一种磁共振室针刺实验系统

【摘要】目的：将磁共振扫描的医学检查手段与针刺人体穴位的治疗方法有机结合，在磁共振室中进行电针刺激实验。方法：设计一种能实现磁共振扫描空间稳定性、针刺刺激时间紧凑性和实验设备电磁安全性的磁共振室针刺实验系统。结果：经实践证明，利用上述系统可以完成磁共振室的针刺人体穴位实验，并获得有效数据进行分析演算。结论：这套实验系统经实践证明有效可用，在用磁共振波谱探索针刺人体效应的研究中发挥了良好的基础作用。

【关键词】：磁共振；针刺；实验

【中图分类号】R44

【文献标识码】A

【文章编号】2095-6851（2014）04-0518-01

1 现状和背景

针灸治疗疾病的疗效在全世界范围内引起广泛的关注，在国内针灸被广泛应用于各种疾病治疗。针刺方法作为治疗脑部疾病的有效手段，尤其是应用于治疗脑梗塞、脑出血、脑外伤、脑肿瘤、帕金森病、癫痫、新生儿脑病、神经类疾病、精神类疾病等方面有较为确切的疗效。大量的针灸临床观察和实验研究表明针刺人体穴位对治疗脑部疾病有重要作用。针刺作用可以改变脑部代谢的过程和结果，并引起脑部特定区域的特征代谢物的变化。[1]

随着现代科学方法和设备的进步，作为中国传统医学瑰宝的中医针灸理论，有了进一步丰富和完善的可能。特别是功能磁共振（Functional Megnetic Resonance Imaging， fMRI）和磁共振波谱（Megnetic Resonance Spectroscopy， MRS）的进一步临床应用为针灸对于脑部作用机理的研究提供了一个直观和量化的工具。

脑部特定功能区代谢水平变化是一个复杂的多因素的过程，单纯依靠血氧变化情况不足以评估针灸对脑部功能的改善及特异性，随着科技的发展，MRS已成为脑功能区代谢领域的重要分析研究技术。临床上利用MRS已经对多种原子核进行过测定并已取得一定进展，特别是H和P。H的MRS主要能够观察乙酰-天门冬氨酸（Naa）、含胆碱化合物（Cho）、肌酸+磷酸肌酸（Cr+PCr）等产物。

针刺相关穴位对脑部fMRI影像具有区域特异性，利用磁共振波谱可以进行相关代谢物变化的定量分析。考虑到人群的特异性，该项研究需进行大样本的实验，在磁共振室中对人体穴位进行针刺刺激，并扫描其脑部特异性区域，得到其中相关代谢物在磁共振波谱中的变化数据。研究中，脑部磁共振扫描和针刺刺激的关系非常紧密，人脑定位问题是关键所在。前后两次扫描和针刺过程中，人体及脑部位置应当保持不变，这对保持数据的精准和有效性至关重要。此外扫描和针刺操作的时间也是影响实验结果的重要因素，针刺刺激后需要紧接着进行磁共振扫描。这些因素对实验系统有较高的时空要求，目前国内外针灸和磁共振扫描研究的项目文献中，未见相关方案描述。

2 目的和方案

本文主要研究一种能实现磁共振扫描空间稳定性、针刺刺激时间紧凑性和实验设备电磁安全性的磁共振室针刺实验系统。

实现本文目的的技术方案为：一种磁共振室针刺实验系统，包括磁共振扫描设备系统、磁共振室声像监护系统、磁共振数据采集分析系统、电针刺激输出系统、磁共振室和电针实验器材的电磁屏蔽系统。其中磁共振扫描设备系统、电针刺激输出系统、磁共振室和电针实验器材的电磁屏蔽系统安置在磁共振扫描室内，磁共振室声像监护系统、磁共振数据采集分析系统安装在磁共振操作室内。

实验对象进入磁共振扫描设备后，固定位置，保持实验对象与磁共振扫描设备的相对空间位置稳定不变，开始对指定部位进行磁共振扫描，由磁共振数据采集分析软件获取相应的影像数据和MRS波谱分析数据，此时声像监护系统同时运作，观察实验对象情况，有必要时进行单方向语言沟通指导。这一实验步骤完成后，立即进入实验步骤二内容，即运用电针刺激输出系统给予实验对象一定的影响，该影响过程固定时间，刺激量根据实验对象个体差异即时调整。由于电针刺激的施加是实验步骤三的基础，所以实验步骤二完成后，立即进入实验步骤三的内容，对感兴趣区域的磁共振扫描和分析。与实验步骤一一样，实验步骤三中涉及磁共振扫描设备系统、磁共振室声像监护系统和磁共振数据采集分析系统。三个实验步骤无缝衔接、完整紧凑，在时间连贯性和针刺效应保持性方面，能最大程度的降低损耗，保证在整个实验过程中，磁共振室和电针实验器材的电磁屏蔽系统一直在运行状态。磁共振室电磁感应屏蔽系统主要屏蔽磁共振室中磁共振仪器腔体的静磁场和梯度磁场、脉冲磁场对磁共振室以外的空间造成的磁场影响，电针实验器材的电磁屏蔽系统则是为了保护整套电针实验器材不受磁共振室中三种磁场的影响，能够正常使用。

3 实验系统的内容

3.1 系统框架组成

本实验系统包括五个组成部分，其结构示意图如下：

其中，以西门子MAGNETOM Verio3.0T Tim磁共振仪和头部成像线圈面罩组成磁共振扫描设备系统；以摄像头、语音提示喇叭、监视器和麦克风组成磁共振室声像监护系统；以MR图像采集工作站、MR数据分析工作站和相应软件组成磁共振数据采集分析系统；以SDZ-V型电子针疗仪、铜质屏蔽导线、铜质鳄鱼嘴夹、金质针灸针组成电针刺激输出系统；结合磁共振室本身的磁场屏蔽功能，以铜质屏蔽导线、铜质鳄鱼嘴夹、金质针灸针和全钢制电子针疗仪屏蔽盒组成电针实验器材的电磁屏蔽系统。

3.2 电磁屏蔽系统

本文中提及的磁共振仪器的高强度磁场将对实验区域内的所有物体产生影响。[2]对人体和其他一些无磁性物质的影响可以忽略不计，但对金属磁性物体将产生极大的力，驱使其产生大位移运动，严重的甚至会对磁共振仪器造成损伤。另外实验中所需要用到的电针仪在强磁场中也无法正常工作，输出脉冲和频率都会受到严重影响。[3]因此在本文实验系统中，磁场屏蔽是最重要的部分，从整体到细节对实验磁场实施了全面的屏蔽和防护。

用厚度为8mm的磁性钢板制作屏蔽盒，分为盒盖和盒体两个部分，用来放置整个SDZ-V型电子针疗仪。计算磁共振室房间的五高斯线，以确定屏蔽盒可以放置的位置，并且用无磁性重物（如沙包）压在盒盖上，籍以固定屏蔽盒，防止盒体受磁场影响产生位移，继而影响电针仪的输出。屏蔽盒前壁开小孔，以供电针仪的导线输出。图2为本文中电针实验器材的电磁屏蔽系统里的全钢制电子针疗仪屏蔽盒的设计结构示意图。

此外，导线采用软铜芯制作，绝缘胶皮包裹，不受磁场影响；针灸针采用0.35*40mm的金质针灸针，纯银绕柄、针身18K真金，无磁性，不受磁场影响；连接导线与针灸针的鳄嘴夹是专门购置的全铜大号夹，但由于为保持抗磨损性和弹性，市面上所有铜质鳄嘴夹的转轴和弹簧都是铁磁金属，故而将这些夹子的铁质转轴部分拆除后用手工制作的纯铜转轴代替，再将弹簧移除，用医用橡皮圈固定的方式实现鳄嘴夹的连接功能。[4]

3.3 各系统运用实施

（1）首次扫描

实验志愿者于MAGNETOM Verio3.0T Tim磁共振仪腔体内平卧静息，头部安置于成像线圈面罩中。实验操作人员通过摄像头、语音提示喇叭、监视器和麦克风与志愿者进行必要的沟通，并操作MR图像采集工作站，磁共振仪扫描输出的图像和数据信号通过数据线传递到MR图像采集工作站、MR数据分析工作站中，在工作站上安装的软件系统中进行计算分析，得出首次本底扫描的波谱分析数据结果，形成四种代谢物的浓度分布图像。

（2）电针刺激

首次扫描完毕后，志愿者仍然保持平卧静息状态，实验人员进入磁共振扫描室，对志愿者进行手三里、合谷穴（或足三里、解溪穴）的金针扎针操作，并从五高斯线外的屏蔽盒中引出电针仪导线，用导线前端的两个鳄嘴夹连接好两枚金针的银柄，对志愿者的穴位实施频率为1Hz的连续波电针刺激，时长五分钟，电流幅度根据志愿者个体差异作相应的微调，以有明显但不过于强烈的针感为宜。

（3）再次扫描

电针刺激完毕后，实验人员再次进入磁共振扫描室，摘除金针上的鳄嘴夹，但不起出金针，随即实验人员退出磁共振扫描室，磁共振扫描设备系统再次对志愿者脑部同样的感兴趣区进行扫描。实验操作人员通过摄像头、语音提示喇叭、监视器和麦克风与志愿者进行必要的沟通，并操作MR图像采集工作站，磁共振仪扫描输出的图像和数据信号通过数据线传递到MR图像采集工作站、MR数据分析工作站中，在工作站上安装的软件系统中进行计算分析，得出首次本底扫描的波谱分析数据结果，形成四种代谢物的浓度分布图像。

（4）时空要求的实现

在上述两次扫描和一次电针刺激的实验过程中，实验志愿者一直在MAGNETOM Verio3.0T Tim磁共振仪腔体内保持平卧状态，身体与仪器的相对位置保持不变，头部与成像线圈面罩的相对位置保持不变，最大程度上的保证了实验的空间稳定性；与此同时，首次扫描后实验人员立即进入磁共振扫描室，数秒内即可对志愿者的穴位施针，施针后即刻给予电针刺激，而电针刺激时间结束后，同样在数秒内即去除电针，只保留金针在穴位上，随即立刻可以开始第二次的扫描成像，整个过程衔接紧密一气呵成，时间紧凑性在此得到优越的体现。

4 总结

与现有技术相比，这种实验系统的显著优点在于：

1、在整个系统中采用自行设计制作的电磁屏蔽系统对实验中电针刺激步骤进行实时的屏蔽保护，屏蔽磁共振室的三种磁场对电针设备仪器的电磁影响，避免电针刺激输出系统的电信号输出在高磁场下可能产生的畸变，防止线路和针体本身受磁场影响而可能产生的形变乃至位移，最大限度地保证了电针刺激输出系统各项性能和输出信号的准确性，从而保证实验数据的精确性；

2、在磁共振数据采集分析软件中采用波谱分析及数据图像转换，将各种代谢物的浓度信号转存为波形图像可以方便的导出存储，还可以转存为数据表格，提供两种或多种代谢物的浓度值对比，为数据的进一步分析处理提供便利；

3、在磁共振扫描室和操作室中安置磁共振室声像监护系统，对实验状况进行全程监控，有利于确认实验进展过程和扫描室中的状况，保证实验志愿者与实验人员的及时必要沟通，减少实验人员出入扫描室的次数，有助于实现实验过程中的空间稳定性、时间紧凑性。

参考文献

[1]陈功，罗守华，于洁，王和生，针灸人体穴位对应脑部区域特征代谢改变规律的研究方法探讨，北京生物医学工程，2009（5）：537-540

[2]李朝伟，贺建林，姚翔，医院磁共振机房的屏蔽原理和设计原则，中国医学装备，2012（1）：62-63

[3]吉善创，黄邻彬，叶伟，2种电磁屏蔽材料在3.0T磁共振成像系统的应用探讨，医疗卫生装备，2013（3）：101-102

[4]杨彦东，戴银明，王厚生，王秋良，高场超导MRI系统铁磁屏蔽的几何优化，低温物理学报，2011（5）：372-376

[5]贾宝辉，刘志顺，聂彬彬，赵宏，，杨德莉，不同穴位电针的脑功能磁共振研究，北京中医药，2010（1）：18-20