CN109782202A - 一种静态磁共振测试体模系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静态磁共振测试体模系统，包括固定外壳、几何失真测试组件、内部液体；几何失真测试组件为正方体结构，由顶层长方体、中间层长方体和底层长方体堆叠而成；顶层长方体下平面沿横、纵方向分别开设截面为半圆形的矩形槽，且横、纵方向矩形槽连通，形成筛网形状；中间层长方体上、下平面均沿横、纵方向开设截面为半圆形的矩形槽，且每一平面的横、纵方向矩形槽连通，形成筛网形状，在垂直于中间层长方体上下平面方向打通孔，且通孔位于横、纵方向矩形槽相交处；底层长方体上平面沿横、纵方向分别开设截面为半圆形的矩形槽，且横、纵方向矩形槽连通，形成筛网形状。本发明具有成本低、结构简单、测量精度高等特点。

Description

一种静态磁共振测试体模系统

技术领域

本发明涉及磁共振成像(MRI)系统，更具体的说，是涉及一种静态磁共振测试体模系统。

背景技术

随着影像诊断技术的发展，医用磁共振成像技术凭借自身特有优势在医学影像诊断领域起着至关重要的作用。MRI设备在软组织成像、神经系统成像、脑功能成像等方面有着无可替代的优势，可以实现对多数人体病变的明确诊断，极大提高了诊断的效率和准确性，但是其成像质量的好坏直接影像临床诊断效果。为确保MRI系统正常运行以及临床诊断的有效性，质量控制已成为MRI设备使用中的关键步骤。

目前，国际电工委员会(IEC)、美国电气制造商协会(NEMA)、美国医学物理家学会(AAPM)等均针对MRI质量控制出台了相关标准。目前，虽有相应的MRI测试体模用于MRI的日常质量控制，但在MRI体模检测几何失真方面，多能够实现单方向的空间定位，但仍缺乏三维空间精准定位。如总后药品仪器检验所放射仪器室的徐桓等设计的低成本MRI质量控制测试体模，在几何失真测试方面，只能实现轴状位的测试，无法满足另外两个方向的测试要求。胡立宏等人设计的MRI立体定向修正测试体模，通过MRI修正系统对源图像进行漂移校正，使MRI定位图像直接用于立体定向放射治疗计划设计和定位成为可能。TarrafTorfeh等人设计的静态体模可以实现横断面上的准确定位、校准，但不能实现对矢断面和冠状面的空间定位。在几何失真测试方面，现有的体模设计多数无法满足三维空间定位需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种静态磁共振测试体模系统，具有成本低、结构简单、测量精度高等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的静态磁共振测试体模系统，包括固定外壳，所述固定外壳内部设置有几何失真测试组件，所述几何失真测试组件内充填有内部液体；

所述几何失真测试组件设计为正方体结构，由顶层长方体、中间层长方体和底层长方体堆叠而成；所述顶层长方体的下平面沿横、纵方向分别开设截面为半圆形的矩形槽，且横、纵方向的矩形槽相互连通，形成筛网形状；所述中间层长方体的上、下平面均沿横、纵方向开设截面为半圆形的矩形槽，且每一平面的横、纵方向的矩形槽相互连通，形成筛网形状，在垂直于中间层长方体上下平面的方向打通孔，且通孔位于横、纵方向矩形槽相交处；所述底层长方体的上平面沿横、纵方向分别开设截面为半圆形的矩形槽，且横、纵方向的矩形槽相互连通，形成筛网形状。

所述固定外壳设计为圆柱体结构，内部设置有正方形通孔，所述固定外壳底部设置有体膜支撑部件，所述体膜支撑部件底部设置有水平校准机构，所述固定外壳设置有空间刻度标尺，所述固定外壳和体膜支撑部件均设置有水平校准水泡。

所述内部液体采用可模拟生物组织电导特性的、可在磁共振成像中产生不同T1和T2特性参数数值的顺磁性溶液。

所述顶层长方体和底层长方体的厚度均为中间层长方体厚度的一半。

所述固定外壳和几何失真测试组件均采用聚甲基丙烯酸甲酯制成。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

从进行MRI质量控制的实际需求出发，充分考虑到MRI成像灵活，可在冠状位、矢状位和轴状位3个方向同时成像的特点，设计时基于三个方向的测试需求，本发明设计立方体结构的几何失真测试组件，该组件在横断面、矢断面、冠状面均构成平方网格控制点模型，整体则构成立方控制点模型，可以进行精准空间定位，能够完成三维几何畸变的测试，继而可以实现后续三维失真校正工作，为三维重建提供重要参考依据。另外，体模外形设计为圆柱形结构，可方便放置于MRI的各种射频线圈中。该体模为自行设计研究，在保证高测量精度的同时，有效控制了成本，既能满足医院质量控制需求又降低了其负担，能广泛应用于MRI系统评价以及临床MRI三维重建辅助参考领域。

附图说明

图1为本发明中几何失真测试组件的顶层长方体示意图；

图2为本发明中几何失真测试组件的中间层长方体示意图；

图3为本发明中几何失真测试组件的底层长方体示意图；

图4为本发明中固定外壳示意图；

图5为本发明静态磁共振测试体模系统爆炸图；

图6为本发明的工作原理图。

附图标记：1固定外壳，2体膜支撑部件，3水平校准机构，4水平校准水泡，5几何失真测试组件，501顶层长方体，502中间层长方体，503底层上方体，504通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

为了满足MRI日常质量控制工作的需要且充分考虑到MRI成像灵活的特点，设计时基于三个方向的测试需求，本发明设计立方体结构的几何失真测试组件，该组件在三个方向均构成平方网格控制点模型，整体则构成立方控制点模型，可以进行精准空间定位，能够完成三维几何畸变的测试。在此基础上，可以实现后续三维失真校正工作，为三维重建提供重要参考依据。由于是自制体模，在满足精度要求的同时，也在一定程度上有效控制了成本。

如图1至图6所示，本发明的静态磁共振测试体模系统，包括固定外壳1，所述固定外壳1内部设置有几何失真测试组件5，所述几何失真测试组件5内充填有内部液体。

所述固定外壳1设计为圆柱体结构，可方便放置于MRI的各种射频线圈中，圆柱体中心以适宜大小的正方体模型打通，形成正方形通孔，从而构成圆柱形中空外壳，以便嵌入几何失真测试组件5。所述固定外壳1底部设置有体膜支撑部件2，所述体膜支撑部件2底部设置有水平校准机构3，所述固定外壳1设置有空间刻度标尺，所述固定外壳1和体膜支撑部件2均设置有水平校准水泡4。水平校准机构3和水平校准水泡4使得固定外壳1与体膜支撑部件2配合放置于磁共振成像系统时，使用者能够简单方便地调节测试系统至水平位置；空间刻度标尺为空间静态标定提供相应参考依据。

所述内部液体采用可模拟生物组织电导特性的、可在磁共振成像中产生不同T1和T2特性参数数值的顺磁性溶液。

所述固定外壳1和几何失真测试组件5等均采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成。为满足使用者对MRI设备质量控制的需求，设计规格不等的测试体模系统与患者不同部位相匹配以进行MRI设备静态标定。固定外壳1放置于体膜支撑部件2上后的整体横向最大外尺度不大于250mm，以适应于大部分MRI扫描系统的最大的闭合线圈。

所述几何失真测试组件5设计为正方体结构，由顶层长方体501、中间层长方体502和底层长方体503堆叠而成。所述顶层长方体501和底层长方体503的厚度均为中间层长方体502厚度的一半。每层均采用数字控制机械加工工艺处理。所述顶层长方体501的下平面沿横、纵方向分别开设截面为半圆形的矩形槽，且横、纵方向的矩形槽相互连通，形成筛网形状，在垂直于顶层长方体501上下平面的方向不予处理。所述中间层长方体502设置为若干层，所述中间层长方体502的上、下平面均沿横、纵方向开设截面为半圆形的矩形槽，且每一平面的横、纵方向的矩形槽相互连通，形成筛网形状，在垂直于中间层长方体502上下平面的方向打通孔504，且通孔504位于横、纵方向矩形槽相交处。所述底层长方体503的上平面沿横、纵方向分别开设截面为半圆形的矩形槽，且横、纵方向的矩形槽相互连通，形成筛网形状，在垂直于底层长方体503上下平面的方向不予处理。

上述中间层长方体502、顶层长方体501、底层长方体503堆叠而成几何失真测试组件5，该几何失真测试组件5在横断面、矢断面、冠状面均构成平方网格控制点模型，整体则构成立方控制点模型。在几何失真测试组件5内部充盈内部液体，嵌入至固定外壳1，最后将固定外壳1放置于体膜支撑部件2上，放入磁共振成像用的激励/检测线圈中，整体调整至水平后方可进行实验。

本发明静态磁共振测试体模系统可以进行精准空间定位，实现MRI设备的静态标定。建立笛卡尔坐标系(其中，病人坐标：横断面×矢断面×冠状面；空间坐标：X(横轴)×Y(纵轴)×Z(竖轴)，下同)，首先定义控制点未失真时的坐标。在获取失真图像数据后，对相应的控制点予以识别，即失真情况下坐标，具体操作如下：

①失真图像预处理：失真图像预处理主要包括自适应阈值、二值化处理和椒盐噪声去噪。

②提高图像精度：对预处理后的失真图像数据进行双线性插值处理，提高图像精度。

③控制点检测区域的确定：首先估计失真图像的中心，并以估计的位置为一顶点并产生一个适宜的正方形区域，检测该区域的质心，并将此质心作为基准，以相邻控制点间隔为步长确定下一个检测区域，直至确定该平面全部检测区域。

④控制点坐标确定：在每个监测区域遍历所有像素，确定该区域的质心坐标，即为相应控制点失真时的坐标。

根据控制点未失真时的坐标(x,y,z)及相应控制点失真时的坐标(x′,y′,z′)，易直观检测出在横断面、矢断面、冠状面上图像的几何失真情况,即控制点的三维失真图,控制点三维失真图如(1)-(4)式所示，其中i,j,k表示所获取的失真图像在三个轴向上控制点的个数。

dx_ijk＝x′_ijk-x_ijk (1)

dy_ijk＝y′_ijk-y_ijk (2)

d_ijk＝z′_ijk-z_ijk (3)

或

获取三维失真图后，后续失真校正过程可通过(5)式来实现。其中x,y,z为未失真时控制点的坐标信息，x′,y′,z′为失真时相应控制点的坐标信息，p表示在失真校正过程中的坐标矩阵变换模型。

具体实施例：

一种静态磁共振测试体模系统，包括体积为160×160×160mm³几何失真测试组件5，直径240mm、高160mm的圆柱形中空的固定外壳1以及体模支撑部件2。所述几何失真测试组件5由一个尺寸为160×160×10mm³的顶层长方体501、七个尺寸为160×160×20mm³的中间层长方体502和一个尺寸为160×160×10mm³的底层长方体503堆叠而成。在顶层长方体501的下平面开直径为5mm的矩形槽，相邻矩形槽之间的间距为20mm；在垂直于顶层长方体501下平面的方向上不予处理。在中间层长方体502的上、下平面均开直径为5mm的矩形槽，在垂直于中间层长方体502的方向打直径为5mm的通孔504；相邻矩形槽之间的间距为20mm，相邻通孔504之间的间距为20mm。在底层长方体503的上平面开直径为5mm的矩形槽，相邻矩形槽之间的间距为20mm；在垂直于底层长方体503上平面的方向上不予处理。所述固定外壳1在圆柱体中心以160×160×160mm³的正方体模型打通，形成正方形通孔，以便嵌入几何失真测试组件5。将所述配合堆叠而成的几何失真测试组件5，配合嵌入固定外壳1后放置于体膜支撑部件2上，整体组成静态磁共振测试体模系统。将静态磁共振测试体模系统放入磁共振成像用的激励/检测线圈中，调整水平校准机构3至水平校准水泡4处于水平位置(即体模系统处于水平)时进行实验。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种静态磁共振测试体模系统，其特征在于，包括固定外壳(1)，所述固定外壳(1)内部设置有几何失真测试组件(5)，所述几何失真测试组件(5)内充填有内部液体；

所述几何失真测试组件(5)设计为正方体结构，由顶层长方体(501)、中间层长方体(502)和底层长方体(503)堆叠而成；所述顶层长方体(501)的下平面沿横、纵方向分别开设截面为半圆形的矩形槽，且横、纵方向的矩形槽相互连通，形成筛网形状；所述中间层长方体(502)的上、下平面均沿横、纵方向开设截面为半圆形的矩形槽，且每一平面的横、纵方向的矩形槽相互连通，形成筛网形状，在垂直于中间层长方体(502)上下平面的方向打通孔(504)，且通孔(504)位于横、纵方向矩形槽相交处；所述底层长方体(503)的上平面沿横、纵方向分别开设截面为半圆形的矩形槽，且横、纵方向的矩形槽相互连通，形成筛网形状。

2.根据权利要求1所述的静态磁共振测试体模系统，其特征在于，所述固定外壳(1)设计为圆柱体结构，内部设置有正方形通孔，所述固定外壳(1)底部设置有体膜支撑部件(2)，所述体膜支撑部件(2)底部设置有水平校准机构(3)，所述固定外壳(1)设置有空间刻度标尺，所述固定外壳(1)和体膜支撑部件均设置有水平校准水泡(4)。

3.根据权利要求1所述的静态磁共振测试体模系统，其特征在于，所述内部液体采用可模拟生物组织电导特性的、可在磁共振成像中产生不同T1和T2特性参数数值的顺磁性溶液。

4.根据权利要求1所述的静态磁共振测试体模系统，其特征在于，所述顶层长方体(501)和底层长方体(503)的厚度均为中间层长方体(502)厚度的一半。

5.根据权利要求1所述的动态磁共振测试体模系统，其特征在于，所述固定外壳(1)和几何失真测试组件(5)均采用聚甲基丙烯酸甲酯制成。