胡先玲 王 芳 劉 燕 李佳戈 尹訓(xùn)濤 王 健 李傳明

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)設(shè)備是臨床放射科或影像中心的高端影像設(shè)備之一，在醫(yī)學(xué)診療中發(fā)揮著不可替代的重要作用[1]。醫(yī)學(xué)影像成像技術(shù)與成像系統(tǒng)的質(zhì)量控制(quality control，QC)是獲得高質(zhì)量的醫(yī)學(xué)圖像及確保醫(yī)學(xué)影像符合診斷標(biāo)準(zhǔn)的前提，也是確保每一個(gè)磁共振檢查者的生命安全以及疾病得到及時(shí)診斷的根本保障[2-3]。磁共振性能參數(shù)檢測是MRI設(shè)備QC工作的重要內(nèi)容，美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)會(huì)(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)[4]、美國放射學(xué)會(huì)(The American College of Radiology，ACR)[5]等組織，對MRI設(shè)備的一些性能參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和測試方法提出了要求，建立了驗(yàn)收監(jiān)測和性能狀態(tài)檢測的技術(shù)指標(biāo)。國家衛(wèi)生行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“醫(yī)用磁共振成像(MRI)設(shè)備影像質(zhì)量檢測與評價(jià)規(guī)范”(WS/T263-2006)[6]、國家食品藥品監(jiān)理管理局發(fā)布的“醫(yī)用成像磁共振設(shè)備主要圖像質(zhì)量參數(shù)的測定”(YY-T0482-2010)標(biāo)準(zhǔn)[7]。這些標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)地規(guī)定了MRI檢測需要的體模要求和參數(shù)設(shè)置，而常見的MRI性能測試體模有Magphan SMR 170體模、Victoreen體模以及ACR體模[8]。其中，Magphan SMR 170體模和ACR體模使用最為廣泛。MRI的QC主要指標(biāo)有信噪比[9]、影像均勻性[10]、層厚[11-12]、空間分辨率[13]、偽影及幾何畸變等。為此，本研究采用Magphan SMR 170體模和ACR體模對MRI設(shè)備的主要指標(biāo)進(jìn)行測試。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與材料

(1)體模。采用Magphan SMR 170體模(美國模體實(shí)驗(yàn)室)和ACR體模(美國放射學(xué)會(huì))對MRI性能進(jìn)行測試，測試中執(zhí)行ACR 2015標(biāo)準(zhǔn)、國家衛(wèi)生行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(WS/T263-2006)和醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(YY-T 0482-2010)的相關(guān)規(guī)定。

(2)檢測設(shè)備。選取西南地區(qū)41家醫(yī)院的MRI設(shè)備，包括聯(lián)影、朗潤、東軟、成都奧泰、寧波鑫高益和深圳安科6個(gè)國產(chǎn)廠家各場強(qiáng)的6種型號，以及西門子、飛利浦和通用電氣3個(gè)進(jìn)口廠家各場強(qiáng)的7種型號，總計(jì)41臺磁共振機(jī)器，其中有3臺設(shè)備由于指標(biāo)檢測信息缺失未納入統(tǒng)計(jì)，故實(shí)際統(tǒng)計(jì)為38臺，見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備信息表

1.2 測試方法

Magphan SMR 170體模和ACR體模的數(shù)據(jù)由相同的測試參數(shù)和計(jì)算方式獲得，同一設(shè)備的兩種體模測試時(shí)間間隔≤30 min。①ACR體模掃描參數(shù)：自旋回波(spin echo，SE)序列，層數(shù)為11層，層間距為5 mm，重復(fù)時(shí)間(repetition time，TR)500 ms，回波時(shí)間(echo time，TE)20 ms，像素帶寬130 Hz，層厚5 mm，矩陣256×256，視野250 mm，激勵(lì)次數(shù)1(場強(qiáng)≥3.0 T)或2(1.0 T＜場強(qiáng)≤1.5 T)或3(場強(qiáng)≤1.0 T)；②Magphan SMR 170體模掃描參數(shù)：層數(shù)為4層，層間距20 mm，其余與ACR體模相同。

研究人員測量了相應(yīng)的MRI的QC指標(biāo)，包括信噪比、影像均勻性、空間分辨率、層厚、偽影和幾何畸變率等。為了分析兩種體模檢測結(jié)果的優(yōu)劣，基于R Project統(tǒng)計(jì)分析軟件開發(fā)了不同的相關(guān)性模型和回歸模型。

2 結(jié)果

2.1 兩種體模不分場強(qiáng)的檢測結(jié)果

ACR體模和Magphan SMR 170體模測試得到的信噪比、影像均勻性、層厚、空間分辨率、偽影及幾何畸變各指標(biāo)結(jié)果的分布如圖1所示，所有數(shù)據(jù)按照Magphan SMR 170體模結(jié)果降序排列。

圖1 不分場強(qiáng)時(shí)各指標(biāo)分布圖

圖1顯示，信噪比和影像均勻性在Magphan SMR 170體模所測結(jié)果降序排列時(shí)，在ACR體模的結(jié)果并未呈現(xiàn)出相應(yīng)的下降趨勢。ACR體模下的信噪比值集中在470，影響均勻性集中在0.95?？臻g分辨率、幾何畸變率、層厚和偽影在兩種不同體模的測量結(jié)果表現(xiàn)趨勢大致相同。

采用皮爾遜相關(guān)性檢驗(yàn)對兩種體模的6個(gè)指標(biāo)相關(guān)性進(jìn)行分析，其層厚、空間分辨率、偽影和幾何畸變率均通過了相關(guān)性檢驗(yàn)，其結(jié)果見表2。

表2 Magphan SMR 170體模與ACR體模各指標(biāo)的皮爾遜相關(guān)性檢驗(yàn)

采用線性回歸對層厚、空間分辨率、偽影和幾何畸變率4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析，其結(jié)果見表3。

表3 各指標(biāo)線性回歸結(jié)果

表3顯示，層厚和偽影具有較強(qiáng)的相關(guān)性，其R2達(dá)到了0.74和0.66。層厚、空間分辨率、偽影和幾何畸變率4個(gè)指標(biāo)的4個(gè)線性回歸方程結(jié)果分別為：

2.2 兩種體模分場強(qiáng)的檢測情況

場強(qiáng)為0.35 T、0.5 T和3.0 T時(shí)，Magphan SMR 170體模測試得到的信噪比大多處于50以下，1.5 T信噪比偏高。而ACR體模得到的信噪比值隨著場強(qiáng)的提高而增加，這和實(shí)際情況更吻合(場強(qiáng)越大，信噪比越高)。Magphan SMR 170體模測試得到的影像均勻性較ACR體模的分布分散，層厚值在2個(gè)體模測試結(jié)果中表現(xiàn)都較為平穩(wěn)。對于偽影，場強(qiáng)為0.5 T時(shí)，偽影表現(xiàn)得最為分散，且偽影值在兩種體模下都較高。不考慮0.5 T場強(qiáng)時(shí)，場強(qiáng)越高，偽影值越小。對于幾何畸變率，ACR體模標(biāo)準(zhǔn)下，場強(qiáng)越高，則幾何畸變率越低。而Magphan SMR 170體模測試結(jié)果顯示，0.5T時(shí)的幾何畸變率最高，其余場強(qiáng)的幾何畸變率值分布均勻。不同場強(qiáng)下各指標(biāo)的檢測結(jié)果分布情況如圖2所示。

圖2 分場強(qiáng)時(shí)各指標(biāo)分布圖

通過統(tǒng)計(jì)分析軟件，計(jì)算出同一指標(biāo)在不同場強(qiáng)下兩種體模測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)方差(見表4)。

表4顯示，對于信噪比和空間分辨率，其檢測值于Magphan SMR 170體模標(biāo)準(zhǔn)下更穩(wěn)定；層厚在0.5 T時(shí)，Magphan SMR 170體模檢測結(jié)果更穩(wěn)定，其余場強(qiáng)下ACR體模檢測結(jié)果更穩(wěn)定；其余指標(biāo)在各個(gè)場強(qiáng)下，穩(wěn)定性相同。不同場強(qiáng)下Magphan SMR 170體模與ACR體模檢測值相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果見表5。

各指標(biāo)在場強(qiáng)為1.5 T時(shí)的線性回歸分析其結(jié)果見表6。

表6 1.5 T場強(qiáng)下指標(biāo)線性回歸相應(yīng)分析結(jié)果

表4 同一指標(biāo)在不同場強(qiáng)下兩種體模測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)方差

表5 不同場強(qiáng)下Magphan SMR 170體模與ACR體模各指標(biāo)相關(guān)性檢驗(yàn)值

因此，得到信噪比、影像均勻性、層厚、偽影、幾何畸變率和空間分辨率各指標(biāo)在1.5 T場強(qiáng)下的線性回歸方程結(jié)果分別為：

并得到層厚和空間分辨率在0.35 T場強(qiáng)下通過線性回歸檢驗(yàn)的線性回歸方程結(jié)果分別為：

空間分辨率于0.5 T場強(qiáng)時(shí)，也通過了線性回歸檢驗(yàn)，得到線性回歸方程結(jié)果為：

3 討論

Magphan SMR 170體模符合AAPM Report 28于1990推薦的技術(shù)要求，能滿足對磁共振的軸向面、冠狀面及矢狀面成像性能的檢測，允許測試者將測試板或立方體側(cè)面更改為三維結(jié)構(gòu)[14]。ACR體模節(jié)省了寶貴的MRI時(shí)間—約每周30 min、每年26 h，也能夠兼容大多數(shù)MRI設(shè)備[15-16]。

本研究通過這兩種MRI性能測量體模對各種型號的MRI設(shè)備進(jìn)行測量，利用相關(guān)性檢驗(yàn)和回歸分析，發(fā)現(xiàn)信噪比與影像均勻性在兩種體模下的表現(xiàn)不存在線性相關(guān)性，出現(xiàn)如此差異的原因與兩種體模的內(nèi)部構(gòu)件和信噪比計(jì)算方式有關(guān)。Magphan SMR 170體模測試的結(jié)果采用內(nèi)部信號與背景信號差值與內(nèi)部信號標(biāo)準(zhǔn)差的比值作為信噪比的結(jié)果，而ACR體模標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的是內(nèi)部信號值與背景信號標(biāo)準(zhǔn)差的比值作為信噪比的結(jié)果。

在測量影像均勻性時(shí)，Magphan SMR 170體模是采用溢流層影像內(nèi)若干大小相同的較小的感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)的最大值最小值計(jì)算，而ACR體模是通過調(diào)節(jié)窗寬、窗位找到溢流層影像內(nèi)信號最大和最小的區(qū)域，再采用若干較小ROI的最大值最小值來計(jì)算。從影像均勻性計(jì)算方式來看，ACR體模的標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)苛，得到的數(shù)據(jù)具有更好的QC作用。其他的數(shù)個(gè)指標(biāo)，兩種體模測試的結(jié)果都具有一定的相關(guān)性，表明兩種體模的數(shù)據(jù)一致性好，均可作為QC的有效手段。其中，Magphan SMR 170體模有4個(gè)層面的4個(gè)方向共16個(gè)層厚測量模塊，在測量層厚時(shí)具有更高的精度，并且可以通過各個(gè)模塊和方向的層厚不均勻性衡量層厚測量的穩(wěn)定性和有效性。ACR體模只有一個(gè)層厚測量模塊，無法衡量測量結(jié)果的穩(wěn)定性和有效性。在測量分辨率時(shí)，ACR體模可以同時(shí)測量X軸方向和Y軸方向，而Magphan SMR 170體模需要改變編碼方向單獨(dú)測量另一個(gè)方向的分辨率，且更耗時(shí)；但ACR體模只有1.1 mm、1.0 mm和0.9 mm三種分辨率，而Magphan SMR 170體?？梢詼y量到的分辨率范圍為0.45～5 mm，具有更高的精度。

本研究在對各場強(qiáng)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行信噪比測試時(shí)Magphan SMR 170體模的結(jié)果在1.5 T時(shí)值最大，而ACR體模的結(jié)果隨著場強(qiáng)增加而增大，這和實(shí)際情況更符合。相關(guān)性分析時(shí)，僅在1.5 T時(shí)，各指標(biāo)通過相關(guān)性檢驗(yàn)，這是因?yàn)槠渌麍鰪?qiáng)采集的設(shè)備數(shù)量太少，最多只有6臺，而1.5 T有24臺。究其原因是1.5 T的MRI設(shè)備的價(jià)格適中，可滿足臨床診斷需求，是目前各醫(yī)療機(jī)構(gòu)主流的設(shè)備；而1.5 T以下的設(shè)備雖然價(jià)格便宜，其圖像質(zhì)量僅能滿足一部分臨床需要，正逐漸被淘汰；同時(shí)，3.0 T設(shè)備雖然提高了圖像質(zhì)量和診斷準(zhǔn)確率，但其價(jià)格高昂，且診斷率的提高也有限，不會(huì)作為一些經(jīng)費(fèi)有限的醫(yī)療機(jī)構(gòu)的首選設(shè)備。

4 結(jié)論

Magphan SMR 170體模和ACR體模在測量層厚、空間分辨率、偽影和幾何畸變率4個(gè)指標(biāo)時(shí)具有較好的一致性，均可作為QC的有效手段。在1.5 T場強(qiáng)下，所有指標(biāo)均存在線性相關(guān)關(guān)系。Magphan SMR 170體模的信噪比、空間分辨率和0.5 T層厚檢測值更穩(wěn)定，ACR體模除0.5 T外其他場強(qiáng)的層厚檢測值更穩(wěn)定。其余指標(biāo)在各個(gè)場強(qiáng)下，兩個(gè)體模的穩(wěn)定性相同。

Magphan SMR 170體模在測量層厚和空間分辨率具有更高的精度但較耗時(shí)；ACR體模在測量信噪比和影像均勻性具有更優(yōu)的QC意義且耗時(shí)短。因此，可根據(jù)QC不同的目的選擇不同的體模。在日常QC時(shí)，為節(jié)省時(shí)間可選擇ACR體模作為檢測工具；在每周或者更長周期的QC時(shí)，可選用Magphan SMR 170體?；蛘呓Y(jié)合ACR體模作為檢測工具。