专利名称：一种作物根系核磁共振研究的测量装置及方法
技术领域：
本发明属于核磁共振成像技术领域，涉及一种作物根系核磁共振研究的测量装置及方法。
背景技术：
根系是作物从土壤等生长介质中获取水分和养分的主要器官，根系对作物的生长发育有着至关重要的影响。由于生长介质中各种养分和水分的不均匀分布，根系三维构型直接影响到作物对养分和水分的吸收与利用能力。已有研究表明，根系三维构型对于一些移动性差的养分如磷等的吸收具有重要的影响。因此研究根系的三维构型具有重要的意义。
然而，由于根系生长在土壤中，而土壤是非透明介质，肉眼无法直接观测，使得对根系的研究比较困难。传统的根系研究方法大都需要对根系离土取样，不可避免的对根系造成了损伤和破坏，且操作过程比较繁琐，对同一株根系无法重复多次试验。比如使用挖掘法研究根系，一般先判断作物的根系的大致生长范围后，然后对其直接进行挖掘，而后实施冲洗和根系参数测量。地下根室法是根系研究的另一种方法，可以在不破坏根系的情况下对根系的生长状况进行连续的观察。但是地下根室法的成本非常高，对作物根系特征进行统计时比较费时费力，而且由于观测角度有限，难以全面获取根系构型特征。因此，无法满足现代根系生物学的研究需求。X射线计算机层析成像和核磁共振成像等技术的发展，为作物根系的研究提供了新的思路和方法。核磁共振技术是一种先进的非接触式测量技术，可以实现作物根系的原位无损检测，能对同一株作物根系进行反复多次的测量研究，完全满足根系生物学研究的需要，同时，与X射线计算机层析成像相比，核磁共振成像在成像速度、二维图像最小分辨率等方面具有更大的优势。由于核磁共振设备大都是针对医学研究领域的，所以利用核磁共振成像技术研究作物根系时，缺乏专门的适用于作物根系核磁共振研究的测量装置。当作物根系样本直径较小或者根系生长介质含水率较低时，根系核磁共振成像困难，获得的作物根系断层序列图像效果不理想，数据损失较多。
发明内容
本发明提供了一种作物根系核磁共振研究的测量装置，解决了作物根系样本直径较小或者根系生长介质含水率较低时，根系核磁共振成像困难的问题。一种作物根系核磁共振研究的测量装置，包括外筒；嵌套在所述外筒中用于培养待测作物的内筒，内筒侧壁和外筒之间形成用于盛水的环形空间区域；
用于封闭所述环形空间区域的顶部开口的环形密封盖，该环形密封盖上设有注水孔。本发明通过设置外筒和与其嵌套的内筒，形成环形空间区域，并用环形密封盖封闭。使用时在内筒中培养作物，而后将内筒嵌套在外筒中，并用环形密封盖封闭环形空间区域，通过注水孔向环形空间内注入水，内外筒之间形成环形水袋。由于核磁共振成像是一种在特殊磁场条件下，以射频脉冲激发测试对象内具有自旋特征的氢原子核，从而引起其氢原子核的共振并吸收能量，在停止射频脉冲后，氢原子核按照特定的频率释放出所吸收的能量(即核磁共振信号)，该信号被接收器收录，经计算机处理就获得了核磁共振图像，由此可知，氢原子核的含量与核磁共振成像清晰度之间有密切的关系，故环形水袋的形成可以提高根系核磁共振成像信号的强度，从而获得清晰的根系成像信号。作为优�。鐾馔埠湍谕参岵贾玫脑餐玻谒瞿谕驳牡撞可栌懈低ㄆ�。 同轴布置的外筒和内筒形成的环形空间区域厚度相同，注入水后，环形水袋对根系的作用均一一致，有利于根系全方位的清晰成像。另外，设置的根系通气孔可以使作物的根系健康生长，在进行核磁共振成像时，需要将根系通气孔密封，防止环形水袋中的水被吸入到内筒中。由于作物根系的类型、组成成分以及分布范围等均存在差异，故应根据具体的作物来决定内筒和外筒的直径以及环形空间区域的厚度，所述作物为玉米时，所述环形空间区域的厚度为0. 5 1cm。作为优�。瞿谕埠屯馔驳牟牧衔垡蚁┧芰�。当然也可以采用其他塑料制品，但应避免铁、铜等顺磁性物质的存在影响核磁共振成像的清晰度。为了将内筒与外筒之间固定，所述内筒通过支架卡定在外筒中，所述根系通气孔位于所述内筒的底面，将根系通气孔设置在内筒的底面，有利于培养过程中根系的透气和多余水分的排出。根系生长介质含水率较低时，不利于根系的核磁共振成像，为了尽量避免水分的蒸发，所述内筒的顶口带有内筒密封盖，该内筒密封盖带有用于避让待测作物的生长孔。作为优�。錾た孜挥谀谕裁芊飧堑闹胁�。作物的根系可以尽可能均衡的自然生长。所述外筒上固定有用于对待测作物样本进行定位的位置标定柱。位置标定柱可以对被测样本进行定位，使得每次核磁共振成像测试时，被测试样本在磁共振线圈中均处于同一测试角度和位置，便于对多次试验结果进行比较，从而研究根系的生长变化过程。本发明还提供了一种利用所述用于作物根系核磁共振研究的测量装置进行作物根系核磁共振试验的方法，包括在内筒中装入生长介质；将作物种植在生长介质中进行培养；培养结束后，将内筒植入外筒中，用密封盖密封；从注水孔向所述的环形空间内注水，进行根系核磁共振成像。所述生长介质是为作物生长提供营养物质的普通土壤，包含氮、磷、钾等肥料，以及少量的钙、硼等微量元素。
所述作物为玉米。显然的，所述作物不仅限于玉米，也可以水稻、小麦等其他作物。与现有技术相比，本发明的有益效果为(I)本发明通过内外筒之间的环形水袋作用，增强了作物根系的成像信号，获取到了清晰的根系成像信号，很好的解决了核磁共振研究作物根系样本直径较小或者根系生长介质含水率较低时，根系断层序列核磁共振成像效果不理想的问题。(2)由于采用内筒、外筒之间相结合和配套使用的工作方式，本发明把作物根系的培养过程和测量过程融为一体，作物根系在内筒中培养，而后内筒植入到外筒中进行核磁共振试验，试验结束后内外筒分离，内筒中的作物可以继续培养，并不影响作物正常的生长和发育，可以重复多次的对同一株作物根系进行长期的核磁共振试验。
图I为本发明作物根系核磁共振研究的测量装置的结构示意图；图2为图I中内筒的结构示意图；图3为本发明一个实施例玉米根系核磁共振图像；其中，I、外筒；2、内筒；3、注水孔；4、生长孔；5、环形密封盖；6、内筒密封盖；7、支架；8、位置标定柱；9、根系通气孔。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步阐释。实施例I 一种核磁共振研究作物根系的测量装置如图I所示，本发明核磁共振研究作物根系的测量装置，包括外筒I ;嵌套在所述外筒I中用于培养待测作物的内筒2，内筒2侧壁和外筒I之间形成用于盛水的环形空间区域；用于封闭所述环形空间区域的环形密封盖5，该环形密封盖5上设有注水孔3。其中，内筒2通过支架7悬置在外筒I中，且与外筒I同轴布置，内筒2的顶口带有内筒密封盖6，该内筒密封盖6带有用于避让待测作物的生长孔4。内筒2的底面设置有根系通气孔9。外筒I上固定有用于对待测作物样本进行定位的位置标定柱8。实施例2玉米根系的核磁共振试验玉米根系的核磁共振试验中使用实施例I中的测量装置，具体试验步骤如下(I)取普通壤土装入到测量装置的内筒2中，盖好内筒密封盖6。(2)通过内筒密封盖6的生长孔4，将已发芽的玉米种子植入到普通壤土中，向普通壤土加入玉米生长所需的营养液(含氮、磷、钾以及少量的微量元素)，而后将内筒2放置到作物培养箱中进行培养。(3)待玉米生长至两到三周后，把内筒2从作物培养箱中取出，密封住根系通气孔9，将内筒2放入到外筒I内的支架7上，用环形密封盖5将内筒2与外筒I之间的环形空间区域封闭。(4)通过环形密封盖5上面的注水孔3，将蒸馏水注入到内、外筒之间的环形空间区域。
(5)将整个测量装置放入到西门子I. 5T核磁共振成像仪中成像，采用T2加权成像方式对根系进行核磁共振成像，测试参数设置为重复时间(TR)4400ms，回波时间(TE) 28ms ;层厚 / 层距(Thk/sp) 2mm/1. 5mm ;视野(FOV) 20cmX20cm ;采集次数(NAQ) 2 次。由图3可见，本发明获取了清晰的玉米根系核磁共振图像。 上述具体实施方式
仅为本发明的具体实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种作物根系核磁共振研究的测量装置，其特征在于，包括 外筒⑴； 嵌套在所述外筒(I)中用于培养待测作物的内筒(2)，内筒(2)侧壁和外筒(I)之间形成用于盛水的环形空间区域； 用于封闭所述环形空间区域的顶部开口的环形密封盖(5)，该环形密封盖(5)上设有注水孔⑶。
2.如权利要求I所述的作物根系核磁共振研究的测量装置，其特征在于，所述外筒(I)和内筒⑵为同轴布置的圆筒，在所述内筒⑵的底部设有根系通气孔(9)。
3.如权利要求2所述的作物根系核磁共振研究的测量装置，其特征在于，所述内筒通过支架(7)卡定在外筒(I)中，所述根系通气孔(9)位于所述内筒(2)的底面。
4.如权利要求I所述的作物根系核磁共振研究的测量装置，其特征在于，所述内筒(2)的顶口带有内筒密封盖￠)，该内筒密封盖(6)带有用于避让待测作物样本的生长孔(4)。
5.如权利要求4所述的作物根系核磁共振研究的测量装置，其特征在于，所述生长孔(4)位于内筒密封盖(6)的中部。
6.如权利要求I所述的作物根系核磁共振研究的测量装置，其特征在于，所述外筒(I)上固定有用于对待测作物样本进行定位的位置标定柱(8)。
7.如权利要求I所述的作物根系核磁共振研究的测量装置，其特征在于，所述作物为玉米时，所述环形空间区域的厚度为O. 5 1cm。
8.一种利用如权利要求I 7任一项所述的作物根系核磁共振研究的测量装置进行作物根系核磁共振研究的方法，其特征在于，包括 在内筒中装入生长介质； 将作物种植在生长介质中进行培养； 培养结束后，将内筒植入到外筒中，用密封盖密封； 从注水孔向所述的环形空间内注水，进行根系核磁共振成像。
全文摘要
本发明公开了一种作物根系核磁共振研究的测量装置及方法，所述测量装置，包括外筒；嵌套在所述外筒中用于培养待测作物的内筒，内筒侧壁和外筒之间形成用于盛水的环形空间区域；用于封闭所述环形空间区域的是环形密封盖，该环形密封盖上设有注水孔。本发明很好的解决了核磁共振研究作物根系样本直径较小或者根系生长介质含水率较低时，根系断层序列核磁共振成像效果不理想的问题，且不影响作物正常的生长和发育，可以重复多次的对同一株作物根系进行长期的核磁共振试验。
文档编号G01B15/04GK102967617SQ20121048659
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日
发明者何勇, 张建锋, 王南飞, 刘飞, 龚向阳 申请人:浙江大学
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