基于ACR體模的磁共振射頻線圈性能的對比

袁子龍，張照喜，邱建峰，陳迢，劉濤，劉玉林.湖北省腫瘤醫院 放射科，湖北 武漢430079；.泰山醫學院 放射學院，山東泰安 706

基于ACR體模的磁共振射頻線圈性能的對比

袁子龍1，張照喜1，邱建峰2，陳迢1，劉濤1，劉玉林1
1.湖北省腫瘤醫院 放射科，湖北 武漢430079；2.泰山醫學院 放射學院，山東泰安 271016

目的 探討不同射頻線圈在磁共振成像中的性能特點。方法 根據美國放射學院（ACR）推薦的射頻線圈檢測標準，基于ACR體模，通過Siemens 3.0T Verio磁共振儀測定12單元頭顱矩陣線圈、12單元腹部線圈及大體線圈的圖像信噪比、圖像均勻度及信號偽影比。結果 12單元頭顱矩陣線圈及12單元腹部線圈的信噪比在SE-T1WI序列中分別是大體線圈的16.41倍和14.1倍，在double SE-T2WI序列中分別是大體線圈的6.31倍和5.35倍。大體線圈的均勻度最好，12單元頭顱矩陣線圈和12單元腹部線圈稍差，其中12單元頭顱矩陣線圈的均勻度未達到標準要求。在信號偽影比檢測中，12單元頭顱矩陣線圈的信號偽影比最低，12單元腹部線圈和大體線圈次之，但均達到了頭線圈的標準要求。結論 3種線圈的性能各有優勢，需根據不同情況進行應用。

磁共振；射頻線圈；信噪比；均勻度；信號偽影比

質量控制與質量保證（QA/QC）是磁共振成像（MRI）技術的重要組成部分。美國自20世紀80年代陸續提出了一些基本的QA/QC系列標準[1-2]，我國一些學者對此進行了相關研究[3-6]，但都側重于磁共振系統的整體評價，而未涉及磁共振相關組件的評價。

由美國放射學院（ACR）出版的磁共振成像質量控制手冊中提出了射頻線圈檢測的內容及方法[8]，主要包括以下幾個方面：圖像信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）、圖像均勻性（Percent Integral Uniformity，PIU）和信號偽影比（Percent Signal Ghosting，PSG）。本文利用ACR標準體模，按照ACR提出的標準測試方法[9-10]分別對12單元頭顱矩陣線圈、12單元腹部線圈及大體線圈進行了性能評價。

1 材料和方法

1.1 材料

磁共振設備采用德國Siemens 3.0T Verio磁共振儀，受檢射頻線圈包括12單元頭顱矩陣線圈、12單元腹部線圈及大體線圈；體模采用ACR標準體模。各個線圈的掃描均按照ACR磁共振成像質量控制手冊中提出的標準掃描方法，參數包括：SE-T1WI，重復時間TR=500 ms，回波時間TE=20 ms；double SE-T2WI，重復時間TR=2500 ms，回波時間TE1=20 ms，TE2=80 ms；FOV=230 mm×230 mm，層厚為5 mm，層間隔為5 mm；掃描層數為11層，矩陣為256×256，采集次數為1。所有序列掃描前均行B0場的校正。T1加權掃描時間為132 s；T2加權掃描時間為644 s；T1、T2序列測量均在溢流層中進行，T2序列在TE時間為80 ms時的溢流層中測量。

1.2 方法

1.2.1 信噪比測試

圖像SNR是指圖像的信號強度與噪聲強度的比值。本研究運用ACR標準提出的單幅圖像測試方法[11]，測量感興趣區（ROI）的平均信號強度并將其作為信號，將背景區域的信號標準差作為噪聲。SNR計算公式如下：

式中，S是ROI的平均信號強度，SD為背景區域的信號標準差。大ROI選為圓形，同時參照ACR體模測試標準，將其面積選取為195～205 cm2；背景區域ROI則一般較小，位置在FOV的4個角上，占體模半徑的10%左右[8]。背景區域ROI的勾畫要在成像區域內部。本研究除了計算ROI的SNR之外，還將利用Matlab 7.0軟件圖形化溢流層圖像中前后（A-P）方向和左右（L-R）方向上的體素-信噪比曲線。

1.2.2 圖像均勻性測試

實施舒適護理以后，主要對兩組患者的臨床效果以及患者護理滿意度進行觀察。臨床效果主要由專業人員對兩組患者的實際治愈情況進行觀察。患者護理滿意度由專業人員結合兩組患者護理的實際情況進行記錄。

圖像PI U的測量和計算方法采用ACR體模測試標準中所提出的方案[9-10]。計算公式如下：

式中，Smax為最大信號值，Smin為最小信號值。測試方法如下：在SNR的測試圖像中，將窗寬調至最窄，至整個ROI全白，緩慢提高窗位，直到大ROI內部邊緣出現一小片全黑區域，在該區域畫取一個面積為1 cm2的小ROI，多次取值后，記錄其中平均信號值最小的值，該值則為Smin；繼續提高窗位，直到大ROI內部出現一小片全白的區域，在該區域畫取一個面積為1 cm2的小ROI，多次取值后，記錄其中平均信號值最大的值，該值則為Smax。

1.2.3 信號偽影比測試

PSG用于評價圖像中偽影的級別，鬼影是指疊加在圖像上且出現在不同于目標的真實位置上的一種偽影。測量和計算方法同樣按照ACR體模測試標準所提出的方案[9-10]。計算公式如下：

式中，large ROI為大ROI的平均信號值，面積大小與信噪比測試中的相同；top、btttom、left、right分別為上、下、左、右4個方向矩形ROI的平均信號值，該ROI的大小為10 cm2左右，長寬比例為4：1。PSG的測量只在SE-T1WI序列中進行。

2 結果

2.1 SNR的定量計算及圖形化比較

（1）將掃描得到的6幅T1/T2圖像按照上述所提的信噪比測試方法進行處理，結果見表1～2。

對上表數據進行計算可得，在SE-T1WI序列中，12單元頭顱矩陣線圈及12單元腹部線圈的信噪比分別是體線圈的16.41倍及14.1倍；在double SE-T2WI序列中，12單元頭顱矩陣線圈及12單元腹部線圈的信噪比分別是體線圈的6.31倍及5.35倍。

（2）3種射頻線圈在左右方向（R-L）及前后方向（A-P）上的體素-信噪比曲線，見圖1～4。

表1 3種射頻線圈在SE-T1WI序列中所得圖像的信噪比及相關參數

表2 3種射頻線圈在double SE-T2WI序列中所得圖像的信噪比及相關參數

圖1 SE-T1WI序列中，3種射頻線圈在左右方向（R-L）上的體素-信噪比曲線。

圖2 double SE-T 2W I序列中，3種射頻線圈在左右方向（R-L）上的體素-信噪比曲線。

圖3 SE-T1WI序列中，3種射頻線圈在前后方向（A-P）上的體素-信噪比曲線。

圖4 double SE-T 2W I序列中，3種射頻線圈在前后方向（A-P）上的體素-信噪比曲線。

表3 3種射頻線圈所得圖像的均勻性及相關參數

表4 3種射頻線圈在SE-T1WI序列中所得信號偽影比及相關參數

由圖1～4可知，在兩個序列中的左右方向（R-L）及前后方向（R-L）上，12單元頭顱矩陣線圈及12單元腹部線圈的SNR均較高，但是中心區域較兩側都有較大的衰減；體線圈的SNR雖然較低，但在成像區域內比較穩定。

2.2 圖像均勻性的定量計算

將所得的圖像按照上述所提的圖像均勻性測試方法進行處理，結果見表3。

由表3可知，在兩個序列中，體線圈的圖像均勻性最好，12單元頭顱矩陣線圈次之，12單元腹部線圈最差；12單元頭顱矩陣線圈的圖像均勻度未達到標準要求。

2.3 信號偽影比的定量計算

將所得的圖像按照上述所提的信號偽影比測試方法進行處理，結果見表4。

根據 ACR體模測試標準，PSG測試只在SE-T1WI序列中進行。由表4可知，12單元頭顱矩陣線圈的信號偽影比最低，12單元腹部線圈次之，體線圈最高。

3 討論

射頻線圈在磁共振掃描中的功能是發射射頻脈沖、接受MRI信號，對于采集圖像的分辨率起著至關重要的作用[12]，因而對射頻線圈進行定量評價顯得格外重要。

SNR是磁共振射頻線圈性能的重要指標[7-13]；由圖1～4可知，12單元頭顱矩陣線圈及腹部線圈在A-P和R-L方向上的SNR曲線基本呈馬鞍形，體線圈基本呈一條直線，但是頭顱矩陣線圈及腹部線圈的SNR明顯高于體線圈，這是由于前兩者的體積均較小，線圈距離目標較近，掃描得到的信號強度較大，而體線圈位于磁體內部，距離目標較遠，因而其接收到的信號強度較低；再者，由于體線圈成像所包含的組織體積非常大，因而其產生的噪聲量也較大，故而體線圈的SNR相當低。本研究結果顯示，腹部線圈與頭顱矩陣線圈的SNR相差并不是太大，這可能是由于該腹部線圈由6單元體部線圈及背側6單元脊柱線圈聯合組成，可彌補其在SNR上的不足。

在本研究中，頭顱矩陣線圈及腹部線圈的SNR均較高，但是其PIU均低于體線圈，這是由于品質優良的線圈不僅要有高的接收效率，而且也要有較高的射頻場空間均勻性，但通常來說線圈的高效性和空間均勻性不可兼得，增加空間均勻性勢必要增大射頻功率，從而使SNR降低[14-15]。體線圈可以得到較好的圖像均勻性，但是其SNR較低，常用于定位掃描，在Siemens 3.0T Verio磁共振儀中，還可以用于全身彌散加權成像（DWIBS），因為這兩種成像方式都不需要太高的SNR。12單元頭顱矩陣線圈的PIU最高僅為76.69%，低于測量標準對3.0T磁共振的要求（≥82%）[9]，這可能與射頻場的不均勻性有關。12單元腹部線圈的PIU最低，為71.94%，這可能也與前面所提到的腹部線圈的結構組成有很大的關系。

PSG檢測用于評價圖像中偽影的級別，由表4可知，12單元頭顱矩陣線圈的PSG最低，12通道腹部線圈次之，體線圈最高，但是其中最大值僅為0.0018，低于ACR質控手冊中頭線圈的標準0.0025[8]。

臨床磁共振成像中，往往需要在眾多射頻線圈之間做出選擇，以獲得更好的成像效果[15]。但是國內外對射頻線圈進行定量評價的研究并不多見，本研究利用ACR標準體模并采用ACR標準測試方法得到了Siemens 3.0T Verio磁共振儀對12單元頭顱矩陣線圈、12單元腹部線圈及大體線圈的定量性能參數。12單元頭顱矩陣線圈及12單元腹部線圈的SNR遠大于大體線圈；而大體線圈的圖像均勻性較好。本研究中12單元頭顱矩陣線圈的PIU較低，可能與射頻場的不均勻性有關。3個射頻線圈的PSG均達到了頭線圈的檢測標準要求。本研究的不足之處在于各個參數的測量均參考的是磁共振成像質量控制手冊所推薦的手工畫取ROI取值的方法，并沒有通過數字圖像處理技術進行自動處理，且ACR也并沒有開發相關軟件，有待進一步研究。

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Performance Comparison of Different MRI Radio-Frequency Coils Based on ACR Phantom

YUAN Zi-long1, ZHANG Zhao-xi1, QIU J ian-feng2, CHEN Tiao1, LIU Tao1, LIU Yu-lin1
1.Department of Radiology, Hubei Cancer Hospital, Wuhan Hubei 430079, China; 2.College of Radiology, Taishan Medical University, Tai’an Shandong 271016, China

Objective To explore the performance characteristics of different radio-frequency coils including 12-units head matrix coil, 12-units abdominal coil and the general body coil in MRI. Methods According to the detection standard recommended by American college of radiology (ACR), to measure and compare signal to noise ratio (SNR), percent integral uniformity (PIU) and percent signal ghosting (PSG) of MRI images obtained through the three radio-frequency coils based on ACR phantom. Results When the scanning sequence is SE-T1WI, SNR of MRI images obtained through 12-units head matrix coil, 12-units abdominal coil is 16.41 times and 14.1 times as high as that of the general body coil. When the scanning sequence is double SE - T2WI, SNR of MRI images obtained through 12-units head matrix coil, 12-units abdominal coil is 6.31 times and 5.35 times as high as that of the general body coil. PIU of the general body coil is better than that of 12-units head matrix coil and 12-units abdominal coil, while PIU of 12-units head matrix coil can’t meet the standard requirements. PSG of 12-units head matrix coil is lower than that of 12-units abdominal coil and the general body coil, while PSG of all coils can meet the standard requirements of head coils. Conclusion Each radio-frequency coil owns characteristic advantages, which indicates that they should be applied in MRI according to different clinical requirements.

MRI; radio-frequency coil; signal to noise ratio; percent integral uniformity; percent signal ghosting

R445.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.01.032

1674-1633(2015)01-0100-04

2014-07-28

劉玉林，主任醫師，湖北省腫瘤醫院副院長。

作者郵箱：yuanzilong0213@126.com