MRM 微可可性能校准和使用在 22 T 的 Medicago 特伦卡图拉根上演示

注：本协议描述了使用和评估1.5毫米内径（ID）电磁线圈线圈特性的程序（图1）。用于演示协议的线圈位于易感性匹配储液罐中，但该协议同样适用于不匹配的线圈。该协议可以适应其他尺寸和不同的光谱仪设置。 1. 参考样品制备 要准备 100 mL 的灵敏度参考溶液，请将 156.4 mg 的 CuSO4 = 5 H2O 溶解到 100 mL GL45 烧瓶中包含在的 80 mL D2O 中。硫酸铜可缩短 T 1 和 T2 松弛时间，从而加快测量速度，而 D2O 可防止辐射阻尼和饱和效应。手动搅拌，直到固体完全溶解。 使用去维水将体积调整为 100 mL，最终浓度为 1 g/L CuSO4（无水，6.3 mM）。这种浓度足以缩短T1和T2的松弛，但不是太高，受降水的影响。密封参考样品以防止改变 H2 O：D2O 的比率。 可选地，将探头连接到网络分析仪，以测试线圈是否以所需的谐振频率产生谐振。执行 S11 反射测试，以测量通过调优和 Q 因子测量实现的频率范围，Haase 等人14. 详细描述。使用共轴电缆将微可可连接到网络分析仪。如有必要，请使用 BNC 适配器电缆。 根据线圈设计的预期磁场强度，将网络分析仪的中心频率设置为所需的共振频率。接下来，将扫描宽度设置为 10 MHz。调整微可可组件上的可变电容器（如果存在）以微调反射浸入到所需频率。 记录中心频率的反射水平，记录-7 dB 电平的频率f1 和f2。根据 Haase 等人14，使用这些方法计算 -7 dB 级别的 Q 因子 2. 样品制备 如果准备用于线圈校准的参考样品，请将 1 mL 的 CuSO4 溶液转移到立体显微镜下的手表玻璃盘上。 如果制备生物样品，将 1 mL 的全氟二甲酸素 （PFD） 转移到立体显微镜下的手表玻璃中，用于将样品淹没。PFD用于在无需进入生物细胞的情况下填充试样中的空气空间。质子 MRI 也无法观察到。在需要 PFD 之前，请立即用 Petri 盘盖盖住手表玻璃，以防止蒸发损失。注：PFD是高度挥发性，是一种强大的长期温室气体21。当其溶解氧特性和低粘度不是必需的，它可以被Fomblin，一个全氟，也提供不明显的1H信号，但它不会蒸发得快17。 将适合外径的毛细管切成大小，以适合微可可架（18 mm）的直径，并允许重新定位（图1C）。使用陶瓷切割机每 10-12 mm 进行一次切口，并在切口点上小心地断裂。 如果准备参考样品，请使用钳子和立体显微镜使预切割毛细管与手表玻璃内的 CuSO4 溶液表面接触，使毛细管动作充满毛细管。 如果制备生物样品，请使用钳子和立体显微镜，使预切毛细管与手表玻璃内的 PFD 表面接触，使毛细管动作完全充满毛细管。将毛细管释放到手表玻璃中，使其完全淹没。 小心地从生长基质中提取一个五周大的整个根系，如土壤替代。仔细清洁根部样品。使用钳子去除较大的土壤颗粒，如果存在较小的颗粒，则使用蒸馏水清洗根系来清除它们。照片，如果需要供将来参考。使用手术刀选择并切除一小块纤维根，没有rhizosheath。 对于真空处理，将样品放入含有合适固定溶液的 1.5 mL 管中。关闭管盖，然后用副膜密封管，以密封管的开口。然后，用锋利的工具打孔在薄膜上，以便通风管。 将样品管放在真空室中，密封吸管，然后将实验室膜真空泵连接到真空室。对样品进行真空处理长达30分钟，以减少生物样品中气囊的存在。当未看到气泡从样品中逸出时，停止真空处理。 通过立体显微镜查看时，使用钳子将样品淹没在之前准备的渗透介质中。清洗潜在碎屑的样品。 使用钳子将样品插入毛细管，而毛细管和样品均完全浸入水中，以避免气泡。使用较小的毛细管或注射器针尖作为推杆（图2B）。 使用钳子从中型手表玻璃中拿样品毛细管。在 PFD 的情况下，盖上培养皿盖。 将纸巾塑造成细点，并用它来从毛细管的两端去除大约 1 毫米的液体。 使用蜡笔融化少量毛细管蜡。在两侧涂抹蜡。蜡凝固时会变不透明。注意从毛细管中排除气泡（图2C）。注：避免蜡或毛细管过热，因为当成品样品冷却时，这可能会导致爆炸性沸腾和气穴口袋。 之后，用手术刀从毛细管外部刮掉多余的蜡，然后用细纸巾擦拭干净。 3. 安装样品 在立体显微镜下面放置一个微可可，并使用钳子插入样品，同时保持微可可稳定（图2D）。 使用杆将样品居中，将毛细管滑入电磁线圈内。 可选地，应用胶带固定毛细管的位置。 检查毛细管，确保电磁线圈内无气泡，避免由于易感性差异而造成 MR 信号破坏。 将微可可连接到探针底座的插座，同时保持微可可直立（图 3A，3B）。 小心地将三轴梯度线圈滑过微线圈，同时将梯度的水冷连接器与探针基座的冷却接头匹配（图 3C）。转动探针底座上的螺钉螺纹以将梯度固定到位。注：此步骤仅适用于 Micro5 探头。对于其他系统（如 Micro2.5 或 Biospect），梯度在单独的插座上，而不是线圈。 4. 确定线圈特性 如果首次测试线圈，请使用参考样品溶液创建均匀样品，这可用于功率校准 和 B1 均匀性测试。使用此参考样品可以轻松测试线圈导线导致的潜在易感性问题。 将探头插入磁铁并连接必要的电缆：RF 传输/接收电缆、水冷却线、热电偶电缆和空气冷却线。 为水冷装置设置所需的水冷温度（建议为 298 K）。 设置目标温度 （298 K） 和目标气流 （300 L/h）。对于不同的线圈设计或样品体积，气体流量可能不同。这仅适用于具有温度控制系统的系统。注：只有在测试新型（家庭制造）线圈时，才需要执行以下步骤。 使用 50 英寸共轴 Ω电缆将探头连接到具有适当宽扫描宽度 （400 MHz） 的网络分析仪，该扫描宽度以预期谐振频率为中心。 通过调整探头底座中的可变匹配和调谐电容器来观察谐振模式。 调整谐振模式并匹配到所需频率。 可选地，确定网络分析仪上的线圈质量系数（Q 因子）。获得质量因子的一个方法是使用耦合网络，将中心频率（fc）除以-7 dB的反射浸入宽度（即，Q = fc/（f 1 – f2）14。将fc设置为磁体的操作频率，而f1和f2分别设置为 f c的左和右 -7 dB 点。某些网络分析器内置 Q 因子确定功能。 在扫描仪上启动反射测试（通常称为摆动曲线），并根据需要调整调谐和匹配。建议将任何调谐和匹配电容器设置为新线圈范围的中点。因此，从高光谱扫描宽度开始。在某些情况下，在网络分析仪上调整和匹配磁体外的线圈可能更方便。 如果成像探头的最大体积线圈可用，请选择其填充文件。如果从以前使用的线圈开始，请使用可用的填充文件。如果两个选项都不可用，请从设置为 0 的所有填充值开始。 如果微型线圈在成像软件（即 ParaVision）中可用，请选择其正确的线圈 配置。否则，请根据系统手册创建与线圈规格相匹配的新线圈配置（例如，单调或双调）。本研究中使用的这种电磁阀微胶的安全限值为 1 W 峰值功率和 1 mW 连续功率时 1 ms。注意：微科机所需的小电容器（通常为 1 mm 尺寸）高度敏感，容易被高压损坏。自动脉冲功率测定可能无法与非标准线圈一起工作，过高的功率可能会损坏线圈或光谱仪的其他部件。因此，建议进行手动调整。 记录新线圈的螺母曲线，以获得线圈正确射频功率的指示（图4）。如果线圈的安全限值未知，请从 0.6 W 的低脉冲功率下 10 μs 开始，然后一次缓慢地将脉冲长度增加 1 μs，直到信号出现。 在没有梯度编码的情况下使用 FID 实验，在保持脉冲功率恒定的同时系统地更改 RF 脉冲长度。理想的脉冲长度是脉冲长度，其中信号强度达到最大值。如果测试新线圈，首先使用功率极低的 10 μs 脉冲，然后开始逐渐增加脉冲功率。注：如果线圈特性和光谱仪的组合功率远高于预期，这已经表明选择了错误的振振模式。 对于具有均匀 B1场的线圈（如电磁线圈），确定信号强度降至零22的 180° 脉冲。 将确定的 90° 脉冲功率设置为创建的学习器的调整卡。在 ParaVision 中，参考功率调节卡可用于输入硬脉冲功率。 使用具有 3 个切片的定位器扫描，三个主轴中每个切片中各一个切片，以定位线圈在磁铁中的位置。为此，请从光谱仪的默认库加载本地化器扫描。建议从没有偏移的大视场开始。执行自动接收器增益调整并手动启动测量。注：如果样本正好位于梯度系统的中心，则本地化器扫描将显示样本。如果线圈或样品不在图像切片中居中或缺失，则需要调整本地化扫描，在这种情况下，需要再次执行步骤 4.12。 或者，使用补充方法根据图像评估查找正确的 90° 脉冲。使用螺母曲线找到近似脉冲功率后，逐渐调整脉冲功率，以检查图像是否为 B1场均匀性。对于一些具有不均匀 B1 场的线圈，使用螺母曲线确定的 90° 脉冲功率可能过高，从而导致线圈所需甜点过度跳动。在这种情况下，请降低参考脉冲功率，并针对以前的图像检查新图像（图 5）。 根据 FID 信号手动填充磁场。建议的初始起静顺序为 Z-Z2-Z-X-Y-Z-XY-XZ-YZ-Z。在电磁阀的情况下，主对称轴位于 XY 平面中。因此，不同方向的施舍可能会导致此线圈配置的 B 0均匀性更强校正。高阶什马次没有影响，可能会被忽略。 计算一个体积规范化的SNR，以便根据制造商的协议18来比较不同系统的微可可特性。对于此处使用的微可可，我们使用了具有以下参数的自旋回波序列：视场 （FOV） 6 mm x 6 mm、重复时间 （TR） 1000 ms、回显时间 （TE） 7 ms、矩阵 256 x 256 和切片厚度 = 0.5 mm。调整切片厚度，直到接收器增益为单一。接下来，调整切片数，使切片超出 B1场均性区域。如果可能，在没有信号平均值的情况下记录图像。 通过两个步骤确定体积规范化 SNR （SNR/mm3）。首先，计算体美图体积（V体美音）（Eq.1）：(1)注：Dx、D y和D切片的单位以毫米为单位。同样，也可以对一系列切片执行此计算。 选择感兴趣的区域以确定样本的信号强度（μROI）以及样本外部区域（即噪声）的信号强度（μ噪声） 和标准差（σ噪声）。平均信号取自图像中心，而噪声信号则从角面片计算（图6）。光谱仪控制软件或通用图像处理软件可用于这些计算。如果可能，使用单个重复，以保持不同线圈之间的可比性。 使用值计算卷规范化 SNR（Eq.2）：(2)对于此处与参考解决方案结合使用的线圈，使用 Eq.2 可产生以下解决方案：(3)注：在比较不同磁场强度的线圈SNR时，除非使用很长的重复时间和非常短的回波时间，否则需要测量幻象的松弛特性23。 检查磁场不同源性导致的易感性问题：加载并运行多个梯度回波 （MGE） 序列（图 7）。由于易感性差异导致的磁场不同质性在回波时间较长的图像中可见，因为梯度回波不会重新聚焦旋转，而由于静态场的不同源性，该旋转会去相。这样，样品中的不霍米可以可视化（由于样品中的空气空间），以及线圈材料引入的B0 场不自在。使用以下参数，根据使用的光谱仪和线圈的规格进行调整：TR 200 ms，TE 3.5 ms，48 个回波相隔 3.5 ms，翻转角度 30 度。矩阵大小 128 x 128。注：如果在谐振（摆动）曲线中观察到多个（潜在）谐振模式或反射凹跌，则对每个谐振模式重复上述步骤以确定最敏感的模式。根据微可可，微可可组件的不同部分可能容易产生意外的共振模式。 5. 高分辨率成像 运行具有以下参数的 3D-FLASH 实验：TR 70 ms、TE 2.5 ms、矩阵大小 128 x 64 x 64、FOV 1.6 x 0.8 x 0.8 mm、翻转角度 30°和接收器带宽 50 kHz。 从先前确定的参考脉冲功率中获取脉冲功率;这是自动在大多数成像软件。使用自动调整确定接收器增益。如有必要，调整 FOV，在两个相位编码方向上覆盖整个对象，以避免混叠。运行梯度占空比模拟（如果系统可用）以验证实验的占空比是否保持在梯度线圈的规格范围内。注：这些参数特定于用于演示的线圈;优化本地系统细节非常重要。 6. 回收样品作进一步研究或储存 从微管中去除样品毛细管。 使用钳子，取下立体显微镜下的蜡塞。 使用注射器将样品从毛细管中洗出，并采用选择的解决方案。或者，使用玻璃推杆弹出样品。 为防止样品脱水，请存放在合适的存储介质中。