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磁共振虛擬模擬技術的應用

來源 : 中國醫療設備雜誌2020年第10期
update : 2021/01/22
引言
虛擬模擬是除了理論和實驗之外的第三種研究方法,廣泛應用於科技、國防、工業及其他人類生產生活的各個方面 [1]。磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)是一門量子物理學、醫學、數學、電子技術學和電腦技術等諸多學科交叉的綜合性學科,資料樣本巨大,理論抽象,其設備昂貴,結構複雜,虛擬模擬技術貫穿於磁共振設備論證、研製、生產、使用和維護等全過程 [2-3]。虛擬模擬技術也用於 MRI 過程,用於成像方法或成像序列的模擬研究 [4-10]。國際國內開展的磁共振虛擬模擬研究,其目的是為磁共振序列方法研究提供模擬對比研究,是離散的知識點視覺化,沒有形成系統性,也無法全部展現複雜的MRI 原理和整個成像過程,針對磁共振抽象理論視覺化的批量實驗教學目的的研究屈指可數。為了很好地將虛擬模擬技術應用到磁共振原理教學中,在臺式 MRI 教學儀的基礎上進行全功能模擬模擬,將樣品、硬體、環境以及掃描參數有機地融合到數學模型中,再通過 GUI 介面程式設計,介面類比模擬臺式磁共振教學儀軟體的介面,參數名稱和設定範圍也都基本一致,可完成磁共振虛擬模擬實驗平臺的開發 [11-12]。應用該模擬平臺,不需要任何硬體支援,學習者可以得到與操作真實教學儀完全相同的實驗體驗,且實驗過程、實驗結果與真機基本一致。

1 磁共振虛擬模擬實驗平台開發思路
傳統的虛擬模擬是基於動畫、聲音、視頻等多媒體技術,主要強調實際可見的結構、場景以及流程的感性認知類比,圖像也主要來源於臨床設備,採用預先存儲然後選擇調用的模式,數量有限,且無法體現資料獲取和圖像重建過程。

基於數值模擬技術的磁共振虛擬模擬實驗平臺是指通過一套不需要任何硬體設備支撐就可以完成實驗專案的電腦虛擬軟體,與真實的儀器一樣具有互動式操作介面,將真實臨床介面的固化操作轉變為原理參數的開放式操作,通過改變參數,可以觀察磁共振資料獲取、信號處理、圖像重建及圖像權重變化的整個過程,瞭解參數改變導致磁共振信號和圖像變化的本質,達到通過實驗更好地掌握原理的目的,在完全脫離硬體設備的情況下,獲得與硬體成像教學儀相仿的實驗效果 [13-14]。為磁共振原理教學提供了一個更快速、高效的實踐操作平台...