CN107389718A - 一种基于核磁共振成像技术的大白菜根肿病早期快速无损检测装置 - Google Patents

一种基于核磁共振成像技术的大白菜根肿病早期快速无损检测装置 Download PDF

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朱红艳
何勇
李异凡
郑启帅
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Abstract

本发明公开一种基于核磁共振成像技术的大白菜根肿病早期快速无损检测装置，包括核磁共振成像装置；核磁共振成像装置包括装置主体，装置主体内设有垂直升降的升降台以及与升降台同步移动的射频线圈和信号接收器；装置主体内安装有RFID阅读器，用于识别大白菜样品上的电子标签；安装与装置主体的底部和顶部分别连接的输入传送带和输出传动带；并设有一机械臂，用于将大白菜样品放置在所述输入传送带上和抓取输出传动带上的大白菜样品；还包括一计算机，接受信号接收器输出的数据，生成作物根部三维重建图像，并根据图像中是否有根肿块判断其是否患有根肿病。本发明整个检测过程全自动化，快速完成大白菜根肿病病样的识别与筛选，实现无损检测。

Description

一种基于核磁共振成像技术的大白菜根肿病早期快速无损检 测装置
技术领域
本发明属于农业信息技术领域，尤其是涉及一种基于核磁共振成像技术的大白菜根肿病早期快速无损检测装置。
背景技术
大白菜根肿病是一种土传真菌病害，主要分布在温带地区。它是由鞭毛菌亚门芸苔根肿菌侵染十字花科植物的根，并使其发生病变而造成的一种病害。病菌以休眠孢子囊在土壤中越冬或越夏。在适宜条件下，休眠孢子囊萌发生成的游动孢子侵入寄主幼根、根毛，发育成变形体，最后变形体进入根部皮层组织和形成层细胞内，刺激其分裂和增大，9-10天即可形成根肿块，俗称大根病。根肿块大的形似马铃薯，小的形似豆根瘤，还有的像手指条状不规则地生长。根肿病发生后直接妨碍营养成分向植株地上部分输送，蔬菜长到中期，严重的在前期就出现根部腐烂，造成成片的蔬菜大面积死亡，给农民经济带来巨大损失。而作物根系大都生长在土壤里，土壤又是非透明介质，这对大白菜根肿病的研究及防治造成了困难。大白菜根肿病常用的检测技术主要有显微观察法、血清技术和分子生物学技术等。现在对根肿病病菌的检测普遍采用PCR(聚合酶链式反应)技术，该检测技术虽然准确度高，但检测过程较为复杂，且耗时较长。
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，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，而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，可以实现对大白菜根肿病的早期快速无损检测，为植物病毒的早期诊断提供新的思路及方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于核磁共振成像技术的大白菜根肿病早期快速无损检测装置，以弥补现有技术的不足。
本发明所要解决的技术问题是：传统的大白菜根肿病检测方法如PCR (聚合酶链式反应)技术虽然准确度较高，但操作繁杂、效率较低，难以对大白菜根肿病进行大规模的自动化检测。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，且不会对被测样品造成损伤，因而设计出一种基于核磁共振成像技术的大白菜根肿病早期快速无损检测装置。本发明的具体设计方案如下：
一种基于核磁共振成像技术的大白菜根肿病早期快速无损检测装置，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；
所述装置主体内安装有RFID阅读器，用于识别大白菜样品上的电子标签；
安装与所述装置主体的底部和顶部分别连接的输入传送带和输出传动带；
并设有一机械臂，用于将大白菜样品放置在所述输入传送带上和抓取输出传动带上的大白菜样品；
还包括一计算机，接受所述信号接收器输出的数据，生成作物根部三维重建图像，并根据图像中是否有根肿块判断其是否患有根肿病。
作为优选的，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，所述装置主体包含梯度线圈，用于产生均匀的梯度磁场。
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。
作为优选的，所述的计算机与RFID阅读器连接，并生成与各大白菜样品对应的识别码，用于标记对应的根部三维重建图像。
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％。
本发明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、大白菜根肿病病样的识别与筛选等，均由计算机程序控制。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，进而完成对大白菜根肿病病样的识别与筛选，且整个检测过程不会对大白菜造成任何损伤。
附图说明
图1为基于核磁共振成像技术的大白菜根肿病早期快速无损检测装置图；
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发明，但本发明并不仅限于此。
如图1和图2所示，本发明中的基于核磁共振成像技术的大白菜根肿病早期快速无损检测装置包括：装置主体1，射频发射器2，计算机3，机械臂4，输出传送带5，培养室6。其中，装置主体1包括主磁体11，补偿线圈12，信号接收器13，射频线圈14，升降台15，梯度线圈16和输入传送带17。
机械臂4将大白菜样品抓取到传送带5上，经传送带5将样品送入核磁共振成像装置的装置主体1内。装置主体1由主磁体11、补偿线圈12、信号接收器13、射频线圈14、升降台15和梯度线圈16构成。其中，主磁体11为整个装置提供外磁场，补偿线圈12用以平衡因主磁体磁场不均所带来的误差，梯度线圈16能够产生均匀的梯度磁场，射频线圈14用于能量激发，使原子核由低能级跃迁到高能级。当样品进入装置主体1后，样品位于升降台15上并随之逐渐升高，射频线圈14随样品一起向上移动，并向其发射脉冲信号，信号接收器13在相对一侧获取数据。数据处理计算机3与信号接收器13相连，实时检测数据经计算机程序处理后可即时生成大白菜根部三维重建图像，根据是否存在根肿块判断该样品是否患有根肿病。同时，计算机3根据前一样品检测时间的长短，可自动调节输出传送带5的速度，适时将另一样品送入装置主体1，患病样品最终由机械臂4抓取至指定位置，其余样品转移至培养室6内。
本实施例中，装置主体1上还安装有RFID阅读器，用于识别大白菜样品上的电子标签，并可在计算机内生成与对应大白菜样品的识别码，用于标记生成的大白菜根部三维重建图像。
利用上述基于核磁共振成像技术的大白菜根肿病早期快速无损检测装置，具体检测过程包括以下步骤：
1)以统一培育的培养室中的大白菜为样品，利用机械臂将样品放置到传送带上；
2)利用自动传送系统使样品进入装置主体内，根据前一样品检测时间的长短，可自动调节传送带的速度；
3)当样品进入装置主体后，样品位于升降台上并随之逐渐升高，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)数据处理计算机与信号接收器相连，实时检测数据经计算机程序处理后即时生成大白菜根部三维重建图像，并判断其是否为大白菜根肿病病样；
5)计算机通过控制传送带速度，将另一样品送入装置主体，机械臂将大白菜根肿病病样抓取至指定位置，其余样品转移至培养室内。
6)重复步骤1)～步骤5)，即可实现对大白菜根肿病的早期快速无损检测。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于核磁共振成像技术的大白菜根肿病早期快速无损检测装置，包括核磁共振成像装置，其特征在于：
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；
所述装置主体内安装有RFID阅读器，用于识别大白菜样品上的电子标签；
安装与所述装置主体的底部和顶部分别连接的输入传送带和输出传动带；
并设有一机械臂，用于将大白菜样品放置在所述输入传送带上和抓取输出传动带上的大白菜样品；
还包括一计算机，接受所述信号接收器输出的数据，生成作物根部三维重建图像，并根据图像中是否有根肿块判断其是否患有根肿病。
2.如权利要求1所述的大白菜根肿病早期快速无损检测装置，其特征在于：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。
3.如权利要求2所述的大白菜根肿病早期快速无损检测装置，其特征在于：所述装置主体包含梯度线圈，用于产生均匀的梯度磁场。
4.如权利要求3所述的大白菜根肿病早期快速无损检测装置，其特征在于：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。
5.如权利要求1所述的大白菜根肿病早期快速无损检测装置，其特征在于：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。
6.如权利要求1所述的大白菜根肿病早期快速无损检测装置，其特征在于：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。
7.如权利要求1所述的大白菜根肿病早期快速无损检测装置，其特征在于：所述的计算机与RFID阅读器连接，并生成与各大白菜样品对应的识别码，用于标记对应的根部三维重建图像。
8.如权利要求7所述的大白菜根肿病早期快速无损检测装置，其特征在于：所述作物样品中培养土体积含水率控制在23-27％。
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