一种基于磁共振成像的针刺实验系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于磁共振成像的针刺实验系统。该系统包括磁共振扫描设备系统、电针刺激输出系统、磁共振室声像监护系统和磁共振数据采集分析系统，其中电针刺激输出系统包括屏蔽盒、电子针疗仪、导线、鳄嘴夹和针灸针，磁共振室声像监护系统包括摄像头、监视器、语音提示喇叭和麦克风，磁共振数据采集分析系统包括MR图像采集工作站和MR数据分析工作站；磁共振仪通过MR图像采集工作站与MR数据分析工作站连接，摄像头与监视器连接，语音提示喇叭与麦克风连接；电子针疗仪置于屏蔽盒内，导线通过屏蔽盒侧壁的小孔穿出，并且该导线的输出末端通过鳄嘴夹与针灸针连接。本发明保证了电针刺激输出系统输出信号的准确性，提高了实验数据的精确性。
【专利说明】一种基于磁共振成像的针刺实验系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及医院科研【技术领域】，特别是一种基于磁共振成像的针刺实验系统。
【背景技术】
[0002]针灸治疗疾病的疗效在全世界范围内引起广泛的关注，在国内针灸被广泛应用于各种疾病治疗。针刺方法作为治疗脑部疾病的有效手段，尤其是应用于治疗脑梗塞、脑出血、脑外伤、脑肿瘤、帕金森病、癫痫、新生儿脑病、神经类疾病、精神类疾病等方面有较为确切的疗效。大量的针灸临床观察和实验研究表明针刺人体穴位对治疗脑部疾病有重要作用。针刺作用可以改变脑部代谢的过程和结果，并引起脑部特定区域的特征代谢物的变化。
[0003]随着现代科学方法和设备的进步，作为中国传统医学瑰宝的中医针灸理论，有了进一步丰富和完善的可能。特别是功能磁共振(Functional Megnetic ResonanceImaging, fMRI)和磁共振波谱(Megnetic Resonance Spectroscopy, MRS)的进一步临床应用为针灸对于人体作用机理的研究提供了一个直观和量化的工具。
[0004]例如脑部特定功能区代谢水平变化是一个复杂的多因素的过程，单纯依靠血氧变化情况不足以评估针灸对脑部功能的改善及特异性，随着科技的发展，MRS已成为脑功能区代谢领域的重要分析研究技术。临床上利用MRS已经对多种原子核进行过测定并已取得一定进展，特别是H和P。H的MRS主要能够观察乙酰-天门冬氨酸(Naa)、含胆碱化合物(Cho)、肌酸+磷酸肌酸(Cr + PCr)等产物。
[0005]针刺相关穴位对脑部fMRI影像具有区域特异性，利用磁共振波谱可以进行相关代谢物变化的定量分析。考虑到人群的特异性，该项研究需进行大样本的实验，在磁共振室中对人体穴位进行针刺刺激，并扫描其脑部特异性区域，得到其中相关代谢物在磁共振波谱中的变化数据。研究中，脑部磁共振扫描和针刺刺激的关系非常紧密，人脑定位问题是关键所在。前后两次扫描和针刺过程中，人体及脑部位置应当保持不变，这对保持数据的精准和有效性至关重要。此外扫描和针刺操作的时间也是影响实验结果的重要因素，针刺刺激后需要紧接着进行磁共振扫描。这些因素对实验系统有较高的时空要求，目前国内外针灸和磁共振扫描研究的项目文献中，未见相关方案描述。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种能实现磁共振扫描空间稳定性、针刺刺激时间紧凑性和实验设备电磁安全性的基于磁共振成像的针刺实验系统。
[0007]实现本发明目的的技术方案为:一种基于磁共振成像的针刺实验系统，包括磁共振扫描设备系统、电针刺激输出系统、磁共振室声像监护系统和磁共振数据采集分析系统，其中磁共振扫描设备系统包括磁共振仪和头部线圈，电针刺激输出系统包括屏蔽盒、电子针疗仪、导线、鳄嘴夹和针灸针，磁共振室声像监护系统包括摄像头、监视器、语音提示喇叭和麦克风，磁共振数据 采集分析系统包括MR图像采集工作站和MR数据分析工作站；所述磁共振扫描设备系统、电针刺激输出系统、以及磁共振室声像监护系统的摄像头和语音提示喇叭均置于磁共振扫描室，磁共振数据采集分析系统、以及磁共振室声像监护系统的监视器和麦克风均置于磁共振操作室；
[0008]所述头部线圈连接于磁共振仪，磁共振仪的数据输出端与MR图像采集工作站连接，MR图像采集工作站的输出端接入MR数据分析工作站，磁共振室声像监护系统的摄像头与监视器连接，语音提示喇叭与麦克风连接；所述电子针疗仪置于屏蔽盒内，电子针疗仪的导线通过屏蔽盒侧壁的小孔穿出，并且该导线的输出末端通过鳄嘴夹与针灸针连接；
[0009]实验操作者在磁共振操作室中通过磁共振室声像监护系统监测磁共振扫描室内的情况，并通过麦克风向实验者发送动作指令，实验者平卧于磁共振扫描设备系统的磁共振仪腔体内部，电针刺激输出系统作用于实验者，磁共振扫描设备系统获取扫描图像并传输到磁共振数据采集分析系统。
[0010]一种基于针刺实验系统的实验方法，包括以下步骤:
[0011]第I步，实验者平卧于磁共振扫描设备系统的磁共振仪腔体内部；
[0012]第2步，实验操作者在磁共振操作室中通过磁共振室声像监护系统监测磁共振扫描室内的情况，并通过麦克风向实验者发送动作指令；
[0013]第3步，磁共振扫描设备系统对实验者进行首次扫描，获取扫描图像并传输到MR图像采集工作站和MR数据分析工作站进行分析，得出首次本底扫描的波谱分析数据结果；
[0014]第4步，使用电针刺激输出系统的针灸针对实验者进行穴位针灸，并从屏蔽盒中引出电子针疗仪的导线，用该导线输出末端的鳄嘴夹连接针灸针，对实验者的穴位实施连续波电针刺激；
[0015]第5步，电针刺激完毕后，移除针灸针上的鳄嘴夹，再次对实验者进行扫描，获取扫描图像并传输到MR图像采集工作站和MR数据分析工作站进行分析，得出再次扫描的波谱分析数据结果；
[0016]第6步，将第3步和第5步中所得的波谱分析数据结果进行对比，从而得到基于磁共振成像的针刺实验结果。
[0017]一种基于针刺实验系统的针灸对人脑代谢物变化定量分析方法，包括以下步骤:
[0018]第I步，实验者平卧于磁共振扫描设备系统的磁共振仪腔体内部，头部安置于成像线圈面罩中；
[0019]第2步，实验操作者在磁共振操作室中通过磁共振室声像监护系统监测磁共振扫描室内的情况，并通过麦克风向实验者发送动作指令；
[0020]第3步，磁共振扫描设备系统对实验者脑部进行首次扫描，获取扫描图像并传输到MR图像采集工作站和MR数据分析工作站进行分析，得出首次本底扫描的波谱分析数据结果，形成人脑代谢物的浓度分布图像；
[0021]第4步，使用电针刺激输出系统的针灸针对实验者进行穴位针灸，并从屏蔽盒中引出电子针疗仪的导线，用该导线输出末端的鳄嘴夹连接针灸针，对实验者的穴位实施连续波电针刺激；
[0022]第5步，电针刺激完毕后，移除针灸针上的鳄嘴夹，再次对实验者脑部进行扫描，获取扫描图像并传输到MR图像采集工作站和MR数据分析工作站进行分析，得出再次扫描的波谱分析数据结果，形成人脑代谢物的浓度分布图像；
[0023]第6步，将第3步和第5步中所得的人脑代谢物浓度分布图像进行对比，从而对人脑代谢物变化进行定量分析。
[0024]与现有技术相比，本发明的显著优点在于:(I)采用屏蔽盒对电子针疗仪进行实时的屏蔽保护，屏蔽磁共振室的三种磁场对电针设备仪器的电磁影响，避免电针刺激输出系统的电信号输出在高磁场下可能产生的畸变，防止线路和针体本身受磁场影响而可能产生的形变乃至位移；(2)在磁共振扫描室和操作室中安置磁共振室声像监护系统，对实验状况进行全程监控，有利于确认实验进展过程和扫描室中的状况，保证实验者与实验人员的及时必要沟通，减少实验人员出入扫描室的次数，有助于实现实验过程中的空间稳定性、时间紧凑性；(3)保证了电针刺激输出系统各项性能和输出信号的准确性，提高了实验数据的精确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明基于磁共振成像的针刺实验系统的结构示意图。
[0026]图2为本发明中电针刺激输出系统的屏蔽盒结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明做出进一步详细说明。
[0028]结合图1，本发明基于磁共振成像的针刺实验系统，包括磁共振扫描设备系统、电针刺激输出系统、磁共振室声像监护系统和磁共振数据采集分析系统，其中磁共振扫描设备系统包括磁共振仪和头部线圈，电针刺激输出系统包括屏蔽盒、电子针疗仪、导线、鳄嘴夹和针灸针，磁共振室声像监护系统包括摄像头、监视器、语音提示喇叭和麦克风，磁共振数据采集分析系统包括MR图像采集工作站和MR数据分析工作站；所述磁共振扫描设备系统、电针刺激输出系统、以及磁共振室声像监护系统的摄像头和语音提示喇叭均置于磁共振扫描室，磁共振数据采集分析系统、以及磁共振室声像监护系统的监视器和麦克风均置于磁共振操作室；
[0029]所述头部线圈连接于磁共振仪，磁共振仪的数据输出端与MR图像采集工作站连接，MR图像采集工作站的输出端接入MR数据分析工作站，磁共振室声像监护系统的摄像头与监视器连接，语音提示喇叭与麦克风连接；所述电子针疗仪置于屏蔽盒内，电子针疗仪的导线通过屏蔽盒侧壁的小孔穿出，并且该导线的输出末端通过鳄嘴夹与针灸针连接；
[0030]实验操作者在磁共振操作室中通过磁共振室声像监护系统监测磁共振扫描室内的情况，并通过麦克风向实验者发送动作指令，实验者平卧于磁共振扫描设备系统的磁共振仪腔体内部，电针刺激输出系统作用于实验者，磁共振扫描设备系统获取扫描图像并传输到磁共振数据采集分析系统。
[0031]所述磁共振仪为西门子MAGNETOM Verio3.0T Tim磁共振仪。所述电子针疗仪为SDZ-V型电子针疗仪。所述电针刺激输出系统的导线为铜质屏蔽导线，采用绝缘胶皮包裹软铜芯制作而成。所述电针刺激输出系统的鳄嘴夹为全铜制鳄嘴夹。
[0032]结合图2，图中的尺寸单位为mm，所述电针刺激输出系统的屏蔽盒由厚度为8mm的磁性钢板制成，该屏蔽盒包括盒体和盒盖，能够放置整个电子针疗仪，屏蔽盒的前臂开有直径为15_的小孔，用于导线的穿出。
[0033]一种基于针刺实验系统的实验方法，包括以下步骤:[0034]第I步，实验者平卧于磁共振扫描设备系统的磁共振仪腔体内部；
[0035]第2步，实验操作者在磁共振操作室中通过磁共振室声像监护系统监测磁共振扫描室内的情况，并通过麦克风向实验者发送动作指令；
[0036]第3步，磁共振扫描设备系统对实验者进行首次扫描，获取扫描图像并传输到MR图像采集工作站和MR数据分析工作站进行分析，得出首次本底扫描的波谱分析数据结果；
[0037]第4步，使用电针刺激输出系统的针灸针对实验者进行穴位针灸，并从屏蔽盒中引出电子针疗仪的导线，用该导线输出末端的鳄嘴夹连接针灸针，对实验者的穴位实施连续波电针刺激；
[0038]第5步，电针刺激完毕后，移除针灸针上的鳄嘴夹，再次对实验者进行扫描，获取扫描图像并传输到MR图像采集工作站和MR数据分析工作站进行分析，得出再次扫描的波谱分析数据结果；
[0039]第6步，将第 3步和第5步中所得的波谱分析数据结果进行对比，从而得到基于磁共振成像的针刺实验结果。
[0040]针刺相关穴位对脑部fMRI影像具有区域特异性，利用磁共振波谱可以进行相关代谢物变化的定量分析，下面以针灸对人脑代谢物变化定量分析方法为例对本发明作进一步详细说明。
[0041]实施例1
[0042]1、各系统详细构成
[0043]以西门子MAGNETOM Verio3.0T Tim磁共振仪和头部成像线圈面罩组成磁共振扫描设备系统；
[0044]以摄像头、语音提示喇叭、监视器和麦克风组成磁共振室声像监护系统；
[0045]以MR图像采集工作站、MR数据分析工作站和相应软件组成磁共振数据采集分析系统；
[0046]以SDZ-V型电子针疗仪、铜质屏蔽导线、铜质鳄鱼嘴夹、金质针灸针组成电针刺激输出系统；
[0047]结合磁共振室本身的磁场屏蔽功能，以铜质屏蔽导线、铜质鳄鱼嘴夹、金质针灸针和全钢制电子针疗仪屏蔽盒组成电针实验器材的电磁屏蔽系统。
[0048]2、电磁屏蔽系统
[0049]本实验项目中磁共振仪器的高强度磁场，将对实验区域内的所有物体产生影响。对人体和其他一些无磁性物质的影响可以忽略不计，但对金属磁性物体将产生极大的力，驱使其产生大位移运动，严重的甚至会对磁共振仪器造成损伤。另外实验中所需要用到的电针仪在强磁场中也无法正常工作，输出脉冲和频率都会受到严重影响。因此在本发明实验系统中，磁场屏蔽是最重要的部分，从整体到细节对实验磁场实施了全面的屏蔽和防护。
[0050]用厚度为8mm的磁性钢板制作屏蔽盒，分为盒盖和盒体两个部分，用来放置整个SDZ-V型电子针疗仪。计算磁共振室房间的五高斯线，以确定屏蔽盒可以放置的位置，并且用无磁性重物(如沙包)压在盒盖上，籍以固定屏蔽盒，防止盒体受磁场影响产生位移，继而影响电针仪的输出。屏蔽盒前壁开小孔，以供电针仪的导线输出。导线采用软铜芯制作，绝缘胶皮包裹，不受磁场影响；针灸针采用0.35*40mm的金质针灸针，纯银绕柄、针身18K真金，无磁性，不受磁场影响；连接导线与针灸针的鳄嘴夹是专门购置的全铜大号夹，但由于为保持抗磨损性和弹性，市面上所有铜质鳄嘴夹的转轴和弹簧都是铁磁金属，故而将这些夹子的铁质转轴部分拆除后用手工制作的纯铜转轴代替，再将弹簧移除，用医用橡皮圈固定的方式实现鳄嘴夹的连接功能。
[0051]3、各系统运用实施
[0052](I)首次扫描:实验者平卧于磁共振扫描设备系统的磁共振仪腔体内部，头部安置于成像线圈面罩中；实验操作者在磁共振操作室中通过磁共振室声像监护系统监测磁共振扫描室内的情况，并通过麦克风向实验者发送动作指令；磁共振扫描设备系统对实验者脑部进行首次扫描，获取扫描图像并传输到MR图像采集工作站和MR数据分析工作站进行分析，得出首次本底扫描的波谱分析数据结果，形成人脑代谢物的浓度分布图像；
[0053]实验者于MAGNETOM Verio3.0T Tim磁共振仪腔体内平卧静息，头部安置于成像线圈面罩中。实验操作人员通过摄像头、语音提示喇叭、监视器和麦克风与实验者进行必要的沟通，并操作MR图像采集工作站，磁共振仪扫描输出的图像和数据信号通过数据线传递到MR图像采集工作站、MR数据分析工作站中，在工作站上安装的软件系统中进行计算分析，得出首次本底扫描的波谱分析数据结果，形成代谢物的浓度分布图像。
[0054](2)电针刺激:使用电针刺激输出系统的针灸针对实验者进行穴位针灸，并从屏蔽盒中引出电子针疗仪的导线，用该导线输出末端的鳄嘴夹连接针灸针，对实验者的穴位实施连续波电针刺激；
[0055]首次扫描完毕后，实验者仍然保持平卧静息状态，实验人员进入磁共振扫描室，对实验者进行手三里、合谷穴(或足三里、解溪穴)的金针扎针操作，并从五高斯线外的屏蔽盒中引出电针仪导线，用导线前端的两个鳄嘴夹连接好两枚金针的银柄，对实验者的穴位实施频率为IHz的连续波电针刺激，时长五分钟，电流幅度根据实验者个体差异作相应的微调，以有明显但不过于强烈的针感为宜。
[0056](3)再次扫描:电针刺激完毕后，移除针灸针上的鳄嘴夹，再次对实验者脑部进行扫描，获取扫描图像并传输到MR图像采集工作站和MR数据分析工作站进行分析，得出再次扫描的波谱分析数据结果，形成人脑代谢物的浓度分布图像；
[0057]电针刺激完毕后，实验人员再次进入磁共振扫描室，摘除金针上的鳄嘴夹，但不起出金针，随即实验人员退出磁共振扫描室，磁共振扫描设备系统再次对实验者脑部同样的感兴趣区进行扫描。实验操作人员通过摄像头、语音提示喇叭、监视器和麦克风与实验者进行必要的沟通，并操作MR图像采集工作站，磁共振仪扫描输出的图像和数据信号通过数据线传递到MR图像采集工作站、MR数据分析工作站中，在工作站上安装的软件系统中进行计算分析，得出再次扫描的波谱分析数据结果，形成代谢物的浓度分布图像，将所得的人脑代谢物浓度分布图像与首次扫描的结果进行对比，从而对人脑代谢物变化进行定量分析。
[0058](4)时空要求的实现
[0059]在上述两次扫描和一次电针刺激的实验过程中，实验者一直在MAGNET0MVerio3.0T Tim磁共振仪腔体内保持平卧状态，身体与仪器的相对位置保持不变，头部与成像线圈面罩的相对位置保持不变，最大程度上的保证了实验的空间稳定性；与此同时，首次扫描后实验人员立即进入磁共振扫描室，数秒内即可对实验者的穴位施针，施针后即刻给予电针刺激，而电针刺激时间结束后，同样在数秒内即去除电针，只保留金针在穴位上，随即立刻可以开始第二次的扫描成像，整个过程衔接紧密一气呵成，时间紧凑性在此得到 优越的体现。
【权利要求】
1.一种基于磁共振成像的针刺实验系统，其特征在于，包括磁共振扫描设备系统、电针刺激输出系统、磁共振室声像监护系统和磁共振数据采集分析系统，其中磁共振扫描设备系统包括磁共振仪和头部线圈，电针刺激输出系统包括屏蔽盒、电子针疗仪、导线、鳄嘴夹和针灸针，磁共振室声像监护系统包括摄像头、监视器、语音提示喇叭和麦克风，磁共振数据采集分析系统包括MR图像采集工作站和MR数据分析工作站；所述磁共振扫描设备系统、电针刺激输出系统、以及磁共振室声像监护系统的摄像头和语音提示喇叭均置于磁共振扫描室，磁共振数据采集分析系统、以及磁共振室声像监护系统的监视器和麦克风均置于磁共振操作室； 所述头部线圈连接于磁共振仪，磁共振仪的数据输出端与MR图像采集工作站连接，MR图像采集工作站的输出端接入MR数据分析工作站，磁共振室声像监护系统的摄像头与监视器连接，语音提示喇叭与麦克风连接；所述电子针疗仪置于屏蔽盒内，电子针疗仪的导线通过屏蔽盒侧壁的小孔穿出，并且该导线的输出末端通过鳄嘴夹与针灸针连接； 实验操作者在磁共振操作室中通过磁共振室声像监护系统监测磁共振扫描室内的情况，并通过麦克风向实验者发送动作指令，实验者平卧于磁共振扫描设备系统的磁共振仪腔体内部，电针刺激输出系统作用于实验者，磁共振扫描设备系统获取扫描图像并传输到磁共振数据采集分析系统。
2.根据权利要求1所述的基于磁共振成像的针刺实验系统，其特征在于，所述磁共振仪为西门子MAGNETOM Verio3.0T Tim磁共振仪。
3.根据权利要求1所述的基于磁共振成像的针刺实验系统，其特征在于，所述电子针疗仪为SDZ-V型电子针疗仪。
4.根据权利要求1所述的 基于磁共振成像的针刺实验系统，其特征在于，所述电针刺激输出系统的屏蔽盒由厚度为8_的磁性钢板制成，该屏蔽盒包括盒体和盒盖，能够放置整个电子针疗仪。
5.根据权利要求1所述的基于磁共振成像的针刺实验系统，其特征在于，所述电针刺激输出系统的导线为铜质屏蔽导线，采用绝缘胶皮包裹软铜芯制作而成。
6.根据权利要求1所述的基于磁共振成像的针刺实验系统，其特征在于，所述电针刺激输出系统的鳄嘴夹为全铜制鳄嘴夹。
7.根据权利要求1所述的基于磁共振成像的针刺实验系统，其特征在于，所述电针刺激输出系统的针灸针为金质针灸针，且该金质针灸针为纯银绕柄、针身为18K真金。
8.一种基于权利要求1所述针刺实验系统的实验方法，其特征在于，包括以下步骤: 第I步，实验者平卧于磁共振扫描设备系统的磁共振仪腔体内部； 第2步，实验操作者在磁共振操作室中通过磁共振室声像监护系统监测磁共振扫描室内的情况，并通过麦克风向实验者发送动作指令； 第3步，磁共振扫描设备系统对实验者进行首次扫描，获取扫描图像并传输到MR图像采集工作站和MR数据分析工作站进行分析，得出首次本底扫描的波谱分析数据结果； 第4步，使用电针刺激输出系统的针灸针对实验者进行穴位针灸，并从屏蔽盒中引出电子针疗仪的导线，用该导线输出末端的鳄嘴夹连接针灸针，对实验者的穴位实施连续波电针刺激； 第5步，电针刺激完毕后，移除针灸针上的鳄嘴夹，再次对实验者进行扫描，获取扫描图像并传输到MR图像采集工作站和MR数据分析工作站进行分析，得出再次扫描的波谱分析数据结果； 第6步，将第3步和第5步中所得的波谱分析数据结果进行对比，从而得到基于磁共振成像的针刺实验结果。
9.一种基于权利要求1所述针刺实验系统的针灸对人脑代谢物变化定量分析方法，其特征在于，包括以下步骤: 第I步，实验者平卧于磁共振扫描设备系统的磁共振仪腔体内部，头部安置于成像线圈面罩中； 第2步，实验操作者在磁共振操作室中通过磁共振室声像监护系统监测磁共振扫描室内的情况，并通过麦克风向实验者发送动作指令； 第3步，磁共振扫描设备系统对实验者脑部进行首次扫描，获取扫描图像并传输到MR图像采集工作站和MR数据分析工作站进行分析，得出首次本底扫描的波谱分析数据结果，形成人脑代谢物的浓度分布图像； 第4步，使用电针刺激输出系统的针灸针对实验者进行穴位针灸，并从屏蔽盒中引出电子针疗仪 的导线，用该导线输出末端的鳄嘴夹连接针灸针，对实验者的穴位实施连续波电针刺激； 第5步，电针刺激完毕后，移除针灸针上的鳄嘴夹，再次对实验者脑部进行扫描，获取扫描图像并传输到MR图像采集工作站和MR数据分析工作站进行分析，得出再次扫描的波谱分析数据结果，形成人脑代谢物的浓度分布图像； 第6步，将第3步和第5步中所得的人脑代谢物浓度分布图像进行对比，从而对人脑代谢物变化进行定量分析。
10.根据权利要求9所述的基于针刺实验系统的针灸对人脑代谢物变化定量分析方法，其特征在于，第4步中所述连续波电针刺激的频率为1Hz、时长为5分钟。
【文档编号】A61N1/36GK103784143SQ201410054254
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月17日 优先权日:2014年2月17日
【发明者】陈功, 于洁, 刘兰英, 王和生, 殷长俊, 朱敬荣, 李建兵, 沈宫建, 王婷, 方涛 申请人:江苏省中医院