CN109782203B

CN109782203B - 一种动态磁共振测试体模系统

Info

Publication number: CN109782203B
Application number: CN201811535715.1A
Authority: CN
Inventors: 黄村坤; 邝丽娜; 冯远明; 王学民; 赵立涛; 撒昱
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2020-07-31
Anticipated expiration: 2038-12-14
Also published as: CN109782203A

Abstract

本发明公开了一种动态磁共振测试体模系统，包括固定外壳、动态测试组件、内部液体，动态测试组件包括二通道分速测试组件、四通道分速测试组件和单通道测试组件；二通道分速测试组件包括二通道实心立方体、二通道外围组件；二通道外围组件包括六个工作面，后端工作面设置二通道组件出水口，顶端工作面设置二通道组件入水口；四通道分速测试组件预留四通道组件入水口和四通道组件出水口；四通道分速测试组件包括四通道空心立方体、四通道外围组件；单通道测试组件预留单通道组件入水口和单通道组件出水口；单通道测试组件包括单通道空心立方体、单通道外围组件。本发明具有成本低、结构简单、测量精度高的特点。

Description

一种动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，是涉及一种动态磁共振测试体模系统。

背景技术

随着影像技术的发展，医用磁共振成像技术凭借自身特有优势已广泛应用于临床领域。MRI在软组织成像等诊断方面能够提供高分辨率的静态图像，观察人体内细微结构的病变，大大提高了诊断的高效性和准确性。但单纯的结构图像不能很好的阐明病变进程，尤其是血管类疾病，在此类疾病中静态图像仅仅将血管某一时刻的形状呈现出来并无实际研究意义。鉴于静态图像在脑血管疾病诊断方面的局限性，也为确保在实际应用中为MRI设备提供高效、高精度成像保障，动态质量控制也逐渐成为MRI设备使用中的关键步骤。

为满足现阶段临床需求，测量、校准MRI成像中体模内液体流速、流量、流动方向等物理参数，通过动态标定来校验磁共振设备的测量参数，为MRI设备提供精度保障。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种用来测试MRI系统动态性能的动态磁共振测试体模系统，具有成本低、结构简单、测量精度高的特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的动态磁共振测试体模系统，包括固定外壳，所述固定外壳内设置有动态测试组件，所述动态测试组件内充填有内部液体，所述动态测试组件包括由内而外依次嵌套设置的二通道分速测试组件、四通道分速测试组件和单通道测试组件；

所述二通道分速测试组件包括二通道实心立方体，所述二通道实心立方体外部设置有二通道外围组件；所述二通道实心立方体的上、左、下表面分别沿Y、Z、X方向开两个截面为半圆形的矩形槽，且分别沿X、Y、Y方向开两个截面为半圆形的矩形槽将沿Y、Z、X方向的矩形槽连通，以贯通上、左、下表面；所述二通道外围组件包括六个工作面，其中，后端工作面设置有二通道组件出水口，顶端工作面设置有二通道组件入水口，所述二通道外围组件内表面开设有流通槽，以便二通道组件入水口与二通道实心立方体下、左、上表面的矩形槽以及二通道组件出水口的连通；所述二通道组件入水口构成动态测试组件的出水口。

所述四通道分速测试组件预留有四通道组件入水口和四通道组件出水口，所述四通道组件出水口与二通道组件入水口相连通；所述四通道分速测试组件包括四通道空心立方体，所述四通道空心立方体外部设置有四通道外围组件；所述四通道空心立方体的上、左、下表面分别沿Y、Z、X方向开四个截面为半圆形的矩形槽，且分别沿X、Y、Y方向开两个截面为半圆形的矩形槽将沿Y、Z、X方向的矩形槽连通，以贯通上、左、下表面；所述四通道外围组件包括六个工作面，所述四通道外围组件内表面开设有流通槽，以便四通道组件入水口与四通道空心立方体下、左、上表面的矩形槽以及四通道组件出水口的连通；

所述单通道测试组件预留有单通道组件入水口和单通道组件出水口，所述单通道组件出水口与四通道组件入水口相连通，所述单通道组件入水口构成动态测试组件的入水口；所述单通道测试组件包括单通道空心立方体，所述单通道空心立方体外部设置有单通道外围组件；所述单通道空心立方体的上、左、下表面均开截面为半圆形的矩形槽，以弓字形均匀分布连通，以贯通上、左、下表面；所述单通道外围组件包括六个工作面，所述单通道外围组件内表面开设有流通槽，以便单通道组件入水口与单通道空心立方体上、左、下表面的矩形槽以及单通道组件出水口的连通。

所述固定外壳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。

所述固定外壳、二通道分速测试组件、四通道分速测试组件和单通道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：

本发明提高了诊断的高效性和准确性，并充分考虑到MRI动态临床需要。设计MRI动态体模时，采用层层嵌套的方式，从外至内依次为单通道测试组件、四通道分速测试组件、二通道分速测试组件，能够对MRI成像中的物理参数进行测量、校验，即实现三维空间上基本单元的动态标定，从而为MRI设备提供精度保障，亦为临床血管疾病诊断提供精准辅助依据。

附图说明

图1为二通道分速测试组件爆炸图；

图2为四通道分速测试组件爆炸图；

图3为单通道测试组件爆炸图；

图4为动态测试组件示意图；

图5为固定外壳示意图；

图6为本发明动态磁共振测试体模系统爆炸图；

图7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动态测试组件，501二通道实心立方体，502二通道外围组件，503二通道组件入水口，504二通道组件出水口，505四通道空心立方体，506四通道外围组件，507四通道组件入水口，508四通道组件出水口，509单通道空心立方体，510单通道外围组件，511单通道组件入水口，512单通道组件出水口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

为满足MRI动态临床需要，兼顾其高效性和准确性，现设计动态磁共振测试体模系统如下。在设计时，采用层层嵌套的方式，最外层为X、Y、Z三个方向上的单通道流速等相关信息检测(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)。内层在设计时，依次为4通道、2通道分速，也实现了空间流速等信息的检测。能够对MRI成像中的物理参数进行测量、校验，即实现三维空间上基本单元的动态标定，从而为MRI设备提供精度保障，亦为临床血管疾病诊断提供精准辅助依据。

如图1至图7所示，本发明的动态磁共振测试体模系统，包括固定外壳1，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，以便嵌入动态测试组件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动态标定提供相应参考依据。

所述固定外壳1内设置有动态测试组件5，所述动态测试组件5内充填有内部液体，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。所述动态测试组件5包括由内而外依次嵌套设置的二通道分速测试组件、四通道分速测试组件和单通道测试组件。所述固定外壳1、二通道分速测试组件、四通道分速测试组件和单通道测试组件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与患者不同部位相匹配以进行MRI设备动态标定。体模系统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。

所述二通道分速测试组件包括一个适宜大小的PMMA二通道实心立方体501，所述二通道实心立方体501外部设置有二通道外围组件502。所述二通道实心立方体501的上、左、下表面分别沿Y、Z、X方向开两个截面为半圆形的矩形槽，且分别沿X、Y、Y方向开两个截面为半圆形的矩形槽将沿Y、Z、X方向的矩形槽连通，以贯通上、左、下表面。所述二通道外围组件502包括六个工作面，其中，后端工作面设置有二通道组件出水口504，顶端工作面设置有二通道组件入水口503，所述二通道外围组件502内表面开设有流通槽，以便二通道组件入水口503与二通道实心立方体501下、左、上表面的矩形槽以及二通道组件出水口504的连通；所述二通道组件入水口503构成动态测试组件5的出水口。相应的，在二通道外围组件502的六个工作面上开槽加工，以对应表层加工工序，从而配合构成二通道分速测试组件。

所述四通道分速测试组件预留有四通道组件入水口507和四通道组件出水口508，所述四通道组件出水口508与二通道组件入水口503相连通。所述四通道分速测试组件包括一个适宜体积、一定厚度(下文简称厚度H)的PMMA四通道空心立方体505，以便二通道分速测试组件嵌入其中，所述四通道空心立方体外部设置有四通道外围组件。在四通道分速测试组件H/2厚度的四通道空心立方体505的上、左、下表面分别沿Y、Z、X方向开四个截面为半圆形的矩形槽，且分别沿X、Y、Y方向开两个截面为半圆形的矩形槽将沿Y、Z、X方向的矩形槽连通，以贯通上、左、下表面。所述四通道外围组件506包括六个工作面，所述四通道外围组件506内表面开设有流通槽，以便四通道组件入水口507与四通道空心立方体505下、左、上表面的矩形槽以及四通道组件出水口508的连通。相应的，在四通道外围组件506的六个厚度为H/2的工作面上开槽加工，以对应表层加工工序，从而配合构成四通道分速测试组件。

所述单通道测试组件预留有单通道组件入水口511和单通道组件出水口512，所述单通道组件出水口512与四通道组件入水口507相连通，所述单通道组件入水口511构成动态测试组件5的入水口。所述单通道测试组件包括一个厚度为H的PMMA单通道空心立方体509，以便四通道分速测试组件嵌入其中，所述单通道空心立方体509外部设置有单通道外围组件510。在单通道测试组件H/2厚度的单通道空心立方体509的上、左、下表面均开截面为半圆形的矩形槽，以弓字形均匀分布连通，以贯通上、左、下表面。所述单通道外围组件510包括六个工作面，所述单通道外围组件510内表面开设有流通槽，以便单通道组件入水口511与单通道空心立方体509上、左、下表面的矩形槽以及单通道组件出水口512的连通。相应的，在单通道外围组件510的六个厚度为H/2的工作面上开槽加工，以对应表层加工工序，从而配合构成单通道测试组件。

上述单通道测试组件，以及四通道分速测试组件、二通道分速测试组件层层嵌套、配合构成动态测试组件5。该动态测试组件5可以实现三维空间上的流速等检测。在动态测试组件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。

本发明体模系统通过对MRI成像时体模内的液体流速、流量、流动方向等物理参数进行测量、校验，能够实现MRI设备的动态标定。以单通道测试组件中的液体流速这一参数测量为例，进行简要说明如下：

①定义单通道测试组件中机械控制的液体流速为：

V_x、V_-x、V_y、V_-y、V_z、V_-z

②MRI成像时单通道测试组件中的液体流速为：

V_x’、V_-x’、V_y’、V_-y’、V_z’、V_-z’

③将①中已知的机械控制流速与②中测量参数进行对比、分析，通过相应的评价(如归一化均方根误差、线性相关系数等)、校正指标等，来校验磁共振设备的测量参数，从而为MRI设备提供精度保障。

具体实施例

一种动态磁共振测试体模系统，包括体积为160×160×160mm³动态测试组件5，直径240mm、高160mm的圆柱形中空固定外壳1以及体模支撑部件2。

所述二通道测试组件为80×80×80mm³的PMMA实心立方体，在体积为60×60×60mm³的二通道实心立方体501的上、左、下表面分别沿Y、Z、X方向开两个长度为20mm、间距为20mm的截面为半圆形的矩形槽，且分别沿X、Y、Y方向开两个长度为20mm、间距为20mm的截面为半圆形的矩形槽将沿Y、Z、X方向的矩形槽连通。本实施例中所述截面为半圆形的矩形槽直径均为5mm，下同。相应的，在二通道外围组件502的六个厚度为10mm的工作面上开槽加工，以配合表层加工工序，从而配合构成二通道分速测试组件。

所述四通道分速测试组件为一个体积为120×120×120mm³、厚度为20mm的PMMA空心立方体。在体积为100×100×100mm³的四通道空心立方体505的上、左、下表面分别沿Y、Z、X方向开四个长度为60mm、间距为20mm的截面为半圆形的矩形槽，且分别沿X、Y、Y方向开两个长度为60mm、间距为20mm的截面为半圆形的矩形槽将沿Y、Z、X方向的矩形槽连通。相应的，在四通道外围组件506的六个厚度为10mm的工作面上开槽加工，以配合表层加工工序，从而配合构成四通道分速测试组件。

所述单通道测试组件为一个体积为160×160×160mm³、厚度为20mm的PMMA空心立方体。在体积为140×140×140mm³的单通道空心立方体509的上、左、下表面均开截面为半圆形的矩形槽，以弓字形均匀分布，以贯通上、左、下表面。相应的，在单通道外围组件510的六个厚度10mm的工作面上开槽加工，以配合表层加工工序，从而配合构成单通道测试组件。

将所述二通道分速测试组件、四通道分速测试组件、单通道测试组件层层嵌套、配合而成动态测试组件。所述圆柱形中空的固定外壳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，以便嵌入动态测试组件5。将所述配合嵌套而成的动态测试组件5，配合嵌入固定外壳1后放置于体膜支撑部件2上，整体组成本发明动态磁共振测试体模系统。将所述动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

1.一种动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)内设置有动态测试组件(5)，所述动态测试组件(5)内充填有内部液体，所述动态测试组件(5)包括由内而外依次嵌套设置的二通道分速测试组件、四通道分速测试组件和单通道测试组件；

所述二通道分速测试组件包括二通道实心立方体(501)，所述二通道实心立方体(501)外部设置有二通道外围组件(502)；所述二通道实心立方体(501)的上、左、下表面分别沿Y、Z、X方向开两个截面为半圆形的矩形槽，且分别沿X、Y、Y方向开两个截面为半圆形的矩形槽将沿Y、Z、X方向的矩形槽连通，以贯通上、左、下表面；所述二通道外围组件(502)包括六个工作面，其中，后端工作面设置有二通道组件出水口(504)，顶端工作面设置有二通道组件入水口(503)，所述二通道外围组件(502)内表面开设有流通槽，以便二通道组件入水口(503)与二通道实心立方体(501)下、左、上表面的矩形槽以及二通道组件出水口(504)的连通；所述二通道组件入水口(503)构成动态测试组件(5)的出水口；

所述四通道分速测试组件预留有四通道组件入水口(507)和四通道组件出水口(508)，所述四通道组件出水口(508)与二通道组件入水口(507)相连通；所述四通道分速测试组件包括四通道空心立方体(505)，所述四通道空心立方体(505)外部设置有四通道外围组件(506)；所述四通道空心立方体(505)的上、左、下表面分别沿Y、Z、X方向开四个截面为半圆形的矩形槽，且分别沿X、Y、Y方向开两个截面为半圆形的矩形槽将沿Y、Z、X方向的矩形槽连通，以贯通上、左、下表面；所述四通道外围组件(506)包括六个工作面，所述四通道外围组件(506)内表面开设有流通槽，以便四通道组件入水口(507)与四通道空心立方体(505)下、左、上表面的矩形槽以及四通道组件出水口(508)的连通；

所述单通道测试组件预留有单通道组件入水口(511)和单通道组件出水口(512)，所述单通道组件出水口(512)与四通道组件入水口(507)相连通，所述单通道组件入水口(511)构成动态测试组件(5)的入水口；所述单通道测试组件包括单通道空心立方体(509)，所述单通道空心立方体(509)外部设置有单通道外围组件(510)；所述单通道空心立方体(509)的上、左、下表面均开截面为半圆形的矩形槽，以弓字形均匀分布连通，以贯通上、左、下表面；所述单通道外围组件(510)包括六个工作面，所述单通道外围组件(510)内表面开设有流通槽，以便单通道组件入水口(511)与单通道空心立方体(509)上、左、下表面的矩形槽以及单通道组件出水口(512)的连通。

2.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)内部设置有正方形通孔，所述固定外壳(1)底部设置有体模支撑部件(2)，所述体模支撑部件(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)和体模支撑部件(2)均设置有水平校准水泡(4)。

3.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所述的动态磁共振测试体模系统，其特征在于，所述固定外壳(1)、二通道分速测试组件、四通道分速测试组件和单通道测试组件均采用聚甲基丙烯酸甲酯制成。