面向人體手指血糖無(wú)創(chuàng)核磁共振監(jiān)測(cè)的多層Halbach型永磁體的研制.pdf

1、人體血糖無(wú)創(chuàng)核磁共振檢測(cè)具有無(wú)創(chuàng)性、快速性、準(zhǔn)確性等優(yōu)點(diǎn)，受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。磁體是核磁共振系統(tǒng)中不可或缺的模塊，磁體工作區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)均勻性直接影響著核磁共振信號(hào)的好壞，但是，目前常用的核磁共振磁體體積龐大且成本昂貴，難以滿足人體血糖無(wú)創(chuàng)檢測(cè)的需求。因此，本文針對(duì)人體手指血糖無(wú)創(chuàng)核磁共振檢測(cè)的技術(shù)需求設(shè)計(jì)永磁體結(jié)構(gòu)并完成實(shí)驗(yàn)。首先基于磁路設(shè)計(jì)理論和有限元方法，設(shè)計(jì)一種體積小、場(chǎng)強(qiáng)高且均勻性好的磁體結(jié)構(gòu)，并對(duì)磁體的幾何參數(shù)

2、進(jìn)行優(yōu)化。然后，制作相應(yīng)的檢測(cè)探頭，結(jié)合商業(yè)核磁共振電子控制系統(tǒng)，搭建血糖核磁共振檢測(cè)平臺(tái)。最后，基于搭建的平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試了不同葡萄糖濃度的模擬血糖溶液和人體手指，證明了本文研制的磁體能有效地應(yīng)用于血糖無(wú)創(chuàng)核磁共振檢測(cè)。論文取得了下列研究成果:
　　(1)基于永磁磁路設(shè)計(jì)理論和靜磁場(chǎng)有限元分析方法，通過(guò)仿真計(jì)算不同類型的磁路，設(shè)計(jì)了一種適用于人體手指血糖無(wú)創(chuàng)核磁共振檢測(cè)的多層Halbach型永磁體磁路結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)研究解決Halbac

3、h磁體端部效應(yīng)導(dǎo)致的磁場(chǎng)不均勻性問(wèn)題，創(chuàng)新性地提出通過(guò)磁環(huán)徑向調(diào)整補(bǔ)償法優(yōu)化磁體結(jié)構(gòu)，使得磁體中心φ20×20mm的圓柱形區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)447mT，不均勻度約為4.46×102ppm，在φ10×10mm區(qū)域內(nèi)甚至可以達(dá)到50ppm以內(nèi)。通過(guò)研究強(qiáng)磁零部件的裝配工藝，完成多層永磁體組裝，最終研制的磁體高107.2mm，外徑φ180mm，中間通孔40×40mm，總重量?jī)H7.4kg(磁鐵5.3kg+鋁合金2.1kg)。
　　(2)通

4、過(guò)研制螺線管核磁共振檢測(cè)探頭，結(jié)合永磁體和商業(yè)核磁共振電子控制系統(tǒng)，搭建核磁共振實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)血糖模擬溶液和人體手指進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了本文研制的多層Halbach型永磁體能夠有效地應(yīng)用于人體手指血糖的無(wú)創(chuàng)核磁共振檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)去離子水的自由感應(yīng)衰減信號(hào)(FID)，驗(yàn)證了磁體裝置的磁場(chǎng)均勻性。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了五種不同樣品的核磁共振CPMG衰減信號(hào)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，五種樣品的橫向弛豫時(shí)間大小關(guān)系與商業(yè)Bruker檢測(cè)裝置比較完全一致，證明了本文研制