CN111195126A - 动物体温保持装置及医学成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种动物体温保持装置及具有动物体温保持装置的医学成像系统，动物体温保持装置碳晶加热模块，用于给动物样本加热；温度传感模块，用于与碳晶加热模块连接并检测加热环境下的动物样本温度；反馈控制模块，用于接收温度传感模块检测到的动物样本温度并进行温度调节。本发明的动物体温保持装置通过使用碳晶加热模块，配合温度传感模块，完成了由非金属构成的动物体温保持装置设计，相比传统的利用电阻丝加热等技术，本发明在动物舱的影像FOV中不使用任何金属材质，使得本发明在MRI、PET、CT等活体动物成像检测领域更加适配，避免了由金属物质带来的CT成像伪影，PET衰减校正及MRI中的安全与实验隐患。

Description

动物体温保持装置及医学成像系统
技术领域
本发明涉及多模态成像技术领域，尤其涉及一种可用于MRI、PET、CT 影像的动物体温保持装置及具有动物体温保持装置的医学成像系统。
背景技术
在活体动物影像诊断与检测过程(如MRI(Magnetic Resonance Imaging 磁共振成像以下简称MRI)、PET(Positron Emission Computed Tomography正电子发射断层成像，以下简称PET)CT(Computed tomography电子计算机断层扫描，以下简称CT)中，由于动物(多数为大鼠及小鼠)在实验过程中一直处于麻醉状态，体温作为动物的重要生命体征之一，会存在不同程度的不稳定(以下降为主)的状态。体温状态的不稳定会极大影响实验过程中动物的代谢水平以及呼吸频率等其他生命体征，从而对MRI、PET、CT的影像结果造成一定干扰。故需要在检测过程中保持动物体温的恒定，以保证该体征不会对影像结果造成干扰。
在动物影像诊断装置中，常使用一体化的动物舱来解决动物的气体麻醉，利用专用大小的碳纤维舱体(如小鼠碳纤维床体大于7*10.0cm2，大鼠舱体大于 15*25cm2)，配合气体麻醉，体温维持等功能，完成影像诊断中的动物处理工作。在体温维持功能中，有一种使用温度恒定的暖气体进行加热的一体化动物处理系统，利用鼓风装置，将温度恒定(35-40℃)的气体(如异氟醚等)由鼓风机吹入密闭的小动物舱体中，通过舱体的温度传感器进行温度反馈调节，可以一体化的解决气体麻醉和温度问题，舱体由树脂或塑料制成，不含金属成分，CT成像过程中不会产生伪影，支持MRI成像。但由于舱体内的气体交换装置位置关系，会导致舱体内温度不均匀，距离出风口较近的位置温度较高，较远的位置温度较低，舱体内的温度无法均匀恒定，且该类设计大多将温度传感器设置于舱体出风口处，导致传感器反馈的温度并非为试验用动物实时体温，温度易出现误差，影响成像质量与结果。
在动物体温维持方案中，有一种使用金属电阻丝加热的加热垫体温维持仪器，将金属电阻丝包埋在加热垫中，对橡胶(或树脂)加热垫进行加热，在温度检测系统中加入金属肛门温度探针，利用探针获得的动物体温对系统的加热水平进行实时反馈调节，从而保证动物体温恒定。但是，由于其加热原理主要是对于金属电阻丝进行加热，在上述影像系统中，金属丝的存在会对成像质量甚至实验安全造成一定的影响，故该类的动物体温维持方案在MRI、PET、CT的影像检测中并不可用。
与此同时，有一种利用恒温水域保持老鼠体温的恒温水浴毯，利用自动化的进出水系统，接入进出水管道，通过对于水温的监控，自动化调节水温，从而保持老鼠的体温体征稳定。此外还可以利用红外加热灯进行小鼠体温维持，利用辐射传热，电磁波传输能量的方式，保持舱体内的温度，并利用温度探针对舱内的温度进行检测并实时反馈调节。但是，水浴加热体温维持和使用红外加热灯加热的体温维持方案中，在除去常用的加热垫模块，体温探测模块，反馈控制模块外，额外增加体积极大的水泵或是红外线加热灯进行体温维持，而在集成度较高的动物用MRI、PET、CT中，体积可达上百立方厘米甚至更大的水泵或红外加热灯无法一体化集成，无法在系统中进行集成使用，且该类体温维持方案，均利用水温(红外加热)温度进行环境温度反馈调节，而非准确的小鼠体温，易出现误差，影响成像质量与结果。
因此，有必要对现有动物体温保持装置予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动物体温保持装置及具有动物体温保持装置的医学成像系统，使用碳晶发热膜的体温维持方案，使用非金属的低密度(原子序数)的原料—碳晶作为发热原材料，并添加非金属的石英谐振动物肛门温度传感模块及温度反馈调节模块，使其完全适用于动物MRI、PET、CT检测，并兼容气体麻醉、心电门控、视频监控等接口，设计了一种集成度较高的适用于MRI、 PET、CT动物体温保持装置。
为实现前述目的，本发明提供一种动物体温保持装置，其特征在于，包括：
碳晶加热模块，用于给动物样本加热；
温度传感模块，用于与碳晶加热模块连接并检测加热环境下的动物样本温度；
反馈控制模块，用于与温度传感模块连接并接收温度传感模块检测到的动物样本温度并进行温度调节。
其中，所述碳晶加热模块包括碳晶发热膜以及包裹在碳晶发热膜外围的塑料膜。
其中，所述温度传感模块为动物肛门温度探针，所述动物肛门温度探针的一端与动物肛门连接，另一端与反馈控制模块连接。
其中，所述动物肛门温度探针为非金属的石英谐振传感器。
其中，所述反馈控制模块包括：
控制器，用于将温度传感模块检测到的温度值与温度设定阈值进行比较，并对比较获得的偏差值进行处理输出控制信号；
执行机构，用于根据控制器输出的控制信号控制碳晶加热模块的启动或停止，并最终将温度调节到设定阈值。
其中，所述动物体温保持装置还包括：
人机接口，所述人机接口与控制器连接且用于提供便于人机控制的操作端。
其中，所述动物体温保持装置还包括：
接触器，用于与碳晶加热模块连接；
继电器输出模块，用于连接接触器与控制器。
其中，所述动物体温保持装置还包括：
模拟量前向通道，用于连接温度传感模块与控制器。
其中，所述主要控制单元为单片机或FPGA或ADC。
其中，所述动物体温保持装置还包括兼容模块，所述兼容模块包括麻醉气体接口、视频监控接口以及心电监控接口。
为实现前述目的，本发明提供一种医学成像系统，其包括：
扫描器，其包括基座以及布置在基座上的多个探测器；
支撑床，用于支撑成像物体；
其特征在于，所述医学成像系统还集成有动物体温保持装置，所述动物体温保持装置包括：
碳晶发热模块，设于支撑床上且位于成像区域内，用于与动物样本接触并给动物样本加热；
温度传感模块，至少部分设于成像区域内，用于与碳晶加热模块连接并检测加热环境下的动物样本温度；
反馈控制模块，设于成像区域外，用于接收温度传感模块检测到的动物样本温度并进行温度调节，所述反馈控制模块包括主要控制单元；
兼容模块，设于成像区域外，与医学成像系统部件插接并与反馈控制模块集成在一起。
其中，所述主要控制单元为单片机或FPGA或ADC。
其中，所述兼容模块包括麻醉气体接口、视频监控接口以及心电监控接口。
与现有技术相比，本发明有益效果：
(1)通过使用碳晶加热模块，配合温度传感模块，完成了由非金属构成的动物体温保持装置设计，相比传统的利用电阻丝加热等技术，本发明在动物舱的影像 FOV中不使用任何金属材质，使得本发明在MRI、PET、CT等活体动物成像检测领域更加适配，避免了由金属物质带来的CT成像伪影，PET衰减校正及MRI 中的安全与实验隐患。
(2)利用动物肛门(直肠)温度探针，并使用石英振子的非金属的石英谐振传感器设计，替代了传统影像舱中利用环境温度或水温等指标近似代替实验动物体温的情况，将动物体温更加直观的显示在操作使用者面前，避免了由温度近似带来的体征记录错误及实验误差。
(3)使用小型的温度传感器模块，并用控制器作为反馈控制模块主要控制单元，系统集成度较高，可以便捷的集成入小动物用MRI，PET，CT等仪器中，解决了传统红外加热，水浴加热系统体积过大，无法集成的问题。
附图说明
图1是本发明动物体温保持装置模块化示意图。
图2是图1的动物体温保持装置对应的动物体温保温装置的摆放示意图。
图3是图2另一角度的示意图。
图4是动物体温保持装置中碳晶加热模块的示意图。
图5是碳晶发热情况曲线的示意图。
图6是温度反馈控制模块系统框图。
图7是温度反馈控制模块系统硬件框图。
图8是PID控制算法框图。
图9是兼容模块接口示意图。

Claims (12)

1.一种动物体温保持装置，其特征在于，包括：
碳晶加热模块，用于给动物样本加热；
温度传感模块，用于与碳晶加热模块连接并检测加热环境下的动物样本温度；
反馈控制模块，用于与温度传感模块连接并接收温度传感模块检测到的动物样本温度并进行温度调节。
2.根据权利要求1所述的动物体温保持装置，其特征在于，所述碳晶加热模块包括碳晶发热膜以及包裹在碳晶发热膜外围的塑料膜。
3.根据权利要求1所述的动物体温保持装置，其特征在于，所述温度传感模块为动物肛门温度探针，所述动物肛门温度探针的一端与动物肛门连接，另一端与反馈控制模块连接。
4.根据权利要求3所述的动物体温保持装置，其特征在于，所述动物肛门温度探针为非金属的石英谐振传感器。
5.根据权利要求1所述的动物体温保持装置，其特征在于，所述反馈控制模块包括：
控制器，用于将温度传感模块检测到的温度值与温度设定阈值进行比较，并对比较获得的偏差值进行处理输出控制信号；
执行机构，用于根据控制器输出的控制信号控制碳晶加热模块的启动或停止，并最终将温度调节到设定阈值。
6.根据权利要求5所述的动物体温保持装置，其特征在于，所述动物体温保持装置还包括：
人机接口，所述人机接口与控制器连接且用于提供便于人机控制的操作端。
7.根据权利要求5所述的动物体温保持装置，其特征在于，所述动物体温保持装置还包括：
接触器，用于与碳晶加热模块连接；
继电器输出模块，用于连接接触器与控制器。
8.根据权利要求5所述的动物体温保持装置，其特征在于，所述动物体温保持装置还包括：
模拟量前向通道，用于连接温度传感模块与控制器。
9.根据权利要求5所述的动物体温保持装置，其特征在于，所述控制器为单片机或FPGA或ADC
根据权利要求1所述的动物体温保持装置，其特征在于，所述动物体温保持装置还包括兼容模块，所述兼容模块包括麻醉气体接口、视频监控接口以及心电监控接口。
10.一种医学成像系统，具有成像区域，其包括：
扫描器，其包括基座以及布置在基座上的多个探测器；
支撑床，用于支撑成像物体；
其特征在于，所述医学成像系统还集成有动物体温保持装置，所述动物体温保持装置包括：
碳晶发热模块，设于支撑床上且位于成像区域内，用于与动物样本接触并给动物样本加热；
温度传感模块，至少部分设于成像区域内，用于与碳晶加热模块连接并检测加热环境下的动物样本温度；
反馈控制模块，设于成像区域外，用于接收温度传感模块检测到的动物样本温度并进行温度调节，所述反馈控制模块包括控制器，用于将温度传感模块检测到的温度值与温度设定阈值进行比较，并对比较获得的偏差值进行处理输出控制信号；
兼容模块，设于成像区域外，与医学成像系统部件插接并与反馈控制模块集成在一起。
11.根据权利要求11所述的医学成像系统，其特征在于，所述控制器为单片机或FPGA或ADC。
12.根据权利要求11所述的医学成像系统，其特征在于，所述兼容模块包括麻醉气体接口、视频监控接口以及心电监控接口。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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