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研究生: 王竣民
論文名稱: 使用磁鐵開發核磁共振系統
The Development of Nuclear Magnetic Resonance System by Using Permanent Magnet
指導教授: 楊鴻昌
Yang, Hong-Chang
洪姮娥
Horng, Herng-Er
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 光電工程研究所
Graduate Institute of Electro-Optical Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 72
中文關鍵詞: 核磁共振磁鐵自旋迴訊
論文種類: 學術論文
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  • 我們設計以永久磁鐵為靜磁場B0的NMR核磁共振系統,在比較高的磁場(0.36 Tesla) 及較高的頻率(15.41 MHz)下量測自旋迴訊(spin-echo) 並計算出T2時間。由於磁鐵體積小磁場強,比以往的線圈節省空間。
    本實驗架設源自於Pulsed NMR與Chip-NMR系統架構,系統架構包含永久磁鐵、功率放大器、脈波產生器、晶體震盪器、前級放大器、Pulse線圈、接收線圈、混頻器等。樣品體積為120µl,量測硫酸銅水溶液,不同濃度的磁性粒子,此外我們將Anti-CRP之抗體與奈米磁性粒子結合,形成一具有磁性生物標記的磁性試劑,再利用
    spin -echo之量測結果觀察不同樣品T2的變化,期望此方法有機會運用在臨床醫學上。
    未來更希望可以改進磁場均勻度,及製作屏蔽架構,期望可以使訊號品質更好。

    摘要 1 謝誌 2 目錄 3 第二章 實驗原理 12 2-1核磁共振原理 12 2-2 縱向鬆弛與橫向鬆弛 19 2-3 自由感應衰減 22 2-4 自旋迴訊(SPIN - ECHO) 24 2-4.1 自旋迴訊的由來 24 2-4.2 自旋迴訊的訊號強度 27 2-5 磁性標記免疫檢測原理 28 2-6 C-反應蛋白(C-REACTIVE PROTEIN,CRP) 29 2-6.1 C-反應蛋白(C-reactive Protein,CRP)簡介 29 2-6.2 檢測之CRP試劑 32 第三章 實驗架構 33 3-1 系統架構與實驗流程 33 3-2 靜磁場設計 35 3-2.1永久磁鐵的選擇 35 3-3功率放大器 41 在我們的系統中使用功率放大器是為了提高PULSE的功率,使PULSE線圈提供的PULSE強度增加。 42 3-4混頻器(MIXER) 43 第四章 實驗結果與數據討論 49 4-1 頻率調整 49 4-3 硫酸銅水溶液之量測 52 4-4.1 0.1 emu/g 磁流體的自旋迴訊 53 4-4.4 0.025 emu/g 的磁流體的自旋迴訊 57 4-4.5 0.01 emu/g 的磁流體的自旋迴訊 58 4-5.2 CRP濃度為5ppm之T2隨時間變化之量測 62 4-5.3 CRP濃度為2.5ppm之T2隨時間變化之量測 63 4-5.4 CRP濃度為1ppm之T2隨時間變化之量測 64 4-5.5 CRP濃度為0.5ppm之T2隨時間變化之量測 65 4-5.6 CRP濃度為0.1ppm之T2隨時間變化之量測 66 4-5.7 CRP濃度為0.05ppm之T2隨時間變化之量測 67 4-5.8 不同濃度CRP之T2隨時間變化之比較 68 第五章 結論 69 參考文獻 70 圖目錄 圖 2.1 (a)沒有外加磁場下原子核磁矩指向任意方向 (b) 給予一外加磁場B0時磁矩成平行及反平行方向排列。 16 圖2.2 開啟主磁場後,自旋量子數I =1/2之原子核系統的Zeeman effect,其能量差為ΔE。 17 圖 2.3 由Boltzmann分布得知自旋向上之低能量磁矩μ分布居量較多,所以氫原子核磁矩會順著主磁場B0方向進動。 17 圖 2.4 給一RF脈衝B1後,淨磁矩開始偏移。 18 圖 2.5 (a)鬆弛過程中Mz對於時間做圖 (b)空間中Mz變化示意圖。 21 圖 2.6 (a)鬆弛過程中Mxy對於時間做圖 (b)空間中Mxy變化示意圖。 21 圖 2.7 置入一接收線圈來感應x-y平面上的淨磁矩變化。 22 圖 2.8 接收線圈所得到的自由感應衰減(FID)訊號。 23 圖 2.9 核磁共振實驗所量測到之FID訊號,經由傅立葉轉換之核振頻譜訊號。 23 圖2.10 自旋迴訊的模擬範例。圖左側為自由感應衰減,向右經過一些時間後出現自旋迴訊,並在迴訊時間(TE)達到最高峰 27 圖 3.1 核磁共振系統之實驗流程概要 34 圖3.2 磁鐵的擺放與磁場的極性和方向 37 圖3.3塑鋼板A設計圖 39 圖3.4塑鋼板B設計圖 (a)正面 (b)側面 39 圖3.5塑鋼板B設計圖背面 40 圖3.6磁鐵與塑鋼板組合圖 40 圖3.7 二極體元件電壓與電流非線性關係 43 圖3.8 電阻式主動元件混頻器基本架構圖 48 圖4.1 輸出訊號的波形為頻率0的訊號 49 圖4.2 輸出訊號有震盪產生 50 圖4.3 產生自旋迴訊所需之pulse時間條件 51 圖4.4 硫酸銅水溶液的自旋迴訊磁共振訊號 52 圖4.5 0.1 emu/g的磁流體的自旋迴訊磁共振訊號 54 圖4.6 0.075 emu/g的磁流體的自旋迴訊磁共振訊號 55 圖4.8 0.05 emu/g的磁流體的自旋迴訊磁共振訊號 57 圖4.10 不同濃度磁流體與T2的關係 59 圖4.11 不同濃度磁流體與T2-1的關係 59 圖4.12 CRP濃度為10ppm之T2隨時間變化圖 61 圖4.13 CRP濃度為5ppm之T2隨時間變化圖 62 圖4.14 CRP濃度為2.5ppm之T2隨時間變化圖 63 圖4.15 CRP濃度為1ppm之T2隨時間變化圖 64 圖4.16 CRP濃度為0.5ppm之T2隨時間變化圖 65 圖4.17 CRP濃度為0.1ppm之T2隨時間變化圖 66 圖4.18 CRP濃度為0.05ppm之T2隨時間變化圖 67 圖4.19 不同濃度CRP之T2隨時間之變化 68 圖4.20 不同濃度CRP在實驗時間內之變化量 68 表目錄 表1.1 1H, 13C, 19F, 31P等原子核的旋磁比值 16 表3.1 混頻器輸出頻率成分 46

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