基于ACR標準的MRI圖像均勻度及層厚的檢測*

付麗媛梁永剛倪 萍陳自謙*陳 堅李 威林迪逵劉冰川陳建新

基于ACR標準的MRI圖像均勻度及層厚的檢測*

付麗媛①梁永剛①倪 萍②陳自謙①*陳 堅①李 威②林迪逵②劉冰川①陳建新①

目的:采用ACR模體對Siemens Skyra 3.0 T與GE Excite HD 1.5T磁共振成像(MRI)系統(tǒng)的圖像均勻度及層厚進行測量,研究MRI圖像均勻度及層厚的測量方法,納入質(zhì)量控制流程,以保證為診斷提供優(yōu)質(zhì)的圖像.方法:使用美國放射學院(ACR)磁共振性能模體對2臺MRI系統(tǒng)的圖像均勻度及層厚進行檢測,并根據(jù)相應(yīng)的測量計算方法得出檢測結(jié)果.結(jié)果:3.0T MR和1.5 T MR圖像的均勻度分別為96.0%和92.7%,所側(cè)層厚分別為4.64 mm和5.58 mm,層厚偏差分別為0.36 mm和0.58 mm,所測指標均滿足檢測標準的要求.結(jié)論:掌握MRI圖像均勻度和層厚的檢測方法,定期進行檢測,是保證圖像質(zhì)量與層厚準確性的重要質(zhì)量控制手段.

磁共振成像系統(tǒng);圖像均勻度;層厚;ACR模體;質(zhì)量控制

付麗媛,女,(1984- ),碩士,工程師.南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心,從事磁共振成像質(zhì)量控制與質(zhì)量管理研究.

[First-author's address] Medical Image Center, Fuzhou General Hospital of Nanjing Military Command, Fuzhou 350025, China.

隨著磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)技術(shù)的迅速發(fā)展,MRI已成為目前臨床不可缺少的檢查方法,其既可以提供形態(tài)學結(jié)構(gòu)信息,又可以提供生物化學及功能信息,在當今醫(yī)學診斷技術(shù)中發(fā)揮著越來越重要的作用[1-3].MRI作為醫(yī)院診斷設(shè)備的主體組成部分,其合格的圖像質(zhì)量及性能參數(shù)是正確診斷與對癥治療的基礎(chǔ).為了確保圖像質(zhì)量,保證MRI參數(shù)的準確性,研究MRI設(shè)備的質(zhì)量控制檢測方法是醫(yī)院工程技術(shù)人員的現(xiàn)實課題[4-8].為此,本研究基于美國放射學院(american college of radiology,ACR)標準檢測MRI圖像均勻性及層厚,旨在為MRI質(zhì)量控制提供方法學依據(jù).

1 資料與方法

1.1 環(huán)境條件

溫度:20～22℃,相對濕度:50%～60%,電源電壓:(380±10)V.

1.2 檢測器材及受檢設(shè)備

檢測器材為MRI專用性能測試模體ACR模體(美國).受檢設(shè)備為Siemens Skyra 3.0 TMRI(德國西門子公司制造)與GE Excite HD 1.5T MRI(美國GE公司制造).

1.3 模體定位及掃描參數(shù)

在貯存及運輸過程中,體模內(nèi)可能會出現(xiàn)氣泡附著在內(nèi)部檢測部件上,首先需要盡量去除氣泡,使得各成像檢測層面不受影響方能進行檢測.隨后將ACR模體水平放置在掃描床上已裝好的頭線圈內(nèi),測試模體置于線圈中間,將定位線對準ACR模體前面的標記"NOSE"處的黑色交叉標志線,將模體送入磁體等中心位置.每次檢測的模體擺放和定位要一致,才能保證檢測結(jié)果的一致性.除非特殊需要,所有的模體應(yīng)放置在磁場的絕對中心,模體進入磁體中心后一定要靜置5 min后,方可進行掃描(如圖1所示).

圖1 模體所刻標記送入磁體等中心位置示意圖

掃描參數(shù):檢測通常采用自旋回波序列掃描,從序列庫中分別調(diào)出定位像掃描序列及自旋回波序列.自旋回波序列具體參數(shù)為:TR/TE為500 ms/20 ms,掃描矩陣256X256,層厚為5 mm,層間距5 mm,掃描野(FOV)為25 cm,接收帶寬RBW=20.48 kHz或156 Hz/pixel,采集次數(shù)為1次,不使用并行采集技術(shù)及失真校正、強度校正等內(nèi)部校準技術(shù).

1.4 模體掃描方法

首先進行3平面定位像的掃描,由所得到的3平面定位像確定對模體各橫斷位斷層的掃描.ACR模體在矢狀位上定軸位時,從ACR模體最下端45楔形邊相交的頂點開始,到最上端45楔形邊相交的頂點結(jié)束,按照規(guī)定掃描11層(如圖2所示);圖像均勻性測量在第6層進行(如圖3所示);層厚的測量在第1層進行(如圖4所示).

1.5 測量計算方法

1.5.1 圖像均勻度測量

在圖3所示的第6層圖像,先將圖像的對比度調(diào)到100%,再將圖像的亮度由高變低,在圖像中最先出現(xiàn)黑的區(qū)域即為信號最低的區(qū)域,繼續(xù)將亮度降低,圖像中最后還有亮度的區(qū)域即為信號最高的區(qū)域(如圖5A、B所示).也可通過測量圖像中包含中心區(qū)域80%模體面積的像素信號平均值的最大值Smax與最小值Smin來計算圖像均勻度(如圖5C所示).計算整個圖像均勻性采用公式1:

式中UΣ為均勻度;Smax為所測區(qū)域中信號最大值;Smin為所測區(qū)域中信號最小值.

1.5.2 層厚測量

在保證整個層厚區(qū)域在屏幕上的前提下,將第1層圖像放大2～4倍;調(diào)整窗寬窗位使信號坡度有很好的可視性,由于斜坡信號比水溶液的信號要低的多,所以通常需要大幅度降低窗位,并把顯示窗寬調(diào)窄;如圖6所示,在每個信號坡度正中設(shè)置一個矩形感興趣區(qū)域,分別記下2個感興趣區(qū)域的平均信號值,然后求出其平均值,所得的結(jié)果近似于斜坡正中的平均信號值.減小窗位到上述所測斜坡正中的平均信號值的一半,并調(diào)節(jié)窗寬到合適值.用系統(tǒng)自帶的長度測量工具測量斜坡的長度,記下測量數(shù)據(jù)(如圖7所示).

圖2 掃描層定位及層數(shù)示意圖

圖3 掃描模體所得第6層圖像

圖4 掃描模體所得第1層圖像

圖5 圖像均勻度測量示意圖

圖6 ACR模體斜坡信號平均值測量示意圖

圖7 ACR模體斜坡長度測量示意圖

計算層厚,與層厚設(shè)置值比較計算層厚誤差采用公式2:

式中T為層厚;L頂為頂信號坡度的長度;L底為底信號坡度的長度.

2 測量結(jié)果

分別對3.0T MRI和1.5T MRI的ACR模體的第6層圖像進行分析計算,得到圖像的均勻度分別為96.0%和92.7%;所側(cè)層厚分別為4.64 mm和5.58 mm,層厚偏差分別為0.36 mm和0.58 mm.根據(jù)中華人民共和國地方計量技術(shù)規(guī)范要求,圖像均勻度≥85%,層厚偏差絕對值≤1 mm,測量結(jié)果滿足規(guī)程要求[9-12](見表1).

3 討論

MRI系統(tǒng)構(gòu)成十分復(fù)雜,而影響MRI影像質(zhì)量的因素很多,對整個MRI系統(tǒng)進行全面測試十分困難,醫(yī)院僅進行常規(guī)參數(shù)測試.圖像均勻性是MRI系統(tǒng)的一個重要參數(shù),是指當被成像物體具有均勻的MRI特性時, MRI成像系統(tǒng)在掃描整個體積過程中產(chǎn)生一個常量信號響應(yīng)的能力,描述了MRI對體模內(nèi)同一物質(zhì)區(qū)域的再現(xiàn)能力[13].均勻度計算公式其最大值為1,表明圖像均勻度好,最小值為0,表明圖像均勻度很差[14].

影響圖像均勻度的因素主要有靜磁場、射頻線圈與射頻場、渦流效應(yīng)以及梯度脈沖和穿透效應(yīng)[15].如果靜磁場本身均勻性不好,算法上又未適當?shù)男拚?均勻度必定會差,因為其改變了不同位置原子核的共振頻率,造成成像區(qū)域的不均勻.實際檢測中發(fā)現(xiàn),靜磁場是限制圖像均勻程度的最主要因素,對射頻線圈的要求是能夠產(chǎn)生強度合適、時間準確的射頻脈沖,其好壞直接影響圖像質(zhì)量.如果所加射頻場不均勻,其幅值發(fā)生變化,致使不同時刻的共振信號有差異從而導(dǎo)致圖像的均勻度差.渦流產(chǎn)生的瞬時磁場方向與梯度場方向相反,如果渦流補償不足,會產(chǎn)生各種偽影,影響均勻度并使信噪比降低.如果梯度脈沖校準不好,會影響層面的選擇和頻率方向編碼與相位方向的編碼,使得圖像出現(xiàn)偽影,影響均勻度.當射頻脈沖能量很高時,會發(fā)生穿透效應(yīng),使得圖像不同區(qū)域接收到的信號有差異,從而影響均勻度.

層厚也是MRI系統(tǒng)的一個重要參數(shù),是指成像面在成像空間第三維方向上的尺寸,表示一定厚度的掃描層面,對應(yīng)的是一定范圍的頻率帶寬[16].測量層厚使用的體模有多種,有楔形、交叉斜面型及階梯型等多種體模.無論選用哪種體模,必須能把梯度場選層的結(jié)果間接地用圖像體現(xiàn)出來.利用某些特殊結(jié)構(gòu)所成圖像得到層厚,既可以利用層面的剖面線的最大半高寬(FWHM)得到層厚,也可以在窗寬、窗位調(diào)節(jié)好的情況下直接測量層厚.對于不同的結(jié)構(gòu),使用的方法也會有所不同[17].

表1 3.0T MRI和1.5T MRI圖像均勻度和層厚測量結(jié)果

影響層厚的因素主要有梯度場的均勻性、射頻場的均勻性、靜磁場的均勻性和選層脈沖.Z方向梯度場與選層脈沖一起選擇成像平面,所以Z方向梯度場的性能直接影響選層的效果.Z方向梯度場與選層脈沖的作用時間一定要配合好,如果梯度場時間控制不當,則產(chǎn)生選層誤差.梯度場的上升和下降時間要盡量短,如果時間長,選層誤差會增大.射頻場有缺陷影響接收通道的信號,使得在層面內(nèi)的信號不均勻,導(dǎo)致層厚出現(xiàn)誤差.靜磁場非均勻性使得共振信號有誤,從而影響層厚.如果選層脈沖非共面,在選層過程中層面會偏離預(yù)定選層,導(dǎo)致層厚誤差.此外,本研究僅對層厚5 mm進行了檢測,而未對10 mm層厚進行層厚檢測,這是因為在MRI實際掃描過程中,極少用到10 mm的層厚,10 mm層厚不但極易出現(xiàn)部分容積效應(yīng)影響診斷,另一方面過大的層厚極易漏掉病灶,故本研究僅對5 mm層厚進行了層厚檢測.

綜上所述,基于ACR標準的MRI成像系統(tǒng)圖像均勻度及層厚檢測方法,是MRI質(zhì)量控制的重要手段,通過長期的質(zhì)量控制檢測,建立起MRI運行質(zhì)量控制體系,保障與發(fā)揮設(shè)備性能,不斷提高診療水平.

[1]楊正漢,馮逢,王霄英.磁共振成像技術(shù)指南[M].北京:人民軍醫(yī)出版社,2011:58-161.

[2]倪萍,陳自謙,馬繼民,等.大型醫(yī)療設(shè)備保障決策的若干問題探討[J],中國醫(yī)療設(shè)備,2013, 28(5):75-77.

[3]蔡葵.磁共振質(zhì)量控制和質(zhì)量保證在臨床工作和科學研究中的意義[J].中國醫(yī)療設(shè)備, 2008,23(7): 139-142,155.

[4]馮慶宇.核磁共振成像裝置(MRI)質(zhì)量控制與實施保證[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2011,26(1):151-155.

[5]徐桓,趙慶軍,潘世越,等.不同磁共振層厚測試體模與測試方法的比較研究[J].中國醫(yī)學裝備,2013,10(12):42-43.

[6]董旭.磁共振成像系統(tǒng)圖像信噪比的檢測方法[J].計量與測試技術(shù),2014,41(1):5-6.

[7]趙慶軍,劉曉軍,徐桓,等.磁共振圖像均勻度及層厚檢測方法研究[J].中國醫(yī)學裝備,2015,12(3): 12-15.

[8]倪萍,李磊,陳自謙,等.基于ACR標準的MRI空間分辨率和低對比度分辨率檢測[J].中國醫(yī)療設(shè)備, 2010,25(10):135-137.

[9]中華人民共和國地方計量技術(shù)規(guī)范.JJF(京)30-2002醫(yī)用磁共振成像系統(tǒng)(MRI)檢測規(guī)范[S].北京市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局,2002-10-31.

[10]中華人民共和國地方計量檢定規(guī)程.JJG(蘇)71-2007醫(yī)用磁共振成像系統(tǒng)(MRI)檢定規(guī)程[S].江蘇省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局,2007-01-01.

[11]廣東省地方計量檢定規(guī)程.JJG009(粵)-2008醫(yī)用磁共振成像系統(tǒng)(MRI)計量檢定規(guī)程[S].廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局,2007-12-14.

[12]福建省地方計量檢定規(guī)程.JJF(閩)1041-2011醫(yī)用磁共振成像(MRI)系統(tǒng)檢定規(guī)程[S].福建省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局,2011.

[13]任國荃,劉曉軍.磁共振成像設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量檢測技術(shù)與評審[M].北京:人民軍醫(yī)出版社,2005:77-93.

[14]康立麗,楊紹洲,余曉鍔,等.磁共振成像層厚測量技術(shù)及其改進[J].中國醫(yī)學物理學雜志,2001,18(2): 83-85.

[15]徐桓,趙慶軍,張秋實.一種磁共振成像裝置質(zhì)量控制測試體模的研制[J].中國醫(yī)學裝備,2014,11(10): 83-85.

[16]官能成,倪萍,陳自謙.基于ACR體模的磁共振質(zhì)量控制自動評價系統(tǒng)[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2015,36(8): 95-97,112 .

[17]江玉柱,井賽,徐桓,等.幾種磁共振層厚測量方法探討[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2012,27(5):30-32.

The detection of image uniformity and slice thickness of MRI system based on ACR standards

FU Li-yuan, LIANG Yong-gang, NI Ping, et al// China Medical Equipment, 2016, 13(7):16-19.

Objective:To detect the image uniformity and slice thickness of Siemens Skyra 3.0 T and GE Excite HD 1.5 TMRI system based on ACR standards. Methods: Image uniformity and slice thickness of MRI were measured with ACR phantom, and the detection results were calculated. Results: The image uniformity were 96.0% and 92.7% of Siemens Skyra 3.0T and GE Excite HD 1.5T MRI respectively, the slice thickness were 4.64 mm and 5.58 mm, the thickness deviation is 0.36 mm and 0.58 mm, then the results measured in the research were in the normal range. Conclusion: The detection of image uniformity and slice thickness can effectively guarantee the image quality and the accuracy of slice thickness.

MRI system; Image uniformity; Slice thickness; ACR phantom; Quality control

1672-8270(2016)07-0016-04 [中圖分類號] R445.2

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.07.006

福建省科技計劃(2016I0010)"基于同步視頻腦電圖、PET/CT和多模態(tài)功能磁共振對癲癇精準定位的應(yīng)用研究";軍事醫(yī)學計量科研專項課題(2011-JL2-014)"功能磁共振成像專用體模及質(zhì)量控制檢測方法的研究";南京軍區(qū)重大課題(14ZX23)"軍人創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的多模態(tài)功能磁共振研究"

①南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學影像中心 福建 福州 350025

②南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學工程科 福建省醫(yī)學裝備管理質(zhì)量控制中心 福建 福州 350025

chenziqianfz@sina.com

2016-01-08