CN109581263B - 一种通用的mri体模的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗设备质量检测领域，公开了一种通用的MRI体模材料的制备方法及制备通用的MRI体模的方法。本发明所述通用的MRI体模材料的制备方法建立了一个配比公式，根据MRI体模预设的T1、T2值可以直接计算给定T1/T2值对应所需材料的配比，T1/T2值的可调节范围大。本发明所述通用的MRI体模的制备方法根据MRI体模预设的T1、T2值和水的体积，取制备的MRI体膜材料加水混合，微波分次加热溶解，置于MRI体模载体中超声波排除气泡。本发明所述通用的MRI体模的制备方法能按需直接配置体模材料，效率高；微波炉分次加热，耗时短，水分蒸发少；无需滤渣，不改变溶液浓度；同时采用超声波排出气泡，操作简单。

Description

一种通用的MRI体模的制备方法

技术领域

本发明属于医疗设备质量检测领域，具体涉及一种通用的MRI体模的制备方法。

背景技术

磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)是通过对静磁场中的人体施加某种特定频率的射频脉冲，使人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信号的接收、空间编码和图像重建等处理过程，即产生MR信号。MRI已应用于全身各系统的成像诊断。效果最佳的是颅脑，及其脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等。对心血管疾病不但可以观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变化，而且可作心室分析，进行定性及半定量的诊断，可作多个切面图，空间分辨率较高，显示心脏及病变全貌，及其与周围结构的关系，优于其他X线成像、二维超声、核素及CT检查。在对脑脊髓病变诊断时，可作冠状、矢状及横断面像。

MRI体模是评价成像性能的一种必不可少的工具，其用途广泛，可用于校准和检查成像设备，进行新系统和脉冲序列开发的测试，以及MRI操作员的培训。其中最常用于序列开发的测试，其通常在临床研究前进行模拟测试。成像序列的研究在仿真得以验证后，通常需要先进行健康志愿者实验，然后通过数例患者实验验证有效，最终才能在临床上广泛推广。但由于健康志愿者不存在病理区，能够验证方法有效性的能力不足，而少量患者的临床研究受限于实验的可重复性。仿体实验可以作为健康人体实验的补充。因此，用于制作MRI体模的材料应具有1)与人体组织相似的弛豫时间；2)在体模内提供均匀的弛豫时间；3)允许生成各种形状和大小的体模；4)易于处理；和5)长期保持化学和物理稳定性。

MRI在出厂时会配备一些简单的测试体模，然而这些体模通常为液体介质，床面的运动将导致水模介质晃动从而无法评估设备的性能，或对成像的图像造成伪影。现有自制体模大多为非液体的介质体模，制作方法为：往烧杯注入蒸馏水，再注入材料(氯化钠、叠氮化钠和/或氯化镍)溶解，用油浴锅加热烧杯直到溶液沸腾，再加入材料琼脂糖粉溶解后进行滤渣和搅拌生成均匀清亮的液体，最后将溶液沿容器壁倒入，并利用负压吸引进行排气，旋紧容器盖。然而，油浴锅加热耗时，效率低，会改变溶液浓度，材料还需进行滤渣操作，利用负压吸引进行排气的流程也比较复杂。而且目前用于制备体模的材料多种多样，而所需材料配比往往不明确，不同的T1、T2弛豫时间所需材料配比也不同，因此无法高效率的制备获得通用的MRI体模。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种通用的MRI体模材料的制备方法及利用制备的通用的MRI体模材料制备通用的MRI体模的方法，该方法可以简单、高效的制备MRI体模。

为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种通用的MRI体模材料的制备方法，根据MRI体模预设的T1、T2值，按照式(1)、式(2)获得琼脂糖和Ni离子的浓度；根据琼脂糖和Ni离子的浓度和MRI体模预设的水的体积，按照式(3)、式(4)获得琼脂糖和含Ni离子的材料的配比用量，混合；

C_琼脂糖＝0.030741+247.204·T₂ ^-1.118 (1)

m_琼脂糖＝V_水·C_琼脂糖 (3)

其中，C_琼脂糖为琼脂糖的浓度，单位：％；C_Ni ²⁺为Ni²⁺的浓度，单位：mmol/L；m_琼脂糖为琼脂糖的质量，单位：g；m_Ni ²⁺为含Ni离子的材料的质量，单位：g；V_水为水的体积，单位：ml；M_Ni ²⁺为含Ni离子的材料的分子量。

本发明所述通用的MRI体模材料的制备方法利用琼脂糖和Ni离子作为原材料制成的体模拟合人体组织的T1、T2弛豫，琼脂糖的浓度与T2值存在单调线性关系，能很好的模仿人体组织的弛豫情况，在获得T2加权图像中起重要作用。而顺磁性Ni离子只影响T1值，而不改变T2值。Ni离子具有场不敏感性，不影响梯度回波序列的测试。本发明通过非线性拟合建立了一个配比公式用于计算给定T1/T2值(T1在800～1800ms之间可调，T2在40～230ms之间可调)对应所需材料的配比。

其中，作为优选，所述含Ni离子的材料为六水合硫酸镍(NiSO₄·6H₂O)、六水合二氯化镍(NiCl₂·6H₂O)、无水二氯化镍(NiCl₂)、无水硫酸镍(NiSO₄)或七水合硫酸镍(NiSO₄·7H₂O)。

本发明还提供了上述制备方法制备的MRI体模材料。

本发明还提供了一种通用的MRI体模的制备方法，根据MRI体模预设的T1、T2值和水的体积，取上述制备方法制备的MRI体膜材料加水混合，微波分次加热溶解，置于MRI体模载体中超声波排除气泡。

作为优选，所述通用的MRI体模的制备方法中所述微波的频率为家用微波炉频率，即2450MHz，每次加热1min。本领域技术人员可以理解，所述微波加热的时间及次数与体模材料的浓度相关，体模材料的浓度越大，加热时间越短，次数越多。

本发明所述MRI体模载体可为MRI体模制备中常用的任意载体，不仅限于离心管，可替换为其他封闭型容器如带盖玻璃瓶、塑料瓶及各类仿人体器官的模具。在一些实施方案中，所述根据MRI体模载体为带盖离心管、带盖玻璃瓶或带盖塑料瓶。

作为优选，所述通用的MRI体模的制备方法中，所述超声波的频率为20～30KHz。

进一步的，作为优选，本发明所述通用的MRI体模的制备方法还包括MRI扫描验证的步骤。

在一些实施方案中，所述MRI扫描验证具体为在MRI设备上扫描制得的体模，测量其平均T1、T2值，与预设的T1、T2值比较。

由上述技术方案可知，本发明提供了一种通用的MRI体模材料的制备方法及利用制备的通用的MRI体模材料制备通用的MRI体模的方法。本发明所述通用的MRI体模材料的制备方法建立了一个配比公式，根据MRI体模预设的T1、T2值，可以直接计算给定T1/T2值对应所需材料的配比，T1/T2值的可调节范围大。本发明所述通用的MRI体模的制备方法根据MRI体模预设的T1、T2值和水的体积，取制备的MRI体膜材料加水混合，微波分次加热溶解，置于MRI体模载体中超声波排除气泡。本发明所述通用的MRI体模的制备方法根据所述制备的MRI体膜材料的方法中给出的配比公式，能按需直接配置体模材料，效率高；采用微波炉分次加热，耗时短，水分蒸发少，安全，无需滤渣，不改变溶液浓度；同时采用超声波排出气泡，操作简单。

具体实施方式

本发明公开了一种通用的MRI体模的制备方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及产品已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

为了进一步理解本发明，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如无特殊说明，本发明实施例中所涉及的试剂均为市售产品，均可以通过商业渠道购买获得。

实施例1:正常心肌体模

正常心肌体模T1为1174-1420ms；T2为39-58ms。

1)材料

六水合硫酸镍(NiSO₄·6H₂O)、琼脂糖、纯水为制作材料，量筒、烧杯、搅拌棒、电子称、微波炉、超声波震荡仪为制作工具，离心管为体模模具。

2)假设T1＝1280ms，T2＝48ms

代入式(1)、式(2)可得

配制时水的体积为100mL，M_NiSO4·6H2O＝262.85，则带入式(3)、式(4)可得所需琼脂糖和六水合硫酸镍(NiSO₄·6H₂O)的质量为：3.2929g和14.538mg。

3)制备正常心肌体模

取一量筒量得纯水100ml，注入内径为10.5cm、高16cm、容量为500mL的烧杯中；加入3.2929g琼脂糖、14.538mg六水合硫酸镍(NiSO₄·6H₂O)搅拌，放入微波炉分次加热，每次加热1分钟左右拿出搅拌，最后至溶质溶解；再分装至50ml的带盖离心管，用超声波震出气泡，拧紧离心管盖冷却成凝胶。

用西门子3T的磁共振系统的自旋回波序列扫描，其中SE(用于测T2值)的扫描参数为TR＝10s，TE分别为10、25、50、90、150、230ms；SE-IR(用于测T1值)的扫描参数为TR＝10s，TE＝10ms，TI分别为100、400、800、1200、2400、4800ms。对图像进行点对点的非线性拟合，得到T1图和T2图。对两个仿体分别选择感兴趣区域取T1平均值作为该仿体的T1值，取T2平均值作为该仿体的T2值。MRI扫描得到T1、T2值分别为：1371ms和51ms，符合正常心肌体模T1、T2范围。

实施例2:心肌水肿体模

心肌水肿体模T1为1520-1738ms；T2为65-80ms

1)材料

六水合硫酸镍(NiSO₄·6H₂O)、琼脂糖、纯水为制作材料，量筒、烧杯、搅拌棒、电子称、微波炉、超声波震荡仪为制作工具，离心管为体模模具。

2)假设T1＝1560ms，T2＝68ms

代入式(1)(2)可得

配制时水的体积为100mL，M_NiSO4·6H2O＝262.85，则带入式(3)、式(4)可得所需琼脂糖和六水合硫酸镍(NiSO₄·6H₂O)的质量为：2.2407g和9.302mg

3)制备心肌水肿体模

取一量筒量得纯水100ml，注入内径为10.5cm、高16cm、容量为500mL的烧杯中；加入2.2407g琼脂糖、9.302mg六水合硫酸镍(NiSO₄·6H₂O)搅拌，放入微波炉分次加热，每次加热1分钟左右拿出搅拌，最后至溶质溶解；再分装至50ml的带盖离心管，用超声波震出气泡，拧紧离心管盖冷却成凝胶。

用西门子3T的磁共振系统的自旋回波序列扫描，其中SE(用于测T2值)的扫描参数为TR＝10s，TE分别为10、25、50、90、150、230ms；SE-IR(用于测T1值)的扫描参数为TR＝10s,TE＝10ms，TI分别为100、400、800、1200、2400、4800ms。对图像进行点对点的非线性拟合，得到T1图和T2图。对两个仿体分别选择感兴趣区域取T1平均值作为该仿体的T1值，取T2平均值作为该仿体的T2值。MRI扫描得到T1、T2值分别为：1698ms和73ms，符合心肌水肿体模T1、T2范围。

Claims (9)

1.一种通用的MRI体模材料的制备方法，根据MRI体模预设的T1、T2值，按照式(1)、式(2)获得琼脂糖和Ni离子的浓度；根据琼脂糖和Ni离子的浓度和MRI体模预设的水的体积，按照式(3)、式(4)获得琼脂糖和含Ni离子的材料的配比用量，混合；

C_琼脂糖＝0.030741+247.204·T₂ ^-1.118 (1)

m_琼脂糖＝V_水·C_琼脂糖 (3)

其中，C_琼脂糖为琼脂糖的浓度，单位：％；C_Ni ²⁺为Ni²⁺的浓度，单位：mmol/L；m_琼脂糖为琼脂糖的质量，单位：g；m_Ni ²⁺为含Ni离子的材料的质量，单位：g；V_水为水的体积，单位：ml；M_Ni ²⁺为含Ni离子的材料的分子量。

2.根据权利要求1所述的制备方法，所述含Ni离子的材料为六水合硫酸镍、六水合二氯化镍、无水二氯化镍、无水硫酸镍或七水合硫酸镍。

3.权利要求1或2所述制备方法制备的MRI体模材料。

4.一种通用的MRI体模的制备方法，根据MRI体模预设的T1、T2值和水的体积，取权利要求1或2所述制备方法制备的MRI体膜材料加水混合，微波分次加热溶解，置于MRI体模载体中超声波排除气泡。

5.根据权利要求4所述的制备方法，所述微波的频率为家用微波炉频率，每次加热1min。

6.根据权利要求4所述的制备方法，所述根据MRI体模载体为带盖离心管、带盖玻璃瓶、带盖塑料瓶。

7.根据权利要求4所述的制备方法，所述超声波的频率为20～30KHz。

8.根据权利要求4-7任意一项所述的制备方法，还包括MRI扫描验证的步骤。

9.根据权利要求8所述的制备方法，所述MRI扫描验证具体为在MRI设备上扫描制得的体模，测量其平均T1、T2值，与预设的T1、T2值比较。