本文關鍵詞：腦水腫檢測的開放式核磁共振測量與成像研究

  更多相關文章： 腦水腫 射頻線圈 核磁共振 開放式核磁共振系統(tǒng) 信號測量

【摘要】：腦損傷、顱內占位性病變、顱內炎癥、腦血管病變、腦缺氧等都能直接或間接地引起腦水腫,該類疾病通常發(fā)病突然,且病程發(fā)展迅速,不宜對患者進行移動,不能對病人進行實時檢測,病患得不到及時治療,導致死亡率較高。目前核磁共振儀結構復雜,體積較大,不便移動,同時一次診斷費用昂貴,難以實現(xiàn)臨床實時監(jiān)護,而且是封閉式的大型儀器,這對于患有幽閉癥的病人以及對于帶有心臟起搏器或有某些金屬異物部位的顱腦損傷患者等無法適用。結合我國的當前國情,現(xiàn)在正推進基層醫(yī)療改革,于基層醫(yī)療單位中設置體積小、價格低廉的對人體無害的實時監(jiān)測設備,可以降低對大型醫(yī)療設備的需求。所以,現(xiàn)在迫切需要一種體積小、廉價、便于移動的可以為病患提供床旁檢測的醫(yī)療設備,可以及時給醫(yī)生提供病情發(fā)展情況。本文進行了關于腦水腫檢測的開放式核磁共振測量和成像的研究,設計了一套用于腦水腫檢測的開放式核磁共振(ONMR)系統(tǒng),其體積較小便于移動,同時價格低廉,能夠很好地滿足臨床需求,為顱腦疾病患者提供實時監(jiān)護。本文的主要工作如下:(1)核磁共振理論研究及主磁體的磁場研究。深入研究核磁共振(NMR)成像原理,以原理為基礎來設計系統(tǒng)。核磁共振信號的強弱與氫原子核密度有關,氫原子核的密度與含水量有關;組織含水量變化會引起組織形態(tài)發(fā)生變化(自由水與結合水比例變化),可測得不同的橫向弛豫時間T2,而信號強度以及T2值可反映出腦水腫情況,以此為基礎進行系統(tǒng)設計與實驗。對已有磁體進行所需實驗區(qū)域磁場測量,對磁場數(shù)據進行處理分析,供射頻(RF)線圈設計和實驗所用。(2)射頻線圈的設計。根據主磁場設計了多種射頻線圈(矩形螺旋線圈、單層八字線圈、雙層八字線圈、圓形螺旋線圈),并對線圈磁場進行了研究。通過Maxwell軟件建模仿真,對各種線圈的磁場進行了定性分析,以磁場的均勻度、平行度、強度為標準進行篩選,選出了符合磁場條件的雙層八字線圈和圓形螺旋線圈。通過算法編程建立了圓形螺旋線圈的磁場計算方法,研究了不同因素(匝數(shù)、匝間距、兩線圈之間的距離、線圈外半徑)對磁場的影響規(guī)律。在圓形螺旋線圈研究的基礎上優(yōu)化雙層八字線圈,畫出不同尺寸下的線圈印刷電路板(PCB)模型并加工,最后在實驗中進一步篩選優(yōu)化。(3)核磁共振系統(tǒng)的設計。介紹了系統(tǒng)各部分的設計原理,包括電路匹配、頻率調節(jié)以及各種參數(shù)的設置方法,完整地給出了整個系統(tǒng)的設計方案。給出了主磁體中心區(qū)域不同高度h/mm處的各種數(shù)據(磁場平均值B/m T、共振頻率f/MHz、電阻R/Ω、電感L/μH、匹配電容Cm/p F、CT/p F)的計算和處理方法。計算得到Cm、CT并焊接電路,進行兩次頻率匹配,不斷改變各個計算參數(shù)來調整線圈的結構,直至獲得較好的核磁共振信號。(4)核磁共振實驗。利用雙層八字線圈搭建核磁共振系統(tǒng)。第一,實驗中分別以面粉和豬肉為測試樣本,通過改變各樣本的注水量,測得不同含水量下的T2值,T2值的不同反應出樣品體含水量的變化,得到樣品體含水量的大小與T2值之間呈近似線性的關系。第二,以化妝棉布為樣品,進行了一維分層實驗,核磁共振信號的強度隨著含水量變化而變化,用回波信號與橫軸所圍的面積S來表征含水量的變化,同時給出了信號的二維平面圖,可方便地讀取含水量情況。第三,以面團為樣品,旋轉不同角度測得核磁共振信號,這種測量方式可以很好地解決射頻線圈的測量深度問題。雙層八字線圈測量深度有限,對于實驗所用的線圈,深度只能達到3 mm,但信號較強,測量精度可達到0.01 m L。第四,考慮到雙層八字線圈測量深度的局限性,利用圓形螺旋線圈搭建了實驗系統(tǒng),解決了線圈測量深度的問題,實驗中測量深度可達到10 mm。以上實驗驗證了本文所設計系統(tǒng)的可行性與實用性。
【關鍵詞】：腦水腫 射頻線圈 核磁共振 開放式核磁共振系統(tǒng) 信號測量
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R742;O482.532
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 研究意義10-11
• 1.2 國內外顱內檢測現(xiàn)狀綜述11-14
• 1.3 開放式核磁共振技術研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 問題的提出15-16
• 1.5 論文結構及章節(jié)安排16-18
• 2 核磁共振基本原理及NMR成像原理18-28
• 2.1 核磁共振的特點18
• 2.2 原子核的自旋和自旋磁矩18-22
• 2.2.1 原子核的組成與電荷18-19
• 2.2.2 原子核的自旋磁矩19-22
• 2.3 外磁場中的原子核22-24
• 2.3.1 拉莫爾進動22-23
• 2.3.2 塞曼能級23-24
• 2.4 弛豫過程和弛豫時間24-26
• 2.4.1 自旋-晶格弛豫（縱向弛豫）與縱向弛豫時間T124-25
• 2.4.2 自旋-自旋弛豫（橫向弛豫）與橫向弛豫時間T225-26
• 2.5 小結26-28
• 3 射頻線圈設計28-42
• 3.0 LC諧振槽路28-30
• 3.1 RF線圈設計需要考慮的要求30-31
• 3.2 矩形螺旋線圈31-33
• 3.3 單層八字線圈33-34
• 3.4 雙層八字線圈34-36
• 3.5 圓形螺旋線圈36-41
• 3.6 本章小結41-42
• 4 核磁共振系統(tǒng)42-56
• 4.1 實驗系統(tǒng)框架與實驗條件42
• 4.2 主磁體42-46
• 4.3 線圈印刷電路板制作46-47
• 4.4 磁體磁場測量與處理47
• 4.5 電路匹配47-49
• 4.6 頻率調節(jié)與參數(shù)設置49-52
• 4.6.1 頻率調節(jié)49-50
• 4.6.2 脈沖序列重復時間（TR）50-51
• 4.6.3 回波時間（TE）51-52
• 4.7 系統(tǒng)的射頻脈沖激勵52-55
• 4.7.1 射頻脈沖52-53
• 4.7.2 脈沖序列53-55
• 4.8 本章小結55-56
• 5 核磁共振實驗56-72
• 5.1 雙層八字線圈搭建實驗平臺56-67
• 5.1.1 線圈的選取及對應的參數(shù)56-58
• 5.1.2 目標區(qū)域物體不同含水量信號的測量58-62
• 5.1.3 一維分層模型識別實驗62-63
• 5.1.4 目標區(qū)域物體不同含水量信號的二維成像63-67
• 5.2 圓形螺旋線圈搭建實驗平臺67-70
• 5.2.1 線圈的選取及對應的參數(shù)67-68
• 5.2.2 系統(tǒng)及實驗68-70
• 5.3 本章小結70-72
• 6 總結與展望72-74
• 致謝74-76
• 參考文獻76-82
• 附錄82

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本文編號：836147