醫用磁共振質量檢測評價與數據管理系統的設計實現

李成，祁琦，陳竟宇，王佳慶

原南京軍區聯勤部 藥品儀器檢驗所，江蘇 南京 210002

醫用磁共振質量檢測評價與數據管理系統的設計實現

李成，祁琦，陳竟宇，王佳慶

原南京軍區聯勤部 藥品儀器檢驗所，江蘇 南京 210002

目的優化醫用磁共振檢測流程，改進目前依賴主觀判斷的檢測方法，實現圖像參數自動評判，建立檢測數據管理系統。方法基于檢測規程和MATLAB平臺，合理需求分析，設計自動檢測程序，應用于實際檢測工作，依據實驗效果反饋改進設計。結果應用于實際磁共振檢測時，本系統得到的圖像參數自動評判結果與預期一致，數據管理方便高效。結論本系統能夠高效應用于磁共振檢測工作，優化檢測流程。

磁共振儀器；質量控制；自動評價；數據管理

引言

磁 共 振 成 像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）、計算機斷層掃描（Computed Tomography，CT）、正電子發射斷層掃描（Positron Emission Tomography-Computed Tomography，PET-CT）等各類大型醫療設備的應用已成為醫院診療過程中必不可少的步驟，其中醫用磁共振成像系統，作為最成熟的醫學成像技術之一，極大的推動了醫學診斷技術的發展，提升了診斷準確率[1]。但磁共振設備的成像質量同時也成為影響疾病診斷結果的關鍵因素，近年來因為成像質量問題導致病灶被忽略的案例層出不窮，因此針對成像質量的檢測需求也應運而生[2]。目前，軍隊醫院的醫用磁共振成像系統主要由各級藥品儀器檢驗所攜帶標準體模上門掃描，通過“掃描體模-測試圖像”方法進行檢測，即通過掃描體模得到測試圖像，然后進行圖像處理和數據采集，再與檢測規程規定的檢測標準進行比較，作為判斷圖像質量是否合格的依據[3]。

目前這種檢測模式存在的問題已有文獻分析[4-5]，主要歸結為如下問題：

（1）現行的檢測模式需要在掃描體模后，直接在被測設備的軟件平臺上進行圖像處理和數據采集，這項工作較為耗時，會打斷患者的正常檢查，占用設備的工作時間，容易引起醫患矛盾。雖然可以通過圖像工作站進行掃描圖像的參數測量[6]，但仍會干擾醫院正常診斷工作的開展。

（2）對處理過的圖像進行數據采集時，需要檢測者對圖像進行主觀判斷或操作，比如線對數分析，手動測距等，既耗時又不一定準確，往往會因為不同檢測者的判斷而導致不同的檢測結果[7]。

（3）檢測規程要求還需抽取近期的臨床照片，打印膠片后存檔，以便后續評審專家的臨床照片等級評定[8]。但膠片攜帶不易，保存不便，增加醫院負擔，尤其像我們這種每年檢測上百臺磁共振設備的檢測單位，整理、攜行膠片工作較為繁瑣。

（4）檢測數據的錄入和計算工作。雖然總部已下發Excel公式計算表格，但仍需將原始記錄的數據手動逐個錄入表格，易出錯，且集中處理上百臺設備檢測數據時，工作量較大。

（5）大量設備信息和長期的檢測數據是數據挖掘、設備性能分析的寶庫。雖然總部也配發了應用質量管理系統，但由于該系統是純粹的數據庫平臺，與檢測過程幾乎完全分開，數據需額外錄入，不易推廣。并且無法保存醫學數字成像與通信（Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM）圖像信息，功能有待拓展。

目前，已有研究實現了基于ACR體模的磁共振檢測圖像參數的自動評價[9-10]，但尚未推出應用版本，且根據其發表結果，僅能解決上述的圖像處理部分問題。因此，我們擬在以往大量磁共振檢測工作的基礎上，設計醫用磁共振質量檢測評價與數據管理系統，以解決上述全部問題。

1 需求分析

根據以上分析，為解決上述檢測模式中存在的問題，檢測模式應相應改進。基于擬開發的醫用磁共振質量檢測評價與數據管理系統，準確客觀、方便快捷的實現磁共振檢測過程。設想的應用流程，見圖1。

圖1 醫用磁共振質量檢測評價與數據管理系統應用流程

首先，根據設計目標，掃描完體模、獲取到檢測圖像后在本系統內進行圖像處理、采集數據的操作，避免了占用醫院MRI設備的時間資源；其次，圖像均勻度、空間分辨力、層厚等性能參數的檢測基于圖像的自動處理，測量數據自動獲取，避免了人為或主觀因素導致的干擾因素[11]；根據獲取的測量數據進行自動計算，簡化了輸入步驟和計算過程；抽取的臨床照片進行數字化存儲傳輸，避免了攜行的繁瑣和膠片浪費，同時專家評審同一張臨床照片時可以在聯網的醫用顯示器上同步進行，提升了評片效率；最后，整個質量檢測過程的數據、圖像、臨床照片的數字化存儲，極大的方便了設備信息和檢測數據的管理和再利用，后期的數據分析能夠給予設備維護、采購等多個環節的數據支撐。

2 系統設計

根據需求分析，本系統主要分析Magphan SMR 170性能體模在醫用磁共振系統上的掃描圖像，需實現圖像處理和數據存儲兩大功能。首先圖像處理模塊中，根據現有檢測規程要求的圖像參數，需測量圖像信噪比、圖像均勻度、密度分辨力、空間分辨力、層厚、相位編碼偽影、線性度等7項。數據存儲功能模塊中，需要實現檢測圖像、臨床照片、自動測量數據、各項參數和評定結果的存儲，并基于測量數據自動計算結果和評價功能。考慮到程序設計的兼容性，兩大模塊均使用MATLAB平臺進行編程實現。程序框圖，見圖2。

圖2 程序框圖

2.1 圖像處理模塊的設計

主要根據掃描體模得到的3個層面，進行圖像處理和分析，得到7個參數的測量結果。其中，均勻性信噪比層面得到圖像信噪比、圖像均勻度和相位編碼偽影3個參數結果，高分線性度層面得到空間分辨力[12]和線性度2個參數結果，低對比度層面得到密度分辨力，而層厚可以選擇掃描的4個層面中任意一層進行測量。

2.1.1 均勻性信噪比層面

根據檢測規程，信噪比和均勻度參數測量需要在該層面測量不同測試區域的信號值，然后根據公式進行結果計算[13]。在人工檢測過程中，在該層面手工繪制13個圓形感興趣區，由磁共振設備自帶系統測得信號值，代入公式進行計算。感興趣區示意圖，見圖3。本平臺利用程序自動繪制感興趣區，并取得感興趣區內的信號值，然后基于公式自動計算，避免了手工繪制引入的誤差，同時自動取值計算，極大提升了效率。

圖3 感興趣區示意圖

2.1.2 高分線性度層面

人工檢測空間分辨力參數時，需要手動調節窗寬窗位至區分線對最清楚的位置，以得到能區分線對數的最大能力[14]。但此操作因人而異，且對操作者要求較高。本平臺自動檢測時，在窗寬窗位兩個參數的二維空間上逐位置分析，確定得到的測量結果為最大能力；檢測線性時，需要手動繪制測距直線，根據磁共振設備軟件系統得到距離結果，繪制直線存在手工誤差。本平臺自動選擇測距點圓心，所測距離保證為圓心間直線，因此最大程度保證了測量結果的準確性。

2.1.3 低對比度層面

低對比度參數測量時，要求在本層面大小、深淺不一的12個圓孔中選出所能區分的最小、最淺的圓孔。根據檢測經驗，本層面檢測時不需要過多操作（如調節窗寬窗位等），一般可以肉眼直接判斷出所能區分的最大能力，效率已經較高，因此本參數測量沒有設計冗余自動測量程序，可以直接根據人工判斷錄入測量結果。

2.1.4 層厚自動測量

檢測規程明確層厚檢測可以在掃描的4個層面中選擇任意一層進行，沿著正方形圖像外側4條斜邊圖像進行不同窗寬窗位條件下的長度測量。實際工作中，我們習慣選擇模塊內容較少的均勻性層面進行層厚測量，以避免其他模塊內容可能造成的干擾。按照測量步驟，我們在窗寬為0的條件下自動逐窗位掃描，得到臨界點的窗位值[15]。然后在臨界值與背景窗位的平均值狀態下，測量最長的斜邊直線長度，即得到測量值。整個過程完全由程序自動掃描測量，避免了手工操作引入的誤差和測量主觀性，極大的提升了測量效率和結果可信度。

2.2 數據存儲模塊的設計

根據需求分析，首先建立當前待檢測設備的空白記錄，并賦予唯一性編號、錄入基本信息等。然后實現檢測圖像和臨床照片的存儲。目前數據庫主要以兩種方式存儲圖像[16]，一是以二進制形式直接存在數據庫中；二是僅存儲圖像路徑。考慮數據庫設計原則要求數據訪問速度要足夠快，因此采用保存圖像路徑的方式，并將采集的檢測圖像和臨床照片保存于固定文件夾內。圖像處理模塊的測量結果可以一鍵導入，并內嵌計算模塊，直接根據測量結果和結果判定標準得到7個參數是否合格。結合臨床照片評價結論，綜合得到設備狀態是否合格的結論。

2.3 系統實現

圖層1部分建立的系統的核心程序截圖，見圖4。分別具有讀取圖片，查看圖像信息，信噪比與均勻性測量等功能，使用者使用該系統時只需在啟動程序后點擊讀取圖片，選擇需要處理的圖像層分別加入程序，再依次點擊后續按鍵，系統會進行后續的處理和分析，在處理完成后，會自動進入圖層2的程序，處理完圖層2的參數后，使用者可以選擇是否出具報告和導入數據庫存儲。該系統基本實現了醫用磁共振質量檢測評價和數據管理的功能。

圖4 系統核心程序圖（圖層1）

3 討論

目前，本系統的圖像處理模塊和數據存儲模塊已經基本構建完成，并應用于南京某醫院的磁共振檢測工作，取得了較為滿意的效果。人工檢測和自動評價結果的對比，見表1。從中反映出本系統自動評價的準確性。分析人工檢測時繪制的感興趣區和長度測量線，并未取得如自動繪制水準的感興趣區均勻分布或測距點圓心，因此理論上自動檢測結果更加準確。計劃在下一步檢測工作中采集更多的檢測圖像進行自動測量，以驗證效果，并不斷改進，最終逐步代替現行手工檢測方法。本平臺的持續應用能夠積累大量的設備信息和檢測數據，為以后更進一步的應用提供了數據基礎。

表1 人工檢測自動評價結果對比

同時，根據我們的設計流程，本平臺可以應用于其他基于圖像體模的大型設備檢測工作，如CT和彩超等。目前這些設備的檢測工作中關于圖像參數的測量，主要基于設備自帶圖像分析系統的人工判斷，同樣存在主觀不一致、占用設備資源等問題。隨著本平臺的逐步推廣應用，有望改進大型醫療設備目前的檢測模式，從而提升工作效率。

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Design and Implementation of Medical Magnetic Resonance Imaging Quality Control and Data Management System

LI Cheng, QI Qi, CHEN Jingyu, WANG Jiaqing
Institute of Drug and Instrument Control, Joint Logistics Department of Nanjing Military Area Command, Nanjing Jiangsu 210002, China

ObjectiveTo improve the quality control procedure of medical MRI, which relies on the subjective judgment of operators, and realize automatic evaluation for image parameters and build the data managing system.MethodsBased on operating specifications and MATLAB, the automatic detection program was designed through analyzing demands. The results of being applied in practical quality control for MRI were used as the feedback to improve the whole design.ResultsThe results of this system being applied in practical work acquired accordant results with anticipation and the data management was convenient and effective.ConclusionThis system could be applied in quality control of MRI and improve the efficiency of quality control procedures.

MRI e quipment; quality control; automatic evaluation; data management

TP392；R445.2

C

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.11.032

1674-1633(2017)011-0127-04

2016-12-14

2017-06-16

南京軍區醫學科技創新課題（MS163）。

作者郵箱：licheng18@163.com

本文編輯 李美松本文編輯 王婷