[实用新型]基于核磁共振成像技术的作物根系快速无损三维重建装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及农业信息技术领域，尤其是涉及一种基于核磁共振成像技术的作物根系快速无损三维重建装置。

背景技术

根系是作物从生长介质中获取各种养分和水分的重要器官，由于作物生长介质中各种养分和水分的分布通常是非常均匀的，作物对各种养分和水分的吸收取决于根系的空间分布情况，如玉米、油菜等作物，其根部空间状况能有效反映其水分养分信息。而作物根系大都生长在土壤里，土壤又是非透明介质，这对作物根系的研究造成了困难。传统的根系研究方法包括挖掘法、土钻法、根室法、微根管法和同位素法等，大多具有破坏性，会对作物生长发育带来一定的影响。

核磁共振成像通过对静磁场中的物体施加某种特定频率的射频脉冲，使物体中的氢质子受到激励而发生磁共振现象。停止脉冲后，质子在弛豫过程中产生MR信号。通过对MR信号进行数据接收、空间编码和图像重建等处理，可以对物体的空间结构进行三维重建。研究发现，水分子中的氢原子可以产生核磁共振现象，利用这一现象可以获取作物根系水分子分布的信息，从而精确绘制土壤中作物根系结构。因此，利用核磁共振成像技术，可以实现对作物根系的快速无损三维重建，对作物根系生长和养分吸收利用提供有效参考。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用核磁共振成像技术对作物根系进行快速无损三维重建装置，以弥补已有技术的不足。

本实用新型所要解决的技术问题是：传统的根系研究方法不仅具有破坏性，而且操作繁杂、效率低，难以对作物根部进行大规模的连续检测。经较长时间地分析研究认为核磁共振成像技术能很好地解决上述问题，因而有必要设计出一种基于核磁共振成像技术的作物根系快速无损三维重建装置。

本实用新型所采用的具体技术方案如下：

一种基于核磁共振成像技术的作物根系快速无损三维重建装置，包括核磁共振成像装置；

所述的核磁共振成像装置包括装置主体，所述装置主体内设有垂直升降的升降台以及与所述升降台同步移动的射频线圈和信号接收器；

所述装置主体的底部连接有输入传送带，顶部连接有输出传动带；

并设有一机械臂，用于将作物样品放置在所述输入传送带上和抓取输出传动带上的作物样品；

还包括一计算机，接受所述信号接收器输出的数据，并生成作物根部三维重建图像。

其中，所述装置主体内设有主磁体，为整个核磁共振成像装置提供外磁场。

作为优选的，所述装置主体包含补偿线圈，用以平衡因主磁体磁场不均所带来的误差。

作为优选的，所述装置主体包含梯度线圈，用于产生均匀的梯度磁场。

作为优选的，所述的射频线圈与一射频发射器相连，用于能量激发，使原子核由低能级跃迁到高能级。

作为优选的，所述的计算机还用于标记作物样品的摆放位置，并控制所述的机械臂抓取。

本实用新型中，整个检测过程全自动化，包括样品的抓取、传送带的运行速度、实时检测信息的可视化反馈等，均由计算机程序控制。另外，可利用计算机编写实验程序实现自动循环检测，成像数据自动存入计算机并进行在线的数据分析。

根据所述的作物根系快速无损三维重建装置，本实用新型的作物根系快速无损三维重建方法，包括：

1)以培养室中的作物苗为样品，利用机械臂将作物样品放置到输入传送带上；

2)利用输入传送带输送作物样品进入核磁共振成像装置的装置主体内；

3)作物样品随升降台逐渐升高，射频线圈随样品一起向上移动，并向其发射脉冲信号，信号接收器获取数据；

4)计算机与信号接收器相连，实时接受检测数据并生成作物根部三维重建图像；

5)在装置主体的顶部，由输出传动带将作物样品输出，并由机械臂抓取放回培养室内。

作为优选的，所述作物样品中培养土体积含水率控制在23-27％，以增强核磁共振成像技术的信号强度。

本实用新型采用全自动化操作，效率高，可以快速实现作物根部的大规模连续检测。

附图说明

图1为基于核磁共振成像技术的作物根系快速无损三维重建装置图；

图2为装置主体工作示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图来详细说明本实用新型，但本实用新型并不仅限于此。