一种基于单边核磁共振传感设备检测皮肤烧伤深度的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于单边核磁共振传感设备检测皮肤烧伤深度的方法，属于核磁共振检测领域。该单边核磁共振设备结构主要包括永磁体结构、射频线圈、梯度线圈、射频屏蔽。所述梯度线圈进行空间编码。根据单边磁体形成的静磁场特点，将垂直于磁体表面的自然梯度作为选层梯度，不再进行频率编码，而是进行双相位编码，通过得到的磁共振信号的测量到皮肤纵向弛豫时间T1、横向弛豫时间T2以及扩散系数D的差别可实现皮肤烧伤深度的检测。本发明专利技术充分利用了单边磁体的静磁场存在纵向梯度的特点，减少了射频能量的损耗。通过累加的方法克服了低信噪比的情况，使用一系列180°重聚焦脉冲不断将信号恢复出来，信号经过叠加和平均后可提高信噪比。

Method for detecting skin burn depth based on unilateral nuclear magnetic resonance sensing equipment

The invention relates to a method for detecting the depth of skin burns based on a unilateral nuclear magnetic resonance sensing device, which belongs to the field of nuclear magnetic resonance detection. The structure of the single side NMR equipment mainly includes permanent magnet structure, RF coil, gradient coil and radio frequency shield. The gradient coils are spatially encoded. According to the characteristics of static magnetic field monohedral magnet formed by natural gradient will be perpendicular to the surface of the magnet as the layer selection gradient, no frequency encoding, but double phase encoding, we can detect the skin depth by measuring the magnetic resonance signal from the skin to the longitudinal relaxation time T1, transverse relaxation time and diffusion coefficient D T2 the difference between the. The invention makes full use of the vertical gradient of the static magnetic field of the single side magnet, thus reducing the loss of radio frequency energy. The method of accumulation overcomes the low signal to noise ratio, and uses a series of 180 degree focal pulse to recover the signal continuously. After the signal is superimposed and averaged, the signal-to-noise ratio can be improved.

【技术实现步骤摘要】
一种基于单边核磁共振传感设备检测皮肤烧伤深度的方法
本专利技术属于核磁共振检测领域，涉及一种基于单边核磁共振传感设备检测皮肤烧伤深度的方法。
技术介绍
近年来便携式单边核磁共振技术在食品分析和质量控制、材料科学、地球物理等领域得到广泛应用。其结构开放、体积较小、便于移动，能够在任意位置从任意角度对物体进行无损检测，同时采用永磁体提供主磁场，价格低廉、能耗较低，再加上其可以提供传统核磁共振所给予的包括弛豫时间T1、T2成像、扩散系数D，甚至是化学位移等诸多信息。皮肤烧伤是一种常见病症，而目前针对皮肤烧伤程度的判断以及烧伤后皮肤康复情况的诊断，还没有良好的检测设备和方法，主要通过医生的主观判断及患者切身感受，这种方法较为粗略、主观，容易造成烧伤深度的误判和采用错误的治疗方案。现有的医疗诊断方法如计算机断层成像(CT)、磁共振成像(MRI)等，虽可以对人体皮肤进行成像，但是体积较大，难以进行临床实时监护与测量。因此临床上迫切需要一种量化的、准确的方法来判断烧伤患者的烧伤深度和恢复程度，以准确制定治疗和康复方案。而单边磁体体积小，重量轻，便于携带。本专利提出基于低场单边核磁共振设备和步进电机检测不同层皮肤烧伤深度的方法，直接用永磁体构建主磁场，并配有射频线圈和梯度线圈，实现信号的测量和浅层皮肤成像。通过得到的磁共振信号的测量到皮肤纵向弛豫时间T1、横向弛豫时间T2以及扩散系数D的差别可实现皮肤烧伤深度的检测。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种使用低场单边核磁共振设备和步进电机检测不同层皮肤烧伤深度的方法，皮肤由角质层、表皮、真皮、皮下组织构成，它们的厚度各不相同，纵向弛豫时间T1、横向弛豫时间T2也各不相同。通过步进电机实现皮肤的分层检测，使用双相位编码的方式来实现磁共振信号的空间编码，测量到信号的特征值差异来检测皮肤烧伤深度。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于单边核磁共振传感设备检测皮肤烧伤深度的方法，利用单边永磁体结构产生静态磁场；利用射频线圈产生与主磁场正交的激励射频磁场，并检测设置于单边永磁体结构上侧的被测样品所产生的回波信号；梯度线圈用于产生图像空间编码的现行梯度磁场；在获得层面成像后通过二维傅里叶逆变换得到层面的图像，最后通过步进电机调节总行程内的任意高度实现对皮肤的分层检测。进一步的，将所述单边磁体封闭起来，构成磁体表面，定义垂直于表面的方向为y轴，主磁场B0在y轴方向有单调的衰减，形成较大的梯度，将该静态磁场梯度作为选层梯度场；在非均匀场MRI中，该选层梯度场不仅较大，还不能反向，在离开表面一定距离且平行于该表面很薄层面内，沿y轴梯度是线性的，而在xoz平面B0变化不显著，可看做均匀场，通过射频线圈施加90°脉冲使得磁化矢量向xoz平面翻转。进一步的，磁体表面有x和z方向的二维梯度线圈对二维平面进行空间编码，根据相位与层面位置一一对应的关系，得到与层面各个体素相对应的信号的强度，根据层面各体素信号强度决定像素的灰度，实现待测皮肤的层面成像。进一步的，采用CPMG序列解决沿y轴的静磁场梯度产生的信号衰减以及低信噪比问题，该序列使用一系列180°重聚焦脉冲可以不断把信号恢复出来，以起到累加平均的作用。进一步的，采用双相位编码，对于每个相位编码，采用N个180°脉冲，得到N个回波，再把所有N个回波峰值加在一起，相当于以N次激发来提高信噪比。进一步的，所述步进电机的精度为50mm，总行程为30mm。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的核磁共振传感设备，其用于形成主磁场的磁体采用单边磁体的结构，单边磁体具备体积小，重量轻，成本低，便于移动，可进行临床实时监护等优点。本专利技术提供的这种基于单边磁体的脉冲序列用于单边核磁共振成像，充分利用了单边磁体的静磁场存在纵向梯度的特点，减少了射频能量的损耗。与此同时，通过累加的方法克服了低信噪比的情况，使用一系列180°重聚焦脉冲不断将信号恢复出来，以起到累加平均的作用，信号经过叠加和平均后可提高信噪比。使用该序列后，信号衰减的速度明显降低。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术进行核磁共振检测时的步进平台正视图；图2为本专利技术进行核磁共振检测时的步进平台俯视图；图3为本专利技术静态磁场的Y轴梯度磁场；图4为本专利技术实施例提供的脉冲序列；图5为本专利技术实施例提供的脉冲序列的程序框图；图6为本专利技术实施例测量到正常皮肤和烧伤皮肤不同深度上T2的对比图；图7为本专利技术实施例测量到正常皮肤和烧伤皮肤不同深度上T1的对比图；图8为本专利技术实施例测量到正常皮肤和浅度烧伤皮肤成像的对比图；图9为本专利技术实施例测量到正常皮肤和深度烧伤皮肤成像的对比图；其中，1-单边永磁体结构；2-步进电机；3-浅度烧伤皮肤；4-正常皮肤；5-深度烧伤皮肤。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。图1为本专利技术进行核磁共振检测时的步进平台正视图，参照图1，主要包括了单边永磁体结构和步进电机，利用单边永磁体结构产生静态磁场；利用射频线圈产生与主磁场正交的激励射频磁场，并检测设置于单边永磁体结构上侧的被测样品所产生的回波信号；梯度线圈用于产生图像空间编码的现行梯度磁场；在获得层面成像后通过二维傅里叶逆变换得到层面的图像，最后通过步进电机调节总行程内的任意高度实现对皮肤的分层检测。由于皮肤由表皮(角质层，厚度约10μm、含水量30％；表皮下层，厚度约100μm、含水量70％)、真皮层(厚度约1000-4000μm，含水量70％)和皮下脂肪构成，通常采用三度四分法对烧伤深度进行判断。本专利技术进行核磁共振检测时的步进平台俯视图，中间是单边磁共振设备的敏感体积，在该表面放置样品，即正常皮肤和不同烧伤程度的皮肤，包括手臂手掌小腿脚踝等。步进电机的精度为50μm，总行程为30mm。该步进平台可以实现启动、停止、单步上升、单步下降、升到顶、降到底、升到任意设定总行程内的某一高度。这样便于对皮肤不同的层面进行测量。每次步进可以进行一次测量，得到不同层面的磁共振信号，可以很好的实现皮肤的分层成像，成功的区别真皮层表皮层。将所述单边磁体封闭起来，构成磁体表面，定义垂直于表面的方向为y轴，主磁场B0在y轴方向有单调的衰减，形成较大的梯度，将该静磁场梯度作为选层梯度场；在非均匀场MRI中，该选层梯度场不仅较大，还不能反向，在离开表面一定距离且平行于该表面很薄层面内，沿y轴梯度是线性的，而在xoz平面B0变化不显著，可看做均匀场，通过射频线圈施加90°脉冲使得磁化矢量向xoz平面翻转。磁体表面有x和z方向的二维梯度线圈对二维平面进行空间编码，根据相位与层面位置一一对应的关系，得到与层面各个体素相对应的信号的强度，根据层面各体素信号强度决定像素的灰度，实现待测皮肤的层面成像。进而通过傅里叶逆变换得到层面的图像。由于背景场始终存在沿y轴的静磁场梯度，造成信号的衰减迅速以及很低的信噪比。尽管外磁场不均匀性将引起较大的相散，造成弛豫衰减很快，但这些相散是可逆的，通过180°重聚焦脉冲可对相散进行补偿而恢复自旋相干，继而产生一个回波。如果采用梯度回波序列，可控的梯度脉冲无法弥补静磁场梯度引起的相位相干损失。因此只能采用SE序列。累加是解决低信噪比的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单边核磁共振传感设备检测皮肤烧伤深度的方法，其特征在于：利用单边永磁体结构产生静态磁场；利用射频线圈产生与主磁场正交的激励射频磁场，并检测设置于单边永磁体结构上侧的被测样品所产生的回波信号；梯度线圈用于产生图像空间编码的现行梯度磁场；在获得层面信号后通过二维傅里叶逆变换得到层面的图像，最后通过步进电机调节总行程内的任意高度实现对皮肤的分层检测。

【技术特征摘要】
1.一种基于单边核磁共振传感设备检测皮肤烧伤深度的方法，其特征在于：利用单边永磁体结构产生静态磁场；利用射频线圈产生与主磁场正交的激励射频磁场，并检测设置于单边永磁体结构上侧的被测样品所产生的回波信号；梯度线圈用于产生图像空间编码的现行梯度磁场；在获得层面信号后通过二维傅里叶逆变换得到层面的图像，最后通过步进电机调节总行程内的任意高度实现对皮肤的分层检测。2.根据权利要求1所述的一种基于单边核磁共振传感设备检测皮肤烧伤深度的方法，其特征在于：将所述单边磁体封闭起来，构成磁体表面，定义垂直于表面的方向为y轴，主磁场B0在y轴方向有单调的衰减，形成较大的梯度，将该静态磁场梯度作为选层梯度场；在非均匀场MRI中，该选层梯度场不仅较大，还不能反向，在离开表面一定距离且平行于该表面很薄层面内，沿y轴梯度是线性的，而在xoz平面B0变化不显著，可看做均匀场，通过射频线圈施加90°脉冲使得磁化矢量向xoz平面翻转。3.根据权利要求2所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺中华，何为，徐征，杨嘉睿，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50