基于計量檢定的MRI 物理性能質控研究

王文翰，鄭羽明，王浩文（通信作者）

1 國藥北方醫(yī)院 （內蒙古自治區(qū)包頭市 014030）；2 南方醫(yī)科大學南方醫(yī)院（廣東 廣州 510515）

MRI 作為重要的醫(yī)學影像設備，保持其穩(wěn)定、高效運行是提供可靠診斷信息的前提[1]。原國家衛(wèi)生部頒布實施的WS/T 263-2006《醫(yī)用磁共振成像（MRI）設備影像質量檢測與評價規(guī)范》[2]，以及原國家食品藥品監(jiān)督管理總局頒布實施的YY/T 0482-2010 《醫(yī)用成像磁共振設備主要圖像質量參數(shù)的測定》等對MRI 的計量檢定工作提出了明確要求。廣東等省份也發(fā)布了地方計量檢定規(guī)程，規(guī)范了圖像質量部分主要參數(shù)的測量與評價。根據(jù)圖像質量檢測使用的不同測試模體，廠商還提供了參考測試方法和評價標準。目前，國內外主流的測試體模分別是美國模體實驗室研制的Magphan SMR170[2]，Magphan SMR100 體模[3]，符合美國放射協(xié)會（American College of Radiology，ACR）技術標準的ACR體模和生產廠商隨機配備的測試體模。上述眾多文件提供了不同的測試方法和評價標準，但圖像質量的檢測結果受許多因素影響，如掃描序列、模體選擇、人員操作等。基于此，本研究結合醫(yī)院實際情況，將操作流程和技術參數(shù)標準化，制定1 套醫(yī)院內部基于計量檢定規(guī)程的MRI 圖像質量評價方法。

1 測試工具及環(huán)境

1.1 測試工具

本研究使用的體模是Magphan SMR170 測試體模（美國模體實驗室），測試體模的定位示意圖如圖1 所示，建議在示意圖上標出測試平面（一）（二）（三）（四）[4]。該體模有4 個測試平面[5]，分層示意圖分別如圖2 所示。為了大尺寸的空間線性測試，可使用體模的測試立方體支撐盤作為測試平面，見圖3。體模內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弛豫時間為40～860 ms，T2弛豫時間為38～625 ms[6]。本研究使用Coliy G93 高斯計，測量范圍為10 nT（0.1 mG）至3 T（30 kG），測量精度為1%，用于檢測磁共振主磁場強度。

圖1 Magphan SMR170 定位示意圖

圖2 Magphan SMR170 模體分層示意圖

圖3 測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，確定測試環(huán)境應滿足溫度為15～24℃，濕度為30%～70% Rh。

1.2.2 工具精度要求

對于測試體模，由于尚無相關校準標準，通常應每年同更高一級的計量機構做比對，精度一致方可開展檢測工作。對于主磁場檢測工具，如高斯計，應每年送計量院進行校準，并確保檢測時其校準證書處于有效期內。

2 方法

2.1 圖像質量測試

將測試體模水平放置在頭線圈內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)，對模體的各測試平面掃描成像，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 測量方法結合了1 幅圖像測量方法和2幅圖像測量方法，能同時得到兩組共4個SNR 值。選擇掃描序列和掃描參數(shù)對模體的測試平面（二）進行掃描得到第1 幅均勻模體圖像。掃描結束后，間隔至少5 min，不做任何系統(tǒng)的調整或校準，在與上1 次掃描條件完全相同的條件下進行第2 次掃描，得到第2 幅均勻模體圖像。再將2 幅圖像相減，得到點對點相減的第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)域內選取感興趣區(qū)域（region of interest，ROI），測定ROI 內信號強度的平均值S1、S2和標準偏差SD1、SD2。在減影圖像上選取相同感興趣區(qū)域，測定ROI內信號強度的標準偏差SD3。在2 幅均勻模體圖像的外側背景區(qū)域分別選取4個ROI，測量并計算背景ROI內背景信號強度的總平均值Sb1和Sb2[7]。

圖4 信噪比測試示意圖

（1）第一組SNR 值：信號為均勻模體圖像中心ROI 內的信號強度的平均值S1、S2分別減去各自圖像背景信號強度的總平均值Sb1、Sb2的差，噪聲為均勻模體圖像中心ROI 內的信號強度平均值的標準偏差SD1、SD2，根據(jù)式（1）計算可得SNR1、SNR2值。（2）第二組SNR 值：信號為均勻模體圖像中心ROI 內的信號強度的平均值S1、S2，噪聲為減影圖像中心ROI 內的信號強度的標準偏差SD3，根據(jù)式（2）計算可得SNR3、SNR4值。

2.1.2 均勻性

均勻性測試和SNR 測試可選用同1 幅圖像進行計算。選擇掃描序列和掃描參數(shù)對模體的測試平面（二）進行掃描得到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 個區(qū)域為測量區(qū)，測定測量區(qū)內的信號強度均值，如圖5所示。

圖5 均勻性測試示意圖

從所測定的測量區(qū)內的信號強度均值中，選出最大信號強度均值（Smax）和最小信號強度均值（Smin），均勻性U根據(jù)式（3）計算。

2.1.3 空間線性

空間線性測試可使用模體的測試平面（三）測試。選擇掃描序列和掃描參數(shù)對模體的測試平面（三）進行掃描，得到由線對和圓孔組成的模體圖像，分別測量水平和垂直位置上標稱長度D標稱為2、4、8 cm 孔間距的實際測量值D實測，見圖6。對于大尺寸的空間線性測試可選擇模體的測試立方體支撐盤測試2、8、10、12 cm 共4 項。選擇掃描序列和掃描參數(shù)對模體的測試立方體支撐盤進行掃描，得到由線對和圓孔組成的模體圖像，分別測量斜向上標稱長度D標稱為2、8、10、12 cm 孔間距的實際測量值D實測，如圖7 所示。空間線性L根據(jù)式（4）計算。

圖6 水平和垂直空間線性測試示意圖

圖7 斜向空間線性測試示意圖

2.1.4 縱橫比

縱橫比測試和空間線性測試可使用同1 幅圖像進行計算。選擇掃描序列和掃描參數(shù)對模體的測試平面（三）進行掃描，得到由線對和圓孔組成的模體圖像，分別測量水平和垂直位置上標稱長度為8 cm 孔間距的實際測量值D水平、D垂直。縱橫比H根據(jù)式（5）計算。

2.1.5 空間分辨力

空間分辨力測試和空間線性測試可選用同1 幅圖像進行評價。空間分辨力測試采用檢驗物目視評價法。選擇掃描序列和掃描參數(shù)對模體的測試平面（三）進行掃描，得到由線對和圓孔組成的模體圖像，調節(jié)窗寬和窗位，直至將圖像上的線對清晰地分辨并區(qū)分開來，此時能清晰分辨的最大線對數(shù)就是該設備的空間分辨力，如圖2（c）所示。

2.1.6 低對比分辨力

低對比分辨力采用檢驗物目視評價法評價。選擇掃描序列和掃描參數(shù)對模體的測試平面（四）進行掃描，得到由圓孔組成的模體圖像，調節(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，此時能分辨的直徑最小圓孔就是該設備的低對比分辨力，如圖2（d）所示。

2.1.7 層厚

選擇掃描序列和掃描參數(shù)對模體的測試平面（一）進行掃描得到模體圖像，窗寬調節(jié)至最小，窗位至傾斜板信號強度與背景信號強度和的一半，測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 個測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）計算。

圖8 層厚測試（傾斜板測量）示意圖

2.2 主磁場強度測試

首先，將高斯計的測量探頭借助沙袋等工具固定在檢查床中央位置，并確保移床時探頭線纜不會受到擠壓或損傷。其次，手動進床至高斯計到達主磁體中心位置。再次，將測量探頭的連接端子同高斯計主機相連，關閉掃描間屏蔽門后開始測量。為保證測量的準確性，應間隔1 min 進行3 次以上的測量，記錄平均值作為測量結果。

3 結果

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 各主磁場強度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)的空間線性應小于2.0%，1.0 T 以下的MRI 系統(tǒng)的空間線性應小于5%，當距離不超過2 cm 時，空間線性不超過±1 mm。縱橫比應在90%～110% 范圍內。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。低對比分辨力應能分辨直徑4 mm 深為0.5 mm 的圓孔。標稱層厚≥5.0 mm 時，實際值與標稱值之差的絕對值不大于1.0 mm；當2.0 mm ≤標稱層厚＜5.0 mm 時，實際值與標稱值之差的絕對值不大于0.5 mm。電壓偏差應為標稱電壓的±7%。

4 總結

綜上所述，本研究從計量檢定方面進行了醫(yī)院內部MRI 物理性能質控方法整理，上述指標均應至少滿足相關計量標準要求方能保障MRI 的工作質量，醫(yī)院應定期開展相應的質控工作，確保設備安全、有效的運行。對于存在部分參數(shù)不滿足標準要求的MRI 設備，應立即停止診療活動，并對相應的部件（如射頻、線圈、磁場、屏蔽等）進行重新配置、校準或維修，修復后重新進行性能檢測，各項參數(shù)均達標后方可投入臨床使用。