实验动物磁共振成像系统的激光定位仪的制作与应用

2019-05-16王战京雷建锋赵媛媛

实验动物科学 2019年2期

王战京雷建锋赵媛媛薛冰

(首都医科大学医学中心实验室小动物影像室，北京 100069)

磁共振成像(MRI)已经成为临床医学影像学的核心技术之一。已经有了20多年的临床应用的历史。随着我国医学科研工作的不断深入探索,实验动物的磁共振成像检查成明显增加趋势。在实验动物选取方面大鼠与小鼠作为普及实验模型已经得到广大科研人员的认可。目前国内用于实验动物磁共振检查的设备普遍为德国布鲁克公司出产的7.0T及7.0T以上的磁共振成像系统。目前本实验室配备了口径为16 cm的布鲁克Pharma Scan-7.0T的核磁共振成像系统。由于该设备厂家提供的自动定位系统占地空间大，成本预算高等原因，因此本实验室未配备专门的针对大小鼠的精准定位系统。但在实际操作中实验动物进行扫描前需要花费大量时间通过目测摆放实验动物。从而进行横断面、冠状面、矢状面定位扫描，进而获得实验动物体位定位图像才能相对一致。为了解决实验中的这一难题。制作了小动物磁共振激光立体定位仪。

1 材料

由于应用于MRI设备，因此所需材料全部经过无磁性检测。激光定位器要求发射激光可以任意调节。供电电压为DC2.8～5.2(V),波长为650 nm。外形尺寸为16 mm×70 mm。工作温度为-20～60 ℃之间。内部填充散热硅胶与AB胶，外壳使用航空铝材，因此无磁化反应。激光定位器支架采用8 mm厚有机玻璃一次性压制成型.定位器采用了十字线状光斑模式，线宽调节为0.5 mm。线长根据所扫描动物的大小任意调节。

2 制作步骤

激光立体定位仪是以布鲁克Pharma Scan-7.0T磁共振成像系统动物床为基础，适用于任何该厂家的核磁仪器。

2.1 定位仪的选材与加工

定位仪制作：选取8 mm厚的有机玻璃板，首先对有机玻璃板进行切割。切割成宽为60 mm有机玻璃条。对有机玻璃板条的其中一段进行弯曲做成凹型，凹槽一端长度为100 mm，高度为25 mm,另一端长度为218 mm。这些设计尺寸取决于所使用的核磁扫描仪实验动物床固定板的尺寸。再在凹型底部长度为100 mm中心位置50 mm处打孔，打孔直径在5～10 mm直径之间选择。以便于安装固定螺丝把定位仪固定在核磁共振床的辅助板上，使其前后左右不能滑动。

2.2 十字定位器的安装

在定位仪另一端进行L型弯曲，使其垂直悬挂于动物床上方，在不影响实验人员对实验动物进行操作的同时，我们尽量调低了悬挂高度，以使通过激光十字定位器投下的十字线尽量细，可以更加精确地定位扫描部位。最终我们决定激光定位器到动物床的高度为315 mm。

2.3 十字定位器线路开槽

通过对磁共振扫描仪器实验动物床主磁体半径的测量，我们定义激光定位器打孔位置到凹性边的距离为300 cm。同时沿着打孔口中心开出了一个直接为4 cm的凹槽用于激光定位器线路的安放。

2.4 定位仪安装

固定器的制作：使用专业工具对圆柱形有机玻璃材料制作固定装置(螺丝)，用于定位仪与动物床板的固定，固定后检查定位仪前后，左右不能滑动为宜。

2.5 定位器的线路安放

在定位器的背面中心位置开凿一条宽度为2 mm,深度为2 mm的凹槽，用于放置激光器的链接线。

图1 激光定位仪的示意图注：A：为激光器安装孔；B：固定螺丝安装孔；C：为线路安放凹槽长度为300 mm，宽带为60 mm，高度为315 mm；凹槽底部长度为100 mm，厚度为25 mm，上部长度为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 仪器的安装

由于布鲁克Pharma Scan-7.0T的磁场中心与梯度中心距离主磁场边缘的距离为45.9 cm。所以需要调整扫描部位使其进入仪器后于主磁场中心和梯度中心重合，从而得到的图像才能达到最佳效果。其他仪器安装参考相应型号机器进行调整。

3.1 固定十字定位器

安装激光器到孔洞中，使用热凝胶枪固定上下左右位置。在固定左右位置时让十字线与梯度中心垂直。并且把红外十字线调节到最细水平。

3.2 固定定位仪

把一个定位仪安装到动物床下面的托板上，距离主磁体为15 cm。调整激光器的位置使其投射的十字与动物床中心重合且垂直其距离主磁体的距离为15 cm。调整完毕后，旋转凹面下面的螺丝固定定位器。

3.3 固定第二定位仪

使用另外一个定位仪安装到距离前一个定位60.9 cm处。调节激光器使两个十字定位点的距离为60.9 cm.固定两个激光器，把激光器的线路放置在相应凹槽中固定。

图2 定位仪安装示意图注： A：实验动物床；B：激光定位仪Fig.2 Locator installation diagramNote: A：experimental animal bed; B：laser locator

4 仪器的应用

4.1 开机

打开激光器电源，观察两个十字点应在一个水平上且重合并且投射激光线与动物床放置的中心重合。测量两个投射激光十字点距离是否为60.9 cm。

4.2 放置实验动物

在动物床上放置实验动物，使其扫描部位与十字点重合且垂直。重合后再在另一个十字光标线上用标记笔对推拉动物床做标记。推动活动动物床使实验动物进入主磁体与梯度中心。让动物床标记处与前一个十字光标重合，停止推动。

4.3 使用核磁进行验证

使用核磁扫描仪对实验动物扫描部位进行核磁定位扫描观察。判断扫描部位是否位于主磁场与梯度的中心处。如果一致则调试结束。如果不一致应重新调整激光定位位置直到扫描部位与磁场梯度中心一致为止。

5 初步应用结果

通过实验室应用，对20只大鼠,动物合格证[SCXK(京)2016-0006]和20只小鼠，动物合作证[SCXK(京)2016-0006]，进行了脑部，肝脏，肾脏，等不同部位的磁共振扫描实验。经检验使用激光定位仪器具有以下优点：

5.1 对核磁扫描的影响

由于采用无磁化材质制作，经过放置激光定位仪与不放置激光定位仪对实验动物扫描进行对比。对比结果两组实验动物产生的图像，图像中无磁干扰产生的伪影，两组图像前后一致，无任何差别，表明激光定位仪对核磁扫描无任何影响。

5.2 功能效果

实验表明可以准确定义实验动物的扫描部位误差小于0.3 mm，对于核磁扫描属于正常范围内。解决了以前实验员通过目测所产生的误差。误差范围在5～10 mm之间。同时提高了实验动物放置效率，使用定位仪之前实验员放置一只动物需要3～4 min，使用定位仪后时间缩短为1～2 min。放置动物后还需要对实验动物进行核磁定位扫描观察，如果放置位置有太大偏差，还需要进行二次动物摆放，使用定位仪后大大减少了二次实验动物摆放次数。定位扫描通过率为98%。