劉志超，楊 炯，王曉楓，劉海峰

3D打印技術(shù)制作車載式磁共振接收線圈的應(yīng)用研究

劉志超，楊 炯，王曉楓，劉海峰

目的：制作車載式核磁共振接收線圈，應(yīng)用于突發(fā)災(zāi)害現(xiàn)場傷情相對(duì)復(fù)雜的人體部位外傷檢診，提供有效、簡易線圈設(shè)備，快速定位診斷，正確判斷傷情，滿足車載式磁共振系統(tǒng)設(shè)備機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的基本要求。方法：應(yīng)用3D打印技術(shù)中熔融沉積制造（fused deposition modeling，F(xiàn)DM）技術(shù)將聚乳酸（polylactic acid，PLA）加熱熔化到半流體態(tài)，在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)所要輪廓信息，噴頭將半流態(tài)材料擠壓，凝固后形成輪廓狀的薄層，最后進(jìn)行固化，形成接收線圈。結(jié)果：利用3D打印技術(shù)制作完成符合人體主要部位需要的適合野外救援車載化條件（如頭頸、肩、腰椎、膝關(guān)節(jié)等關(guān)鍵部位）的磁共振射頻接收線圈，滿足核磁醫(yī)療診斷需求。結(jié)論：3D打印技術(shù)可以滿足車載式磁共振接收線圈的先期研發(fā)需求。

3D打印技術(shù)；車載式磁共振；射頻接收線圈

0 引言

3D（three demensions）打印技術(shù)[1]是一項(xiàng)革命性的產(chǎn)品開發(fā)制造技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)讀取數(shù)據(jù)[2]，使用材料熔融等技術(shù)，使特定的金屬粉或可塑性高的材料熔化，按模型圖的尺寸層層疊加“鑄造”起來，最終把模型圖變成實(shí)物[3]。3D打印技術(shù)具有的個(gè)性化、精準(zhǔn)化[4]等特點(diǎn)，適合應(yīng)用于許多臨床領(lǐng)域，如：運(yùn)用3D打印技術(shù)與多光子聚合技術(shù)成功打印出人造血管[5-6]；加入細(xì)胞混合物凝膠可以逐層構(gòu)建打印器官[5]等。

1 3D打印技術(shù)制作接收線圈概述

1.1 磁共振接收線圈簡述

磁共振接收線圈是當(dāng)被激勵(lì)的質(zhì)子進(jìn)行核磁，釋放能量，發(fā)出磁共振信號(hào)（即自由感應(yīng)衰減FID信號(hào)）時(shí)，接收質(zhì)子在弛豫過程中釋放的能量[7]，并經(jīng)過低噪聲前置放大器進(jìn)行信號(hào)的放大，再將信號(hào)送往譜儀進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，從而產(chǎn)生MR信號(hào)。傳統(tǒng)接收線圈通常使用相控陣線圈，專用表面線圈做特定部位，能夠提高信號(hào)采集速度，保持圖像較高的信噪比[8]。

1.2 制作磁共振接收線圈過程

運(yùn)用3D打印技術(shù)中熔融沉積制造（fused deposition modeling，F(xiàn)DM）技術(shù)將聚乳酸（polylactic acid，PLA）加熱熔化到半流體態(tài)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制（CAD）下，根據(jù)所要輪廓信息，噴頭將半流態(tài)材料擠壓，凝固后形成輪廓狀的薄層，最后進(jìn)行固化，形成磁共振接收線圈。

1.3 磁共振接收線圈應(yīng)用特點(diǎn)

運(yùn)用3D打印技術(shù)制作磁共振接收線圈，能夠節(jié)省專用線圈耗材，因?yàn)樗迷牧螾LA為可再生植物資源（如玉米）提供的淀粉原料，無毒且無異味，醫(yī)學(xué)上相容性與可降解環(huán)保性能良好；耐磨損，具有較低的收縮率，能夠保持形態(tài)的完整性。因此，能夠快速、高效地提供核磁設(shè)計(jì)的可靠數(shù)據(jù)參數(shù)，順利完成車載式磁共振重要環(huán)節(jié)研發(fā)任務(wù)。

2 接收線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)及部分成像效果

2.1 頭線圈

頭線圈形式為新型垂直正交磁場（如圖1（左）所示）。內(nèi)空尺寸：245 cm（長）×225 cm（寬）×250 cm（高）；枕頭底盤尺寸：310 cm（長）×210 cm（寬）× 12 cm（厚）；外形尺寸：255 cm（長）×245 cm（寬）× 310 cm（高）。頭線圈在底盤上向后滑動(dòng)至可抽出。此種設(shè)計(jì)可以使受試者視野開闊，使用簡便，核磁掃描圖像清晰均勻（如圖1（右）所示）。

圖1 頭線圈示意圖（左）及橫斷位（右）

2.2 體線圈

新型垂直磁場正交體線圈為上下開啟式開放型結(jié)構(gòu)（如圖2所示），適用于體質(zhì)量70 kg以下的患者。內(nèi)空尺寸：300 cm（長）×280 cm（寬）×220 cm（高），近似橢圓；外部尺寸：350 cm（底長）×280cm（寬）×260 cm（高）。使用簡便，圖像更加清晰均勻。

2.3 肩關(guān)節(jié)線圈

新型垂直磁場正交肩關(guān)節(jié)線圈為上下開啟式開放型結(jié)構(gòu)（如圖3（左）所示）。內(nèi)空尺寸：210 cm（長）×170 cm（寬）×180 cm（高），近似橢圓；外部尺寸：260 cm（底長）×170 cm（寬）×200 cm（高）。使用簡便，圖像更加清晰均勻（如圖3（右）所示）。

圖2 體線圈示意圖

圖3 肩關(guān)節(jié)線圈示意圖（左）及冠狀位（右）

2.4 頸線圈

新型垂直磁場正交頸線圈為上下開啟式開放型結(jié)構(gòu)（如圖4所示）。內(nèi)空尺寸：300 cm（長）×190 cm（寬）×190 cm（高），同樣近似橢圓；外部尺寸：330 cm（底長）×240 cm（寬）×250 cm（高）。視野開闊，使用簡便，圖像更加清晰均勻。

2.5 膝線圈

新型膝線圈為正交上下開啟式結(jié)構(gòu)（如圖5所示）。內(nèi)空尺寸：10 cm（長）×160 cm（寬）×150 cm（高）；外部尺寸：210 cm（底長）×200 cm（寬）×160 cm（高）。視野開闊，使用簡便，圖像更加清晰均勻。

圖4 頸線圈示意圖

圖5 膝線圈示意圖

上述幾個(gè)部位接收線圈的合成過程可選兩通道50 Ω輸出或內(nèi)置90°移相合成50 Ω輸出。手動(dòng)調(diào)諧為外部無感螺絲刀微調(diào)。通道隔離度＞19 db，去偶形式均為被動(dòng)，ID識(shí)別為4 bit。

3 接收線圈使用注意事項(xiàng)

3.1 極化方向

所有接收線圈在使用時(shí)都要放于主磁場和射頻場的幾何中心，接收線圈的極化方向要和發(fā)射線圈射頻場的極化方向相互垂直。在磁共振檢查床上，接收線圈都有相應(yīng)固定的安放位置，此設(shè)計(jì)位置能確保接收線圈處于主磁場和射頻場的中心，極化方向和發(fā)射線圈射頻場的極化方向相互垂直。

3.2 水模替換

當(dāng)把接收線圈電纜連接好后，將100mm×100mm× 100 mm包含氯化鈉及硫酸銅的立方體水模放置其中。在系統(tǒng)校正對(duì)話框中，將接收增益設(shè)置為0.1時(shí)，接收到的信號(hào)幅度應(yīng)為10 000左右，如果信號(hào)幅度減小30%，則有可能是水模的位置不當(dāng)或射頻幅度設(shè)置不當(dāng)。如果接收線圈只接收到噪聲幅度為2左右，可更換其他接收線圈設(shè)備來判斷。

4 接收線圈的維護(hù)保養(yǎng)

接收線圈的維護(hù)總的要求是防水、防潮、防塵，并及時(shí)調(diào)諧及消毒。日常維護(hù)由磁共振系統(tǒng)維護(hù)人員負(fù)責(zé)每天進(jìn)行檢查。接收線圈不能受到強(qiáng)烈的振動(dòng)，連接頭要保持清潔，由于接收線圈經(jīng)常和患者接觸，為避免交叉感染，應(yīng)用95%的酒精清洗、擦拭消毒，不可用水或其他的清潔液進(jìn)行清洗。

5 接收線圈的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)及存在問題

5.1 接收線圈的優(yōu)勢(shì)

5.1.1 制作過程特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)

常使用的磁共振接收線圈按其結(jié)構(gòu)形態(tài)區(qū)分為剛性線圈（如頭頸聯(lián)合線圈、脊柱線圈等）和柔性線圈[9]。使用3D打印技術(shù)制作任意形態(tài)射頻接收線圈，不需要使用傳統(tǒng)螺絲，減少了傳統(tǒng)線圈開模制備數(shù)量，降低了打樣成本，達(dá)到了簡化傳統(tǒng)線圈制備步驟

（????）（????）的目的，同時(shí)能夠縮短制作傳統(tǒng)線圈模具的繁瑣程序，減輕總質(zhì)量，使用更加便捷高效。

5.1.2 應(yīng)用于突發(fā)災(zāi)害現(xiàn)場特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)

3D打印技術(shù)的靈活性與任意可塑性在應(yīng)用于突發(fā)災(zāi)害現(xiàn)場的特殊部位外傷檢診時(shí)，同樣發(fā)揮了重要的作用。在現(xiàn)場處置突發(fā)事件時(shí)，傷情相對(duì)復(fù)雜、復(fù)合傷等特殊傷情均需要各種部位的線圈樣式，3D打印可以隨時(shí)根據(jù)受傷部位定制線圈，進(jìn)行快速檢診，保證優(yōu)質(zhì)成像，正確判斷傷情。并且災(zāi)害救援現(xiàn)場只需攜帶打印設(shè)備，無需攜帶多種線圈，符合車載式磁共振設(shè)備機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的基本要求。

5.2 存在問題

首次使用該技術(shù)應(yīng)用于車載式磁共振射頻接收線圈的設(shè)計(jì)研究，身體各部位線圈的應(yīng)用研究還不全面與深入，設(shè)計(jì)尺寸與耐用度有待進(jìn)一步臨床實(shí)驗(yàn)論證與改進(jìn)。如需在現(xiàn)場使用3D打印技術(shù)，必須有經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的專業(yè)人員負(fù)責(zé)此項(xiàng)工作，因此，急需培養(yǎng)熟練掌握3D打印設(shè)備的復(fù)合型人才。此外，打印耗時(shí)過長也會(huì)影響災(zāi)害現(xiàn)場傷員的及時(shí)診斷與救治。

6 結(jié)語

3D打印技術(shù)應(yīng)用于野外環(huán)境車載式核磁醫(yī)療救援診斷過程，還在初步探索階段，作為現(xiàn)代救援領(lǐng)域嶄新的技術(shù)手段，3D打印技術(shù)應(yīng)用于核磁射頻接收線圈的成像效果還需要在大量救援實(shí)踐和臨床數(shù)據(jù)的進(jìn)一步驗(yàn)證后下結(jié)論。但隨著科技領(lǐng)域的進(jìn)步，相信3D打印技術(shù)在醫(yī)療救援中的應(yīng)用會(huì)越來越廣，兩者的結(jié)合將更加緊密，優(yōu)勢(shì)將更加凸顯，為救援現(xiàn)場提供全面高效的醫(yī)療診斷保障支持。

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（收稿：2014-06-02 修回：2014-09-05）

Application research of 3D printing technology for producing vehicle-mounted MR receiving coil

LIU Zhi-chao,YANG Jiong,WANG Xiao-feng,LIU Hai-feng
（Department of Medical Administration,General Hospital of CAPF,Beijing 100039,China）

To manufacture a vehicle-mounted MR receiving coil for injury diagnosis in disaster relief.Fused deposition manufacturing(FDM)method of 3D printing technology was used to make polylactic acid(PLA) into semi-fluid status,and the computer controlled the nozzle to extrude the semi-fluid PLA based on the contour information,then solidification occurred to form the coil.MR receiving coils were produced with 3D printing technology for the body parts of head and neck,shoulder,lumbar,knee joint and etc.3D printing technology can meet the requirements for the development of the vehicle-mounted MR receiving coil.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（12）：39-40，56]

3D printing technology;vehicle-mounted magnetic resonance;RF receiving coil

R319；TH774

A

1003-8868（2014）12-0039-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.12.039

武警部隊(duì)科研項(xiàng)目（WHKL-26）

劉志超（1986—），女，醫(yī)師，主要從事臨床、救援醫(yī)學(xué)方面的研究工作，E-mail：lvezcy@126.com。

100039北京，武警總醫(yī)院醫(yī)務(wù)部（劉志超，楊 炯，王曉楓，劉海峰）

劉海峰，E-mail：haifengliu333@163.com