[實用新型]基于核磁共振成像技術(shù)的作物根系快速無損三維重建裝置

有效

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• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN207215735U
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱紅艷;何勇;李異凡
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01N24/08
• 分類號: G01N24/08;G06T17/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及農(nóng)業(yè)信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于核磁共振成像技術(shù)的作物根系快速無損三維重建裝置。

背景技術(shù)

根系是作物從生長介質(zhì)中獲取各種養(yǎng)分和水分的重要器官，由于作物生長介質(zhì)中各種養(yǎng)分和水分的分布通常是非常均勻的，作物對各種養(yǎng)分和水分的吸收取決于根系的空間分布情況，如玉米、油菜等作物，其根部空間狀況能有效反映其水分養(yǎng)分信息。而作物根系大都生長在土壤里，土壤又是非透明介質(zhì)，這對作物根系的研究造成了困難。傳統(tǒng)的根系研究方法包括挖掘法、土鉆法、根室法、微根管法和同位素法等，大多具有破壞性，會對作物生長發(fā)育帶來一定的影響。

核磁共振成像通過對靜磁場中的物體施加某種特定頻率的射頻脈沖，使物體中的氫質(zhì)子受到激勵而發(fā)生磁共振現(xiàn)象。停止脈沖后，質(zhì)子在弛豫過程中產(chǎn)生MR信號。通過對MR信號進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、空間編碼和圖像重建等處理，可以對物體的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建。研究發(fā)現(xiàn)，水分子中的氫原子可以產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象，利用這一現(xiàn)象可以獲取作物根系水分子分布的信息，從而精確繪制土壤中作物根系結(jié)構(gòu)。因此，利用核磁共振成像技術(shù)，可以實現(xiàn)對作物根系的快速無損三維重建，對作物根系生長和養(yǎng)分吸收利用提供有效參考。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種利用核磁共振成像技術(shù)對作物根系進(jìn)行快速無損三維重建裝置，以彌補(bǔ)已有技術(shù)的不足。

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是：傳統(tǒng)的根系研究方法不僅具有破壞性，而且操作繁雜、效率低，難以對作物根部進(jìn)行大規(guī)模的連續(xù)檢測。經(jīng)較長時間地分析研究認(rèn)為核磁共振成像技術(shù)能很好地解決上述問題，因而有必要設(shè)計出一種基于核磁共振成像技術(shù)的作物根系快速無損三維重建裝置。

本實用新型所采用的具體技術(shù)方案如下：

一種基于核磁共振成像技術(shù)的作物根系快速無損三維重建裝置，包括核磁共振成像裝置；

所述的核磁共振成像裝置包括裝置主體，所述裝置主體內(nèi)設(shè)有垂直升降的升降臺以及與所述升降臺同步移動的射頻線圈和信號接收器；

所述裝置主體的底部連接有輸入傳送帶，頂部連接有輸出傳動帶；

并設(shè)有一機(jī)械臂，用于將作物樣品放置在所述輸入傳送帶上和抓取輸出傳動帶上的作物樣品；

還包括一計算機(jī)，接受所述信號接收器輸出的數(shù)據(jù)，并生成作物根部三維重建圖像。

其中，所述裝置主體內(nèi)設(shè)有主磁體，為整個核磁共振成像裝置提供外磁場。

作為優(yōu)選的，所述裝置主體包含補(bǔ)償線圈，用以平衡因主磁體磁場不均所帶來的誤差。

作為優(yōu)選的，所述裝置主體包含梯度線圈，用于產(chǎn)生均勻的梯度磁場。

作為優(yōu)選的，所述的射頻線圈與一射頻發(fā)射器相連，用于能量激發(fā)，使原子核由低能級躍遷到高能級。

作為優(yōu)選的，所述的計算機(jī)還用于標(biāo)記作物樣品的擺放位置，并控制所述的機(jī)械臂抓取。

本實用新型中，整個檢測過程全自動化，包括樣品的抓取、傳送帶的運行速度、實時檢測信息的可視化反饋等，均由計算機(jī)程序控制。另外，可利用計算機(jī)編寫實驗程序?qū)崿F(xiàn)自動循環(huán)檢測，成像數(shù)據(jù)自動存入計算機(jī)并進(jìn)行在線的數(shù)據(jù)分析。

根據(jù)所述的作物根系快速無損三維重建裝置，本實用新型的作物根系快速無損三維重建方法，包括：

1)以培養(yǎng)室中的作物苗為樣品，利用機(jī)械臂將作物樣品放置到輸入傳送帶上；

2)利用輸入傳送帶輸送作物樣品進(jìn)入核磁共振成像裝置的裝置主體內(nèi)；

3)作物樣品隨升降臺逐漸升高，射頻線圈隨樣品一起向上移動，并向其發(fā)射脈沖信號，信號接收器獲取數(shù)據(jù)；

4)計算機(jī)與信號接收器相連，實時接受檢測數(shù)據(jù)并生成作物根部三維重建圖像；

5)在裝置主體的頂部，由輸出傳動帶將作物樣品輸出，并由機(jī)械臂抓取放回培養(yǎng)室內(nèi)。

作為優(yōu)選的，所述作物樣品中培養(yǎng)土體積含水率控制在23-27％，以增強(qiáng)核磁共振成像技術(shù)的信號強(qiáng)度。

本實用新型采用全自動化操作，效率高，可以快速實現(xiàn)作物根部的大規(guī)模連續(xù)檢測。

附圖說明

圖1為基于核磁共振成像技術(shù)的作物根系快速無損三維重建裝置圖；

圖2為裝置主體工作示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和附圖來詳細(xì)說明本實用新型，但本實用新型并不僅限于此。