半環(huán)狀單邊核磁共振儀磁體設(shè)計與實驗研究.pdf

1、單邊核磁共振(NMR)作為一種無損測量方法,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。雖然目前的核磁共振成像(MRI)技術(shù)以及在其他成像手段基礎(chǔ)上發(fā)展起來的醫(yī)學(xué)影像診療發(fā)展迅速,且在很大程度上減少了病人的痛苦,但仍然無法滿足現(xiàn)實的臨床需求。
　　皮膚燒傷是常見病癥,目前確定燒傷深度的方法較為粗略、主觀,以皮膚發(fā)熱的程度及被燒傷時間為主要判斷方法,根據(jù)皮膚的癥狀及有無疼痛加以輔助判斷。這種主觀的判斷可能會加快內(nèi)部組織惡化,使燒傷深度進(jìn)一步加深?，F(xiàn)在

2、,臨床上迫切需要一種量化、準(zhǔn)確的方法來判斷燒傷患者的燒傷深度和恢復(fù)程度,以準(zhǔn)確制定治療和康復(fù)方案。
　　考慮到目前針對皮膚燒傷程度的判斷以及燒傷后皮膚康復(fù)情況的診斷,還沒有良好的方法,主要通過醫(yī)生的主觀判斷及患者切身感受。本論文的主要目的在于針對皮膚燒傷實時監(jiān)護(hù),設(shè)計一種體積小、便攜式的單邊磁體結(jié)構(gòu),并與8字形射頻線圈組成單邊核磁共振傳感器,用該傳感器做相應(yīng)的核磁共振實驗,以證明傳感器的可行性。具體內(nèi)容包括以下幾個方面:
　

3、　①永磁體磁場計算與單邊磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計。將磁場的源等效成磁荷,以標(biāo)量磁位θm為求解變量,采用十節(jié)點的四面體單元離散整體區(qū)域,在單元內(nèi)建立標(biāo)量場θm的二次模型,計算出空間中任意一點的磁標(biāo)量位。以此二階有限元方法為計算基礎(chǔ),將7塊磁棒組成的半環(huán)狀單邊磁體結(jié)構(gòu)等效成橢圓數(shù)學(xué)模型,設(shè)計出尺寸為4.5cm×10.5cm×10.5cm,總重約1.5kg的小型便攜式半環(huán)狀磁體結(jié)構(gòu)。該磁體結(jié)構(gòu)磁場在水平方向上平坦分布,垂直方向上梯度分布。磁場在垂直方向上

4、從96mT以3.9T/m的恒定衰減速度衰減到57mT。用高斯計測量該磁體結(jié)構(gòu)實際磁場,并與仿真值比較,誤差在1％左右。
　?、谏漕l場計算。以畢奧-沙伐爾定律為基礎(chǔ),推導(dǎo)出載流長直導(dǎo)線在空間任意位置產(chǎn)生的磁場計算公式,并依此計算出有4.5匝的雙面射頻線圈產(chǎn)生的射頻場的空間分布。計算結(jié)果表明,射頻場在水平方向上較大區(qū)域內(nèi)平坦分布,在垂直方向上呈梯度分布,梯度值不恒定。為使射頻線圈最大限度傳輸能量,射頻線圈與設(shè)計的調(diào)諧匹配電路相連。

5、r>　　③核磁共振實驗。用搭建好的核磁共振實驗平臺做了三組實驗:1)測試單邊核磁共振傳感器性能。首先以橡皮為例,測量其回波信號,接收到的回波信號清晰;該傳感器可以測到清晰的弛豫時間衰減曲線,測得純凈水的等效橫向弛豫時間T2eff值為131.4ms,橡皮的T2eff值為12.3ms;測試射頻線圈的接收信號的靈敏度,結(jié)果表明,射頻線圈在整個激勵平面上都能工作,但該線圈的最大測量深度為3mm,在此范圍內(nèi),可以得到清晰的一維分層模型識別圖。2)

6、測量液體擴(kuò)散系數(shù)D。D值與測試環(huán)境溫度關(guān)系密切,以純凈水為例,測試其在室溫下擴(kuò)散系數(shù),測量結(jié)果D=2.2×10-9m2/s,與理論值吻合。3)用核磁共振方法檢測硅橡膠復(fù)合絕緣子老化狀態(tài)。以三種運行不同年限的硅橡膠復(fù)合絕緣子為例,分別測量其傘裙上下表面以及不同深度的等效橫向弛豫時間T2eff,結(jié)果表明,同一復(fù)合絕緣子傘裙上下表面的T2eff不同;老化絕緣子等效橫向弛豫時間T2eff明顯小于新絕緣子;老化復(fù)合絕緣子傘裙表面材料的等效橫向弛豫