核磁共振成像系统的质量保证与质量控制

邓洁

1.芝加哥儿童医学院，美国 芝加哥；2.西北大学医学院 放射学系，美国 芝加哥

核磁共振成像系统的质量保证与质量控制

邓洁1,2

1.芝加哥儿童医学院，美国 芝加哥；2.西北大学医学院 放射学系，美国 芝加哥

专栏——影像设备的质量控制与测量

栏目主编：陈建锋（美国西北大学医学院，放射学系）

陈建锋教授于1985及1987年获上海同济大学应用物理学士及硕士学位，1994年获美国威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin-Madison）医学物理博士学位，其后在美国密西根大学（University of Michigan）就读博士后。1995年，加入德国西门子公司（Siemens）医疗部任高级研究员及高级资深研究员，从事医学成像系统和产品的研究与开发。2004年，加入美国凯瑟医学基金及医疗系统（Kaiser）担任医学辐射物理学家，教授放射物理学课程及管理医学成像系统，其中包括X射线、CT、 超声、核医学，以及磁共振成像设备。从2007年起，在美国西北大学（Northwestern University）任副教授，从事医学成像系统／设备研究与开发，以及成像系统的管理与临床支持。近年来在一些欧美国际及中国主要医疗仪器公司任技术顾问，指导医疗仪器产品的开发。有相关国际学术论文28篇，美国专利10项。现在是美国放射学会、美国医学物理学会会员。

本文概括介绍了核磁共振成像系统在安装前后和使用过程中实行质量测试的重要性和具体方法步骤。主要包括系统验收测试、日常检查、基本测试，以及年度系统评估。建立一个完整合理的质量保证、质量控制方案，并能按时全面执行这一方案，对于保证磁共振成像系统的高质、高效运行，提高临床和科研能力起到十分重要的作用。

核磁共振；验收测试；质量保证；质量控制；医学影像设备

核磁共振成像（MRI）是目前最先进的医学成像技术之一。人体内，原子在外加磁场下产生共振现象，吸收能量并释放信号成像。核磁共振成像系统主要由主磁场、梯度磁场、交变磁场，以及中心控制计算机组成。 对核磁共振成像系统建立科学有效的质量控制与保证方案，对于保证临床与科研设备的成像质量，精度和稳定性，以及系统的安全使用有着重要意义。随着MRI系统质量控制、质量保证方法的日益完善，本文主要参考 American College of Radiology (ACR)，Association of Physicists in Medicine (AAPM)制定的方法大纲和The Association of Electrical and Medical Imaging Equipment Manufactures (NEMA)建议的测试方法，旨在为MRI机构的医学物理学家和工程技术人员提供基本的测试概念、方法与验收标准。

1 团队组成

核磁共振质量控制与保证方案应由一个由放射科医生、医学物理学家和技术员组成的基本团队制定，监督并实施。

2 验收测试与质量保证（Acceptance Testing and Quality Assurance）

验收测试是核磁共振设备购买中的一个关键环节。一套完善的验收测试不仅能够建立系统性能的初始基线，而且能保证核磁共振成像质量符合生产商提供的技术指标，从而确保机器的正确安装和有效使用。大多数医院和影像机构仅依赖于生产厂商的安装调试来保障设备的正常性能和使用。然而，在设备安装前、后和投入使用前，由独立第三方或本机构医学物理学提供的验收测试将能更好地确保系统达到优化的性能指标。这样的验收测试通常包含较复杂的磁共振成像物理参数测量，应由专业的医学物理学家完成。在机器投入使用后，质量控制以验收测试的方法准则为基础，但较之简化。

表1 核磁共振区域4个分区

验收测试通常包括场地设计、屏蔽设计（磁场屏蔽和射频场屏蔽）、系统安全和操作系统检测，以及具体技术指标检测。以下章节将分别从这些方面进行具体描述。

2.1 场地设计

为确保核磁共振的使用安全，其场地设计应划分出安全区和建立严格的出入限制。人员应按工作性质设定不同的人员安全级别（分为1级和2级）。非磁共振安全人员包括：未经安全审查的患者，患者家属，参观者和工作人员。1级安全工作人员包括：放射科所有支持人员，患者及其家属，服务人员，基础设备人员，清洁人员等；2级安全工作人员包括：扫描技术人员，放射科医生，护士，麻醉科医务人员，紧急情况应变人员，工程技术人员等。各级别安全人员应通过年度核磁共振的使用安全课程测试和审查。根据ACR制定的安全大纲，核磁共振区域应被具备4个分区，见表1。

2.2 振动测试

建筑物的微振动可能会直接影响图像质量，因为振动产生的相位差将产生图像伪影。振动测试应在场地建筑基本完成后、磁共振系统安装前进行，以便于发现振动源并及时修复。这一测试应由第三方的专业声学工程团队完成并提供报告。医学物理学家也应在测量现场，并将报告结果与磁共振厂商提供的技术规范比较。如不符合，则应探测振动来源；如不能完全消除或减弱振动源，应对磁共振机器附加减震垫等。

除建筑物振动之外，磁共振系统本身也可能产生不可避免的机械振动，如通风系统，扫描床，松动的梯度线圈等。而且随着系统老化，振动也可能会更加明显，因此厂家提供的定期的维护检测必不可少。

2.3 屏蔽测试

磁场屏蔽包括静磁场屏蔽和射频场屏蔽。静磁场屏蔽指通过有效方法将主磁场强度限制在一定范围内从而限制强磁场向周围环境散布，而且也保护磁场不受外界因素干扰。最普遍的方法是在磁体周围或墙体中使用高饱和度的铁磁性材料，如钢板（无源屏蔽） 或是在主线圈外附加反向电流线圈，其产生的反向磁场可抵消主线圈产生的磁场（有源屏蔽）以达到屏蔽的效果。

从屏蔽设计阶段开始，磁场强度高斯线（G: Gaussian）应被绘制到系统和周边环境设计图纸中。其中，最重要的是5G 线，应尽可能的被限制在磁共振主磁室内。另一方面磁场也会受周围环境影响，附近的大型移动物体（电梯、车辆、装卸机等）将会影响磁场均匀性，因此这些装置应远离磁场。此外，磁共振附近的其他影像仪器对附近的磁场强度有不同的要求。如B超机、计算机断层扫描机（CT）、X光机（Radiography）应位于1G线以外； 荧光透视机（Fluoroscopy）、光子/单光子发射断层扫描机（PET/SPECT）应位于0.5G 线以外等。具体周围设备的磁场屏蔽设计要求可参照磁共振和其他周围设备厂商提供的具体要求。在系统通电后并投入使用前，医学物理学家应对整个磁共振环境中的磁场线进行测量，确保其分布于设计标准相同。最重要的是5G线，未经磁共振禁忌症检查的所有人（患者和医务人员等）不得进入5G线内，尤其对于带有心脏起搏器（cardiac pacemaker）和神经刺激器（Neurostimulator）者可能有生命危险，要格外注意。位于扫描室外的5G 线应明显标出警告线和警告牌。

射频场屏蔽（电磁屏蔽）目的在于减少磁共振系统的电磁场辐射，同时减弱其他电子设备发射出的电磁波对磁共振产生的影响。电磁屏蔽在墙体四周使用铜制护墙板，在窗户处使用铜网，以及安装特制的电磁防护门，从而保证磁共振扫描室电磁屏蔽的完整性。电磁屏蔽效能检测应在屏蔽层安装完毕并且磁共振系统安装前进行。检测电磁屏蔽需要具备射频发生器、放大器，传输和接收装置，频谱分析仪等。这种测试一般由厂家或负责屏蔽建设的团队完成。具体的测试方法为在屏蔽板的两边分别放置一个射频频率相同的发射天线和接收天线，接收的屏蔽后的信号与没有屏蔽板处（敞开的门）的信号进行比较。1.5 特斯拉 （T:Tesla）系统的屏蔽效能指标为100MHz≥100dB衰减。3.0T系统的屏蔽效能指标为150～170MHz≥100dB衰减。需要特别注意门窗、通道和制冷剂管等处是否达到屏蔽指标。在磁共振系统安装完成后应进行第二次电磁屏蔽测试。但是应保存系统安装前的电磁屏蔽测试结果作为验收测试的基线纪录，因为电磁信号衰减指数可能在系统安装后有所变化，与测试规范值不一致。

另外，大多厂家规定电磁屏蔽体与建筑之间的直流绝缘阻抗大于1 kΩ。为防止电磁屏蔽体与地线短路，可以在电磁屏蔽测试后在电磁屏蔽体和地线之间建立警报电路。

2.4 系统测试

系统性能测试分为基本系统功能和安全测试，主磁场系统、射频磁场系统、梯度磁场系统、全局系统性能和高级应用测试等。以下将分别具体介绍每个系统的测试方法以及AAPM 和 ACR合格指标。

2.4.1 基本系统功能及安全测试

基本系统检测包括安全系统（患者警报器，与控制台通信，扫描床移动控制，紧急停止按钮，紧急扫描床释放系统等）；机械系统（扫描床移动，精确定位和解锁，灯光和通风系统，核磁共振兼容造影剂电动注射器等）；扫描计算机操作系统（图像采集，重建，后处理，与其他工作站和存档系统间网络通信）；患者监测和用于图像采集同步的门控系统（脉搏，呼吸，心电图门控接口，二氧化碳监测等）。

应急系统的测试十分重要，必须在厂家技术服务人员现场下指导进行，其包括切断系统电源和消除超导磁场。消除超导磁场电路测试应完全由专门厂家技术人员进行，医学物理学家在场保存记录结果。

其他辅助设施，如患者监测器（心电仪、血氧浓度探测仪），造影剂电动注射器等，可由生物医学工程技术人员进行测试以保证其在磁场环境中自身的功能，同时其产生的电磁噪声不影响磁共振系统的图像质量。对一些在磁场室内使用的磁共振兼容设备，必须贴有磁共振安全标签；设备厂商规定的安全使用要求（主磁场强度、离磁场中心距离等）应被仔细查看。这些仪器的安全使用区（高斯线范围）应用地板标志标出以防止其被强磁场吸引。

完整的系统测试需要一系列不同几何形状和功能的水模。最基本几何形状包括球形和圆柱形。水模中应填充和人体组织电导率，T1、T2相似的液体或胶体，见图1。常规质量控制中用于头线圈、体线圈测试的水模和光谱测试水模一般由厂家提供。其他较复杂的用于验收测试和质量控制测试的水模可以购买得到。如ACR 制定的标准水模：圆柱形，长190mm、直径148mm；填充液体：10mM NiCl2，75mM NaCl。水模内部设计有网格，双交叉斜坡，高对比度等距孔格，低对比度物体探测，适用于ACR设定的标准质量控制测试大纲。

图1 系统测试需要的基本水模 和ACR 标准水模

2.4.2 主磁场测试

中心频率（Larmor frequency: v）： 测量中心频率随时间的变化可用于监测主磁场强度稳定性。不稳的磁场强度将影响信噪比、快速成像序列、谱成像序列等。理论上，v(MHz)=γ·B0(T)，B0为主磁场 (单位为特斯拉Tesla ), 氢原子旋磁比 γ= 42.57 MHz/T。

测量方法：扫描均匀球形水模，使用自旋回波序列，由预扫描得到中心频谱并纪录中心频率。验收测试时记录的中心频率可作为将来质量控制的基准。

合格标准：超导磁体在安装后的1～2月内可能会出现较大的中心频率漂移（1ppm/d，ppm : part per million）。稳定后中心频率漂移每天应少于 0.25ppm/d。

非超导磁体也可能存在由温度变化导致的中心频率漂移，因此应保持室温并在验收测试过程中多次测量评估频率漂移幅度。

磁场均匀度（Field Homogeneity）：在一定测量体积中主磁场强度的变化幅度。磁场均匀度是影响图像质量的重要指标之一。不均匀的磁场将造成图像变形，信号不均匀及不均匀脂肪压制等图像伪影。主要有以下3种方法测量磁场均匀度。

测量方法1：频谱法。扫描均匀大直径的球形水模。使用预扫描或磁共振波谱预扫描功能得到中心频谱，测量中心频峰的半高全宽值（Full Width at Half Maximum,FWHM）。

此种方法的优点在于快速并易于取得，但其局限于扫描平面和方向的任意测量，并且测量标准依赖于被测量水模的直径。

测量方法2：相位法。扫描均匀大体积球形水模。采集两次回波时间（TE: echo time）不同的梯度破坏回波序列（TE1=35ms, TE2=30ms），分别重建出相位图像并相减得到相位差图像（）。在相位差图像的每一个像素上，计算得到磁场不均匀值。

对所有像素上的ΔB0计算，得到最大磁场不均匀值ΔB0max和均方根ΔB0RMS。

此种方法要求系统具备重建相位图像和相位展开（phase unwrapping）功能，其优点在于能够在任意扫描平面和方向上进行测量。

合格标准：在直径大于35cm球体上，一般成像系统ΔB0RMS<0.5ppm, 使用快速平面回波序列（EPI）和谱成像（spectroscopy）序列的系统RMS<0.1ppm。

测量方法3:频宽差法。这种方法利用比较不同频宽条件下得到的图像变形来计算主磁场均匀。假设在某一点x的磁场B(x)是主磁场B0和局部不均匀磁场ΔB(x)的叠加:B(x) =B0+ΔB(x)。那么，由ΔB(x)在x点造成的的几何变形为x'=x+ΔB(x)/Gx，其中，Gx为x方向上的梯度磁场，梯度磁场与读出频宽成正比关系为 。若使用很小频宽（BW1<20Hz/pixel）， Gx1≈ΔB(x)，则 x1'≠ x;若使用较大频宽（BW2>500Hz/pixel），Gx2›› ΔB(x)，则 x2'≈ x。将不同频宽图像中同一点的位置相减得到位移：

在实际操作中，两次测量的变形位移测量（x1'- x2'）。可将通过等中心点的两点间距离进行相减得到。需要注意的是，读出频宽的变化仅仅影响频率编码方向的变形位移。因此，可以转换频率和相位编码方向然后重复以上测量。频宽差法是基于假设图像的几何变形仅仅由主磁场B0的不均匀引起的，而由梯度磁场非线性可能引起的变形应被排除。因此，使用频宽差法要求梯度磁场之前经过正确校准，并尽量在等中心点进行测试。

如果以上方法均难以实行，也可通过厂家提供的磁场均匀度分布图和对磁场非均匀性进行实时校正的匀场系数报告进行评价。

2.4.3 梯度磁场测试

梯度磁场系统的质量控制对于保证图像质量和快速成像序列的使用起到关键作用。

几何精度和线性测量：影响几何变形的主要因素包括梯度磁场非线性和主磁场不均匀性。偏离等中心点处主磁场会愈加不均匀，成像应尽量在等中心点处进行扫描。线圈本身的物理局限性，特别是先进的短孔大孔径设计也会在线圈边缘产生非线性梯度磁场。验收测试应评估图像的几何精度。

测量方法：扫描具有均匀网格间距的水模并且网格各向长度已知，如ACR水模。使用T1加权自旋回波序列在3个主要扫描平面（横断面、冠状面和矢状面) 进行多层扫描,扫描层面分别位于等中心点（0cm）和非等中心点（6cm、15cm、21cm）。并分别对3个扫描平面进行以下测量。

（1）距离精度和几何变形测量：比较网格纵向和横向总长度的测量值（Dm）和实际值（Da）。 在每个测量平面和方向上，计算几何变形（GD：Geometry distortion）百分比：

（2）线性测量：在每个方向上测量网格间距长度（dm）的变化系数（CV:coefficient of variation）:

（3）合格标准：GD<2%，CV<2%。

涡流效应：快速的梯度磁场切换会产生涡流电流，并由此产生瞬态磁场，此瞬态磁场与原梯度磁场方向相反。附加的涡流磁场将破坏理想梯度磁场的形状，不利于快速、超快速成像序列（EPI）和光谱成像序列的使用。大多数系统利用“主动屏蔽”梯度线圈对涡流磁场进行补偿，即使用2个相反绕向的同心线圈，外层线圈产生的磁场抵消2个线圈外的磁场，从而保持内层线圈磁场的线性。同时，在梯度磁场放大器中加入预增强梯度从而抵消涡流磁场对梯度波形产生的影响。涡流效应的测量要求复杂的测量工具和步骤，一般由厂家提供涡流磁场校准结果。但是，用户也可通过EPI伪影测试、快速自旋回波图像、离散加权EPI图像变形等独立评估涡流效应。

2.4.4 射频磁场测试

射频增益校准：准确的射频发射增益确保产生准确的脉冲回转角（flip angle）和中心频率，准确的射频接收增益保证良好的信号采集动态范围，避免前置放大器饱和。采集具有最小层间隔图像，观察是否出现中心拉链伪影（zipper artifact） 或幻影伪影（ghost artifact），这些伪影的产生均可能与射频磁场的校准或硬件有关。

测量方法1：使用均匀球形水模，运行自旋回波或梯度回波序列。首先记录系统自动预扫描得到的增益，然后进行手动预扫描。比较自动与手动预扫描得到的发射和接收增益是否一致。

测量方法2：重复采集梯度回波序列（TR>T1）但使用不同脉冲回转角（20°、 50°、 80°、 90°、100°、130°、160°、180°）。观察信号强度变化是否随着脉冲回转角的变化呈现出正弦变化（90°时最大，180°时最小）。

射频发射稳定性：不稳定的射频发射将会导致图像伪影，减低信噪比和图像均匀性等。一般由厂家提供射频稳定性测试（X、Y、Z方向上的强度、频率和相位稳定性），应满足厂家预定的规范标准。

2.4.5 射频磁场及梯度磁场综合测试

层厚：层厚（ z）决定于梯度磁场强度（G）和读出带宽（BW）： z = BW/（γG）。不精确的层厚将会影响空间分辨率、信噪比，产生部分容积效应等。层厚的准确性主要决定于梯度磁场的线性，射频磁场的脉冲波形，均匀性和稳定性等。

测量方法：使用自旋回波序列扫描具有倾斜面的水模，斜面与采集面的夹角为Φ，扫描层厚为5mm。图像采集面得到的斜面FWHM信号长度(L)与实际层厚(D)间的关系为：D = L·tan(Φ)。若使用ACR水模。其中建有1对交叉倾斜面，已知斜面的斜率为10:1。假设测量得到的2个斜面FWHM长度为L1和 L2，可得到测量层厚为：

D = 0.2×(L1×L2)/(L1+L2)

合格标准：测量的层厚于实际层厚相差不超过10%。

此外，层厚的具体测量方法、层定位精度与跨层干扰的测量将在3.2 ACR年度质量控制部分具体描述。

2.4.6 全局系统性能测试

全局系统性能测试包括信噪比、图像均匀度、层位、层厚、层间隔精度、空间分辨率、对比度、伪影、线圈测试等。ACR在年度质量控制测试大纲中具体描述了这几项测试的方法和合格标准（参照3.2 ACR年度质量控制部分）。

信噪比（SNR）：信噪比是评价图像质量的一个重要指标，与许多因素有关，如采集序列、层厚、 像素大小、带宽、使用的线圈种类、回波时间、重复时间、激发次数等。在验收测试中，测量SNR的方法除了参照ACR质量控制手册之外，也可使用系统自带的信噪比测量软件并与国家提供的规范值比较，或者参考NEMA 建议的信噪比测量方法。

NEMA测量方法：扫描均匀水模，在同一位置重复采集2次，将两副图像相减得到差值图像 。在差值图像上测量感兴趣区域（覆盖75%图像面积）的平均信号强度(-S)和信号标准差(σ)，计算得：

其中，σbkg为图像背景信号（噪音）标准方差。

信噪比测量应在基本的头线圈、体线圈、多通道相位控制线圈的3个主要扫描方向（横断面、冠状面和矢状面）上进行，从而作为将来质量控制的基础参照。

2.4.7 高级系统测试

这部分测试主要针对快速平面回波序列和谱成像序列的测试。

3 快速平面回波序列

快速平面回波被广泛应用于离散加权成像，灌注成像和脑功能成像等重要诊断方法。目前，没有统一的快速平面回波序列质量控制标准。用于普通序列的测量指标，如几何精度和变形，伪影、信噪比都可用于快速平面回波序列的基本测试。另外，测量信号稳定性和幻影伪影信号比在此序列的质量控制中也十分重要。单次快速平面回波序列是一种特殊的快速成像方法，所有相位编码在1次激发后完成。相位编码方向不断累计的相位差将产生幻影伪影（称为N/2 ghosts 或 Nyquist ghosts）。如扫描区（FOV）范围接近于物体大小，伪影将与图像重叠。此外，此序列对于磁场不均匀、偏共振效应和涡流效应十分敏感，因而容易产生图像严重变形。因此，快速平面回波序列的验收测试将侧重于幻影伪影和几何变形的测量。

3.1 N/2伪影强度

3.1.1 测量方法

单次激发快速平面回波序列扫描均匀球形水模（直径10～15cm）。参数如下：FOV = 24cm （FOV应足够大避免伪影与主图像重叠），层厚（thickness） = 5mm，采集矩阵（matrix）=128×128，BW= 100kHz。

3.1.2 信号测量

测量水模中心（Sc）、伪影区（沿相位编码方向：Sg1，Sg2）、背景噪声区（沿频率编码方向：Sb1, Sb2）的平均信号强度，计算伪影信号比（GSR: Ghost Signal Ratio）：

3.1.3 合格标准

GSR <3%。

3.2 几何变形与位移

3.2.1 测量方法

图像采集方法同上；此外在同等扫描平面采集自旋回波图像作为没有变形的标准图像。

3.2.2 信号测量

在所得圆形图像上测量：①沿频率编码方向上直径（Lx）；② 沿相位编码方向的直径（Ly）；③ 变形图像的最大直径（Ld）。计算得出变形系数 = |Ld-Lx|/Lx；压缩或扩大系数= |Ly-Lx|/Lx。此外，测量自旋回波图像和快速平面回波图像两幅图像在相位编码方向上的位移（δy）, 从而计算位移系数= |δy|/Lx。

3.2.3 合格标准

以上测量值均<4%。

3.3 信号稳定性

3.3.1 测量方法

描均匀球形水模（直径10～15cm）。连续运行血氧水平快速平面回波序列（BOLD-EPI）10min。参数如下 ： TR=4000-5000ms，TE=50ms，FA=90°，thickness=5mm，matrix = 128×128，150 次（大约10min）重复采集。测量信噪比随时间的变化幅度。

3.3.2 合格标准

变化范围 1%～4%，变化系数（coefficient of variation）<0.25%。

4 光谱测试

磁共振光谱测试需要特定的光谱水模，由一系列与人体组织成分相似的化学元素组成。较普遍的谱序列序列（Point Resolved Spectroscopy，PRESS ) 或（Stimulated Echo acquisition Mode，STEAM）在单个感兴趣体积（Volume of Interest，VOI）上采集光谱数据。光谱测试应包括VOI定位精确性和光谱质量测试。

4.1 VOI定位精确性

首先，在其他常规图像中设定光谱数据采集点并存为截图，之后再使用谱定位序列采集该VOI的图像。比较两幅定位图像，VOI位置差不超过±1mm。

4.2 光谱质量测试

测量方法：将光谱水模置于头线圈中心，在水模中心设定1个2cm×2cm×2cm的VOI，采集光谱数据：PRESS TE=30ms，TR=1500ms，16次采集，水信号压制和不压制各采集1组数据。经处理后可以得出每个化学元素光谱的峰宽和峰高。水压制谱中的萘乙酸（NAA）或 醋酸盐（acetate）峰的FWHM应小于2.0ppm。同时，可以测量每种代谢元素峰的信噪比(峰高或峰宽与基线信号方差比)。然而信噪比的测量可能受多种因素的影响，如采集序列和参数的不同，代谢元素的浓度和T1、T2值等，因此通常使用厂商提供的标准光谱水模，序列以及相应的扫描和后处理步骤进行质量测试并与厂商的规格标准进行比较。

5 使用过程中的质量控制 （Quality Control）

ACR 制定的质量控制手册要求申请ACR核磁共振认证的机构必须建立并执行日常质量保证和年度质量测试。

5.1 日常质量控制测试

日常质量测试应每周或每日进行1次。由磁共振技术员完成记录并向医学影像物理学家及时报告测量偏差，以便及时发现系统误差。首先，检验系统基本状态，如扫描床、显示器、操作台、扫描室门窗射频屏蔽完整性、患者监测、通讯装置、安全设备、制冷剂消耗等。

系统全局性能测试包括纪录中心频率、几何精度、高对比度分辨率、低对比度分辨率、 伪影分析等。

测量方法：

（1） 将ACR水模放置于头线圈中。水模上的“鼻”和“下颚”标记与实际扫描中的头部方向一致。水模中心的黑色标记与线圈中心对应并用于定位，从而使水模置于磁场等中心点。使用水平基准工具调整水模水平面和垂直面。

（2）沿水模中线扫描一层矢状定位面。扫描参数如下：TR=500ms，TE= 20ms，FOV=25cm，层厚 /间隔 =20/0mm，NEX=1，matrix = 256×256，BW= 15kHz，扫描时间为56s。然后定位扫描11层横截面T1加权自旋回波图像，见图2，扫描参数基本同上，不同的是层厚/间隔=5/5mm, 扫描时间=136s。

在预扫描过程中记录中心频率和接收增益。中心凭率漂移不可超过 96Hz（1.5T）；192Hz（3.0T）。

图2 ACR水模图像；基于矢状定位面的11层横截面定位

（3）在得到的11层横截面图像上进行基本数据测量：① 几何精度(图3）。测量矢状面高度和横截面第5层直径，所有测量值与实际值的差不超过2mm。② 高对比度空间分辨率（图4）。在第1层横截面上，放大图像2～4倍。分别在上、下和左、右方向上记录能清晰分辨出4个孔格的格大小作为空间分辨率测量。在2个方向上，最小应达到1.0mm的空间分辨率。③ 低对比度探测(图5）。在第8～11层横截面上，每层含有10个径向辐条，每个辐条具有3个孔。在每一层上，沿顺时针方向计数能看到所有3个孔的辐条数量，得到总数。合格标准定为1.5T系统，至少9个辐条可见；3.0T系统，至少37个辐条可见。

图3 ACR水模图像；矢状面高度和第5层横截面直径测量。

图4 ACR水模第1层横截面图像，用于高对比度空间分辨率测量。

图5 ACR水模第11层横截面图像，用于低对比度探测测量。

5.2 年度质量控制测试

年度测试由医学影像物理学家完成并负责审核每一个季度的日常质量控制报告。年度测试的复杂度介于日常质量测试和验收测试之间。主要包括磁场均匀度、层位精度、层厚精度、主要射频线圈检查、跨层干扰和显示器检测。其中，磁场均匀度在验收测试中已有具体描述，以下部分将具体介绍ACR年度质量控制测试方法及标准。所有图像采集和测量均使用ACR标准水模,水模定位和扫描位置与日常质量测试相同，扫描序列除了T1加权自旋回波外还包括T2加权双回波时间自旋回波序列，其参数如下：TR=2000ms，TE= 20/80ms，FOV=25cm，层厚 /间隔 = 5/5mm，NEX=1，matrix = 256×256，BW= 15kHz，扫描时间＝536s。

5.2.1 层位精确度

测量方法：在层1 和层11的T1和T2加权图像上分别测量左、右两个竖栅的长度差，见图6。

合格标准：所有长度差应小于5mm。可能导致不合格的因素有操作错误，扫描床定位，梯度磁场误校准，主磁场不均匀。

图6 ACR水模第1层横截面图像，用于层位精确度测量。

5.2.2 层厚精确度

测量方法：在层1 的T1加权图像上，首先放大并调整图像亮度和对比度使用于层厚测量的交叉斜面信号清晰可见,在2个斜面信号上分别用举行ROI测量信号强度，计算得到均值。如果2个斜面信号强度相差大于20%，则应重新测量。然后降低显示窗位（window level）至1/2的平均斜面信号强度，同时设置最低显示窗宽（window width）。 基于此调整好对比度的图像中，测量上、下2个斜面信号的长度L1和 L2(图7)，可计算得测量层厚为：

D = 0.2×(L1×L2)/(L1+L2)

合格标准：测量层厚与期望的层厚5mm的误差不超过0.7mm。可能导致不合格的因素有射频放大器非线性，梯度磁场误校准，层定位不精确。

图7 ACR水模第1层横截面图像，用于层厚精确度测量。

5.2.3 射频线圈检测

体积线圈（正交头线圈）的检测应包括信噪比（SNR），图像均匀性百分比（Percent Image Uniformity）、信号伪影百分比（Percent Signal Ghosting）。

测量方法：用ACR T1序列扫描ACR水模, 记录预扫描射频放大器增益。在T1加权图像的均匀层7，首先用较大的ROI 覆盖大约80%的水模范围测量得平均信号值(Smean)，见图8。 再分别将较小的ROI (大约100mm2）置于80%覆盖区域内测量最大信号值(Smax)与最小信号值(Smin)，以及水模以外的背景区测量噪声信号(Sb)与噪声方差(σb)，沿相位编码方向测量伪影信号(Sg)。根据以下公式计算各项指标：

合格标准：PIU >90% (1.5T)；PIU >82% (3.0T)；PSG<3%。

图8 ACR水模第7层横截面图像，用于体积线圈信号测量。

表面线圈通常测试3个主要线圈：体线圈、脊柱线圈和膝线圈。

测量方法：用ACR T1序列扫描大体积水模，记录预扫描射频放大器增益，并对线圈各组成部分或线圈组合测量最大SNR，见图9。在水模图像区用小ROI (大约100mm2) 测量最强信号强度(Smax)，然后测量水模以外背景噪声信号方差(σb)，计算得SNRmax= Smax/σb。注意纪录测量地点以便与今后的测量比较。同时，应观察图像均匀性和伪影。

图9 大体积水模图像，用于表面线圈信号测量。

5.2.4 跨层干扰检测

测量方法：使用自旋回波，快速自旋回波和梯度回波序列在ACR水模上采集多层图像，以第7层为中心，层厚5mm。重复采集4次，每次使用不同层间隔，分别为0mm、0.5mm、1mm 和 5mm。测量不同层间隔图像的信噪比差异。

合格标准：当层间隔从100%（5mm）降低到0%（0mm），信噪比减低不超过20%。可能导致不合格的因素有射频放大器校准，射频脉冲设计等。

5.2.5 显示器基本检测

使用亮度计测量控制台和工作站显示器的亮度参数。调整图像显示区的窗宽和窗位至最小，使图像显示区达到均匀最亮状态。使用亮度计测量4个角和中心的亮度，计算得出4个角的平均亮度及图像显示区的亮度差百分比为%difference = 200×(Lmax-Lmin)/( Lmax+Lmin)。其中，Lmax和Lmin为图像显示区4个角和中心的最大和最小亮度测量值。

合格标准：最大亮度测量值应大于90Cd/m2， 四个角亮度与中心亮度差小于30%。

6 总结

本文总结概括了目前实用的核磁共振系统质量检测和质量控制的测量方法、工具和评估方法。系统安装过程中的场地规划和验收测试是核磁共振系统安全高效运转和质量保证的关键一步，需要由专业的医学影像物理学家与厂商场地技术人员，以及建筑团队紧密合作完成。验收测试的结果应被完整保存作为日后系统运作评价的基线。在日常的临床使用中，每日或每周做系统功能检查和基本质量测试，并及时向厂商现场服务人员和医学影像物理学家报告出现的误差，这不仅有利于及时发现和解决问题，并能减少系统停机时间。医学影像物理学家每季度应审查日常质量控制文档，并记录校准修复系统所采取的措施。此外，专家还将进行较全面的年度系统测试，如果年度测试报告显示任何系统缺陷，应及时采取措施以确保系统的高质、高效使用。厂商在售后还应定期进行预防性维护，每次预防性维护检测到的系统缺陷及采取的修复改善措施应被完整纪录和保存。

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Quality Assurance and Quality Control in Magnetic Resonance Imaging System

DENG Jie
1.Children's Memorial Hopital, Chicago USA;2. Department of Radiology, Northwestern University, Chicago USA

This article introduced the concept and procedures of quality assurance (QA) and quality control (QC) in Magnetic Resonance Imaging (MRI) system during its installation and routine clinical uses. It is mainly focused on system acceptance testing, daily system check and QC test and annual system performance testing. It is important to build a comprehensive and accurate QA/AC program in a MRI facility, and the exact implementation of this program will essentially improve the quality and efficiency for both clinical and research studies using the MRI techniques.

magnetic resonance imaging; acceptance testing; quality assurance; quality control;medical inaging equipment

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.07.002

1674-1633(2011)07-0013-08

2011-07-04

作者邮箱：JDeng@childrensmemorial.org