一种仿人头部的PET/MR成像质量检测体模及其制备方法与流程

本发明涉及PET/MR质量保证和质量控制领域，特别是涉及一种仿人头部的PET/MR成像质量检测体模及其制备方法。

背景技术：

近年来，随着医学成像技术的快速发展，多模态联合成像技术得到了广泛的关注，如PET/MR(Positron Emission Tomography/Magnetic Resonance Imaging，正电子发射断层显像/磁共振成像)技术，其中，PET能够很好地获取功能和代谢信息，属于功能性成像，对于病变组织具有较高的灵敏度，但其空间分辨率较低，无法对PET信息进行精确的定位；而MRI图像具有极佳的软组织对比度和高空间分辨率。PET和MRI的联合(PET/MR多模态二合一成像系统)能够弥补单独PET成像和单独MRI成像的不足，能够在一次检查中同时获得机体解剖、功能和生化多重信息。

目前，用于PET/MR成像仪质量控制的体模存在种类单一、结构简单等问题，例如，现有的PET/MR成像体模仅为一些简单的几何形态，且仅能测试单独PET部分的性能参数或单独MRI部分的性能参数，无法对PET/MR联合使用的成像质量进行质控。因此，亟需一种适用于PET/MR成像仪的配套体模。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种仿人头部的PET/MR成像质量检测体模。本发明的体模为具有形态学特征的三维立体结构质量检测体模，能够仿真真实的人颅脑外形、结构以及病灶，可以用于对人体头部的PET/MR成像仪进行质量控制，还可以用于寻找PET/MR成像仪的最优扫描参数、用于教学示范、用于示踪剂筛选等方面，具有广泛的应用范围。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种仿人头部的PET/MR成像质量检测体模，包括：具有人体头部外形的体模本体，所述体模本体内部设置有至少一个可拆卸的替换模块；

所述可拆卸的替换模块选自脑部肿瘤模拟模块、PET/MR的图像融合度测试模块、PET/MR的衰减校正测试模块、PET性能参数测试模块或MRI性能参数测试模块中的一种或多种。

优选的，所述可拆卸的替换模块位于体模本体内部的上方的脑部位置。

优选的，所述脑部肿瘤模拟模块为空心球体结构；所述空心球体结构内灌注有示踪剂。

更为优选的，所述示踪剂为18F-FDG(fluorodeoxyglucose，氟代脱氧葡萄糖)溶液。

优选的，所述PET/MR的图像融合度测试模块包括：空心圆柱、空心球体或正方体中的至少一种；空心圆柱、空心球体或正方体均可单独进行图像融合度测试。

所述空心球体或正方体内填充有示踪剂，如FDG溶液。

所述空心圆柱中容纳不同尺寸的固体放射源，如Na源。

更为优选的，多个不同直径大小的空心球体组成圆周，所述空心球体的球心在同一个圆周层上；或者所述空心球体按直径大小排成一行。

测试时，在空心球体或正方体中注入FGD溶液，进行PET/MR扫描，根据得到的扫描图像获得图像融合精确度。

更为优选的，多个不同直径大小的空心圆柱组成圆周，所述空心圆柱截面的圆心在同一个圆周层上；或者所述空心圆柱按直径大小排成一行。

测试时，在空心圆柱中注入Na源，进行PET/MR扫描，根据得到的扫描图像获得图像融合精确度。

优选的，空心球体或正方体组成的所述PET/MR的图像融合度测试模块还可以用于测试PET的低对比度分辨率。

PET的低对比度分辨率的测试方法为：使用多个不同直径的空心球体或正方体测试PET的低对比度分辨率，测试时，在多个空心球体或正方体中注入示踪剂，进行PET扫描，根据得到的扫描图像确定低对比度分辨率。

优选的，所述PET/MR的衰减校正测试模块，包括：至少一根空心圆柱插件，所述空心圆柱插件分为两部分，一部分位于所述体模本体内，另一部分位于所述体模本体外。

所述空心圆柱插件位于所述体模本体内的部分和位于所述体模本体外的部分均填充有示踪剂，如FDG溶液。

所述空心圆柱插件位于体模本体内的部分和位于体模本体外的部分采用螺纹连接。

测试时，在空心圆柱插件位于体模本体内的部分和位于体模本体外的部分均注入示踪剂，进行PET/MR扫描，根据扫描得到的空心圆柱插件位于体模本体内的部分的图像和空心圆柱插件位于体模本体内的部分的图像的计数来确定衰减校正的精确度。

优选的，所述PET性能参数测试模块，由若干组不同直径的圆柱体组成。

所述圆柱体为空心或实心结构。

当圆柱体为空心结构时，用于测试高对比结构下的系统分辨率，测试时在圆柱内灌装示踪剂(如FGD溶液)。

当圆柱体为实心结构时，用于测试低对比结构下的系统分辨率，测试时在圆柱之外的区域灌装示踪剂。

测试时，灌装示踪剂后进行PET扫描，根据扫描得到图像中所能分辨的最小尺寸(直径)确定分辨率。

优选的，所述MRI性能参数测试模块，包括：MRI高对比度分辨率模块和MRI低对比度分辨率模块；

所述MRI高对比度分辨率模块由若干组不同直径的圆孔组成，用于测试测量成像系统在没有严重噪声时对物体最小细节的分辨能力。采用目测法对测试物体进行观察。

所述MRI低对比度分辨率模块由若干组呈放射状分布的不同直径的圆孔组成；每一组的圆孔的直径相同，每一组的圆孔的深度不同。

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种仿人头部的PET/MR成像质量检测体模的制备方法。本发明的体模为具有形态学特征的三维立体结构质量检测体模，能够仿真真实的人颅脑外形、结构以及病灶，可以用于对人体头部的PET/MR成像仪进行质量控制，还可以用于寻找PET/MR成像仪的最优扫描参数、用于教学示范、用于示踪剂筛选等方面，具有广泛的应用范围。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第二方面，提供上述仿人头部PET/MR成像质量检测体模的制备方法，步骤如下：

(1)根据人体头部的CT扫描数据构建具有人体头部外形的体模本体；

(2)在构建的体模本体的内部设置至少一个可拆卸的替换模块。

步骤(1)中，所述体模本体的骨骼结构采用骨骼的组织等效材料进行三维打印，体模本体的皮肤及其他内部组织均采用软组织等效材料进行三维打印。

或者，所述体模本体的骨骼结构采用骨骼组织等效材料进行三维打印，体模本体的皮肤即头皮部分采用普通材料进行三维打印，体模本体内部的其他组织采用配制好的软组织等效材料进行灌注。

所述骨骼组织等效材料、所述软组织等效材料、所述普通材料均为现有的材料，所述配制好的软组织等效材料为现有的或配制的琼脂糖凝胶：

例如，所述骨骼组织等效材料为现有3D打印材料中邵氏硬度大于90的高密度树脂。

所述软组织等效材料为现有3D打印材料中密度较低的EVA树脂。

所述普通材为现有3D打印材料中普通的塑料材料。

所述配制好的软组织等效材料为配制的琼脂糖凝胶。

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供上述仿人头部的PET/MR成像质量检测体模在PET/MR成像仪的质量控制、寻找PET/MR成像仪的最优扫描参数、教学示范和/或示踪剂的筛选中的用途。本发明的体模为具有形态学特征的三维立体结构质量检测体模，能够仿真真实的人颅脑外形、结构以及病灶，可以用于对人体头部的PET/MR成像仪进行质量控制，还可以用于寻找PET/MR成像仪的最优扫描参数、用于教学示范、用于示踪剂筛选等方面，具有广泛的应用范围。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第三方面，提供上述仿人头部的PET/MR成像质量检测体模在PET/MR成像仪的质量控制、寻找PET/MR成像仪的最优扫描参数、教学示范和/或示踪剂的筛选中的用途。

本发明的有益效果：

(1)本发明的仿人头部的PET/MR成像质量检测体模具有三维立体结构，能够在外在形态和内部结构上模拟人体头部的形态和构造。另外，本发明的仿人头部的PET/MR成像质量检测体模具有一个或多个可拆卸的替换模块，其中，一个替换模块为预设病灶结构，用以模拟人体头部内的肿瘤；其他的替换模块可以用于测试PET/MR仪的参数，从而根据测得的参数来评价PET/MR仪性能的好坏。

(2)本发明的仿人头部的PET/MR成像质量检测体模能够仿真真实人体头部颅脑外形、结构以及病灶，可以用于对人体头部PET/MR成像仪进行质量控制，还可以用于寻找PET/MR成像仪的最优扫描参数、用于教学示范、用于示踪剂筛选等方面，具有较广的应用范围。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的体模本体的结构示意图；

图2为本发明仿人头部的PET/MR成像质量检测体模中肿瘤模拟模块结构示意图(侧视剖面图)；

图3A为本发明仿人头部的PET/MR成像质量检测体模中图像融合度测试模块的空心球体的俯视图；

图3B为本发明仿人头部的PET/MR成像质量检测体模中图像融合度测试模块的空心球体的正视图；

图4A为本发明仿人头部的PET/MR成像质量检测体模中图像融合度测试模块的空心圆柱的俯视图；

图4B为本发明仿人头部的PET/MR成像质量检测体模中图像融合度测试模块的空心圆柱的正视图；

图5为本发明仿人头部的PET/MR成像质量检测体模中PET/MR的衰减校正测试模块的结构示意图；

图6A为PET高对比度分辨率模块的截面图；

图6B为PET低对比度分辨率模块的截面图；

图7A：MRI高对比度分辨率模块的结构示意图；

图7B：MRI低对比度分辨率模块的结构示意图；

其中，1-皮肤，2-骨骼，3-可拆卸的替换模块，4-脑组织，5-空心球体，6-空心圆柱插件，7-空心圆柱插件位于体模本体内的部分，8-空心圆柱插件位于体模本体外的部分。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中用于PET/MR成像仪质量控制的体模存在种类单一、结构简单等问题，无法对PET/MR联合使用的成像质量进行质控。基于此，本发明提出了一种仿人头部的PET/MR成像质量检测体模及其制备方法。

在本申请的一种实施方案中，提供了一种仿人头部的PET/MR成像质量检测体模，如图1所示，所述体模本体的外形仿真真实人体头部颅脑的形态，在体模本体内部的上方脑部位置设置有至少一个可拆卸的替换模块3；所述可拆卸的替换模块3可以是长方体，也可以是圆柱体，在此不对其形状进行限制。所述体模本体包括皮肤1、骨骼2、可拆卸的替换模块3和脑组织4。

例如，在完成体模本体整体的制作后，在体模本体上方脑部位置抠取一个长方体A，将该长方体A取下后，可根据测试需要挑选相应可拆卸的替换模块3安装在体模上。当不需要安装替换模块时，可将该长方体A装回体模本体上，此时，体模为完整人体头部颅脑的形态。

所述可拆卸的替换模块3选自脑部肿瘤模拟模块、PET/MR的图像融合度测试模块、PET/MR的衰减校正测试模块、PET性能参数测试模块或MR性能参数测试模块中的一种或多种。

例如，替换模块B1用于模拟脑部肿瘤模拟模块；

替换模块C1为PET/MR的图像融合度测试模块，替换模块C2为PET/MR的衰减校正测试模块；

替换模块D1为一种PET性能参数测试模块，替换模块D2为另一种PET性能参数测试模块等等；

替换模块E1为一种MRI性能参数测试模块，替换模块E2为另一种MRI性能参数测试模块。

作为优选的方案，用球体结构模拟人体头部内的肿瘤形态，如图2所示，球体结构内灌注示踪剂，例如18F-FDG(fluorodeoxyglucose，氟代脱氧葡萄糖)溶液后可在PET下进行显像。

作为优选的方案，所述PET/MR的图像融合度测试模块包括：空心圆柱、球体5或正方体中的至少一种；空心圆柱、空心球体5或正方体均可单独进行图像融合度测试。

所述空心球体5或正方体内填充有示踪剂，如FDG溶液。

优选的，多个不同直径大小的空心球组成圆周，所述空心球体5的球心在同一个圆周层上，如图3A所示；或者所述空心球体5按直径大小排成一行，如图3B所示。

上述PET/MR的图像融合度测试模块还可以用于测试PET的低对比度分辨率。

测试方法为：使用多个不同直径的空心球体5测试PET的低对比度分辨率，测试时，在多个空心球体5中注入FDG溶液，进行PET扫描，根据得到的扫描图像确定低对比度分辨率。

优选的，多个不同直径大小的空心圆柱组成圆周，所述空心圆柱截面的圆心在同一个圆周层上，如图4A所示；或者所述空心圆柱按直径大小排成一行，如图4B所示。

测试时，在空心圆柱中注入Na源，进行PET/MR扫描，根据得到的扫描图像获得图像融合精确度。

作为优选的方案，所述PET/MR的衰减校正测试模块，包括：至少一根空心圆柱插件6，所述空心圆柱插件6分为两部分，一部分位于所述体模本体内，另一部分位于所述体模本体外，如图5所示。

所述空心圆柱插件位于体模本体内的部分7和空心圆柱插件位于体模本体外的部分8均填充有示踪剂，如FDG溶液。

由于空心圆柱插件内需要盛放FDG溶液，故其材质要求不与FDG溶液发生反应即可。

优选的，所述空心圆柱插件位于体模本体内的部分7和空心圆柱插件位于体模本体外的部分8采用螺纹连接。

测试时，在空心圆柱插件位于体模本体内的部分7和空心圆柱插件位于体模本体外的部分8均注入FDG溶液，进行PET/MR扫描，根据扫描得到的空心圆柱插件位于体模本体内的部分7图像和空心圆柱插件位于体模本体外的部分8图像的计数来确定衰减校正的精确度。

作为优选的方案，所述PET性能参数测试模块包括：PET高对比度分辨模块和PET低对比度分辨模块；

其中，PET高对比度分辨模块用于测试高对比结构下的系统分辨率，具体地，在圆盘状的有机玻璃内有6个区域的圆孔，不同区域内的圆孔的直径不等。圆孔结构的截面图如图6A所示。

测试时，在圆孔内灌装示踪剂。

PET低对比度分辨率模块用于测试低对比结构下的系统分辨率，具体地，模块由6组不同直径的实心圆柱组成，截面图如图6B所示。

测试时，在圆柱之外的区域灌装示踪剂。

作为优选的方案，所述MRI性能参数测试模块包括：MRI高对比度分辨率模块和MRI低对比度分辨率模块。

其中，MRI的高对比度分辨率是测量成像系统在没有严重噪声时对物体最小细节的分辨能力，常用的方法是采用目测法对测试物体进行观察。

在本发明的一个实施例中，用不同直径的孔状结构来测试高对比度分辨率，具体地，在圆盘状的有机玻璃内由6组不同直径的实心圆柱组成，不同区域内的圆孔的直径不等，如7A所示。

MRI对比度分辨率是指在细节与背景间具有低对比度时，将细节从背景中鉴别出来的能力。低对比度分辨率的大小反映MRI设备分辨信号大小相近的物体的能力，也就是MRI设备的灵敏程度。在测试低对比度分辨率时，对于同一种物质，当扫描条件一定时，其信号强度与目标物质的面积和深度等因素有关。例如，对于同一直径的圆孔来说，圆孔越深，其信号强度就越大。

具体地，该模块由十组不同直径的圆孔组成，且呈放射状分布，如图7B所示，每组中的三个圆孔直径相同，每组中的三个圆孔的深度不同。例如，同一组中的三个圆孔的深度由内向外依次增大。

需要说明的是，在图6A、图6B、图7A和图7B所示结构中，圆孔/圆柱区域的个数以及下图所画出的每个区域中圆孔/圆柱的数量只是用作举例、示意，而不是对本发明的限制。具体的数目可根据实际需要进行增减。

I为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。

实施例1：

1.体模本体的结构与材料：

体模整体外形为仿真人体头部的形态。具体地，根据真实人体头部的MR扫描数据构建仿真人体头部模型，并根据所构建模型通过3D打印技术制作仿真人体头部模型。

(1)模型材料的选择：

人体头部的所有骨骼2结构采用骨骼组织等效材料进行三维打印；人体头部的皮肤1以及人体头部的其它内部组织(脑组织4)均采用软组织等效材料进行三维打印。

其中，骨骼组织等效材料为现有3D打印材料中邵氏硬度大于90的高密度树脂。

软组织等效材料为现有3D打印材料中密度较低的EVA树脂。

(2)体模的结构：

体模包括：一个体模本体，体模本体上有一个可拆卸的替换模块3(例如，如图1所示，位于人体头部模型的上方脑部位置)。当可拆卸的替换模块3安装于体模本体上的时候，模型为一个完整人体头部的形态。其中，可拆卸的替换模块3可以是长方体，也可以是圆柱体，在此不对其形状进行限制。

当把可拆卸式替换模块拆下后，可以将其它的替换模块安装在体模本体上，以通过替换的模块测试相应的参数。

其它的替换模块可以是：脑部肿瘤模拟模块、PET/MR的图像融合度测试模块、PET/MR的衰减校正测试模块、PET性能参数测试模块、MR性能参数测试模块。

实施例2：

1.体模本体的结构与材料：

体模整体外形为人体头部的形态。具体地，根据真实人体头部的MR扫描数据构建人体头部模型，并根据所构建模型通过3D打印技术制作人体头部模型。

(1)模型材料的选择：

人体头部的所有骨骼2结构采用骨骼等效材料进行打印，人体头部的皮肤1采用普通材料进行制作，人体头部内部的其它组织(脑组织4)均采用配制好的软组织等效材料进行灌注成型。

骨骼等效材料为现有3D打印材料中邵氏硬度大于90的高密度树脂。

普通材料为现有3D打印材料中普通的塑料材料。

配制好的软组织等效材料为配制的琼脂糖凝胶。

(2)体模的结构：

体模包括：一个体模本体，体模本体内有两个可拆卸的替换模块3(例如，如图1所示，位于人体头部模型的上方脑部位置)，其中，一个替换模块为脑部肿瘤模拟模块，预设病灶结构，用以模拟人体头部内的肿瘤；其他的替换模块可以选自PET/MR的图像融合度测试模块、PET/MR的衰减校正测试模块、PET性能参数测试模块或MR性能参数测试模块，用于测试PET/MR成像仪的参数，从而根据测得的参数来评价PET/MR成像仪性能的好坏。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。