姜楠

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程處，北京 100050

核磁共振成像系統(tǒng)日常質(zhì)量控制方法研究進(jìn)展

姜楠

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程處，北京 100050

本文分析了核磁共振成像系統(tǒng)日常質(zhì)量控制的各方面及相關(guān)致系統(tǒng)不穩(wěn)定的因素，同時(shí)介紹了核磁共振成像質(zhì)量控制相關(guān)對(duì)策，以保障臨床核磁共振成像系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，為臨床疾病診斷及治療方案選擇提供保證。

核磁共振成像；質(zhì)量控制；放射科；醫(yī)療設(shè)備

核磁共振成像系統(tǒng)主要由梯度磁場(chǎng)和主磁場(chǎng)及交變磁場(chǎng)、中心控制計(jì)算機(jī)所組成。建立有效質(zhì)量控制及保證方案可維持及保證設(shè)備的成像質(zhì)量和精度及穩(wěn)定性，從而獲取最佳圖像質(zhì)量，為臨床疾病診斷提供有力依據(jù)，并且對(duì)系統(tǒng)的安全使用具有十分重要的意義。西方國(guó)家將質(zhì)量保證納入國(guó)家法律要求，如美國(guó)則于2008年要求所有醫(yī)療影像服務(wù)機(jī)構(gòu)需嚴(yán)格按照聯(lián)邦醫(yī)療保險(xiǎn)醫(yī)師標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行收費(fèi)，同時(shí)還須經(jīng)指定的第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)評(píng)審及認(rèn)證，從而可保證系統(tǒng)成像的質(zhì)量[1]。本次研究就核磁共振成像系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出相關(guān)措施以保障核磁共振成像系統(tǒng)的穩(wěn)定性及安全性。

1 成像系統(tǒng)的不穩(wěn)定性

造成核磁共振成像系統(tǒng)不穩(wěn)定的相關(guān)環(huán)節(jié)主要有如下幾方面：

1.1 靜磁場(chǎng)環(huán)節(jié)

靜磁場(chǎng)所提供的系統(tǒng)共振頻率實(shí)際上也是射頻系統(tǒng)基準(zhǔn)工作頻率。如局部磁場(chǎng)均勻性出現(xiàn)下降，則其將致信號(hào)依照T2*衰弱。當(dāng)磁場(chǎng)中心頻率出現(xiàn)偏移且移至接收線圈的帶寬范圍外，其將降低系統(tǒng)敏感性[2]。此外，如其于像素內(nèi)所產(chǎn)生的共振頻率發(fā)生漂移則極易導(dǎo)致平面內(nèi)區(qū)域性信號(hào)出現(xiàn)高低不均的情況。靜磁場(chǎng)于選擇方向上產(chǎn)生幾何變形造成信號(hào)干擾，最終形成二維成像[3]。但靜磁場(chǎng)不均勻還會(huì)影響脂肪信號(hào)機(jī)水飽和射頻信號(hào)的效率。

1.2 射頻環(huán)節(jié)

射頻環(huán)節(jié)包含發(fā)射線圈、接受線圈；當(dāng)射頻發(fā)射器出現(xiàn)增益或衰減時(shí)，其所產(chǎn)生的波動(dòng)將會(huì)對(duì)偏轉(zhuǎn)角產(chǎn)生影響[4]。如射頻線圈中心頻率出現(xiàn)漂移或線圈不均勻且未及時(shí)優(yōu)化則將會(huì)導(dǎo)致信噪比損失。如功率放大器發(fā)射故障，則噪聲水平將出現(xiàn)提升。

1.3 梯度環(huán)節(jié)

梯度不準(zhǔn)確將會(huì)導(dǎo)致圖像出現(xiàn)幾何變形。造成梯度不準(zhǔn)確的因素主要為主動(dòng)或被動(dòng)勻場(chǎng)，梯度補(bǔ)償?shù)腻e(cuò)誤調(diào)節(jié)，及梯度場(chǎng)非線性等因素[5]。局部磁場(chǎng)出現(xiàn)不均勻，其將降低空間位置性的信噪比。

2 核磁共振成像系統(tǒng)日常質(zhì)量控制

目前主要是通過(guò)掃描模體來(lái)監(jiān)測(cè)核磁共振成像系統(tǒng)的性能，從而達(dá)到日常質(zhì)量控制。通過(guò)日常質(zhì)量控制則可發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)物理環(huán)節(jié)中所存在的不穩(wěn)定性[6]。設(shè)備技術(shù)人員可每日通過(guò)操作掃描儀來(lái)實(shí)施觀測(cè)，并重復(fù)性使用同一模體體積序列，從而可對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行定量分析。目前日常質(zhì)量控制環(huán)節(jié)主要為：靜磁場(chǎng)穩(wěn)定性、信噪比及偽影審查，但模體形狀及內(nèi)容物對(duì)該環(huán)節(jié)也會(huì)產(chǎn)生影響。美國(guó)放射學(xué)院推薦使用由玻璃、丙烯酸酯塑料及硅膠等非磁性物質(zhì)構(gòu)建的圓柱狀模體，于模體中充滿氯化鎳及氯化鈉溶液，于模體內(nèi)部放置分辨率測(cè)試條和低對(duì)比度圓盤(pán)及三角楔形等[7]。

2.1 靜磁場(chǎng)穩(wěn)定性

隨著時(shí)間的變化，磁場(chǎng)穩(wěn)定性及局部磁場(chǎng)會(huì)隨之而發(fā)生漂移，長(zhǎng)期觀察及記錄正常的運(yùn)轉(zhuǎn)中心磁場(chǎng)頻率時(shí)，可觀察到磁場(chǎng)穩(wěn)步減弱情況[8]。但中心頻率變化及磁場(chǎng)本身局部的不均勻變化是在一定范圍內(nèi)的，所以測(cè)量中心頻率的方法十分關(guān)鍵。在使用成像模型過(guò)程中，部分地區(qū)會(huì)受磁化出現(xiàn)附加磁場(chǎng)，從而使水信號(hào)尖峰變得扭曲、變形，最終對(duì)中心頻率測(cè)定產(chǎn)生影響。

2.2 信噪比

在檢測(cè)信噪比時(shí)需使用信號(hào)較為均勻的區(qū)域，從而可有效避免模型磁化所產(chǎn)生的磁場(chǎng)波動(dòng)及射頻信號(hào)不均勻性而引起空間變化[9]。模體中所使用溶液的生物電導(dǎo)性，如與人體組織不匹配，則極易導(dǎo)致線圈負(fù)載發(fā)生變化。所以在選擇模體時(shí)，需選擇覆蓋線圈可見(jiàn)區(qū)域85%以上。目前臨床主要采用頭部線圈，與其他線圈相比較覆蓋的均勻。當(dāng)確定使用序列的參數(shù)時(shí)則不需再次修改，這主要是參數(shù)會(huì)對(duì)信噪比的檢測(cè)產(chǎn)生影響。此外，回波時(shí)間應(yīng)避免使用最小化，這主要是因該參數(shù)將會(huì)隨著硬件及軟件的變化而發(fā)生變化。核磁信號(hào)噪聲實(shí)際上是隨機(jī)的，但事實(shí)上，實(shí)際工作中由于發(fā)生系統(tǒng)誤差等情況而導(dǎo)致發(fā)生背景噪聲。此外，核磁信號(hào)中，我們進(jìn)行圖像重建的過(guò)程中將會(huì)使用相位信號(hào)，但這些信號(hào)將會(huì)于圖像背景中發(fā)生空間移位而產(chǎn)生所謂的“鬼影”。

在進(jìn)行信號(hào)分析過(guò)程中，比如s為圖像中均勻信號(hào)平均值，而σ為背景區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)方差，信噪比在對(duì)一塊背景區(qū)域進(jìn)行噪聲評(píng)估時(shí)會(huì)較為理想，但實(shí)際上這種方法也存在一定系統(tǒng)誤差，從而導(dǎo)致評(píng)估誤差[11]。但如受條件等因素限制且不能攝取到多幅圖像，此時(shí)可選擇背景區(qū)域用于噪聲評(píng)估。

2.3 偽影審查

由于產(chǎn)生偽影的原因較多且其表現(xiàn)形式也具有多樣性，所以根據(jù)其來(lái)源可將其劃分為：① 與靜磁場(chǎng)相關(guān)，因靜磁場(chǎng)出現(xiàn)不均及局部磁場(chǎng)化所產(chǎn)生；② 與射頻相關(guān)，外圍射頻信號(hào)發(fā)射泄露、射頻噪聲干擾、二維成像時(shí)出現(xiàn)層間干擾及射頻場(chǎng)出現(xiàn)不均勻等[12]；③ 與梯度相關(guān)，渦流補(bǔ)償不足、梯度場(chǎng)非線性扭曲等均導(dǎo)致偽影產(chǎn)生，且其所產(chǎn)生的偽影極易與靜磁場(chǎng)所產(chǎn)生的偽影相互混淆，因此需加以分析、鑒別；④ 與數(shù)據(jù)采集、重建相關(guān)，產(chǎn)生卷摺偽影、數(shù)據(jù)溢出和截?cái)鄠斡暗?；?與成像對(duì)象相關(guān)，心臟波動(dòng)和呼吸運(yùn)動(dòng)及血管搏動(dòng)等生理現(xiàn)象所致偽影。一般情況下，偽影是系統(tǒng)硬件發(fā)生故障的主要表現(xiàn)，因此，對(duì)于任何環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的偽影均需引起重視，并將相關(guān)情況上報(bào)給設(shè)備科人員以及時(shí)維護(hù)。

3 系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試

對(duì)于醫(yī)院來(lái)說(shuō)，醫(yī)學(xué)物理師一般會(huì)參與到醫(yī)院的購(gòu)買(mǎi)決策及施工策劃等環(huán)節(jié)。當(dāng)醫(yī)院決定夠買(mǎi)設(shè)備時(shí)需由醫(yī)院物理師對(duì)設(shè)備的規(guī)格及合同等方面進(jìn)行主導(dǎo)和考慮，需對(duì)臨床實(shí)踐的實(shí)際情況進(jìn)行重點(diǎn)考察，從而來(lái)決定設(shè)備的選取[13]。待設(shè)備選擇完成后，施工階段則需做好相關(guān)磁場(chǎng)屏蔽及射頻屏蔽工作，以保證設(shè)備正常運(yùn)行而不受干擾。射頻屏蔽測(cè)試可選擇在掃描儀安裝前進(jìn)行，而磁場(chǎng)屏蔽測(cè)試需標(biāo)記出五高斯線及邊際磁場(chǎng)圖。在對(duì)綜合系統(tǒng)進(jìn)行檢查時(shí)，需對(duì)掃描儀的各個(gè)零部件進(jìn)行認(rèn)真檢查，同時(shí)檢查其功能。

4 高級(jí)應(yīng)用的質(zhì)量控制

對(duì)于核磁共振成像系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其高級(jí)應(yīng)用主要包括：MRS、功能性核磁共振及核磁共振輔助的介入性治療等方面，一般在使用之前需做好相關(guān)的質(zhì)量控制[14]。MRS主要提供生物組織中生化功能狀態(tài)，因此被廣泛應(yīng)用于臨床。使用模體來(lái)對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性及測(cè)量值可重復(fù)性進(jìn)行檢查，可保證診斷的準(zhǔn)確性及可靠性；功能性核磁共振主要使用血氧水平依賴(lài)功能性成像，當(dāng)其處于1.5 T條件下時(shí)，其信號(hào)變化大約為2.0%～5.0%，對(duì)其造成影響的相關(guān)因素主要為鬼影偽跡和系統(tǒng)穩(wěn)定性及信噪比；核磁共振輔助的介入性治療主要分為核磁共振輔助的伽瑪?shù)吨委熍c核磁共振輔助的高強(qiáng)度聚焦超聲治療，其中前者對(duì)核磁共振掃描儀空間坐標(biāo)精度具有較高要求，而后者可結(jié)合相關(guān)設(shè)備有效治療子宮肌瘤。但每次治療前均需要進(jìn)行質(zhì)量控制，并需要使用模仿肌體組織模體，同時(shí)還需觀察聚焦點(diǎn)溫度情況[15]。

5 結(jié)論

本次就核磁共振成像系統(tǒng)的各個(gè)層面質(zhì)量控制進(jìn)行了詳細(xì)介紹，同時(shí)也提出了相關(guān)控制措施。由于影像學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展，需及時(shí)使其豐富完善。但隨著技術(shù)地快速發(fā)展，質(zhì)量控制及保障也需隨之發(fā)展，從而保障設(shè)備使用的安全性[16-17]。但本次研究中未對(duì)人員控制及操作規(guī)范等進(jìn)行研究，因此未得出更好的結(jié)論，為更好地控制設(shè)備使用質(zhì)量，尚需進(jìn)一步深入研究。

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Research on Routine Quality Control of Nuclear Magnetic Resonance Imaging Methods

This paper analyzed various aspects of routine quality control of nuclear magnetic resonance imaging (NMRI) system and pointed out factors related to the instability of the system.The paper also introduced policies related to quality control of nuclear magnetic resonance imaging so as to ensure the clinical stability of NMRI system,to improve data accuracy,and to provide guarantees for clinical diagnosis accuracy and appropriate selection of treatment plans.

magnetic resonance imaging;quality control;department of radiology;medical equipment

JIANG Nan
Department of Medical Engineering,Beijing Tiantan Hospital,Capital Medical University,Beijing 100050,China

R197.39

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.04.020

1674-1633(2016)04-0085-02

2015-06-12

作者郵箱：oliver500500@sohu.com