微納尺度核磁共振技術(shù)與系統(tǒng)

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第1章 小型便攜式核磁共振磁體 1
1.1 引言 1
1.2 緊湊型永磁體 3
1.2.1 永磁體類型 3
1.2.2 雜散磁場(chǎng)磁體 4
1.2.3 中心場(chǎng)磁體 8
1.3 磁體的發(fā)展 10
1.3.1 永磁材料 10
1.3.2 磁鐵結(jié)構(gòu)和被動(dòng)勻場(chǎng) 10
1.3.3 緊湊型核磁共振中心場(chǎng)磁體簡(jiǎn)介 10
1.3.4 被動(dòng)勻場(chǎng)策略 12
1.3.5 緊湊型核磁共振磁體勻場(chǎng)線圈 13
1.4 小結(jié) 14
參考文獻(xiàn) 15
第2章 磁共振探測(cè)器的緊湊型建模技術(shù) 20
2.1 引言 20
2.2 基于模型降階的EPR諧振器快速仿真 21
2.2.1 離散麥克斯韋方程 21
2.2.2 模型降階 28
2.2.3 結(jié)構(gòu)保持的模型降階 33
2.2.4 平面線圈EPR諧振器 34
2.3 基于參數(shù)模型降階的磁共振微傳感器系統(tǒng)級(jí)仿真 38
2.3.1 模型描述 39
2.3.2 參數(shù)模型降階 42
2.3.3 緊湊型模型仿真結(jié)果 45
2.3.4 聯(lián)合仿真裝置電路 47
2.4 結(jié)論與展望 53
參考文獻(xiàn) 54
第3章 磁共振微陣列和微電子 57
3.1 引言 57
3.2 磁共振微陣列 58
3.2.1 理論背景 58
3.2.2 MR陣列制造的微技術(shù) 59
3.3 集成電路 61
3.4 CMOS頻分多路復(fù)用器 61
3.4.1 低噪聲放大器 62
3.4.2 混頻器 63
3.4.3 帶通濾波器 64
3.4.4 測(cè)量 65
3.5 總結(jié) 67
參考文獻(xiàn) 67
第4章 微磁共振波導(dǎo) 71
4.1 引言 71
4.2 波導(dǎo)：理論基礎(chǔ) 73
4.2.1 電磁波傳播模式 73
4.2.2 特性阻抗和傳輸特性 74
4.2.3 TEM波模式理論 75
4.2.4 TEM模式的建模 75
4.2.5 平面TEM傳輸線中的磁場(chǎng) 78
4.2.6 傳輸線探測(cè)器和諧振器 78
4.3 設(shè)計(jì)和應(yīng)用 79
4.3.1 磁共振成像中的微帶NMR探頭 79
4.3.2 微流體NMR 82
4.3.3 平面探測(cè)器 82
4.3.4 微帶探測(cè)器 83
4.3.5 非諧振探測(cè)器 85
4.3.6 帶狀線探測(cè)器 86
4.3.7 平行板傳輸線 89
4.3.8 在固體物理學(xué)中的應(yīng)用 90
4.3.9 動(dòng)態(tài)核極化波導(dǎo) 91
參考文獻(xiàn) 92
第5章 微型磁共振探測(cè)器的創(chuàng)新線圈制造技術(shù) 101
5.1 引線鍵合——一種使MR探測(cè)器小型化的新方法 101
5.2 用于魔角旋轉(zhuǎn)的微線圈插件 105
5.2.1 魔角線圈旋轉(zhuǎn)(MACS)技術(shù) 106
5.2.2 電感耦合成本 107
5.2.3 NMR實(shí)驗(yàn)證明MACS技術(shù)提高了靈敏度 108
5.2.4 微型MACS插件 109
5.2.5 雙諧振MACS插件 112
5.3 微型亥姆霍茲線圈對(duì)113
5.3.1 磁共振亥姆霍茲線圈 113
5.3.2 空間磁場(chǎng)分布 114
5.3.3 微型亥姆霍茲對(duì)的微加工 115
5.4 高填充因子微線圈 118
5.4.1 引言 118
5.4.2 制造 119
5.4.3 結(jié)果 120
5.5 使用油墨制造線圈 121
參考文獻(xiàn) 125
第6章 基于集成電路和集成電路輔助的μNMR探測(cè)器 131
6.1 技術(shù)考慮因素和設(shè)備模型 131
6.1.1 互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù) 131
6.1.2 雙極互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù) 135
6.2 核磁共振應(yīng)用的單片收發(fā)器電子器件 138
6.2.1 μNMR應(yīng)用的*佳集成射頻前端 138
6.2.2 CMOS和BiCMOS核磁共振接收機(jī)的設(shè)計(jì) 142
6.2.3 用于信噪比優(yōu)化的探測(cè)線圈和LNA的聯(lián)合設(shè)計(jì) 152
6.3 基于IC和IC輔助的μNMR*新技術(shù)概述 153
6.3.1 便攜式NMR系統(tǒng) 153
6.3.2 NMR光譜系統(tǒng) 154
6.3.3 NMR成像和顯微系統(tǒng) 155
6.3.4 血管內(nèi)NMR系統(tǒng) 157
6.4 總結(jié)與結(jié)論 158
參考文獻(xiàn) 158
第7章 微尺度磁共振流動(dòng)成像 162
7.1 引言.162
7.2 流動(dòng)成像方法 162
7.2.1 時(shí)間飛躍法 162
7.2.2 相位對(duì)比 164
7.2.3 平均流量 165
7.2.4 局限因素 165
7.3 顯微流動(dòng)成像的應(yīng)用168
7.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置 168
7.3.2 動(dòng)脈瘤模型中液體交換的表征 169
7.3.3 恒定流量下的相位對(duì)比測(cè)量 171
7.3.4 脈動(dòng)流 174
7.4 討論.176
致謝 177
參考文獻(xiàn) 177
第8章 核磁共振顯微鏡的高效脈沖序列 179
8.1 引言 179
8.2 空間編碼 180
8.2.1 k空間 180
8.2.2 切片選擇 184
8.3 對(duì)比機(jī)制 186
8.3.1 T1弛豫 186
8.3.2 T2弛豫 187
8.3.3 T2衰減 187
8.4 基本脈沖序列 191
8.4.1 概述 191
8.4.2 自旋回波序列 192
8.4.3 梯度回波成像 194
8.4.4 超短TE 200
8.5 特殊對(duì)比 201
8.5.1 擴(kuò)散 202
8.5.2 流動(dòng) 208
8.5.3 磁敏感映射和QSM 209
參考文獻(xiàn) 211
第9章 用于磁共振內(nèi)窺成像的薄膜導(dǎo)管接收器 216
9.1 引言 216
9.2 導(dǎo)管接收器 216
9.2.1 內(nèi)窺成像 216
9.2.2 導(dǎo)管接收器設(shè)計(jì) 217
9.2.3 長(zhǎng)環(huán)路接收器 218
9.2.4 調(diào)諧和匹配 219
9.2.5 B1 場(chǎng)解耦 220
9.2.6 電場(chǎng)解耦 221
9.3 薄膜導(dǎo)管接收器 223
9.3.1 薄膜線圈 223
9.3.2 薄膜互連 224
9.3.3 MR安全薄膜互連 225
9.4 薄膜器件制造 227
9.4.1 設(shè)計(jì)與建模 227
9.4.2 材料和制造 227
9.4.3 機(jī)械性能 229
9.4.4 電氣性能 230
9.5 磁共振成像 232
9.5.1 共振探測(cè)器成像 233
9.5.2 EBG探測(cè)器成像 234
9.5.3 MI探測(cè)器成像 235
9.6 結(jié)論.236
致謝 236
參考文獻(xiàn) 236
第10章 寬帶多核檢測(cè)微線圈 242
10.1 引言 242
10.1.1 NMR微線圈 243
10.1.2 寬帶NMR微線圈 244
10.2 基于微線圈的寬帶NMR探頭 245
10.2.1 寬帶線圈、芯片和探頭設(shè)置 245
10.2.2 非調(diào)諧寬帶平面收發(fā)器線圈NMR數(shù)據(jù) 246
10.2.3 寬帶NMR產(chǎn)生的問題 249
10.3 工程師對(duì)問題的解答 249
10.3.1 概述 249
10.3.2 線圈 250
10.3.3 阻抗匹配和前端電子學(xué) 253
10.3.4 問題解答 261
10.3.5 尚未解決的波譜電子學(xué)問題 263
10.4 結(jié)論和展望.263
致謝 264
參考文獻(xiàn) 264
第11章 微尺度超極化 271
11.1 引言 271
11.2 理論 274
11.2.1 動(dòng)態(tài)核極化 274
11.2.2 仲氫誘導(dǎo)超極化 277
11.2.3 光泵浦的自旋交換 282
11.3 微觀技術(shù)方法 286
11.3.1 DNP 286
11.3.2 PHIP 296
11.3.3 用于核超極化的微SEOP 304
11.4 結(jié)論 307
參考文獻(xiàn) 308
第12章 小容量核磁共振聯(lián)用技術(shù) 323
12.1 常見聯(lián)用模式簡(jiǎn)介 323
12.2 用于小容量聯(lián)用技術(shù)的射頻線圈類型 324
12.3 壓力驅(qū)動(dòng)微分離——核磁共振聯(lián)用技術(shù) 326
12.3.1 毛細(xì)管高壓液相色譜 326
12.3.2 毛細(xì)管氣相色譜 328
12.4 電驅(qū)動(dòng)微分離 328
12.4.1 毛細(xì)管電泳核磁共振(CE-NMR) 328
12.4.2 毛細(xì)管等速電泳核磁共振 330
12.5 微樣品與微線圈探測(cè)的脫機(jī)聯(lián)用 332
12.6 原位生物系統(tǒng)的連續(xù)監(jiān)測(cè) 336
12.7 微流控混合及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究 338
12.8 流動(dòng)池和微流道的流動(dòng)特性研究 338
12.9 結(jié)論 340
參考文獻(xiàn) 340
第13章 力探測(cè)核磁共振 348
13.1 引言 348
13.2 背景 348
13.3 原理 350
13.4 力探測(cè)與感應(yīng)探測(cè) 351
13.5 早期力探測(cè)磁共振 353
13.6 單電子磁共振力顯微鏡 356
13.7 納米MRI與核自旋 357
13.7.1 微結(jié)構(gòu)元件的改進(jìn) 357
13.7.2 分辨率大于100nm的MRI 358
13.7.3 病毒粒子的納米級(jí)MRI 359
13.7.4 有機(jī)納米層成像 362
13.8 幾個(gè)改進(jìn)方向 364
13.8.1 磁場(chǎng)梯度 364
13.8.2 機(jī)械傳感器 366
13.8.3 測(cè)量方法 371
13.8.4 納米核磁共振與納米線力傳感器 374
13.9 與其他技術(shù)的比較 377
13.10 展望 379
13.11 結(jié)論 381
參考文獻(xiàn) 381