Ultra-high-field magnetic resonance:Why and when?

This paper briefly summarizes the development of magnetic resonance imaging and spectroscopy in medicine.Aspects of magnetic resonancephysics and-technology relevant at ultra-high magnetic fields as well as current limitations are highlighted.Based on the first promising studies,potential clinical applications at 7 Tesla are suggested.Other aims are to stimulate awareness of the potential of ultra-high field magnetic resonance and to stimulate active participation in much needed basic or clinical research at 7 Tesla or higher.

SIMULATION OF TEMPERATURE FIELD IN ULTRA-HIGH FREQUENCY INDUCTION HEATING AND VERIFICATION

An experimental and numerical study on the temperature field induced in the ultra-high frequency induction heating is carried out.With an aim of predicting the thermal history of the workpiece,the influence factors of temperature field,such as the induction frequency,the dimension of coil and the gap between coil and workpiece,are investigated considering temperature-dependent material properties by using FLUX 2Dsoftware.The temperature field characteristic in ultra-high induction heating is obtained and discussed.The numerical values are compared with the experimental results.A good agreement between them is observed with 7.9% errors.

千特斯拉级内爆磁压缩装置初始磁场电源系统研制

初始磁场电源系统用于激励千特斯拉级内爆磁压缩装置的初级线圈产生初始磁场,是内爆磁压缩装置的关键设备。在分析千特斯拉级内爆磁压缩装置初始磁场电源需求和技术难点的基础上,系统设计了核心部件选择方案和主脉冲电路及控制系统结构,研制成功一套输出电压1~40 kV可调、主放电电流脉冲上升沿约60μs、总峰值电流达3.2 MA的初始磁场电源系统,已应用于千特斯拉级内爆磁压缩装置动态试验。

特高压并联电抗器铁芯振动及噪声特征研究

特高压并联电抗器因其铁芯是以铁芯饼与气隙垫块交替堆叠而成的结构特点,导致其运行过程中振动强度远超同电压等级的变压器,易出现振动超标等问题,现有计算方法对特高压并联电抗器铁芯振动特征还无法准确表征。鉴于此,该文针对1台特高压并联电抗器的铁芯振动机理及产生的噪声进行研究,结合磁-结构-声多场耦合分析,对铁芯所受麦克斯韦力及磁致伸缩力进行仿真计算,将结构场计算结果进行快速傅里叶变换后作为载荷激励进而计算由电抗器振动产生的噪声,并单独分析磁致伸缩力和麦克斯韦力对电抗器铁芯振动造成的影响。结果表明:电抗器运行过程中电抗器铁芯旁轭中部产生的振动最剧烈,电抗器周围产生的噪声最大。对比麦克斯韦力与磁致伸缩力对电抗器铁芯振动的影响发现,同时考虑两个力时铁芯振动小于未考虑磁致伸缩力的情况,证明影响电抗器铁芯振动的两个力存在相互衰减作用。

超高场磁共振在骨肌系统的研究进展

超高场磁共振(ultra-high-field magnetic resonance,UHF-MR)对疾病诊断和细微结构显示一直是临床研究热点。但由于其固有特性,7 T UHF-MR的研究目前主要集中在中枢神经及部分骨肌系统疾病中。而5 T UHF-MR的问世,似乎为骨肌及全身系统的超高场成像带来了新的可能性。本文重点对UHF-MR的固有物理特性对骨肌系统疾病诊断的影响及UHF-MR在骨肌系统疾病中的临床研究进展展开综述,旨在增强医师对UHF-MR的了解,拓宽研究者的思路,进一步推动新型对比剂的开发、多模态成像技术的应用以及人工智能辅助诊断的结合,促进UHF-MR在骨肌系统疾病中的临床转化及应用。

7 T与3 T MRI对健康人脑内灰质核团铁沉积的定量比较

目的比较在7 T与3 T场强下应用定量磁化率成像(QSM)分析正常人脑深部灰质核团铁沉积的差异。方法前瞻性招募无神经系统疾病的健康青年志愿者10例,平均年龄(22±3)岁;均行7 T及3 T MRI扫描采集QSM数据。应用STI-suite算法进行QSM后处理,手动勾画12个感兴趣区(包括双侧的红核、黑质、苍白球、壳核、尾状核头及丘脑),并测量脑灰质核团内的磁化率值。以7 T QSM上总体核团的平均磁化率值为参考,将核团分为高磁化率组和低磁化率组。采用配对t检验或Wilcoxon秩和检验比较同一核团在2种场强下QSM的磁化率差异。采用线性回归模型和Bland-Altman图分析2种不同场强下各核团定量磁化率的拟合度及一致性。结果3 T上测得的脑内灰质核团总体磁化率值高于7 T(P<0.05)。高磁化率组(红核、黑质、苍白球)各个核团以及总体结果均在3 T上测得的磁化率值高于7 T(P<0.05),低磁化率组(尾状核、壳核、丘脑)各个核团以及总体结果在2种场强下测得的磁化率值差异均无统计学意义(P>0.05)。线性回归结果显示2种场强下,核团总体磁化率值(R^(2)为0.954)及各核团的磁化率值的拟合度(R^(2)为0.803~0.936)均较好;Bland-Altman图分析显示2种场强下低磁化率组中各核团的磁化率值的一致性均较高,高于高磁化率组各核团。低磁化率组在2种场强下测得的磁化率拟合度(R2=0.995)高于高磁化率组(R^(2)=0.862);且低磁化率组在2种场强下磁化率的一致性高于高磁化率组。结论7 T与3 T场强下测得的低磁化率核团的磁化率值一致性较高,而在高磁化率核团中两者的差异较大,进行QSM评估时应注意场强对定量不同磁化率组织铁沉积的影响。

基于专利的全球高端磁共振成像发展现状分析

目的从专利申请角度对全球高端磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)发展现状进行分析,并对国内发展状况提出针对性对策和建议。方法利用incoPat对2013—2022年全球高端MRI专利情况进行分析,从专利申请数量、质量及研究方向角度对检索到的专利进行分析,探讨国内外高端MRI技术研究态势。结果共检索到全球高端MRI相关专利申请6087件,从专利申请数量角度,我国申请数量位居世界首位,为1949件,全球占比32%,但从专利申请质量角度来看,我国的申请授权率略低,约为53.82%。全球高端MRI主要包括超高场MRI、超极化MRI、深度学习后处理的超快速MRI、多核MRI、AI+MRI和PET/MRI多模态一体化成像6个技术方向。我国的超高场、深度学习及AI、多核及超极化MRI研发实力均位于全球前列,其中中科院为主要贡献者;而我国的PET/MRI一体化MRI研发实力较弱,需进一步加强。结论国内企业要加强和中科院及高校的合作,将国家科研项目应用到产业中,促进科研成果转化,形成优势互补,提高我国在高端MRI领域的话语权。

数字示波器中FPGA间高速信号传输同步方法

数据采集系统是数字示波器(DSO)的核心组成单元,随着示波器带宽采样率的逐步提升,单片模数转换器(ADC)+现场可编辑门控阵列(FPGA)的架构难以满足超高速以及多通道的应用场景,因此,高端示波器中数据采集系统普遍采用“主从”FPGA控制架构。在该架构下,多个FPGA之间信号的同步传输是实现采集系统的同步和精确采集的重要前提。针对多FPGA板卡之间的信号同步传输问题,提出了一种FPGA之间高速信号同步传输的方法,借助FPGA的IODELAY单元,通过测试数据训练找到最稳定的同步传输区间,实现多FPGA之间的同步传输。在自研的数字示波器上的实验表明,该方法能够有效实现FPGA之间高速信号的同步传输。

7 T MRI在膝关节临床诊疗中的应用进展

7 T MRI可以显著提高膝关节成像的信噪比及空间分辨率,能够进行超高分辨率成像和功能代谢成像。其通过测定骨、关节软骨、半月板及韧带内的不同成分,可以很好地评估骨质疏松的程度,更早地发现关节软骨和半月板的损伤以及评估损伤修复后的表现,为骨质疏松、骨性关节炎以及半月板损伤的早期诊断与治疗提供有力的依据。就7 T MRI在膝关节病变中的研究进展进行综述。

零值绝缘子对超高压500 kV绝缘子串电场分布影响研究

作为超高压输电线路的关键部件绝缘子长期运行后其绝缘性能下降,容易产生零值绝缘子,严重时会造成经济损失。因此,利用有限元方法研究不同位置和数量的零值绝缘子对超高压500 kV绝缘子串电场分布的影响。结果表明:存在零值绝缘子以及零值绝缘子的位置和数量均会对绝缘子串的电场分布产生一定的影响,高低压端存在零值绝缘子对绝缘子串电场影响最大。且当监测路径不同时,零值绝缘子对于绝缘子电场分布的影响会存在变化。零值绝缘子数量会对电场值影响程度有所改变。最后试验与理论结果对比显示,理论值与试验值在可接受范围之内存在一定的误差。

基于合成场强仪的输电工程地面合成电场研究

高压直流(DC)输电线路交叉跨越是我国特高压(UHV)技术发展中出现的问题。由于两回DC线路相互影响,交叉跨越区域内合成电场呈复杂的三维分布,UHV DC输电工程地面合成电场计算较为困难。选取典型±800 kV UHV DC输电工程进行地面合成电场的实测研究。参照GB 39220—2020,采用HDEM-01合成场强仪进行野外现场实测。测量参数为有效期内的场磨传感器上积聚的电荷量。测量结果与运行初期实测数据的对比结果表明:±800 kV换流站周边运行初期合成电场强度略低于后期,且整体水平较低;沿线电磁环境敏感目标运行初期、后期的实测数据中,74%的数值小于5 kV/m。通过此次研究,明确了UHV DC输电工程合成电场不同时期的特性。该研究有助于推进UHV DC输电工程的快速建成,并提高其运行安全性,从而推动电力工程建设的发展。

基于风速概率分布与风切变指数的直流输电线路离子流场数值模拟方法

特高压直流(UHVDC)输电线路下方的离子流场是电磁环境的重要评估指标之一。风速作为常见也是影响较大的因素之一,有着明显的地域特点。为了避免资源浪费,在对地高度设计时,应考虑到不同地区的风速分布差异,而不是用过大裕度换取安全度。为此,该文提出一种基于风速概率分布与风切变指数的输电线路离子流场数值模拟方法。该方法通过待计算地区的风速数据构建Weibull风速概率分布函数模型,选择风速数据在95%以内的最大临界风速作为参考值,考虑风速传感器的安装高度,根据风切变指数计算场域不同高度处的风速分布,作为离子流场计算中不同高度节点的风速输入量。结果表明,引入风切变指数后的离子流密度与合成电场强度误差分别下降了16.2百分点和3.8百分点,明显优于传统固定风速模型。并以昆明地区某±800kV直流输电线路为例,采用该方法进行了计算。该方法能够有针对性地考虑输电线路所处区域的风速影响,特别是在高海拔高风速地区,可为输电线路在合成电场安全限值下的对地高度设计提供参考依据。

基于UHPLC-Q-Orbitrap/MS鉴定当归四逆颗粒化学成分

本研究运用超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱质谱(UHPLC-Q-Orbitrap/MS)技术快速鉴定当归四逆颗粒的化学成分。采用SUPELCO C18色谱柱(100 mm×4.6 mm×2.7μm),以0.1%甲酸水溶液-乙腈为流动相进行梯度洗脱,正、负离子模式下采集数据。根据精确质荷比和二级质谱碎片离子信息,结合相关文献快速鉴定当归四逆颗粒的成分,并对化合物的药味来源进行归属。结果表明,在正、负离子模式下,分别从当归四逆颗粒鉴定出34、38种化合物,其中包括20种黄酮类、15种有机酸类、11种皂苷类、9种萜类、5种苯酞类、1种苯丙素类、1种醛类、1种核苷类、1种木脂素类及8种其他类化合物。本研究可为阐释当归四逆颗粒的药效物质基础提供依据。

深井超深井钻井液技术应用现状及发展展望

深井超深井最主要的难点是深部高温以及钻进距离长,成为限制其安全快速钻井最主要因素。文章根据深井超深井安全快速钻井对钻井液的核心需求,从抗高温钻井液技术的流变性调控、井壁稳定、防漏堵漏、降摩减阻4个方面分析了钻井液研发与应用中面临的难点,并对国内外抗高温钻井液技术、高温流变稳定技术、井壁强化钻井液技术、深井超深井防漏堵漏技术和抗高温钻井液润滑技术的现场应用及研究成果进行了综述。最后对国内钻井液技术研究领域存在的问题进行分析,并从基础理论研究、新型抗高温钻井液处理剂研发、油基钻井液防漏治漏等方面对深井超深井钻井液技术发展进行展望。

极端耗水层带形成机制及流场调控增效模式——以陆相砂岩特高含水后期整装油田为例

以胜利油区陆相砂岩油藏整装油田为代表,主力单元进入特高含水后期(含水率大于95%),局部区域出现极端耗水现象,水油比急剧上升,注入水利用率大幅下降,吨油操作成本成倍增加,经济效益变差,但油藏中还有60%左右剩余地质储量。注入水沿着极端耗水层带窜流是制约陆相砂岩整装油田特高含水后期效益开发的关键问题。以提高特高含水老油田开发效益为目标,明晰了极端耗水层带形成机制及调控机理,建立了基于老井的变流线调控极端耗水层带扩波及方法,形成特高含水后期油藏精准描述及调控极端耗水层带扩波及的效益开发技术体系。通过应用流场调控技术,使传统认为含水率98%近废弃油藏开展示范应用,基于极端耗水层带流场调控经济寿命期延长10a以上,产油量大幅增加,含水率下降,吨油操作成本下降,实现了特高含水后期老油田低成本开发。

超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱法检测婴幼儿配方奶粉中苯并三唑类紫外线吸收剂

目的建立超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱法检测婴幼儿配方奶粉中苯并三唑类紫外线吸收剂。方法样品经乙腈提取,-20℃冷冻1 h,离心取上清后上机测定。以ACQUITY UPLC BEH C8色谱柱(100 mm×2.1 mm,1.7μm)为分析柱,甲醇-5 mmol/L乙酸铵为流动相进行梯度洗脱分离,采用电喷雾电离源正离子模式,高分辨质谱全扫描模式检测,基质匹配外标法定量。结果6种苯并三唑类紫外线吸收剂在0.05~10.00ng/mL范围内线性关系良好,相关系数均大于等于0.9977。空白样品的加标回收率为50.39%~109.00%,相对标准偏差为2.88%~17.99%,方法检出限为0.01~0.97ng/g,定量限为0.04~3.23ng/g。结论该方法操作便捷、快速,能够准确检测婴幼儿配方奶粉中6种苯并三唑类紫外线吸收剂的含量,对于婴幼儿食品安全监测具有良好的现实意义。

中海油陵水气田首台高压收球筒分析设计

在石油运输管道建设与维护中,清管作业十分关键。收球筒是管道清管作业中必不可少的设备,其壳体接管开孔区域是承压薄弱部位,最易发生破坏。采用ANSYS17.0有限元分析软件,根据收球筒的主要设计条件和结构参数,按照JB 4732—1995 《钢制压力容器——分析设计标准(2005年确认)》的规定,对中海油陵水气田首台高压收球筒壳体多个开孔区域的主要受压元件进行应力分析与强度评定。结果表明,分析设计的高压收球筒满足应力强度评定要求,符合工程项目验收条件。

预应力超高性能混凝土工字形梁抗剪性能试验

为了研究预应力超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)工字形梁的抗剪性能和抗剪承载力计算方法,设计并完成了3片预应力UHPC工字形梁的单点加载试验,获得了试验梁的荷载-位移曲线、破坏模式和裂缝分布特征等关键结果;基于试验结果,结合法国UHPC规范、瑞士UHPC规范、中国公路桥梁规范及公路桥涵超高性能混凝土应用规范意见稿计算了试验梁的抗剪承载力,分析了各个规范的适用性。此外,基于修正压力场理论(modified compression filed theory,MCFT),分别采用Mohr-Coulomb准则和Rankine准则,计算了试验梁的抗剪承载力,并进行了分析讨论。研究表明:预应力UHPC工字梁的抗剪承载力随着剪跨比的增加而减小,箍筋对于抗剪承载力影响较大;各国规范对UHPC梁的抗剪承载能力的计算较为保守。采用Mohr-Coulomb准则的计算结果较Rankine准则的计算结果与试验值更为接近;特别是小剪跨比的试验梁,处于弯剪复合状态,Mohr-Coulomb准则考虑了受压区UHPC法向和切向应力的影响,更为接近实际状况。

电场强度与恒流时间对闪烧超高纯氧化铝陶瓷微观结构及致密化的影响

电场强度和恒流时间对陶瓷闪烧行为和微观结构具有重要影响。文章主要探讨电场强度和恒流时间对闪烧超高纯氧化铝微观结构及性能的影响,基于经典致密化理论分析了超高纯氧化铝闪烧工艺的致密化机理。当电场强度从5000V/cm增加到7000V/cm时,闪烧超高纯氧化铝的致密度从91.2%增加到96.4%,硬度从16.87GPa增加到18.65GPa。当恒流时间从1s延长至60s,闪烧超高纯氧化铝的致密度随恒流时间的增加而增加。将恒流时间进一步增加至90s时,闪烧超高纯氧化铝的致密度减小。SEM结果表明恒流时间从1s增加到90s时,闪烧超高纯氧化铝的晶粒尺寸从228nm增加到370nm。

清瘟护肺颗粒化学成分研究

目的研究清瘟护肺颗粒的化学成分。方法查阅中国知网、PubMed、Web of Science等数据库,检索该制剂组方药材化学成分的相关文献,结合文献报道和ChemicalBook数据库信息,建立化学成分数据库。采用超高效液相色谱-四极杆/静电场轨道阱高分辨质谱(UHPLC-Q Exactive Focus MS/MS)法分析制剂的图谱数据,并以Xcalibur 4.0软件拟合分子式,与自建数据库信息进行匹配,初步推测分子式信息,与ChemicalBook或ChemSpider数据库比对,推测化学成分结构。结果共鉴定出158个化学成分,包括苷类36个,黄酮类29个,苯丙素类28个,有机酸类18个,萜类17个,色原酮类8个,其他类22个。结论所建立的方法可系统、准确、快速地定性分析清瘟护肺颗粒中的化学成分。