Дисковый фантом для контроля измерения скоростей при фазо-контрастной магнитно-резонансной томографии и способ контроля измерения линейной и объемной скорости движения фантома

Использование: для контроля измерения скоростей при фазоконтрастной магнитно-резонансной томографии. Сущность изобретения заключается в том, что фантом представляет собой вращающийся с заданной угловой скоростью диск, максимальные габаритные размеры которого 150×160 мм, а конкретные свойства обеспечивает соединение гадолиния GD-DTPA и крепление на валу, который свободно вращается во втулках, опирающихся на кронштейны, детали фантома изготовлены из немагнитных пластиковых материалов, поверх диска надет нескользящий материал - латекс, крутящий момент передается на фантом посредством ременной передачи со шкива, расположенного на оси электромотора вне магнита на расстоянии 3,5 метра, шкив также покрыт латексом и осуществляет передачу крутящего момента, мотор соединен с блоком управления. При этом методом фазоконтрастной магнитно-резонансной томографии осуществляют сканирование вращающегося с известной угловой скоростью дискового фантома, на полученном изображении, с помощью встроенного программного обеспечения MP томографа, выделяют области интереса, значение линейной скорости, для каждой из этих областей потока сравнивают с заданной эпюрой линейных скоростей, по результатам эксперимента строят калибровочную кривую, рассчитывают статистические показатели оценки точности измерения линейной и объемной скорости и определяют весовые коэффициенты, которые используют для определения скорости потоков жидкости на исследуемом магнитно-резонансном томографе. Технический результат: обеспечение возможности разработки дискового фантома на основе агарозного геля для контроля измерения линейной и объемной скорости движения ликвора. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к устройствам оценки измерения скоростей потоков жидкостей при фазоконтрастной магнитно-резонансной томографии, и может быть использовано для количественного определения движения жидкости в нейрохирургии, ангиологии и сердечно-сосудистой хирургии.

Фазоконтрастная магнитно-резонансная томография является эффективным методом МРТ диагностики, позволяющим визуализировать и количественно определять скорости движения спинов. Данные о количественных характеристиках движения спинномозговой жидкости - ликвора - позволяют принимать решения специалистам-нейрохирургам при лечении гидроцефалии о виде имплантируемой шунтирующей системы. Быстрые токи ликвора, определяющие ликвороциркуляцию, можно изучать только с помощью фазоконтрастной MP ликворографии (ФМРЛГ) с привязкой к сердечному циклу (Арутюнов Н.В., Петряйкин А.В., Корниенко В.Н.: Изучение ликворотока на основе магнитно-резонансной томографии. Журнал Вопросы Нейрохирургии имени Н.Н. Бурденко 2000; 3: 29-33).

Оценка работы MP-томографа и представление практических методов тестирования производится с помощью специальных устройств контроля качества изображения, называемых фантомами.

В МРТ фантомом является стандартный искусственный объект, изображение которого получают для проверки качества работы и настройки параметров MP-томографа. Чаще всего фантомы сделаны из стекла или пластика и заполнены веществами, имеющими MP сигнал. Такими веществами являются водные парамагнитные растворы, чистые желатиновые гели, агарозные гели с органическими или парамагнитными добавками и др.

MP фантомы проектируют для исследования широкого диапазона инструментальных параметров и позволяют определять геометрические искажения изображений, пространственное разрешение, расстояние между срезами, толщину среза и его смещение, обусловленное физическими и электронными свойствами. Также фантомы позволяют обнаруживать низкую контрастность, оценивать однородность изображения и определять отношение сигнал/шум. Каждый конкретный фантом может быть предназначен как для тестирования одной или нескольких вышеперечисленных функций, что становится возможным при комбинировании соответствующих элементов фантома. Существует два основных вида фантомов: для контроля однородности и для контроля разрешения.

Известен фантом для оценки линейной скорости потоков жидкости, состоящий из силиконовых полимерных слоев со стенозированными проточными каналами продольной и U-образной формы (Summers, Р.Е., Holdsworth, D.W., Nikolov, H.N., Rutt, В.K. and Drangova, M. (2005), Multisitetrial of MRflowmeasurement: Phantom and protocoldesign. J. Magn. Reson. Imaging, 21: 620-631. doi: 10.1002/jmri.20311). Недостатками данного технического решения являются необходимость использования дополнительного насоса с МР-контрастной жидкостью, имеющего точно задаваемый диапазон движения жидкости, а также параболический профиль скоростей в трубке, что затрудняет определение линейной скорости движения спинов.

Известен дисковый фантом, состоящий из трех частей: двух неподвижных, находящихся по краям фантом, и центральной, приводимой во вращение с помощью сжатого воздуха из пусковых баллонов (Anders Nilsson, Karin Markenroth Bloch, Johannes Töger, Einar Heibergand Freddy Stahlberg, Accuracy of four-dimensionalphase-contrast velocitymapping-forbloodflowvisualizations: aphantomstudy, ActaRadiol 2013 54: 663 riginallypublishedonline 30 April 2013 DOI: 10.1177/0284185113478005). Недостатками данного технического решения являются необходимость использования дополнительных пусковых блоков (баллонов со сжатым воздухом). Также следует отметить неравномерность вращения при низких оборотах.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является движущийся с постоянной угловой скоростью дисковый фантом, заполненный агарозным гелем (Emmanuel P. Durand, Odile Jolivet, Emmanuelltti, Jean-Pierre Tasu and Jacques Bittoun Precision of Magnetic Resonance Velocity and Acceleration Measurements: Theoreticallssues and Phantom Experiments, Joumal of magneticresonanceimaging 13: 445-451 (2001). Недостатками данного технического решения является система, приводящая в движение диск, которая представляет собой длинную трехметровую ось из ПВХ труб, за точное центральное положение которой отвечает антивибрационное устройство, сделанное из трех тефлоновых цилиндров и стеклянного шарикового подшипника. Сложность конструкции делает невозможным использование фантома при проведении технических испытаний МРТ в условиях эксплуатации.

Задачей изобретения является разработка дискового фантома на основе агарозного геля для контроля измерения линейной и объемной скорости движения ликвора.

Техническим результатом, направленным на решение поставленной задачи, является создание устройства-фантома, способствующего повышению качества клинических MP-исследований и точности измерения скорости движения крови и ликвора по магистральным артериям и венам.

Сущность изобретения заключается в том, что в дисковом фантоме на основе агарозного геля применяют ременную передачу, соединяющую шкив, сидящий на валу мотора, с диском, заполненным гелем и выполняющим функцию второго шкива для увеличения частоты вращения предусмотрен дополнительный шкив, который имеет равный диаметр. Диапазон задаваемых линейных скоростей варьирует от 0 до 20 см/с, а при модификации привода и использования шкива меньшего диаметра, закрепленного на оси с диском, возможно расширение диапазона задаваемых скоростей от +72 см/с до -72 см/с. Максимальные габаритные размеры фантома составляют 150×160 мм, что позволяет поместить его в головных катушках MP-томографов различных конструкций.

Схема-чертеж дискового фантома представлена на фиг. 1, где 1 - диск с гелем, который также может выполнять роль шкива, 2а, 2б - шкив, 3 - кронштейн, 4а, 4б - вал, 5 - ременный привод, 6 - мотор, 7 - блок управления, 8 - блок питания.

Заявляемый дисковый фантом состоит из диска 1, заполненного агарозным гелем и закрепленного на валу 4а, который свободно вращается во втулках, опирающихся на кронштейны 3. Все детали фантома изготовлены из немагнитных пластиковых материалов. Поверх диска надет нескользящий материал - латекс, для увеличения силы трения. Крутящий момент передается на фантом посредством ременной передачи 5 со шкива 2б, расположенного на оси электромотора вне магнита на расстоянии 3,5 метра. Шкив также покрыт латексом для увеличения силы трения в области прохождения нити, осуществляющей передачу крутящего момента. Данная конструкция обеспечивает максимальную скорость вращения диска 31 об/мин. Мотор 6 соединен с блоком управления 7, с помощью которого можно регулировать скорость и направление вращения, а также предусмотрена функция плавного старта и остановки для обеспечения оптимального натяжения нити. Блок питания 8 подключается к стандартной сетевой розетке 220 вольт с заземлением, установленной внутри экранированной РЧ кабины MP томографа. Втулки и кронштейны, на которых крепится вращающийся диск, изготовлены из компонентов конструктора LEGO. На фиг. 2. представлена фотография дискового фантома, расположенного в головной катушке. Ось, на которой крепится диск с гелем, а также дополнительный шкив, обеспечивающий переход на более высокую скорость вращения благодаря коэффициенту передачи 1:1, изготовлены из пластика с помощью распечатки на 3D принтере. Компоненты фантома располагаются на ложементе свободно, дополнительно укрепляются в удобных позициях немагнитными утяжелителями - мешочками с песком, специально изготовленными для данной цели.

На фиг. 3. представлена фотография фантома, располагающегося в томографе. Подготовка чертежей деталей (шкивов, оси фантома) производилась в пакете SolidWorks, затем детали распечатывались на 3D принтере с заполнением полостей и разрешением в 100 микрон. В качестве материала использовался PLA (PolyLacticAcid) пластик. Для изготовления геля для заполнения фантома использовалась агароза фирмы HELICON и 0,5 М раствор MP-контрастного вещества «Магневист» фирмы BAYER, Германия. МР-контрастные свойства в данном препарате обеспечивает соединение гадолиния - Gd-DTPA. Все растворы готовились на деионизированной дистиллированной воде. Задание определенной скорости движения спинов (имитирование потока) при фазоконтрастной магнитно-резонансной томографии осуществляется следующим образом.

Перед проведением процедуры сканирования следует установить РЧ-катушку на деке стола пациента и обеспечить ее электрическое питание. Внутри катушки размещают дисковый фантом, заполненный агарозным гелем, и центрируют с помощью нанесенных на его поверхность вспомогательных меток таким образом, чтобы его ось располагалась в горизонтальной плоскости перпендикулярно деки стола. После этого добиваются совпадения приемной РЧ-катушки с изоцентром магнита путем совмещения меток с лазерным прицелом. Далее фантом подключают к стандартной сетевой розетке 220 В и включают блоки питания и управления. После чего с помощью блока управления задают необходимую скорость вращения мотора, приводящего в движение фантом посредством ременной передачи.

Способ контроля измерений линейной и объемной скорости движения фантома при фазоконтрастной магнитно-резонансной томографии заключается в следующем. Осуществляют сканирование вращающегося с известной угловой скоростью дискового фантома в фазоконтрастных режимах согласно рекомендациям фирм- производителей MP томографа, например, при исследовании на MP томографе ExcelartVantageAtlas-X (Тошиба, Япония) с индукцией постоянного магнитного поля 1,5 Тл, используется программа FlowQuanti. Сканирование производят в трех взаимоперпендикулярных плоскостях: в аксиальной, корональной и сагиттальной. Фазоконтрастное MP - изображение дискового фантома представлено на фиг. 4, где а) - неподвижный фантом, аксиальный срез, б) - вращающийся дисковый фантом, аксиальный срез, в) - вращающийся дисковый фантом сагиттальный срез. По полученным аксиальным изображениям с помощью встроенного программного обеспечения (при исследовании на MP томографе ExcelartVantageAtlas-X используется программа PSFlow) выделяют области интереса. При контроле измерения линейной скорости отмечают не менее 10 областей интереса, равномерно расположенных вдоль отрезка АБ (фиг. 4б), перпендикулярного оси вращения дискового фантома и делящего его на две равные части. Полученное для каждой области интереса значение линейной скорости потока с соответствующими пространственными координатами сравнивают с заданной эпюрой линейных скоростей. Саггитальный срез фантома и эпюра линейных скоростей представленына (фиг. 5). По результатам эксперимента строят калибровочную кривую (фиг. 6), рассчитывают статистические показатели оценки точности измерения линейной скорости и определяют весовые коэффициенты, которые в дальнейшем используют для определения скорости потоков жидкости на исследуемом магнитно-резонансном томографе. Для рассматриваемого примера (фиг. 6) коэффициент детерминации составил R2=0,99, относительная погрешность измерения линейной скорости составила 6,3% (рассчитана по отношению угловых коэффициентов линий регрессии измеренных значений и «идельной» калибровочной кривой). Корректированные значения представлены на фиг. 7, отмечается совпадение «идеальной» калибровочной кривой и корректированных значений. При контроле измерения объемной скорости движения референсные значения объемной скорости рассчитывают из условия, что фантом делает один оборот за известное время с учетом заданной угловой скорости в начале исследования. За данное время через сечение фантома проходит весь объем геля. В качестве области интереса, в которой производится измерение, выбирают все сечение фантома (фиг. 8). После пяти независимых измерений производят оценку относительной погрешности. Так, при исследовании на MP томографе Excelart (Тошиба, Япония) с индукцией основного поля 1,5 Тл, с применением программ FlowQuanti и PSFlow при заданных условиях вращения: 1 оборот за 2,93 секунды (объем геля 364 мл), объемной скорости 123,87 мл/с - погрешность измерения при отключении режима кардиосинхронизации и увеличением числа повторов до 10 составляет 6,15%.

Конструкция дискового фантома, а также применение доступных материалов и элементов электромеханической части фантома позволяют достичь компактных размеров устройства и дают возможность его использования для оценки работоспособности различных моделей МРТ.

1. Дисковый фантом для контроля измерения скоростей при фазоконтрастной магнитно-резонансной томографии на основе агарозного геля, отличающийся тем, что фантом представляет собой вращающийся с заданной угловой скоростью диск, максимальные габаритные размеры которого 150×160 мм, а конкретные свойства обеспечивает соединение гадолиния GD-DTPA и крепление на валу, который свободно вращается во втулках, опирающихся на кронштейны, детали фантома изготовлены из немагнитных пластиковых материалов, поверх диска надет нескользящий материал - латекс, крутящий момент передается на фантом посредством ременной передачи со шкива, расположенного на оси электромотора вне магнита на расстоянии 3,5 метра, шкив также покрыт латексом и осуществляет передачу крутящего момента, мотор соединен с блоком управления.

2. Способ контроля измерения линейной и объемной скорости движения фантома, заключающийся в том, что методом фазоконтрастной магнитно-резонансной томографии осуществляют сканирование вращающегося с известной угловой скоростью дискового фантома, на полученном изображении, с помощью встроенного программного обеспечения MP томографа, выделяют области интереса, значение линейной скорости, для каждой из этих областей потока сравнивают с заданной эпюрой линейных скоростей, по результатам эксперимента строят калибровочную кривую, рассчитывают статистические показатели оценки точности измерения линейной и объемной скорости и определяют весовые коэффициенты, которые используют для определения скорости потоков жидкости на исследуемом магнитно-резонансном томографе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиосвязи. Отличительной особенностью заявленного устройства исследования электромагнитного поля вторичных излучателей является введение коммутатора передающих антенн, коммутатора приемо-передающих антенн, приемо-передающей антенной системы, двух передающих антенн для создания вертикальной составляющей, двух передающих антенн для создания горизонтальной составляющей, адаптивного преобразователя, формирователя информации излучения вторичных излучателей, преобразователя частотного спектра, блока фильтров, блока анализа спектра излучения, блока исследования спектра вторичного излучения.

Изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано в области разработки материалов на основе алмаза для магнитометрии, квантовой оптики, биомедицины, а также в информационных технологиях, основанных на квантовых свойствах спинов и одиночных фотонов.

Использование: для обнаружения воспаления или инфекции. Сущность изобретения заключается в том, что обнаружение воспаления или инфекции выполняют путем 13С-МР томографии, 13С-МР спектроскопии и/или 13С-МР спектроскопической томографии, при котором используют визуализирующую среду, содержащую гиперполяризованный 13С-пируват, и воспаление или инфекцию определяют по высокой интенсивности 13С-сигнала от 13С-лактата или по повышенной скорости образования 13С-лактата.

Изобретение относится к области эксплуатации нефтяных месторождений, конкретно к оптимизации разработки залежей вязких и высоковязких нефтей на основе систематических промыслово-геофизических исследований пластовой продукции посредством импульсной методики и техники ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в сильном магнитном поле [1].

Изобретение относится к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для поиска и обнаружения преимущественно наркотиков и взрывчатых веществ в составе предъявленных для исследования предметов, а также поляризационную селекцию и фазовый анализ для поиска и обнаружения наркотиков, упакованных в неметаллическую оболочку и находящихся в укрывающих средах, например в брюшной полости человека, используемого для транспортировки наркотических средств, багаже, чемоданах, дипломатах, сумках и т.п., и может найти применение в аэропортах, таможенных терминалах, блокпостах, автопарковках и т.п.

Изобретение относится к физическим измерениям, использующим магнитный резонанс для поиска и обнаружения преимущественно наркотиков и взрывчатых веществ. .

Изобретение относится к физическим измерениям, а именно к радиотехническим средствам, использующим магнитный резонанс для обнаружения и идентификации преимущественно наркотических и взрывчатых веществ.

Изобретение относится к резонансной радиоспектроскопии и предназначено для контроля и поддержания заданной температуры в объеме исследуемого образца, в частности в эксперименте по измерению времен магнитной релаксации методом ядерного магнитного резонанса.
Наверх