3.0T MRI系统图像质量控制检测

2017-07-20高万河赵艳琼潘文哲

中国医学装备 2017年7期

高万河赵艳琼潘文哲

3.0T MRI系统图像质量控制检测

高万河①赵艳琼②潘文哲③*

目的：探讨3.0T磁共振成像(MRI)系统图像质量控制情况。方法：应用美国模体实验室制造的Magphan SMR170磁共振性能模体检测美国GE公司Discovery MR 750型3.0T MRI系统的信噪比(SNR)、图像均匀性、低对比度分辨率、空间分辨率、线性度及层厚质量控制情况，并运用公式SNR=(S中-S外)÷SD中、U∑=(1-×100%、线性度=×100%、层厚=半高宽×0.25分别对SNR、图像均匀性、线性度及层厚进行计算，以评估3.0T MRI系统质量控制情况。结果：3.0T MRI系统的SNR为105，图像均匀性达99.13%，低对比度分辨率5 mm/0.5 mm，空间分辨率6 LP/cm，线性度达0.89%，层厚偏差0.6 mm，全部指标均能够达到检测标准。结论：采取检测3.0T MRI系统SNR、图像均匀性、分辨率、线性度及层厚偏差的方法，能够较为准确获知磁共振设备的性能情况，有助于确保其长期处于理想的运行状态。

磁共振成像；信噪比；分辨率；质量控制；模体

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)增强扫描检查在注射造影剂的作用下能够有效提高组织与组织、组织与病变之间的图像质量，有效增强疾病病灶诊断率，尤其是针对微小病灶的诊断及定性存在良好的应用价值，故在临床中逐渐得到广大医生的信任[1-2]。随着医疗技术水平的不断进步，MRI设备逐渐发展成一种医学影像学的关键技术，并且在近几年来得到不断地推广和应用[3-4]。随着MRI软件技术及硬件平台得到进一步的改进，其在临床医学中的作用越发重要，而MRI设备的运行状态与其质量控制水平密切相关[5-6]。此外，推行质量控制模式后，能够使得MRI设备的可靠性及安全性得到显著改善，并且在获取准确的运行数据基础上，能够获取较佳的图像质量，有助于减少设备运行过程中出现的各种风险[7]。为此，本研究通过SMR170模体以检测3.0T MRI信噪比(signal noise ratio，SNR)、图像均匀性、分辨率、线性度及层厚质量控制情况。

1 资料与方法

1.1 仪器与材料

(1)设备选择：美国GE公司，Discovery MR 750型3.0T系统。

(2)器材选择：由美国模体实验室制造的MRI性能检测模体Magphan SMR 170。

1.2 检测方法

1.2.1 操作前准备

由于设备于运输及贮存期间可能会发生体模内少量气泡附着于设备内部检测零件的情况，因此应在检测操作前尽可能除去气泡，以排除其对各成像检测层面操作过程产生干扰等情况。

1.2.2 定位操作

将模体固定于诊断床的头部线圈底座处，选择水平尺以调整模体方向。待模体方向调整合适后，安装接收线圈；经激光定位后观察体模的中心位置，并选择进床键将体模送至磁体中心处，并记录扫描信息和设定合适的扫描参数。

1.2.3 扫描操作

经三平面定位像扫描操作，若体模放置位置合适，则其正方形左右侧的短线条为对称分布，左右水平，长短相同；否则，需要进行再次定位像扫描操作，适当进行扫描角度的调整，必要时可二次摆位操作。之后，对模体不同测试层面的横断位进行扫描，其扫描位置如图1所示；其前三层横断位图像如图2所示。

图1 横断位扫描定位示图

图2 前三层横断位扫描示图

1.3 环境要求与扫描参数

(1)室温要求在20～23 ℃；相对湿度在45%～65%；电源电压为350～400 V。

(2)通过饱和恢复自旋回波成像脉冲序列，回波时间(echo time，TE)为30 ms，重复时间(repetition time，TR)为500 ms，矩阵为256×256，视野(field of view，FOV)为24 cm×24 cm，一层扫描层厚为5 mm，采集次数为1～2次，接收带宽为158 Hz/Pixel。

1.4 检测指标及计算方法

1.4.1 SNR

在第二层横断位的图像中心位置选择一个＞2/3正方形面积的圆形感兴趣区域(region of interest，ROI)，测量其噪声(SD中)及信号强度(S中)；于正方形外围作4个ROI，测量其背景信号强度平均值(S外)；其计算为公式1：

测量过程中遇ROI内存在较大的伪影则不宜作SNR检测[8]。

1.4.2 图像均匀性

在第二层横断位中的正方形内部作9个面积均约为200 mm2的ROI，并对所有ROI信号强度(S)进行登记，其计算为公式2[9]：

式中Smax表示ROI信号强度的最大值，Smin表示ROI信号强度的最小值。

1.4.3 分辨率

此分辨率主要研究其空间分辨率。于第四层横断位内部调整至最小窗宽，并适当调整窗位以获取较佳的图像细节，并经视觉判断其图像中可分辨清晰的线对数最大值，即为空间分辨率。

1.4.4 线性度

于第四层横断位图像中对其相位编码方向(Y)及频率编码方向(X)的小孔间距进行检测，同时分别与20 mm、40 mm及80 mm进行对比，其计算为公式3

式中LM为所测距离；LR为实际距离。

1.4.5 层厚

于第一层横断位中的4个斜置带图像周围各选取一个面积为200 mm2的ROI，对测量所有ROI的S值，分别记为S1、S2、S3及S4。接着将窗宽调为1，并调整窗位至所有斜面成像消失，成像消失时的窗位即为斜置带图像的最大值为L1、L2、L3及L4。调整其窗位值分别为S1与L1、S2与L2、S3与L3、S4与L4二者之和的1/2，对检测所有斜置带图像的宽度及平均值，最终得出半高宽值，层厚的计算为公式4：

2 结果

本研究各项检测指标中的“测量标准”按照SMR170模体说明书所示。

2.1 3.0T MRI系统SNR及图像均匀性的检测情况

设备SNR检测值为105，图像均匀性检测为99.13%，二者均能达到要求，见表1。

表1 3.0T MRI系统SNR及图像均匀性的检测情况

2.2 3.0T MRI系统低对比度分辨率及空间分辨率的检测情况

设备的低对比度分辨率为5 mm/0.5 mm，空间分辨率为6 LP/cm，二者均能达到要求，见表2。

表2 3.0T MRI系统低对比度分辨率和空间分辨率的检测情况

2.3 3.0T MRI系统线性度及层厚偏差的检测情况

设备的线性度为0.89%，层厚偏差为0.6 mm，二者均能达到要求，见表3。

表3 3.0T MRI系统线性度及层厚偏差的检测情况

3 讨论

对MRI质量控制与管理研究最早出现于美国，而我国医院虽已推行对MRI的研究，然而却过多关注于MRI技术的应用与故障维修方法等，也有部分医院只停留在MRI显示的图像对基本诊断不产生影响的看法，则较少出现有关对其状态及指标检测的控制与管理等研究[10]。

MRI系统主要包含射频场、制冷系统、强磁场、梯度场、计算机系统及低温超导环境等方面，其组成、成像原理及技术等较为复杂[11-12]。故在其运作期间，会因其各种危险因素而对其图像质量问题造成一定的影响，而降低其诊断的可靠性及准确性，严重时可能会引起临床漏诊或误诊的情况出现[13]。所以，规范性地采取对其质量控制指标检测，以获得较佳的运作状态则显得尤为重要。

MRI技术质量控制指标以SNR、图像均匀性、空间分辨率、线性度及层厚偏差为主，同时在检测期间亦需对各指标进行质量控制，如模体搬运或贮存期间容易产生气泡而粘于设备内部测量仪器上[14]；设备测量过程及设备贮存条件需在固定环境下操作。因此，扫描前应当使气泡去除干净，避免其对成像检测结果产生影响；扫描期间应当按照SMR170模体说明书指示的要求设置合适的扫描参数，如层厚、扫描序列、接收带宽及矩阵等各方面，同时于性能检测期间应当选择自旋回波成像脉冲序列；定位扫描期间，可能会出现模体定位图像左右不对称的情况，此时应当适当调整定位以获得左右均一的图像；扫描完成后，适当调整图像窗宽、大小及窗位情况，同时按照其检测方法计算各参数值。

临床中对SNR的检测及计算主要有两种方法。

(1)计算公式是SNR=SI÷SD，其中，SI指ROI的平均信号强度，SD则指相同ROI其S值的标准差，其检测方法中的ROI需为均一成分，否则测出的S值的标准差无法表示随机噪声情况[15]。故此种方式较少应用，但医学工程师在设备保养或维修期间，通过体模进行扫描时的应用较为常见。

(2)计算公式是SNR=SI组织÷SD背景，其中，SI组织指组织某ROI中S平均值，SD背景则指背景信号的标准差，此种测量方式即在图像相位编码方向上视野内部组织外某ROI，且ROI不宜在伪影下进行检测。但是，从MRI计量检定规程上看，SNR即指(S’—S’’)与SD的比值，其中，S’指图像中心位置所测的S值，S’’指附近环境范围所测的S值，SD指中心位置的信号标准差。在对SNR的计算过程中，不同的计算方法其所测结果亦会有所不同。本研究实验则选择MRI计量检定规程的计算方法以测出SNR值。

本研究结果显示，3.0T MRI系统的SNR为105，图像均匀性达99.13%，空间分辨率是6 LP/cm，线性度达0.89%，层厚偏差0.6 mm，其全部指标均能够达到检测标准。可见，通过体模以检测MRI各参数的质量控制情况，采取科学的技术规范及检测方法，能够测出达到检测标准的数据。

采取检测3.0T MRI系统SNR、图像均匀性、空间分辨率、线性度及层厚偏差的方法，能够较为准确获知MRI设备的性能情况，有助于确保其长期处于理想的运行状态。医院通过定期或不定期的形式以推行对MRI系统的质量控制检测操作，能够有效维护参数的可靠性及准确性，亦能够获得较佳的运作条件，最终有助于控制医疗风险，进一步提高医疗水平。

[1]张梦.基于质量控制的磁共振成像系统周期性图像性能测试方法[J].中国医学装备，2016，13(11)：145-147.

[2]李杰.医用磁共振成像(MRI)系统检测方法[J].计量与测试技术，2011(12)：3-5.

[3]Hu Y，Rankine L，Green OL，et al.Characterization of the onboard imaging unit for the first clinical magnetic resonance image guided radiation therapy system[J].Med Phys，2015，42(10)：5828-5837.

[4]倪萍，陈自谦，张鲁闽，等.高场磁共振应用安全和质量控制的规范化管理[J].中国医疗设备，2011，26(2)：1-4.

[5]Weavers PT，Shu Y，Tao S，et al.Technical Note：Compact three-tesla magnetic resonance imager with high-performance gradients passes ACR image quality and acoustic noise tests[J].Med Phys，2016，43(3)：1259-1264.

[6]徐桓，赵庆军，潘世越，等.不同磁共振层厚测试体模与测试方法的比较研究[J].中国医学装备，2013，10(12)： 42-43.

[7]张忠，杨国财，杨珍.磁共振成像系统的质量保证与质量控制的经验探讨[J].实用医技杂志，2016，23(8)：862.

[8]Cho H，Hong C，Doh I，et al.SU-F-I-22：Development and Implementation of Task-Specific Modular Phantom for MRI Quality Evaluation[J].Med Phys，2016，43(6)：3391.

[9]董旭.磁共振成像系统图像均匀性的检测[J].计量与测试技术，2011(12)：7-8.

[10]邓洁.核磁共振成像系统的质量保证与质量控制[J].中国医疗设备，2011，26(7)：13-20，26.

[11]Giannelli M，Sghedoni R，Iacconi C，et al.MR scanner systems should be adequately characterized in diffusion-MRI of the breast[J].PLoS One，2014，9(1)：e86280.

[12]Lother S，Schiff SJ，Neuberger T，et al.Design of a mobile，homogeneous，and efficient electromagnet with a large field of view for neonatal lowfield MRI[J].MAGMA，2016，29(4)：691-698.

[13]张效平，周全红.浅谈磁共振设备的日常维护与保养[J].中国医疗设备，2013，28(6)：147-148.

[14]Panych LP，Chiou JY，Qin L，et al.On replacing the manual measurement of ACR phantom images performed by MRI technologists with an automated measurement approach[J].J Magn Reson Imaging，2016，43(4)：843-852.

[15]李成，葛剑徽.MRI质量检测图像参数自动评价系统的设计分析[J].医疗卫生装备，2013，34(10)：25-26，34.

The detection of quality control for image quality of 3.0T MRI/GAO Wan-he, ZHAO Yanqiong, PAN Wen-zhe//China Medical Equipment,2017,14(7):59-62.