實(shí)驗(yàn)動(dòng)物磁共振成像系統(tǒng)的激光定位儀的制作與應(yīng)用

王戰(zhàn)京 雷建鋒 趙媛媛 薛 冰

(首都醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室小動(dòng)物影像室，北京 100069)

磁共振成像(MRI)已經(jīng)成為臨床醫(yī)學(xué)影像學(xué)的核心技術(shù)之一。已經(jīng)有了20多年的臨床應(yīng)用的歷史。隨著我國(guó)醫(yī)學(xué)科研工作的不斷深入探索,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的磁共振成像檢查成明顯增加趨勢(shì)。在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物選取方面大鼠與小鼠作為普及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵呀?jīng)得到廣大科研人員的認(rèn)可。目前國(guó)內(nèi)用于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物磁共振檢查的設(shè)備普遍為德國(guó)布魯克公司出產(chǎn)的7.0T及7.0T以上的磁共振成像系統(tǒng)。目前本實(shí)驗(yàn)室配備了口徑為16 cm的布魯克Pharma Scan-7.0T的核磁共振成像系統(tǒng)。由于該設(shè)備廠家提供的自動(dòng)定位系統(tǒng)占地空間大，成本預(yù)算高等原因，因此本實(shí)驗(yàn)室未配備專門的針對(duì)大小鼠的精準(zhǔn)定位系統(tǒng)。但在實(shí)際操作中實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行掃描前需要花費(fèi)大量時(shí)間通過(guò)目測(cè)擺放實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。從而進(jìn)行橫斷面、冠狀面、矢狀面定位掃描，進(jìn)而獲得實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體位定位圖像才能相對(duì)一致。為了解決實(shí)驗(yàn)中的這一難題。制作了小動(dòng)物磁共振激光立體定位儀。

1 材料

由于應(yīng)用于MRI設(shè)備，因此所需材料全部經(jīng)過(guò)無(wú)磁性檢測(cè)。激光定位器要求發(fā)射激光可以任意調(diào)節(jié)。供電電壓為DC2.8～5.2(V),波長(zhǎng)為650 nm。外形尺寸為16 mm×70 mm。工作溫度為-20～60 ℃之間。內(nèi)部填充散熱硅膠與AB膠，外殼使用航空鋁材，因此無(wú)磁化反應(yīng)。激光定位器支架采用8 mm厚有機(jī)玻璃一次性壓制成型.定位器采用了十字線狀光斑模式，線寬調(diào)節(jié)為0.5 mm。線長(zhǎng)根據(jù)所掃描動(dòng)物的大小任意調(diào)節(jié)。

2 制作步驟

激光立體定位儀是以布魯克Pharma Scan-7.0T磁共振成像系統(tǒng)動(dòng)物床為基礎(chǔ)，適用于任何該廠家的核磁儀器。

2.1 定位儀的選材與加工

定位儀制作：選取8 mm厚的有機(jī)玻璃板，首先對(duì)有機(jī)玻璃板進(jìn)行切割。切割成寬為60 mm有機(jī)玻璃條。對(duì)有機(jī)玻璃板條的其中一段進(jìn)行彎曲做成凹型，凹槽一端長(zhǎng)度為100 mm，高度為25 mm,另一端長(zhǎng)度為218 mm。這些設(shè)計(jì)尺寸取決于所使用的核磁掃描儀實(shí)驗(yàn)動(dòng)物床固定板的尺寸。再在凹型底部長(zhǎng)度為100 mm中心位置50 mm處打孔，打孔直徑在5～10 mm直徑之間選擇。以便于安裝固定螺絲把定位儀固定在核磁共振床的輔助板上，使其前后左右不能滑動(dòng)。

2.2 十字定位器的安裝

在定位儀另一端進(jìn)行L型彎曲，使其垂直懸掛于動(dòng)物床上方，在不影響實(shí)驗(yàn)人員對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行操作的同時(shí)，我們盡量調(diào)低了懸掛高度，以使通過(guò)激光十字定位器投下的十字線盡量細(xì)，可以更加精確地定位掃描部位。最終我們決定激光定位器到動(dòng)物床的高度為315 mm。

2.3 十字定位器線路開槽

通過(guò)對(duì)磁共振掃描儀器實(shí)驗(yàn)動(dòng)物床主磁體半徑的測(cè)量，我們定義激光定位器打孔位置到凹性邊的距離為300 cm。同時(shí)沿著打孔口中心開出了一個(gè)直接為4 cm的凹槽用于激光定位器線路的安放。

2.4 定位儀安裝

固定器的制作：使用專業(yè)工具對(duì)圓柱形有機(jī)玻璃材料制作固定裝置(螺絲)，用于定位儀與動(dòng)物床板的固定，固定后檢查定位儀前后，左右不能滑動(dòng)為宜。

2.5 定位器的線路安放

在定位器的背面中心位置開鑿一條寬度為2 mm,深度為2 mm的凹槽，用于放置激光器的鏈接線。

圖1 激光定位儀的示意圖注：A：為激光器安裝孔；B：固定螺絲安裝孔；C：為線路安放凹槽長(zhǎng)度為300 mm，寬帶為60 mm，高度為315 mm；凹槽底部長(zhǎng)度為100 mm，厚度為25 mm，上部長(zhǎng)度為218 mmFig.1 Schematic diagram of the laser locatorNote: A：the laser mounting hole；B：the fixing screw mounting hole；C：the line mounting groove. The length is 300 mm and the width is 60 mm and the height is 315 mm. The bottom of the groove has a length of 100 mm and a thickness of 25 mm, The upper length is 218 mm

3 儀器的安裝

由于布魯克Pharma Scan-7.0T的磁場(chǎng)中心與梯度中心距離主磁場(chǎng)邊緣的距離為45.9 cm。所以需要調(diào)整掃描部位使其進(jìn)入儀器后于主磁場(chǎng)中心和梯度中心重合，從而得到的圖像才能達(dá)到最佳效果。其他儀器安裝參考相應(yīng)型號(hào)機(jī)器進(jìn)行調(diào)整。

3.1 固定十字定位器

安裝激光器到孔洞中，使用熱凝膠槍固定上下左右位置。在固定左右位置時(shí)讓十字線與梯度中心垂直。并且把紅外十字線調(diào)節(jié)到最細(xì)水平。

3.2 固定定位儀

把一個(gè)定位儀安裝到動(dòng)物床下面的托板上，距離主磁體為15 cm。調(diào)整激光器的位置使其投射的十字與動(dòng)物床中心重合且垂直其距離主磁體的距離為15 cm。調(diào)整完畢后，旋轉(zhuǎn)凹面下面的螺絲固定定位器。

3.3 固定第二定位儀

使用另外一個(gè)定位儀安裝到距離前一個(gè)定位60.9 cm處。調(diào)節(jié)激光器使兩個(gè)十字定位點(diǎn)的距離為60.9 cm.固定兩個(gè)激光器，把激光器的線路放置在相應(yīng)凹槽中固定。

圖2 定位儀安裝示意圖注： A：實(shí)驗(yàn)動(dòng)物床；B：激光定位儀Fig.2 Locator installation diagramNote: A：experimental animal bed; B：laser locator

4 儀器的應(yīng)用

4.1 開機(jī)

打開激光器電源，觀察兩個(gè)十字點(diǎn)應(yīng)在一個(gè)水平上且重合并且投射激光線與動(dòng)物床放置的中心重合。測(cè)量?jī)蓚€(gè)投射激光十字點(diǎn)距離是否為60.9 cm。

4.2 放置實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

在動(dòng)物床上放置實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，使其掃描部位與十字點(diǎn)重合且垂直。重合后再在另一個(gè)十字光標(biāo)線上用標(biāo)記筆對(duì)推拉動(dòng)物床做標(biāo)記。推動(dòng)活動(dòng)動(dòng)物床使實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)入主磁體與梯度中心。讓動(dòng)物床標(biāo)記處與前一個(gè)十字光標(biāo)重合，停止推動(dòng)。

4.3 使用核磁進(jìn)行驗(yàn)證

使用核磁掃描儀對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物掃描部位進(jìn)行核磁定位掃描觀察。判斷掃描部位是否位于主磁場(chǎng)與梯度的中心處。如果一致則調(diào)試結(jié)束。如果不一致應(yīng)重新調(diào)整激光定位位置直到掃描部位與磁場(chǎng)梯度中心一致為止。

5 初步應(yīng)用結(jié)果

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用，對(duì)20只大鼠,動(dòng)物合格證[SCXK(京)2016-0006]和20只小鼠，動(dòng)物合作證[SCXK(京)2016-0006]，進(jìn)行了腦部，肝臟，腎臟，等不同部位的磁共振掃描實(shí)驗(yàn)。經(jīng)檢驗(yàn)使用激光定位儀器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

5.1 對(duì)核磁掃描的影響

由于采用無(wú)磁化材質(zhì)制作，經(jīng)過(guò)放置激光定位儀與不放置激光定位儀對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物掃描進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果兩組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物產(chǎn)生的圖像，圖像中無(wú)磁干擾產(chǎn)生的偽影，兩組圖像前后一致，無(wú)任何差別，表明激光定位儀對(duì)核磁掃描無(wú)任何影響。

5.2 功能效果

實(shí)驗(yàn)表明可以準(zhǔn)確定義實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的掃描部位誤差小于0.3 mm，對(duì)于核磁掃描屬于正常范圍內(nèi)。解決了以前實(shí)驗(yàn)員通過(guò)目測(cè)所產(chǎn)生的誤差。誤差范圍在5～10 mm之間。同時(shí)提高了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物放置效率，使用定位儀之前實(shí)驗(yàn)員放置一只動(dòng)物需要3～4 min，使用定位儀后時(shí)間縮短為1～2 min。放置動(dòng)物后還需要對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行核磁定位掃描觀察，如果放置位置有太大偏差，還需要進(jìn)行二次動(dòng)物擺放，使用定位儀后大大減少了二次實(shí)驗(yàn)動(dòng)物擺放次數(shù)。定位掃描通過(guò)率為98%。

5.3 便于攜帶

裝置設(shè)計(jì)合理，重量為0.2 kg，便于攜帶，不需要扳手等特殊設(shè)備。但在運(yùn)輸過(guò)程中要小心輕放。

5.4 實(shí)用廣泛

固定裝置可以根據(jù)各類核磁掃描儀進(jìn)行調(diào)整，適用于任何型號(hào)的MRI設(shè)備。

5.5 經(jīng)濟(jì)效益

激光定位器材料普遍，加工簡(jiǎn)單，成本是進(jìn)口設(shè)備的1%，產(chǎn)生的功能與國(guó)外設(shè)備一致。

6 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物磁共振掃描儀在國(guó)內(nèi)已進(jìn)入到了一個(gè)高速發(fā)展時(shí)期。但我國(guó)此類儀器還普遍依靠進(jìn)口。MRI儀器所有配件也需要進(jìn)口。這不僅僅增加了各個(gè)使用單位的成本，而且更換配件的周期很長(zhǎng)。希望今后我國(guó)能夠研制出國(guó)產(chǎn)的磁共振掃描儀器以及相應(yīng)的配件。

致謝本課題研究于首都醫(yī)科大學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室完成，對(duì)該實(shí)驗(yàn)給予的大力支持，在此表示感謝。