低場磁共振成像裝置軟件系統(tǒng)開發(fā)
發(fā)布時間：2021-06-16 01:28
太空中的微重力、輻射等復雜環(huán)境會對航天員的生理和心理造成不良的影響。核磁共振成像技術（MRI）作為一種先進的現(xiàn)代醫(yī)療檢查手段,與傳統(tǒng)的醫(yī)療成像手段相比,具有無創(chuàng)傷、無輻射、軟組織對比度高、任意角度、多層面成像的優(yōu)點,在航天員選拔及后續(xù)的醫(yī)療保障中具有重要的作用。MRI依賴于射頻線圈、梯度線圈、譜儀及計算機等組成的硬件設備,由運行于計算機系統(tǒng)上的應用軟件控制整個裝置的運行。目前,成熟的核磁共振軟件大都與硬件設備配套使用,企業(yè)出于商業(yè)保密的考慮,并不會公開應用軟件的具體情況。本文在重慶大學“低場磁共振成像儀”的基礎上,進行MRI裝置軟件平臺開發(fā)相關的工作。本文開發(fā)了一套磁共振成像裝置軟件系統(tǒng)。按照典型“瀑布模型”軟件開發(fā)流程,首先對MRI裝置的業(yè)務流程進行了分析,明確了軟件系統(tǒng)的功能需求和非功能需求,并給出了系統(tǒng)的用例圖。在需求分析的基礎上進行了軟件的架構設計,該軟件的架構基于MVC架構,分為表示、操作和數(shù)據(jù)三層,其中表示層負責界面的前端展示,操作層處理用戶的請求,數(shù)據(jù)層對軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行封裝,并向操作層開發(fā)相應的接口。按照面向對象的開發(fā)思想和高內(nèi)聚、低耦合的原則,將整個軟件分為信息管理...
【文章來源】：重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：89 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
重慶大學“低場磁共振成像儀”Fig1.1“LowFieldMRISystem”ofCQU
2低場MRI裝置簡介72低場MRI裝置簡介2.1MRI工作原理2.1.1自旋與核磁共振現(xiàn)象原子核是由質(zhì)子和中子（統(tǒng)稱為核子）組成，在原子核內(nèi)部，核子在各自的運動軌道上圍繞原子核軸線繞動，同時核子之間也存在著相對運動，如果原子核的質(zhì)子數(shù)或者中子數(shù)有一個為奇數(shù)，則原子核內(nèi)部核子的運動將會導致原子核繞軸進行旋轉，呈現(xiàn)出所謂的自旋效應（如圖2.1所示），原子核的自旋在一定外部條件下會導致核磁共振現(xiàn)象。由于人體內(nèi)1的含量高并且其磁敏感度最高[22]，因此MRI技術主要都是利用1的核磁共振產(chǎn)生的信號進行成像，本文主要討論1的共振。圖2.1原子核的自旋運動Fig2.1Spinmotionofthenucleus通�？梢詫⒃雍说淖孕斫鉃樵雍死@自身軸線的轉動運動，用矢量JDI進行表示，稱為自旋角動量，JDIy的方向與原子核轉動運動的方向一致，而J的大小是量子化的，通過自旋量子數(shù)I來描述其大小，1自旋量子數(shù)1=2I。原子核的自旋角動量JDIy與自旋量子數(shù)I之間存在如下關系：JI（2.1）其中是約化普朗克常數(shù)，是表示自旋大小的基本單位，與普朗克常數(shù)h之間存在著如下關系：341.054572102hJs僳。根據(jù)物理知識，質(zhì)子帶正電荷，中子不帶電，原子核內(nèi)部的電荷的運動可以等效為一個環(huán)形電流，環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場為一個微觀磁場，這個微觀磁場稱為原子核的自旋磁矩，是一個具有方向的矢量，稱為自旋矢量，記為送，其方向與自旋運動的軸線平行，符合右手定則的為正，送可以表達為：JI（2.2）
重慶大學碩士學位論文8其中，稱為磁旋比（gyromagneticratio），是由原子核本身的性質(zhì)決定的常數(shù)，1的磁旋比42.58MHzTesla1。對于大量原子組成的樣品，未施加外部磁場時，由于熱運動，原子核的空間取向是隨機的，原子核的自旋角動量和自旋磁矩的方向在空間上是均勻分布的，如圖2.2(a)所示，自旋磁矩的矢量和為零，在宏觀上并不具有磁性。施加外部靜磁場后，原子核自旋磁矩在外部磁場力的作用下，方向發(fā)生變化，沿著外部磁場方向重新排列，如圖2.2(b)所示。(a)未施加外部磁場時（b）施加外部靜磁場時圖2.2原子核樣品的自旋矢量方向Fig2.2Spinvectordirectionsofnucleussample現(xiàn)在通過物理學原理來對樣品在靜磁場中的運動規(guī)律進行定量的分析。對樣品施加靜態(tài)的外部磁場0B后，規(guī)定0B的方向為Z方向，有：0dJBdt（2.3）設自旋磁矩與外部磁場夾角為，在dt時間自旋角動量J的變化為dJ，轉過d角，則有：dJJsind兩邊同時除dt：sindJdJdtdt令0ddt，將式（2.3）寫成標量，有：00BsinJsin即：000=BBJ（2.4）上式稱為拉莫爾進動公式，0稱為拉莫爾頻率，其物理意義是原子核在外部磁場力的作用下，核磁矩始終受到一個恒定磁力矩的作用，將以固定頻率0繞Z軸作拉莫爾進動，如圖2.3所示。
本文編號：3232093
【文章來源】：重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：89 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
重慶大學“低場磁共振成像儀”Fig1.1“LowFieldMRISystem”ofCQU
2低場MRI裝置簡介72低場MRI裝置簡介2.1MRI工作原理2.1.1自旋與核磁共振現(xiàn)象原子核是由質(zhì)子和中子（統(tǒng)稱為核子）組成，在原子核內(nèi)部，核子在各自的運動軌道上圍繞原子核軸線繞動，同時核子之間也存在著相對運動，如果原子核的質(zhì)子數(shù)或者中子數(shù)有一個為奇數(shù)，則原子核內(nèi)部核子的運動將會導致原子核繞軸進行旋轉，呈現(xiàn)出所謂的自旋效應（如圖2.1所示），原子核的自旋在一定外部條件下會導致核磁共振現(xiàn)象。由于人體內(nèi)1的含量高并且其磁敏感度最高[22]，因此MRI技術主要都是利用1的核磁共振產(chǎn)生的信號進行成像，本文主要討論1的共振。圖2.1原子核的自旋運動Fig2.1Spinmotionofthenucleus通�？梢詫⒃雍说淖孕斫鉃樵雍死@自身軸線的轉動運動，用矢量JDI進行表示，稱為自旋角動量，JDIy的方向與原子核轉動運動的方向一致，而J的大小是量子化的，通過自旋量子數(shù)I來描述其大小，1自旋量子數(shù)1=2I。原子核的自旋角動量JDIy與自旋量子數(shù)I之間存在如下關系：JI（2.1）其中是約化普朗克常數(shù)，是表示自旋大小的基本單位，與普朗克常數(shù)h之間存在著如下關系：341.054572102hJs僳。根據(jù)物理知識，質(zhì)子帶正電荷，中子不帶電，原子核內(nèi)部的電荷的運動可以等效為一個環(huán)形電流，環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場為一個微觀磁場，這個微觀磁場稱為原子核的自旋磁矩，是一個具有方向的矢量，稱為自旋矢量，記為送，其方向與自旋運動的軸線平行，符合右手定則的為正，送可以表達為：JI（2.2）
重慶大學碩士學位論文8其中，稱為磁旋比（gyromagneticratio），是由原子核本身的性質(zhì)決定的常數(shù)，1的磁旋比42.58MHzTesla1。對于大量原子組成的樣品，未施加外部磁場時，由于熱運動，原子核的空間取向是隨機的，原子核的自旋角動量和自旋磁矩的方向在空間上是均勻分布的，如圖2.2(a)所示，自旋磁矩的矢量和為零，在宏觀上并不具有磁性。施加外部靜磁場后，原子核自旋磁矩在外部磁場力的作用下，方向發(fā)生變化，沿著外部磁場方向重新排列，如圖2.2(b)所示。(a)未施加外部磁場時（b）施加外部靜磁場時圖2.2原子核樣品的自旋矢量方向Fig2.2Spinvectordirectionsofnucleussample現(xiàn)在通過物理學原理來對樣品在靜磁場中的運動規(guī)律進行定量的分析。對樣品施加靜態(tài)的外部磁場0B后，規(guī)定0B的方向為Z方向，有：0dJBdt（2.3）設自旋磁矩與外部磁場夾角為，在dt時間自旋角動量J的變化為dJ，轉過d角，則有：dJJsind兩邊同時除dt：sindJdJdtdt令0ddt，將式（2.3）寫成標量，有：00BsinJsin即：000=BBJ（2.4）上式稱為拉莫爾進動公式，0稱為拉莫爾頻率，其物理意義是原子核在外部磁場力的作用下，核磁矩始終受到一個恒定磁力矩的作用，將以固定頻率0繞Z軸作拉莫爾進動，如圖2.3所示。
本文編號：3232093
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