醫(yī)用磁共振成像系統(tǒng)計量測試方法淺析

2012-05-03 09:11:00李勝春龍成章

中國測試 2012年1期

李勝春，龍成章

（河南省計量科學(xué)研究院，河南鄭州 450008）

0 引言

磁共振成像系統(tǒng)（MRI）進入臨床應(yīng)用已經(jīng)近30年，現(xiàn)已成為一種先進的醫(yī)用檢查設(shè)備，為醫(yī)生提供了一種簡單快捷的診斷疾病的手段；然而由于各個醫(yī)院在維護、保養(yǎng)和定期校正等方面存在的差異，醫(yī)用MRI提供的圖像質(zhì)量也存在較大的差異。為保證影像質(zhì)量和確保醫(yī)學(xué)診斷的準(zhǔn)確性，必須采用科學(xué)可行的方法對MRI的性能指標(biāo)進行計量測試，以便使MRI處于良好的運行環(huán)境中[1-3]。我國質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門近幾年才陸續(xù)開展了MRI的計量性能檢測工作[4]，目前還沒有形成一個統(tǒng)一、明確的性能評價標(biāo)準(zhǔn)，因此在一些性能參數(shù)的檢測方法和評價標(biāo)準(zhǔn)上還存在不少爭議。本文淺談一下本人在具體的計量檢測工作中獲得的體會，供廣大同仁商榷。

1 材料和檢測方法

1.1 材料

采用美國模體實驗室和Goodenough博士研制的MagphanRRSMR100磁共振成像系統(tǒng)檢測模體。該模體符合醫(yī)學(xué)影像設(shè)備檢測的國際標(biāo)準(zhǔn)，是國際機構(gòu)以及美國政府認(rèn)可的MRI性能檢測模體，由有機玻璃做成密封的球形容器，內(nèi)部包含了圖像信噪比和均一性、幾何畸變、空間分辨率、密度分辨率、層厚和圖像的縱橫比等一系列性能插件，所有性能插件均由固體材料鑄造而成的，模體中充滿了1.0 g/L的Cu2SO4溶液。

1.2 檢測方法

把體模水平放置在已安裝好掃描床的頭部線圈內(nèi)，其軸與掃描孔的軸垂直，然后送入磁體孔內(nèi)。首先對模體進行定位像掃描，由所得到的橫斷面或者矢狀面定位像，在冠狀面條件下，確定經(jīng)過模體中心并對模體各個層面掃描。采用飽和恢復(fù)自旋回波成像脈沖序列（SE），TR=500ms，TE=30ms，F(xiàn)OV=25 cm，矩陣256×256，平均采集次數(shù)2次，單層掃描層厚等于10mm。掃描定位圖像見圖1。

圖1 掃描定位圖像

1.2.1 信噪比測量

利用模體檢測到的信號可以分為兩類，一類是真正的MR信號，另一類為隨機噪聲，信噪比（SNR）是描述這兩類信號相對貢獻(xiàn)大小的專用指標(biāo)[5]。利用上述方法，對模體的不同測量層面進行單層掃描，在獲得的圖像均勻性層面的中心區(qū)域和背景區(qū)域分別測量感興趣區(qū)域（ROI）（測量面積為100mm2）的信號強度（M，Me）和標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD），圖像的 SNR 可由式（1）獲得。

其中：M——感興趣區(qū)域的信號強度；

Me——背景的信號強度；

SD——感興趣區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

1.2.2 均勻性測量

在測得的均勻場圖像（圖2）內(nèi)部取9個區(qū)域作為測試點（即中心區(qū)和距離圖像邊框約1 cm處，取0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°等 8 個區(qū)）[6]，用ROI測量各區(qū)域的像素平均值。找出9個區(qū)域信號平均值的最大值和最小值，分別用Smax和Smin表示，把S定義為像素平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。圖像的均勻度（U∑）可以由式（4）得到。

圖2 圖像均勻性插件圖像

1.2.3 空間分辨率測量

空間分辨率即高對比度分辨率，用來表示MRI設(shè)備在沒有明顯噪聲時分辨兩個相鄰物體的能力。空間分辨率插件圖像如圖3所示，把窗寬調(diào)到最小，調(diào)節(jié)窗位使圖像細(xì)節(jié)最清晰地顯示出來，用視覺確定圖像中能分辨清楚的最大線對數(shù)，即空間分辨率。

圖3 空間分辨率插件圖像

1.2.4 空間線性測量

空間線性可以用成像系統(tǒng)中圖像的幾何畸變程度來表示，幾何畸變可以視為圖像中點與點之間距離的不恰當(dāng)變化，如圖4所示。一般測量圖像中4組點之間的距離，這4組點之間的實際距離分別為 20，80，100，120mm。用式（5）可算出 MRI的空間線性。

圖4 空間線性插件圖像

式中：D——測量值；

D0——實際值。

取計算結(jié)果中的最大值，即為該MRI的幾何畸變程度。

1.2.5 密度分辨率測量

密度分辨率的好壞在臨床診斷上非常重要，因為密度分辨率的大小反映MRI設(shè)備對信號相近的物體區(qū)分能力，即MRI設(shè)備的靈敏程度，這一點對一些疾病的早期診斷顯得尤為重要。早期病變組織的弛豫時間與正常組織相當(dāng)接近，若MRI設(shè)備靈敏度高，就可以把二者區(qū)分開來，減少漏診。密度分辨率插件圖像見圖5。

圖5 密度分辨率插件圖像

在實際檢測中，圓孔的直徑可以一目了然地看出，但是圓孔的深淺就難以確定。根據(jù)容積效應(yīng)，對于同一種溶液而言，其信號強度與成像物質(zhì)的面積和深度成正比，也就是說成像物質(zhì)的體積越大，越容易分辨，反映在不同灰階的黑白圖像上顏色就越淺。另外一種確定孔深的方法是測量圓孔的信號值，在直徑相同時，圓孔的信號值越大，說明圓孔越深[7-9]。

1.2.6 層厚以及縱橫比測量

層厚定義為斷層分布曲線（點源在重建平面中移動時，MRI對該點源的響應(yīng)）的半高寬值（FWHM）。成像斷層的厚度d（mm）可以由4個成像斜置帶中的任一方向的半高寬值（FWHM）乘以0.25得到，即按式（6）計算：

為了測量圖像中斜置帶的半高寬值，需要測量圖像中斜置帶圖像的最大值L1和圖像的背景值L2。

測量L1值的方法是將圖像的窗寬調(diào)到最低，調(diào)節(jié)窗位直至斜置帶圖像剛好消失，這時的窗位值就是斜置帶圖像的最大值L1。測量L2值的方法是在斜置帶圖像的附近選擇一個感興趣區(qū)域，這個感興趣區(qū)域信號的平均值就是L2。

在以上測量結(jié)果的基礎(chǔ)上計算斜置帶圖像的峰值，峰值等于斜置帶圖像的最大值與背景值之差，即為L2-L1，斜置帶圖像的最大值的半值等于背景值與峰值的半值的和，即為（L1+L2）/2。

把窗寬調(diào)到最低，使窗位等于斜置帶圖像的最大值的半值，測量此時斜置帶圖像的寬度，這個寬度就是要測量的半高寬值（FWHM），乘以因子0.25就可以得到層厚了。

分別測量圖6中感興趣區(qū)域和背景區(qū)域的像素平均值，把窗寬調(diào)到最低，使窗位等于感興趣區(qū)域和背景區(qū)域的像素平均值和的一半，測量模體中掃描出的圓截面的縱向直徑（Lz）和橫向直徑（Lh）的值，縱橫比可由式（7）計算得到。

圖6 層厚及縱橫比插件圖像

2 結(jié)束語

本文主要介紹了醫(yī)用MRI性能參數(shù)的計量檢測方法，這些方法比較全面地評價醫(yī)用MRI的性能參數(shù)，而且能在較短的時間內(nèi)完成檢測工作，把由檢測工作給病人帶來的影響減到了最低，保證醫(yī)用MRI設(shè)備發(fā)揮最大的使用效率，滿足臨床的需要，提高臨床診斷水平。

[1]肖綱.淺談對醫(yī)用磁共振成像系統(tǒng)的計量性能進行檢測的重要性[J].中國醫(yī)療器械信息，2011（4）：53-54.

[2]秦妍濱.加強醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備質(zhì)量控制確保醫(yī)療質(zhì)量安全[J].沈陽部隊醫(yī)藥，2011（2）：96-97.

[3]韓志成，劉劍，馮偉.MRI的檢測參數(shù)和質(zhì)量控制[J].中國計量，2007（8）：56-58.

[4]蔡宗霖.醫(yī)用磁共振成像系統(tǒng)密度分辨率的檢測和評價方法初探[J].中國計量，2006（6）：60-61.

[5]張秀梅，劉新純.MRI影像質(zhì)量評價指標(biāo)及其優(yōu)化[J].中國醫(yī)療裝備，2008，1（23）：34-37.

[6]郭洪濤，張瑩.關(guān)于對醫(yī)用核磁共振成像（MRI）系統(tǒng)檢測的探討[J].中國測試技術(shù)，2005，31（4）：97-99.

[7]康立麗，林意群.MRI設(shè)備中低對比度分辨力的檢測[J].北京生物醫(yī)學(xué)工程，1997，16（4）：231-233.

[8]林意群，馮曉剛，李國慶.對AAPM報告的MRI設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量性能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的評價[J].中國醫(yī)學(xué)裝備，20041（1）：32-34.