磁共振圖像均勻度及層厚檢測方法研究*

趙慶軍 劉曉軍 徐 桓 毛 巖

[文章編號] 1672-8270(2015)03-0012-04 [中圖分類號] R445.2 [文獻標識碼] A

磁共振圖像均勻度及層厚檢測方法研究*

趙慶軍①劉曉軍①徐 桓①毛 巖①

目的：在現有檢測標準和檢測方法基礎上，針對檢測實踐中出現的問題，研究3.0T磁共振圖像均勻度及層厚的檢測方法。方法：根據相關國際和國內標準，對新裝機的3.0T磁共振進行檢測，采用不同的掃描序列進行掃描，通過大量的實驗數據對測量結果進行分析，總結出行之有效的檢測方法。結果：不同的掃描序列對測量結果影響很大，檢測時必須選擇正確的序列。結論：在檢測3.0T等高場強磁共振時，應選擇對各個通道的增益進行校準的掃描序列。

磁共振；均勻度；層厚

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.03.005

[First-author’s address] The Institute for Drug and Instrument Control of Health Department GLD of PLA, Beijing 100071, China.

隨著超導技術及計算機等相關技術的不斷進步，醫用磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)技術得到飛速發展，磁共振成像裝置在各級醫院得到廣泛使用，成為影像診斷的重要手段。近年來，高磁場強度如1.5T和3.0T超導磁共振成像裝置裝機數量不斷增加，軍隊醫院也逐步引進3.0T磁共振成像裝置[1-2]。為此，全軍大型醫療設備應用質量檢測研究中心開展了3.0T磁共振驗收檢測工作，本研究對在檢測實踐中發現的、較為普遍存在的圖像均勻度超標、圖像中心信號值嚴重偏低以及層厚測試超標等問題進行了針對性的統計分析，并對其進行探討總結。

1 檢測設備與檢測方法

1.1 檢測設備

采用美國體模實驗室MAGPHAN SMR170體模、瑞士METROLAB的THM1176磁場強度測試儀。被測設備為新裝機的3.0T磁共振。

1.2 檢測標準

依據國家標準YY/T 0482-2010醫用成像磁共振設備主要圖像質量參數的測定；美國電氣制造商協會(NEMA). MS 5 Determination of slice thickness in diagnostic magnetic resonance imaging(MS 5，磁共振成像診斷測定層厚度)[3-4]。

1.3 檢測方法

圖像均勻度指磁共振所成圖像的均勻程度，描述磁共振系統對成像物體內同一物質區域的再現能力[1]。圖像均勻度檢測使用的體模要求均勻體模。對均勻體模成像后，在圖像上不同區域測量信號強度，測量區域的選擇應能全面反映圖像的均勻程度，不可太靠近邊緣。由不同區域測量值進行計算得到圖像均勻度的計算結果[2]。

層厚是磁共振成像系統的重要參數，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，對應的是一定范圍的頻率帶寬[2]。

利用層面的靈敏度剖面線的最大半高寬(full width at half maximum，FWHM)得到層厚，也可在窗寬、窗位調節好的情況下直接測量層厚。

2 數據測量與分析處理

掃描條件：成像脈沖序列SE，TR=500 ms，TE=30 ms，層厚10 mm，矩陣256×256，平均次數為2次。

2.1 圖像均勻度檢測

選取SMR170體模均勻性測試模塊掃描成像，在圖像區域內部劃分9個區域，用感興趣區域(region of interest，ROI)測量各區域的像素平均值。圖像均勻度可以由公式1計算得到：

式中9個區域平均值的最大值、最小值分別用Smax和Smin表示。測量圖像如圖1所示，測量數據見表1。

圖1 均勻度測量圖像

測量結果顯示，中心ROI信號值最低，只有2000，而邊緣ROI信號最高值達到2559.73，經計算，圖像均勻度只有87.74%，無法達到驗收指標要求的95%以上。

2.2 層厚檢測

(1)檢測方法。選取SMR170體模層厚測試模塊掃描成像，使用靈敏度剖面線對用于層厚測量的4條斜邊的圖像進行測量，并測量該曲線的最大FWHM，成像層的層厚Z[3]可以用公式2計算：

式中θ為斜邊與成像平面夾角。

對于無靈敏度剖面線功能的機器，可以用以下方法確定測量FWHM的窗位和窗寬。

將MRI的窗寬調至最小值，調節窗位至斜面成像剛好消失處，此時的窗位值即為斜面成像的峰值a。用ROI測量斜面像的臨近位置的信號強度值作為背景值b。FWHM的窗位(L)按公式3計算。

將窗寬仍設置為最小值，窗位設置成L，在圖像上用測量距離功能測量此時的斜面成像的寬度，即為FWHM。然后用公式(2)計算層厚。測量圖像如圖2所示，測量數據見表2。

表1 均勻度測量數據表

表2 層厚測量背景信號數據

表3 調整后均勻度測量數據

圖2 層厚測量圖像

經計算，層厚測試結果為12.42 mm，偏離24.23%，無法達到驗收指標要求的10%以內，屬嚴重超標。

(2)結果分析。由于圖像均勻度對層厚影響很大，如果圖像均勻度不好，層厚測試必然會有問題。層厚測試數據顯示，4個層厚模塊背景信號值最大為3503，最小只有2263，必然會造成測量窗位的差別，從而給層厚測試帶來影響。

2.3 處理方法

選擇數種掃描序列進行實驗，最后選擇用于質量控制的專用SE序列，并且使用5 mm層厚進行掃描[2]。測量圖像如圖3所示，測量數據見表3。

圖3 調整后均勻度測量圖像

9個區域平均值的最大值、最小值分別為3763和3415，經計算，圖像均勻度為95.15%，滿足標準要求。層厚測量結果為5.33 mm，偏離6.63%，在合格范圍之內。

3 結論

在磁共振成像中，如果磁共振本身的靜磁場分布均勻性不好，圖像均勻度必定會變差。在掃描序列的選擇上，本研究最初使用了原始的SE序列，而這個序列對各個通道的增益未進行校準，造成了圖像信號不均勻，經實驗后選擇質量控制專用的SE序列對各個通道的增益進行校準，取得滿意結果。

在檢測3.0T磁共振時選擇的掃描序列非常關鍵，應選擇對通道的增益進行校準的序列，在測量圖像均勻度和層厚時則不會產生很大誤差。

[1]任國荃，劉曉軍.磁共振成像設備應用質量檢測技術與評審[M].北京：人民軍醫出版社，2005.

[2]趙喜平.磁共振成像系統的原理及應用[M].北京：科學出版社，2000.

[3]NEMA.MS 5 EN-Determination of slice thickness in diagnostic magnetic resonance imaging[S].National Electrical Manufacturers Association，2008.

[4]中華人民共和國醫藥行業標準.YY/T 0482-2010醫用成像磁共振設備主要圖像質量參數的測定[S].國家食品藥品監督管理局，2010-12-27.

[5]朱弋，王斌，楊舒波，等.影響核磁共振圖像均勻度的因素和檢定方法[J].醫療裝備，2006，19(7)：16-17.

[6]武海澄，劉正敏，周荷琴，等.磁共振成像系統中低階平板式勻場線圈的設計[J].中國電機工程學報，2005，25(24)：154-159.

[7]張西亞.磁場均勻度對MR圖像質量的影響[J].生物醫學工程與臨床，2008，12(3)：245-248.

[8]陳月明，許柏松.關于磁共振圖像質量評價方法的探討[J].合肥工業大學學報(自然科學版)，2000，23(6)：1073-1075.

[9]Belov A，Bushev V，Emelianov M，et al.Passive shimming of the superconducting magnet for MRI[J].IEEE transactions on applied supercondu ctivity，1995，5(2)：679-681.

[10]史進忠，尹培堯.核磁共振MRCP成像原理及成像技術[J].醫療設備信息，2007，22(3)：100-101.

[11]康立麗，楊紹州.磁共振成像層厚測量技術及其改進[J].中國醫學物理學雜志，2001，18(2)：83-85.

[12]倪萍，蔡華.磁共振成像設備新進展[J].醫療設備信息，2005，20(12)：1-4.

[13]金偉，陳宏偉，陳靜雯.高場磁共振全身擴散成像圖像質量評估與優化研究[J].中國醫療設備，2011，26(8)：28-31.

[14]李杰.醫用磁共振成像(MRI)系統檢測方法[J].計量與測試技術，2011，38(12)：3-5.

[15]楊正漢，馮逢，王霄英.磁共振成像技術指南[M].北京：人民軍醫出版社，2007.

Study on test methods for MRI image uniformity and slice thickness

ZHAO Qing-jun, LIU Xiao-jun, XU Huan, et al// China Medical Equipment,2015,12(3)∶12-15.

Objective∶ Based on the existing test standards and test methods ,aiming at the questions occurred in practice ,to study the test methods for 3.0T MRI image uniformity and slice thickness. Methods∶ According to the NEMA. MS5 and YY/T 0482-2010 standards, tested the 3.0T MRI system installed recently, utilized different scanning sequences, analyzed the results by the large experimental data, summing up an effective test methods. Results∶ To have an profound influence on test results for different scanning sequences, the correct sequences chosen is necessary. Conclusion∶ It should choose the scanning sequences calibrated for gains of all channels when testing the 3.0T MRI system.

Magnetic resonance imaging; Image uniformity; Slice thickness

趙慶軍,男,(1965- ),碩士，高級工程師。總后勤部衛生部藥品儀器檢驗所放射儀器檢測室主任、全軍大型醫療設備應用質量檢測與研究中心主任，從事大型醫療設備質量管理與控制，以及衛生裝備研制工作。

[文章編號] 1672-8270(2015)03-0012-04 [中圖分類號] R445.2 [文獻標識碼] A

2014-10-19

軍事醫學計量科研專項(2011-JL3-016)“軍隊大型醫療設備遠程監督管理系統研究”

①總后勤部衛生部藥品儀器檢驗所放射儀器檢測室 北京 100071