單邊核磁共振淺層成像系統(tǒng)研究和皮膚成像實驗.pdf

1、目前臨床上應(yīng)用最廣的燒傷深度估計方法是燒傷科醫(yī)生依靠經(jīng)驗與肉眼觀察來判斷，該方法主觀粗略、準確率不高，同時也尚無合適的檢測設(shè)備診斷燒傷后皮膚內(nèi)部組織的康復(fù)狀況。現(xiàn)有醫(yī)學(xué)成像診斷技術(shù)如磁共振成像(MRI)、計算機斷層成像(CT)等因各自局限性未見用于臨床燒傷診斷。因此，臨床上迫切需要一種診斷設(shè)備來量化判斷燒傷患者的燒傷深度和恢復(fù)程度，以準確制定治療和康復(fù)方案。
　　單邊核磁共振技術(shù)是一種新型核磁共振技術(shù)，其設(shè)備體積小、造價低、目標區(qū)

2、域(Region of Interest，ROI)位于磁體外部而使檢測方式開放，其應(yīng)用已經(jīng)被拓展到石油工業(yè)領(lǐng)域之外。具備恒定磁場梯度的單邊MRI系統(tǒng)因其在縱深方向上的高磁場梯度而產(chǎn)生高分辨率，非常適合對多層組織結(jié)構(gòu)組成的皮膚進行信號檢測，加上單邊MRI成像，可提供更多皮膚各層組織的狀態(tài)信息，有助于皮膚燒傷深度的判斷和恢復(fù)程度估計。然而，由于在醫(yī)學(xué)皮膚燒傷估計上的特定應(yīng)用，單邊MRI磁體系統(tǒng)需要定制恒定梯度強度合適的單邊磁體、平面射頻線圈

3、、平面梯度線圈以及射頻屏蔽結(jié)構(gòu)，并采取合適的測量方式挖掘表征燒傷深度的特征信息。本論文是從電磁場的理論出發(fā)，針對單邊MRI磁體系統(tǒng)的設(shè)計提出了一套單邊磁體結(jié)構(gòu)、射頻線圈、梯度線圈和射頻屏蔽的設(shè)計方法，并進行制作測量、性能測試、模型實驗和皮膚燒傷深度估計的應(yīng)用實驗研究。具體內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　1)單邊 MRI磁體系統(tǒng)設(shè)計。本文設(shè)計出兩種單邊磁體，第一種單邊磁體結(jié)構(gòu)恒定梯度低，可一次激勵整個皮膚厚度，但其初始磁場均勻度較差。為

4、此提出一種基于線性整數(shù)規(guī)劃算法的可動小磁體和勻場鐵片的混合勻場方法來對初始磁體結(jié)構(gòu)勻場，并通過實際勻場證明該勻場方法的有效性。第二種單邊磁體的初始結(jié)構(gòu)由于磁棒的有限長度使得磁場均勻度較差。為此采取將三磁棒分裂成六磁棒的方法提高均勻度，并通過實測證明該方法的有效性。針對單邊MRI系統(tǒng)的磁場非均勻?qū)е滦旁氡容^差的特點，根據(jù)電磁場理論推導(dǎo)射頻磁場的計算方法，提出一種目標場逆方法設(shè)計平面射頻線圈，約束目標射頻場(B1)與主磁場(B0)在方向上正

5、交和在幅值上正相關(guān)，并通過實驗證明該方法能提高信噪比。考慮到梯度線圈發(fā)熱傳導(dǎo)到磁體或射頻線圈會影響主磁場穩(wěn)定或使射頻偏移，為此提出一種傅里葉分析方法來快速計算平面梯度線圈的溫度分布以優(yōu)化選擇梯度線圈制作參數(shù)，并根據(jù)電磁場理論推導(dǎo)梯度磁場的目標場計算方法來設(shè)計平面梯度線圈，最后通過實測梯度磁場驗證目標場設(shè)計方法。
　　2)單邊MRI磁體系統(tǒng)性能測試和物理模型實驗。對單邊MRI系統(tǒng)的性能測試包括：射頻線圈的相對信噪比和死區(qū)時間測試，射

6、頻屏蔽效果的測試，橫向弛豫時間(T2)的測量。實際測試驗證了該單邊 MRI磁體系統(tǒng)的優(yōu)良性能。物理模型實驗主要包括：一維分層實驗，對基于 FFT分層濾波方法的測試實驗，水平面上一維磁共振信號測量實驗和二維模型成像實驗。目的是檢驗基于 FFT分層濾波方法和二維成像方法。實際測試表明基于 FFT分層濾波方法可用于一維磁共振信號測量和該磁體系統(tǒng)可以用于二維成像。
　　3)皮膚一維磁共振信號測量與皮膚二維成像實驗研究。在本研究設(shè)計的單邊M

7、RI磁體系統(tǒng)平臺上，進行了一系列應(yīng)用研究。對男女手掌、前臂的正常皮膚進行測量，分析了正常皮膚各分層結(jié)構(gòu)上的磁共振信號特點。對燙傷豬皮進行一維磁共振信號測量，分析不同燒傷深度下磁共振信號橫向弛豫時間(T2)譜在皮膚深度上的分布特點；對不同燒傷深度的豬皮進行二維成像。二維成像結(jié)果表明燒傷模型的不同燒傷深度部分和正常對照部分的信號強度呈鮮明對比，證明本論文設(shè)計的單邊MRI磁體系統(tǒng)可以用來檢測皮膚燒傷深度。
　　本文通過單邊MRI磁體系統(tǒng)