，所述一对主磁铁下部有若干线圈悬挂支撑，线圈悬挂通过支架固定，相邻支架通过铆钉固定。

2.根据权利要求1所述的一种电子顺磁成像仪，其特征是：所述一对主磁铁厚度为10cm，宽度为8cm，所述一对主磁铁水平间距为60cm，所述一对主磁铁外直径为160cm，内直径为140cm。

3.根据权利要求2所述的一种电子顺磁成像仪，其特征是：所述主磁铁和梯度磁铁均为一线圈绕制的电磁铁，通过控制电流大小达到所需磁场强度。

4.根据权利要求1所述的一种电子顺磁成像仪，其特征是：所述支架和铆钉均为玻璃纤维强化塑料，均是一种绝缘体。

5.根据权利要求1所述的一种电子顺磁成像仪，其特征是：所述样品容器为石英试管或者3D打印塑料。

6.根据权利要求1所述的一种电子顺磁成像仪，其特征是：微波源使用VHF波段，频率范围为250MHz至265MHz。

7.根据权利要求1所述的一种电子顺磁成像仪，其特征是：所述快速扫描线圈驱动器为LC振荡电路，通过电容器的调节改变快速扫描频率。

8.根据权利要求1所述的一种电子顺磁成像仪，其特征是：所述电子顺磁成像仪根据样品信号在空间的分布，重构肿瘤的2D图像。

9.根据权利要求1所述的一种电子顺磁成像仪，其特征是：所述电子顺磁成像仪的测量有效体积区域为一直径大于30cm的球体，所述球体的中心点位于所述电子顺磁成像仪的中心点处。