CN114910503B - 一种近零场磁共振波谱装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种近零场磁共振波谱装置，包括四联电动真空阀模块，还包括六个管道接头、密封/限位器、预极化磁体、磁屏蔽模块、输运管、一对线圈、四个量子磁传感模块、样品管和测量管，磁屏蔽模块上设置有双管穿孔筒和多组缆线穿孔筒，本发明还公开了一种近零场磁共振波谱的测量方法。本发明可将双管穿孔筒水平转动180度，互换测量对象后再次进行测量，最后比对两者的磁共振测量数据，实时获得超极化气体的标志性参数，保证用于肺部磁共振成像“气体造影剂”的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及量子磁传感器件应用、近零场环境中气体、液体样品的精密测量等领域，具体涉及用于超极化气体参数磁共振测量的一种近零场磁共振波谱装置，还涉及一种近零场磁共振波谱测量方法。
背景技术
由于生物体肺部主要是空腔组织，其水质子的密度比正常组织低约1000倍，而传统的磁共振成像方法依赖于测量生物体中水质子的信号，因此，只能观测到生物体肺部的轮廓，无法实现可视化。为了解决这个问题，科学家们首先利用光抽运自旋交换方法将惰性气体核自旋极化度提高到超过热平衡条件下的水平，例如，气体氙-129(或者氦-3)的核自旋极化度能够被提高～105量级[Korchak S E et al.,Appl Magn Reson,2013,44(1):65-80.]，因此，它们被称为“超极化气体”；然后，通过固态累积/存储的方法，可生产超过100g的固态超极化氙-129[Gatzke M et al.,Phys Rev Lett,1993,70:690]；通过热升华技术，超极化气体氙-129(或者氦-3)可作为“气体造影剂”输送到生物体肺部，让肺部可视化，从而实现生物体肺部的磁共振成像；并且，对于超极化氙-129，由于具有强的亲脂性特性[Bifone A et al.,Proc Natl Acad Sci USA,1996,93:12932]，也可溶于血液、并通过血液循环至全身(包括脑部)，因此，扩展其应用可以获得生物体血管和脑部的磁共振成像。
产生超极化气体需要经过光抽运自旋交换—固态累积/存储—热升华等多个过程，每一台仪器的工作状态以及操控过程都可能影响惰性气体核自旋极化度的提高、超极化气体的产率等，如何判定生产的超极化气体是否合适用作生物体肺部成像的“气体造影剂”？通常地，使用工作于永磁体或者亥姆赫兹线圈低磁场(0.0005～0.2T)的磁共振波谱仪，工作于电磁铁高磁场(1.8T)的商用磁共振波谱仪，或者工作于超导体高磁场(动物4.7T、7.0T，或者人体1.5T、3.0T)磁共振成像仪，测量超极化气体的标志性参数。通过管道引入超极化气体到位于磁场中心的采样管里，或者将超极化气体充入采样容器(袋、管等)放入磁场中心，使用法拉第感应线圈(即：通常所说的“射频线圈”)进行磁共振或者磁共振成像测量，并且与热平衡时标准样品(水，或者气体氙-129)的磁共振测量数据进行比对。
然而，现有技术和方法中存在一些问题：
(1)信号强度问题。在低磁场环境里，热极化气体氙-129的磁共振信号非常小，难以作为与超极化气体磁共振信号比对的标准；因此，通常使用水作为标准样品，测量中，热极化的水质子需要大量累加和平均才能得到高的信噪比；在高磁场条件下，通常使用高压(例如，～5atm)氙-129作为标准样品，同样地，也需要大量累加和平均才能得到要求的信噪比。然后，再与超极化气体磁共振信号进行比对，由此，获得超极化气体的核自旋极化度或者磁共振信号增强因子。注意到，使用的是水混合液或者氙-129混合气体，即：都需要添加了为了减小T1而相应缩短TR的液体或者气体。并且，在这些测量过程中，需要手动交替将样品管和超极化气体容器放入磁共振波谱仪或者磁共振成像仪的磁场中进行测量。
(2)信号频率问题。当使用水作为标准样品时，由于水质子的旋磁比与氙-129的不同，需要让法拉第感应线圈的工作频率与外加静磁场的强度相对应，才能分别获得水质子、超极化氙-129核磁共振信号。例如，a)在亥姆赫兹线圈低磁场磁共振波谱仪上使用同一进动频率的法拉第感应线圈时，测量过程中需要调节外加磁场的强度；b)如果不调节外加静磁场的强度，则需要交替使用工作于水质子、氙-129核磁共振频率的两个法拉第感应线圈，或者，使用一个双频的法拉第感应线圈，并且还需要相应频率的前置放大器和功率放大器。
综上所述，操作的复杂性和多台仪器的替换使用，都会影响到超极化气体作为肺部磁共振成像“气体造影剂”的标志性参数测量精度。我们的一种超低场核磁共振测量装置与方法[中国发明专利申请号：202210093852.4]，针对信号的强度和频率问题，提供直接使用预先进行了标定的套管尾光泵室中超极化气体作为“标样”的方法；在超低场工作环境中使用原子磁力计作为磁传感器件；借助于特别设计的气体极化器部分功能模块，辅助其装置工作。然而，对于进一步提高测量精度，发展更加简洁、更加实用的新装置、新方法依然是迫切需要的。
发明内容
本发明针对目前上述技术和方法中存在不足，发展对超极化气体标志性参数进行磁共振测量的方法，提供一种近零场磁共振波谱装置，还提供一种近零场磁共振波谱测量方法。
本发明的上述目的通过以下技术手段实现：
一种近零场磁共振波谱装置，包括磁屏蔽模块，还包括四联电动真空阀模块，
四联电动真空阀模块的第一开关通道、第二开关通道、第三开关通道、以及第四开关通道中分别设置有第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门，第一开关通道的一端通过第一管道接头与超极化气体连接，第二开关通道的一端通过第二管道接头与真空连接，第三开关通道的一端通过第三管道接头与真空连接，第四开关通道的一端通过第四管道接头与高压气体连接，
第一开关通道的另一端和第二开关通道的另一端均通过第六管道接头与测量管顶端连接，第三开关通道的另一端和第四开关通道的另一端均通过第五管道接头与密封/限位器的第二连接端连接，密封/限位器的第一连接端设置有密封盖，密封/限位器的第三连接端与输运管顶端连接，输运管顶端外部套设有预极化磁体，
输运管的下部和测量管的下部穿过设置在磁屏蔽模块上的双管穿孔筒延伸至磁屏蔽模块内部，
输运管的底部为测量区，测量管的底部为采样区，输运管内设置有样品管，当输运管顶端通入高压气体或者抽真空时，样品管可以被推至输运管的底部的测量区或者抽吸到输运管套设有预极化磁体的顶部，
测量区和采样区均位于第一线圈和第二线圈之间，
测量区和采样区形成整体一侧设置有第一量子磁传感模块和第二量子磁传感模块，测量区和采样区形成整体另一对侧设置有第三量子磁传感模块和第四量子磁传感模块。
如上所述的磁屏蔽模块上设置有双管穿孔筒，其可相对磁屏蔽模块自转。
如上所述的磁屏蔽模块上设置有多组缆线穿孔筒。
如上所述的密封/限位器的第三连接端内设置有插入到输运管顶端的限位头。
一种近零场磁共振波谱测量方法，包括以下步骤：
步骤1、在输运管里放入样品管，拧上密封/限位器，关闭四联电动真空阀模块中的第四阀门、第二阀门和第一阀门，仅仅开启第三阀门，施加真空，并调节密封/限位器，使得样品管在输运管内位于预极化磁体内部磁场的中心；
步骤2、当样品管中水质子在预极化磁体内部磁场中心被增强热极化后，关闭四联电动真空阀模块中的第三阀门，开启第四阀门，通入高压气体，样品管输送到输运管的测量区，第一线圈和第二线圈提供操控脉冲序列，并使用第一量子磁传感模块和第二量子磁传感模块对增强热极化水质子进行磁共振测量，获得增强热极化水质子的磁共振测量数据，然后关闭第四阀门和开启第三阀门，施加真空，使得样品管输送到预极化磁体内部磁场的中心；
步骤3、关闭四联电动真空阀模块中的第三阀门，开启第二阀门，将测量管内抽至真空，然后关闭第二阀门，同时开启第一阀门，超极化气体进入并充满测量管，第一线圈和第二线圈进行脉冲序列操控，使用第三量子磁传感模块和第四量子磁传感模块对超极化气体进行磁共振测量，获得超极化气体的磁共振测量数据，再一次关闭第一阀门和开启第二阀门，将测量管内抽至真空；
步骤4、将双管穿孔筒水平转动180度，使得输运管和测量管的位置对换，由第一量子磁传感模块和第二量子磁传感模块测量超极化气体，第三量子磁传感模块和第四量子磁传感模块测量样品管里增强热极化水质子，重复步骤2—3，至此，磁共振测量完成；
一种近零场磁共振波谱测量方法，还包括：
步骤5、根据获得增强热极化水质子的磁共振测量数据和超极化气体的磁共振测量数据，获得超极化气体的核自旋极化度、磁共振增强倍数。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
1、提供一种不同于高、低场磁共振测量方式，以两对量子磁传感模块替代法拉第感应线圈(也称为：射频线圈)，在磁屏蔽模块提供的近零场(<1nT)环境中，实时测量增强热极化的标准水质子样品和超极化气体的磁共振信号及相关参数，“磁场梯度计”方式消除本底噪声，使得测量更精确；
2、提供一种四联电动真空阀模块控制方式，利用真空和高压气体，有效地辅助样品管位于预极化磁体内部磁场的中心或者输送到输运管的测量区，利用真空，也辅助真空清洁测量管或者充入超极化气体，操控过程更简洁，使用更方便；
3、样品管作为一个组成部件，在本发明实施例中一直放置于输运管中，而且无需更换，实时测量样品管中增强热极化的水质子可以校准或者监测本发明一种近零场磁共振波谱装置的工作状态，保证了标志性参数的精确测量，重复性和一致性更好；
4、双管穿孔筒的设置，方便地以180度水平转动对换输运管和测量管的位置，使得两对量子磁传感模块互换测量对象而进行磁共振测量，可消除两对量子磁传感模块各自的工作参数差异带来的测量误差，进一步地提高测量精度。
附图说明：
图1为一种近零场磁共振波谱装置的原理图；
图中：1-第一管道接头；2-第二管道接头；3-第三管道接头；4-第四管道接头；5-四联电动真空阀模块(其中包括第四阀门a、第三阀门b、第二阀门c和第一阀门d)；6-密封/限位器；7-第五管道接头；9-预极化磁体；11-第六管道接头；12-输运管；13-双管穿孔筒；14-磁屏蔽模块；15-第一线圈；16-第一量子磁传感模块；17-第二量子磁传感模块；18-第二线圈；19-多组缆线穿孔筒；20-样品管；21-测量管；22-第三量子磁传感模块；23-第四量子磁传感模块。
图2A为一种近零场磁共振波谱装置的第一种使用状态示意图。
图2B为一种近零场磁共振波谱装置的第二种使用状态示意图；基于图2A，将双管穿孔筒13水平转动180度，使得输运管12和测量管21的位置对换，由此，导致两对量子磁传感模块互换地测量样品管20中增强热极化水质子和测量管21里超极化气体QHP。
图中：Q-高压气体；V-真空；QHP-超极化气体。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合图1原理图和图2实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中，
在磁共振测量过程中，磁屏蔽模块14提供近零场(<1nT)工作环境，第一线圈15、第二线圈18构成的脉冲操控线圈组给样品管20中增强热极化水质子和测量管21里超极化气体QHP提供核自旋操控脉冲序列。
本发明提供一种近零场磁共振波谱装置，其特点在于：
(1)四联电动真空阀模块5控制方式。关闭第二阀门c和第一阀门d后，交替开关第三阀门b、第四阀门a，真空V使得输运管12中的样品管20位于预极化磁体9内部磁场的中心，在那里，样品管20中的水质子被增强热极化，然后高压气体Q使得样品管20进入输运管12的测量区；关闭第四阀门a和第三阀门b后，交替开关第二阀门c、第一阀门d，真空V清洁测量管21，相继，待测的超极化气体QHP被充入；
(2)输运管12和测量管21的双管结构。测量时，样品管20、超极化气体QHP分别位于输运管12的测量区和测量管21里；
(3)非射频线圈探测方式。使用两对量子磁传感模块分别以“磁场梯度仪”方式测量样品管20中增强热极化水质子和超极化气体QHP，并进行磁共振测量数据的处理与比对。
(4)可用作气体极化器或者固态存储/升华器的配套专用仪器，实时测量适用于肺部磁共振成像的“气体造影剂”—超极化气体QHP核自旋极化度、磁共振信号增强因子等标志性参数。
(5)双管穿孔筒13使得输运管12和测量管21能够对换位置，实现量子磁传感模块对的测量对象互换，消除它们各自工作参数的差异引起的测量数据误差。
(6)可延展本发明一种近零场磁共振波谱装置的应用，使之具有普适性。例如，将样品管20中水质子更换为甲酸、乙酸等与水混合等样品，可直接测量它们的J谱等参数；也可将超极化气体QHP更换为感兴趣的超极化氙+生物血液等混合液体，进行磁共振测量。
一种近零场磁共振波谱装置，包括四联电动真空阀模块5，还包括第一管道接头1，第二管道接头2、第三管道接头3、第四管道接头4、密封/限位器6、第五管道接头7、预极化磁体9、第六管道接头11、输运管12、双管穿孔筒13、磁屏蔽模块14、第一线圈15、第一量子磁传感模块16、第二量子磁传感模块17、第二线圈18、多组缆线穿孔筒19、样品管20、测量管21、第三量子磁传感模块22、第四量子磁传感模块23。
上述部件的连接方式为：
四联电动真空阀模块5的第一开关通道、第二开关通道、第三开关通道、以及第四开关通道中分别设置有第一阀门d、第二阀门c、第三阀门b和第四阀门a，第一开关通道的一端通过第一管道接头1与超极化气体QHP连接，第二开关通道的一端通过第二管道接头2与真空V连接，第三开关通道的一端通过第三管道接头3与真空V连接，第四开关通道的一端通过第四管道接头4与高压气体Q连接，
第一开关通道的另一端和第二开关通道的另一端均通过第六管道接头11与测量管21顶端连接，第三开关通道的另一端和第四开关通道的另一端均通过第五管道接头7与密封/限位器6的第二连接端连接。密封/限位器6的第一连接端设置有密封盖，密封/限位器6的第三连接端与输运管12顶端连接，输运管12顶端外部套设有预极化磁体9。
输运管12的下部和测量管21的下部穿过设置在磁屏蔽模块14上的双管穿孔筒13延伸至磁屏蔽模块14内部，双管穿孔筒13可相对磁屏蔽模块14自转。实现上述自转的方式可以是：双管穿孔筒13的外壁和磁屏蔽模块14上的筒安装孔内壁之间设置有密封橡胶圈，在没有施加旋转外力的情况下，双管穿孔筒13通过密封橡胶圈的摩擦力设置在筒安装孔中，在施加旋转外力的情况下，双管穿孔筒13克服密封橡胶圈的摩擦力在筒安装孔中自转，带动输运管12和测量管21旋转。磁屏蔽模块14上设置有多组缆线穿孔筒19。
输运管12的底部为测量区，测量管21的底部为采样区，输运管12内设置有样品管20，当输运管12顶端通入高压气体Q或者抽真空V时，样品管20可以被推至输运管12的底部的测量区或者抽吸到输运管12套设有预极化磁体9的顶部。
测量区和采样区均位于第一线圈15和第二线圈18之间。
测量区和采样区形成整体一侧设置有第一量子磁传感模块16和第二量子磁传感模块17，测量区和采样区形成整体另一对侧设置有第三量子磁传感模块22和第四量子磁传感模块23。
第一开关通道、第二开关通道、第三开关通道、以及第四开关通道，材质均为特氟龙。
第一管道接头1，材质为特氟龙，用于连接高压气体Q。
第二管道接头2，材质与第一管道接头1相同，用于连接真空V。
第三管道接头3，材质与第一管道接头1相同，用于连接真空V。
第四管道接头4，材质与第一管道接头1相同，用于连接超极化气体QHP。
四联电动真空阀模块5，内含有四个阀门——第四阀门a、第三阀门b、第二阀门c和第一阀门d，由计算机+数据卡(图中没有给出)控制，控制软件为LabVIEW。其中：
当第四阀门a开启、其它阀门关闭时，高压气体Q经由第五管道接头7和密封/限位器6的第二连接端流入输运管12，使得样品管20从预极化磁体9内部磁场的中心下落至输运管12底部的测量区；
当第三阀门b开启、其它阀门关闭时，真空V使得第五管道接头7、密封/限位器6和输运管12里形成真空V，使得样品管20从输运管12底部测量区吸回到预极化磁体9内部磁场的中心；
当第二阀门c开启、其它阀门关闭时，真空V使得第六管道接头11和测量管21内部被抽真空V清洁；
当第一阀门d开启、其它阀门关闭时，超极化气体QHP经由第六管道接头11进入测量管21。
密封/限位器6，材质为特氟龙，起到密封+限位的作用，当样品管20放入输运管12之后，密封/限位器6的第三连接端以螺纹旋紧方式密封输运管12顶端，密封/限位器6的第三连接端内设置有插入到输运管12顶端的限位头，施加真空V并调节密封/限位器6的限位头插入到输运管12顶端的深度，让样品管20位于预极化磁体9内部磁场的中心。
第五管道接头7，材质与第一管道接头1相同。
预极化磁体9，圆筒形，内部中心为横向磁场，磁场强度范围为1.2～2.0T。因为磁场越强则样品的磁化矢量越强，为了方便地测量样品管20中水质子的磁共振信号，则在室温环境下利用预极化磁体9的内部磁场——首先提高在热平衡条件下的水质子核自旋极化度(也称为：增强热极化)，然后再对其进行测量。
第六管道接头11，材质与第一管道接头1相同。
输运管12，材质为硼硅玻璃3.3，其下部为测量区。当其顶端开启时，可放入或者取出样品管20或者其它待测样品管，其内部为样品管20或者其它待测样品管在预极化磁体9内部磁场的中心和测量区之间上下输运的通道。
双管穿孔筒13，材质为无磁铝合金，作为将输运管12和测量管21放置于磁屏蔽模块14内部中心的通道，双管穿孔筒13可相对磁屏蔽模块14自转，即：通过步进马达驱动(图中没有给出)或者简单的手动方式可水平转动360度，在如图2B所示的实施例中，水平转动了180度。
磁屏蔽模块14，工作于被/主动模式，结构为外层无磁铝合金筒架+多层(通常3～5层)坡膜合金筒+三维亥姆赫兹线圈，多层(通常3～5层)坡膜合金筒设置在外层无磁铝合金筒架上，三维亥姆赫兹线圈设置在多层(通常3～5层)坡膜合金筒内，用于为4个量子磁传感模块(16、17、22、23)、样品管20和测量管21提供近零场(<1nT)工作环境。
第一线圈15，无磁铜丝绕制，与第二线圈18共同构成操控脉冲线圈组，用于操控样品管20中增强热极化水质子和测量管21中超极化气体QHP核自旋极化方向，及提供脉冲磁场。
第一量子磁传感模块16，也称为：光泵原子磁力计模块，工作于NMOR或者SERF模式，用于样品管20中增强热极化水质子和测量管21中超极化气体QHP磁共振测量，即：通过测量极化原子的自旋变化实现微弱磁场的探测。
第二量子磁传感模块17，功能和作用与第一量子磁传感模块16相同，与第一量子磁传感模块16一起以“磁场梯度计”方式工作。
第二线圈18，无磁铜丝绕制，与第一线圈配套使用；
多组缆线穿孔筒19，材质为无磁铝合金，用于将三维亥姆赫兹线圈、第一线圈15、第二线圈18和四个量子磁传感模块(16、17、22、23)的电缆线(图中没有给出)从磁屏蔽模块14内部引出到外部。
样品管20，材质为硼硅玻璃3.3，内含样品纯水(也可以使用水+液体的混合液)，当样品管20位于预极化磁体9内部磁场的中心增强水质子的热极化后，由高压气体Q以“吹”方式输送到输运管12的测量区，第一线圈15和第二线圈18提供操控脉冲序列，然后由一对量子磁传感模块以“磁场梯度仪”方式测量增强热极化水质子的磁共振信号，并作为比对参考数据。
测量管21，材质与样品管20相同，其下部为采样区。工作时，真空V清洁其内部，然后被充入超极化气体QHP，第一线圈15和第二线圈18继续脉冲序列操控，由一对量子磁传感模块以“磁场梯度仪”方式在测量管21的采样区测量超极化气体QHP的磁共振信号。
第三量子磁传感模块22，功能和作用与第一量子磁传感模块16相同。
第四量子磁传感模块23，功能和作用与第三量子磁传感模块22相同，与第三量子磁传感模块22一起以“磁场梯度计”方式工作。
高压气体Q，由空气压缩机+储气罐(图中没有给出)提供，在输运管12里，以“吹”方式输送样品管20从预极化磁体9内部磁场的中心至测量区，典型地输送时间为：ms量级。
真空V，由真空机械泵(图中没有给出)提供，通过对四联电动真空阀模块5的操控，实现：(1)将样品管20从输运管12的测量区以“吸”方式输送到预极化磁体9内部磁场的中心，使得样品管20中水质子能在预极化磁体9内部磁场的中心增强热极化；(2)对测量管21进行抽真空V，清洁内壁并让超极化气体QHP快速充入。
超极化气体QHP，来自于气体极化器或者固态存储/升华器(图中没有给出)，由一对量子磁传感模块对超极化气体QHP的磁共振信号进行测量，通过与增强热极化水质子测量数据的比对，最终获得精密测量的核自旋极化度、磁共振信号增强因子等数据。
一种近零场磁共振波谱测量方法，利用上述一种近零场磁共振波谱装置，包括以下步骤：
步骤1、在输运管12里放入样品管20，拧上密封/限位器6。关闭四联电动真空阀模块5中的第四阀门a、第二阀门c和第一阀门d，仅仅开启第三阀门b，施加真空V，并调节密封/限位器6，使得样品管20在输运管12内位于预极化磁体9内部磁场的中心；
步骤2、当样品管20中水质子在预极化磁体9内部磁场中心被增强热极化后，关闭四联电动真空阀模块5中的第三阀门b，开启第四阀门a，则高压气体Q以“吹”方式将样品管20输送到输运管12的测量区，第一线圈15和第二线圈18提供操控脉冲序列，并使用第一量子磁传感模块16和第二量子磁传感模块17对增强热极化水质子进行磁共振测量，获得增强热极化水质子的磁共振测量数据，然后关闭第四阀门a和开启第三阀门b，施加真空V以“吸”方式使得样品管20输送到预极化磁体9内部磁场的中心；
步骤3、关闭四联电动真空阀模块5中的第三阀门b，开启第二阀门c，将测量管21内抽至真空V，然后关闭第二阀门c，同时开启第一阀门d，这时超极化气体QHP进入并充满测量管21，第一线圈15和第二线圈18进行脉冲序列操控，使用第三量子磁传感模块22和第四量子磁传感模块23对超极化气体QHP进行磁共振测量，获得超极化气体QHP作为“气体造影剂”的磁共振测量数据。再一次关闭第一阀门d和开启第二阀门c，将测量管21内抽至真空V；
步骤4、将双管穿孔筒13水平转动180度，双管穿孔筒13从“正面”转到了“原背面”，如图2B所示，使得输运管12和测量管21的位置对换，这时，由第一量子磁传感模块16和第二量子磁传感模块17测量超极化气体QHP，第三量子磁传感模块22和第四量子磁传感模块23测量样品管20里增强热极化水质子，重复步骤2—3，至此，磁共振测量完成；
步骤5、对多次实施步骤2-3获得增强热极化水质子的磁共振测量数据进行平均，以及对多次实施步骤2-3获得超极化气体QHP的磁共振测量数据进行平均，进一步获得超极化气体QHP的核自旋极化度、磁共振增强倍数等标志性数据，用于判别测量的超极化气体QHP是否可满足作为肺部磁共振成像“气体造影剂”的要求。
本发明中，使用输运管12和测量管21的双管结构，工作时，样品管20中水质子在预极化磁体9内部磁场的中心(典型地驻留时间为：2s)被增强热极化，在输运管12的测量区被测量。
本发明中，一对量子磁传感模块用于增强热极化水质子的测量，以及，另外一对量子磁传感模块对超极化气体QHP核自旋进行的测量，利用的是“磁场梯度计”方式。
本发明中，根据样品管20中样品水容量的多少，可以一次采样获得增强热极化水质子的磁共振信号，或者，交替开关四联电动真空阀模块5中第四阀门a和第三阀门b，真空V“吸”方式和高压气体Q“吹”方式使得样品管在预极化磁体9内部磁场的中心和输运管12的测量区之间上下移动，多次测量增强热极化水质子的磁共振信号。
本发明中，交替开关四联电动真空阀模块5中第二阀门c和第一阀门d，真空V使得测量管中被抽真空V清洁，然后充入超极化气体QHP并进行磁共振测量核自旋极化度、磁共振信号增强因子等标志性参数。
本发明中，当完成如图2A所示的“正面”磁共振测量之后，操控双管穿孔筒13水平转动180度到如图2B所示的“原背面”，能方便地对换输运管12和测量管21的位置，实现两对量子磁传感模块互换测量对象而进行磁共振测量，即：由第三量子磁传感模块22和第四量子磁传感模块23对样品管20中增强热极化水质子进行测量，和由第一量子磁传感模块16和第二量子磁传感模块17对测量管21里超极化气体QHP进行测量，由此，可消除两对量子磁传感模块各自工作参数差异带来的测量误差，进一步地提高测量精度。
本发明说明书中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充、或者采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种近零场磁共振波谱装置，包括磁屏蔽模块（14），其特征在于，还包括四联电动真空阀模块（5），
四联电动真空阀模块（5）的第一开关通道、第二开关通道、第三开关通道、以及第四开关通道中分别设置有第一阀门（d）、第二阀门（c）、第三阀门（b）和第四阀门（a），第一开关通道的一端通过第一管道接头（1）与超极化气体QHP连接，第二开关通道的一端通过第二管道接头（2）与真空V连接，第三开关通道的一端通过第三管道接头（3）与真空V连接，第四开关通道的一端通过第四管道接头（4）与高压气体Q连接，
第一开关通道的另一端和第二开关通道的另一端均通过第六管道接头（11）与测量管（21）顶端连接，第三开关通道的另一端和第四开关通道的另一端均通过第五管道接头（7）与密封/限位器（6）的第二连接端连接，密封/限位器（6）的第一连接端设置有密封盖，密封/限位器（6）的第三连接端与输运管（12）顶端连接，输运管（12）顶端外部套设有预极化磁体（9），
输运管（12）的下部和测量管（21）的下部穿过设置在磁屏蔽模块（14）上的双管穿孔筒（13）延伸至磁屏蔽模块（14）内部，
输运管（12）的底部为测量区，测量管（21）的底部为采样区，输运管（12）内设置有样品管（20），当输运管（12）顶端通入高压气体Q或者抽真空V时，样品管（20）可以被推至输运管（12）的底部的测量区或者抽吸到输运管（12）套设有预极化磁体（9）的顶部，
测量区和采样区均位于第一线圈（15）和第二线圈（18）之间，
测量区和采样区形成整体一侧设置有第一量子磁传感模块（16）和第二量子磁传感模块（17），测量区和采样区形成整体另一对侧设置有第三量子磁传感模块（22）和第四量子磁传感模块（23）。
2.根据权利要求1所述的一种近零场磁共振波谱装置，其特征在于，所述的双管穿孔筒（13）可相对磁屏蔽模块（14）自转。
3.根据权利要求1所述的一种近零场磁共振波谱装置，其特征在于，所述的磁屏蔽模块（14）上设置有多组缆线穿孔筒（19）。
4.根据权利要求1所述的一种近零场磁共振波谱装置，其特征在于，所述的密封/限位器（6）的第三连接端内设置有插入到输运管（12）顶端的限位头。
5.一种近零场磁共振波谱测量方法，利用权利要求2所述的一种近零场磁共振波谱装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在输运管（12）里放入样品管（20），拧上密封/限位器（6），关闭四联电动真空阀模块（5）中的第四阀门（a）、第二阀门（c）和第一阀门（d），仅仅开启第三阀门（b），施加真空V，并调节密封/限位器（6），使得样品管（20）在输运管（12）内位于预极化磁体（9）内部磁场的中心；
步骤2、当样品管（20）中水质子在预极化磁体（9）内部磁场的中心被增强热极化后，关闭四联电动真空阀模块（5）中的第三阀门（b），开启第四阀门（a），通入高压气体Q，样品管（20）输送到输运管（12）的测量区，第一线圈（15）和第二线圈（18）提供操控脉冲序列，并使用第一量子磁传感模块（16）和第二量子磁传感模块（17）对增强热极化水质子进行磁共振测量，获得增强热极化水质子的磁共振测量数据，然后关闭第四阀门（a）和开启第三阀门（b），施加真空V，使得样品管（20）输送到预极化磁体（9）内部磁场的中心；
步骤3、关闭四联电动真空阀模块（5）中的第三阀门（b），开启第二阀门（c），将测量管（21）内抽至真空V，然后关闭第二阀门（c），同时开启第一阀门（d），超极化气体QHP进入并充满测量管（21），第一线圈（15）和第二线圈（18）进行脉冲序列操控，使用第三量子磁传感模块（22）和第四量子磁传感模块（23）对超极化气体QHP进行磁共振测量，获得超极化气体QHP的磁共振测量数据，再一次关闭第一阀门（d）和开启第二阀门（c），将测量管（21）内抽至真空V；
步骤4、将双管穿孔筒（13）水平转动180度，使得输运管（12）和测量管（21）的位置对换，由第一量子磁传感模块（16）和第二量子磁传感模块（17）测量超极化气体QHP，第三量子磁传感模块（22）和第四量子磁传感模块（23）测量样品管（20）里增强热极化水质子，重复步骤2—3，至此，磁共振测量完成。
6.根据权利要求5所述的一种近零场磁共振波谱测量方法，其特征在于，还包括：
步骤5、根据获得增强热极化水质子的磁共振测量数据和超极化气体QHP的磁共振测量数据，获得超极化气体QHP的核自旋极化度、磁共振增强倍数。
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