磁共振成像設備低對比度分辨力影響因素的分析研究

聯勤保障部隊第900醫院（原南京軍區福州總醫院）放射診斷科，福建福州350025

引言

磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）技術自發明以來對影像醫學產生了巨大的推動作用，如今已成為現代臨床醫學中最主要的診斷方法之一[1]，MRI設備也因此得到了迅速廣泛的普及，在享受新技術帶來的便捷及效益的同時，影像醫學對MRI系統的穩定性和可靠性也有了更嚴格的要求[2]。在臨床應用中，先進的磁共振設備并不與高質量的成像劃等號，設備硬件與系統軟件的微小缺陷都能對成像質量造成影響，所以實現對系統性能狀態的周期監測便顯得尤為重要，而我們通常是以檢測圖像質量參數的方法來達成該目的[3]。有序的周期性質量控制不但能夠采集系統運行數據，還有助于及時發現問題，提高設備使用安全性[4]。低對比度分辨力作為其中一項基本指標，反映的是在結構物與背景間對比度較低的條件下，磁共振系統分辨掃描對象中信號大小相近物體的能力，即成像設備的靈敏度[5]。臨床中某些早期病變組織與正常組織的馳豫時間相仿，低對比度分辨力越高則越能在圖像上顯現出它們的差異，對于相關疾病的早期診斷具有極大的便利[6]。

由于各大醫療機構所配備的MRI質量控制檢測體模有所不同，目前并無一套完整通用的專用性能體模測試標準[7]，本文則是使用基于美國放射學會技術原則的ACR體模進行低對比度分辨力的檢測，針對近期院內磁共振設備低對比度分辨力檢測結果較差的情況，分析能夠對其造成影響的因素并展開研究與討論，為日后建立周期性圖像質控檢測的基準和漂移程度曲線提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 設備與參數

本文使用ACR磁共振性能測試體模作為受檢體模，掃描采用自旋回波成像脈沖序列（Spin-Echo，SE），具體檢測參數為：TR=500ms；TE=20ms；FOV=25cm×25cm；MATRIX=256×256；激勵次數=1；掃描層厚=5mm；接收帶寬=156 Hz/pixel[8]。

1.2 常規檢測流程

低對比度分辨力檢測模塊在層面圖像上是以10組不同尺寸的圓列圍繞成圓的方式所呈現的，每組圓列包含了直徑相同的3個小圓（圖1）。將體模正確擺位并進行掃描信息登記及參數設置，完成二次定位后即開始掃描，可得到11幅質量控制圖像，其中低對比度分辨力的檢測在第8～11層面上進行，具體過程如下：①分別顯示第8～11層掃描層面圖像；②適當調節窗寬窗位使得低對比度模塊可視化程度達到最佳（圖2）；③辨別4個層面內圓列的顯示組數，若在9、10、11層所有圓列均顯示清晰，則將第8層用作檢測；若在8、9、10層不能顯示清楚，則應將第11層用作檢測；④在待檢測層面上觀察，判斷能夠區分于背景的圓列組：僅當某組圓列上3個小圓均能清晰識別出時認為其可辨[9]。以半徑最大的圓列為首，順時針計數能分辨的完整圓列數，將該值作為這次檢測的低對比度分辨力值并記錄。

圖1 低對比度分辨力模塊

圖2 最佳可視化效果

為了使檢測結果更加精確并能夠更好地建立完善的參數標準界限，以便開展周期性質量控制，我們通過查閱文獻及資料列出了以下可能影響系統低對比度分辨力的因素[10]：①體模中心位置的偏移；②層面定位的準確性；③采集矩陣的大小；④設備靜磁場強度；⑤濾波；⑥偽影，并進行了對比實驗，觀察統計結果并在后續展開討論。

2 結果

2.1 層面定位的準確性

在矢狀位上定軸位時，要求從模體最下端45°楔形邊相交的頂點開始，到最上端45°楔形邊相交的頂點結束，按照規定掃描11層[11]。當定位線偏移了層面位置時（圖3），顯示的檢測模塊中可辨別的圓列將會減少，嚴重時可導致部分采集層面錯開，造成圖像上模塊缺失而無法檢測（圖4）。

圖3 層面定位不準確

圖4 檢測模塊缺失

2.2 采集矩陣的大小

分別使用 128×128，256×256，512×512 的采集矩陣進行掃描，獲取低對比度分辨力圖像（圖5）。隨著采集矩陣的增大，信噪比降低[12]，可顯示的圓列減少，即低對比度分辨力降低。

圖5 采用不同矩陣的檢測結果

2.3 設備靜磁場強度

在其他條件不變的情況下，分別在兩臺場強不同的設備上進行低對比度分辨力的掃描，結果如圖6所示，而表1則顯示了最近10次掃描結果的均值。

圖6 兩臺磁共振設備的檢測結果

表1 兩臺磁共振設備檢測結果

2.4 濾波

掃描時使用標準化濾波可降低近線圈區域的亮度而提高遠線圈區域的亮度，但會降低圖像的對比度，增加噪聲。從對比實驗的結果（圖7）中發現，在相同窗寬窗位值時添加了濾波的圖像已無法呈現出正常的體模輪廓，而經調節后檢測的可辨別的圓列數也減少了1～2組，由此可認為低對比度分辨力有一定程度的降低。

圖7 使用標準化濾波前后結果對比

2.5 偽影

體模中可能存在的氣泡會以小斑點的形式出現在質控圖像上，這種相似的結構會對低對比度分辨力模塊中圓列產生觀測誤差如圖8所示，而截斷偽影則會以明暗帶的狀態顯示在檢測圖像中[13]，同樣也將影響了半徑較小的部分圓列的檢測。此外，表2綜合列出了上述對比實驗的檢測結果。

圖8 小氣泡的影響

3 討論

對于低對比度分辨力影響因素的研究與探討，目的是為了在今后的質量控制中獲得更加精確和符合標準的結果。當周期性檢測的值產生異常偏差和波動時，應及時查找原因并進行校正性重復實驗[14]。體模擺位和定位的準確性是篩查的首要目標，除此之外，計量檢測文獻中表明，在相同的掃描條件下，低對比度分辨力與區域成像信號強度成正比，與該區域噪聲成反比[15]，而本文中的其余各類因素均是在此基礎上對檢測結果產生了影響。

關于校正的方法，在利用水平儀將豎直和水平方向保持在中心的前提下，可依據例如定位燈、塑料尺等參照物的位置信息，或在頭線圈中輔以填充物穩定體模，盡量使頭-足方向不產生偏移，并在矢狀位上對橫斷面進行定位，務必確保設置的定位線與要求層面一致，提高檢測準確性[16]。在掃描之前應將擺位好的體模靜置5 min以上，極力避免因晃動引起的內部溶液產生的運動偽影對成像質量造成的影響，同時也能夠大幅度減少小氣泡的數量[17]。當其他類型的偽影出現時，需查明其產生的原因并及時處理[18]，以免影響到科室日常工作。

表2 對比實驗檢測結果

4 結論

低對比度分辨力的檢測是為了評估圖像中低對比度物體的可辨別程度，能對其造成影響的原因有很多，本文僅對其中的幾項常見問題進行了粗淺的研究與討論，深層次的內容則有待進一步的探索和發現。通過熟知這些影響因素可以愈加規范地開展質量控制工作，從而得到符合實際的結果。雖說現有的體模檢測標準可提供參考和對比，但由于每臺設備的運行性能和保養狀態不同，最好依據長期檢測的數據和經驗建立獨立的基準和誤差線[19]，做到專機專用，為日后質量控制檢測的自動化和標準化打下理論基礎，也給磁共振成像設備高效穩定運行提供一份保障。