高萬河 趙艷瓊 潘文哲

3.0T MRI系統(tǒng)圖像質(zhì)量控制檢測

高萬河①趙艷瓊②潘文哲③*

目的：探討3.0T磁共振成像(MRI)系統(tǒng)圖像質(zhì)量控制情況。方法：應(yīng)用美國模體實(shí)驗(yàn)室制造的Magphan SMR170磁共振性能模體檢測美國GE公司Discovery MR 750型3.0T MRI系統(tǒng)的信噪比(SNR)、圖像均勻性、低對(duì)比度分辨率、空間分辨率、線性度及層厚質(zhì)量控制情況，并運(yùn)用公式SNR=(S中-S外)÷SD中、U∑=(1-×100%、線性度=×100%、層厚=半高寬×0.25分別對(duì)SNR、圖像均勻性、線性度及層厚進(jìn)行計(jì)算，以評(píng)估3.0T MRI系統(tǒng)質(zhì)量控制情況。結(jié)果：3.0T MRI系統(tǒng)的SNR為105，圖像均勻性達(dá)99.13%，低對(duì)比度分辨率5 mm/0.5 mm，空間分辨率6 LP/cm，線性度達(dá)0.89%，層厚偏差0.6 mm，全部指標(biāo)均能夠達(dá)到檢測標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)論：采取檢測3.0T MRI系統(tǒng)SNR、圖像均勻性、分辨率、線性度及層厚偏差的方法，能夠較為準(zhǔn)確獲知磁共振設(shè)備的性能情況，有助于確保其長期處于理想的運(yùn)行狀態(tài)。

磁共振成像；信噪比；分辨率；質(zhì)量控制；模體

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)增強(qiáng)掃描檢查在注射造影劑的作用下能夠有效提高組織與組織、組織與病變之間的圖像質(zhì)量，有效增強(qiáng)疾病病灶診斷率，尤其是針對(duì)微小病灶的診斷及定性存在良好的應(yīng)用價(jià)值，故在臨床中逐漸得到廣大醫(yī)生的信任[1-2]。 隨著醫(yī)療技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，MRI設(shè)備逐漸發(fā)展成一種醫(yī)學(xué)影像學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)，并且在近幾年來得到不斷地推廣和應(yīng)用[3-4]。隨著MRI軟件技術(shù)及硬件平臺(tái)得到進(jìn)一步的改進(jìn)，其在臨床醫(yī)學(xué)中的作用越發(fā)重要，而MRI設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與其質(zhì)量控制水平密切相關(guān)[5-6]。此外，推行質(zhì)量控制模式后，能夠使得MRI設(shè)備的可靠性及安全性得到顯著改善，并且在獲取準(zhǔn)確的運(yùn)行數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，能夠獲取較佳的圖像質(zhì)量，有助于減少設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種風(fēng)險(xiǎn)[7]。為此，本研究通過SMR170模體以檢測3.0T MRI信噪比(signal noise ratio，SNR)、圖像均勻性、分辨率、線性度及層厚質(zhì)量控制情況。

1 資料與方法

1.1 儀器與材料

(1)設(shè)備選擇：美國GE公司，Discovery MR 750型3.0T系統(tǒng)。

(2)器材選擇：由美國模體實(shí)驗(yàn)室制造的MRI性能檢測模體Magphan SMR 170。

1.2 檢測方法

1.2.1 操作前準(zhǔn)備

由于設(shè)備于運(yùn)輸及貯存期間可能會(huì)發(fā)生體模內(nèi)少量氣泡附著于設(shè)備內(nèi)部檢測零件的情況，因此應(yīng)在檢測操作前盡可能除去氣泡，以排除其對(duì)各成像檢測層面操作過程產(chǎn)生干擾等情況。

1.2.2 定位操作

將模體固定于診斷床的頭部線圈底座處，選擇水平尺以調(diào)整模體方向。待模體方向調(diào)整合適后，安裝接收線圈；經(jīng)激光定位后觀察體模的中心位置，并選擇進(jìn)床鍵將體模送至磁體中心處，并記錄掃描信息和設(shè)定合適的掃描參數(shù)。

1.2.3 掃描操作

經(jīng)三平面定位像掃描操作，若體模放置位置合適，則其正方形左右側(cè)的短線條為對(duì)稱分布，左右水平，長短相同；否則，需要進(jìn)行再次定位像掃描操作，適當(dāng)進(jìn)行掃描角度的調(diào)整，必要時(shí)可二次擺位操作。之后，對(duì)模體不同測試層面的橫斷位進(jìn)行掃描，其掃描位置如圖1所示；其前三層橫斷位圖像如圖2所示。

圖1 橫斷位掃描定位示圖

圖2 前三層橫斷位掃描示圖

1.3 環(huán)境要求與掃描參數(shù)

(1)室溫要求在20～23 ℃；相對(duì)濕度在45%～65%；電源電壓為350～400 V。

(2)通過飽和恢復(fù)自旋回波成像脈沖序列，回波時(shí)間(echo time，TE)為30 ms，重復(fù)時(shí)間(repetition time，TR)為500 ms，矩陣為256×256，視野(field of view，F(xiàn)OV)為24 cm×24 cm，一層掃描層厚為5 mm，采集次數(shù)為1～2次，接收帶寬為158 Hz/Pixel。

1.4 檢測指標(biāo)及計(jì)算方法

1.4.1 SNR

在第二層橫斷位的圖像中心位置選擇一個(gè)＞2/3正方形面積的圓形感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)，測量其噪聲(SD中)及信號(hào)強(qiáng)度(S中)；于正方形外圍作4個(gè)ROI，測量其背景信號(hào)強(qiáng)度平均值(S外)；其計(jì)算為公式1：

測量過程中遇ROI內(nèi)存在較大的偽影則不宜作SNR檢測[8]。

1.4.2 圖像均勻性

在第二層橫斷位中的正方形內(nèi)部作9個(gè)面積均約為200 mm2的ROI，并對(duì)所有ROI信號(hào)強(qiáng)度(S)進(jìn)行登記，其計(jì)算為公式2[9]：

式中Smax表示ROI信號(hào)強(qiáng)度的最大值，Smin表示ROI信號(hào)強(qiáng)度的最小值。

1.4.3 分辨率

此分辨率主要研究其空間分辨率。于第四層橫斷位內(nèi)部調(diào)整至最小窗寬，并適當(dāng)調(diào)整窗位以獲取較佳的圖像細(xì)節(jié)，并經(jīng)視覺判斷其圖像中可分辨清晰的線對(duì)數(shù)最大值，即為空間分辨率。

1.4.4 線性度

于第四層橫斷位圖像中對(duì)其相位編碼方向(Y)及頻率編碼方向(X)的小孔間距進(jìn)行檢測，同時(shí)分別與20 mm、40 mm及80 mm進(jìn)行對(duì)比，其計(jì)算為公式3

式中LM為所測距離；LR為實(shí)際距離。

1.4.5 層厚

于第一層橫斷位中的4個(gè)斜置帶圖像周圍各選取一個(gè)面積為200 mm2的ROI，對(duì)測量所有ROI的S值，分別記為S1、S2、S3及S4。接著將窗寬調(diào)為1，并調(diào)整窗位至所有斜面成像消失，成像消失時(shí)的窗位即為斜置帶圖像的最大值為L1、L2、L3及L4。調(diào)整其窗位值分別為S1與L1、S2與L2、S3與L3、S4與L4二者之和的1/2，對(duì)檢測所有斜置帶圖像的寬度及平均值，最終得出半高寬值，層厚的計(jì)算為公式4：

2 結(jié)果

本研究各項(xiàng)檢測指標(biāo)中的“測量標(biāo)準(zhǔn)”按照SMR170模體說明書所示。

2.1 3.0T MRI系統(tǒng)SNR及圖像均勻性的檢測情況

設(shè)備SNR檢測值為105，圖像均勻性檢測為99.13%，二者均能達(dá)到要求，見表1。

表1 3.0T MRI系統(tǒng)SNR及圖像均勻性的檢測情況

2.2 3.0T MRI系統(tǒng)低對(duì)比度分辨率及空間分辨率的檢測情況

設(shè)備的低對(duì)比度分辨率為5 mm/0.5 mm，空間分辨率為6 LP/cm，二者均能達(dá)到要求，見表2。

表2 3.0T MRI系統(tǒng)低對(duì)比度分辨率和空間分辨率的檢測情況

2.3 3.0T MRI系統(tǒng)線性度及層厚偏差的檢測情況

設(shè)備的線性度為0.89%，層厚偏差為0.6 mm，二者均能達(dá)到要求，見表3。

表3 3.0T MRI系統(tǒng)線性度及層厚偏差的檢測情況

3 討論

對(duì)MRI質(zhì)量控制與管理研究最早出現(xiàn)于美國，而我國醫(yī)院雖已推行對(duì)MRI的研究，然而卻過多關(guān)注于MRI技術(shù)的應(yīng)用與故障維修方法等，也有部分醫(yī)院只停留在MRI顯示的圖像對(duì)基本診斷不產(chǎn)生影響的看法，則較少出現(xiàn)有關(guān)對(duì)其狀態(tài)及指標(biāo)檢測的控制與管理等研究[10]。

MRI系統(tǒng)主要包含射頻場、制冷系統(tǒng)、強(qiáng)磁場、梯度場、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及低溫超導(dǎo)環(huán)境等方面，其組成、成像原理及技術(shù)等較為復(fù)雜[11-12]。故在其運(yùn)作期間，會(huì)因其各種危險(xiǎn)因素而對(duì)其圖像質(zhì)量問題造成一定的影響，而降低其診斷的可靠性及準(zhǔn)確性，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起臨床漏診或誤診的情況出現(xiàn)[13]。所以，規(guī)范性地采取對(duì)其質(zhì)量控制指標(biāo)檢測，以獲得較佳的運(yùn)作狀態(tài)則顯得尤為重要。

MRI技術(shù)質(zhì)量控制指標(biāo)以SNR、圖像均勻性、空間分辨率、線性度及層厚偏差為主，同時(shí)在檢測期間亦需對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量控制，如模體搬運(yùn)或貯存期間容易產(chǎn)生氣泡而粘于設(shè)備內(nèi)部測量儀器上[14]；設(shè)備測量過程及設(shè)備貯存條件需在固定環(huán)境下操作。因此，掃描前應(yīng)當(dāng)使氣泡去除干凈，避免其對(duì)成像檢測結(jié)果產(chǎn)生影響；掃描期間應(yīng)當(dāng)按照SMR170模體說明書指示的要求設(shè)置合適的掃描參數(shù)，如層厚、掃描序列、接收帶寬及矩陣等各方面，同時(shí)于性能檢測期間應(yīng)當(dāng)選擇自旋回波成像脈沖序列；定位掃描期間，可能會(huì)出現(xiàn)模體定位圖像左右不對(duì)稱的情況，此時(shí)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)調(diào)整定位以獲得左右均一的圖像；掃描完成后，適當(dāng)調(diào)整圖像窗寬、大小及窗位情況，同時(shí)按照其檢測方法計(jì)算各參數(shù)值。

臨床中對(duì)SNR的檢測及計(jì)算主要有兩種方法。

(1)計(jì)算公式是SNR=SI÷SD，其中，SI指ROI的平均信號(hào)強(qiáng)度，SD則指相同ROI其S值的標(biāo)準(zhǔn)差，其檢測方法中的ROI需為均一成分，否則測出的S值的標(biāo)準(zhǔn)差無法表示隨機(jī)噪聲情況[15]。故此種方式較少應(yīng)用，但醫(yī)學(xué)工程師在設(shè)備保養(yǎng)或維修期間，通過體模進(jìn)行掃描時(shí)的應(yīng)用較為常見。

(2)計(jì)算公式是SNR=SI組織÷SD背景，其中，SI組織指組織某ROI中S平均值，SD背景則指背景信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差，此種測量方式即在圖像相位編碼方向上視野內(nèi)部組織外某ROI，且ROI不宜在偽影下進(jìn)行檢測。但是，從MRI計(jì)量檢定規(guī)程上看，SNR即指(S’—S’’)與SD的比值，其中，S’指圖像中心位置所測的S值，S’’指附近環(huán)境范圍所測的S值，SD指中心位置的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差。在對(duì)SNR的計(jì)算過程中，不同的計(jì)算方法其所測結(jié)果亦會(huì)有所不同。本研究實(shí)驗(yàn)則選擇MRI計(jì)量檢定規(guī)程的計(jì)算方法以測出SNR值。

本研究結(jié)果顯示，3.0T MRI系統(tǒng)的SNR為105，圖像均勻性達(dá)99.13%，空間分辨率是6 LP/cm，線性度達(dá)0.89%，層厚偏差0.6 mm，其全部指標(biāo)均能夠達(dá)到檢測標(biāo)準(zhǔn)?？梢?，通過體模以檢測MRI各參數(shù)的質(zhì)量控制情況，采取科學(xué)的技術(shù)規(guī)范及檢測方法，能夠測出達(dá)到檢測標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

采取檢測3.0T MRI系統(tǒng)SNR、圖像均勻性、空間分辨率、線性度及層厚偏差的方法，能夠較為準(zhǔn)確獲知MRI設(shè)備的性能情況，有助于確保其長期處于理想的運(yùn)行狀態(tài)。醫(yī)院通過定期或不定期的形式以推行對(duì)MRI系統(tǒng)的質(zhì)量控制檢測操作，能夠有效維護(hù)參數(shù)的可靠性及準(zhǔn)確性，亦能夠獲得較佳的運(yùn)作條件，最終有助于控制醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步提高醫(yī)療水平。

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The detection of quality control for image quality of 3.0T MRI/GAO Wan-he, ZHAO Yanqiong, PAN Wen-zhe//China Medical Equipment,2017,14(7):59-62.

Magnetic resonance imaging; Signal noise ratio; Resolution; Quality control; Phantom

Department of Interventional Medicine, Baoji People's Hospital, Baoji 721000, China.

高萬河,男,(1983- ),本科學(xué)歷，主管技師。寶雞市人民醫(yī)院介入科，從事影像設(shè)備及其配套設(shè)備的操作、維護(hù)及保養(yǎng)工作。

2017-02-18

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.07.015

1672-8270(2017)07-0059-04

R445.2

A

①寶雞市人民醫(yī)院介入科 陜西 寶雞 721000

②寶雞市人民醫(yī)院采供科 陜西 寶雞 721000

③寶雞市人民醫(yī)院設(shè)備科 陜西 寶雞 721000

*通訊作者：978423946@qq.com