CN1803091A - 超极化惰性气体核磁共振系统性能测试装置 - Google Patents

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Abstract

一种超极化惰性气体核磁共振系统性能测试装置，用于测试技术领域的装置。本发明包括：对惰性气体具有密闭性的容器、层面厚度测量构件、图像几何失真测量构件、分辨率测量构件、真空阀门，四个层面厚度测量构件分别粘合在对惰性气体具有密闭性的容器的四个侧内壁上，两个图像几何失真测量构件分别粘合在两个层面厚度测量构件互相垂直的两个表面上，分辨率测量构件设在对惰性气体具有密闭性的容器的中间，两个真空阀门设在对惰性气体具有密闭性的容器相对的两个侧面上。本发明能够精确测量超极化气体核磁共振系统的信噪比、扫描层面厚度、扫描层面位置、图像几何失真、图像分辨率等技术参数。

Description

超极化惰性气体核磁共振系统性能测试装置
技术领域
本发明涉及的是一种用于测试技术领域的装置，特别是一种超极化惰性气体核磁共振系统性能测试装置。
背景技术
激光超极化惰性气体核磁共振肺部疾病诊断技术采用自旋交换光学泵浦方法。首先用圆偏振激光泵浦碱金属原子(Cs，Rb，K，Na等)提高碱金属电子的自旋极化度。碱金属原子与惰性气体分子碰撞，通过超精细相互作用将自旋角动量转移给对人体无辐射、无毒性的惰性气体分子(如惰性同位素气体3He，129Xe)，可以使惰性气体的极化度提高3到5个数量级。超极化气体核磁共振成像技术具有良好的应用前景，可以被广泛地应用到：肺部疾病检测；肠道等空腔脏器成像；富脂肪组织研究；脑部富脂结构、皮层的脑功能成像；血液生化；生物大分子(如蛋白质)三维构象研究；多相非均匀系统(多孔、微颗粒)成像；多相非均匀系统内流体渗透性研究；导体屏蔽物质成像等诸多领域。核磁共振系统的信噪比、扫描层面厚度、扫描层面位置、图像几何失真、图像分辨率等参数对MRI(核磁共振成像)系统来说至关重要。在MRI设备投入使用之前，对上述性能参数做准确的检测，以便相应地调整工作参数，使MRI系统能够工作在最佳状态。同时，MRI设备在使用了一定时间之后，由于磁场、机械部件等硬件系统的自然磨损，会产生成像误差，需要对系统工作参数进行调整，以获得更好的诊断成像效果。
经对现有技术的文献检索，美国专利公开号5036280，公开日期为：1991.07.31，专利名称为：用于核磁共振系统的模型。该专利自述为：两端封闭的圆柱形管，其内封装有各种成像测量结构和用来成像的液体。包括一个V形的带有孔结构的层面厚度测量装置，成像孔的数目表示了扫描层面的厚度。扫描层面的位置由按旋转角度排列、互相连接的带有凹槽结构的相邻的碟片数目决定。分辨率也由封装在内的相应结构来测量。最后，多次扫描的第一个和最后一个扫描层面的位置由放置在密封管底部的斜面的边缘来测量。空气被导入密封的空间泡内，从而在整个密封结构内没有自由的气泡存在。其不足之处在于：超极化气体核磁共振设备在硬件、软件上都于传统的H质子MRI设备有所不同。传统的核磁共振系统以生物组织中的H质子为信号源，超极化气体核磁共振系统则是以极化的惰性气体为成像对象。极化气体不同于水的特殊的物理、化学性质决定了在测试极化气体核磁共振设备时需要更多的设计考虑。现有技术手段没有考虑惰性气体特殊的渗透性，没有考虑惰性气体特殊的气密性要求；没有考虑极化气体与物质界面碰撞、自旋驰豫加速的问题；没有考虑顺磁性物质对极化度的影响等。现有的核磁共振测试装置不能用于超极化气体核磁共振设备的性能检测。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提供一种超极化惰性气体核磁共振系统性能测试装置，使其能够精确测量超极化气体核磁共振系统的信噪比、扫描层面厚度、扫描层面位置、图像几何失真、图像分辨率等技术参数。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：对惰性气体具有密闭性的容器、层面厚度测量构件、图像几何失真测量构件、分辨率测量构件、真空阀门，四个层面厚度测量构件分别粘合在对惰性气体具有密闭性的容器的四个侧内壁上，两个图像几何失真测量构件分别粘合在两个层面厚度测量构件互相垂直的两个表面上，分辨率测量构件设在对惰性气体具有密闭性的容器的中间，分辨率测量构件通过支架或者直接粘合在对惰性气体具有密闭性的容器内壁的底面上，两个真空阀门设在对惰性气体具有密闭性的容器相对的两个侧面上。对惰性气体具有密闭性的容器、层面厚度测量构件、图像几何失真测量构件、分辨率测量构件和真空阀门均采用抗磁性材料制作。
所述的抗磁性材料是指：玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃。
所述的对惰性气体具有密闭性的容器为空腔立方体结构。
所述的对惰性气体具有密闭性的容器，其外壁材料为对极化气体具有密闭性的材料。
所述的对极化气体具有密闭性的材料是指：玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯。
所述的对惰性气体具有密闭性的容器及其内置的所有与极化气体接触的构件表面都涂有能够减缓极化气体自旋驰豫的涂层材料。
所述的减缓极化气体自旋驰豫的涂层材料，是指：石蜡、Teflon、氘化的聚硅氧烷、氘化的硅烷聚合物。
所述的对惰性气体具有密闭性的容器，其密封件的材料为聚烯烃。
所述的聚烯烃是指：聚乙烯、聚丙稀、或上述物质的混合物。
所述的层面厚度测量构件由四个三角形板组成，三角形板之间有间隙，间隙为1mm或2mm。
所述的三角形板为等腰直角三角形，任意一个三角形板的直角边与旁边两个三角形板的直角边相邻。
所述的图像几何失真测量构件由一块衬板、若干半开放方形腔结构、若干实心立方体结构组成，实心立方体结构散布于半开放方形腔结构中间，做对比用途。半开放方形腔结构和实心立方体结构按照矩阵排列规则紧密地排列在一起，半开放方形腔结构和实心立方体结构粘合于衬板的表面。
所述的半开放方形腔结构和实心立方体结构，其外形、尺寸完全相同。
所述的半开放方形腔结构由三块板粘合而成。
所述的矩阵排列规则，是指半开放方形腔结构或者实心立方体结构都与其相邻的四个半开放方形腔结构或者实心立方体结构等边对齐，它们的外壁紧密结合在一起，在衬板的表面平面内组成二维排列的方形矩阵。
所述的分辨率测量构件由两个开有不同孔径通孔的立方体粘合而成，通孔分别沿互相垂直的轴向，例如，一个立方体上的通孔沿X轴方向，另一个立方体上的通孔沿Y轴方向，可以获得二维检测成像。
所述的通孔为圆形或者方形，优选方形。因为在打孔操作时，方形孔更容易控制孔径精度。
所述的通孔等间距排列，通孔为圆形时，其间距与通孔的孔径相等；通孔为方形时，其间距与通孔的边长相等。
所述的真空阀门，其材料为聚烯烃、如聚乙烯、聚丙稀、或上述物质的混合物。
本发明的工作过程和工作原理是：进行核磁共振成像前，先用低真空泵对整个装置进行排空，以便于将氧气、水汽及其它顺磁性的杂质去除掉。将高纯度气体如氮气充入到容器中以进一步清除残余的杂物。最后再进行排空处理以便将氧气浓度的更低、进一步降低超极化气体的接触感应退极化作用。将超极化惰性气体通过真空阀门充入对惰性气体具有密闭性的容器内，超极化惰性气体弥散到对惰性气体具有密闭性的容器及其内置构件的空腔、间隙内。对测量构件进行核磁共振成像，得到MRI图像后与测量构件原有的几何图形做比较。1、对分辨率测量构件进行MRI断层成像，贯通的不同孔径的通孔内充盈了超极化惰性气体，所得到的超极化惰性气体的MRI图像体现了贯通的不同孔径的通孔的形状、孔径。沿不同孔径的通孔轴向的切向进行断层扫描，在一个扫描层面内，会同时得到不同孔径的通孔的MRI图像。能够分辩的最小孔径的通孔表达了超极化气体核磁共振系统的分辨率；2、对层面厚度测量构件进行MRI断层成像，三角形板之间的间隙内充盈了超极化惰性气体，从而可以得到间隙的核磁共振图像，在核磁共振图像上表现为互相对应的两对线段。根据得到的图像长度、间距等数据可以测得层面厚度、层面位置等；3、对图像几何失真测量构件进行MRI断层成像，断层扫描平面与衬板平面平行。半开放方形腔结构内充盈了超极化惰性气体，从而得到半开放方形腔结构的核磁共振图像。半开放方形腔结构的外壁和实心的立方体结构则表现为信号的缺失。系统工作参数最佳情况下，得到的图形应为规则排列的正方形，半开放的方形腔结构外壁图像连贯在一起应为互相平行(垂直)的直线。根据正方形图像的形变、线条图像的弯曲等数据，可以测得核磁共振系统的几何失真。
本发明主要考虑了以下几个关键性的问题：1)充分考虑容器气密性的要求；2)气态超极化惰性气体的核自旋驰豫时间非常短，充分考虑了极化气体与物质界面碰撞，自旋驰豫加速的问题；3)任何顺磁性的介质都会加速驰豫，采用抗磁性材料制作所有构件；4)充分考虑尽量保持极化气体极化度的要求，在所有与极化气体接触的构件表面涂上减缓极化气体自旋驰豫的物质；5)能够精确测量超极化气体核磁共振系统的信噪比、扫描断层厚度、扫描层面位置、图像几何失真、图像分辨率等技术参数。
本发明的有益效果是：充分考虑了极化气体特殊的物理、化学性质。该装置所有部件由抗磁性介质材料做成。所有与超极化气体接触的表面均涂有能够减缓极化气体自旋驰豫的涂层材料。对惰性气体具有密闭性的容器密封件和真空阀门用聚烯烃例如聚乙烯、聚丙稀、或上述物质的混合物制作。沿垂直轴向的二维不同孔径的通孔结构设计，能够进行二维的MRI分辨率测量。采用方形孔结构使孔的加工和测量更精确。采用垂直交叉的间隙结构测量扫描层面参数。采用规则排列的半开放方形腔结构测量几何失真，并设计有对比模块。本发明解决了以往核磁共振测试模型不适用于极化气体核磁共振系统测试的问题，提高了超极化气体核磁共振系统的测试精度。本发明结构简单，具有较高的测量精度，能够同时进行多参数测量，全面测试超极化气体MRI系统的性能。填补了在超极化气体核磁共振系统性能测量领域的空白。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为对惰性气体具有密闭性的容器示意图。
图3为分辨率测量构件示意图。
图4为层面厚度测量构件示意图。
图5为图像几何失真测量构件示意图。
具体实施方式
如图1、2、3、4、5所示，本发明包括：对惰性气体具有密闭性的容器1、层面厚度测量构件2、图像几何失真测量构件3、分辨率测量构件4、真空阀门5，四个层面厚度测量构件2分别粘合在对惰性气体具有密闭性的容器1的四个侧内壁上，两个图像几何失真测量构件3分别粘合在两个层面厚度测量构件2互相垂直的两个表面上，分辨率测量构件4设在对惰性气体具有密闭性的容器1的中间，分辨率测量构件4通过支架或者直接粘合在对惰性气体具有密闭性的容器1内壁的底面上，两个真空阀门5设在对惰性气体具有密闭性的容器1相对的两个侧面上，对惰性气体具有密闭性的容器1、层面厚度测量构件2、图像几何失真测量构件3、分辨率测量构件4和真空阀门5均采用抗磁性材料制作。
所述的抗磁性材料是指：玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃。
所述的对惰性气体具有密闭性的容器1为空腔立方体结构。
所述的对惰性气体具有密闭性的容器1，其外壁材料为对极化气体具有密闭性的材料。
所述的对极化气体具有密闭性的材料是指：玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯。
所述的对惰性气体具有密闭性的容器1及其内置的所有与极化气体接触的构件表面都涂有能够减缓极化气体自旋驰豫的涂层材料。
所述的减缓极化气体自旋驰豫的涂层材料，是指：石蜡、Teflon、氘化的聚硅氧烷、氘化的硅烷聚合物。
所述的对惰性气体具有密闭性的容器1，其密封件的材料为聚烯烃。
所述的聚烯烃是指：聚乙烯、聚丙稀、或上述物质的混合物。
所述的层面厚度测量构件2由四个三角形板9组成，三角形板9之间有间隙8，间隙8为1mm或2mm。
所述的三角形板9为等腰直角三角形，任意一个三角形板9的直角边与旁边两个三角形板9的直角边相邻。
所述的图像几何失真测量构件3由一块衬板10、若干半开放方形腔结构11、若干实心立方体结构12组成，实心立方体结构12散布于半开放方形腔结构11中间，做对比用途。半开放方形腔结构11和实心立方体结构12按照矩阵排列规则紧密地排列在一起，半开放方形腔结构11和实心立方体结构12粘合于衬板10的表面。
所述的半开放方形腔结构11和实心立方体结构12，其外形、尺寸完全相同。
所述的半开放方形腔结构11由三块板粘合而成。
所述的矩阵排列规则，是指半开放方形腔结构11或者实心立方体结构12都与其相邻的四个半开放方形腔结构11或者实心立方体结构12等边对齐，它们的外壁紧密结合在一起，在衬板10的表面平面内组成二维排列的方形矩阵。
所述的分辨率测量构件4由两个开有不同孔径的通孔7的立方体6粘合而成，通孔7分别沿互相垂直的轴向，例如，一个立方体6上的通孔7沿X轴方向，另一个立方体6上的通孔7沿Y轴方向，可以获得二维检测成像。
所述的通孔7为圆形或者方形，优选方形。因为在打孔操作时，方形孔更容易控制孔径精度。
所述的通孔7等间距排列，通孔7为圆形时，其间距与通孔7的孔径相等；通孔7为方形时，其间距与通孔7的边长相等。
所述的真空阀门5，其材料为聚烯烃，如聚乙烯、聚丙稀、或上述物质的混合物。

Claims (10)

1.一种超极化惰性气体核磁共振系统性能测试装置，包括：对惰性气体具有密闭性的容器(1)、层面厚度测量构件(2)、分辨率测量构件(4)、真空阀门(5)，其特征在于，还包括：图像几何失真测量构件(3)，所述的图像几何失真测量构件(3)由一块衬板(10)、若干半开放方形腔结构(11)、若干实心立方体结构(12)组成，实心立方体结构(12)散布于半开放方形腔结构(11)中间，半开放方形腔结构(11)和实心立方体结构(12)按照矩阵排列规则紧密地排列在一起，半开放方形腔结构(11)和实心立方体结构(12)粘合于衬板(10)的表面；
四个层面厚度测量构件(2)分别粘合在对惰性气体具有密闭性的容器(1)的四个侧内壁上，两个图像几何失真测量构件(3)分别粘合在两个层面厚度测量构件(2)互相垂直的两个表面上，分辨率测量构件(4)设在对惰性气体具有密闭性的容器(1)的中间，分辨率测量构件(4)通过支架或者直接粘合在对惰性气体具有密闭性的容器(1)内壁的底面上，两个真空阀门(5)设在对惰性气体具有密闭性的容器(1)相对的两个侧面上，对惰性气体具有密闭性的容器(1)、层面厚度测量构件(2)、图像几何失真测量构件(3)、分辨率测量构件(4)和真空阀门(5)均采用抗磁性材料制作。
2.根据权利要求1所述的超极化惰性气体核磁共振系统性能测试装置，其特征是，所述的抗磁性材料是指：玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃。
3.根据权利要求1所述的超极化惰性气体核磁共振系统性能测试装置，其特征是，所述的对惰性气体具有密闭性的容器(1)，其外壁材料为对极化气体具有密闭性的材料。
4.根据权利要求3所述的超极化惰性气体核磁共振系统性能测试装置，其特征是，所述的对极化气体具有密闭性的材料是指：玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯。
5.根据权利要求1所述的超极化惰性气体核磁共振系统性能测试装置，其特征是，所述的对惰性气体具有密闭性的容器(1)及其内置的所有与极化气体接触的构件表面都涂有能够减缓极化气体自旋驰豫的涂层材料。
6.根据权利要求5所述的超极化惰性气体核磁共振系统性能测试装置，其特征是，所述的减缓极化气体自旋驰豫的涂层材料，是指：石蜡、Teflon、氘化的聚硅氧烷、氘化的硅烷聚合物。
7.根据权利要求1所述的超极化惰性气体核磁共振系统性能测试装置，其特征是，所述的层面厚度测量构件(2)由四个三角形板(9)组成，三角形板(9)之间有间隙(8)，间隙(8)为1mm或2mm。
8.根据权利要求7所述的超极化惰性气体核磁共振系统性能测试装置，其特征是，所述的三角形板(9)为等腰直角三角形，任意一个三角形板(9)的直角边与旁边两个三角形板(9)的直角边相邻。
9.根据权利要求1所述的超极化惰性气体核磁共振系统性能测试装置，其特征是，所述的矩阵排列规则，是指半开放方形腔结构(11)或者实心立方体结构(12)都与其相邻的四个半开放方形腔结构(11)或者实心立方体结构(12)等边对齐，它们的外壁紧密结合在一起，在衬板(10)的表面平面内组成二维排列的方形矩阵。
10.根据权利要求1所述的超极化惰性气体核磁共振系统性能测试装置，其特征是，所述的分辨率测量构件(4)由两个开有不同孔径的通孔(7)的立方体(6)粘合而成，通孔(7)分别沿互相垂直的轴向。
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