用于人体肺部磁共振成像的超极化氙-129装置研究
发布时间：2020-08-12 00:37
【摘要】：作为呼吸系统里的重要器官,肺部主要有两种功能,即气-气交换和气-血交换,其对于人体生命健康的维持起着非常重要的作用。然而,可能由于环境污染等因素的影响,使得肺部疾病逐渐成为影响人类生命健康以及生活质量的显著问题。国家卫生部数据表明,在所有癌症种类中,目前肺癌的致死率为第一位。同时,其它肺部疾病,例如慢性阻塞性肺病(COPD)的发病率也非常高,且呈上升趋势。目前对于肺部的影像诊疗手段主要有胸透(X光)、计算机断层扫描(CT, Computer Tomography)、正电子发射X射线断层扫描技术(PET, Positron Emission Tomography)等。然而,这些传统影像学技术具有一定的局限性,或有放射性,或信噪比较低,并且不能全面获得肺部的功能信息,这极大的阻碍了对肺部重大疾病的早期发现、诊疗和评价。随着激光的发展,使得自旋交换光泵(SEOP,Spin-Exchange Optical Pumping)技术能产生大容量、超极化(即比传统热极化度高4-5个量级的原子核自旋极化度)的惰性气体,从而使得超极化惰性气体的磁共振成像(MRI, Magnetic Resonance Imaging)成为可能,因此能为肺部疾病的诊断提供一种全新的、无放射性、高灵敏度的影像学技术。众所周知,肺部多为空腔组织,致使传统的基于热极化质子的磁共振成像无法获得肺部通气和交换的相关信息。利用超极化惰性气体作为一种高极化度的气体造影剂,结合磁共振成像技术可以实现肺部的通气成像和气体交换等成像。本论文主要研究用于人体肺部磁共振成像的超极化氙-129装置。文中首先介绍了自旋交换光泵的基本物理知识,从理论上研究了碱金属光泵以及自旋交换碰撞的基本物理原理以及影响制约参数。在研制了一套超极化氙-129装置的基础上,实验研究了自旋交换光泵过程中的激光加热效应,并基于此设计了一种新型级联光泵泡以及光泵泡分区控温装置。研究了超极化氙-129的固态弛豫机制,并基于此设计制作了螺旋收集冷阱及其保护磁体,使得超极化后的氙-129极化度在累加收集和升华过程中得到最大程度的保护和恢复。最后通过低场(20 G)核磁共振谱仪对搭建的连续流动模式的超极化氙-129装置进行了工作参数优化,主要包括泡体工作温度优化、气体压力以及流量对超极化氙-129极化度的影响、激光工作波长与超极化氙-129的关系等。与热极化氙-129相比,在优化工作参数的条件下,累积／升华后的超极化氙-129核磁共振信号增强大于50000倍。并获得人体肺部及选层的超极化气体氙-129磁共振成像。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R56;O482.532
【图文】：
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本文编号：2789779
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R56;O482.532
【图文】：
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本文编号：2789779
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