【摘要】：~3He極化氣體在高能物理研究領(lǐng)域、凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有重要用途。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,利用極化~3He氣體進行肺部磁共振圖像,可清晰觀判肺組織結(jié)構(gòu)及功能,能滿足肺部疾病特別是早期肺病的可視化診斷。為實現(xiàn)~3He極化氣體在肺部的磁共振成像,本論文開展了兩部分工作:一、~3He氣體超極化裝置的研制,并在兩類不同自旋交換介質(zhì)下完成~3He極化;二、低場磁共振儀(LMRI)的研制。論文具體內(nèi)容:一、于國內(nèi)首次采用自旋交換光泵浦法(SEOP)極化~3He氣體。激光泵浦輸運堿金屬,極化的堿金屬通過自旋交換實現(xiàn)~3He極化。(1)關(guān)于SEOP,本論文有以下結(jié)論:1)堿金屬銣的極化度與空間深度、~3He及N2含量相關(guān);2)對于堿金屬一族,原子半徑越小的元素,越適于~3He氣體極化;3)較純銣(Rb),銣-鉀(Rb-K)混合自旋交換介質(zhì)極化~3He的性能更佳,混合腔內(nèi)堿金屬自旋交換效率及飽和極化度與腔內(nèi)K-Rb蒸汽密度比(D)相關(guān);4)極化腔表面積/體積(S/V)限制了~3He飽和極化度,S/V值越大,~3He極化度越低。(2)本論文研制了真空充氣系統(tǒng);制備出純Rb極化腔,腔內(nèi)n~3He=31.5 mol/m3,nN2=1.9 mol/m3;制備出D=5的Rb-K混合極化腔,腔內(nèi)n~3He=33.6 mol/m3,nN2=0.6 mol/m3。(3)本論文中分別使用核磁共振方法和電子順磁共振方法完成腔體內(nèi)~3He極化參數(shù)測量:Rb腔,~3He極化度約63%,自旋極化常數(shù)為19.2hrs;Rb-K腔,~3He極化度約71%,自旋極化常數(shù)為9.3hrs。二、極化~3He的磁共振成像有別于傳統(tǒng)MR成像,且更適合在低磁場下利用極化~3He氣體進行肺部MR成像,為此,本論文首次開展了磁場強度為600Gs的LMRI的研制工作。目前已獲得進展為:(1)比較了基于~3He的MR成像與基于1H的傳統(tǒng)MR成像;定性分析了基于~3He的MR圖像分辨率及信噪比與讀取磁場關(guān)系,結(jié)果證明低磁場下更適宜肺部MR成像;提出LMRI中主磁體、發(fā)射/接收線圈及梯度線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計,并利用仿真軟件給出參數(shù)估計;完成小型LMRI的研制。(2)本論文提出了幾類基于~3He退極化的肺部NMR信號衰減模型;結(jié)合~3He肺部成像特點,本論文給出了幾類最適用于肺部低場MR成像的脈沖序列及成像方法。
【圖文】：

著工作的進一步深入，人們發(fā)現(xiàn) MRI 在肺成像中具有很高的空間分辨率，肺結(jié)構(gòu)可視化及肺病診斷中的能力僅次于 CT。其中肺部 MRI 最吸引人的地于，利用 MRI 可實現(xiàn)肺功能成像。得益于硬件的發(fā)展（由于心臟 MRI 需要能高的時間分辨率），MRI 已經(jīng)克服了成像中呼吸運動、心臟收縮及血管造成的運動偽影問題。利用 MRI，可觀察肺組織微結(jié)構(gòu)變化；可實現(xiàn)不同能成像如灌注、呼吸運動、通氣及氣體交換等，介于此，醫(yī)生可以定量分析的肺功能。隨著技術(shù)的進步，MRI 在肺病診斷中得到了更廣泛的應(yīng)用，如：肺高血壓天性血管畸形和囊性纖維化的早期臨床診斷；判別肺癌和惡性胸膜間皮瘤處個階段；縱隔胸膜腫瘤的特征描述；肺栓塞診斷等，這些無不揭示著 MRI肺病診斷有著不可忽視的作用。但令人惋惜的是，肺部 MRI 一直以來卻并足夠的重視，主要原因有：（1）X 射線、CT、SPECT 及 PET/CT 等這些放影像方法已相當成熟，可滿足常規(guī)肺病診斷；（2）為滿足肺部診斷要求， MR 圖像需要足夠的分辨率，然而實現(xiàn)肺部高清 MR 成像的技術(shù)并未得到推廣。

銣（Rb）包括85Rb 和87Rb，二者豐度分別為 72.2%和 27.8%。圖2.1 給出了85Rb 的 D1躍遷超精細結(jié)構(gòu)，其核自旋 I 為 5/2，與其價電子總角動量 耦合后，，85Rb 基態(tài)（52S1/2）和第一激發(fā)態(tài)（52P1/2）的超精細結(jié)構(gòu)量子態(tài) F 變?yōu)镕=I±J，其值可取 2 或 3。外加磁場時，85Rb 的超精細能級將劈裂成 2F+1 個塞曼子能級，但能級寬度遠大于劈裂寬度，故無法通過原子吸收譜分辨塞曼子能級。87Rb 除了本身原子核自旋為 I 為 3/2 外（此時 F 取值為 1 或 2），其他能級情況與85Rb 一致。實驗中不考慮核自旋作用[54]
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH77

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1 記者 吳佳s

本文編號：2597561