基于計(jì)量檢定的MRI 物理性能質(zhì)控研究

王文翰，鄭羽明，王浩文（通信作者）

1 國(guó)藥北方醫(yī)院 （內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市 014030）；2 南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院（廣東 廣州 510515）

MRI 作為重要的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，保持其穩(wěn)定、高效運(yùn)行是提供可靠診斷信息的前提[1]。原國(guó)家衛(wèi)生部頒布實(shí)施的WS/T 263-2006《醫(yī)用磁共振成像（MRI）設(shè)備影像質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)價(jià)規(guī)范》[2]，以及原國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局頒布實(shí)施的YY/T 0482-2010 《醫(yī)用成像磁共振設(shè)備主要圖像質(zhì)量參數(shù)的測(cè)定》等對(duì)MRI 的計(jì)量檢定工作提出了明確要求。廣東等省份也發(fā)布了地方計(jì)量檢定規(guī)程，規(guī)范了圖像質(zhì)量部分主要參數(shù)的測(cè)量與評(píng)價(jià)。根據(jù)圖像質(zhì)量檢測(cè)使用的不同測(cè)試模體，廠商還提供了參考測(cè)試方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。目前，國(guó)內(nèi)外主流的測(cè)試體模分別是美國(guó)模體實(shí)驗(yàn)室研制的Magphan SMR170[2]，Magphan SMR100 體模[3]，符合美國(guó)放射協(xié)會(huì)（American College of Radiology，ACR）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的ACR體模和生產(chǎn)廠商隨機(jī)配備的測(cè)試體模。上述眾多文件提供了不同的測(cè)試方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但圖像質(zhì)量的檢測(cè)結(jié)果受許多因素影響，如掃描序列、模體選擇、人員操作等?；诖?，本研究結(jié)合醫(yī)院實(shí)際情況，將操作流程和技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，制定1 套醫(yī)院內(nèi)部基于計(jì)量檢定規(guī)程的MRI 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。

1 測(cè)試工具及環(huán)境

1.1 測(cè)試工具

本研究使用的體模是Magphan SMR170 測(cè)試體模（美國(guó)模體實(shí)驗(yàn)室），測(cè)試體模的定位示意圖如圖1 所示，建議在示意圖上標(biāo)出測(cè)試平面（一）（二）（三）（四）[4]。該體模有4 個(gè)測(cè)試平面[5]，分層示意圖分別如圖2 所示。為了大尺寸的空間線性測(cè)試，可使用體模的測(cè)試立方體支撐盤作為測(cè)試平面，見圖3。體模內(nèi)填充的成像溶液為五水硫酸銅和蒸餾水配制的成像溶液（成像溶液的配比為1 L 蒸餾水+2 g 五水硫酸銅+3.6 g 氯化鈉），呈水硫酸銅濃度為1～25 nmol，T1弛豫時(shí)間為40～860 ms，T2弛豫時(shí)間為38～625 ms[6]。本研究使用Coliy G93 高斯計(jì)，測(cè)量范圍為10 nT（0.1 mG）至3 T（30 kG），測(cè)量精度為1%，用于檢測(cè)磁共振主磁場(chǎng)強(qiáng)度。

圖1 Magphan SMR170 定位示意圖

圖2 Magphan SMR170 模體分層示意圖

圖3 測(cè)試立方體支撐盤示意圖

1.2 檢定條件

1.2.1 環(huán)境條件

上述測(cè)試工具的工作溫度范圍為-10～60℃，綜合考慮磁共振工作溫度范圍為15～24℃，濕度范圍為30%～70% Rh，確定測(cè)試環(huán)境應(yīng)滿足溫度為15～24℃，濕度為30%～70% Rh。

1.2.2 工具精度要求

對(duì)于測(cè)試體模，由于尚無相關(guān)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，通常應(yīng)每年同更高一級(jí)的計(jì)量機(jī)構(gòu)做比對(duì)，精度一致方可開展檢測(cè)工作。對(duì)于主磁場(chǎng)檢測(cè)工具，如高斯計(jì)，應(yīng)每年送計(jì)量院進(jìn)行校準(zhǔn)，并確保檢測(cè)時(shí)其校準(zhǔn)證書處于有效期內(nèi)。

2 方法

2.1 圖像質(zhì)量測(cè)試

將測(cè)試體模水平放置在頭線圈內(nèi)位于磁體等中心位置，模體的中心與射頻線圈的中心近似重合。選擇掃描參數(shù)，對(duì)模體的各測(cè)試平面掃描成像，掃描參數(shù)見表2。

表2 掃描參數(shù)

2.1.1 信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）

如圖4 所示，SNR 測(cè)量方法結(jié)合了1 幅圖像測(cè)量方法和2幅圖像測(cè)量方法，能同時(shí)得到兩組共4個(gè)SNR 值。選擇掃描序列和掃描參數(shù)對(duì)模體的測(cè)試平面（二）進(jìn)行掃描得到第1 幅均勻模體圖像。掃描結(jié)束后，間隔至少5 min，不做任何系統(tǒng)的調(diào)整或校準(zhǔn)，在與上1 次掃描條件完全相同的條件下進(jìn)行第2 次掃描，得到第2 幅均勻模體圖像。再將2 幅圖像相減，得到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)相減的第3 幅圖像，即減影圖像。分別在2 幅均勻模體圖像上75%中心區(qū)域內(nèi)選取感興趣區(qū)域（region of interest，ROI），測(cè)定ROI 內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度的平均值S1、S2和標(biāo)準(zhǔn)偏差SD1、SD2。在減影圖像上選取相同感興趣區(qū)域，測(cè)定ROI內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差SD3。在2 幅均勻模體圖像的外側(cè)背景區(qū)域分別選取4個(gè)ROI，測(cè)量并計(jì)算背景ROI內(nèi)背景信號(hào)強(qiáng)度的總平均值Sb1和Sb2[7]。

圖4 信噪比測(cè)試示意圖

（1）第一組SNR 值：信號(hào)為均勻模體圖像中心ROI 內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度的平均值S1、S2分別減去各自圖像背景信號(hào)強(qiáng)度的總平均值Sb1、Sb2的差，噪聲為均勻模體圖像中心ROI 內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差SD1、SD2，根據(jù)式（1）計(jì)算可得SNR1、SNR2值。（2）第二組SNR 值：信號(hào)為均勻模體圖像中心ROI 內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度的平均值S1、S2，噪聲為減影圖像中心ROI 內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差SD3，根據(jù)式（2）計(jì)算可得SNR3、SNR4值。

2.1.2 均勻性

均勻性測(cè)試和SNR 測(cè)試可選用同1 幅圖像進(jìn)行計(jì)算。選擇掃描序列和掃描參數(shù)對(duì)模體的測(cè)試平面（二）進(jìn)行掃描得到1 幅均勻模體圖像。在均勻模體圖像上75%中心區(qū)域內(nèi)選取ROI，分別選取ROI 中心區(qū)域和邊緣0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°共9 個(gè)區(qū)域?yàn)闇y(cè)量區(qū)，測(cè)定測(cè)量區(qū)內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度均值，如圖5所示。

圖5 均勻性測(cè)試示意圖

從所測(cè)定的測(cè)量區(qū)內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度均值中，選出最大信號(hào)強(qiáng)度均值（Smax）和最小信號(hào)強(qiáng)度均值（Smin），均勻性U根據(jù)式（3）計(jì)算。

2.1.3 空間線性

空間線性測(cè)試可使用模體的測(cè)試平面（三）測(cè)試。選擇掃描序列和掃描參數(shù)對(duì)模體的測(cè)試平面（三）進(jìn)行掃描，得到由線對(duì)和圓孔組成的模體圖像，分別測(cè)量水平和垂直位置上標(biāo)稱長(zhǎng)度D標(biāo)稱為2、4、8 cm 孔間距的實(shí)際測(cè)量值D實(shí)測(cè)，見圖6。對(duì)于大尺寸的空間線性測(cè)試可選擇模體的測(cè)試立方體支撐盤測(cè)試2、8、10、12 cm 共4 項(xiàng)。選擇掃描序列和掃描參數(shù)對(duì)模體的測(cè)試立方體支撐盤進(jìn)行掃描，得到由線對(duì)和圓孔組成的模體圖像，分別測(cè)量斜向上標(biāo)稱長(zhǎng)度D標(biāo)稱為2、8、10、12 cm 孔間距的實(shí)際測(cè)量值D實(shí)測(cè)，如圖7 所示?？臻g線性L根據(jù)式（4）計(jì)算。

圖6 水平和垂直空間線性測(cè)試示意圖

圖7 斜向空間線性測(cè)試示意圖

2.1.4 縱橫比

縱橫比測(cè)試和空間線性測(cè)試可使用同1 幅圖像進(jìn)行計(jì)算。選擇掃描序列和掃描參數(shù)對(duì)模體的測(cè)試平面（三）進(jìn)行掃描，得到由線對(duì)和圓孔組成的模體圖像，分別測(cè)量水平和垂直位置上標(biāo)稱長(zhǎng)度為8 cm 孔間距的實(shí)際測(cè)量值D水平、D垂直?？v橫比H根據(jù)式（5）計(jì)算。

2.1.5 空間分辨力

空間分辨力測(cè)試和空間線性測(cè)試可選用同1 幅圖像進(jìn)行評(píng)價(jià)。空間分辨力測(cè)試采用檢驗(yàn)物目視評(píng)價(jià)法。選擇掃描序列和掃描參數(shù)對(duì)模體的測(cè)試平面（三）進(jìn)行掃描，得到由線對(duì)和圓孔組成的模體圖像，調(diào)節(jié)窗寬和窗位，直至將圖像上的線對(duì)清晰地分辨并區(qū)分開來，此時(shí)能清晰分辨的最大線對(duì)數(shù)就是該設(shè)備的空間分辨力，如圖2（c）所示。

2.1.6 低對(duì)比分辨力

低對(duì)比分辨力采用檢驗(yàn)物目視評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)。選擇掃描序列和掃描參數(shù)對(duì)模體的測(cè)試平面（四）進(jìn)行掃描，得到由圓孔組成的模體圖像，調(diào)節(jié)窗寬和窗位，直至將圖像上的圓孔清晰地分辨并區(qū)分開來，此時(shí)能分辨的直徑最小圓孔就是該設(shè)備的低對(duì)比分辨力，如圖2（d）所示。

2.1.7 層厚

選擇掃描序列和掃描參數(shù)對(duì)模體的測(cè)試平面（一）進(jìn)行掃描得到模體圖像，窗寬調(diào)節(jié)至最小，窗位至傾斜板信號(hào)強(qiáng)度與背景信號(hào)強(qiáng)度和的一半，測(cè)量圖像中傾斜板成像的尺寸X1、X2和Y1、Y2[8]（圖8）。取X1、X2和Y1、Y24 個(gè)測(cè)量尺寸的平均值為斷層分布的半寬高dFWHM，傾斜板的傾角為α（本研究使用的Magphan SMR170 體模傾角為14°），層厚根據(jù)式（6）計(jì)算。

圖8 層厚測(cè)試（傾斜板測(cè)量）示意圖

2.2 主磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)試

首先，將高斯計(jì)的測(cè)量探頭借助沙袋等工具固定在檢查床中央位置，并確保移床時(shí)探頭線纜不會(huì)受到擠壓或損傷。其次，手動(dòng)進(jìn)床至高斯計(jì)到達(dá)主磁體中心位置。再次，將測(cè)量探頭的連接端子同高斯計(jì)主機(jī)相連，關(guān)閉掃描間屏蔽門后開始測(cè)量。為保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，應(yīng)間隔1 min 進(jìn)行3 次以上的測(cè)量，記錄平均值作為測(cè)量結(jié)果。

3 結(jié)果

3.1 SNR 值及均勻性性能要求信噪比性能及均勻性性能要求如表3 所示。

表3 各主磁場(chǎng)強(qiáng)度MRI 系統(tǒng)的SNR 值及均勻性性能要求

3.2 空間線性、縱橫比、空間分辨力、低對(duì)比分辨力、層厚、電壓偏差

1.0 T 以上（含1.0 T）的MRI 系統(tǒng)的空間線性應(yīng)小于2.0%，1.0 T 以下的MRI 系統(tǒng)的空間線性應(yīng)小于5%，當(dāng)距離不超過2 cm 時(shí)，空間線性不超過±1 mm。縱橫比應(yīng)在90%～110% 范圍內(nèi)。1.0 T 以上（含1.0 T）的MRI 系統(tǒng)的最高分辨力不小于5 Lp/cm，1.0 T 以下的MRI 系統(tǒng)的最高分辨力不小于4 Lp/cm。低對(duì)比分辨力應(yīng)能分辨直徑4 mm 深為0.5 mm 的圓孔。標(biāo)稱層厚≥5.0 mm 時(shí)，實(shí)際值與標(biāo)稱值之差的絕對(duì)值不大于1.0 mm；當(dāng)2.0 mm ≤標(biāo)稱層厚＜5.0 mm 時(shí)，實(shí)際值與標(biāo)稱值之差的絕對(duì)值不大于0.5 mm。電壓偏差應(yīng)為標(biāo)稱電壓的±7%。

4 總結(jié)

綜上所述，本研究從計(jì)量檢定方面進(jìn)行了醫(yī)院內(nèi)部MRI 物理性能質(zhì)控方法整理，上述指標(biāo)均應(yīng)至少滿足相關(guān)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)要求方能保障MRI 的工作質(zhì)量，醫(yī)院應(yīng)定期開展相應(yīng)的質(zhì)控工作，確保設(shè)備安全、有效的運(yùn)行。對(duì)于存在部分參數(shù)不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的MRI 設(shè)備，應(yīng)立即停止診療活動(dòng)，并對(duì)相應(yīng)的部件（如射頻、線圈、磁場(chǎng)、屏蔽等）進(jìn)行重新配置、校準(zhǔn)或維修，修復(fù)后重新進(jìn)行性能檢測(cè)，各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)標(biāo)后方可投入臨床使用。