TWI397711B - 一種偵測樣品核磁共振之裝置 - Google Patents

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Description

一種偵測樣品核磁共振之裝置
本發明係關於核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)和核磁共振造影(Magnetic Resonance Imaging，MRI)，特別是在超微弱磁場使用高溫超導量子干涉元件(Superconducting Quantum Interference Device，SQUID)磁量計耦合一磁通變換器以產生低雜訊之核磁共振和核磁共振造影。
核磁共振之命名來自於一個物理共振現象，涉及原子核在一外加磁場中之量子力學磁特質，有許多科學技術的利用核磁共振光譜儀之核磁共振現象的研究分子物理、結晶及非晶體物質，核磁共振也被應用於醫學影像技術，如核磁共振造影。
超導量子干涉元件(Superconducting Quantum Interference Device，SQUID)是一個很靈敏的偵測器，常被用於測量極弱訊號。SQUID是基於量子力學約瑟芬效應(Josephon effect)而形成。約瑟芬原件是由兩邊是超導體中間絕緣層所組成，由於絕緣層很薄，以致於電子能穿隧其間。超導量子干涉元件由超導體的微小迴路組成，其超導體使用約瑟芬元件達到重疊：每個電子同時向兩個方向移動。因為電流往兩個相反的方向流動，所以電子能夠做為量子位元(理論上可被用於量子運算)。超導量子干涉元件已被運用於各種需要極高靈敏度測量，包含工程、醫學及地質設備。
低磁場的核磁共振和核磁共振造影(NMR/MRI)都是以超導量子干涉元件為基礎，其可以避免高磁場核磁共振和核磁共振造影的缺點，如磁感應 假影、成本、尺寸及高場系統的複雜度...等。雖然低磁場核磁共振和核磁共振造影訊雜比低，但是對磁場的均勻度要求不比高磁場核磁共振和核磁共振造影高。一磁場均勻度為104即可以在核磁共振頻譜中達到0.426赫茲(Hz)的線寬，因此，建置一個高頻譜解析度的低磁場質譜儀比高磁場核磁共振和核磁共振造影質譜儀來得容易。
先前文獻報導應用超導量子干涉元件設計的核磁共振和核磁共振造影之偵測靈敏度來造影小型樣品(見K.Schlenga et al.,Low-field magnetic resonance imaging with a high-Tc dc superconducting quantum interference device,Appl.Phys.Lett.75,3695,1999)，多數研究中用了未調頻的超導量子干涉元件且樣品被固定在低溫控制器之下，並盡可能縮小低溫控制器中之樣本和偵測儀之間的距離，因為當樣品和探測器之間的距離增加時，信號會迅速低衰退。當SQUID和樣品的間隔增加至超過特定值時，信號靈敏度會快速地降低，簡單的算式可顯示當樣品與SQUID距離從1 mm增加至50mm時信號將降低(見S.H.Liao et al.,Enhancement in low field nuclear magnetic resonance with a high-Tc superconducting quantum interference device and hyperpolarized 3He,J.Appl.Phys.104,063918,2008)，然而有很多情況下要讓樣品與偵測器維持近距離是無法做到的。
美國專利第7,218,104號揭露一應用直流低溫超導量子干涉元件偵測核磁共振訊號並且藉由獲得液體的核磁共振頻譜產生核磁共振造影的方法及裝置，上述在微特斯拉磁場中液體以一毫特斯拉磁場預極化。因為超導量子干涉元件的靈敏度是獨立於頻率的，在極低磁場中偵測核磁共振訊號可提升訊雜比和頻譜解析度，其中由於測量磁場的不均勻，使核磁共振線寬 變得非常窄。其偵測儀的設計使得超導量子干涉元件磁量儀在室溫下能夠非常接近樣品，然而此發明的缺點在於超導量子干涉元件磁量儀非常的靈敏，以致於當外加磁場或射頻射頻至樣品時可能會影響超導量子干涉元件。
本發明中有關於核磁共振和核磁共振造影之部份改良如下所述，而其他關於NMR/MRI系統方面因屬於習知技藝以下則不再贅述。
本發明提供一偵測樣品核磁共振的方法，其包含(a)在毫特斯拉(mT)的磁場中預極化樣品核自旋；(b)在微特斯拉(μT)磁場中利用高溫超導量子干涉元件(SQUID)磁量儀測量樣品中核磁共振訊號，高溫超導量子干涉元件磁量儀耦合了包含擷取線圈與接收線圈的磁通變換器，其中高溫超導量子干涉元件與接收線圈被安裝在超導容器中。
本發明亦提供一偵測樣品核磁共振之裝置，包含有：(a)一個預極化線圈，可提供毫特斯拉預極化樣品中核自旋；(b)一組均勻場線圈，可提供微特斯拉之均勻磁場以作為偵測磁場；(c)一組梯度場線圈，可形成空間上的磁場梯度；(d)一個磁通變換器包含一個擷取線圈及接收線圈，其中擷取線圈置入預極化線圈內；及(e)一個用於偵測樣品核磁共振訊號之高溫超導量子干涉元件磁量儀，其中高溫超導量子干涉元件以及接收線圈被安裝在超導容器中。
本發明中，質子自旋進動耦合了高溫超導量子干涉元件磁量儀，透過磁通變換器完成耦合，其中高溫超導量子干涉元件及接收線圈都被安置在超 導容器中，其可避免環境噪音並且在使高溫超導量子干涉元件處於穩定的操作環境下。磁通變換器由擷取線圈及接收線圈所構成，並連接至電容器，感應形成核磁共振之共振電路，調整磁通變換器頻率至欲偵測的樣品之核共振頻率，該樣品置於微特斯拉測量磁場中。使用如此的設計，當樣品和高溫超導量子干涉元件偵測儀有點距離時，提供了保存訊雜比的優勢。尤其在偵測大型樣品時，從樣品到偵測儀間需要的距離使核磁共振訊號減弱更能彰顯其優勢。在一實施例中，測量磁場是由1~200微特斯拉(μT)；在較佳的實施例中，測量磁場為101 μT。在4.3 kHz中直接耦合高溫超導量子干涉元件磁量儀之磁場解析度為280 fT/Hz-1/2。
本發明中所述之「超導容器」是指以超導體製成的容器，超導體是無電阻導電材料，而超導體內部之磁通量為零(此現象稱為麥士納效應)，當外加一個磁場於該超導體表面時，產生的電流會感應產生與外加磁場正好相反的磁場。於較佳的實施例中，超導容器是由Bi2Sr2Ca2Cu3Oy組成的。
本發明使用之高溫SQUID需以液態氮冷卻，但是比起低溫SQUID需以液態氦冷卻來的便宜且易於操作。
本發明中，將樣品置放於預極化線圈中能在強暫態場預極化核自旋而產生增強、非平衡核磁化作用，因此提高核磁共振之訊號強度。而擷取線圈置入核磁共振偵測系統中的預極化線圈之中。以銅線纏繞1060圈之預極化線圈可產生大約10毫特斯拉(mT)或高於10 mT之預磁場，在較佳的實施例中，預磁場為45 mT。本發明之高溫超導量子干涉元件為基礎之核磁共振質譜儀設置於電磁屏蔽室中，Sasada揭露為了產生均勻磁場可設置一個包含 三組線圈平面線圈系統(Sasada I et al.,Planar coil system consisting of three coil pairs for producing a uniform magnetic field,J.Appl.Phys.99,08D904,2006)，在101微特斯拉(μT)中，這三組串聯線圈產生的均質度比103之64 cm3的樣品柱好。101 μT的靜場B0之方向平行高溫超導量子干涉元件磁量儀平面，沿著Z軸被激發。沿著Y軸加入45 mT預化磁場Bp，其亦平行高溫超導量子干涉元件磁量儀之平面。由於預化磁場的強度比測量靜場強度高出許多，核自旋磁化幾乎是沿著Y軸預化磁場的方向。加入預化磁場一段時間TBp後，3 ms後關掉預磁場，核磁旋進會沿著Bo方向，而擷取線圈可偵測到質子自旋的自由感應衰減(Free Induction Decay)訊號，正常的擷取線圈產生的磁力線會沿著Z軸方向，與安置在超導容器中被屏蔽的高溫超導量子干涉元件耦合，超導干涉元件的輸出被放大、整合、回送到在超導容器中超導干涉元件之接收線圈附近的回饋線圈。自由感應衰退的核磁共振訊號經由帶通濾波器過濾，接著可透過快速傅立葉轉換得到核磁共振頻譜，也可藉由偵測核磁共振訊號生成的影像表現樣品的核磁共振造影。
本發明的方法中的樣品更可加入奈米磁珠作為造影劑提高核磁共振對比，磁流體包含包覆右旋糖的奈米磁珠均勻的分散在水中(Jiang W,et al.,Preparation and properties of superparamagnetic nanoparticles with narrow size distribution and biocompatible,283,210,2004)，磁流體的磁化率造成質子核自旋的去相及自旋-自旋弛緩和自旋-晶格弛緩的優勢，因此當磁流體的磁化率χ值增加可以觀察到寬廣的質子核磁共振頻譜以及弛緩速率增加，而且因為磁流體磁化率，可觀察到有效的弛緩速率ΓMF。
本發明的方法更包含從核磁共振的訊號得到J-耦合資訊，當所有化學位 移資訊在低磁場中消失，獨立於磁場的J-耦合資訊仍可得以保存。
這裡的“J-耦合“指的是在分子中鄰接的核自旋之間之交互作用，其效果是透過原子核周圍軌道上電子傳遞，各別自旋的行為受到其他耦合原子核的影響，它們的效果為將原本單一共振，依據耦合自旋的狀態分裂成兩個或兩個以上不同的頻率，這個效果有助於辨別特殊的物質種類及決定其分子結構。
電磁屏蔽室內的磁場雜訊及磁通變換器的詹森雜訊(Johnson noise)都將透過磁通變換器與磁場雜訊耦合至超導量子干涉元件。本發明中接收線圈被冷卻至77.4 K而擷取線圈則維持在300 K。此冷卻磁通變換器耦合了詹森雜訊闡明了下列關連：<V2>Johnson=4kBTR△f對應於超導量子干涉元件之核磁共振質譜儀(T：溫度；R：總電阻；△f：頻寬)。擷取線圈電阻(Rpickup)在300 K時為4.5 Ω；接收線圈電阻(Rinput)在77.4 K時為1 Ω，因此磁通變換器中詹森雜訊<V2>1/2 Johnson=2.91×10-10V/Hz1/2，詹森雜訊將與187 fT/Hz1/2的磁場雜訊耦合到超導量子干涉元件，比起高溫SQUID磁量儀的質子運行在共振頻率101 μT時的雜訊少。而梯度計結構中高溫超導電線或冷卻的低溫磁通變換器可進一步用於降低雜訊。
下列實施例僅代表本發明幾種不同態樣及特徵，但不用於限制本發明之內容。
實施例一：核磁共振/核磁共振造影實驗裝置
如圖1所示之一核磁共振/核磁共振造影偵測系統100，包括一偵測樣品110核磁共振之裝置101，其在電磁屏蔽室(未示於圖中)中設置一高溫超導量子干涉元件(SQUID)113，透過由擷取線圈111-1，220及接收線圈111-2組成的磁通變換器111，並連結至電容器及一感應器形成核磁共振電路，將進動自旋耦合至超導量子干涉元件磁量儀。除此之外，超導量子干涉元件113及接收線圈111-2安裝在超導Bi2Sr2Ca2Cu3Oy容器112裡，該容器不但能遮蔽環境雜訊而且也讓超導量子干涉元件處於一個較穩定的操作環境中。
圖2顯示預極化線圈221，131、擷取線圈220，111-1以及擷取線圈置入核磁共振偵測系統中預極化線圈之組合的照片，以銅線纏繞1060圈之預極化線圈可產生之450高斯的預磁場；樣品置放在包含397圈銅線纏繞的擷取線圈之內，其內徑為6公分，外徑為7.8公分。擷取線圈產生的磁力線方向順著Z軸，將之置入預極化線圈內，接收線圈和擷取線圈形成一個諧振電路並將質子的共振頻率最適化，直接耦合至高溫超導量子干涉元件磁量儀於核磁共振/核磁共振造影，顯示出在4.3 kHz中有280 fT/Hz-1/2的磁場靈敏度。
圖3顯示一用於研究低磁場核磁共振/核磁共振造影的平面測量線圈，其包含三組線圈，第一組線圈半徑為1.6公分，纏繞一圈；第二組線圈半徑為9.6公分，纏繞四圈；而第三組線圈半徑為38.9公分，纏繞140圈。這三組線圈串聯在一起，於101 μT下，產生一個比104之樣品柱為64 cm3的均質度為佳。
實施例二：毫特斯拉磁場之核磁共振
圖4顯示用於核磁共振/核磁共振造影之測量波序。101 μT的測量靜場B0之方向沿著Z軸並平行高溫超導量子干涉元件磁量儀平面。沿著Y軸加入45 mT預磁場Bp，其亦平行高溫超導量子干涉元件磁量儀平面。因為預磁場的強度比靜場強度高出許多，質子核自旋磁化的方向幾乎是沿著Y軸預磁場。外加一預磁場一小段時間(Tbp)後，3 ms後關掉預磁場，則原子核沿著測量磁場B0的方向磁化。梯度線圈為核磁共振造影產生24.6 μT/m的梯度磁場，該線圈沿著X-，Y-及Z-軸的方向被設置。而核磁共振造影可利用反投影方法與引用梯度場旋轉15°為每個波序成像。
實施例三：核磁共振/核磁共振造影構件實驗
圖5顯示一個典型的10毫升純水之核磁共振訊號及其傅立葉轉換，訊雜比為45，線寬為0.9 Hz，該結果是在101 μT及的磁場下以5×103一次射頻測量而得。
圖6顯示經過70次平均的環狀及矩形核磁共振造影模擬影像。此兩模型皆事先加入10毫升的水，環形模型之內徑為24公厘，外徑為36公厘；矩型模型每邊的長度為28公厘。於24.6 μT/m的梯度磁場中，沿著梯度磁場方向運用反投影技術擷取影像，濾波反投影之核磁共振造影顯示一個清楚的對比影像，影像中的虛線用是檢查模型之幾何形狀。
圖7顯示兩個相距3公厘的環狀柱體。此兩環狀模型的內徑皆為12公厘，外徑為24公厘，高為2.2公厘，內含10毫升純水。圖7(b)中顯示環狀假體的影像在均勻度磁場103被擷取，而圖7(c)之影像在均勻度磁 場5×103被擷取，可清楚的辨別出中央區域。可由△x=2π△f/γG式中運算出空間的解析度(△x)，當γ為42.58 kHz/mT，測量時之梯度磁場(G)為24.6 μT/m，在均勻度磁場5×103的線寬(△f)為0.9 Hz，可預期MRI的解析度(△x)為1公厘；在均勻度磁場103中線寬(△f)為3 Hz，可預期MRI的解析度(△x)為3公厘。這說明了為何圖7(b)影像無法解晰，而圖7(c)卻能清楚解晰。
圖8(a)、圖9(a)及圖10(a)顯示了實施例2中提到用於測量NMR/MRI的波序，圖8(b)顯示用於三維核磁共振造影實驗裝置的概要圖，其中該裝置是由兩個含水中空柱狀容器，小的柱狀容器置於大容器之上，小圓柱容器之直徑和高皆為0.7 cm；大圓柱容器之直徑為2.5 cm，高為1.2 cm。圖8(c)顯示核磁共振訊號對應轉換之傅立葉訊號。圖9(b)及(c)分別顯示大圓柱容器之濾波斷層成像圖及傅立葉轉換(b)中影像。圖10(b)及(c)分別顯示小圓柱容器之濾波斷層成像圖及傅立葉轉換(b)中影像。這兩個核磁共振造影斷層成像圖經由電腦運算後可合成圖11中的三維模型，意即本發明亦可應用於超微弱磁場之三維核磁共振造影磁場。
圖12(a)更顯示一個含水立方體置於矩型容器上方之概念圖，其側面觀顯示於圖12(b)，其中虛線代表五個橫切面，而圖12(c)是五個切面之核磁共振造影之斷層成像圖，圖12(d)顯示此五個MRI斷層成像斷層成像被重疊、紀錄及排列之三維核磁共振造影影像，結果顯示可在低雜訊核磁共振/核磁共振造影在超低磁場中，應用本發明的高溫超導量子干涉元件磁量儀，能及時且更精確的診斷及提升醫療照護。
實施例四：偵測J-耦合構件
磷酸三甲酯((CH3O)3PO)的核磁共振光譜，顯示磷(31P)原子核及氫(1H)原子核之間的J-偶合，計算質子在磁場中自旋的哈密頓函數可表示為：HH=-hγHSH(B0-2πJΣimPi/γH) (1)
其中γH和SH分別代表迴轉磁比率和質子核自旋，J是標量耦合常數，mP是磷核自旋的z分量(z-component)。這表示在氫原子核上磷原子核的作用就如同氫原子核上一個強度為2πJmPi/γH的額外磁場，該磁場與磷原子核之電子雲感應磁場相符合。
提升的頻譜解析度及核磁共振訊號可用於偵測異核自旋系統中的標量耦合，圖13中磷酸三甲酯一次射頻的核磁共振頻譜顯示29.1的高訊雜比。當實驗的磁場為102.2 μT時，質子(1H)迴轉磁因數為42.58 kHz/mT，其與4351.7 Hz的共振頻率一致。九個相同質子受到一個磷原子(31P)磁場影響，原本質子共振訊號會分裂成兩個訊號。低凹處周圍的波峰是電子輔助的磷酸自旋和質子自旋作用引起的，其中J3[P,H]=(10.94±0.08)Hz。而標量耦合之9個質子會使磷酸共振訊號分裂成譜線，該譜線會低於雜訊且無法在實驗中被觀察到。先前文獻報導在4.8 μT中運用低溫SQUID測得磷酸三甲酯之標量耦合J3[P,H]=(10.94±0.6)，核磁共振頻譜是100次暫時場的平均(McDermott R,et al.,Liquid-State NMR and Scalar Couplings in Microtesla Magnetic Fields.,Science 295,2247,2002)。因為電源供應器輸出的電流不同，圖13中外加磁場B0稍微高於圖5之磁場。磷酸三甲酯之分子量為140.1(密度為1.2 g/ml)；水的分子量為18(密度為1 g/ml)，實驗中同樣體積的磷酸三甲酯與純水，在核磁共振訊號中，磷酸三甲酯能提供的質子數量比純水少，因此偵測核磁共振訊號時，磷酸三甲酯的訊雜比(signal-to-noise)比純水之訊雜比小，這顯示使用本發明之裝置可進行一次射 頻時之高靈敏度J耦合。
實施例五：利用奈米磁珠作為造影劑
圖14(a)顯示了水的核磁共振強度，而圖14(b)、(c)、(d)、(e)及(f)描述了磁流體的核磁共振強度分別為0.0003、0.0006、0.0009、0.0012及0.0015 emu g-1磁濃度之函數，磁流體包含包覆右旋糖的奈米磁珠均勻的分散在水中，奈米磁珠的直徑為30 nm，核磁共振的線寬為1 Hz，在一次射頻之訊雜比為45，當磁流體之磁濃度(Ms)增加時，質子核磁共振訊號強度減弱，磁濃度(Ms)減低了核磁共振訊號強度並造成線寬擴大。圖14(g)中描述了核磁共振頻譜的線寬及強度是磁流體濃度的函數，磁流體之磁性使磁場均質度下降，其會造成質子核自旋的退相，及自旋-自旋弛緩及自旋-晶格弛緩的優勢。因此當磁流體之濃度增加時，可以觀察到較寬質子NMR頻譜及弛緩的增加。
圖15(a)顯示橫向自旋-自旋弛緩(T＊ 2)，是Ms函數，單位為emu g-1。T＊ 2由下列方程式定義M(t)=M0 exp(-t/T＊ 2),(2)其中M(t)是樣品在固定時間t磁化，M0=M(t=0)，而T＊ 2是總弛緩時間。T＊ 2與的磁場非均質參數(Γinhomogeneity)關係列於下面方程式： Γinhomogeneity為有效的弛緩速率，是由磁場的不均質而造成，當磁流體之Ms從0(純水)增加到0.0015 emu g-1，T＊ 2會由0.43減少至0.07秒，磁流 體透過下式影響弛緩時間T＊ 2。
ΓMF是因為磁流體造成的磁性之弛緩速率，方程式(3)代表在弛緩時間T2磁場之不均質的影響，除了磁場均質度之影響外，方程式(4)也顯示磁流體之磁性將對弛緩時間帶來額外的影響T2。在NMR測量中，磁場Bo維持在101 μT，因此Γinhomogeneity仍是相同數值，從方程式(2)~(4)，可由測量T＊ 2導出ΓMF為Ms的函數，圖十(b)顯示ΓMF=1/TMF所導出數值是Ms的函數，其單位為emu g-1，其中TMF是磁流體之有效弛緩時間(秒)。當相對於水之Ms由0增加至0.0015 emu g-1，ΓMF會由0增加至13.5 s-1，磁流體的及磁場不均質度都會造成質子核自旋至退相，及自旋自旋弛緩時間減少，弛緩時間T1之長度被研究(Liao S H et al.,Longitudinal relaxation time detection using a high-Tc superconductive quantum interference device magnetometer.J.Appl.Phys.102,033914,2007)，並且透過下列方程是估計在95 μT磁場中，24℃環境下T1為(2.11±0.04)s。
M(t)=So(1-e-tBp/T1),(5)
So是核磁共振飽和時強度；tBp是測量核磁共振之預極化時間，用相同的方法，測量核磁共振訊號，其為TBp函數，然後導出T1=140 ms時磁流體之Ms=0.0006 emu g-1，當磁流體之Ms從0增加到0.0006 emu g-1時，可觀察到T1有顯著的減少，T1減少可被歸因於磁場偶極-偶極力，因為鐵磁微粒之間隨機碰撞及載劑的分子引起之熱雜訊足夠影響引起波動。
圖16(a)及(b)分別顯示含有6.3毫升水圓柱狀容器及填滿了磁流體(0.3 emu g-1)之毛細管插入含水圓柱狀容器之中央的俯視圖與側面觀，該毛 細管之內徑為0.25公厘，外徑為0.36公厘，圖16(c)和(d)分別顯示核磁共振造影之影像及其傅立葉轉換，核磁共振造影影像中填滿了磁流體之毛細管的位置可觀察到對比影像，光亮的影像顯示訊雜比為20，而中央區域顯示訊雜比為16，傅立葉轉換在共振頻率顯示一個下降，50%下降相當於大約1公厘的空間解析度。
圖17(a)及(b)分別顯示芹菜切面及其經過50次平均的核磁共振造影照片，圖17(c)及(d)分別是芹菜注入0.2毫升(0.3 emu g-1)磁流體之切面及其對應核磁共振造影照片，缺少了磁流體就無法觀察到任何圖像對比，換句話說，在注入磁流體的地方，圖像對比清楚的被提升了。在中央區域核磁共振造影對比是受到磁化率的影響，在此區域質子核自旋的退相減少核磁共振之強度。
100‧‧‧核磁共振/核磁共振造影偵測系統
101‧‧‧偵測樣品核磁共振之裝置
110‧‧‧樣品
111‧‧‧磁通變換器
112‧‧‧超導容器
113‧‧‧超導量子干涉元件(SQUID)
114‧‧‧回饋線圈
115‧‧‧放大器
116‧‧‧鎖相(lock-in)偵測器
117‧‧‧振盪器
118‧‧‧積分器
119‧‧‧重整
120‧‧‧回授電阻
121‧‧‧濾器及放大器
122‧‧‧資料擷取
123‧‧‧電腦
124‧‧‧波產生器
125‧‧‧通用介面匯流排
126‧‧‧Bp電源
127‧‧‧B0電源
128‧‧‧電源
111-1，220‧‧‧擷取線圈(註：置於預極化線圈內)
131-1，221‧‧‧預極化線圈
111-2‧‧‧接收線圈
圖1、高溫超導量子干涉元件之核磁共振偵測裝置概要圖。
圖2、顯示(a)擷取線圈，(b)預極化線圈，(c)擷取線圈置入預極化線圈的照片。
圖3、(a)平面線圈系統，其由三組線圈組成(b)產生均勻磁場的線圈系統之照片。
圖4、用於核磁共振偵測的波序(a)量測磁場(b)持續一段時間(tBP)之預極化場(c)偵測核磁共振訊號為時間函數(d)偵測自由感應衰減(FID)及自旋回波訊號為時間函數。
圖5、(a)10 ml純水經一次射頻之核磁共振強度(b)傅立葉轉換核磁共振訊號，其中線寬為0.9 Hz。
圖6、(a)環狀玻璃容器盛裝10毫升的水；(b)其濾波後之核磁共振造影； (c)矩型的玻璃容器盛裝10毫升的水，及(d)其濾波後之核磁共振造影。
圖7、(a)兩個中空圓柱狀容器盛有9毫升水，兩者間隔3釐米；記錄MRI在磁場均勻度為(b)1×103及(c)5×103。
圖8、(a)用於核磁共振/核磁共振造影之測量波序；(b)兩個中空圓柱狀容器含有水，其中小的容器堆疊在大的容器上及(c)核磁共振訊號對應傅立葉轉換。
圖9、(a)用於核磁共振/核磁共振造影之測量波序；(b)大型圓柱狀容器之核磁共振造影濾波斷層成像圖及(c)傅立葉轉換(b)中影像。
圖10、(a)用於核磁共振/核磁共振造影之測量波序；(b)小型圓柱狀容器之核磁共振造影濾波斷層成像圖及(c)傅立葉轉換(b)中影像。
圖11、核磁共振造影斷層成像被重疊、紀錄及排列成三維MRI影像。
圖12、顯示(a)含水立方體容器堆疊在矩形容器之上之示意圖；(b)(a)之側面圖，其中虛線代表橫截面；(c)五個橫截面之核磁共振造影斷層成像及(d)五個核磁共振造影斷層成像斷層成像被重疊、紀錄及排列成三維核磁共振造影影像。
圖13、磷酸三甲酯在一次射頻後的核磁共振頻譜。
圖14、(a)水的核磁共振強度；具不同χ值磁流體核磁共振的強度分別為(b)0.0003,(c)0.0006,(d)0.0009,(e)0.0012，及(f)0.0015 emu g-1，及(g)顯示線寬與磁化率之相關性，正方形代表線寬，三角形代表核磁共振強度。
圖15、(a)弛緩T* 2及(b)磁流體的ΓMF是χ的函數(單位：emu g-1)。
圖16、含有磁流體之毛細管插入含水圓柱狀容器之中央(a)俯視圖；及(b)側面觀圖；(c)核磁共振造影之影像及(d)傅立葉轉換(c)圖結果。
圖17、(a)芹菜剖面圖照片；(b)芹菜剖面之核磁共振造影之影像；(c)芹菜剖面注入磁流體及(d)芹菜剖面注入磁流體後之MRI影像。
110‧‧‧樣品
111‧‧‧磁通變換器
112‧‧‧超導容器
113‧‧‧超導量子干涉元件
114‧‧‧回饋線圈
115‧‧‧放大器
116‧‧‧鎖相(lock-in)偵測器
117‧‧‧振盪器
118‧‧‧積分器
119‧‧‧重整
120‧‧‧回授電阻
121‧‧‧濾器及放大器
122‧‧‧資料擷取
123‧‧‧電腦
124‧‧‧波產生器
125‧‧‧通用介面匯流排
126‧‧‧Bp電源
127‧‧‧B0電源
128‧‧‧電源

Claims (6)

  1. 一種偵測樣品核磁共振之裝置，包含有：(a)一預極化線圈，可提供毫特斯拉之磁場以預極化該樣品中核自旋；(b)一個磁通變換器，用以產生該樣品之磁通信號，包含一擷取線圈及一接收線圈，其中該擷取線圈置入該預極化線圈內；及(c)一個用於偵測樣品核磁共振訊號之高溫超導量子干涉元件(SQUID)磁量儀，其中高溫超導量子干涉元件以及該接收線圈被安裝在一超導容器中，其遮蔽環境雜訊並使該超導量子干涉元件處於一穩定的操作環境。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中偵測磁場範圍介於200微特斯拉至1微特斯拉之間；預極化磁場範圍為10毫特斯拉或高於10毫特斯拉。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中超導容器是由Bi2Sr2Ca2Cu3Oy所組成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中高溫超導量子干涉元件的核磁共振磁量計是設置於電磁屏蔽室中。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其更包含透過偵測核磁共振訊號產生的影像執行該樣品之核磁共振造影之構件。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其更包含由核磁共振訊號獲得J-耦合資訊之構件。
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