模拟心血管运动的CT成像质量检测体模、控制方法及质量检测方法技术

本发明专利技术公开了一种模拟心血管运动的CT成像质量检测体模、控制方法及质量检测方法，包括控制系统、电缸组件、活塞泵组件、液体回路组件和心血管体模；控制系统包括控制箱和控制端PC，控制箱包括PLC控制系统和心电发生器，PLC控制系统分别与控制端PC和心电发生器连接；电缸组件包括电缸驱动组件和电缸传动组件，电缸驱动组件与PLC控制系统连接，电缸传动组件与电缸驱动组件连接；活塞泵组件与电缸传动组件连接；液体回路组件包括液路汇流模块和液体管路，分别与活塞泵组件、心血管体模连接；心血管体模包括心室体模、冠状动脉体模及水箱。本发明专利技术能够模拟心室搏动和多个运动时相，具有正常心率、心律失常及冠状动脉狭窄等标准模型。

【技术实现步骤摘要】
模拟心血管运动的CT成像质量检测体模、控制方法及质量检测方法
本专利技术属于数字诊疗装备质量控制标准化
，具体涉及一种模拟心血管运动的CT成像质量检测体模、控制方法及质量检测方法。
技术介绍
心脏计算机断层扫描(ComputedTomography,CT)成像作为一种无创影像检查，对心血管疾病诊断的准确率达80％以上，已逐渐成为早期筛查及术后评估的重要检查手段。然而，心脏是人体最为复杂的运动脏器，现有的心脏CT成像技术易受患者心率差异、CT设备性能、扫描参数设置和后处理重建等影响，产生运动伪影、血管错位和边缘模糊等问题，大大降低心脏CT成像质量，严重影响心血管疾病诊断的准确率，更甚者会导致医患纠纷。因此，如何确保心脏CT成像质量对心血管疾病的精确诊疗和医疗质量安全至关重要。目前CT的质量控制标准的制定均参照国际电工委员会的通用准则IEC1223-2-6制定，检测器具均为头部剂量体模、影像性能体模等静态体模，检测项目有CT剂量指数、层厚、CT值线性、空间分辨率、低对比度分辨率、水的CT值、场均匀性和噪声等。上述性能指标是基于几何投影原理或物体对X线衰减的差异，并通过轴位扫描而获得，可用于CT设备对静态脏器成像质量的客观评价，但对于心血管等运动脏器，特别是心动过速、早搏、房颤等高速无规律运动时成像的质量控制却无能为力。换言之，现有CT质量控制体系中尚缺乏标准的动态体模作为检测器具。近年来，国内外学者报道了大量模拟心脏解剖结构、运动特征的动态心室或冠状动脉体模，并用于心脏CT成像的不同扫描方式和重建算法的评价研究。然而，现有CT动态心脏体模仍存在诸多不足，主要表现在：(1)解剖结构方面，大多数冠状动脉体模内充盈的液体无法流动；(2)组织材料方面，以硅橡胶或聚乙烯醇等复合材料为主，虽具有一定的生物力学特性，但未考虑辐射等效；(3)运动特性方面，仅以匀速、正弦或简单变速方式模拟心脏各房室的运动，并没有真实反映心脏在各时相运动的变化情况。因此，有必要研制一种模拟心血管运动的CT成像质量检测体模、控制方法及质量检测方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种模拟心血管运动的CT成像质量检测体模、控制方法及质量检测方法，能模拟心室搏动和心室快速射血、慢速射血、快速充盈、缓慢充盈、等容舒张等五个时相动作，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CT心脏成像质量检测。本专利技术所述的模拟心血管运动的CT成像质量检测体模，包括控制系统、电缸组件、活塞泵组件、液体回路组件和心血管体模；所述控制系统包括控制箱和控制端PC，控制箱包括PLC控制系统和心电发生器，所述PLC控制系统分别与控制端PC和心电发生器电连接；所述电缸组件包括电缸驱动组件和电缸传动组件，所述电缸驱动组件分别与PLC控制系统和电缸传动组件连接；所述活塞泵组件与电缸传动组件连接，所述电缸组件基于PLC控制系统发出的指令控制活塞泵组件进行直线往复运动，将液体通过液体回路组件泵入或泵出心血管体模；所述心血管体模包括水箱，以及设置在水箱内的心室体模和冠状动脉体模，所述水箱内装有液体；所述冠状动脉体模包括多根导管，各导管分别与心室体模连通；所述液体回路组件包括液路汇流模块和液体管路；所述液体管路包括泵入液体管路和泵出液体管路；所述液路汇流模块包括液体流量传感器和分流块；所述液体流量传感器与PLC控制系统电连接，所述液体流量传感器安装于活塞泵组件与分流块之间；所述分流块内设置有泵入单向阀和泵出单向阀，该泵入单向阀的进水端与液体流量传感器连通，泵入单向阀的出水端经泵入液体管路与心室体模连通，泵出单向阀的出水端与液体流量传感器连通，泵出单向阀的进水端分别与各泵出液体管路的一端连通，多个泵出液体管路的另一端分别与多根导管一一对应连通。进一步，所述液体回路组件还包括缓冲器，该缓冲器的底部通过缓冲器接口与分流块的顶部连通，所述缓冲器的顶部设置有注水阀门、气体压力计和排气孔。进一步，所述心室体模采用硅胶制成，呈椭圆形且两端开口。进一步，所述冠状动脉体模采用聚四氢呋喃醚多元醇与甲苯二异氰酸酯共聚的高分子材料合成，CT值范围为30HU～80HU。进一步，所述冠状动脉体模分为正常冠状动脉体模和不同狭窄程度冠状动脉体模；所述正常冠状动脉体模的导管内径相同；所述不同狭窄程度冠状动脉体模是指导管的管腔内有狭窄程度为25％、50％和75％的模拟钙化斑块或软斑。进一步，所述PLC控制系统包括CPU模块、运动控制模块、两个通讯模块和电源模块，所述CPU模块分别与运动控制模块、两个通讯模块和电源模块连接，所述运动控制模块与电缸组件连接；其中一个通讯模块与控制端PC连接，另一个通讯模块与心电发生器连接。进一步，所述电缸传动组件包括电机以及将电机的转动转化为直线运动的传动构件；所述传动构件包括同步带、同步轮、滚珠丝杆、滚珠丝母、缸体和推杆；所述电机通过同步带、同步轮与滚珠丝杆连接，滚珠丝母与推杆连接，所述推杆位于缸体内，电机通过同步轮和同步带传递到滚珠丝杆，滚珠丝杆带动滚珠丝母将旋转转化为直线运动，从而使推杆沿着缸体进行直线往复运动。进一步，所述心室体模的进水端通过泵入管接口与泵入液体管路连接，心室体模的出水端通过三通连接器分别与冠状动脉体模的各导管连通，三通连接器上设有排水阀门。本专利技术所述的模拟心血管运动的CT成像质量检测体模的控制方法，采用如本专利技术所述的模拟心血管运动的CT成像质量检测体模，该控制方法包括以下步骤：所述控制端PC获取心室运动参数，将心室运动参数转化为运动控制变量并进行存储，所述心室运动参数包括心率和心室容积时间曲线，所述运动控制变量包括运动周期、各运动时相及流量数值，在启动控制时，发送启动指令至PLC控制系统，并实时显示和存储ECG波形、心室容积-时间曲线，以及心率、心动周期和每博输出量；所述PLC控制系统接收控制端PC发送的指令，若是启动指令，则解析该启动指令中的运动控制变量，利用闭环控制算法计算电缸在单位时间内的流量，根据实时反馈的位移量计算运动控制参数发送运动控制信号至电缸驱动组件，同时发送心电控制指令至心电发生器输出ECG波形，等待动作完成后，分别发送停止指令到电缸组件和心电发生器；若是停止指令，则等待当前动作完成后，直接发送停止指令到电缸组件和心电发生器，并自动回零；然后，继续监听是否接收到控制端PC的指令；如此周而复始，直到运行结束。本专利技术所述的CT成像质量检测方法，采用如本专利技术所述的模拟心血管运动的CT成像质量检测体模，其检测方法包括以下步骤：第一步：建立连接，将所述控制系统、电缸组件、活塞泵组件、液体回路组件和心血管体模置于CT设备的扫描床上，并进行安装与连接；第二步：建立液路，打开缓冲器的注水阀门和排气孔，将由混合蒸馏水与造影剂组成的目标溶液注入到活塞泵组件与心室体模中，并排除气泡，并在注入完毕后关闭注水阀门，并将气体压力计安装于排气孔旋紧；再将蒸馏水注入水箱，作为背景溶液；第三步：上电开机，打开控制箱的电源开关，并启动控制端PC；第四步：排除气泡，打开控制端PC的上位机软件，设置心率和心室容积时间曲线并启动运动，直到将液路中的气泡排除并在缓冲器顶部的空气压缩后保持在预设的压力值时，停止运动；否则，检查各管路接口的密闭性，并重复上述过程；第五步：启本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟心血管运动的CT成像质量检测体模，其特征在于：包括控制系统、电缸组件（3）、活塞泵组件（6）、液体回路组件和心血管体模（11）；所述控制系统包括控制箱（1）和控制端PC（2），控制箱（1）包括PLC控制系统和心电发生器，所述PLC控制系统分别与控制端PC（2）和心电发生器电连接；所述电缸组件（3）包括电缸驱动组件（5）和电缸传动组件（4），所述电缸驱动组件（5）分别与PLC控制系统和电缸传动组件（4）连接；所述活塞泵组件（6）与电缸传动组件（4）连接，所述电缸组件（3）基于PLC控制系统发出的指令控制活塞泵组件（6）进行直线往复运动，将液体通过液体回路组件泵入或泵出心血管体模（11）；所述心血管体模（11）包括水箱（29），以及设置在水箱（29）内的心室体模（18）和冠状动脉体模（26），所述水箱（29）内装有液体；所述冠状动脉体模（26）包括多根导管，各导管分别与心室体模（18）连通；所述液体回路组件包括液路汇流模块（8）和液体管路（10）；所述液体管路（10）包括泵入液体管路和泵出液体管路；所述液路汇流模块（8）包括液体流量传感器（20）和分流块（21）；所述液体流量传感器与PLC控制系统电连接，所述液体流量传感器（20）安装于活塞泵组件（6）与分流块（21）之间；所述分流块（21）内设置有泵入单向阀（22）和泵出单向阀（25），该泵入单向阀（22）的进水端与液体流量传感器（20）连通，泵入单向阀（22）的出水端经泵入液体管路与心室体模（18）连通，泵出单向阀（25）的出水端与液体流量传感器（20）连通，泵出单向阀（25）的进水端分别与各泵出液体管路的一端连通，多个泵出液体管路的另一端分别与多根导管一一对应连通。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟心血管运动的CT成像质量检测体模，其特征在于：包括控制系统、电缸组件（3）、活塞泵组件（6）、液体回路组件和心血管体模（11）；所述控制系统包括控制箱（1）和控制端PC（2），控制箱（1）包括PLC控制系统和心电发生器，所述PLC控制系统分别与控制端PC（2）和心电发生器电连接；所述电缸组件（3）包括电缸驱动组件（5）和电缸传动组件（4），所述电缸驱动组件（5）分别与PLC控制系统和电缸传动组件（4）连接；所述活塞泵组件（6）与电缸传动组件（4）连接，所述电缸组件（3）基于PLC控制系统发出的指令控制活塞泵组件（6）进行直线往复运动，将液体通过液体回路组件泵入或泵出心血管体模（11）；所述心血管体模（11）包括水箱（29），以及设置在水箱（29）内的心室体模（18）和冠状动脉体模（26），所述水箱（29）内装有液体；所述冠状动脉体模（26）包括多根导管，各导管分别与心室体模（18）连通；所述液体回路组件包括液路汇流模块（8）和液体管路（10）；所述液体管路（10）包括泵入液体管路和泵出液体管路；所述液路汇流模块（8）包括液体流量传感器（20）和分流块（21）；所述液体流量传感器与PLC控制系统电连接，所述液体流量传感器（20）安装于活塞泵组件（6）与分流块（21）之间；所述分流块（21）内设置有泵入单向阀（22）和泵出单向阀（25），该泵入单向阀（22）的进水端与液体流量传感器（20）连通，泵入单向阀（22）的出水端经泵入液体管路与心室体模（18）连通，泵出单向阀（25）的出水端与液体流量传感器（20）连通，泵出单向阀（25）的进水端分别与各泵出液体管路的一端连通，多个泵出液体管路的另一端分别与多根导管一一对应连通。2.根据权利要求1所述的模拟心血管运动的CT成像质量检测体模，其特征在于：所述液体回路组件还包括缓冲器（9），该缓冲器（9）的底部通过缓冲器接口（19）与分流块（21）的顶部连通，所述缓冲器（9）的顶部设置有注水阀门（17）、气体压力计和排气孔（16）。3.根据权利要求2所述的模拟心血管运动的CT成像质量检测体模，其特征在于：所述心室体模（18）采用硅胶制成，呈椭圆形且两端开口。4.根据权利要求2或3所述的模拟心血管运动的CT成像质量检测体模，其特征在于：所述冠状动脉体模（26）采用聚四氢呋喃醚多元醇与甲苯二异氰酸酯共聚的高分子材料合成，CT值范围为30HU～80HU。5.根据权利要求4所述的模拟心血管运动的CT成像质量检测体模，其特征在于：所述冠状动脉体模（26）分为正常冠状动脉体模和不同狭窄程度冠状动脉体模；所述正常冠状动脉体模的导管内径相同；所述不同狭窄程度冠状动脉体模是指导管的管腔内有狭窄程度为25%、50%和75%的模拟钙化斑块或软斑。6.根据权利要求2或3或5所述的模拟心血管运动的CT成像质量检测体模，其特征在于：所述PLC控制系统包括CPU模块、运动控制模块、两个通讯模块和电源模块，所述CPU模块分别与运动控制模块、两个通讯模块和电源模块连接，所述运动控制模块与电缸组件（3）连接；其中一个通讯模块与控制端PC（2）连接，另一个通讯模块与心电发生器连接。7.根据权利要求6所述的模拟心血管运动的CT成像质量检测体模，其特征在于：所述电缸传动组件（4）包括电机以及将电机的转动转化为直线运动的传动构件；所述传动构件包括同步带、同步轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鹏，种银保，潘文才，郎朗，杨佳庆，肖晶晶，马结实，张诗慧，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军军医大学第二附属医院，
类型：发明
国别省市：重庆,50