基于ACR体模的磁共振射频线圈性能的对比

袁子龙，张照喜，邱建峰，陈迢，刘涛，刘玉林.湖北省肿瘤医院 放射科，湖北 武汉430079；.泰山医学院 放射学院，山东泰安 706

基于ACR体模的磁共振射频线圈性能的对比

袁子龙1，张照喜1，邱建峰2，陈迢1，刘涛1，刘玉林1
1.湖北省肿瘤医院 放射科，湖北 武汉430079；2.泰山医学院 放射学院，山东泰安 271016

目的 探讨不同射频线圈在磁共振成像中的性能特点。方法 根据美国放射学院（ACR）推荐的射频线圈检测标准，基于ACR体模，通过Siemens 3.0T Verio磁共振仪测定12单元头颅矩阵线圈、12单元腹部线圈及大体线圈的图像信噪比、图像均匀度及信号伪影比。结果 12单元头颅矩阵线圈及12单元腹部线圈的信噪比在SE-T1WI序列中分别是大体线圈的16.41倍和14.1倍，在double SE-T2WI序列中分别是大体线圈的6.31倍和5.35倍。大体线圈的均匀度最好，12单元头颅矩阵线圈和12单元腹部线圈稍差，其中12单元头颅矩阵线圈的均匀度未达到标准要求。在信号伪影比检测中，12单元头颅矩阵线圈的信号伪影比最低，12单元腹部线圈和大体线圈次之，但均达到了头线圈的标准要求。结论 3种线圈的性能各有优势，需根据不同情况进行应用。

磁共振；射频线圈；信噪比；均匀度；信号伪影比

质量控制与质量保证（QA/QC）是磁共振成像（MRI）技术的重要组成部分。美国自20世纪80年代陆续提出了一些基本的QA/QC系列标准[1-2]，我国一些学者对此进行了相关研究[3-6]，但都侧重于磁共振系统的整体评价，而未涉及磁共振相关组件的评价。

由美国放射学院（ACR）出版的磁共振成像质量控制手册中提出了射频线圈检测的内容及方法[8]，主要包括以下几个方面：图像信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）、图像均匀性（Percent Integral Uniformity，PIU）和信号伪影比（Percent Signal Ghosting，PSG）。本文利用ACR标准体模，按照ACR提出的标准测试方法[9-10]分别对12单元头颅矩阵线圈、12单元腹部线圈及大体线圈进行了性能评价。

1 材料和方法

1.1 材料

磁共振设备采用德国Siemens 3.0T Verio磁共振仪，受检射频线圈包括12单元头颅矩阵线圈、12单元腹部线圈及大体线圈；体模采用ACR标准体模。各个线圈的扫描均按照ACR磁共振成像质量控制手册中提出的标准扫描方法，参数包括：SE-T1WI，重复时间TR=500 ms，回波时间TE=20 ms；double SE-T2WI，重复时间TR=2500 ms，回波时间TE1=20 ms，TE2=80 ms；FOV=230 mm×230 mm，层厚为5 mm，层间隔为5 mm；扫描层数为11层，矩阵为256×256，采集次数为1。所有序列扫描前均行B0场的校正。T1加权扫描时间为132 s；T2加权扫描时间为644 s；T1、T2序列测量均在溢流层中进行，T2序列在TE时间为80 ms时的溢流层中测量。

1.2 方法

1.2.1 信噪比测试

图像SNR是指图像的信号强度与噪声强度的比值。本研究运用ACR标准提出的单幅图像测试方法[11]，测量感兴趣区（ROI）的平均信号强度并将其作为信号，将背景区域的信号标准差作为噪声。SNR计算公式如下：

式中，S是ROI的平均信号强度，SD为背景区域的信号标准差。大ROI选为圆形，同时参照ACR体模测试标准，将其面积选取为195～205 cm2；背景区域ROI则一般较小，位置在FOV的4个角上，占体模半径的10%左右[8]。背景区域ROI的勾画要在成像区域内部。本研究除了计算ROI的SNR之外，还将利用Matlab 7.0软件图形化溢流层图像中前后（A-P）方向和左右（L-R）方向上的体素-信噪比曲线。

1.2.2 图像均匀性测试

实施舒适护理以后，主要对两组患者的临床效果以及患者护理满意度进行观察。临床效果主要由专业人员对两组患者的实际治愈情况进行观察。患者护理满意度由专业人员结合两组患者护理的实际情况进行记录。

图像PI U的测量和计算方法采用ACR体模测试标准中所提出的方案[9-10]。计算公式如下：

式中，Smax为最大信号值，Smin为最小信号值。测试方法如下：在SNR的测试图像中，将窗宽调至最窄，至整个ROI全白，缓慢提高窗位，直到大ROI内部边缘出现一小片全黑区域，在该区域画取一个面积为1 cm2的小ROI，多次取值后，记录其中平均信号值最小的值，该值则为Smin；继续提高窗位，直到大ROI内部出现一小片全白的区域，在该区域画取一个面积为1 cm2的小ROI，多次取值后，记录其中平均信号值最大的值，该值则为Smax。

1.2.3 信号伪影比测试

PSG用于评价图像中伪影的级别，鬼影是指叠加在图像上且出现在不同于目标的真实位置上的一种伪影。测量和计算方法同样按照ACR体模测试标准所提出的方案[9-10]。计算公式如下：

式中，large ROI为大ROI的平均信号值，面积大小与信噪比测试中的相同；top、btttom、left、right分别为上、下、左、右4个方向矩形ROI的平均信号值，该ROI的大小为10 cm2左右，长宽比例为4：1。PSG的测量只在SE-T1WI序列中进行。

2 结果

2.1 SNR的定量计算及图形化比较

（1）将扫描得到的6幅T1/T2图像按照上述所提的信噪比测试方法进行处理，结果见表1～2。

对上表数据进行计算可得，在SE-T1WI序列中，12单元头颅矩阵线圈及12单元腹部线圈的信噪比分别是体线圈的16.41倍及14.1倍；在double SE-T2WI序列中，12单元头颅矩阵线圈及12单元腹部线圈的信噪比分别是体线圈的6.31倍及5.35倍。

（2）3种射频线圈在左右方向（R-L）及前后方向（A-P）上的体素-信噪比曲线，见图1～4。

表1 3种射频线圈在SE-T1WI序列中所得图像的信噪比及相关参数

表2 3种射频线圈在double SE-T2WI序列中所得图像的信噪比及相关参数

图1 SE-T1WI序列中，3种射频线圈在左右方向（R-L）上的体素-信噪比曲线。

图2 double SE-T 2W I序列中，3种射频线圈在左右方向（R-L）上的体素-信噪比曲线。

图3 SE-T1WI序列中，3种射频线圈在前后方向（A-P）上的体素-信噪比曲线。

图4 double SE-T 2W I序列中，3种射频线圈在前后方向（A-P）上的体素-信噪比曲线。

表3 3种射频线圈所得图像的均匀性及相关参数

表4 3种射频线圈在SE-T1WI序列中所得信号伪影比及相关参数

由图1～4可知，在两个序列中的左右方向（R-L）及前后方向（R-L）上，12单元头颅矩阵线圈及12单元腹部线圈的SNR均较高，但是中心区域较两侧都有较大的衰减；体线圈的SNR虽然较低，但在成像区域内比较稳定。

2.2 图像均匀性的定量计算

将所得的图像按照上述所提的图像均匀性测试方法进行处理，结果见表3。

由表3可知，在两个序列中，体线圈的图像均匀性最好，12单元头颅矩阵线圈次之，12单元腹部线圈最差；12单元头颅矩阵线圈的图像均匀度未达到标准要求。

2.3 信号伪影比的定量计算

将所得的图像按照上述所提的信号伪影比测试方法进行处理，结果见表4。

根据 ACR体模测试标准，PSG测试只在SE-T1WI序列中进行。由表4可知，12单元头颅矩阵线圈的信号伪影比最低，12单元腹部线圈次之，体线圈最高。

3 讨论

射频线圈在磁共振扫描中的功能是发射射频脉冲、接受MRI信号，对于采集图像的分辨率起着至关重要的作用[12]，因而对射频线圈进行定量评价显得格外重要。

SNR是磁共振射频线圈性能的重要指标[7-13]；由图1～4可知，12单元头颅矩阵线圈及腹部线圈在A-P和R-L方向上的SNR曲线基本呈马鞍形，体线圈基本呈一条直线，但是头颅矩阵线圈及腹部线圈的SNR明显高于体线圈，这是由于前两者的体积均较小，线圈距离目标较近，扫描得到的信号强度较大，而体线圈位于磁体内部，距离目标较远，因而其接收到的信号强度较低；再者，由于体线圈成像所包含的组织体积非常大，因而其产生的噪声量也较大，故而体线圈的SNR相当低。本研究结果显示，腹部线圈与头颅矩阵线圈的SNR相差并不是太大，这可能是由于该腹部线圈由6单元体部线圈及背侧6单元脊柱线圈联合组成，可弥补其在SNR上的不足。

在本研究中，头颅矩阵线圈及腹部线圈的SNR均较高，但是其PIU均低于体线圈，这是由于品质优良的线圈不仅要有高的接收效率，而且也要有较高的射频场空间均匀性，但通常来说线圈的高效性和空间均匀性不可兼得，增加空间均匀性势必要增大射频功率，从而使SNR降低[14-15]。体线圈可以得到较好的图像均匀性，但是其SNR较低，常用于定位扫描，在Siemens 3.0T Verio磁共振仪中，还可以用于全身弥散加权成像（DWIBS），因为这两种成像方式都不需要太高的SNR。12单元头颅矩阵线圈的PIU最高仅为76.69%，低于测量标准对3.0T磁共振的要求（≥82%）[9]，这可能与射频场的不均匀性有关。12单元腹部线圈的PIU最低，为71.94%，这可能也与前面所提到的腹部线圈的结构组成有很大的关系。

PSG检测用于评价图像中伪影的级别，由表4可知，12单元头颅矩阵线圈的PSG最低，12通道腹部线圈次之，体线圈最高，但是其中最大值仅为0.0018，低于ACR质控手册中头线圈的标准0.0025[8]。

临床磁共振成像中，往往需要在众多射频线圈之间做出选择，以获得更好的成像效果[15]。但是国内外对射频线圈进行定量评价的研究并不多见，本研究利用ACR标准体模并采用ACR标准测试方法得到了Siemens 3.0T Verio磁共振仪对12单元头颅矩阵线圈、12单元腹部线圈及大体线圈的定量性能参数。12单元头颅矩阵线圈及12单元腹部线圈的SNR远大于大体线圈；而大体线圈的图像均匀性较好。本研究中12单元头颅矩阵线圈的PIU较低，可能与射频场的不均匀性有关。3个射频线圈的PSG均达到了头线圈的检测标准要求。本研究的不足之处在于各个参数的测量均参考的是磁共振成像质量控制手册所推荐的手工画取ROI取值的方法，并没有通过数字图像处理技术进行自动处理，且ACR也并没有开发相关软件，有待进一步研究。

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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

刘玉林，主任医师，湖北省肿瘤医院副院长。

作者邮箱：yuanzilong0213@126.com