單邊核磁共振淺層成像系統(tǒng)研究和皮膚成像實(shí)驗(yàn).pdf

1、目前臨床上應(yīng)用最廣的燒傷深度估計(jì)方法是燒傷科醫(yī)生依靠經(jīng)驗(yàn)與肉眼觀察來(lái)判斷，該方法主觀粗略、準(zhǔn)確率不高，同時(shí)也尚無(wú)合適的檢測(cè)設(shè)備診斷燒傷后皮膚內(nèi)部組織的康復(fù)狀況?，F(xiàn)有醫(yī)學(xué)成像診斷技術(shù)如磁共振成像(MRI)、計(jì)算機(jī)斷層成像(CT)等因各自局限性未見(jiàn)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(lái)量化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。
　　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(jià)低、目標(biāo)區(qū)

2、域(Region of Interest，ROI)位于磁體外部而使檢測(cè)方式開(kāi)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(chǎng)梯度的單邊MRI系統(tǒng)因其在縱深方向上的高磁場(chǎng)梯度而產(chǎn)生高分辨率，非常適合對(duì)多層組織結(jié)構(gòu)組成的皮膚進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，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(jì)。然而，由于在醫(yī)學(xué)皮膚燒傷估計(jì)上的特定應(yīng)用，單邊MRI磁體系統(tǒng)需要定制恒定梯度強(qiáng)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(cè)量方式挖掘表征燒傷深度的特征信息。本論文是從電磁場(chǎng)的理論出發(fā)，針對(duì)單邊MRI磁體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)方法，并進(jìn)行制作測(cè)量、性能測(cè)試、模型實(shí)驗(yàn)和皮膚燒傷深度估計(jì)的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究。具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　1)單邊 MRI磁體系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)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(lì)整個(gè)皮膚厚度，但其初始磁場(chǎng)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(dòng)小磁體和勻場(chǎng)鐵片的混合勻場(chǎng)方法來(lái)對(duì)初始磁體結(jié)構(gòu)勻場(chǎng)，并通過(guò)實(shí)際勻場(chǎng)證明該勻場(chǎng)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(zhǎng)度使得磁場(chǎng)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(guò)實(shí)測(cè)證明該方法的有效性。針對(duì)單邊MRI系統(tǒng)的磁場(chǎng)非均勻?qū)е滦旁氡容^差的特點(diǎn)，根據(jù)電磁場(chǎng)理論推導(dǎo)射頻磁場(chǎng)的計(jì)算方法，提出一種目標(biāo)場(chǎng)逆方法設(shè)計(jì)平面射頻線圈，約束目標(biāo)射頻場(chǎng)(B1)與主磁場(chǎng)(B0)在方向上正

5、交和在幅值上正相關(guān)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明該方法能提高信噪比?？紤]到梯度線圈發(fā)熱傳導(dǎo)到磁體或射頻線圈會(huì)影響主磁場(chǎng)穩(wěn)定或使射頻偏移，為此提出一種傅里葉分析方法來(lái)快速計(jì)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(chǎng)理論推導(dǎo)梯度磁場(chǎng)的目標(biāo)場(chǎng)計(jì)算方法來(lái)設(shè)計(jì)平面梯度線圈，最后通過(guò)實(shí)測(cè)梯度磁場(chǎng)驗(yàn)證目標(biāo)場(chǎng)設(shè)計(jì)方法。
　　2)單邊MRI磁體系統(tǒng)性能測(cè)試和物理模型實(shí)驗(yàn)。對(duì)單邊MRI系統(tǒng)的性能測(cè)試包括：射頻線圈的相對(duì)信噪比和死區(qū)時(shí)間測(cè)試，射

6、頻屏蔽效果的測(cè)試，橫向弛豫時(shí)間(T2)的測(cè)量。實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證了該單邊 MRI磁體系統(tǒng)的優(yōu)良性能。物理模型實(shí)驗(yàn)主要包括：一維分層實(shí)驗(yàn)，對(duì)基于 FFT分層濾波方法的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，水平面上一維磁共振信號(hào)測(cè)量實(shí)驗(yàn)和二維模型成像實(shí)驗(yàn)。目的是檢驗(yàn)基于 FFT分層濾波方法和二維成像方法。實(shí)際測(cè)試表明基于 FFT分層濾波方法可用于一維磁共振信號(hào)測(cè)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(hào)測(cè)量與皮膚二維成像實(shí)驗(yàn)研究。在本研究設(shè)計(jì)的單邊M

7、RI磁體系統(tǒng)平臺(tái)上，進(jìn)行了一系列應(yīng)用研究。對(duì)男女手掌、前臂的正常皮膚進(jìn)行測(cè)量，分析了正常皮膚各分層結(jié)構(gòu)上的磁共振信號(hào)特點(diǎn)。對(duì)燙傷豬皮進(jìn)行一維磁共振信號(hào)測(cè)量，分析不同燒傷深度下磁共振信號(hào)橫向弛豫時(shí)間(T2)譜在皮膚深度上的分布特點(diǎn)；對(duì)不同燒傷深度的豬皮進(jìn)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(duì)照部分的信號(hào)強(qiáng)度呈鮮明對(duì)比，證明本論文設(shè)計(jì)的單邊MRI磁體系統(tǒng)可以用來(lái)檢測(cè)皮膚燒傷深度。
　　本文通過(guò)單邊MRI磁體系統(tǒng)