腦水腫檢測的開放式核磁共振測量與成像研究.pdf

1、腦損傷、顱內(nèi)占位性病變、顱內(nèi)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(jìn)行移動，不能對病人進(jìn)行實(shí)時檢測，病患得不到及時治療，導(dǎo)致死亡率較高。
　　目前核磁共振儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，不便移動，同時一次診斷費(fèi)用昂貴，難以實(shí)現(xiàn)臨床實(shí)時監(jiān)護(hù)，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(jié)合我國的當(dāng)前國情，現(xiàn)在正

2、推進(jìn)基層醫(yī)療改革，于基層醫(yī)療單位中設(shè)置體積小、價格低廉的對人體無害的實(shí)時監(jiān)測設(shè)備，可以降低對大型醫(yī)療設(shè)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(shè)備，可以及時給醫(yī)生提供病情發(fā)展情況。
　　本文進(jìn)行了關(guān)于腦水腫檢測的開放式核磁共振測量和成像的研究，設(shè)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

3、實(shí)時監(jiān)護(hù)。
　　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(chǔ)來設(shè)計系統(tǒng)。核磁共振信號的強(qiáng)弱與氫原子核密度有關(guān)，氫原子核的密度與含水量有關(guān)；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(jié)合水比例變化），可測得不同的橫向弛豫時間T2，而信號強(qiáng)度以及T2值可反映出腦水腫情況，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)驗(yàn)。對已有磁體進(jìn)行所需實(shí)驗(yàn)區(qū)域磁場測量，對磁場數(shù)據(jù)進(jìn)行處理

4、分析，供射頻（RF）線圈設(shè)計和實(shí)驗(yàn)所用。
　　(2)射頻線圈的設(shè)計。根據(jù)主磁場設(shè)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(jìn)行了研究。通過Maxwell軟件建模仿真，對各種線圈的磁場進(jìn)行了定性分析，以磁場的均勻度、平行度、強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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

5、外半徑）對磁場的影響規(guī)律。在圓形螺旋線圈研究的基礎(chǔ)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(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步篩選優(yōu)化。
　　(3)核磁共振系統(tǒng)的設(shè)計。介紹了系統(tǒng)各部分的設(shè)計原理，包括電路匹配、頻率調(diào)節(jié)以及各種參數(shù)的設(shè)置方法，完整地給出了整個系統(tǒng)的設(shè)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(jù)（磁場平均值B/mT、共振頻率f/MHz、電阻R/Ω、電感L/μH、匹配電容Cm/pF、CT/pF

6、）的計算和處理方法。計算得到Cm、CT并焊接電路，進(jìn)行兩次頻率匹配，不斷改變各個計算參數(shù)來調(diào)整線圈的結(jié)構(gòu)，直至獲得較好的核磁共振信號。
　　(4)核磁共振實(shí)驗(yàn)。利用雙層八字線圈搭建核磁共振系統(tǒng)。第一，實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(guān)系。第二，以化妝棉布為樣品，進(jìn)行了一維分層實(shí)驗(yàn)，核磁共振信號的強(qiáng)

7、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(tuán)為樣品，旋轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)所用的線圈，深度只能達(dá)到3mm，但信號較強(qiáng)，測量精度可達(dá)到0.01mL。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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，解決了線圈測量深度的問題，實(shí)驗(yàn)中測量