MRI设备临床质量控制流程和制度的现状与发展趋势

刘雅文，尹红霞，杨娉娉，朱建明，杨正汉，王振常*

(1.首都医科大学附属北京友谊医院放射科，北京 100050；2.中国计量大学信息工程学院，浙江 杭州 310018)

MRI设备临床质量控制流程和制度的现状与发展趋势

刘雅文1,2，尹红霞1，杨娉娉2，朱建明2，杨正汉1，王振常1*

(1.首都医科大学附属北京友谊医院放射科，北京 100050；2.中国计量大学信息工程学院，浙江 杭州 310018)

MRI设备临床质量控制是质量保证的重要组成部分，其目的是确保MRI设备的各项性能参数指标稳定，以获取高质量的扫描图像，为影像诊断提供图像质量保障。国外许多国家已建立较完善的质量控制流程和制度，应用推广也较为普及。而我国MRI设备质量控制领域还处于起步阶段，相关制度的制定与推广尚未完善，还需进一步发展。本文主要对MRI设备临床质量控制流程和制度的现状与发展趋势进行综述。

质量控制；磁共振成像；质量保证

MRI设备是临床放射科或影像中心的高端影像设备之一，在医学诊疗中发挥着不可替代的重要作用；其性能参数的稳定是获得高质量的医学图像、保证精确影像诊断的前提。MRI设备临床质量控制(quality control, QC)是实现这一目标的重要手段，欧美等西方国家已较早实行，主要由放射科的医学物理师和工程技术人员完成，宗旨是在设备性能下降导致严重影响临床图像质量之前，通过检测工作发现问题并及时校正，为临床提供优质的医学图像。临床QC检测主要包括[1]：性能指标处置界限的建立、每周例行检测及每年例行检测。我国MRI设备的引进及临床应用几乎与国际同步，但临床QC工作起步较晚，目前相关制度尚未完善，针对MRI设备的医学物理师更是缺乏。本文就我国的MRI设备临床QC流程和制度的现状与发展趋势进行综述。

1 QC制度的发展现状

1990年和1992年，MRI质量保证和验收检测分别写入美国医学物理学会(American Association of Physicists in Medicine， AAPM)的第1号报告[2]和第6号报告[3]。此后AAPM和美国电气制造商协会(National Electrical Manufactures Association, NEMA)对更具体的检测内容和检测方法进行了详述及更新[4-10]。2008年，美国《联邦医疗保险病人和医疗机构改善法案》(Medicare Improvements for Patients and Providers Act， MIPPA)规定MRI设备须进行QC认证。美国放射学会(American College of Radiology， ACR)是MIPPA指定的权威认证机构之一，2002年，ACR即要求被认证的MRI设备必须执行QC流程；ACR发布的《磁共振QC手册》详述了MRI设备认证所要求的QC流程和技术规范[1,11-12]。

1998年，英国医学物理和工程学会(Institute of Physics and Engineering in Medicine， IPEM)发布第80号报告，详述了MRI设备临床QC流程和技术规范，其检测方法基于Eurospin模体[13-14]。2011年，加拿大放射医师协会(Canadian Association of Radiologists, CAR)发布《CAR磁共振成像标准》，要求诊断用MRI设备进行认证时需提供QC文档[15]。

2004年和2006年，我国国家食品药品监督管理总局和国家卫生和计划生育委员会先后发布了《医疗诊断用磁共振设备技术要求及试验方法》(YY/T0482-2004)[16]和《医用磁共振成像(磁共振成像)设备影像质量检测与评价规范》(WS/T263-2006)[17]2个行业标准，为诊断用MRI设备的验收和状态检测提供了依据。根据上述行业标准的要求，MRI设备安装完毕或重大维修后需进行验收检测；对运行中的设备，需定期进行状态检测，检验周期为每年1次。各省市也分别有验收和状态检测的地方性技术规范，如2002年北京市质量技术监督局发布了《医用磁共振成像系统(MRI)检测规范》[JJF(京)30-2002][18]。近年来，国内许多研究者已逐步认识到MRI设备临床QC的重要性，并对QC流程、检测方法等进行了阐述和探讨[19-22]。

2 性能指标处置界限的建立

处置界限是用于描述设备处于高性能状态时各性能指标正常值范围的概念[1]。因安装时间、场强、适用范围等不同，每台MRI设备的技术性能相差较大，其性能指标的最优状态也存在较大差别。ACR推荐的MRI设备性能指标的处置界限，是适用于不同性能设备的最低要求。对于高性能的MRI设备，为发挥其最大潜力而使其运行于高性能状态，更敏感、及时地发现其性能下降问题，需建立更严格的性能指标处置界限。因此，临床QC工作的第1步，即为每台MRI设备建立针对特定模体、序列参数的个体化处置界限。在可能影响信号采集或电子激励的设备部件更换或维修后，需为相关性能指标重新测定处置界限。

3 每日QC内容

通过对扫描设置和床定位精度、中心频率/发射增益或衰减、几何精度、高对比空间分辨力、低对比分辨力及伪影评估等内容的QC，可及时发现设备存在的不稳定性并进行校正。ACR强烈推荐，如果工作条件允许，可每日进行检测上述性能指标[1]。但由于条件所限，目前只有少数单位执行每日QC方案。

4 每周例行检测内容与要求

对于扫描设置和床定位精度、中心频率/发射增益或衰减、几何精度等QC内容，ACR要求的最低检测频率是1周1次[1]。

4.1 扫描设置和床定位精度 目的为确保MRI扫描系统可正常完成患者扫描设置、数据录入、预扫描和床定位准确等。如果MRI设备启动后无报错，扫描界面工作正常，则表示扫描设置正常。床定位精度主要评估激光和床定位系统沿磁体长轴(Z轴)定位的准确性，采用矢状定位序列进行测量，在扫描图像中定位网格结构上边缘放置测量点。ACR要求的处置界限为测值≤±2 mm[1]。

4.2 中心频率/发射增益 中心频率代表MRI设备的共振频率，具有随时间不断衰减的变化趋势；其变化可反映静磁场变化，主要受静磁场均匀性、环境温度等因素影响。相邻2周检测的差值应在处置界限内，以Hz或ppm表示；Hz及ppm值可用拉莫公式进行换算。ACR要求的处置界限为周变化值≤1.5 ppm[1]。

发射增益用于描述将宏观磁化矢量达到90度所需要的功率，其单位用分贝(dB)表示，为对数单位，即使较小的dB值改变也代表较大的发射增益变化。对相同的线圈和模体，如果MRI设备运行正常，发射增益应为一个相对稳定的常数。ACR要求发射增益的变化应在10%以内[1]。若发射增益发生比较大的波动，则提示射频系统存在问题，包括射频传送过程的损失，射频接收链电子元件发生问题导致噪声的增加等。

上世纪80年代,欧美等一些发达国家对水电开发给生态环境带来的影响进行了深刻的反思，并对水电建设引起的天然河道的流态、水文泥沙特征以及河流生态等方面的变化，开展了大量的调查研究工作，为减小水电开发对河流环境影响的影响，建立了相应的技术导则、认证程序及技术标准，其中具有典型代表性的有瑞典绿色水电认证、美国低影响水电认证和国际水电协会的水电可持续性评估。

4.3 几何精度 影像医师根据MRI图像做出精确诊断时默认图像中解剖结构为精确的几何关系。但如果MRI设备的梯度系统或磁场均匀性未校准，其图像可发生几何畸变。测量几何精度，是为了确保MRI图像标尺可反映真实尺寸。检测方法为测量ACR模体的矢状定位图像和第5幅轴位T1WI图像，ACR要求测量值与实际值差值的绝对值应≤2 mm[1]。如果几何精度>2 mm，提示需对梯度场进行校准或使用了较低的接收带宽。

4.4 高对比空间分辨力 高对比空间分辨力主要用于评估设备探测小物体的能力，主要受梯度场强度、涡流补偿或主磁场均匀性的影响。ACR模体于轴位T1WI序列的第1张图像上可显示有3组孔洞，直径分别为1.1 mm、1.0 mm和0.9 mm。每组孔洞分左上和右下2组：左上组有4行孔洞，每行4个孔，用于评估左右方向的分辨力；右下组有4列孔洞，每列4个孔，用于评估上下方向的分辨力。ACR要求，2个方向的分辨力均达到1.0 mm或更好算合格[1]。许多高性能设备在1个或2个方向的分辨力甚至可达到0.9 mm。

4.5 低对比分辨力 低对比分辨力是评估MRI设备对信号强度相近物体进行分辨的能力，主要与信噪比(signal-noise ratio， SNR)有关[23]，SNR较高时，噪点少，对比度更为明显。ACR模体于轴位T1WI第8～11层图像上可显示其内安装有填充不同液体的塑料薄板，对比值分别为1.4%、2.5%、3.6%和5.1%。每层图像上，低对比物体呈轮辐状排列，共10个轮辐，对比相同；按顺时针方向，10个轮辐的圆孔直径从 7.0 mm减小至1.5 mm。测量低对比分辨力主要是计数每层可清晰分辨的轮辐数，检测方法可选择计数对系统性能出现偏差最敏感的某一层的轮辐数，也可选择计数4层图像轮辐数的总和。ACR要求，对磁场强度≥3 T的设备，总轮辐数应≥37；对磁场强度<3 T的设备，总轮辐数应≥9[11-12]；或最敏感层的轮辐数较处置界限下降3个轮辐以内[1]。采集矩阵太小或锐化滤波的过度使用也可引起截断伪影，从而影响外围孔洞的分辨。严重的图像伪影可导致部分轮辐影像的模糊不清。

4.6 伪影评估 在MRI设备检测中，可出现不同类型的伪影，提示设备性能下降。所以进行分析伪影十分必要，查看轴位T1WI序列图像，确认：①模体图像显示为圆形，无椭圆化或变形；②无伪影出现在背景图像上或叠加在模体图像上；③无条纹或亮点、暗点伪影；④图像上未出现无用或新的影像。如果图像不符合上述要求，则应记录伪影类型并查找原因。伪影是无特异性的硬件故障现象，可由于射频发射、信号接收或梯度等系统故障引起。

5 每年例检内容与要求

MRI设备每年例行检测及每周例行检测数据的年度审查通常由医学物理师完成。ACR推荐的MRI设备每年例行检测项目包括本文第3部分介绍的每周例行检测项目，以及磁场均匀性、层位置精度、层厚精度、射频线圈检测、层间射频信号干扰等[1]。通过性能指标的检测和数据分析，医学物理师可在图像质量下降至无法接受之前发现设备性能下降问题。

5.1 磁场均匀性 磁场均匀性是指在特定容积内主磁场强度B0的一致性，通常表示为特定半径球形容积内磁场强度变化，用ppm表示。该项目需用球形模体进行检测。ACR的《磁共振QC手册》(2015版)共介绍了4种评估磁场均匀性的方法，即波谱峰值法、相位地图法、相位差地图法及带宽差值法[1]。

波谱峰值法主要是在扫描波谱序列时，测量自由感应衰减信号经傅里叶变换后的波形半高宽；操作简便，但无法测量不同球半径的磁场均匀性。相位地图法和相位差地图法均基于梯度回波序列时产生的相位图，相位图各点的相位值可反映磁场强度变化。相位差地图法通过不同回波时间(TE)的相位图相减，可去除引起相位变化的非磁场强度因素，对磁场均匀性评估更准确。带宽差值法主要利用最小和最大接收带宽引起的几何畸变差值来计算磁场强度变化[24]，扫描时间较长；但可同时测量不同球半径的磁场均匀性，并适用于无法扫描波谱序列或产生相位图的低场MRI设备。

ACR要求，在超导磁体中测得直径为30 cm的球形容积内，磁场均匀度应在2 ppm左右[1]。磁场均匀性下降可由磁体洞内遗留铁磁性物质等因素所致，需通过匀场等措施进行校正。

5.2 层位置精度 层位置精度用于检测所采集层面的实际位置与正常扫描装置预先设定的层面之间的差异。ACR模体于矢状定位图像上可显示2个45°交叉楔形板插件。扫描轴位T1WI和T2WI序列时，将第1层和第11层分别定位于这2个楔形交叉角处。轴位图像第1层和第11层分别显示为一对相邻的比较暗的条形块。如果层面定位准确，每对相邻的条形块长度相等；如果层面定位出现偏差，则条形块长度不等。第1层和第11层条形块长度的差值代表了设定层面与实际层面的差异，ACR要求，测量值的差值绝对值应≤5 mm[1]。层面定位不准、床机械定位错误、梯度校准差及磁场均匀度差等原因均可导致层位置精度下降。

5.3 层厚精度 层厚精度通过对测得的层厚与所预设的层厚进行比较来确定。ACR模体的层厚插件是2个倾斜方向相反的斜坡，于轴位T1WI和T2WI图像的第1层可显示。斜坡插件的斜度为10∶1，即第1层图像显示的斜坡长度应该是层厚的10倍。通过测量2个斜坡插件的长度，可计算获得测量层厚。ACR要求，测量层厚应在(5.0±0.7)mm之内[1]。射频放大器非线性、梯度校准差等均可导致层厚精度下降。

5.4 射频线圈检测 射频线圈是MRI设备发射射频脉冲和接收MR信号的主要部件，其整体性能直接影响图像质量。临床使用的线圈类型不同，其检测方法也不同。检测模体应选择与线圈检查部位的几何形状相似的模体。射频线圈性能下降提示设备故障，通常是线圈本身或射频系统的问题。

对头线圈、体线圈等容积线圈，其射频激励和信号接收在整个线圈容积内非常均匀，主要采用SNR、图像均匀度百分比(percent image uniformity， PIU)和信号伪影百分比(percent signal ghosting，PSG)3个参数来评估。ACR要求，对于容积线圈，最低处置界限为：SNR>200；PSG≤2.5%；PIU≥87.5%(≤1.5 T)或PIU≥82%(≥3 T)[1]。表面线圈，如肩关节表面线圈、眼表面线圈等，可提高局部感兴趣区的SNR，但获得的图像信号却不均匀，一般选择最大SNR和平均SNR 2个参数之一进行性能评估。相控阵线圈由多个子线圈单元紧密耦合而成，如头颅相控阵线圈、全脊柱相控阵线圈等，每一个子线圈有自己的射频通道。ACR推荐，单独测量每1个单元的SNR来评估线圈性能，可选择与评估表面线圈SNR相类似的评估方法。

5.5 层间射频信号干扰 多层面成像时，当层间隔较小或为0时，可因射频激发时层面选择性能不够完善而产生扫描层之间的干扰，从而导致图像SNR降低。应用ACR模体，获取层间距分别为0、0.5、1.0、 5.0 mm的图像，测量轴位T1WI第7层图像的SNR。层间距从100%(5 mm)降低为0时，由层间干扰作用所导致的SNR下降应不超过20%[11-12]。

在ACR《磁共振QC手册》早期版本中，层间射频信号干扰曾是每年例行检测项目之一。但其2015版手册删除了该项目[1，11-12]，原因为ACR发现目前美国几乎所有的MRI设备，在层间距为0时，均可实现SNR下降不超过20%这一处置界限。但国内该指标的调查报告罕见，无法明确大部分国内设备在该指标上的实际性能状态。

6 小结

本文对MRI设备QC制度的发展和美国ACR推荐的临床QC流程做了综述性介绍。MRI设备每周例行检测、每年例行检测和性能指标处置界限的建立是由医疗机构工程师或医学物理师所执行的临床QC的主要内容。厂家工程师设备维护所进行的检测不能代替临床QC检测。每台MRI设备，从安装到拆除的整个生命周期，需遵循规范的、可操作性的临床QC流程，为高质量的医学图像诊断提供保障。

[1] American College of Radiology (ACR). Magnetic resonance imaging quality control manual: 2015. Reton: ACR，2015:4-120.

[2] Price RR, Axel L, Morgan T, et al. Quality assurance methods and phantoms for magnetic resonance imaging: Report of AAPM nuclear magnetic resonance Task Group No.1. Med Phys, 1990,17(2):287-295.

[3] Och JG, Clarke GD, Sobol WT, et al. Acceptance testing of magnetic resonance imaging systems: Report of AAPM Nuclear Magnetic Resonance Task Group No.6. Med. Phys, 1992,19(1):217-229.

[4] MR Subcommittee Task GroupⅠ. AAPM Report No.100: Acceptance testing and quality assurance procedures for magnetic resonance imaging facilities. Alexandria： AAPM, 2010：1-31.

[5] National Electrical Manufacturers Association (NEMA). NEMA Standards Publication MS 1-2008 (R2014). Arlington： NEMA， 2008：1-21.

[6] National Electrical Manufacturers Association (NEMA). NEMA Standards Publication MS 2-2008 (R2014). Arlington： NEMA， 2008：1-14.

[7] National Electrical Manufacturers Association (NEMA). NEMA Standards Publication MS 3-2008 (R2014). Arlington： NEMA， 2008：1-17.

[8] National Electrical Manufacturers Association (NEMA). NEMA Standards Publication MS 4-2010. Arlington： NEMA， 2010：1-20.

[9] National Electrical Manufacturers Association (NEMA). NEMA Standards Publication MS 6-2008 (R2014). Arlington： NEMA， 2014：1-21.

[10] National Electrical Manufacturers Association (NEMA). NEMA Standards Publication MS 9-2008 (R2014). Arlington： NEMA， 2014：1-24.

[11] American College of Radiology (ACR). Magnetic resonance imaging quality control manual 2001. Reton: ACR， 2001：45-50.

[12] American College of Radiology (ACR). Magnetic resonance imaging quality control manual 2004.Reton: ACR， 2004：56-60.

[13] Lerski R, de Wilde J, Boyce D, et al. Report No.80-Quality control in magnetic resonance imaging. York: IPEM， 1999：1-35.

[14] Firbank MJ, Harrison RM, Williams ED, et al. Quality assurance for MRI: Practical experience. Br J Radio, 2000,73(868):376-383.

[15] American College of Radiology (ACR). CAR standard for magnetic resonance imaging: 2011. Ottawa： CAR， 2011,6-11.

[16] 国家食品药品监督管理局.医疗诊断用磁共振设备技术要求及试验方法(YY/T 0482-2004).北京：国家食品药品监督管理局.2004：1-9.

[17] 中华人民共和国卫生部.医用磁共振成像(MRI)设备影像质量检测与评价规范(WS/T 263-2006).北京：中华人民共和国卫生部.2006：1-12.

[18] 北京市质量技术监督局.医用磁共振成像系统(MRI)检测规范(JJF(京)30-2002).北京：北京市质量技术监督局.2002：1-15.

[19] 王存玖，唐鹤菡，龚启勇，等．磁共振成像QA的自动实现方法．中国医学影像技术，2010，26(1)：164-166．

[20] 袁子龙，张照喜，陈迢，等.Siemens 3.0T Verio MR日常质量控制与质量保证.中国医学影像技术, 2015,31(8):1285-1287.

[21] 付丽媛，梁永刚，倪萍，等．基于ACR标准的MRI图像均匀度及层厚的检测．中国医学装备，2016，13(7)：16-19．

[22] 储呈晨，王龙辰，毕帆，等．磁共振图像质量控制中的若干评价指标探讨．中国医疗设备，2016，31(7)：124-127．

[23] 张宏杰，宋枭禹，包尚联，等．磁共振成像射频线圈技术．中国医学影像技术，2005，21(9)：1440-1441．

[24] Chen HH, Boykin RD, Clarke GD, et al. Routine testing of magnetic field homogeneity on clinical MRI systems. Med Phys, 2006,33(11):4299-4306.

StatusandtendencyofclinicalqualitycontrolprocedureandregulationforMRIequipment

LIUYawen1,2,YINHongxia1,YANGPingping2,ZHUJianming2,YANGZhenghan1,WANGZhenchang1*

(1.DepartmentofRadiology,BeijingFriendshipHospital,CapitalMedicalUniversity,Beijing100050,China; 2.CollegeofInformationEngineering,ChinaJiliangUniversity,Hangzhou310018,China)

Clinical quality control of MRI equipment is a significant part of quality assurance. The purpose of quality control is to assure the performance and specification stability of MRI scanner, and to provide high quality images for clinical diagnosis. Many foreign countries have already developed and established highly sophisticated quality control procedure and regulation for MRI system, and the application is also relatively popular. However, this work has just begun in China, need to be further developed. The current status and future trend of clinical quality control procedure as well as regulation for MRI equipment were reviewed in this article.

Quality control; Magnetic resonance imaging; Quality assurance

国家重点研发计划数字诊疗装备研发重点专项(2016YFC0106901)、科技北京百名领军人才培养工程(Z141107001514002)、北京市医管局“使命”人才计划(SML20150101)、北京学者(京人社专家发[2015]160号)。

刘雅文(1993—)，女，山东莱芜人，在读硕士。研究方向：磁共振功能成像和磁共振质量控制。E-mail： lyw_april@163.com

王振常，首都医科大学附属北京友谊医院放射科，100050。E-mail： cjr.wzhch@vip.163.com

2017-06-08

2017-09-15

R445.2

A

1003-3289(2017)11-1615-05

10.13929/j.1003-3289.201706056