磁共振成像设备的验收测试与质量保证程序（一）

河北大学附属医院 放射科，河北 保定 071000

磁共振成像设备的验收测试与质量保证程序（一）

赵建喜

河北大学附属医院 放射科，河北 保定 071000

磁共振成像设备向来以其结构复杂、功能强大且对工作环境要求极高而闻名。为保证磁共振成像设备的正常运行，医院需要为其建设专用场所，并执行细致的使用前和使用中质量控制策略。本文主要针对磁共振成像系统的安装后验收步骤，阐述在该阶段需要执行的质量控制测试，以及相应的技术手段和验收标准。

磁共振成像系统；质量控制；安装验收；磁场

1 简介

本文的目的在于帮助医学工程师和医学物理师明确磁共振成像（MR）设备的验收测试策略和质量保证程序。由于世面可供选择的MR系统种类繁多，而每款系统又同样有着大量的配置选择，因此本文的目的并非是树立一个明确的标准，而是给相关的实际测试提供建议，使得这些测试能够由有资质的医学工程师和医学物理师能够独立或在MR系统供应商的保修人员协助下进行[1]。本文为医学工程师和医学物理师推荐了用于MR系统的通用质控测试策略，讨论了测试体模的有效性和制备问题，并列举了几项关键测试，为其中每项提供了建议程序以及验收标准[2-3]。

在医院中，医学工程师和医学物理师应当尽早参与MR系统的采购、安装和检测工作，而且越早越好。理想状态下，医学工程师和医学物理师应当为以下工作提供建议和意见：MR系统的招标参数设置和审核、决策制定、设备场地规划和建设及电磁（RF）屏蔽系统的建设和测试。除MR设备的验收和质控等实际工作之外，医学工程师和医学物理师还应当协助制定MR设备的工作参数及检测验收标准，并审核售后服务合同条款。

相对其他医学成像设备，MR系统对于工作环境的要求较为严格，也比较独特，其中包括场所安全、振动、磁场屏蔽及电磁干扰屏蔽等。医学工程师和物理师应当仔细考察MR工作场地的规划，并参考生产商提供的装机建议，制定决策。

目前，各医院使用的MR系统验收测试的严格程度差别较大，部分医院聘请生产商的安装和服务人员根据首位病人的检查结果进行验收测试，也有部分医院采用更为严格的验收流程和标准[4]。与此同时，MR检查在临床使用中的角色转变也在促使MR使用和管理者重新评估先前和当前的验收测试和质量保证程序。越来越多的医学影像中心开始使用MR图像数据进行治疗计划制定（包括外科手术以及放疗的空间定位）或在介入性操作中进行实时导航。上述应用均需要更好的MR成像质量，因此需要MR系统的质控操作更频繁、更严格，以保证足够高的图像空间分辨率。

MR技术正在日趋多样化，开始为医护人员提供包括高精度解剖图、功能性成像以及核磁共振谱图在内的各种信息，因此在购置MR系统、确定招标参数，以及制定MR系统的验收标准、质控流程时，应当考虑到使用单位的具体要求，因为使用某些特定功能可能需要在某些验收和质控参数上进行更为严格的控制[5]。例如，在使用高速成像或核磁共振谱图功能的MR系统中，其磁场均一度、涡流校正等标准均应控制得更为严格。

医学工程师和物理师应当全程参与并监控MR系统的场地准备和设备安装流程。首先，MR系统对工作场所的规划要求很高，场地建设方面的纰漏很可能导致MR系统成像结果中出现伪影，因此医学工程师和物理师需要与场地建筑工人、电磁场安装工人以及MR系统安装工人进行频繁交流。同时，医学工程师和物理师应当根据实际需要，对在建的MR工作场所进行验收测试，以保证建筑质量。

作为安装流程的最后一步，验收测试是决定买方是否认可生产商和供货商提供的产品和服务的决定一步。通常情况下，MR系统的购买合同中常常列明验收测试的内容，因此在该文件中应当写明所有需要验收的重要部件（包括所有电磁线圈、成像模式、扫描脉冲序列、图像处理流程、网络连接及图像打印功能）及重要功能参数（比如磁场均一性）的验收标准。医学工程师和物理师可以参考内容完整的MR系统购买合同，并根据实际的功能需要，来定制验收测试以及后续质量控制测试的相关内容。

2 MR系统预安装验收测试

2.1 振动水平测试

大多数MR系统供应商会针对使用者的使用场地情况，并结合MR系统的具体型号，以频率函数的形式给定可接受的瞬态和稳态振动水平。如果实际操作中振动水平超过上述标准，则会出现难以消除的信号相位伪影，从而影响诊疗效果。由于在设备安装固定后，分辨上述问题并对其进行调整会非常困难，医学工程师和物理师应当在MR系统安装前就对振动问题进行测试，并寻找可能的解决方案。

由于目前MR系统的设计为了缩小体积并提高患者舒适程度而不断采用更小更轻的磁体（这种磁体对振动的敏感度比之前有所提高），因此振动问题对于MR系统的供应商而言日趋重要。目前应很多MR系统的供应商的推荐或要求，医院雇佣独立第三方声学工程师对工作场地所在建筑物振动水平进行测试。

对建筑物的振动测试应当包括在3个相互垂直的方向上进行瞬态和稳态的振动测试。医学工程师和物理师应当参与到这项测试之中，并评估振动水平是否符合MR系统供应商的要求。上述测试应当包括在MR系统的验收测试和质控测试中。

若建筑物的振动水平超出MR系统的承受范围，医院需要排除可能的原因，以保证MR系统的正常运行。医院可以采取的措施包括：确认振动源，在MR系统下加设缓冲垫或在振动源下加设缓冲垫。

然而，即便MR系统通过了安装验收测试，仍旧有可能由于外界振动而导致伪影的出现，例如大型换气系统的排气扇组扇叶平衡性出现问题。因此，在MR系统的使用过程中，如果出现相位伪影，且此伪影无法通过系统校正或更换零部件消除时，工程师应当再次进行振动水平分析，以确认MR系统工作环境的振动水平，找出振动源，并排除其影响。

除外部振动外，MR系统内部也会产生振动源。患者扫描床的机械装置会随着自身老化而逐渐产生额外振动，尤其是在扫描婴儿、儿童等体重较轻的患者时。另外，由于梯度线圈旋转而产生的振动可能会导致梯度线圈、电磁线圈或其他零部件与扫描装置之间的连接松弛，从而导致在高速扫描过程中产生“白点”等现象。上述问题均可通过工程师的日常维护进行排查。

2.2 电磁屏蔽测试

MR系统就在其本质而言，是一种非常敏感的电磁波接收器，能够接受频率在10～150 MHz、振幅在毫伏级别的电磁波信号。在这个频率范围内，周围环境中存在大量不同的干扰电磁波，因此MR系统通常自带电磁屏蔽设施[6]。由于电磁屏蔽设施是MR的正常组件之一，因此质控工作人员需要针对该设施进行全面测试。

电磁屏蔽设施本质上是一个包裹MR系统的法拉第屏蔽罩。该屏蔽设施一般包括墙壁、天花板和地板中的铜板、窗口的铜丝网及特殊设计的电磁屏蔽门（该门关闭时，可维持完整的电磁屏蔽）。大多供应商会以特定频率电磁波的衰减系数（单位为分贝）为表征量，以量化屏蔽系统的性能。例如，对于1.5 T或以下的MR系统，屏蔽性能的验收标准一般为100 MHz平面电磁波的100 分贝衰减（对于3.0 T的系统，测试频率一般会提高至150～170 MHz）。此外，MR系统电磁屏蔽设施通常需要与地面绝缘。

上述检测标准需要在MR系统实际安装前达标。因此，必要的测试应当在电磁屏蔽设施完工之后，MR系统安装和MR室施工完成之前，由电磁屏蔽设施供应商执行。

电磁屏蔽性能的具体流程如下[7]：在屏蔽设施的一侧使用天线在预定的频率上发送测试电磁信号，并在另一侧另一个天线接收该信号，然后计算接收信号相对于原始信号的衰减程度。该流程需要的硬件设施包括电磁波发生器、信号放大器、两根调谐天线及一台频谱分析仪，通常由拥有这些硬件的电磁屏蔽设施供应商或独立承包商来执行。

医学工程师和物理师应当参与到电磁屏蔽设施的全面测试中。他们应确保屏蔽设施的薄弱区域都能够通过测试，并根据测试结果绘制全房间的衰减指数图。屏蔽设施的薄弱区域通常包括屏蔽门、屏蔽窗及制冷剂管道、通风通道、MR系统间连接等需要进出屏蔽的部位。若MR房间未使用干式自动灭火系统，那么电磁屏蔽测试应在自动灭火系统管道充水的状态下进行。医学工程师和物理师需要获取测试的具体结果而不仅仅是一份合格证书，并将该结果保存在质量控制档案中。

上述测试的一个常见问题在于，该测试是在MR系统安装之前完成的。而在安装MR系统的过程中，施工方通常需要将屏蔽系统的一部分拆除，以便安装MR系统，然后将屏蔽系统装回。在装回屏蔽组件的过程中，很多细微的误操作可能导致该组件与地面短路，从而破坏屏蔽系统的整体性，降低电磁屏蔽效果。而且该问题难以在早期发现，只能根据MR系统安装完成后首次扫描结果中出现的电磁噪音信号进行判断。基于以上原因，电磁屏蔽供应商通常会在屏蔽系统上附带电子报警系统，该系统一端连在屏蔽系统上，另一端接地。如果屏蔽系统与地面短路，则该报警系统将形成回路，并给出报警信号。

医院建设方应当在MR系统安装和MR房间施工完成后，再次进行电磁屏蔽测试。在这种情况下，MR系统安装前的屏蔽效果标准将不适用于此次测试，而且通常会有所降低，例如MR系统安装前能对100 MHz电磁波达到100分贝衰减的屏蔽系统，在安装MR系统后可能只能达到85分贝的效果。

3 MR系统安装后的验收测试流程

一旦MR系统安装完成，并由供应商的现场服务人员完成校正工作，医学工程师和物理师就应当尽快对其进行质量验收测试。由于当代的MR系统功能强大且结构复杂，通常拥有至少5种扫描序列，能够在任何平面（包括斜面）上进行成像，而且配有至少10个电磁线圈，因此该测试很可能会非常繁琐。同时，该测试还需要MR系统具有一定的图像处理功能，以针对合适的MR体模进行扫描成像。基于以上原因，医学工程师和物理师需要分析在该测试中要纳入哪些测量项目、使用何种体模及快速获取和分析图像数据的方法。

3.1 磁场边缘绘图

MR系统磁体通电后，工作人员需要对磁体的边缘磁场进行测量，根据测量结果绘制该磁场在建筑物内的分布，并将所得结果与MR系统供应商提供的磁场分布模拟结果进行比对。工作人员尤其需要注意标出5 高斯以上的磁场范围，该磁场强度会干扰心脏起搏器或神经刺激装置的正常工作，因此佩戴上述设备的患者禁止进入该区域。另外，工作人员也应当在所有必要的位置放置明确的警示信息。

测量磁场强度最常用的方法是使用手持式磁场计，利用霍尔效应探头确定磁场的强度和方向。MR系统供应商通常配有磁场计，医学工程师和物理师可以利用这些设备，在保证定位准确、校准精确并操作规范的情况下独立地测定磁场强度。

3.2 体模

通常情况下，MR体模都是注入液体的球形或圆柱形物体。在磁场强度低于2 T时，体模中注入的液体通常是顺磁性物质的水溶液，用以将纵向弛豫（T1）时间降低至200～500 ms，将横向弛豫（T2）时间降低至150～300 ms。另外，体模溶液中也可以加入适当浓度的NaCl，以保证溶液的电解质浓度与人类体液相似[8-9]。通过以上操作，体模对MR扫描的反应应当与人类阻值相似。

MR扫描体模中常用的两种溶液为：① 3.6 g NaCl与1.25 g无水硫酸铜或1.96 g五水硫酸铜，溶于1 L水；②10 mmol/L氯化镍与75 mmol/L NaCl溶液。其中第二种溶液使用氯化镍的优势在于，氯化镍是顺磁性材料，可以降低T1弛豫时间对温度的相关性。

MR体模有一定的尺寸限制，最常用的是与人头部或腹部相仿的球形或柱状体模（用以测试MR系统的信噪比、信号均一性及成像重影）或含有待测标识物的柱状体模（用来测试扫描层厚度及间隔、空间精确度、高对比分辨率及低对比目标辨识度）。

目前超高场MR系统（≥3 T）在临床上的使用逐渐增加，对于这些MR系统，传统的注水体模并非质量控制测试的最优选择，注油体模往往更加适合。其原因包括由于扫描频率的增加而造成的电磁穿透和介电效应。如果坚持使用注水体模进行超高场MR系统的相关测试，工作人员需要适当调整各项测试的验收标准，尤其是电磁场均一性测试。

3.3 MR系统配件

由于MR系统结构复杂，可选功能数量巨大（包括不同的扫描序列、电磁线圈、信号和网络接口、图像处理软件等），对其所有的配件列明清单进行管理是一项非常必要但也非常困难的任务。在安装MR系统时，供应商通常会提供给医院一份配件清单，其中包括每个部件的型号、序列号、版本以及生产日期等。

3.4 通用检查

3.4.1 机械系统检查

机械系统的检查内容包括：① 工作台运动以及对接/断接机制；② 工作台定位精确度；③ 磁体通道通风和照明；④ 图像分析和显示选项功能；⑤ 图像存储、打印和网络共享功能。

上述许多检查项目可以通过直接观察进行。对工作台运动和对接等机械性能的评估可以通过观测工作台能否准确平缓地完成运动；对磁体通道通风和照明情况的评估可以通过目测进行；工作台定位精确性可以通过对比载重工作台实际运动距离与MR扫描结果中运动距离来判断；图像分析和显示性能，包括距离和角度测试、轮廓扫描、成像区域信号统计、三维成像等，可以在系统验收流程中进行测试；图像存储和网络共享功能则应结合PACS系统进行测试。

3.4.2 应急系统检查

MR系统通常会配备多种安全组件，这些组件均应进行质量控制测试。通常情况下MR系统会有3种不同级别的应急方案：第一个级别的方案是切断对电磁线圈和梯度场设备的电力供应；第二个级别是切断整个MR系统的电力供应，包括永磁体的冷却装置；第三个级别则是对永磁铁进行消磁。对第三级别应急方案的测试应当由供应商的专业人士进行，医学工程师和物理师应当在场，以确认和记录该测试的结果。医学工程师和物理师在对应急方案进行测试时，应当邀请供应商工程师在场提供支持。

3.4.3 病人监控系统、麻醉系统、门控系统以及MR兼容注射器

MR系统通常具有一套“病人警报”系统（控制台上的气动装置）和一套患者-操作人员通信系统，这两套系统均应当在MR系统正常运行时进行功能测试和验收。同时，如果MR系统配备有闭路电视管控系统，该系统也应当进行验收测试。

使用超导磁体的MR系统通常会安装一套氧气监测系统，用于检测由于制冷剂泄漏而导致氧气含量降低的现象。医学工程师和物理师需要负责该系统的质控和验收。在具体操作时，工作人员可以通过使用水蒸气熏蒸氧气探测器的手段来降低探测器局部的氧气含量，从而检查探测器的功能。需要注意的是，该操作可能激活警报系统，从而关闭MR系统的部分组件功能，因此在进行该操作前需要针对可能的风险咨询供应商的相关人员。

很多先进的MR系统配置了能与MR系统兼容的病人监控、麻醉以及注射系统。其中病人监护系统可以独立运行，也可以与MR操作系统相连接，并向后者提供包括心电数据等生理信号。工作人员可以使用生理信号模拟器来测试上述数据交互功能。而对于病人监护装置本身功能的测试，则应当由医学工程师负责。需要注意的是，部分病人监护装置包括的磁性部件，会被MR系统的静态场和梯度场所影响，因此在测试其功能时应当保证MR系统的其他部件都处于正常工作的位置与状态。

即便不包括病人监控功能，大部分MR系统也会布置有ECG、脉搏血氧饱和度、呼吸功能检测等装置，为心血管和腹腔成像提供门控信号。医学物理师需要针对上述功能进行测试，以判断其功能是否正常、准确。

在检测配备上述组件的MR系统时，工作人员需要注意这些“周边”组件产生的电磁干扰对MR系统的影响。工作人员可以首先关闭所有“周边”组件，并测试MR系统扫描结果的信噪比，然后将所有“周边”组件逐个打开，并调制正常工作状态后再测定信号信噪比。确定并消除“周边”组件中可能存在的电磁干扰源可以有效降低使用过程中的宕机时间。

如果MR系统配备有上述“周边”组件，那么在调试MR系统时，医学工程师和物理师应当将磁场强度调高至允许范围的上限。与此同时，工作人员还需要注意防止磁场对这些“周边”组件产生不利影响。

[1] 朱岩．磁共振成像仪器相关研究[D]．上海:华东师范大学,2012．

[2] 刘英豪,于源．关于磁共振系统图象质量控制技术的探讨[A]．中华医学会医学工程学分会第一次医学影像设备应用技术研讨会[C]．辽宁,1997．

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[5] 孟炯,齐云秋,王斐斐．高场磁共振成像仪安装的经验与教训[J]．中国医疗设备,2011,26(4):60-61．

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Acceptance Tests and Quality Assurance Program of MR Device (1)

ZHAO Jian-xi
Department of Radiology, Affiliated Hospital of Hebei University, Baoding Hebei 071000, China

MR (Magnetic Resonance) system has been well known for its complicated structure, powerful functions and stringent requests on working conditions. To ensure normal functions of MR system, hospitals and health facilities should establish working rooms for these instruments, and in the mean time demonstrate pre- and intra-use quality control protocols. In this paper, the installation acceptance inspections were analyzed, with quality control test contents, strategies and criteria’s raised.

magnetic resonance system; quality control; installation acceptance inspection; magnetic field

R445.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.09.004

1674-1633(2013)09-0012-04