正交鳥籠頭線圈質量控制檢測與建立處置界限的初步實踐

尹紅霞，劉雅文，楊娉娉，牛明哲，朱建明，王振常，楊正漢*

(1.首都醫科大學附屬北京友誼醫院放射科，3.醫工部，北京 100050；2.中國計量大學信息工程學院，浙江 杭州 310018)

MRI技術的迅速發展使其在臨床影像學檢查中的應用越來越廣泛，獲取高質量的MR圖像是精確診斷的關鍵。射頻線圈作為發射射頻脈沖和接收MR信號的前端部件，其整體性能直接影響圖像質量[1-2]。因此，對射頻線圈檢測是MR設備臨床質量控制的重要內容之一。通過對射頻線圈整體性能的檢測，可在線圈性能下降到嚴重影響臨床圖像質量之前，發現問題并及時解決，從而獲得高質量的醫學圖像。

根據設計不同，射頻線圈可分為容積線圈、表面線圈和相控陣線圈等[3-4]。射頻線圈種類不同，其檢測方法也存在差異。美國放射學院(American College of Radiology, ACR)推薦采用SNR、圖像均勻度百分比(percent image uniformity, PIU)和信號偽影百分比(percent signal ghosting, PSG)作為容積線圈性能檢測的指標[5]。另外，可采用平均SNR和最大SNR評估表面線圈或相控陣線圈的性能[6-7]。作為標準的容積線圈，正交鳥籠頭線圈在臨床質量控制檢測中最常用。本研究對本單位3臺MR設備配備的正交鳥籠頭線圈進行檢測，并建立各性能指標的處置界限，旨在為容積線圈的檢測及建立性能指標處置界限提供實踐經驗和技術參考。

1 材料與方法

1.1 設備與主要材料 MR設備1(GE 1.5T HDi，2012年裝機)；MR設備2(GE 3.0T HD，2006年裝機)；MR設備3(GE 3.0T 750W，2016年裝機)，均配備正交鳥籠頭線圈。ACR模體(圓柱形，型號：J12731，制造商：J.M.SPECIALTY PARTS，SAN DIEGO，CA)：直徑190 mm，高148 mm，內部填充 10 mmol/L氯化鎳溶液和75 mmol/L氯化鈉溶液。

1.2 掃描序列及參數 軸位SE序列T1WI，TR 500 ms，TE 20 ms，NEX 1，層厚5 mm，層間距5 mm，FOV 25 cm×25 cm，矩陣256×256，層數11層。掃描定位時顯示兩個45°交叉楔形板插件的矢狀定位圖上，將第1層和第11層分別定位于兩個楔形交叉角處[8]。

1.4 PIU測量 選取ACR模體T1W的第7層圖像。保留測量SNR時所選取的大ROI(圖1A)，設置較小的窗寬值，調高窗位，直至大ROI內僅有少量亮像素點顯示；在亮像素點區域放置1個面積為1 cm2左右的測量ROI，記錄其內信號均值，記為最大信號值(max ROI)，見圖1C。降低窗位，使大ROI內僅有少量暗像素點，記錄上述ROI內的信號均值，記為最小信號值(min ROI)，見圖1D。根據公式：

1.5 PSG測量 選取ACR模體T1W序列第7層圖像。保留測量SNR時所選取的大ROI(圖1A)，記錄其信號的均值(mean signal)。在圖像上下左右的背景區域放置4個橢圓形ROI，大小約為10 cm2，長寬比為4∶1，記錄4個ROI的信號均值(Top, Bottom, Left, Right)，見圖1B。計算PSG，公式為：

1.6 建立處置界限 在設備運行狀態良好的情況下，對每臺設備的正交鳥籠頭線圈進行6次掃描；測量所有性能指標，計算6次測量結果的均值和標準差，建立每個指標的處置界限。

正交鳥籠頭線圈的SNR、PIU和PSG的處置界限分別定義為：SNR≥均值-2×標準差、PIU≥均值-2×標準差和PSG≤均值+2×標準差；且各性能指標的處置界限不應低于ACR要求的最低處置界限(表1)[5]。

表1 ACR對容積線圈要求的SNR、PIU和PSG處置界限

2 結果

2.1 SNR檢測結果及處置界限 3臺設備正交鳥籠頭線圈的SNR結果見圖2。設備1(GE 1.5T HDi)、設備2(GE 3.0T HD)和設備3(GE 3.0T 750W)的線圈SNR均值分別為262.14、280.47和474.24，標準差分別為18.43、29.67和29.95。建立正交鳥籠頭線圈SNR的處置界限分別為≥225.28、≥221.13和≥414.34，均優于ACR標準[5]。所測得的3臺設備正交鳥籠頭線圈的SNR值均滿足所建立的處置界限要求。

圖1 測量SNR、PIU和PSG的ROI選取示意圖 A.信號均值ROI選取； B.背景信號標準差(σn，n=1、2、3、4)和背景信號均值(Top、Bottom、Left、Right)ROI選取； C、D.最大信號值(max ROI)和最小信號值(min ROI)ROI選取

2.2 PIU檢測結果及處置界限 正交鳥籠頭線圈的PIU結果見圖3。設備1(GE 1.5T HDi)、設備2(GE 3T HD)和設備3(GE 3T 750W)的線圈PIU均值分別為95.00%、83.17%和84.33%，標準差分別為0.63%、1.17%、0.82%。3臺設備正交鳥籠頭線圈的PIU的處置界限分別為≥93.74%、≥80.83%和≥82.69%。ACR要求，3.0T設備的PIU值必須滿足≥82.00%的標準[5]；計算得到的設備2(GE 3.0T HD)線圈的PIU處置界限(≥80.83%)已經低于該標準，但每次測量值均滿足≥82.00%的要求。將設備2(GE 3.0T HD)線圈的PIU處置界限修正為≥82.00%。所測得的3臺設備正交鳥籠頭線圈的PIU值均滿足建立的處置界限要求。相比2臺3.0T MR設備，1.5T MR設備正交鳥籠頭線圈的圖像均勻性更好。

2.3 PSG檢測結果及處置界限 正交鳥籠頭線圈的PSG結果見圖4。設備1(GE 1.5T HDi)、設備2(GE 3T HD)和設備3(GE 3T 750W)的線圈PSG均值分別為0.11%、0.07%和0.14%，標準差分別為0.12%、0.03%和0.11%。3臺設備正交鳥籠頭線圈PSG值的處置界限分別為≤0.35%、≤0.13%和≤0.36%，均優于ACR要求的最低處置界限≤2.5%[5]。所測得的3臺設備正交鳥籠頭線圈的PSG值均滿足建立的處置界限要求。

3 討論

作為發射射頻和接收信號的主要部件，射頻線圈的性能直接影響MR圖像質量。因此，射頻線圈的質量控制對臨床診斷和科學研究具有重要意義。正交鳥籠頭線圈是容積線圈，在其有效采集的容積范圍內，具有均勻的空間敏感性。正交鳥籠頭線圈是MR設備臨床質量控制檢測的主要線圈，用于中心頻率、發射增益、信噪比、層厚精度、層位置精度等多個檢測指標的數據采集，其性能指標直接影響質量控制的結果。為保證質量控制檢測結果不受射頻線圈的影響，應定期對正交鳥籠頭線圈進行檢測。ACR要求射頻線圈檢測的最低頻率是1年1次[5]。

射頻線圈質量控制的方法有多種，美國電氣制造商協會(National Electrical Manufactures Association, NEMA)和ACR均曾推出相關標準[5-7]。SNR是衡量射頻線圈質量的重要指標，也是評價圖像有效性、可靠性的重要參數。在SNR測量方面，NEMA和ACR分別推薦兩次圖像測量方法和單次圖像測量方法[5-7]，兩次圖像測量方法對圖像后處理的要求較高，需要對兩次掃描的圖像進行相減。為了操作的簡便，筆者選用ACR推薦的單次圖像測量方法，其中4個背景區域背景信號標準差的均值為噪聲強度，掃描區域的大ROI的均值為信號強度。測量SNR需要采集選擇線圈中間部位的圖像，即靠近線圈信號采集的敏感區域。筆者在對正交鳥籠頭線圈進行檢測的同時，也對ACR推薦的檢測方法進行分析，結果表明ACR推薦的容積線圈檢測方法可用于臨床質量控制。

圖2 SNR測量結果 A.設備1(GE 1.5T HDi)； B.設備2(GE 3.0T HD)； C.設備3(GE 3.0T 750W) 圖3 PIU測量結果 A.設備1(GE 1.5T HDi)； B.設備2(GE 3.0T HD)； C.設備3(GE 3.0T 750W) 圖4 PSG測量結果 A.設備1(GE 1.5T HDi)； B.設備2(GE 3.0T HD)； C.設備3(GE 3.0T 750W)

筆者對本單位3臺MR設備的正交鳥籠頭線圈分別進行6次檢測，所獲得的SNR、PIU和PSG測量值均達到了ACR要求的最低標準[5]。但在將來的質量控制工作中，仍不能排除可能出現的線圈指標不達標的情況。可能影響射頻線圈SNR因素包括MR設備的校準、增益、線圈的調諧、射頻屏蔽等客觀因素，也包括掃描參數設置、ROI選取等主觀因素[10]。因此，當SNR不達標時，需要排查的因素較多，有待進一步研究。若圖像均勻性指標PIU不達標，可能的因素有靜磁場均勻性下降、射頻場不均勻、渦流效應、梯度校準不良等；此時，需對每一項因素進行排查，查找導致圖像不均勻的原因[11]。如PSG不達標，可能是由于模體運動、梯度場的不穩定及渦流效應等因素所致。

射頻線圈各性能指標的處置界限由MR設備和射頻線圈性能共同決定。每臺MR設備所配備的射頻線圈性能指標的處置界限存在差異，需為每臺設備所配備的射頻線圈性能指標建立合適的個體化處置界限。筆者采用均值±2×標準差作為各性能指標的處置界限。但各指標處置界限的上下限設置稍有不同：對于SNR和PIU，只需設置處置界限的下限；對于PSG，只需設置處置界限的上限。

總之，本研究通過對3臺 MR設備的正交鳥籠頭線圈的檢測，熟練掌握了ACR推薦方法中容積線圈質量控制的流程和準則，為射頻線圈臨床質量控制工作的開展提供了可靠、易操作的方法。但本研究只針對射頻線圈中的正交鳥籠頭線圈進行測評，未對其他常用線圈進行檢測。在后續工作中，筆者會逐漸開展其他種類射頻線圈的檢測，對每一類射頻線圈分別建立有效的檢測方法。

[1] Gasson J, Summers IR, Fry ME, et al. Modified birdcage coils for targeted imaging. Magn Reson Imaging, 1995,13(7):1003-1012.

[2] Shou G, Xia L, Liu F, et al. MRI coil design using boundary-element method with regularization technique: A numerical calculation study. IEEE Trans Magn, 2010,46 (4):1052-1059.

[3] 張宏杰，宋梟禹，包尚聯，等.磁共振成像射頻線圈技術.中國醫學影像技術,2005,21(9):1440-1441.

[4] 楊正漢，馮逢，王霄英.磁共振成像技術指南-檢查規范、臨床策略及新技術應用(修訂版).北京:人民軍醫出版社,2015:437-438.

[5] American College of Radiology. Magnetic resonance imaging quality control manual. Reston: ACR, 2015:58-59.

[6] National Electrical Manufacturers Association. NEMA-MS-1. Determination of SNR in diagnostic magnetic resonance images. Arlington: NEMA, 2008:1-21.

[7] National Electrical Manufacturers Association. NEMA-MS-6. Determination of signal-to-noise ratio and image uniformity for single-channel, non-volume coils in diagnostic magnetic resonance imaging (MRI). Arlington: NEMA, 2014:1-21.

[8] 尹紅霞,楊娉娉,劉雅文,等.MRI設備中心頻率和發射增益穩定性檢測及處置界限建立.中國醫學影像技術,2017,33(8):1260-1263.

[9] Kaufman L, Kramer DM, Crooks LE, et al. Measuring signal-to-noise ratios in MR imaging. Radiology, 1989,173(1):265-267.

[10] Firbank MJ, Coulthard A, Harrison RM, et al. A comparison of two methods for measuring the signal-to-noise ratio on MR images. Phys Med Biol, 1999,44(12):N261-N264.

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

[11] 儲呈晨，王龍辰，畢帆，等.磁共振圖像質量控制中的若干評價指標.中國醫療設備,2016,31(7):124-127.

關鍵詞

關鍵詞又稱主題詞，是位于摘要之后，在論文中起關鍵作用的、最能說明問題的、代表論文特征的名詞或詞組。它通常來自于題目，也可以從論文中挑選。一般每篇論文要求2～5個關鍵詞。每個關鍵詞都可以作為檢索論文的信息，若選擇不當，會影響他人的檢索效果。醫學上現在主要使用美國《醫學索引》(Index Medicus)的醫學主題詞表(Medical Subject Headings, MeSH)最新版作為規范，亦可參考中國醫學科學院情報研究所翻譯地英漢對照《醫學主題詞注釋字順表》。非主題詞表的關鍵詞為自由詞，只有必要時，才可排列于最后。有些新詞也可選用幾個直接相關的主題詞進行搭配。