磁共振弥散张量成像质量控制综合测试体模 技术领域 本 发 明 涉 及 一 种 磁 共 振 弥 散 张 量 成 像 DTI（Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging ； DTI) 的测试装置， 具体地说是一种磁共振人脑白质弥散张量成像专用 的质量控制测试体模和脑白质纤维束仿真体模。
背景技术 磁共振弥散张量成像技术 DTI 是一种对人脑脑白质纤维束进行形态和功能成像 的医学成像技术， 用于检测和研究人脑脑白质纤维束的形态和相关病变。由于磁共振 DTI 成像技术尚无相关技术标准和规范， 因此没有对其成像质量检测和控制的手段和方法。
发明内容 针对以上为难题， 本发明提供一种磁共振弥散张量成像质量控制综合测试体模， 本发明适用于医用磁共振系统 DTI 成像， 具有测试参数多、 精度高、 高人脑白质仿真度、 使 用方便的优点。
为达到上述目的， 本发明的采用以下技术手段 ： 一种磁共振弥散张量成像质量控制综合测试体模， 包括外壳， 外壳内设有测试层， 测试 层内充有测试液， 所述测试液中浸有尼龙纤维材料的仿真大脑实际的脑白质纤维束走向和 分布的测试层。
上述的体膜， 所述测试层为尼龙纤维束测试层， 所述的纤维束测试层包括三组 ： 第一组包括两组纤维束， 所述两组纤维素中每组纤维束分别位于同一面上 ； 第二组包括纤维束组， 所述的每根纤维束所在直线与体模外壳长轴所在形成夹角 ； 第三组包括螺旋管， 所述的螺旋管内有纤维束。
上述的测试体模， 所述第一测试组中每组纤维束相互平行， 所述第一测试组两组 纤维束所在平面垂直 ； 第一测试组的两纤维束所在平面与外壳轴线所在直线平行和垂直。
上述的测试体模， 所述第二纤维束组位于同一平面内 ； 第二测试组中纤维束至少 包含与体模长轴角度呈 0°、 30°、 45°、 60°的纤维束。
上述的测试体模， 所述的螺旋管包括两个， 此两个螺旋管相互垂直 ； 螺旋管至少三 匝， 且螺旋管一端封闭， 另一端连通测试体液。
上述的测试体模， 所述的测试层还包括颅脑白质纤维仿真分布测试区， 包括有仿 真硅胶颅脑模型和脑白质纤维仿真分布模型。
本发明的工作原理及有益效果表现在 ： 磁共振 DTI 质量控制测试体模和脑白质纤维束仿真体模是以对磁共振弥散张量成像 技术进行成像质量检测的体模设备。对磁共振系统的 DTI 进行参数测试， 以达到检测所需 的精度， 医学诊断所需要的图像质量。
本测试体模原理为 ： 使用浸没在测试液中的尼龙纤维束， 模拟出人脑脑白质中的水分子弥散梯度环境， 用
于仿真大脑实际的脑白质纤维束走向和分布， 从而对体膜进行测试。
人脑磁共振 DTI 成像依靠检测人脑白质纤维中氢质子 （水分子中所含氢质子） 的弥 散张量参数和运动形式来确定脑白质纤维束走向和形状。 本体模通过使用憎水纤维紧密捆 扎， 造成纤维间的氢质子 （水分子中所含氢质子） 的弥散张量参数和运动形式类似于实际人 脑纤维中的参数。从而仿真脑白质纤维束， 检测磁共振 DTI 成像对脑白质纤维束的成像能 力。
具体为使憎水纤维束间的氢质子表观弥散系数 （apparent diffusion coefficient ； ADC） 和各项异性值 (fractional anisotropy ； FA) 仿真真实脑白质纤维中的 氢质子参数， 脑白质纤维束示踪成像 (diffusion tensor tractography ； DTT) 中仿真脑白 质纤维形态。
常见人脑白质中上述参数值和本体模的仿真值见表 1。表 1 磁共振弥散张量成像质量控制综合测试体模体模同实际脑白质束的平均弥 散系数 ADC、 各项异性 FA、 仿真直径值比较表 小型台式磁共振质量控制综合测试体模， 体模包括外壳和测试层 ； 测试区安装在外壳 内并固定在外壳上 ； 所述的测试区包括人脑仿真测试区、 纤维束测试区、 基本成像质量测试 区。
外壳内、 测试区中， 充满磁共振专用测试溶液， 具体为五水硫酸铜、 氯化纳与蒸馏 水， 或五水硫酸铜、 氯化镍与蒸馏水。
纤维束测试区包含不同直径、 不同空间密度、 不同排列方向的憎水尼龙纤维束 （如 聚酰胺纤维 polyamide fiber） 。纤维束测试层分为三个测试组。测试区外观见图一。
第一测试组为的两纤维束组。每组纤维束组中各纤维束一字平行排列， 等间距放 置； 体模水平、 垂直方向各一组。
该测试组在标准垂直和水平方向仿真脑白质纤维束， 测试磁共振系统进行 DTI 成 像时， 对平行颅脑长轴和垂直颅脑长轴和纤维束进行成像的能力。 ， 同时测试 DTI 成像软硬 件对不同粗细纤维的检出能力。 测试方法 ： 使用 DTI 成像相关序列扫描体模该测试组， 获得 图像中不同纤维束处的氢质子表观弥散系数 （apparent diffusion coefficient ； ADC） 和 各项异性值 (fractional anisotropy ； FA), 同体模的对应金标准进行比较， 分析 DTI 成像 的检出能力。 使用脑白质纤维束示踪成像 (diffusion tensor tractography ； DTT) 技术对 扫描图像处理， 观察 DTT 中所能检测出的 “脑白质纤维束” 所对应的尼龙纤维束最小直径， 即认为 DTI 成像的最细纤维束检测能力。
第二测试组， 包括与体膜长轴呈 30 度、 45 度、 60 度的纤维束。
该测试组用于测试磁共振 DTI 成像， 对同颅脑长轴形成不同夹角的纤维束的检 测能力。检测方法为 ： 使用 DTI 成像相关序列扫描体模该测试组， 获得图像中不同纤维 束处的氢质子表观弥散系数 （apparent diffusion coefficient ； ADC）和各项异性值 (fractional anisotropy ； FA), 同体模的对应金标准进行比较， 分析 DTI 成像的检出能力。 使用脑白质纤维束示踪成像 (diffusion tensor tractography ； DTT) 技术对扫描图像处 理， 观察 DTT 中所能检测出的 “脑白质纤维束” 所对应的尼龙纤维束， 检测 DTI 成像是否能 够完整观察到所有角度的纤维束。
第三测试组， 为两有机玻璃螺旋管。 两管下端封闭， 上端开口， 联通体模壳内空间。
该测试组仿真人脑弯曲走向的脑白质纤维， 用于测试磁共振 DTI 成像时， 对弯曲 走向脑白质纤维束， 尤其是脑内前后联合间扣带回和穹窿处的脑白质纤维束的检测能力。 检测方法为 ： 使用 DTI 成像相关序列扫描体模该测试组， 获得图像中不同纤维束处的氢质 子表观弥散系数 （apparent diffusion coefficient ； ADC）和各项异性值 (fractional anisotropy ； FA), 同体模的对应金标准进行比较， 分析 DTI 成像的检出能力。使用脑白质 纤维束示踪成像 (diffusion tensor tractography ； DTT) 技术对扫描图像处理， 观察 DTT 中所能检测出的 “脑白质纤维束” 所对应的尼龙纤维束， 检测 DTI 成像是否能够完整观察到 弯曲的纤维束。
颅脑白质纤维仿真分布测试区， 由仿真硅胶颅脑模型和脑白质纤维仿真分布模型 组成。 附图说明
图 1 为测试层主视图 ； 图 2 为测试层后视图 ； 图 3 为测试层俯视图 ； 图 4 为颅脑白质纤维仿真分布测试层主视图 ； 图 5 为颅脑白质纤维仿真分布测试层俯视图。具体实施方式
下述未述及的相关技术内容均可采用或借鉴现有技术。
一种小型台式磁共振质量控制综合测试体模， 体模包括外壳和测试层， 由圆筒形 外壳和三个相对独立的测试区构成。测试区相同位置处设有模块紧固孔， 测试区通过模块 紧固孔紧固在长杆螺栓上， 长杆螺栓上套设有套筒。 测试区安装在外壳内并固定在外壳上 ； 所述的测试区包括人脑仿真测试区、 纤维束测试区、 基本成像质量测试区。外壳内、 测试区 中， 充满磁共振专用测试溶液， 具体为五水硫酸铜、 氯化纳与蒸馏水， 或五水硫酸铜、 氯化镍 与蒸馏水。
所述的人脑仿真测试区由仿真硅胶颅脑模型和脑白质纤维仿真分布模型组成。
仿真硅胶颅脑模型， 为硅胶材质的颅脑模型， 包含大脑左右半球和主要脑沟回轮 廓。模型根据磁共振图像分割并三维重建， 由逆向工程和快速成形技术加工获得。颅脑模 型内部为空腔， 容纳脑白质纤维仿真分布模型和体模测试液， 并形成与体模联通的空间。脑白质纤维仿真分布模型， 如图 4-5 所示， 为不同形状、 不同走向的尼龙纤维束 组。纤维束通过塑形技术形成不同形状和走向， 用于仿真人脑主要的脑白质纤维束在大脑 白质中的分布和走向。纤维束大于 50dtex， 直径由 10-30μm 不等， 紧密捆扎。
所述的纤维束测试区包括三组， 如图 1-3 所示 ： 第一组包括两组纤维束， 所述每组纤维束位于同一面上 ； 每组纤维束相互平行等间距 放置、 两组纤维束所在平面垂直 ； 两纤维束所在平面与外壳轴线所在直线平行和垂直。
本测试组为重量大于 50dtex（分特） 的 10-200μm 直径的纤维束， 共 11 束， 每束 60mm 长， 直径 1cm。体模水平垂直方向各一组。每束所用纤维直径分别为 10、 15、 20、 25、 30、 35、 50、 70、 80、 100、 200μm。纤维束两端固定， 纤维束一字平行排列， 等间距放置。
第二组包括纤维束组， 所述的每根纤维束具有相同起点位于同一平面内， 所在直 线与体模外壳长轴所在形成夹角呈 0°、 30°、 45°、 60°的纤维束。
本测试组中每束纤维束为大于 50dtex 的尼龙纤维束， 纤维束两端紧固于体模外 壳。
第三组包括两个有机玻璃螺旋管， 螺旋管为环径 3cm、 3 匝 /cm， 管直径 1cm 犯人有 机玻璃螺旋管 ； 此两个螺旋管相互垂直 ； 且两螺旋管轴线分别与外壳轴线垂直和平行 ； 每 个螺旋管内有纤维束且管下端封闭， 上端开口， 联通体模壳内空间， 管内盘绕有大于 50dtex 的尼龙纤维束， 纤维束紧密捆扎。 所述三组纤维束位于一个测试层内。
基本成像质量测试区 （如图三） ， 是按照磁共振基本成像的质量检测设置的测试区 域， 用于测试磁共振系统的分辨率、 均匀度、 线性度、 对比度、 层厚和空间定位， 辅助测试磁 共振的基本成像能力。测试区包含分辨率测试卡、 溢流层测试模块、 层厚测试模块、 空间定 位模块和低对比度测试卡。
分辨率测试卡包括孔式高对比度分辨率测试， 卡上设有统一深度不同直径和间隔 的孔， 深度大于 2cm。可测试 1-11LP/cm 的空间分辨率。
溢流层测试模块包括深度大于 2cm 的纯测试溶液区域， 该区域的外壳内壁含有四 个 3mm 宽、 5mm 高的有机玻璃块， 十字对称的分布在外壳内。 在磁共振扫描图像中， 溢流层仅 包含体模外壳和所容纳的测试液， 用于测试磁共振均匀度。有机玻璃块用于测试体模线性 度。
层厚测试模块为相互垂直的测试块， 每个测试块包括两个平行的测试单元， 每 个测试测试单元包括两首尾上下搭接的楔形块， 两楔形块形成一狭缝， 缝高≤ 1mm， 缝宽 ≥ 10mm， 缝与基板夹角≤ 45 度， 相邻的平行的测试单元狭缝为空间交错直线。用于测试磁 共振实际扫描层的厚度和偏差。
空间定位模块设置其包括两直角三角形， 此两直角三角形两相同直角边重合且斜 边交叉放置， 用于观察体模位置， 防止体模摆放倾斜， 检测磁共振系统的激光定位装置准确 性。
孔式低对比度测试层上可设有多组直径不同的孔， 多组孔均匀规则排布， 可以测 量磁共振系统的低对比度分辨率。