ACR體模與Magphan SMR 170體模MRI性能測試對比研究*

胡先玲 王 芳 劉 燕 李佳戈 尹訓濤 王 健 李傳明

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)設備是臨床放射科或影像中心的高端影像設備之一，在醫學診療中發揮著不可替代的重要作用[1]。醫學影像成像技術與成像系統的質量控制(quality control，QC)是獲得高質量的醫學圖像及確保醫學影像符合診斷標準的前提，也是確保每一個磁共振檢查者的生命安全以及疾病得到及時診斷的根本保障[2-3]。磁共振性能參數檢測是MRI設備QC工作的重要內容，美國醫學物理學會(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)[4]、美國放射學會(The American College of Radiology，ACR)[5]等組織，對MRI設備的一些性能參數的標準和測試方法提出了要求，建立了驗收監測和性能狀態檢測的技術指標。國家衛生行業標準“醫用磁共振成像(MRI)設備影像質量檢測與評價規范”(WS/T263-2006)[6]、國家食品藥品監理管理局發布的“醫用成像磁共振設備主要圖像質量參數的測定”(YY-T0482-2010)標準[7]。這些標準詳細地規定了MRI檢測需要的體模要求和參數設置，而常見的MRI性能測試體模有Magphan SMR 170體模、Victoreen體模以及ACR體模[8]。其中，Magphan SMR 170體模和ACR體模使用最為廣泛。MRI的QC主要指標有信噪比[9]、影像均勻性[10]、層厚[11-12]、空間分辨率[13]、偽影及幾何畸變等。為此，本研究采用Magphan SMR 170體模和ACR體模對MRI設備的主要指標進行測試。

1 材料與方法

1.1 設備與材料

(1)體模。采用Magphan SMR 170體模(美國模體實驗室)和ACR體模(美國放射學會)對MRI性能進行測試，測試中執行ACR 2015標準、國家衛生行業標準(WS/T263-2006)和醫藥行業標準(YY-T 0482-2010)的相關規定。

(2)檢測設備。選取西南地區41家醫院的MRI設備，包括聯影、朗潤、東軟、成都奧泰、寧波鑫高益和深圳安科6個國產廠家各場強的6種型號，以及西門子、飛利浦和通用電氣3個進口廠家各場強的7種型號，總計41臺磁共振機器，其中有3臺設備由于指標檢測信息缺失未納入統計，故實際統計為38臺，見表1。

表1 實驗設備信息表

1.2 測試方法

Magphan SMR 170體模和ACR體模的數據由相同的測試參數和計算方式獲得，同一設備的兩種體模測試時間間隔≤30 min。①ACR體模掃描參數：自旋回波(spin echo，SE)序列，層數為11層，層間距為5 mm，重復時間(repetition time，TR)500 ms，回波時間(echo time，TE)20 ms，像素帶寬130 Hz，層厚5 mm，矩陣256×256，視野250 mm，激勵次數1(場強≥3.0 T)或2(1.0 T＜場強≤1.5 T)或3(場強≤1.0 T)；②Magphan SMR 170體模掃描參數：層數為4層，層間距20 mm，其余與ACR體模相同。

研究人員測量了相應的MRI的QC指標，包括信噪比、影像均勻性、空間分辨率、層厚、偽影和幾何畸變率等。為了分析兩種體模檢測結果的優劣，基于R Project統計分析軟件開發了不同的相關性模型和回歸模型。

2 結果

2.1 兩種體模不分場強的檢測結果

ACR體模和Magphan SMR 170體模測試得到的信噪比、影像均勻性、層厚、空間分辨率、偽影及幾何畸變各指標結果的分布如圖1所示，所有數據按照Magphan SMR 170體模結果降序排列。

圖1 不分場強時各指標分布圖

圖1顯示，信噪比和影像均勻性在Magphan SMR 170體模所測結果降序排列時，在ACR體模的結果并未呈現出相應的下降趨勢。ACR體模下的信噪比值集中在470，影響均勻性集中在0.95。空間分辨率、幾何畸變率、層厚和偽影在兩種不同體模的測量結果表現趨勢大致相同。

采用皮爾遜相關性檢驗對兩種體模的6個指標相關性進行分析，其層厚、空間分辨率、偽影和幾何畸變率均通過了相關性檢驗，其結果見表2。

表2 Magphan SMR 170體模與ACR體模各指標的皮爾遜相關性檢驗

采用線性回歸對層厚、空間分辨率、偽影和幾何畸變率4個指標進行分析，其結果見表3。

表3 各指標線性回歸結果

表3顯示，層厚和偽影具有較強的相關性，其R2達到了0.74和0.66。層厚、空間分辨率、偽影和幾何畸變率4個指標的4個線性回歸方程結果分別為：

2.2 兩種體模分場強的檢測情況

場強為0.35 T、0.5 T和3.0 T時，Magphan SMR 170體模測試得到的信噪比大多處于50以下，1.5 T信噪比偏高。而ACR體模得到的信噪比值隨著場強的提高而增加，這和實際情況更吻合(場強越大，信噪比越高)。Magphan SMR 170體模測試得到的影像均勻性較ACR體模的分布分散，層厚值在2個體模測試結果中表現都較為平穩。對于偽影，場強為0.5 T時，偽影表現得最為分散，且偽影值在兩種體模下都較高。不考慮0.5 T場強時，場強越高，偽影值越小。對于幾何畸變率，ACR體模標準下，場強越高，則幾何畸變率越低。而Magphan SMR 170體模測試結果顯示，0.5T時的幾何畸變率最高，其余場強的幾何畸變率值分布均勻。不同場強下各指標的檢測結果分布情況如圖2所示。

圖2 分場強時各指標分布圖

通過統計分析軟件，計算出同一指標在不同場強下兩種體模測試結果的標準方差(見表4)。

表4顯示，對于信噪比和空間分辨率，其檢測值于Magphan SMR 170體模標準下更穩定；層厚在0.5 T時，Magphan SMR 170體模檢測結果更穩定，其余場強下ACR體模檢測結果更穩定；其余指標在各個場強下，穩定性相同。不同場強下Magphan SMR 170體模與ACR體模檢測值相關性檢驗結果見表5。

各指標在場強為1.5 T時的線性回歸分析其結果見表6。

表6 1.5 T場強下指標線性回歸相應分析結果

表4 同一指標在不同場強下兩種體模測試結果的標準方差

表5 不同場強下Magphan SMR 170體模與ACR體模各指標相關性檢驗值

因此，得到信噪比、影像均勻性、層厚、偽影、幾何畸變率和空間分辨率各指標在1.5 T場強下的線性回歸方程結果分別為：

并得到層厚和空間分辨率在0.35 T場強下通過線性回歸檢驗的線性回歸方程結果分別為：

空間分辨率于0.5 T場強時，也通過了線性回歸檢驗，得到線性回歸方程結果為：

3 討論

Magphan SMR 170體模符合AAPM Report 28于1990推薦的技術要求，能滿足對磁共振的軸向面、冠狀面及矢狀面成像性能的檢測，允許測試者將測試板或立方體側面更改為三維結構[14]。ACR體模節省了寶貴的MRI時間—約每周30 min、每年26 h，也能夠兼容大多數MRI設備[15-16]。

本研究通過這兩種MRI性能測量體模對各種型號的MRI設備進行測量，利用相關性檢驗和回歸分析，發現信噪比與影像均勻性在兩種體模下的表現不存在線性相關性，出現如此差異的原因與兩種體模的內部構件和信噪比計算方式有關。Magphan SMR 170體模測試的結果采用內部信號與背景信號差值與內部信號標準差的比值作為信噪比的結果，而ACR體模標準規定的是內部信號值與背景信號標準差的比值作為信噪比的結果。

在測量影像均勻性時，Magphan SMR 170體模是采用溢流層影像內若干大小相同的較小的感興趣區域(region of interest，ROI)的最大值最小值計算，而ACR體模是通過調節窗寬、窗位找到溢流層影像內信號最大和最小的區域，再采用若干較小ROI的最大值最小值來計算。從影像均勻性計算方式來看，ACR體模的標準更嚴苛，得到的數據具有更好的QC作用。其他的數個指標，兩種體模測試的結果都具有一定的相關性，表明兩種體模的數據一致性好，均可作為QC的有效手段。其中，Magphan SMR 170體模有4個層面的4個方向共16個層厚測量模塊，在測量層厚時具有更高的精度，并且可以通過各個模塊和方向的層厚不均勻性衡量層厚測量的穩定性和有效性。ACR體模只有一個層厚測量模塊，無法衡量測量結果的穩定性和有效性。在測量分辨率時，ACR體模可以同時測量X軸方向和Y軸方向，而Magphan SMR 170體模需要改變編碼方向單獨測量另一個方向的分辨率，且更耗時；但ACR體模只有1.1 mm、1.0 mm和0.9 mm三種分辨率，而Magphan SMR 170體模可以測量到的分辨率范圍為0.45～5 mm，具有更高的精度。

本研究在對各場強分析時發現，在進行信噪比測試時Magphan SMR 170體模的結果在1.5 T時值最大，而ACR體模的結果隨著場強增加而增大，這和實際情況更符合。相關性分析時，僅在1.5 T時，各指標通過相關性檢驗，這是因為其他場強采集的設備數量太少，最多只有6臺，而1.5 T有24臺。究其原因是1.5 T的MRI設備的價格適中，可滿足臨床診斷需求，是目前各醫療機構主流的設備；而1.5 T以下的設備雖然價格便宜，其圖像質量僅能滿足一部分臨床需要，正逐漸被淘汰；同時，3.0 T設備雖然提高了圖像質量和診斷準確率，但其價格高昂，且診斷率的提高也有限，不會作為一些經費有限的醫療機構的首選設備。

4 結論

Magphan SMR 170體模和ACR體模在測量層厚、空間分辨率、偽影和幾何畸變率4個指標時具有較好的一致性，均可作為QC的有效手段。在1.5 T場強下，所有指標均存在線性相關關系。Magphan SMR 170體模的信噪比、空間分辨率和0.5 T層厚檢測值更穩定，ACR體模除0.5 T外其他場強的層厚檢測值更穩定。其余指標在各個場強下，兩個體模的穩定性相同。

Magphan SMR 170體模在測量層厚和空間分辨率具有更高的精度但較耗時；ACR體模在測量信噪比和影像均勻性具有更優的QC意義且耗時短。因此，可根據QC不同的目的選擇不同的體模。在日常QC時，為節省時間可選擇ACR體模作為檢測工具；在每周或者更長周期的QC時，可選用Magphan SMR 170體模或者結合ACR體模作為檢測工具。