磁共振图像质量控制中的若干评价指标探讨

储呈晨，王龙辰，毕帆，李斌

上海交通大学附属第六人民医院 医学装备处，上海 200233

磁共振图像质量控制中的若干评价指标探讨

储呈晨，王龙辰，毕帆，李斌

上海交通大学附属第六人民医院 医学装备处，上海 200233

本文根据对全市二级医院15台磁共振仪的质量检测结果，从磁共振图像的信噪比、均匀度、层厚、高对比度空间分辨率、几何畸变率和鬼影等主要成像参数的评估指标来研究磁共振质量控制方案，从而提高对磁共振设备周期性检测的实践水平。

磁共振成像；质量控制；周期性检测；预防性维护

磁共振成像（MRI）是目前最先进的医学成像技术之一，对软组织灵敏度高、空间定位准确、无放射性及对人体无任何损伤等特点使其优于CT、超声等其他成像模态。临床医生通过磁共振图像筛除或排查病变，定位、定性、定量分析病变，监测疗效；影像医生根据磁共振图像分析同病异影、异病同影，得出诊断报告。因此，磁共振图像质量的高低对疾病的诊断治疗具有极其重要的意义。本文介绍磁共振图像质量控制中若干指标的评估方法，为临床工程师提供磁共振周期性检测与预防性维护的一些关键参数指标，进而评价磁共振设备整体性能，保证成像质量。

1 磁共振成像质量保证与质量控制概述

磁共振质量保证（Quality Assurance，QA）和质量控制（Quality Control，QC）指的是在磁共振设备的选购、安装、调试、运行的整个过程中，严格按照行业要求进行规范化作业，使设备各项指标和参数符合规定标准的技术要求，处于安全、准确、有效的工作状态，最优化地发挥设备的各种性能, 为诊断疾病提供优质图像的系统措施[1]。

美国医学物理学会（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）和美国放射学院（American College of Radiology，ACR）提出了QA/QC基本的一些系列标准，AAPM在1990年和1992年发布了AAPM report no.1[2]和AAPM report no.6[3]。这两篇报告中，列出了信噪比、均匀度、空间分辨率、几何畸变率等多项成像参数的测试方法、工具和测试标准。ACR也在1998年提出对磁共振系统进行以图像质量测试为主的QA/QC，应采用测试模具和相应测试方法结合的方式。1988～1992年间，代表设备制造商的美国电气制造业协会（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）先后出版了有关MRI系统的信噪比、均匀性、二维图像的几何性能和层厚测定有关标准。

我国对MRI的QA/QC的研究起步也较早，20世纪80年代起，国内多位教授和他们的学术团队对磁共振常用成像参数和系统性能的测试进行了研究。2006年，国家卫生部发布了卫生行业标准WS/T 263—2006《医用磁共振成像（MRI）设备影像质量检测与评价规范》，其制定了QA/QC的测试方法、工具和测试标准。2010年，国家食品药品监督管理局发布了医药行业标准YY/T 0482-2010《医用成像磁共振设备主要图像质量参数的测定》代替YY/T 0482-2004《医疗诊断用磁共振设备技术要求及试验方法》推荐的几种测试模块及其相应测试方法。

国际与国内标准体系的建立为磁共振质量保证和质量控制提供重要参考依据。临床工程师在一套完整的容易操作的质量控制标准[4]下，根据不同厂家型号的机器，在长期监测记录的基础上，建立个性化的指标，并及时对机器进行调整是保证图像质量的重要环节。

2 磁共振QA/QC的必要性

磁共振成像装置原理和构造非常复杂，涉及到强磁场、强射频场、高速切换的强梯度场、低温超导环境、制冷系统等等。简单来说，磁共振成像就是人体内原子核在主磁场和选层梯度场中，受到射频场激发而引起氢原子核共振，并在射频脉冲停止后，在编码梯度场作用下，由射频线圈检测接收氢原子核释放的信号，最终接收的信号经计算机处理后形成磁共振图像。这一过程中不仅存在许多不安全因素，而且容易产生各种图像质量问题，直接影响临床诊断的准确性，严重的甚至导致漏诊和误诊。磁共振设备想要长期处于安全、稳定、有效的运行状态，不仅取决于设备本身质量，而且取决于设备运行过程中各个环节的质量控制和管理。所有参与磁共振工作的人员，包括影像科医师、临床工程师、技师、护士等都负有各自的责任，任何一个环节的疏忽都可能产生不良结果，例如图像伪影、序列参数不正确设置或者序列漏扫等将导致诊断困难甚至误诊漏诊。

目前，国内大多数医院都是由医院临床工程师、厂家工程师和第三方工程技术力量共同组成的医学装备保障管理体系来进行设备维护。临床工程师则应担当医学装备维修管理的“守门人”的职责，进行装备保障质量的把关[5]。因此对临床工程师在质量控制和质量管理方面提出了更高的要求，包括对设备的周期性检测[6]、预防性维护、序列参数的合理、最优化选择以及周围环境的巡检记录等。

3 磁共振图像质量评估方法

临床工程师对磁共振进行周期性检测和预防性维护的根本在于服务临床，解决实际工作中出现的各种问题，其最终目的是获得充分满足诊断要求的优质图像，也就是指磁共振图像能为准确诊断提供足够信息，具有高信噪比、高对比度、高分辨率、精确定位等特点，同时图像应没有伪影、变形、 不均匀和模糊现象。

本年度受上海卫生计生委监督所的委托，组织了质控中心，对全市二级医疗机构在用的15台磁共振设备进行应用质量检测。其中1.5 T的11台，3 T的3台，0.23 T的1台，新安装1～2年的6台，3～5年5台， 6～10年的4台，10年以上的0台。检测选用的标准为：卫生行业标准WS/T 263—2006《医用磁共振成像（MRI）设备影像质量检测与评价规范》。根据本次检测结果，对以下几个主要磁共振质量检测指标进行逐一分析和探讨。

3.1 信噪比

图像信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）是医用磁共振系统性能的重要指标，是各种认证机构对磁共振设备准入认证进行技术评判的量化指标，图像的信噪比指图像的信号强度与噪声的比值。MRI设备的噪声包括随机噪声和结构性噪声，结构性噪声包括各种非均匀性以及伪影等，随机噪声通常是各种热噪声。

SNR不同的测量方法在反映设备性能上的侧重点有差异：AAPM提出单幅图像法所定义的噪声包含了随机性热噪声以及结构性噪声的双重影响，因此会对图像噪声产生过估计导致SNR值偏小；ACR提出单幅图像法中要求利用多个背景区域标准偏差的均值作为噪声，在一定程度上降低了结构噪声的影响，但是忽略了受扫描物体自身产生的随机噪声的影响，从而对噪声产生一定的低估导致SNR值偏大；采用两幅图像测量信噪比的方法，其好处是消除了结构性噪声的影响[7]。3种方法对噪声的估计存在差异，使得SNR值不同。在对MR系统进行SNR测量和性能评价时，使用其中一种方法往往不能较好地反映设备质量状况，如果将3种方法的测量结果结合起来，比较不同方法的SNR值及其变化可更好地对系统性能进行评价[8]。国家卫生部行业标准采用了AAPM单幅图像法，并制定了参考标准。

信噪比的国家标准为：主磁场B0≤0.5 T时，SNR≥50；0.5 T＜B0≤1.0 T时，SNR≥80；B0≥1.0 T时，SNR≥100。表1为本年度上海市医疗设备器械管理质量控制中心对全市二级医疗机构抽查的15台磁共振的3组场强下的信噪比最大值、最小值、极差和平均值。0.23 T的设备已使用近10年，指标参数有所下降，医院已考虑更新设备。依照此项标准，14台磁共振信噪比都高于此指标值的数倍，考虑到该指标是多年前制定，由于近年来各厂家的磁共振设备性能不断提升，信噪比也随之不断提升，从而使得原有的标准显得偏低，建议尽快完善国家的磁共振质量标准，并需要明显提高此信噪比指标数值。

表1 3组场强的信噪比对照表

3.2 图像均匀度

图像均匀度（Image Uniformity）指MRI系统在整个容积内对具有同一核磁共振特性的均匀成像体产生恒定信号响应的能力。图像均匀度是衡量磁共振图像的重要指标，它直接影响到图像质量的好坏以及图像的诊断价值。导致图像不均匀的因素有[9]：① 静磁场的不均匀性；② RF场不均匀性；③ 涡流；④ 梯度脉冲校准；⑤ 穿透效应。

临床工程师一旦发现图像不均匀，即可采用排除法考虑：① 是否是静磁场本身均匀性不好，或者算法上没有适当的修正，造成成像区域的不均匀；② 是否是所加射频场不均匀，使得不同时刻的共振信号有差异最终导致图像的均匀度不好；③ 是否是涡流补偿不足，影响梯度场的相位编码，产生各种伪影，影响均匀度；④ 是否是梯度脉冲校准不好，影响层面的选择和频率方向与相位方向的编码，使得图像出现伪影，影响均匀度；⑤ 是否是射频脉冲能量很高，发生了穿透效应，使得图像不同区域接收到的信号有差异，从而影响均匀度。

图像均匀度的国家标准为：均匀度U≥75%。依照此项标准，我质控中心抽查的15台磁共振100%满足指标，且13台设备均匀度达到89%以上，具体结果见表2～3。近年来随着磁共振技术发展，尤其是磁体技术和射频技术的发展，各主要生产商的图像均匀度指标也有不断提升，也就显得原来的图像均匀度指标偏低了，建议在新修订的国家标准中，适当提高图像均匀度标准。

表2 3组场强的图像均匀度对照表

表3 均匀度分组表

3.3 层厚

层厚(Slice Thickness)用来描述层面方向选择性激发过程的有效性，利用体模内某些特殊结构所成图像得到层厚，既可以利用层面的剖面线（Slice Profle）的最大半高宽（FWHM）得到层厚，也可以在窗宽、窗位调节好的情况下直接测量层厚。对于不同的结构，使用的方法也会有所不同。层厚受多种因素影响，如梯度场、射频场、静磁场、选层脉冲等，这些因素都会导致机器层厚的选择出现误差，因此，选取科学有效的测试方法，对准确地检测层厚误差是十分必要的[10]。NEMA推荐了斜板法和斜楔法两种磁共振层厚的测试方法[11]，斜板法简单易行，但是斜板法对体模位置摆放的精确度要求很高，如果体模的横切面与层面没有完全平行，而仍利用计算公式，则会由于角度误差给层厚测量带来一定误差。斜楔法对体模摆放不精确不敏感，计算公式中是两交叉斜面的夹角，对于体模是固定不变的与体模摆位无关。

层厚的国家标准为：设置标称层厚值在5～10 mm之间，层厚的测量值与设置的标称值误差应在±1 mm内。依照此项标准，本次质控中心抽查的15台磁共振设备100%满足指标，具体数值见表4；表5中86.67%的设备层厚误差百分比在10%内，因此，层厚的评价标准亦可用误差百分比来表示。3.4 高对比度空间分辨率

表4 3组场强的层厚对照表

表5 层厚误差分组表

空间分辨率指两个不同物体之间的最小可分辨距离或同一物体上的最小可分辨特性。调制传输函数（Modulation Transfer Function，MTF）是对线性影像系统或其环节的空间频率传输特性的描述[12]，是空间分率测量手段之一。空间分辨率另一测量方法线对卡方法是比较直观的测量方法，它观察图像中可分辨目标物的线对数（每厘米线对数，1p/cm）。两种方法相比，利用线对卡得到的结果存在较大的跳跃性，如设置扫描条件使得空间分辨率的理论值不同，利用线对卡测量的结果只能是相同的整数，显示不出空间分辨率差异，而MTF却可以连续表示线对数[13]，但其需要导出图像数据进行计算。两种方法各有优劣，质控人员可根据需要选择适用测量方法。

空间分辨率的国家标准为：空间分辨率满足在视野（FOV）为250 mm×250 mm时，采集矩阵128 mm×128 mm的空间分辨力达到2 mm；采集矩阵256 mm×256 mm的空间分辨力达到1 mm；采集矩阵512 mm×512 mm的空间分辨力达到0.5 mm。依照此项标准，本年度质控中心抽查的15台磁共振设备只有66.67%的设备能满足此项指标，仍有33.33%的设备达不到此项标准，检查结果见表6。由于此项指标对于医生能准确做出病灶的确认至关重要，建议今后的质控检查中需要对于此指标进行重点检查。

表6 按场强分组的空间分辨率对照表

3.5 几何畸变率

临床图像的空间关系应该和所研究人体的实际空间关系相关联，这是磁共振设备的一个基本特性。几何畸变率是评价这一特性的基本参数，其是由在像素位置上的实际磁场偏离理论值造成的。局部磁场由静磁场和梯度场叠加而成，因此，造成几何畸变的主要原因是静磁场和梯度场的不均匀性。静磁场不均匀性的作用取决于相关联的梯度场的相对强度，但梯度造成的失真程度和梯度自身大小无关。

几何畸变率的国家标准要求：几何畸变率最大不应超过5%。依照此项标准，本质控中心抽查的15台磁共振设备100%满足指标，检查结果中最大几何畸变率为3.5%（表7），也说明了当下的磁共振设备与几何畸变率相关的梯度和射频技术等方面已经日趋成熟。

表7 3组场强的几何畸变率对照表

3.6 鬼影

鬼影是在错误位置上显示完整或部分结构的一种伪影。鬼影的幅度和位置依赖于调制的傅里叶变换。影响理想原始数据的任何不稳定性都可能在重建图像中造成鬼影，可能的不稳定性来源于运动、未补偿的涡流、不完整的散相梯度、射频干扰和漂移。

鬼影的国家标准为：伪影的信号值应小于实际信号值的5%。

4 总结

本文主要针对临床工程师对磁共振设备进行周期性检测和预防性维护过程中所涉及的若干指标的评估方法及其影响因素进行了综述，旨在帮助质控人员合理选用测量方法，更准确的掌握设备运行状态，同时也能根据指标误差分析原因，及时采取措施以确保系统高质、高效实用。

本文所述有关指标的标准是参考2006年国家卫生部发布的卫生行业标准[14]，对各厂家型号的设备均适用。随着磁共振技术近10年的高速发展，设备性能有所提高，相应的质量控制标准也应有所改变。信噪比与场强大小相关，应按场强大小分组，建议提高信噪比标准值。不同厂家的不同线圈对信噪比的结果影响很大[15]。因此，可以考虑制定不同场强分组下常用的几款线圈的信噪比标准。均匀度的大小与场强无关，根据上述质量检测结果建议提高均匀度标准。检测结果中，层厚、高对比度空间分辨率、几何畸变率和鬼影等国家标准仍比较适合，建议保留。

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Discussion on a Number of Evaluation Indexes in Quality Control of Magnetic Resonance Images

CHU Cheng-chen, WANG Long-chen, BI Fan, LI Bin
Department of Medical Equipment, Shanghai Jiao Tong University Affiliated Sixth People’s Hospital, Shanghai 200233, China

This paper researched the quality control program for magnetic resonance imaging (MRI) based on results of quality testing of ffteen magnetic resonance imaging systems in the secondary hospitals in Shanghai. Evaluation indexes of imaging parameters used in the research included signal to noise ratio, image uniformity, slice thickness, high contrast spatial resolution, geometric distortion, and ghosting artifact. The research aimed to enhance the understanding and practice level in the periodic inspection of magnetic resonance equipment.

magnetic resonance imaging; quality control; periodic inspection; preventive maintenance

R197.39 [文献标码] B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.05.039

1674-1633(2016)05-0124-04

2015-10-26

2015-11-10

本文作者：储呈晨，在读硕士研究生。

李斌，教授级高级工程师。

通讯作者邮箱：libin2001@hotmail.com