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專利名稱：超極化惰性氣體核磁共振系統(tǒng)性能測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于測試技術(shù)領(lǐng)域的裝置，特別是一種超極化惰性氣體核磁共振系統(tǒng)性能測試裝置。
背景技術(shù)：
激光超極化惰性氣體核磁共振肺部疾病診斷技術(shù)采用自旋交換光學(xué)泵浦方法。首先用圓偏振激光泵浦堿金屬原子(Cs，Rb，K，Na等)提高堿金屬電子的自旋極化度。堿金屬原子與惰性氣體分子碰撞，通過超精細相互作用將自旋角動量轉(zhuǎn)移給對人體無輻射、無毒性的惰性氣體分子(如惰性同位素氣體3He，129Xe)，可以使惰性氣體的極化度提高3到5個數(shù)量級。超極化氣體核磁共振成像技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景，可以被廣泛地應(yīng)用到肺部疾病檢測；腸道等空腔臟器成像；富脂肪組織研究；腦部富脂結(jié)構(gòu)、皮層的腦功能成像；血液生化；生物大分子(如蛋白質(zhì))三維構(gòu)象研究；多相非均勻系統(tǒng)(多孔、微顆粒)成像；多相非均勻系統(tǒng)內(nèi)流體滲透性研究；導(dǎo)體屏蔽物質(zhì)成像等諸多領(lǐng)域。核磁共振系統(tǒng)的信噪比、掃描層面厚度、掃描層面位置、圖像幾何失真、圖像分辨率等參數(shù)對MRI(核磁共振成像)系統(tǒng)來說至關(guān)重要。在MRI設(shè)備投入使用之前，對上述性能參數(shù)做準確的檢測，以便相應(yīng)地調(diào)整工作參數(shù)，使MRI系統(tǒng)能夠工作在最佳狀態(tài)。同時，MRI設(shè)備在使用了一定時間之后，由于磁場、機械部件等硬件系統(tǒng)的自然磨損，會產(chǎn)生成像誤差，需要對系統(tǒng)工作參數(shù)進行調(diào)整，以獲得更好的診斷成像效果。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索，美國專利公開號5036280，
公開日期為1991.07.31，專利名稱為用于核磁共振系統(tǒng)的模型。該專利自述為兩端封閉的圓柱形管，其內(nèi)封裝有各種成像測量結(jié)構(gòu)和用來成像的液體。包括一個V形的帶有孔結(jié)構(gòu)的層面厚度測量裝置，成像孔的數(shù)目表示了掃描層面的厚度。掃描層面的位置由按旋轉(zhuǎn)角度排列、互相連接的帶有凹槽結(jié)構(gòu)的相鄰的碟片數(shù)目決定。分辨率也由封裝在內(nèi)的相應(yīng)結(jié)構(gòu)來測量。最后，多次掃描的第一個和最后一個掃描層面的位置由放置在密封管底部的斜面的邊緣來測量。空氣被導(dǎo)入密封的空間泡內(nèi)，從而在整個密封結(jié)構(gòu)內(nèi)沒有自由的氣泡存在。其不足之處在于超極化氣體核磁共振設(shè)備在硬件、軟件上都于傳統(tǒng)的H質(zhì)子MRI設(shè)備有所不同。傳統(tǒng)的核磁共振系統(tǒng)以生物組織中的H質(zhì)子為信號源，超極化氣體核磁共振系統(tǒng)則是以極化的惰性氣體為成像對象。極化氣體不同于水的特殊的物理、化學(xué)性質(zhì)決定了在測試極化氣體核磁共振設(shè)備時需要更多的設(shè)計考慮。現(xiàn)有技術(shù)手段沒有考慮惰性氣體特殊的滲透性，沒有考慮惰性氣體特殊的氣密性要求；沒有考慮極化氣體與物質(zhì)界面碰撞、自旋馳豫加速的問題；沒有考慮順磁性物質(zhì)對極化度的影響等。現(xiàn)有的核磁共振測試裝置不能用于超極化氣體核磁共振設(shè)備的性能檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種超極化惰性氣體核磁共振系統(tǒng)性能測試裝置，使其能夠精確測量超極化氣體核磁共振系統(tǒng)的信噪比、掃描層面厚度、掃描層面位置、圖像幾何失真、圖像分辨率等技術(shù)參數(shù)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括對惰性氣體具有密閉性的容器、層面厚度測量構(gòu)件、圖像幾何失真測量構(gòu)件、分辨率測量構(gòu)件、真空閥門，四個層面厚度測量構(gòu)件分別粘合在對惰性氣體具有密閉性的容器的四個側(cè)內(nèi)壁上，兩個圖像幾何失真測量構(gòu)件分別粘合在兩個層面厚度測量構(gòu)件互相垂直的兩個表面上，分辨率測量構(gòu)件設(shè)在對惰性氣體具有密閉性的容器的中間，分辨率測量構(gòu)件通過支架或者直接粘合在對惰性氣體具有密閉性的容器內(nèi)壁的底面上，兩個真空閥門設(shè)在對惰性氣體具有密閉性的容器相對的兩個側(cè)面上。對惰性氣體具有密閉性的容器、層面厚度測量構(gòu)件、圖像幾何失真測量構(gòu)件、分辨率測量構(gòu)件和真空閥門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、聚烯烴。
所述的對惰性氣體具有密閉性的容器為空腔立方體結(jié)構(gòu)。
所述的對惰性氣體具有密閉性的容器，其外壁材料為對極化氣體具有密閉性的材料。
所述的對極化氣體具有密閉性的材料是指玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯。
所述的對惰性氣體具有密閉性的容器及其內(nèi)置的所有與極化氣體接觸的構(gòu)件表面都涂有能夠減緩極化氣體自旋馳豫的涂層材料。
所述的減緩極化氣體自旋馳豫的涂層材料，是指石蠟、Teflon、氘化的聚硅氧烷、氘化的硅烷聚合物。
所述的對惰性氣體具有密閉性的容器，其密封件的材料為聚烯烴。
所述的聚烯烴是指聚乙烯、聚丙稀、或上述物質(zhì)的混合物。
所述的層面厚度測量構(gòu)件由四個三角形板組成，三角形板之間有間隙，間隙為1mm或2mm。
所述的三角形板為等腰直角三角形，任意一個三角形板的直角邊與旁邊兩個三角形板的直角邊相鄰。
所述的圖像幾何失真測量構(gòu)件由一塊襯板、若干半開放方形腔結(jié)構(gòu)、若干實心立方體結(jié)構(gòu)組成，實心立方體結(jié)構(gòu)散布于半開放方形腔結(jié)構(gòu)中間，做對比用途。半開放方形腔結(jié)構(gòu)和實心立方體結(jié)構(gòu)按照矩陣排列規(guī)則緊密地排列在一起，半開放方形腔結(jié)構(gòu)和實心立方體結(jié)構(gòu)粘合于襯板的表面。
所述的半開放方形腔結(jié)構(gòu)和實心立方體結(jié)構(gòu)，其外形、尺寸完全相同。
所述的半開放方形腔結(jié)構(gòu)由三塊板粘合而成。
所述的矩陣排列規(guī)則，是指半開放方形腔結(jié)構(gòu)或者實心立方體結(jié)構(gòu)都與其相鄰的四個半開放方形腔結(jié)構(gòu)或者實心立方體結(jié)構(gòu)等邊對齊，它們的外壁緊密結(jié)合在一起，在襯板的表面平面內(nèi)組成二維排列的方形矩陣。
所述的分辨率測量構(gòu)件由兩個開有不同孔徑通孔的立方體粘合而成，通孔分別沿互相垂直的軸向，例如，一個立方體上的通孔沿X軸方向，另一個立方體上的通孔沿Y軸方向，可以獲得二維檢測成像。
所述的通孔為圓形或者方形，優(yōu)選方形。因為在打孔操作時，方形孔更容易控制孔徑精度。
所述的通孔等間距排列，通孔為圓形時，其間距與通孔的孔徑相等；通孔為方形時，其間距與通孔的邊長相等。
所述的真空閥門，其材料為聚烯烴、如聚乙烯、聚丙稀、或上述物質(zhì)的混合物。
本發(fā)明的工作過程和工作原理是進行核磁共振成像前，先用低真空泵對整個裝置進行排空，以便于將氧氣、水汽及其它順磁性的雜質(zhì)去除掉。將高純度氣體如氮氣充入到容器中以進一步清除殘余的雜物。最后再進行排空處理以便將氧氣濃度的更低、進一步降低超極化氣體的接觸感應(yīng)退極化作用。將超極化惰性氣體通過真空閥門充入對惰性氣體具有密閉性的容器內(nèi)，超極化惰性氣體彌散到對惰性氣體具有密閉性的容器及其內(nèi)置構(gòu)件的空腔、間隙內(nèi)。對測量構(gòu)件進行核磁共振成像，得到MRI圖像后與測量構(gòu)件原有的幾何圖形做比較。1、對分辨率測量構(gòu)件進行MRI斷層成像，貫通的不同孔徑的通孔內(nèi)充盈了超極化惰性氣體，所得到的超極化惰性氣體的MRI圖像體現(xiàn)了貫通的不同孔徑的通孔的形狀、孔徑。沿不同孔徑的通孔軸向的切向進行斷層掃描，在一個掃描層面內(nèi)，會同時得到不同孔徑的通孔的MRI圖像。能夠分辯的最小孔徑的通孔表達了超極化氣體核磁共振系統(tǒng)的分辨率；2、對層面厚度測量構(gòu)件進行MRI斷層成像，三角形板之間的間隙內(nèi)充盈了超極化惰性氣體，從而可以得到間隙的核磁共振圖像，在核磁共振圖像上表現(xiàn)為互相對應(yīng)的兩對線段。根據(jù)得到的圖像長度、間距等數(shù)據(jù)可以測得層面厚度、層面位置等；3、對圖像幾何失真測量構(gòu)件進行MRI斷層成像，斷層掃描平面與襯板平面平行。半開放方形腔結(jié)構(gòu)內(nèi)充盈了超極化惰性氣體，從而得到半開放方形腔結(jié)構(gòu)的核磁共振圖像。半開放方形腔結(jié)構(gòu)的外壁和實心的立方體結(jié)構(gòu)則表現(xiàn)為信號的缺失。系統(tǒng)工作參數(shù)最佳情況下，得到的圖形應(yīng)為規(guī)則排列的正方形，半開放的方形腔結(jié)構(gòu)外壁圖像連貫在一起應(yīng)為互相平行(垂直)的直線。根據(jù)正方形圖像的形變、線條圖像的彎曲等數(shù)據(jù)，可以測得核磁共振系統(tǒng)的幾何失真。
本發(fā)明主要考慮了以下幾個關(guān)鍵性的問題1)充分考慮容器氣密性的要求；2)氣態(tài)超極化惰性氣體的核自旋馳豫時間非常短，充分考慮了極化氣體與物質(zhì)界面碰撞，自旋馳豫加速的問題；3)任何順磁性的介質(zhì)都會加速馳豫，采用抗磁性材料制作所有構(gòu)件；4)充分考慮盡量保持極化氣體極化度的要求，在所有與極化氣體接觸的構(gòu)件表面涂上減緩極化氣體自旋馳豫的物質(zhì)；5)能夠精確測量超極化氣體核磁共振系統(tǒng)的信噪比、掃描斷層厚度、掃描層面位置、圖像幾何失真、圖像分辨率等技術(shù)參數(shù)。
本發(fā)明的有益效果是充分考慮了極化氣體特殊的物理、化學(xué)性質(zhì)。該裝置所有部件由抗磁性介質(zhì)材料做成。所有與超極化氣體接觸的表面均涂有能夠減緩極化氣體自旋馳豫的涂層材料。對惰性氣體具有密閉性的容器密封件和真空閥門用聚烯烴例如聚乙烯、聚丙稀、或上述物質(zhì)的混合物制作。沿垂直軸向的二維不同孔徑的通孔結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠進行二維的MRI分辨率測量。采用方形孔結(jié)構(gòu)使孔的加工和測量更精確。采用垂直交叉的間隙結(jié)構(gòu)測量掃描層面參數(shù)。采用規(guī)則排列的半開放方形腔結(jié)構(gòu)測量幾何失真，并設(shè)計有對比模塊。本發(fā)明解決了以往核磁共振測試模型不適用于極化氣體核磁共振系統(tǒng)測試的問題，提高了超極化氣體核磁共振系統(tǒng)的測試精度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的測量精度，能夠同時進行多參數(shù)測量，全面測試超極化氣體MRI系統(tǒng)的性能。填補了在超極化氣體核磁共振系統(tǒng)性能測量領(lǐng)域的空白。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為對惰性氣體具有密閉性的容器示意圖。
圖3為分辨率測量構(gòu)件示意圖。
圖4為層面厚度測量構(gòu)件示意圖。
圖5為圖像幾何失真測量構(gòu)件示意圖。
具體實施例方式
如圖1、2、3、4、5所示，本發(fā)明包括對惰性氣體具有密閉性的容器1、層面厚度測量構(gòu)件2、圖像幾何失真測量構(gòu)件3、分辨率測量構(gòu)件4、真空閥門5，四個層面厚度測量構(gòu)件2分別粘合在對惰性氣體具有密閉性的容器1的四個側(cè)內(nèi)壁上，兩個圖像幾何失真測量構(gòu)件3分別粘合在兩個層面厚度測量構(gòu)件2互相垂直的兩個表面上，分辨率測量構(gòu)件4設(shè)在對惰性氣體具有密閉性的容器1的中間，分辨率測量構(gòu)件4通過支架或者直接粘合在對惰性氣體具有密閉性的容器1內(nèi)壁的底面上，兩個真空閥門5設(shè)在對惰性氣體具有密閉性的容器1相對的兩個側(cè)面上，對惰性氣體具有密閉性的容器1、層面厚度測量構(gòu)件2、圖像幾何失真測量構(gòu)件3、分辨率測量構(gòu)件4和真空閥門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、聚烯烴。
所述的對惰性氣體具有密閉性的容器1為空腔立方體結(jié)構(gòu)。
所述的對惰性氣體具有密閉性的容器1，其外壁材料為對極化氣體具有密閉性的材料。
所述的對極化氣體具有密閉性的材料是指玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯。
所述的對惰性氣體具有密閉性的容器1及其內(nèi)置的所有與極化氣體接觸的構(gòu)件表面都涂有能夠減緩極化氣體自旋馳豫的涂層材料。
所述的減緩極化氣體自旋馳豫的涂層材料，是指石蠟、Teflon、氘化的聚硅氧烷、氘化的硅烷聚合物。
所述的對惰性氣體具有密閉性的容器1，其密封件的材料為聚烯烴。
所述的聚烯烴是指聚乙烯、聚丙稀、或上述物質(zhì)的混合物。
所述的層面厚度測量構(gòu)件2由四個三角形板9組成，三角形板9之間有間隙8，間隙8為1mm或2mm。
所述的三角形板9為等腰直角三角形，任意一個三角形板9的直角邊與旁邊兩個三角形板9的直角邊相鄰。
所述的圖像幾何失真測量構(gòu)件3由一塊襯板10、若干半開放方形腔結(jié)構(gòu)11、若干實心立方體結(jié)構(gòu)12組成，實心立方體結(jié)構(gòu)12散布于半開放方形腔結(jié)構(gòu)11中間，做對比用途。半開放方形腔結(jié)構(gòu)11和實心立方體結(jié)構(gòu)12按照矩陣排列規(guī)則緊密地排列在一起，半開放方形腔結(jié)構(gòu)11和實心立方體結(jié)構(gòu)12粘合于襯板10的表面。
所述的半開放方形腔結(jié)構(gòu)11和實心立方體結(jié)構(gòu)12，其外形、尺寸完全相同。
所述的半開放方形腔結(jié)構(gòu)11由三塊板粘合而成。
所述的矩陣排列規(guī)則，是指半開放方形腔結(jié)構(gòu)11或者實心立方體結(jié)構(gòu)12都與其相鄰的四個半開放方形腔結(jié)構(gòu)11或者實心立方體結(jié)構(gòu)12等邊對齊，它們的外壁緊密結(jié)合在一起，在襯板10的表面平面內(nèi)組成二維排列的方形矩陣。
所述的分辨率測量構(gòu)件4由兩個開有不同孔徑的通孔7的立方體6粘合而成，通孔7分別沿互相垂直的軸向，例如，一個立方體6上的通孔7沿X軸方向，另一個立方體6上的通孔7沿Y軸方向，可以獲得二維檢測成像。
所述的通孔7為圓形或者方形，優(yōu)選方形。因為在打孔操作時，方形孔更容易控制孔徑精度。
所述的通孔7等間距排列，通孔7為圓形時，其間距與通孔7的孔徑相等；通孔7為方形時，其間距與通孔7的邊長相等。
所述的真空閥門5，其材料為聚烯烴，如聚乙烯、聚丙稀、或上述物質(zhì)的混合物。
權(quán)利要求
1.一種超極化惰性氣體核磁共振系統(tǒng)性能測試裝置，包括對惰性氣體具有密閉性的容器(1)、層面厚度測量構(gòu)件(2)、分辨率測量構(gòu)件(4)、真空閥門(5)，其特征在于，還包括圖像幾何失真測量構(gòu)件(3)，所述的圖像幾何失真測量構(gòu)件(3)由一塊襯板(10)、若干半開放方形腔結(jié)構(gòu)(11)、若干實心立方體結(jié)構(gòu)(12)組成，實心立方體結(jié)構(gòu)(12)散布于半開放方形腔結(jié)構(gòu)(11)中間，半開放方形腔結(jié)構(gòu)(11)和實心立方體結(jié)構(gòu)(12)按照矩陣排列規(guī)則緊密地排列在一起，半開放方形腔結(jié)構(gòu)(11)和實心立方體結(jié)構(gòu)(12)粘合于襯板(10)的表面；四個層面厚度測量構(gòu)件(2)分別粘合在對惰性氣體具有密閉性的容器(1)的四個側(cè)內(nèi)壁上，兩個圖像幾何失真測量構(gòu)件(3)分別粘合在兩個層面厚度測量構(gòu)件(2)互相垂直的兩個表面上，分辨率測量構(gòu)件(4)設(shè)在對惰性氣體具有密閉性的容器(1)的中間，分辨率測量構(gòu)件(4)通過支架或者直接粘合在對惰性氣體具有密閉性的容器(1)內(nèi)壁的底面上，兩個真空閥門(5)設(shè)在對惰性氣體具有密閉性的容器(1)相對的兩個側(cè)面上，對惰性氣體具有密閉性的容器(1)、層面厚度測量構(gòu)件(2)、圖像幾何失真測量構(gòu)件(3)、分辨率測量構(gòu)件(4)和真空閥門(5)均采用抗磁性材料制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超極化惰性氣體核磁共振系統(tǒng)性能測試裝置，其特征是，所述的抗磁性材料是指玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超極化惰性氣體核磁共振系統(tǒng)性能測試裝置，其特征是，所述的對惰性氣體具有密閉性的容器(1)，其外壁材料為對極化氣體具有密閉性的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超極化惰性氣體核磁共振系統(tǒng)性能測試裝置，其特征是，所述的對極化氣體具有密閉性的材料是指玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超極化惰性氣體核磁共振系統(tǒng)性能測試裝置，其特征是，所述的對惰性氣體具有密閉性的容器(1)及其內(nèi)置的所有與極化氣體接觸的構(gòu)件表面都涂有能夠減緩極化氣體自旋馳豫的涂層材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超極化惰性氣體核磁共振系統(tǒng)性能測試裝置，其特征是，所述的減緩極化氣體自旋馳豫的涂層材料，是指石蠟、Teflon、氘化的聚硅氧烷、氘化的硅烷聚合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超極化惰性氣體核磁共振系統(tǒng)性能測試裝置，其特征是，所述的層面厚度測量構(gòu)件(2)由四個三角形板(9)組成，三角形板(9)之間有間隙(8)，間隙(8)為1mm或2mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超極化惰性氣體核磁共振系統(tǒng)性能測試裝置，其特征是，所述的三角形板(9)為等腰直角三角形，任意一個三角形板(9)的直角邊與旁邊兩個三角形板(9)的直角邊相鄰。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超極化惰性氣體核磁共振系統(tǒng)性能測試裝置，其特征是，所述的矩陣排列規(guī)則，是指半開放方形腔結(jié)構(gòu)(11)或者實心立方體結(jié)構(gòu)(12)都與其相鄰的四個半開放方形腔結(jié)構(gòu)(11)或者實心立方體結(jié)構(gòu)(12)等邊對齊，它們的外壁緊密結(jié)合在一起，在襯板(10)的表面平面內(nèi)組成二維排列的方形矩陣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超極化惰性氣體核磁共振系統(tǒng)性能測試裝置，其特征是，所述的分辨率測量構(gòu)件(4)由兩個開有不同孔徑的通孔(7)的立方體(6)粘合而成，通孔(7)分別沿互相垂直的軸向。
全文摘要
一種超極化惰性氣體核磁共振系統(tǒng)性能測試裝置，用于測試技術(shù)領(lǐng)域的裝置。本發(fā)明包括對惰性氣體具有密閉性的容器、層面厚度測量構(gòu)件、圖像幾何失真測量構(gòu)件、分辨率測量構(gòu)件、真空閥門，四個層面厚度測量構(gòu)件分別粘合在對惰性氣體具有密閉性的容器的四個側(cè)內(nèi)壁上，兩個圖像幾何失真測量構(gòu)件分別粘合在兩個層面厚度測量構(gòu)件互相垂直的兩個表面上，分辨率測量構(gòu)件設(shè)在對惰性氣體具有密閉性的容器的中間，兩個真空閥門設(shè)在對惰性氣體具有密閉性的容器相對的兩個側(cè)面上。本發(fā)明能夠精確測量超極化氣體核磁共振系統(tǒng)的信噪比、掃描層面厚度、掃描層面位置、圖像幾何失真、圖像分辨率等技術(shù)參數(shù)。
文檔編號G01R33/48GK1803091SQ20051011065
公開日2006年7月19日 申請日期2005年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月24日
發(fā)明者楊昆, 任秋實, 魏石剛, 姚志萍 申請人:上海交通大學(xué)