基于ACR标准的MRI图像均匀度及层厚的检测*

付丽媛梁永刚倪 萍陈自谦*陈 坚李 威林迪逵刘冰川陈建新

基于ACR标准的MRI图像均匀度及层厚的检测*

付丽媛①梁永刚①倪 萍②陈自谦①*陈 坚①李 威②林迪逵②刘冰川①陈建新①

目的:采用ACR模体对Siemens Skyra 3.0 T与GE Excite HD 1.5T磁共振成像(MRI)系统的图像均匀度及层厚进行测量,研究MRI图像均匀度及层厚的测量方法,纳入质量控制流程,以保证为诊断提供优质的图像.方法:使用美国放射学院(ACR)磁共振性能模体对2台MRI系统的图像均匀度及层厚进行检测,并根据相应的测量计算方法得出检测结果.结果:3.0T MR和1.5 T MR图像的均匀度分别为96.0%和92.7%,所侧层厚分别为4.64 mm和5.58 mm,层厚偏差分别为0.36 mm和0.58 mm,所测指标均满足检测标准的要求.结论:掌握MRI图像均匀度和层厚的检测方法,定期进行检测,是保证图像质量与层厚准确性的重要质量控制手段.

磁共振成像系统;图像均匀度;层厚;ACR模体;质量控制

付丽媛,女,(1984- ),硕士,工程师.南京军区福州总医院医学影像中心,从事磁共振成像质量控制与质量管理研究.

[First-author's address] Medical Image Center, Fuzhou General Hospital of Nanjing Military Command, Fuzhou 350025, China.

随着磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)技术的迅速发展,MRI已成为目前临床不可缺少的检查方法,其既可以提供形态学结构信息,又可以提供生物化学及功能信息,在当今医学诊断技术中发挥着越来越重要的作用[1-3].MRI作为医院诊断设备的主体组成部分,其合格的图像质量及性能参数是正确诊断与对症治疗的基础.为了确保图像质量,保证MRI参数的准确性,研究MRI设备的质量控制检测方法是医院工程技术人员的现实课题[4-8].为此,本研究基于美国放射学院(american college of radiology,ACR)标准检测MRI图像均匀性及层厚,旨在为MRI质量控制提供方法学依据.

1 资料与方法

1.1 环境条件

温度:20～22℃,相对湿度:50%～60%,电源电压:(380±10)V.

1.2 检测器材及受检设备

检测器材为MRI专用性能测试模体ACR模体(美国).受检设备为Siemens Skyra 3.0 TMRI(德国西门子公司制造)与GE Excite HD 1.5T MRI(美国GE公司制造).

1.3 模体定位及扫描参数

在贮存及运输过程中,体模内可能会出现气泡附着在内部检测部件上,首先需要尽量去除气泡,使得各成像检测层面不受影响方能进行检测.随后将ACR模体水平放置在扫描床上已装好的头线圈内,测试模体置于线圈中间,将定位线对准ACR模体前面的标记"NOSE"处的黑色交叉标志线,将模体送入磁体等中心位置.每次检测的模体摆放和定位要一致,才能保证检测结果的一致性.除非特殊需要,所有的模体应放置在磁场的绝对中心,模体进入磁体中心后一定要静置5 min后,方可进行扫描(如图1所示).

图1 模体所刻标记送入磁体等中心位置示意图

扫描参数:检测通常采用自旋回波序列扫描,从序列库中分别调出定位像扫描序列及自旋回波序列.自旋回波序列具体参数为:TR/TE为500 ms/20 ms,扫描矩阵256X256,层厚为5 mm,层间距5 mm,扫描野(FOV)为25 cm,接收带宽RBW=20.48 kHz或156 Hz/pixel,采集次数为1次,不使用并行采集技术及失真校正、强度校正等内部校准技术.

1.4 模体扫描方法

首先进行3平面定位像的扫描,由所得到的3平面定位像确定对模体各横断位断层的扫描.ACR模体在矢状位上定轴位时,从ACR模体最下端45楔形边相交的顶点开始,到最上端45楔形边相交的顶点结束,按照规定扫描11层(如图2所示);图像均匀性测量在第6层进行(如图3所示);层厚的测量在第1层进行(如图4所示).

1.5 测量计算方法

1.5.1 图像均匀度测量

在图3所示的第6层图像,先将图像的对比度调到100%,再将图像的亮度由高变低,在图像中最先出现黑的区域即为信号最低的区域,继续将亮度降低,图像中最后还有亮度的区域即为信号最高的区域(如图5A、B所示).也可通过测量图像中包含中心区域80%模体面积的像素信号平均值的最大值Smax与最小值Smin来计算图像均匀度(如图5C所示).计算整个图像均匀性采用公式1:

式中UΣ为均匀度;Smax为所测区域中信号最大值;Smin为所测区域中信号最小值.

1.5.2 层厚测量

在保证整个层厚区域在屏幕上的前提下,将第1层图像放大2～4倍;调整窗宽窗位使信号坡度有很好的可视性,由于斜坡信号比水溶液的信号要低的多,所以通常需要大幅度降低窗位,并把显示窗宽调窄;如图6所示,在每个信号坡度正中设置一个矩形感兴趣区域,分别记下2个感兴趣区域的平均信号值,然后求出其平均值,所得的结果近似于斜坡正中的平均信号值.减小窗位到上述所测斜坡正中的平均信号值的一半,并调节窗宽到合适值.用系统自带的长度测量工具测量斜坡的长度,记下测量数据(如图7所示).

图2 扫描层定位及层数示意图

图3 扫描模体所得第6层图像

图4 扫描模体所得第1层图像

图5 图像均匀度测量示意图

图6 ACR模体斜坡信号平均值测量示意图

图7 ACR模体斜坡长度测量示意图

计算层厚,与层厚设置值比较计算层厚误差采用公式2:

式中T为层厚;L顶为顶信号坡度的长度;L底为底信号坡度的长度.

2 测量结果

分别对3.0T MRI和1.5T MRI的ACR模体的第6层图像进行分析计算,得到图像的均匀度分别为96.0%和92.7%;所侧层厚分别为4.64 mm和5.58 mm,层厚偏差分别为0.36 mm和0.58 mm.根据中华人民共和国地方计量技术规范要求,图像均匀度≥85%,层厚偏差绝对值≤1 mm,测量结果满足规程要求[9-12](见表1).

3 讨论

MRI系统构成十分复杂,而影响MRI影像质量的因素很多,对整个MRI系统进行全面测试十分困难,医院仅进行常规参数测试.图像均匀性是MRI系统的一个重要参数,是指当被成像物体具有均匀的MRI特性时, MRI成像系统在扫描整个体积过程中产生一个常量信号响应的能力,描述了MRI对体模内同一物质区域的再现能力[13].均匀度计算公式其最大值为1,表明图像均匀度好,最小值为0,表明图像均匀度很差[14].

影响图像均匀度的因素主要有静磁场、射频线圈与射频场、涡流效应以及梯度脉冲和穿透效应[15].如果静磁场本身均匀性不好,算法上又未适当的修正,均匀度必定会差,因为其改变了不同位置原子核的共振频率,造成成像区域的不均匀.实际检测中发现,静磁场是限制图像均匀程度的最主要因素,对射频线圈的要求是能够产生强度合适、时间准确的射频脉冲,其好坏直接影响图像质量.如果所加射频场不均匀,其幅值发生变化,致使不同时刻的共振信号有差异从而导致图像的均匀度差.涡流产生的瞬时磁场方向与梯度场方向相反,如果涡流补偿不足,会产生各种伪影,影响均匀度并使信噪比降低.如果梯度脉冲校准不好,会影响层面的选择和频率方向编码与相位方向的编码,使得图像出现伪影,影响均匀度.当射频脉冲能量很高时,会发生穿透效应,使得图像不同区域接收到的信号有差异,从而影响均匀度.

层厚也是MRI系统的一个重要参数,是指成像面在成像空间第三维方向上的尺寸,表示一定厚度的扫描层面,对应的是一定范围的频率带宽[16].测量层厚使用的体模有多种,有楔形、交叉斜面型及阶梯型等多种体模.无论选用哪种体模,必须能把梯度场选层的结果间接地用图像体现出来.利用某些特殊结构所成图像得到层厚,既可以利用层面的剖面线的最大半高宽(FWHM)得到层厚,也可以在窗宽、窗位调节好的情况下直接测量层厚.对于不同的结构,使用的方法也会有所不同[17].

表1 3.0T MRI和1.5T MRI图像均匀度和层厚测量结果

影响层厚的因素主要有梯度场的均匀性、射频场的均匀性、静磁场的均匀性和选层脉冲.Z方向梯度场与选层脉冲一起选择成像平面,所以Z方向梯度场的性能直接影响选层的效果.Z方向梯度场与选层脉冲的作用时间一定要配合好,如果梯度场时间控制不当,则产生选层误差.梯度场的上升和下降时间要尽量短,如果时间长,选层误差会增大.射频场有缺陷影响接收通道的信号,使得在层面内的信号不均匀,导致层厚出现误差.静磁场非均匀性使得共振信号有误,从而影响层厚.如果选层脉冲非共面,在选层过程中层面会偏离预定选层,导致层厚误差.此外,本研究仅对层厚5 mm进行了检测,而未对10 mm层厚进行层厚检测,这是因为在MRI实际扫描过程中,极少用到10 mm的层厚,10 mm层厚不但极易出现部分容积效应影响诊断,另一方面过大的层厚极易漏掉病灶,故本研究仅对5 mm层厚进行了层厚检测.

综上所述,基于ACR标准的MRI成像系统图像均匀度及层厚检测方法,是MRI质量控制的重要手段,通过长期的质量控制检测,建立起MRI运行质量控制体系,保障与发挥设备性能,不断提高诊疗水平.

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The detection of image uniformity and slice thickness of MRI system based on ACR standards

FU Li-yuan, LIANG Yong-gang, NI Ping, et al// China Medical Equipment, 2016, 13(7):16-19.

Objective:To detect the image uniformity and slice thickness of Siemens Skyra 3.0 T and GE Excite HD 1.5 TMRI system based on ACR standards. Methods: Image uniformity and slice thickness of MRI were measured with ACR phantom, and the detection results were calculated. Results: The image uniformity were 96.0% and 92.7% of Siemens Skyra 3.0T and GE Excite HD 1.5T MRI respectively, the slice thickness were 4.64 mm and 5.58 mm, the thickness deviation is 0.36 mm and 0.58 mm, then the results measured in the research were in the normal range. Conclusion: The detection of image uniformity and slice thickness can effectively guarantee the image quality and the accuracy of slice thickness.

MRI system; Image uniformity; Slice thickness; ACR phantom; Quality control

1672-8270(2016)07-0016-04 [中图分类号] R445.2

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.07.006

福建省科技计划(2016I0010)"基于同步视频脑电图、PET/CT和多模态功能磁共振对癫痫精准定位的应用研究";军事医学计量科研专项课题(2011-JL2-014)"功能磁共振成像专用体模及质量控制检测方法的研究";南京军区重大课题(14ZX23)"军人创伤后应激障碍的多模态功能磁共振研究"

①南京军区福州总医院医学影像中心 福建 福州 350025

②南京军区福州总医院医学工程科 福建省医学装备管理质量控制中心 福建 福州 350025

chenziqianfz@sina.com

2016-01-08