功能磁共振成像专用体模的研制

2013-07-31张健倪萍陈自谦

中国医疗设备 2013年11期

关键词：体模倪萍伪影

张健 ,倪萍 ,陈自谦

1. 南京军区福州总医院 a.医学工程科；b.医学影像科，福建福州 350025 2. 第四军医大学生物医学工程学院，陕西西安 710032

功能磁共振成像专用体模的研制

张健1a,2,倪萍1a,陈自谦1b

1. 南京军区福州总医院 a.医学工程科；b.医学影像科，福建福州 350025 2. 第四军医大学生物医学工程学院，陕西西安 710032

目的研究一种非液体介质的功能磁共振成像专用体模，用来克服扫描过程中液体晃动对质量控制检测结果的影响。方法选用六水合氯化镍（NiCl2·6H2O）、叠氮化钠（NaN3）、氯化钠（NaCl）、琼脂粉等进行特定配比，制作功能磁共振成像专用体模。结果测试结果表明，各项检测性能指标优于常规体模，较好地克服了液体晃动造成的信号漂移，并对伪影的抑制也有较为明显的效果，达到了预期目的。结论自制的专用体模能客观反映设备稳定性能，可应用于功能磁共振检查前设备性能的评估。

磁共振仪；功能磁共振成像；专用体模；时间稳定性；质量控制检测

功能磁共振成像技术作为近些年发展起来的新技术，使磁共振成像从单一的组织形态学研究发展到形态与功能相结合的系统研究。血氧水平依赖功能磁共振成像（BOLD-fMRI）通过检测血氧水平变化引起信号的微弱变化来体现脑组织的功能活动。通常信号变化幅度只有2%～3%，只有保证系统的稳定性，才能保证功能磁共振成像的可靠性，这就使得功能成像比常规磁共振成像对设备有更高的要求[1-4]。功能磁共振的梯度系统工作在切换率很高的环境，快速切换的巨大涡流产生洛伦兹力、使检查床的床面发生振动，而常规的水模又是液体介质，势必因晃动导致无法真实评估设备的性能。因此，研制一种适合功能磁共振成像质量控制检测体模来克服介质晃动的影响，是有较大意义的。

1 材料和方法

1.1 材料

选用六水合氯化镍（ NiCl2·6H2O）、叠氮化钠（NaN3）、氯化钠（NaCl）、琼脂粉、蒸馏水为制作材料，其中加入少量的 NaCl，增加模拟射频磁场在头部作用时的传导性[5-7]。对选材精细配比，使其具有和人脑灰质相近的 T1和 T2弛豫时间。

1.2 制作方法

（1）制作内径为 12.5 cm、高 21 cm 的绝缘材料制成圆柱形容器。

（2）准备 2 个容量为 1L 的烧杯，分别注入等量的蒸馏水后，再注入 NiCl2·6H2O、NaN3、NaCl，配制成溶液。

（3）用油浴锅加热两个烧杯直至溶液沸腾，再将准备好的琼脂粉放入烧杯中溶解。不同的琼脂浓度所测量的T1和 T2弛豫时间不同，浓度越大，时间越短。

（4）按照一定的时间间隔将烧杯中的混合物进行滤渣和搅拌，直至没有浮渣，生成均匀清亮的液体。这一步要保证足够的时间。

（5）将加热完成的液体倒入自制的容器中，沿着容器壁倒入，以免引入空气。倒入完毕后，采用负压吸引的方法进行排气，旋紧容器盖。至此体模配制完毕。

2 检测结果

2.1 检测设备

检测设备采用 GE 1.5T 磁共振仪，8 通道头线圈；测量对象为常规体模和自制专用体模。

2.2 弛豫时间T2的测定

采用 FSE 序列，用相同的 TR和不同的 TE时间重复多次扫描，其他参数选择，见表1。所有测量数据均来自同一套设备，力求做到减少系统误差。测量数据，见表2。

表1 其他测量参数的选择

表2 测量得到的数据

对表2测量得到的数据，采用最小二乘法线性拟合，得到 T2=68.3 ms。

2.3 稳定性测量

同样采用 GE 1.5T 磁共振、8 通道头线圈、Mean Curve软件对球模进行测量，成像序列参数选择，见表3。

表3 时间稳定性测量序列参数

Mean Curve 软件计算信号稳定性的公式：

(1)式中 diff表示每幅图像感兴趣区（ROI）信号相对于参考图像的差异，img[i]为第 i幅图像信号 ROI值，img_ ref为参考图像信号 ROI 值；(2)式中 stability 为稳定性。Mean Curve 软件测量结果，见图 1 和表 4。

图1 （a）是新沟通MeanCurve软件测量的ROI选取；（b）是Matlab软件测量的ROI选取。

表4 两种体模ROI信号时间稳定性测量的结果

用 Matlab 软件计算信号稳定性的公式：

(3)式中 diff定义同 (1)，(4)式给出了稳定性的定义，即计算 diff的平均值。Matlab 软件对两种体模对信号的漂移量测量结果，见图2。

图2 （a）常规体模拟信号漂移量；（b）专用体模拟信号漂移量

N/2 ghost伪影（由磁场不均匀和梯度涡流引起）测量的结果，见图3。

图3 （a）常规体模N/2ghost伪影；（b）专用体模N/2ghost伪影

3 讨论

利用 OriginPro 9.0 软件对以上结果进行t 检验，比较两种体模是否有显著差异，见表 5～7。

表5 信号漂移量数据的描述

表6 信号漂移量均值的T检验结果

表7 信号漂移量方差的F检验结果

通过对比以上两种体模研究的结果，两种体模信号漂移量的均值和方差的差异具有统计学意义。从各项指标来看，专用体模达到了预期目的，较好地克服了液体晃动造成的信号漂移，并对伪影的抑制也有较为明显的效果。尽管如此，因为条件的限制，该体模还有需要改进的地方，如在材料配方、制作方法以及分析测量的方法上有很大的研究空间。

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Development of Dedicated fMRI Phantom

ZHANG Jian1a,2, NI Ping1a, CHEN Zi-qian1b
1. a. Department of Biomedical Engineering; b. Department of Medical Imaging , Fuzhou General Hospital of Nanjing Military Region of PLA, Fuzhou Fujian 350025, China; 2. School of Biomedical Engineering, Fourth Military Medical University, Xi’an Shaanxi 710032, China

ObjectiveA piece of non-liquid phantom of functional magnetic resonance imaging (fMRI) is developed to overcome the influence caused by liquid sloshing during the quality control detection.MethodsA dedicated fMRI phantom was developed by NiCl2·6H2O, NaN3, NaCl, agar powder which have been proceed with specific ratio.ResultsThe results showed that detection performance indicators of fMRI phantom were superior to regular phantom. The new phantom well overcame sign drifting caused by liquid sloshing, had better effect on controlling artifacts, and realized the purpose.ConclusionThe new phantom can reflect the performance of system stability objectively, and be adopted to the judgement for equipment characteristic before fMRI examination.

magnetic resonance imaging apparatus; functional magnetic resonance imaging; dedicated phantom; temporal stability; quality control testing