CN110693498A

CN110693498A - 多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置

Info

Publication number: CN110693498A
Application number: CN201911094879.XA
Authority: CN
Inventors: 周欣; 石磊; 娄昕; 孙献平; 叶朝辉
Original assignee: Wuhan Institute of Physics and Mathematics of CAS
Current assignee: Wuhan Institute of Physics and Mathematics of CAS
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2039-11-11
Also published as: CN110693498B

Abstract

本发明公开了多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置，包括人体肺部成像线圈、人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体以及套设在人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体外部的环柱形的人体肺部负载模体，人体肺部成像线圈设置在人体肺部负载模体外部，人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体包括气室外壳和设置在气室外壳中的气囊。本发明采用超极化气体作为成像介质，更接近于肺部磁共振成像的实际情况；人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体内超极化气体扩散迅速，成像信号较强且稳定；不需要复杂抽真空装置，抽气和充气操作简便；搭配人体肺部负载模体实现人体肺部成像线圈有效加载。

Description

多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置

技术领域

本发明涉及多核磁共振成像技术领域，具体涉及多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置。

背景技术

传统的人体磁共振成像基于人体中的质子，虽然能对人体大部分的组织和器官进行结构和功能成像，但是在对肺部疾病的检测和诊断上显得十分乏力。肺部的质子密度相对于人体其他组织低约1000倍，对于传统的质子成像而言肺部的磁共振信号及其微弱，因此，肺部一直是传统的磁共振成像的盲区。利用超极化惰性气体能极大提高磁共振信号强度，可以实现吸入超极化气体的肺部的磁共振成像。

在磁共振成像技术中，为了对磁共振系统的成像性能进行评估，需要使用测试模体。传统水质子磁共振成像质量检测时有一套标准化的测试模体。由于目前还未有超极化气体磁共振图像质量测试标准，信噪比/均匀性检测项目可参考常规质子磁共振检测标准中的测试模体与方法。但由于超极化气体磁共振成像的特点，专用的测试模体与水质子成像测试模体会有以下几点区别：

1、成像介质不同。水质子成像测试模体采用水溶液作为成像介质。而多核磁共振成像技术中需要检测非氢核发出的磁共振信号，在超极化气体磁共振成像测试模体中的必须用惰性气体作为信号源。

2、封装方式不同。与水质子成像测试模体简单采用密封容器盛装溶液不同，气体成像测试模体需具备适合常压或高压气体抽空、充注、密封的容器和机构。

3、信号强度和稳定性不同。与水溶液模体相比，热极化气体模体的磁共振信号很弱，超极化气体模体的信号会随着时间衰减。

4、线圈加载要求不同。水溶液模体本身就可以作为成像线圈的负载，但是气体模体在成像测试时需要考虑加入额外的负载，特别是在发射线圈填充率很高时。

现有的惰性气体磁共振测试模体，使用热极化气体作为信号源。但在进行信噪比/均匀性测试的时候，采用超极化气体更适合。原因有下面几个方面：

1、使用超极化气体测试模体更接近于超极化气体磁共振成像质量的真实评价。

2、利用热极化气体所得图像的信噪比低，无法获得测试模体的清晰图像，而超极化气体的信号要强得多。

3、由于热极化惰性气体的信号很低，为提高信号强度或气体密度需要灌注高压，这样增大了容器壳体的体积重量。

如果使用接近肺部区域大小的刚性容器来充注超极化气体，由于在充注前需要抽排空气，常规的方法需要使用专业真空设备，造成制备和操作过程繁琐，并且刚性容器的强度也有较高要求，这会带来加工和使用上的不便。

目前还缺乏一种接近于真实超极化气体成像效果的、无附加专业设备条件限制、易于制做、操作简便的肺成像信噪比/均匀性测试模体。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提供多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置，可以用来检测超极化气体肺部磁共振成像线圈的信噪比/均匀性指标，能克服热极化气体模体信号弱的不足，同时充气之前无需专业设备进行抽真空处理，具有结构工艺简单、操作方便、测试图像稳定的特点。

多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置，

多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置，包括人体肺部成像线圈，还包括人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体以及套设在人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体外部的环柱形的人体肺部负载模体，

人体肺部成像线圈设置在人体肺部负载模体外部，

人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体包括气室外壳和设置在气室外壳中的气囊。

如上所述的人体肺部负载模体包括环柱形容器和环柱形容器内部的电解质液，环柱状容器的环形端面设置有灌注口。

如上所述的环柱形容器垂直于长度方向的横截面为椭圆环或者为长圆环。

如上所述的环柱状容器垂直于长度方向的横截面的外环和内环之间的间距为2~4cm，环柱状容器垂直于长度方向的横截面的外环的长度为30~40cm，环柱状容器垂直于长度方向的横截面的外环的宽度为15~20cm。环柱状容器的长度为30~50cm。

如上所述的环柱性容器的外环壁和内环壁之间设置有加强件，加强件为两侧分别与外环壁和内环壁连接的开孔板，或者加强件为两端分别与外环壁和内环壁连接的条状加强筋。

如上所述的环柱状容器为有机玻璃或聚丙烯或聚乙烯或ABS塑料。

如上所述的电解质液为NaCl和聚乙烯吡咯烷酮的混合水溶液。

如上所述的气室外壳的外形与人体肺部负载模体的内环壁形状适配，气囊充气后的外形与气室外壳内壁形状适配。

如上所述的气室外壳的两端面上均设置有透气孔，气室外壳的其中一个端面上开设有气嘴引出口，气囊设置有气嘴，气嘴从气嘴引出口伸出。

如上所述的气室外壳为有机玻璃或聚丙烯或聚乙烯或ABS塑料。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

采用超极化气体作为成像介质，相比于热极化气体模体更接近于肺部磁共振成像的实际情况；人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体内超极化气体扩散迅速，成像信号较强且稳定；不需要复杂抽真空装置，抽气和充气操作简便；搭配人体肺部负载模体实现人体肺部成像线圈有效加载。

附图说明

图1为人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体的外部结构示意图；

图2为人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体的剖面结构示意图；

图3为人体肺部成像线圈的结构示意图；

图中：1-人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体；2-人体肺部负载模体；3-人体肺部成像线圈；4-气室外壳；5-气嘴；6-透气孔；7-气囊；8-气嘴引出口。

图4为气室外壳垂直于长度方向的横截面的形状示意图。

图中：9-椭圆；10-长圆。

图5为环柱形容器垂直于长度方向的横截面的形状示意图。

图中：11-椭圆环；12-长圆环。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置，包括人体肺部成像线圈3、人体肺部负载模体2、以及人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体1。

人体肺部负载模体2用于模拟人体负载，使套在其外围的肺部成像线圈3所呈现的射频阻抗特性与佩戴在人体上一致。

人体肺部负载模体2，包括环柱形容器和环柱形容器内部灌注的电解质液。

环柱形容器垂直于长度方向的横截面为椭圆环或者为长圆环形状；

环柱状容器，其外周长与所模拟的人体胸围一致。

环柱状容器垂直于长度方向的横截面的外环和内环之间的间距为2~4cm。

环柱状容器垂直于长度方向的横截面的外环的长度优选为30~40cm，环柱状容器垂直于长度方向的横截面的外环的宽度优选为15~20cm。环柱状容器的长度优选为30~50cm。

环柱形容器的灌注口，位于容器的环形端面上。优选的，环柱形容器的灌注口的数量为两个。

环柱性容器的外环壁和内环壁之间设置有加强件，加强件为两侧分别与外环壁和内环壁连接的开孔板，或者加强件为两端分别与外环壁和内环壁连接的条状加强筋。

环柱状容器为低损耗的无磁材料制作，优选为有机玻璃、聚丙烯、聚乙烯、ABS塑料。

环柱状容器内部灌注的电解质液的成分为水、NaCl和PVP。NaCl可影响线圈的匹配状态，PVP可影响线圈的谐振频率。典型情况下，NaCl的浓度为0.4%，PVP（聚乙烯吡咯烷酮）的浓度为1.2%。

人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体1，包括气室外壳4和气囊7。其中气囊7用来容纳超极化气体，气室外壳4用来给充满后的气囊7限定体积和形状。

气室外壳4的外形与体肺部负载模体2的环柱性容器的内环壁形状适配。气室外壳4整体为椭圆柱，其横截面为椭圆9；或者气室外壳4为长圆柱，其横截面为长圆10。气室外壳4沿长度方向的截面的外周长大于或接近于所模拟的人体肺部区域，气室外壳4垂直于长度方向的横截面的长度优选为20~30cm。气室外壳4垂直于长度方向的横截面的宽度为10~20cm。气室外壳4的长度优选为30~50cm。气室外壳4的壳体壁厚优选为1~3mm。

气室外壳4的两端面上均设置有透气孔6，气室外壳4的其中一个端面上开设有气嘴引出口8，其中透气孔6用于在气囊充气膨胀时排出气室外壳4内、气囊7外的空气。气室外壳4上还有位置标线，用于标示气室外壳4的中心以及其他各位置参考点。

气室外壳4为低损耗的无磁材料制作，优选为有机玻璃、聚丙烯、聚乙烯、ABS塑料。

气囊7用于容纳超极化气体，柔性或弹性的气囊7的囊壁便于快速抽除空气和灌注超极化气体。所述气囊7，处于气室外壳4内部，充满气后的气囊7的尺寸形状与气室外壳4的内腔适配，气囊7一端设置有气嘴5，气嘴5从气室外壳4的气嘴引出口8伸出。所述气囊7，在充气后膨胀的体积能够填满气室外壳4内腔，气囊7充气后为与气室外壳4内壁形状适配的椭圆空心柱或者长圆空心柱。

在成像信噪比/均匀性测试时，首先在磁共振扫描床上放置人体肺部负载模体2。把人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体1放置于人体肺部负载模体2的内侧空腔正中，并把人体肺部成像线圈3包裹于人体肺部负载模体2外环的正中位置。人体肺部成像线圈3采用马甲背心形式，人体肺部成像线圈3包括四个线圈环路，四个线圈环路分别对称地贴于人体肺部负载模体2的上侧左部、上侧右部、下侧左部、下侧右部。连接气囊5充气嘴与送气管路，使用手动气泵把气囊7内部残余空气抽出。装置连接定位好之后送入磁体中。准备好扫描序列和定位选层。把超极化气体充入气囊7，并使气囊7膨胀充满整个气室外壳4。运行成像扫描序列，得到信噪比/均匀性测试模体内的超极化气体图像。

需要指出的是，本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置，包括人体肺部成像线圈（3），其特征在于：还包括人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体（1）以及套设在人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体（1）外部的环柱形的人体肺部负载模体（2），

人体肺部成像线圈（3）设置在人体肺部负载模体（2）外部，

人体肺部超极化气体成像信噪比/均匀性测试模体（1）包括气室外壳（4）和设置在气室外壳（4）中的气囊（7）。

2.根据权利要求1所述的多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置，其特征在于，所述的人体肺部负载模体（2）包括环柱形容器和环柱形容器内部的电解质液，环柱状容器的环形端面设置有灌注口。

3.根据权利要求2所述的多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置，其特征在于，所述的环柱形容器垂直于长度方向的横截面为椭圆环或者为长圆环。

4.根据权利要求3所述的多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置，其特征在于，所述的环柱状容器垂直于长度方向的横截面的外环和内环之间的间距为2~4cm，环柱状容器垂直于长度方向的横截面的外环的长度为30~40cm，环柱状容器垂直于长度方向的横截面的外环的宽度为15~20cm，环柱状容器的长度为30~50cm。

5.根据权利要求3所述的多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置，其特征在于，所述的环柱性容器的外环壁和内环壁之间设置有加强件，加强件为两侧分别与外环壁和内环壁连接的开孔板，或者加强件为两端分别与外环壁和内环壁连接的条状加强筋。

6.根据权利要求3所述的多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置，其特征在于，所述的环柱状容器为有机玻璃或聚丙烯或聚乙烯或ABS塑料。

7.根据权利要求2所述的多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置，其特征在于，所述的电解质液为NaCl和聚乙烯吡咯烷酮的混合水溶液。

8.根据权利要求3所述的多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置，其特征在于，所述的气室外壳（4）的外形与人体肺部负载模体（2）的内环壁形状适配，气囊（7）充气后的外形与气室外壳（4）内壁形状适配。

9.根据权利要求8所述的多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置，其特征在于，所述的气室外壳（4）的两端面上均设置有透气孔（6），气室外壳（4）的其中一个端面上开设有气嘴引出口（8），气囊（7）设置有气嘴（5），气嘴（5）从气嘴引出口（8）伸出。

10.根据权利要求1所述的多核磁共振系统肺部气体成像信噪比/均匀性测试装置，其特征在于，所述的气室外壳（4）为有机玻璃或聚丙烯或聚乙烯或ABS塑料。