磁共振质量控制标准对比研究

刘迪 张默

0 引言

MRI系统是医学影像诊断不可或缺的检查技术之一，其不但可以提供形态学结构信息，还可以提供生物化学及灌注等功能信息，其高级应用可为临床提供更精准的诊断，从而达到精准治疗的目的[1]。MRI系统主要由梯度磁场和主磁场及交变磁场、中心控制计算机组成，其临床检查用时相比其他成像设备更长，设备使用效率低，维护和保养所需的成本较高，在日常使用中通常要使用质量控制标准对设备进行检测以评价其影像质量,评价的结果是判断设备运行状态的重要依据之一，通过有效的质量控制可以维持和保证设备的成像质量、精度及稳定性，获取最佳图像质量，为临床疾病诊断提供有效和可靠的依据，对系统的安全使用具有重要意义[2]。

当前国内MRI系统质量控制适用的标准为中华人民共和国卫生部于2006年制定的《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，WS)[3]，国际上则通常使用美国放射协会(American College of Radiology,ACR)标准[4]。WS所使用的模体为Magphan模体，而ACR使用的是ACR专用模体[5]。目前国内MRI系统质量控制既可以选择使用WS也可以使用ACR，检测的性能评价指标基本相同，但在部分指标和检测方法上存在差异，可能导致同一MRI系统使用不同质量控制标准得到的影像质量评价结果存在差异。WS和ACR同样作为临床上使用的质量控制标准，如果对同一性能指标的评价结果不同，会影响临床工程师对设备运行状态的评估。

本文选取10台在用MRI系统，分别使用WS和ACR两个质量控制标准进行性能指标评价，根据同一系统在不同质量控制标准下的符合情况，研究两个标准对同一性能指标评价的一致性，从而得出两个标准对同一系统影像质量评价的一致性，为MRI系统质量控制方案的制定提供参考。

1 研究方法

1.1 性能指标及测试设备选择

MRI系统在日常质量控制时评价的性能指标主要包括信噪比、均匀性、伪影、线性、高分辨力、低对比度分辨率、层厚和中心频率等[6]。为对比相同指标，本文选取了WS和ACR都包含的性能评价指标：信噪比、均匀性、层厚、畸变、高分辨力和伪影进行测试，所使用的模体分别是Magphan SMR170和ACR专用模体。

考虑到ACR在均匀性上对磁场强度为3.0T和1.5T的设备的限值要求不同，测试设备选择了包含磁场强度为3.0T和1.5T的国内外主要制造商的MRI系统共10台，见表1。

表1 测试设备情况Table 1 Status of testing equipment

1.2 测试方法

所有性能指标按照WS和ACR要求进行扫描和数据处理，扫描参数如表2所示。

表2 扫描参数Table 2 Scanning parameter

WS和ACR除信噪比和畸变外，其余性能指标部分的数据处理方法基本相同，具体可参见相应质量控制标准[3-4]。

信噪比和畸变的数据处理方法如下。

WS信噪比(SNRWS)的计算公式：

SNRWS=(S-Sb)/SD

(1)

式中：S为ROI内信号平均值；Sb为本底像素平均值；SD为影像中心ROI内像素平均值的标准偏差。

ACR信噪比(SNRACR)的计算公式：

SNRACR=S/σair

(2)

式中：S为ROI内信号平均值；σair为背景区域的像素标准偏差[7]。

WS畸变(GDWS)的计算公式：

GDWS=|D实-D测|/D实

(3)

式中：D实为模体相应实际尺寸，分别为20 mm，40 mm和80 mm；D测为影像上测量的尺寸。

ACR畸变(GDACR)的计算公式：

GDACR=|D实-D测|

(4)

式中：D实为模体相应实际尺寸，分别为148 mm和190 mm；D测为影像上测量的尺寸。

WS和ACR评价的6个性能指标根据表3的标准限值判断其是否符合标准要求。

表3 性能指标标准限值Table 3 The limit of the indicators required by the standard

评价结果如表4所示，其中WS(+)ACR(+)为符合WS要求且符合ACR要求的设备数，WS(+)ACR(-)为符合WS要求但不符合ACR要求的设备数，WS(-)ACR(+)为不符合WS要求但符合ACR要求的设备数，WS(-)ACR(-)为不符合WS要求且不符合ACR要求的设备数。

表4 性能指标评价结果Table 4 Evaluation results of indicators

对表4中的符合情况使用SPSS 25.0计算Kappa系数。当Kappa≥0.75代表一致性较好；0.75>Kappa≥0.4代表一致性一般；Kappa<0.4代表一致性较差。

2 结果及分析

Kappa系数的计算结果如表5所示。

表5 一致性检验结果Table 5 Result of consistency test

由表5可知，WS和ACR评价高分辨力和伪影的一致性较好，评价均匀性和层厚的一致性一般，评价信噪比和畸变的一致性较差。

由表3可知，ACR对于均匀性和层厚的限值要求高于WS，且由表4可知对均匀性和层厚的符合性判定的主要差异在于部分设备符合WS要求但不符合ACR要求，可知ACR对于均匀性和层厚的要求更为严格，导致两个标准对均匀性和层厚评价的一致性一般。

由于ROI内信号值通常远大于本底像素值，由式(1)和式(2)可知WS和ACR计算信噪比的主要差别在于σair和SD。由于噪声部分通常比较均匀，所以背景噪声的标准偏差会远远小于中心ROI内像素平均值的标准偏差，即σair远小于SD，导致SNRACR会远大于SNRWS。由表3可知两个标准对于信噪比的限值要求都为≥100，且由表4可知对信噪比的符合性判定的主要差异在于绝大部分设备符合ACR要求但不符合WS要求，可知WS对于信噪比的要求极为严格，导致两个标准对信噪比评价的一致性较差。

对于畸变，在测试方法上两个标准存在两方面差异：第一，两个标准检测的模体实际尺寸不同，其中WS是20 mm、40 mm和80 mm的直线，而ACR是148 mm和190 mm的直线，相对于20 mm更不易受到误差的影响。第二，ACR对于直线的测量方法有明确规定，包括如何确定直线边界等，而WS没有对边界的选取进行规定，在测量时存在误差。在限值要求上，WS的限值要求为不超过实际尺寸的±5%；ACR的限值要求为±2 mm，最差情况即实际尺寸的±1%。测试方法和限值要求的不同导致两个标准对畸变评价的一致性较差。

3 讨论与结论

本文针对10台MRI系统，按照WS和ACR两个质量控制标准要求进行了6个性能指标的检测，根据这6个指标的标准符合性情况，得出两个标准在性能指标评价上的一致性，其中：高分辨力和伪影的一致性较好，均匀性和层厚的一致性一般，信噪比和畸变的一致性较差，由此可见WS和ACR在MRI系统影像质量的评价上存在差异。

临床MRI系统质量控制的首要环节就是选择合适的质量控制标准。使用合适的质量控制标准进行检测能够使设备的运行状态更好地满足临床需求。而影像质量评价是质量控制中另一个重要环节，其结果决定了设备是否需要进行调试、维护。

在质量控制标准选择上，由于WS和ACR对于性能指标评价的一致性存在差异，在临床使用中对于某个性能指标有较高要求的MRI系统可有针对性地选择质量控制标准：对于信噪比要求较高的设备可选择WS作为质量控制标准；对于均匀性和层厚要求较高的设备则可选择ACR作为质量控制标准。

在影像质量评价上，当使用WS或ACR得出较差的结果时，建议使用另一个标准再次评价设备的影像质量，如两个标准的评价结果均为较差说明设备影像质量较差，应立刻对设备进行维护。但如两个标准得出评价结果不同，考虑到MRI系统使用效率低，维护、保养成本高的情况，在尚能满足临床使用的情况下可延缓调试，以此提高设备使用率，减少设备维护带来的损失。

总之，本文对WS和ACR性能指标评价的一致性研究有助于质量控制标准的选择和影像质量的评价，对MRI系统质量控制方案的制定和提高设备使用率具有一定的参考价值。