【摘要】：作為呼吸系統(tǒng)里的重要器官,肺部主要有兩種功能,即氣-氣交換和氣-血交換,其對于人體生命健康的維持起著非常重要的作用。然而,可能由于環(huán)境污染等因素的影響,使得肺部疾病逐漸成為影響人類生命健康以及生活質(zhì)量的顯著問題。國家衛(wèi)生部數(shù)據(jù)表明,在所有癌癥種類中,目前肺癌的致死率為第一位。同時,其它肺部疾病,例如慢性阻塞性肺病(COPD)的發(fā)病率也非常高,且呈上升趨勢。目前對于肺部的影像診療手段主要有胸透(X光)、計算機斷層掃描(CT, Computer Tomography)、正電子發(fā)射X射線斷層掃描技術(shù)(PET, Positron Emission Tomography)等。然而,這些傳統(tǒng)影像學(xué)技術(shù)具有一定的局限性,或有放射性,或信噪比較低,并且不能全面獲得肺部的功能信息,這極大的阻礙了對肺部重大疾病的早期發(fā)現(xiàn)、診療和評價。隨著激光的發(fā)展,使得自旋交換光泵(SEOP,Spin-Exchange Optical Pumping)技術(shù)能產(chǎn)生大容量、超極化(即比傳統(tǒng)熱極化度高4-5個量級的原子核自旋極化度)的惰性氣體,從而使得超極化惰性氣體的磁共振成像(MRI, Magnetic Resonance Imaging)成為可能,因此能為肺部疾病的診斷提供一種全新的、無放射性、高靈敏度的影像學(xué)技術(shù)。眾所周知,肺部多為空腔組織,致使傳統(tǒng)的基于熱極化質(zhì)子的磁共振成像無法獲得肺部通氣和交換的相關(guān)信息。利用超極化惰性氣體作為一種高極化度的氣體造影劑,結(jié)合磁共振成像技術(shù)可以實現(xiàn)肺部的通氣成像和氣體交換等成像。本論文主要研究用于人體肺部磁共振成像的超極化氙-129裝置。文中首先介紹了自旋交換光泵的基本物理知識,從理論上研究了堿金屬光泵以及自旋交換碰撞的基本物理原理以及影響制約參數(shù)。在研制了一套超極化氙-129裝置的基礎(chǔ)上,實驗研究了自旋交換光泵過程中的激光加熱效應(yīng),并基于此設(shè)計了一種新型級聯(lián)光泵泡以及光泵泡分區(qū)控溫裝置。研究了超極化氙-129的固態(tài)弛豫機制,并基于此設(shè)計制作了螺旋收集冷阱及其保護磁體,使得超極化后的氙-129極化度在累加收集和升華過程中得到最大程度的保護和恢復(fù)。最后通過低場(20 G)核磁共振譜儀對搭建的連續(xù)流動模式的超極化氙-129裝置進行了工作參數(shù)優(yōu)化,主要包括泡體工作溫度優(yōu)化、氣體壓力以及流量對超極化氙-129極化度的影響、激光工作波長與超極化氙-129的關(guān)系等。與熱極化氙-129相比,在優(yōu)化工作參數(shù)的條件下,累積／升華后的超極化氙-129核磁共振信號增強大于50000倍。并獲得人體肺部及選層的超極化氣體氙-129磁共振成像。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(武漢物理與數(shù)學(xué)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R56;O482.532
【圖文】：

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本文編號：2789779