医用磁共振成像颈椎常规扫描序列图像质量评价研究*

杨琰昭 翟 晶 靳志嘉 张 欢 闵佶华* 严福华

颈椎病指颈椎椎间盘退行性改变及其继发的相邻结构病理改变累及周围组织结构(神经、血管等)并出现与影像学改变相应的临床表现的疾病，中老年人最为常见，但近年来职业化、低龄化逐渐成为其新的特点[1]。颈椎磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)不仅能够清楚显示椎间盘、韧带等软组织结构的退行性改变，还可清晰地显示出椎管内、脊髓内部的改变及脊髓受压部位及形态改变，对于颈椎损伤、颈椎病及肿瘤的诊断具有重要价值。

目前，投入临床应用的医用MRI设备在不同地区、不同级别医疗单位各有不同；应用的MRI设备场强从＜0.5T的低场到1.5T、3.0T均有不同，其品牌除西门子、飞利浦、GE等主流进口品牌外，近年来以联影、奥泰等为代表我国本土MRI品牌占有量也逐步增加。然而，在医用MRI设备临床应用评价方面目前尚无相应的规范和标准，同时缺乏横向比较国内外不同品牌及机型MRI设备临床图像质量的量化评价数据[2-4]。为此，本研究以颈椎MRI图像为切入点，对国内外不同品牌及机型的MRI设备在颈椎MRI检查中的临床图像质量进行评价和对比。

1 材料与方法

1.1 资料与设备

(1)本研究合作单位涉及我国15个省及直辖市的25家不同级别医疗单位。选取2017年5月至2018年8月上海交通大学医学院附属瑞金医院数据处理中心共收集的全国25家不同级别医疗机构546例颈椎磁共振图像资料。

(2)将西门子、飞利浦、GE、联影、朗润、奥泰和安科共7大国内外品牌不同场强的9种机型MRI设备纳入本研究。

1.2 图像质量评价方案

基于美国放射学会(American College of Radiology，ACR)2017年颁布的MRI图像质量认证指南(MRI Accreditation Program Clinical Image Quality Guide)[5]并结合我国MRI临床扫描实际情况，召集专家组对该指南进行优化及整理，进行统一化规范。该规范对扫描时应用的线圈类别、序列种类以及序列参数均不做硬性要求，仅提供指导性意见，目的是保证不同诊疗机构能够在满足规范要求的前提下尽量发挥出所用设备的性能。

1.3 图像采集

(1)采集规范及参数。①图像采集必需序列包括矢状位T1加权成像(T1weighted image，T1WI)、矢状位T2加权成像(T2weighted image，T2WI)、矢状位T2加权抑脂成像、横断位T2WI；②图像扫描范围，矢状位图像需覆盖枕骨大孔至T1平面及两侧神经孔，横断面图像需覆盖颈椎第二椎体(C2椎体)至T1椎体层面；③图像扫描参数，层厚≤3.0 mm，层间距≤1.0 cm；④必需序列采集最长检查时间≤35 min。

(2)采集方法。各合作单位在临床工作中根据以上要求进行颈椎磁共振扫描，并通过网络平台、云盘或光盘等形式上传医学数字成像与通信(digital imaging and communication of medicine，DICOM)格式图像至上海交通大学医学院附属瑞金医院数据处理中心，进行统一图像评价。

(3)数据采集排除标准。①所需患者基本信息或扫描参数缺失；②扫描部位、扫描范围及成像平面不符合要求；③必需序列缺失，必需序列的总采集时间超过本规范所载最大采集时间；④空间分辨率不符合要求，图像质量极差，无法进行评估分析。

1.4 图像评价

所有图像均生成随机序列号并隐藏医疗单位、扫描设备信息、患者个人信息，仅保留扫描序列名称及部分扫描参数，包括重复时间(repetition time，TR)、回波时间(echo time，TE)、成像野(field of view，FOV)、像素、层厚以及层间距。

图像质量评价是由2名具有5年以上影像诊断经验的放射科医师根据ACR指南，采用双人盲态评价方式分别对研究期间抽取的每例扫描图像进行打分。基于各序列评价内容为：不存在非解剖因素所致的脊髓信号不均匀、脑脊液与脊髓和神经根信号对比、抑脂序列对脂肪信号不敏感，以及利于突出脂肪和(或)肌肉层面等指标。依据李克特量表(Likert scale)5分法[6]对图像质量进行分级，其分级标准为：①5分为图像质量优秀，可用于诊断，非常满意；②4分为图像质量良好，可用于诊断，满意；③3分为图像质量有瑕疵，不影响诊断，一般；④2分为图像质量欠佳，影响诊断，欠满意；⑤1分为图像质量差，不能诊断，不满意。将2名医师的评分结果均值作为最终结果进行后续分析。对必需序列、扫描范围及成像平面以及空间分辨率3个指标进行评价。

1.5 统计学方法

采用SPSS21.0软件进行统计学分析。用K-S检验(Kolmogorov-Smirnov test)对计量资料进行正态分布检验；非正态分布的计量资料用中位数(四分位数)及均值±标准差()表示，计数资料用个数(百分比，%)表示。多组间等级资料数据比较采用单因素非参数Kruskal-WallisH检验，DunnettT3检验用于组间多重比较，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 病例资料与统计

在全国25家不同级别医疗机构546例颈椎磁共振图像资料中，根据排除标准进行数据筛选后，最终纳入447例有效数据进行最终分析，排除数据包括56例矢状位扫描范围未覆盖枕骨大孔至T1、两侧神经孔及横断位扫描范围未覆盖C2至T1，43例系图像传输及其他原因所致必须序列缺失的图像资料。有效数据分布于7种品牌、9种型号MRI设备：其中0.3～0.5T设备样本41例、1.5T设备样本243例、3.0T设备样本163例；包括国产设备样本215例、进口设备样本232例，其分布见图1。

图1 不同品牌及机型MRI设备颈椎MRI病例资料分布

2.2 MRI设备图像质量评价与对比

(1)矢状位T1WI图像比较。MRI设备场强将所有样本分别为0.3～0.5T、1.5T及3.0T，其中3.0T样本组各项指标评分最优，1.5T样本组次之。对不同场强MRI设备颈椎MRI必需序列的不存在非解剖因素所致脊髓信号不均、脑脊液信号低于神经根、对脂肪信号不敏感以及脊髓与脑脊液对比度好4项指标进行主观评价比较，其差异均有统计学意义(x2=52.58，x2=138.19，x2=145.87，x2=152.88；P＜0.001)，见表1。

(2)矢状位T2WI压脂图像比较。不同场强设备组各项图像质量主观评价标准中脂肪为低信号、不存在非解剖因素所致脊髓信号不均、脑脊液信号高于神经根以及脊髓与脑脊液对比度好的比较，其差异均有统计学意义(x2=72.96，x2=44.27，x2=68.81，x2=95.97；P＜0.001)，见表2。

(3)横断面T2WI图像比较。不同场强设备组各项图像质量主观评价标准中不存在非解剖因素所致脊髓信号不均、脑脊液信号高于神经根、对脂肪信号不敏感及脊髓与脑脊液对比度好，其差异均有统计学意义(x2=104.21，x2=111.50，x2=89.38，x2=142.16；P＜0.001)，见表3。

(4)矢状位T2WI图像。不同场强设备组各项图像质量主观评价标准中不存在非解剖因素所致脊髓信号不均、脑脊液信号高于神经根及脊髓与脑脊液对比度好，其差异均有统计学意义(x2=39.18，x2=79.00，x2=91.44；P＜0.001)，见表4。

2.3 不同品牌及机型1.5T及3.0T样本各指标比较

在1.5T及3.0T样本中，进一步根据不同品牌及机型，分别对国内外不同品牌MRI设备颈椎成像“脉冲序列和图像对比”各项指标进行统计描述及对比。

(1)1.5T样本。以联影uMR 560为代表，颈椎MRI各项图像质量评价指标与GE HDx、西门子MAGNETOM Avanto相比，其矢状位T1WI“对脂肪信号不敏感”，矢状位T2WI压脂成像“不存在非解剖因素所致的脊髓信号不均匀”、“脑脊液信号高于神经根”以及横断面T2WI“对脂肪信号不敏感”、“脊髓与脑脊液对比度好”联影与GE HDx设备相比，差异无统计学意义；在矢状位T1WI脊髓与脑脊液对比度好、矢状位T2WI脑脊液信号高于神经根指标中，联影与GE HDx、西门子MAGNETOM Avanto差异均无统计学意义；余各项图像质量评价指标联影均优于GE HDx、西门子MAGNETOM Avanto，差异有统计学意义。

表1 矢状位T1WI图像比较(分，)

表1 矢状位T1WI图像比较(分，)

表2 矢状位T2WI压脂图像比较(分，)

表2 矢状位T2WI压脂图像比较(分，)

表3 横断面T2WI图像比较(分，)

表3 横断面T2WI图像比较(分，)

表4 矢状位T2WI图像比较(分，)

表4 矢状位T2WI图像比较(分，)

(2)3.0T样本。联影uMR 770颈椎MRI各项图像质量评价指标与飞利浦Ingenia、西门子MAGNETOM Verio相比：矢状位T1WI“对脂肪信号不敏感”、“脊髓与脑脊液对比度好”联影优于飞利浦Ingenia，其差异有统计学意义；矢状位T2WI压脂成像“脂肪为低信号”联影优于飞利浦Ingenia、西门子MAGNETOM Verio，其差异有统计学意义；横断面T2WI“脊髓与脑脊液对比度好”联影优于西门子MAGNETOM Verio，其差异有统计学意义；余各项图像质量主观评分联影与飞利浦Ingenia、西门子MAGNETOM Verio差异无统计学意义。

3 讨论

3.1 图像扫描规范

本研究初期共收集到546例颈椎磁共振图像资料，按照2013年ACR的MRI图像质量认证指南头颅MRA扫描范围及成像平面统一化规范，因必需序列扫描范围不全而排除数据56例，约占总数据10.3%(56/546)。该数据显示临床图像质量控制除了关注成像技术及成像系统的质量控制之外，放射科工作者的扫描规范也同样在临床质量控制中起重要作用[7-8]。

3.2 临床图像质量综合评价

本研究对0.3～0.5T、1.5T与3.0T医用MRI设备在颈椎MRI中的临床图像质量进行对比的数据显示，各项图像质量指标评分中3.0T样本最优，1.5T样本次之，0.3～0.5T样本最差，差异有统计学意义。在1.5T及3.0T样本组内相同场强下，以联影uMR 560、联影uMR 770为代表的国产MRI设备，与国外进口的GE、西门子、飞利浦MRI设备图像质量对比，联影国产医用MRI设备临床图像质量与国外进口品牌相近，部分指标优于国外进口品牌，其原因还在于部分的国产MRI设备较新，且不断有技术上的突破，而部分进口MRI设备的使用年限较长，且在设置序列方面装机使用的国产MRI设备相较过去装机的进口MRI设备具有一定的优势[9-11]。但国产MRI设备由于人力成本、运输成本相对低廉，价格上具有明显竞争力，在能保证图像质量的基础上，显示了国产MRI设备极大的发展潜力和市场前景[12]。

3.3 研究局限性

本研究基于国内外认可的ACR指南，并根据我国实际情况对评价体系进行了完善、修改，更贴近我国实际情况进行临床图像质量评价。基于颈椎MRI为切入点，大幅度避免了呼吸、运动、血管搏动等MRI伪影给图像质量评价带来的影响。但本研究尚有不足之处：①研究涉及MRI设备国内外机型尚不够全面，部分机器型号因采集样本量较少未纳入分析统计；②各机型数据分布不均，数据分析可能存在一定偏倚；③本研究主要使用李克特5级主观评分法，尚未纳入客观评价指标。

4 结语

在颈椎MRI临床图像质量评价中，3.0T设备最优，1.5T设备次之，而相同场强下国产医用MRI设备，临床图像质量不低于国外进口品牌，且部分指标优于国外进口品牌。