功能磁共振成像專用體模的研制

張健 ,倪萍 ,陳自謙

1. 南京軍區福州總醫院 a.醫學工程科；b.醫學影像科，福建 福州 350025 2. 第四軍醫大學 生物醫學工程學院，陜西 西安 710032

功能磁共振成像專用體模的研制

張健1a,2,倪萍1a,陳自謙1b

1. 南京軍區福州總醫院 a.醫學工程科；b.醫學影像科，福建 福州 350025 2. 第四軍醫大學 生物醫學工程學院，陜西 西安 710032

目的研究一種非液體介質的功能磁共振成像專用體模，用來克服掃描過程中液體晃動對質量控制檢測結果的影響。方法選用六水合氯化鎳（NiCl2·6H2O）、疊氮化鈉（NaN3）、氯化鈉（NaCl）、瓊脂粉等進行特定配比，制作功能磁共振成像專用體模。結果測試結果表明，各項檢測性能指標優于常規體模，較好地克服了液體晃動造成的信號漂移，并對偽影的抑制也有較為明顯的效果，達到了預期目的。結論自制的專用體模能客觀反映設備穩定性能，可應用于功能磁共振檢查前設備性能的評估。

磁共振儀；功能磁共振成像；專用體模；時間穩定性；質量控制檢測

功能磁共振成像技術作為近些年發展起來的新技術，使磁共振成像從單一的組織形態學研究發展到形態與功能相結合的系統研究 。血氧水平依賴功能磁共振成像（BOLD-fMRI）通過檢測血氧水平變化引起信號的微弱變化來體現腦組織的功能活動。通常信號變化幅度只有2%～3%，只有保證系統的穩定性，才能保證功能磁共振成像的可靠性，這就使得功能成像比常規磁共振成像對設備有更高的要求[1-4]。功能磁共振的梯度系統工作在切換率很高的環境，快速切換的巨大渦流產生洛倫茲力、使檢查床的床面發生振動，而常規的水模又是液體介質，勢必因晃動導致無法真實評估設備的性能。因此，研制一種適合功能磁共振成像質量控制檢測體模來克服介質晃動的影響，是有較大意義的。

1 材料和方法

1.1 材料

選用六水合氯化鎳（ NiCl2·6H2O）、疊氮化鈉（NaN3）、氯化鈉（NaCl）、瓊脂粉、蒸餾水為制作材料，其中加入少量的 NaCl，增加模擬射頻磁場在頭部作用時的傳導性[5-7]。對選材精細配比，使其具有和人腦灰質相近的 T1和 T2弛豫時間。

1.2 制作方法

（1）制作內徑為 12.5 cm、高 21 cm 的絕緣材料制成圓柱形容器。

（2）準備 2 個容量為 1L 的燒杯，分別注入等量的蒸餾水后，再注入 NiCl2·6H2O、NaN3、NaCl，配制成溶液。

（3）用油浴鍋 加熱兩個燒杯直至溶液沸騰，再將準備好的瓊脂粉放入燒杯中溶解。不同的瓊脂濃度所測量的T1和 T2弛豫時間不同 ，濃度越大，時間越短。

（4）按照一定的時間間隔將燒杯中的混合物進行濾渣和攪拌，直至沒有浮渣，生成均勻清亮的液體。這一步要保證足夠的時間。

（5）將加熱完成的液體倒入自制的容器中，沿著容器壁倒入，以免引入空氣。倒入完畢后，采用負壓吸引的方法進行排氣，旋緊容器蓋。至此體模配制完畢。

2 檢測結果

2.1 檢測設備

檢測設備采用 GE 1.5T 磁共振儀，8 通道頭線圈 ；測量對象為常規體模和自制專用體模。

2.2 弛豫時間T2的測定

采用 FSE 序列，用相同的 TR和不同的 TE時間重復多次掃描，其他參數選擇，見表1。所有測量數據均來自同一套設備，力求做到減少系統誤差。測量數據，見表2。

表1 其他測量參數的選擇

表2 測量得到的數據

對表2測量得到的數據，采用最小二乘法線性擬合，得到 T2=68.3 ms。

2.3 穩定性測量

同樣采用 GE 1.5T 磁共振、8 通道頭線圈、Mean Curve軟件對球模進行測量，成像序列參數選擇，見表3。

表3 時間穩定性測量序列參數

Mean Curve 軟件計算信號穩定性的公式 ：

(1)式中 diff表示每幅圖像感興趣區（ROI）信號相對于參考圖像的差異，img[i]為第 i幅圖像信號 ROI值，img_ ref為 參 考 圖 像 信 號 ROI 值 ；(2)式 中 stability 為 穩 定 性。Mean Curve 軟件測量結果，見圖 1 和表 4。

圖1 （a）是新溝通MeanCurve軟件測量的ROI選取；（b）是Matlab軟件測量的ROI選取。

表4 兩種體模ROI信號時間穩定性測量的結果

用 Matlab 軟件計算信號穩定性的公式 ：

(3)式 中 diff定 義 同 (1)，(4)式 給 出 了 穩 定 性 的 定 義，即計算 diff的平均值。Matlab 軟件對兩種體模對信號的漂移量測量結果，見圖2。

圖2 （a）常規體模擬信號漂移量；（b）專用體模擬信號漂移量

N/2 ghost偽影（由磁場不均勻和梯度渦流引起）測量的結果，見圖3。

圖3 （a）常規體模N/2ghost偽影；（b）專用體模N/2ghost偽影

3 討論

利用 OriginPro 9.0 軟件對以上結果進行t 檢驗，比較兩種體模是否有顯著差異，見表 5～7。

表5 信號漂移量數據的描述

表6 信號漂移量均值的T檢驗結果

表7 信號漂移量方差的F檢驗結果

通過對比以上兩種體模研究的結果，兩種體模信號漂移量的均值和方差的差異具有統計學意義。從各項指標來看，專用體模達到了預期目的，較好地克服了液體晃動造成的信號漂移，并對偽影的抑制也有較為明顯的效果。盡管如此，因為條件的限制，該體模還有需要改進的地方，如在材料配方、制作方法以及分析測量的方法上有很大的研究空間。

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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

R445.2

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.11.008

1674-1633(2013)11-0027-02

2013-05-18

2013-08-30

軍醫學計量專項課題（2011-JL2-014）。

本文作者：張健，第四軍醫大學生物醫學工程學院學生。

倪萍，高級工程師，南京軍區福州總醫院醫學工程科主任。

通訊作者郵箱：nping6@sohu．com