模拟心血管运动的磁共振成像质量检测体模的制作方法

本实用新型属于数字诊疗装备质量控制标准化技术领域，具体涉及一种模拟心血管运动的磁共振成像质量检测体模。

背景技术：

医用磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）设备作为先进的医学影像诊断设备之一，对大脑、心脏等重要脏器的形态结构和功能成像具有一定的优势，其质量控制已成为医院医疗质量管理、风险防范和成本控制的重要环节。美国医学物理学会（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）、美国放射学会（The American College of Radiology，ACR）等组织早期制定了MRI设备的质控检测标准，我国卫生部和国家食品药品监理管理局也相继颁布了《WS/T 263-2006医用磁共振成像（MRI）设备影像质量检测与评价规范》和《YY-T 0482-2010医用成像磁共振设备主要图像质量参数的测定》。上述国内外检测规范和标准，详细地规定了MRI设备质量检测的标准体模，大多数采用Magphan SMR170体模和ACR 体模进行验收检测、状态检测和稳定性检测，主要技术指标包括信噪比（SNR）、图像的均匀性、空间线性、空间分辨力、层厚、纵横比、磁场均匀性和伪影等。

目前，随着国家对大型影像设备应用质量的逐步重视，已有很多省市开展MRI设备的质控检测工作，但现有质控体系仍存在一些安全隐患。主要原因：一是MRI设备临床应用软件的功能直接影响患者治疗方案的选择，但现行的质控检测规范无法对其进行质量评价；二是部分医疗机构和临床专家仍然采用“拿人试机”的方式来验证相关软件的图像质量，在应用中引发医疗事故和医患纠纷的案例屡见不鲜；三是各生产厂家在生产研发阶段虽有各自不同的方法来验证相关软件成像质量的符合性，但其评价方法受硬件组成、成像原理和重建算法的制约，不具有普适性。相比较上述静态体模，尤其缺乏动态脏器、流动血液等方面的体模，以用于心脏功能和血管病变相关功能成像临床应用软件的质量控制和安全评价。

因此，有必要研制一种模拟心血管运动的磁共振成像质量检测体模。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种模拟心血管运动的磁共振成像质量检测体模，能模拟左心室搏动和血液流动，具有正常心率、心律失常及冠状动脉狭窄等标准模型，能用于小于等于1.5T磁共振成像质量检测。

本实用新型所述的模拟心血管运动的磁共振成像质量检测体模，包括控制系统、防磁电缸组件、活塞泵组件、液体回路组件和模拟心血管体模；

所述控制系统包括控制端PC、PLC电缸控制系统和心电信号发生器，PLC电缸控制系统分别与控制端PC和心电信号发生器连接；

所述电缸组件包括置于屏蔽箱内的电缸驱动组件和电缸传动组件，所述电缸驱动组件与PLC电缸控制系统连接，所述电缸传动组件与电缸驱动组件连接；

所述活塞泵组件与电缸传动组件连接；

所述液体回路组件包括缓冲器、液路汇流模块和液体管路，所述液路汇流模块经缓冲器与活塞泵执行组件连接；

所述模拟心血管体模包括冠状动脉体模、左心室体模、模拟血液和水箱，其中，所述水箱用于安装固定冠状动脉体模和左心室体模，冠状动脉体模和左心室体模通过单向阀组与液体管路连接；所述模拟血液充盈于冠状动脉体模、左心室体模和液体管路中。

进一步，所述左心室体模包括囊体；

所述冠状动脉体模包括两根或两根以上的导管；

所述单向阀组包括一个泵入单向阀和数量与导管数量相同的泵出单向阀；

所述泵入单向阀设置在囊体的入口端，在泵入单向阀处于打开状态时，将液体管路内的液体泵入到囊体内；

所述囊体的出口端与各导管的入口端相连通；

各泵出单向阀分别设置在各导管的出口端，在泵出单向阀处于打开状态时，将对应导管内的液体泵出到液体管路内。

所述屏蔽箱包括箱体和顶盖，在所述箱体上设有用于接入控制信号线的串行通讯接口，并对该串行通讯接口进行滤波屏蔽处理，能够确保电缸组件正常工作，且不影响MRI设备。

所述箱体上还开设有波导孔，既有利于电缸传动组件驱动活塞泵往复运动，又防止了电缸与磁场之间的互相干扰。

所述箱体、顶盖以及连接箱体和顶盖的连接件均采用铝材料制成，以免受到强磁场干扰。

所述屏蔽箱上设有提手，该提手采用铝材料制成，并用铝制的螺钉固定在屏蔽箱上；便于携带，且满足MRI环境的要求。

进一步，所述心电信号发生器通过屏蔽线与MRI设备连接；

所述电缸驱动组件通过屏蔽线与PLC电缸控制系统。

进一步，所述电缸驱动组件由锂电池组供电。

本实用新型具有以下优点：

(1)能够模拟左心室搏动和血液流动；

(2)能够模拟正常心率、心律失常及冠状动脉狭窄等；

(3)能够满足MRI设备及其临床应用软件符合性评价研究；

(4)能够准确、真实反映MRI设备的成像质量；

(5)适用于小于等于1.5T MRI设备。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的原理框图；

图3为本实用新型的线材连接说明示意图；

图4为本实用新型中泵入时（心室充盈期）液路走向示意图；

图5为本实用新型中泵出时（心室射血期）液路走向示意图；

图6为本实用新型中模拟冠状动脉及左心室结构的示意图；

图7为本实用新型中缓冲器的结构示意图；

图中：1-控制箱，2-控制系统，21-心电信号发生器，22-PLC电缸控制系统，23-控制端PC，3-屏蔽箱，4-电缸组件，41-电缸驱动组件，42-电缸传动组件，5-活塞泵组件，6-液体回路组件，61-缓冲器，61a-圆孔，62-液体汇流模块，63-液体管路，7-模拟心血管体模，71-水箱，72-左心室体模，731-泵出单向阀，732-泵入单向阀，74-冠状动脉体模。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1和图2所示，一种模拟心血管运动的磁共振成像质量检测体模，包括控制系统2、屏蔽箱3、电缸组件4、活塞泵组件5、液体回路组件6和模拟心血管体模7。

控制系统：

如图2所示，本实施例中，控制系统2包括控制端PC23、PLC电缸控制系统22和心电信号发生器21；PLC电缸控制系统22分别与控制端PC23和心电信号发生器21连接。

本实施例中，所述控制端PC23提供人机交互界面，用于设置控制参数（比如：心率和时间容积曲线）的输入，并将输入的控制参数发送给控制箱1中的PLC电缸控制系统22。

如图1和图2所示，本实施例中，所述PLC电缸控制系统22和心电信号发生器21均设置在控制箱内1。

屏蔽箱：

使用时，需要将电缸组件4置于MRI扫描室内，为了尽可能避免电磁场对电缸组件4的影响，需要将电缸组件4置于屏蔽箱3内。本实施例中，所述屏蔽箱3包括箱体和顶盖，箱体、顶盖以及连接箱体和顶盖的连接件均采用铝材料制成，以免受到强磁场干扰。为了携带方便，还在屏蔽箱3上设有提手（提手可设置在箱体上，亦可设置在顶盖上），由于MRI的要求，提手亦采用铝材料制成，并用铝制的螺钉固定在屏蔽箱3上。采用铝制的螺钉也是避免受到强磁场干扰。在所述箱体上设有用于接入控制信号线的串行通讯接口。本实施例中，串行通讯接口采用DB9串行通讯接口，并对串行通讯接口做滤波屏蔽处理，以确保电缸组件能够正常工作，且不影响MRI设备。所述箱体上还开设有波导孔，既有利于电缸传动组件42驱动活塞泵往复运动，又防止了电缸与磁场之间的互相干扰。

电缸组件：

本实施例中，电缸组件4包括置于屏蔽箱3内的电缸驱动组件41和电缸传动组件42，所述电缸驱动组件41与PLC电缸控制系统22连接，所述电缸传动组件42与电缸驱动组件41连接。

活塞泵组件：

本实施例中，所述活塞泵组件5与电缸传动组件42连接。

液体回路组件：

本实施例中，所述液体回路组件包括缓冲器61、液路汇流模块62和液体管路63，所述液路汇流模块62经缓冲器61与活塞泵组件5连接。

如图7所示，本实施例中，缓冲器61由缓冲材料制成，并设计有能够减少液压冲击的缓冲分流结构（比如：呈花形分布的圆孔6a或扇状孔），用于解决因振动而产生伪影的问题。

模拟心血管体模：

如图4至图6所示，本实施例中，所述模拟心血管体模7包括冠状动脉体模74、左心室体模72、模拟血液和水箱71，其中，所述水箱71用于安装固定冠状动脉体模74和左心室体模72，所述冠状动脉体模74安装于左心室体模72的外围，冠状动脉体模74和左心室体模72通过单向阀组与液体管路63连接；所述模拟血液充盈于冠状动脉体模74、左心室体模72和液体管路63中。

本实施例中，所述左心室体模72包括囊体；所述囊体采用硅胶制成，呈椭圆形且两端开口，具有一定的弹性。

本实施例中，所述冠状动脉体模74包括两根或两根以上的导管，导管采用硅胶材料制成，内径分别为3mm、4mm和5mm，内有不同狭窄程度（比如：25%、50%和75%）的模拟钙化斑块，并可在空腔中放置心脏支架。

本实施例中，所述模拟血液在1.5T MRI设备扫描时T1为850ms 、T2为17ms；

本实施例中，所述单向阀组包括一个泵入单向阀732和数量与导管数量相同的泵出单向阀731。所述泵入单向阀732设置在囊体的入口端，在泵入单向阀732处于打开状态时，将所述液体管路63内的模拟血液泵入到囊体内。所述囊体的出口端与各导管的入口端相连通。 各泵出单向阀731分别设置在各导管的出口端，在泵出单向阀731处于打开状态时，使对应导管内的模拟血液泵出到液体管路63内。

如图4至图6所示，以下以导管的数量为两个为例对模拟心血管体模7的工作过程进行说明：当活塞泵组件5往左心室体模72泵入模拟血液时，泵入单向阀732打开，两个泵出单向阀731关闭，模拟血液进入左心室体模72和冠状动脉体模74中，以模拟左心室膨胀，此时属于左心室充盈期；当活塞泵组件5往左心室体模72回抽模拟血液时，泵入单向阀732关闭，两个泵出单向阀731均打开，模拟血液从冠状动脉体模74中流出，模拟左心室收缩，此时属于左心室射血期。

本实施例中，如图3所示，为了尽可能避免电磁场对电子部件的影响，将控制端PC23、PLC电缸控制系统22和心电信号发生器21均置于MRI扫描间外，将电缸组件4置于屏蔽箱3内。使用时，将心电信号发生器21通过屏蔽线与MRI设备相连接。将电缸驱动组件41通过屏蔽线与PLC电缸控制系统22。将屏蔽箱3、活塞泵组件5、液体回路组件6和模拟心血管体模7均置于MRI扫描间内，且使模拟心血管体模7中的左心室体模72和冠状动脉体模74位于MRI设备的扫描范围内。

本实施例的工作原理：在所述控制端PC23上设置控制参数（包括心率和时间容积曲线），并将设定的控制参数发送给PLC电缸控制系统22。PLC电缸控制系统22将上述控制参数转化为控制信号（包括电缸运动参数和心电参数），将电缸运动参数发送给电缸驱动组件41，电缸驱动组件41将电缸运动参数转换成电机控制参数，使电缸传动组件42按相关指令完成往复运动，即电机的旋转运动通过电缸传动组件42（比如：蜗轮蜗杆机构）转换成直线往复运动，电缸传动组件42带动活塞泵组件5同步往复运动，并通过液体回路组件6的转换实现液体泵入或泵出模拟心血管体模7，即实现模拟心血管体模7对左心室不同心率周期、不同泵血量的模拟。

PLC电缸控制系统22在给电缸驱动组件41发送控制信号的同时还给心电信号发生器21发送心电参数，控制心电信号发生器21产生同步ECG信号（即心电信号）并输入给MRI心电采集模块，触发MRI心电门控扫描左心室体模72和冠状动脉体模74。

本实施例中，所述电缸驱动组件41由锂电池组供电。