CN106980096B - 一种用于磁共振测试的软组织模拟器及模拟测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于磁共振测试的软组织模拟器及模拟测试方法，模拟器包括承载软组织或器官样本的底座、正对样本的压头、驱动压头相对样本往复运动的气筒以及对气筒供气的气源，气筒内由活塞分隔成第一腔室和第二腔室，活塞与压头连接；气源包括气动发生源、与气动发生源连接的具有第一出气口和第二出气口的换向阀，换向阀的第一出气口和第二出气口分别与气筒的第一腔室和第二腔室连通。本发明基于气动驱动，利用换向阀控制压缩空气均匀地进入气筒的第一腔室或第二腔室以控制压头的运动，位移分布均匀，控制精度好；通过控制压头周期运动或单向运动，模拟人体器官的运动或人体测试中软组织的运动，通用于基于磁共振方法的软组织物理特性测量模拟。
Description
技术领域
本发明涉及软物质与实验力学技术领域，尤其涉及一种用于磁共振测试的软组织模拟器及模拟测试方法。
背景技术
基于磁共振的软组织物理特性测试是目前基于影像临床诊断的重要发展方向。目前基于磁共振的人体软组织物理特性测试主要方法有标记成像技术和弹性成像技术等。应用动物与人工样本进行模拟测试是开展临床应用前，针对新的测量方法与疾病检测应用的主要手段。
目前在对样本进行模拟测试时，施加位移的驱动方式主要为薄膜驱动和压电陶瓷驱动。采用薄膜进行驱动的方式：其驱动膜包覆在气囊外，进行薄膜气动对样本施加位移，缺点是难以进行标记成像的模拟与测试，且驱动位移分布不易控制；采用压电陶瓷进行驱动：通过机械连接的方式将压电驱动器产生的位移传递到输出端，其缺点是难以对大样本进行模拟测试，位移幅度调节范围有限，难以进行标记成像的模拟与测试。
现有的对样本进行模拟测试的装置的主要缺点是：
1、主要针对特定一种磁共振成像方法，驱动位移范围有限，不能面向不同成像方式的多种不同位移范围；
2、气动驱动方式中，以膜驱动方式产生的位移不易控制，分布不均匀；
3、压电驱动的位移较小，难以应用大样本进行测量。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型的用于磁共振测试的软组织模拟器及模拟测试方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于磁共振测试的软组织模拟器及模拟测试方法，其驱动位移幅度范围较大，可以对不同尺寸的样本进行驱动、位移分布均匀，控制精度好且通用于基于磁共振方法的软组织物理特性测量模拟。
本发明的用于磁共振测试的软组织模拟器，包括承载软组织样本的底座、正对样本的压头、驱动压头相对样本往复运动的气筒以及对气筒供气的气源，所述气筒内由活塞分隔成第一腔室和第二腔室，所述活塞与所述压头连接；所述气源包括气动发生源、与气动发生源连接的具有第一出气口和第二出气口的换向阀，所述换向阀的第一出气口和第二出气口分别与所述气筒的第一腔室和第二腔室连通。
进一步的，所述底座上设有调节所述气筒与所述样本之间的间距的调节装置，所述调节装置包括一端与所述底座转动连接的两丝杆、两端分别与两丝杆螺纹连接的滑台、与两丝杆另一端转动连接的顶板、设置在顶板上驱动两丝杆转动的旋钮，所述气筒设置在所述滑台上。
进一步的，所述丝杆的两端均通过轴承分别与所述底座与顶板转动连接。
进一步的，所述气动发生源与换向阀之间连接有单向节流阀。
进一步的，所述换向阀为二位五通电磁换向阀。
进一步的，所述气动发生源为产生压缩空气的空气压缩机。
本发明的利用上述的用于磁共振测试的软组织模拟器进行模拟测试的方法，包括步骤：
(1)将合适尺寸的软组织或器官样本放置在所述底座上并与所述压头接触；
(2)启动气动发生源，控制换向阀的方向，使所述第一出气口与所述第一腔室连通或使所述第二出气口与所述第二腔室连通，使压头收回或下压样本，调节换向阀的方向，使压头产生周期运动或单向运动；
(3)基于磁共振的软组织物理力学特性，调节控制气动发生源，模拟人体器官的运动或人体测试中软组织的运动。
本发明的利用上述的用于磁共振测试的软组织模拟器进行模拟测试的方法，包括步骤：
(1)将软组织或器官样本放置在所述底座上，根据样本的尺寸，转动所述旋钮调节所述滑台在所述丝杆上的高度使所述压头与样本接触；
(2)启动气动发生源，控制换向阀的方向，使所述第一出气口与所述第一腔室连通或使所述第二出气口与所述第二腔室连通，使压头收回或下压样本，调节换向阀的方向，使压头产生周期运动或单向运动；
(3)基于磁共振的软组织物理力学特性，调节控制气动发生源，模拟人体器官的运动或人体测试中软组织的运动。
本发明的利用上述的用于磁共振测试的软组织模拟器进行模拟测试的方法，包括步骤：
(1)将合适尺寸的软组织或器官样本放置在所述底座上并与所述压头接触，或，将软组织或器官样本放置在所述底座上，根据样本的尺寸，转动所述旋钮调节所述滑台在所述丝杆上的高度使所述压头与样本接触；
(2)启动气动发生源，打开单向节流阀，控制换向阀的方向，使所述第一出气口与所述第一腔室连通或使所述第二出气口与所述第二腔室连通，使压头收回或下压样本，调节换向阀的方向，使压头产生周期运动或单向运动；
(3)基于磁共振的软组织物理力学特性，调节控制气动发生源，模拟人体器官的运动或人体测试中软组织的运动。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、基于气动驱动，利用换向阀控制压缩空气均匀地进入气筒的第一腔室或第二腔室以控制压头的运动，位移分布均匀，控制精度好；
2、气筒相对底座之间的位移可根据样本的尺寸进行调节，驱动位移幅度范围较大，位移幅度可控制可调节；
3、通过控制压头的周期运动或单向运动，模拟人体器官的运动或人体测试中软组织的运动，通用于基于磁共振方法的软组织物理特性测量模拟。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的用于磁共振测试的软组织模拟器的结构示意图；
图2是本发明中安装压头并承载样本的底座立体结构示意图；
图3是底座的结构主视图；
图4是图3中沿A-A线的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1至图4，本发明一较佳实施例所述的一种用于磁共振测试的软组织模拟器，包括气路部分和样本运动模拟机构，其中，气路部分包括依次连接的气动发生源10、单向节流阀20和二位五通电磁换向阀30；样本运动模拟机构包括承载软组织或器官样本的底座41、正对样本的压头42、驱动压头42相对样本往复运动的气筒43，底座41上设有调节气筒43与样本之间的间距的调节装置，调节装置包括一端与底座41转动连接的两丝杆47、两端分别与两丝杆螺纹连接的滑台48、与两丝杆47另一端转动连接的顶板49、设置在顶板49上驱动两丝杆47转动的旋钮51，气筒43穿设在滑台48上，并用螺栓固定。
本发明中通过气动的方式驱动压头42运动，而压头42由气筒43驱动，具体的，本发明的气筒43内由活塞44分隔成第一腔室45和第二腔室46，将活塞44与压头42连接。为使活塞44可带动压头42往复运动，本发明将气筒43的第一腔室45和第二腔室46分别与二位五通电磁换向阀30的第一出气口和第二出气口连通，当气体通过二位五通电磁换向阀30的第一出气口进入气筒43的第一腔室45内，在气压的作用下，活塞44向下移动；当气体通过二位五通电磁换向阀30的第二出气口进入气筒43的第二腔室46内，在气压的作用下，活塞44向上移动，活塞44的上下移动驱动压头42相对样本往复运动。
当在底座41上放置不同尺寸的样本时，需要调节气筒43与底座41之间的距离，调节时，转动旋钮51，使两丝杆47转动，从而使滑台48沿丝杆47向上或向下移动，从而带动气筒43相对底座41上升或下降。为使两丝杆47可相对底座41和顶板49转动，本发明将丝杆47的两端均通过轴承分别与底座41与顶板49转动连接，位于顶板49内的两丝杆47的端部通过齿条与旋钮51传动，从而转动旋钮51即可使两丝杆47转动。
为了使气动发生源10给出的气体能够对活塞44施加足够的气压，本发明中气动发生源10为产生压缩空气的空气压缩机。
利用上述的用于磁共振测试的软组织模拟器进行模拟测试的方法，包括步骤：
(1)将合适尺寸的软组织或器官样本60放置在载玻片上，将载玻片连同样本放置在底座41上并与压头42接触，或，将软组织或器官样本放置在载玻片上，将载玻片连同样本放置在底座41上，根据样本的尺寸，转动旋钮51调节滑台48在丝杆47上的高度使压头42与样本60接触；
(2)启动气动发生源10，控制二位五通电磁换向阀30的方向，使第一出气口与第一腔室45连通或使第二出气口与第二腔室46连通，使压头42收回或下压样本，调节二位五通电磁换向阀30的方向，使压头42产生周期运动或单向运动；若要控制压缩空气的流量，可同时打开单向节流阀20；
(3)基于磁共振的软组织物理力学特性，调节控制气动发生源10，模拟人体器官的运动或人体测试中软组织的运动。
本发明的工作原理如下：
初始位置，二位五通电磁换向阀30右位接入，压缩空气经二位五通电磁换向阀30的进气口1到达出口2，进入气筒43的第一腔室45，活塞44带动压头42收回；当二位五通电磁换向阀30换向时，压缩空气经进气口1/出气口4的左位作用在二位五通电磁换向阀上，使得二位五通电磁换向阀30左位接入，压缩空气进入气筒43的第二腔室46，使得活塞44伸出，使得压头42下压样本60；当二位五通电磁换向阀30再次换向时，二位五通电磁换向阀的右位接入，如此，控制活塞44的运动以控制压头42的运动。
依据基于磁共振的软组织物理力学特性测试方法，对测试样本的状态进行模拟。调节控制气动发生源10，使压头42产生周期运动或单向运动，模拟人体器官的运动或人体测试中软组织的运动，控制所测试样本的运动状态，得到相应的实验结果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于磁共振测试的软组织模拟器，其特征在于：包括承载软组织或器官样本的底座、正对样本的压头、驱动压头相对样本往复运动的气筒以及对气筒供气的气源，所述气筒内由活塞分隔成第一腔室和第二腔室，所述活塞与所述压头连接；所述气源包括气动发生源、与气动发生源连接的具有第一出气口和第二出气口的换向阀，所述换向阀的第一出气口和第二出气口分别与所述气筒的第一腔室和第二腔室连通，所述底座上设有调节所述气筒与所述样本之间的间距的调节装置，所述调节装置包括一端与所述底座转动连接的两丝杆、两端分别与两丝杆螺纹连接的滑台、与两丝杆另一端转动连接的顶板、设置在顶板上驱动两丝杆转动的旋钮，所述气筒设置在所述滑台上；
其中，利用所述用于磁共振测试的软组织模拟器进行模拟测试的具体步骤为：
（1）将合适尺寸的软组织或器官样本放置在所述底座上并与所述压头接触；
（2）启动气动发生源，控制换向阀的方向，使所述第一出气口与所述第一腔室连通或使所述第二出气口与所述第二腔室连通，使压头收回或下压样本，调节换向阀的方向，使压头产生周期运动或单向运动；
（3）基于磁共振的软组织物理力学特性，调节控制气动发生源，模拟人体器官的运动或人体测试中软组织的运动。
2.根据权利要求1所述的用于磁共振测试的软组织模拟器，其特征在于：所述丝杆的两端均通过轴承分别与所述底座与顶板转动连接。
3.根据权利要求1所述的用于磁共振测试的软组织模拟器，其特征在于：所述气动发生源与所述换向阀之间连接有单向节流阀。
4.根据权利要求3所述的用于磁共振测试的软组织模拟器，其特征在于：所述换向阀为二位五通电磁换向阀。
5.根据权利要求3所述的用于磁共振测试的软组织模拟器，其特征在于：所述气动发生源为产生压缩空气的空气压缩机。
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