低场核磁共振短死时间射频线圈与射频开关的设计

本文以核磁共振（NMR）射频线圈振铃信号产生原理为对象进行分析研究,提出了一种适用于低场环境下由环状间隙腔线圈与螺线管线圈构成的收发分离式短死时间射频线圈设计方案,采用优化调谐匹配网络提高发射效率;根据射频线圈方案需求设计了快速切换的射频开关及驱动．在此基础上依据仿真结果制作了短死时间射频线圈,并应用于自主研制的低场9.51 MHz便携式NMR谱仪系统,进行NMR实验,结果显示可将收发切换时间缩短至10 μs以内,验证了该设计方案的可行性．     

MRI梯度预加重模块的分时复用设计

为获得更优的成像质量和更快的成像速度,磁共振成像（MRI）系统的梯度预加重模块需要具有更多的补偿通道和调节参数,常规预加重模块的设计方案使现场可编程门阵列（FPGA）面临巨大的资源消耗.为解决高性能梯度预加重模块的资源消耗大的问题,本文提出了一种基于分时复用技术的梯度预加重实现方案,以常规方案1/44的资源实现了11通道×4组参数的梯度预加重模块.将该模块用于0.35 T MRI系统,测试了补偿前后的涡流曲线和磁共振图像,结果表明该模块有效降低了系统的涡流,减小了磁共振图像中的涡流伪影.     

超导磁体低温液位监测单元的设计与实现

介绍了一种应用于超导磁体的低温液位监测单元的设计与实现.设计了压控电流源电路和电压-频率转换电路用于液氦的液位测量,并设计了电容-频率转换电路用于液氮的液位测量;设计了以STM32微控制器为核心的数字电路,用于压控电流源的控制、频率信号的处理和液位监测数据的数字化显示;同时通过CAN总线把液位的监测数据自动发送至上位机,完成液位监测单元的远程控制.测试结果证明了该设计的可行性.     

DNP-EPR多功能谱仪中微波桥的设计与实现

在自主研制的动态核极化（Dynamic Nuclear Polarization,DNP）分子影像装置的基础上,提出了一种集DNP和电子顺磁共振（Electron Paramagnetic Resonance,EPR）于一体的多功能谱仪,并对其中的关键部件之一--微波桥进行了设计.微波桥的引入,实现了DNP微波发射机的集成化,以及在DNP谱仪基础上的EPR功能扩展.通过结构设计、电路仿真及系统测试,完成了高频谱纯度、高动态范围的微波发射机以及低噪声系数的微波检测系统的设计与制作.并通过DNP增强实验以及连续波EPR实验对微波桥的性能进行了验证.     

DITFB/4-OH-TEMPO体系中卤键作用的19F DNP研究

卤键与氢键相似,是实现分子与分子非共价键连接的作用之一,其广泛地应用于工程材料和生命化学等领域．有关卤键相互作用的动态核极化（DNP）研究还未见报道．本文利用连续波-电子顺磁共振（CW-EPR）谱仪及自主研制的DNP实验平台对存在卤键相互作用的体系——1,4-二碘四氟苯（DITFB）/4-羟基-2,2,6,6-四甲基吡啶-1-氧自由基（4-OH-TEMPO）进行¹⁹F DNP研究,并与无卤键作用对照组——六氟苯（PFB）/4-OH-TEMPO的¹⁹F DNP增强效果进行了比较．结果发现,DITFB/4-OH-TEMPO较PFB/4-OH-TEMPO具有更窄的EPR线宽和更大的¹⁹F DNP增强．这表明自由基与DITFB卤键作用削弱了自由基之间的电子自旋-自旋相互作用,从而使自由基横向弛豫时间（T_2e）增加、线宽变窄,导致DNP饱和因子和增强倍数变大．因此,可以通过卤键调控自由基电子自旋相互作用,以改善核的DNP增强效果．     

魔角旋转固体核磁共振探头中转子的研制

转子作为魔角旋转（MAS）探头一个至关重要的部件,是固体样品高速旋转的载体,被广泛应用于各种固体核磁共振（NMR）实验.但国内关于MAS转子的研究极少,以至其长期被国外市场垄断.本文通过对MAS转子的深入研究,设计了常规的4 mm MAS转子;并对MAS转子进行了流固耦合仿真,分析其应力应变大小;同时进行了模态仿真,确定了MAS转子的各阶振型及临界转速;最后制作了转子,进行了转速测试和固体NMR实验.结果表明,本文设计和制作的转子能在14 kHz转速下正常运行,并在4 kHz及12.5 kHz转速下采集了金刚烷标样的¹H NMR信号,结果表明该转子能满足常规固体NMR实验的需求.     

NMR永磁体精密温度控制器的设计与实现

低场核磁共振（low-field NMR）谱仪常采用钕铁硼（NdFeB）永磁体提供静磁场.NdFeB对温度非常敏感，磁体温度变化会引起磁场漂移，影响NMR实验的可靠性.为提高低场磁共振谱仪的稳定性，本文提出了一种基于双回路控制算法的磁共振永磁体精密温度控制方案，并在0.06 T磁共振谱仪上进行验证.结果表明：24 h内控温精度达到±0.005℃；相比无温控时，质子共振频率0.5 h内漂移量由255 Hz减小至15 Hz，24 h内漂移量由4 950 Hz减小至145 Hz，有效提高了低场磁共振谱仪永磁体的稳定性.     

1H/31P双核并行磁共振成像线圈的研究与设计

本文通过对鸟笼线圈原理和阵列线圈去耦原理的分析，提出了一种适用于自主研发的多核并行磁共振成像（MRI）系统的双核并行成像线圈设计方案，并在电感去耦的基础上提出LC并联trap去耦法，提高了去耦方法的可适性．依据设计方案制作了¹H/³¹P双核并行成像线圈，并将其应用于4.7 T磁体系统，利用自主研发的多核并行MRI系统进行了并行成像实验测试，成功获得了¹H和³¹P的并行磁共振图像，验证了设计方案的可行性．