基于计量检定的MRI 物理性能质控研究

王文翰，郑羽明，王浩文（通信作者）

1 国药北方医院 （内蒙古自治区包头市 014030）；2 南方医科大学南方医院（广东 广州 510515）

MRI 作为重要的医学影像设备，保持其稳定、高效运行是提供可靠诊断信息的前提[1]。原国家卫生部颁布实施的WS/T 263-2006《医用磁共振成像（MRI）设备影像质量检测与评价规范》[2]，以及原国家食品药品监督管理总局颁布实施的YY/T 0482-2010 《医用成像磁共振设备主要图像质量参数的测定》等对MRI 的计量检定工作提出了明确要求。广东等省份也发布了地方计量检定规程，规范了图像质量部分主要参数的测量与评价。根据图像质量检测使用的不同测试模体，厂商还提供了参考测试方法和评价标准。目前，国内外主流的测试体模分别是美国模体实验室研制的Magphan SMR170[2]，Magphan SMR100 体模[3]，符合美国放射协会（American College of Radiology，ACR）技术标准的ACR体模和生产厂商随机配备的测试体模。上述众多文件提供了不同的测试方法和评价标准，但图像质量的检测结果受许多因素影响，如扫描序列、模体选择、人员操作等。基于此，本研究结合医院实际情况，将操作流程和技术参数标准化，制定1 套医院内部基于计量检定规程的MRI 图像质量评价方法。

1 测试工具及环境

1.1 测试工具

本研究使用的体模是Magphan SMR170 测试体模（美国模体实验室），测试体模的定位示意图如图1 所示，建议在示意图上标出测试平面（一）（二）（三）（四）[4]。该体模有4 个测试平面[5]，分层示意图分别如图2 所示。为了大尺寸的空间线性测试，可使用体模的测试立方体支撑盘作为测试平面，见图3。体模内填充的成像溶液为五水硫酸铜和蒸馏水配制的成像溶液（成像溶液的配比为1 L 蒸馏水+2 g 五水硫酸铜+3.6 g 氯化钠），呈水硫酸铜浓度为1～25 nmol，T1弛豫时间为40～860 ms，T2弛豫时间为38～625 ms[6]。本研究使用Coliy G93 高斯计，测量范围为10 nT（0.1 mG）至3 T（30 kG），测量精度为1%，用于检测磁共振主磁场强度。

图1 Magphan SMR170 定位示意图

图2 Magphan SMR170 模体分层示意图

图3 测试立方体支撑盘示意图

1.2 检定条件

1.2.1 环境条件

上述测试工具的工作温度范围为-10～60℃，综合考虑磁共振工作温度范围为15～24℃，湿度范围为30%～70% Rh，确定测试环境应满足温度为15～24℃，湿度为30%～70% Rh。

1.2.2 工具精度要求

对于测试体模，由于尚无相关校准标准，通常应每年同更高一级的计量机构做比对，精度一致方可开展检测工作。对于主磁场检测工具，如高斯计，应每年送计量院进行校准，并确保检测时其校准证书处于有效期内。

2 方法

2.1 图像质量测试

将测试体模水平放置在头线圈内位于磁体等中心位置，模体的中心与射频线圈的中心近似重合。选择扫描参数，对模体的各测试平面扫描成像，扫描参数见表2。

表2 扫描参数

2.1.1 信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）

如图4 所示，SNR 测量方法结合了1 幅图像测量方法和2幅图像测量方法，能同时得到两组共4个SNR 值。选择扫描序列和扫描参数对模体的测试平面（二）进行扫描得到第1 幅均匀模体图像。扫描结束后，间隔至少5 min，不做任何系统的调整或校准，在与上1 次扫描条件完全相同的条件下进行第2 次扫描，得到第2 幅均匀模体图像。再将2 幅图像相减，得到点对点相减的第3 幅图像，即减影图像。分别在2 幅均匀模体图像上75%中心区域内选取感兴趣区域（region of interest，ROI），测定ROI 内信号强度的平均值S1、S2和标准偏差SD1、SD2。在减影图像上选取相同感兴趣区域，测定ROI内信号强度的标准偏差SD3。在2 幅均匀模体图像的外侧背景区域分别选取4个ROI，测量并计算背景ROI内背景信号强度的总平均值Sb1和Sb2[7]。

图4 信噪比测试示意图

（1）第一组SNR 值：信号为均匀模体图像中心ROI 内的信号强度的平均值S1、S2分别减去各自图像背景信号强度的总平均值Sb1、Sb2的差，噪声为均匀模体图像中心ROI 内的信号强度平均值的标准偏差SD1、SD2，根据式（1）计算可得SNR1、SNR2值。（2）第二组SNR 值：信号为均匀模体图像中心ROI 内的信号强度的平均值S1、S2，噪声为减影图像中心ROI 内的信号强度的标准偏差SD3，根据式（2）计算可得SNR3、SNR4值。

2.1.2 均匀性

均匀性测试和SNR 测试可选用同1 幅图像进行计算。选择扫描序列和扫描参数对模体的测试平面（二）进行扫描得到1 幅均匀模体图像。在均匀模体图像上75%中心区域内选取ROI，分别选取ROI 中心区域和边缘0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°共9 个区域为测量区，测定测量区内的信号强度均值，如图5所示。

图5 均匀性测试示意图

从所测定的测量区内的信号强度均值中，选出最大信号强度均值（Smax）和最小信号强度均值（Smin），均匀性U根据式（3）计算。

2.1.3 空间线性

空间线性测试可使用模体的测试平面（三）测试。选择扫描序列和扫描参数对模体的测试平面（三）进行扫描，得到由线对和圆孔组成的模体图像，分别测量水平和垂直位置上标称长度D标称为2、4、8 cm 孔间距的实际测量值D实测，见图6。对于大尺寸的空间线性测试可选择模体的测试立方体支撑盘测试2、8、10、12 cm 共4 项。选择扫描序列和扫描参数对模体的测试立方体支撑盘进行扫描，得到由线对和圆孔组成的模体图像，分别测量斜向上标称长度D标称为2、8、10、12 cm 孔间距的实际测量值D实测，如图7 所示。空间线性L根据式（4）计算。

图6 水平和垂直空间线性测试示意图

图7 斜向空间线性测试示意图

2.1.4 纵横比

纵横比测试和空间线性测试可使用同1 幅图像进行计算。选择扫描序列和扫描参数对模体的测试平面（三）进行扫描，得到由线对和圆孔组成的模体图像，分别测量水平和垂直位置上标称长度为8 cm 孔间距的实际测量值D水平、D垂直。纵横比H根据式（5）计算。

2.1.5 空间分辨力

空间分辨力测试和空间线性测试可选用同1 幅图像进行评价。空间分辨力测试采用检验物目视评价法。选择扫描序列和扫描参数对模体的测试平面（三）进行扫描，得到由线对和圆孔组成的模体图像，调节窗宽和窗位，直至将图像上的线对清晰地分辨并区分开来，此时能清晰分辨的最大线对数就是该设备的空间分辨力，如图2（c）所示。

2.1.6 低对比分辨力

低对比分辨力采用检验物目视评价法评价。选择扫描序列和扫描参数对模体的测试平面（四）进行扫描，得到由圆孔组成的模体图像，调节窗宽和窗位，直至将图像上的圆孔清晰地分辨并区分开来，此时能分辨的直径最小圆孔就是该设备的低对比分辨力，如图2（d）所示。

2.1.7 层厚

选择扫描序列和扫描参数对模体的测试平面（一）进行扫描得到模体图像，窗宽调节至最小，窗位至倾斜板信号强度与背景信号强度和的一半，测量图像中倾斜板成像的尺寸X1、X2和Y1、Y2[8]（图8）。取X1、X2和Y1、Y24 个测量尺寸的平均值为断层分布的半宽高dFWHM，倾斜板的倾角为α（本研究使用的Magphan SMR170 体模倾角为14°），层厚根据式（6）计算。

图8 层厚测试（倾斜板测量）示意图

2.2 主磁场强度测试

首先，将高斯计的测量探头借助沙袋等工具固定在检查床中央位置，并确保移床时探头线缆不会受到挤压或损伤。其次，手动进床至高斯计到达主磁体中心位置。再次，将测量探头的连接端子同高斯计主机相连，关闭扫描间屏蔽门后开始测量。为保证测量的准确性，应间隔1 min 进行3 次以上的测量，记录平均值作为测量结果。

3 结果

3.1 SNR 值及均匀性性能要求信噪比性能及均匀性性能要求如表3 所示。

表3 各主磁场强度MRI 系统的SNR 值及均匀性性能要求

3.2 空间线性、纵横比、空间分辨力、低对比分辨力、层厚、电压偏差

1.0 T 以上（含1.0 T）的MRI 系统的空间线性应小于2.0%，1.0 T 以下的MRI 系统的空间线性应小于5%，当距离不超过2 cm 时，空间线性不超过±1 mm。纵横比应在90%～110% 范围内。1.0 T 以上（含1.0 T）的MRI 系统的最高分辨力不小于5 Lp/cm，1.0 T 以下的MRI 系统的最高分辨力不小于4 Lp/cm。低对比分辨力应能分辨直径4 mm 深为0.5 mm 的圆孔。标称层厚≥5.0 mm 时，实际值与标称值之差的绝对值不大于1.0 mm；当2.0 mm ≤标称层厚＜5.0 mm 时，实际值与标称值之差的绝对值不大于0.5 mm。电压偏差应为标称电压的±7%。

4 总结

综上所述，本研究从计量检定方面进行了医院内部MRI 物理性能质控方法整理，上述指标均应至少满足相关计量标准要求方能保障MRI 的工作质量，医院应定期开展相应的质控工作，确保设备安全、有效的运行。对于存在部分参数不满足标准要求的MRI 设备，应立即停止诊疗活动，并对相应的部件（如射频、线圈、磁场、屏蔽等）进行重新配置、校准或维修，修复后重新进行性能检测，各项参数均达标后方可投入临床使用。