基于质量控制的磁共振成像系统周期性图像性能测试方法

张 梦

基于质量控制的磁共振成像系统周期性图像性能测试方法

张 梦①

磁共振成像(MRI)系统质量控制的目的是为保证MRI设备图像质量，确保MRI图像的真实可靠，以满足临床诊断对图像质量的需求。依据国家医药行业标准以及医疗诊断对MRI技术的要求，采用周期性图像性能测试方法，对图像信噪比、均匀性、伪影、几何畸变、层厚及空间分辨力等性能参数进行周期性测试；按照数据偏差的严重性将检测周期规定为3～6个月。将测试数据结果进行分析，判断设备各项系统性能是否达到质量评价标准和稳定性质量保证，确保医学影像符合诊断标准，保证影像质量，降低设备的故障率，发现更优的测试方法。通过对MRI影像检查的图像质量进行控制，为临床诊断提供优质的MR图像。

质量控制；图像性能测试；质量参数；测试模块

[First-author’s address] Department of Medical Engineering, National Center for Geriatric Medicine of Beijing Hospital, Beijing 100730, China.

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)的原理是将人体放置于特殊磁场后，施加一个射频脉冲激发人体内氢原子产生共振并吸收能量，在射频脉冲停止后，氢原子按特定频率发出射电信号并释放出所吸收能量，将得到的信号进行加权处理并计算重建出人体信息[1]。MRI成像系统的精确度是对于疾病的早期诊断和预防的质量保证，影响图像质量准确性和可靠性的因素包括设备的外部环境和内部环境，当设备处于一个稳定的外部环境下，设备的性能会因长期使用及其他因素发生偏差。MRI设备成像需要严格、复杂的成像参数，为保证图像质量需要对关键图像质量参数进行周期性质量控制性能测试，包括信噪比、均匀性、伪影、几何畸变、层厚以及空间分辨力等的测试[2]。按照设备性能特点从美国国家电气制造商协会(NEMA)-MS 1-2008、YY/T 0482-2010“医疗成像磁共振设备主要图像质量参数的测定”和YY/T 0482-2004“医疗诊断用磁共振设备技术要求及时验方法”标准中选择适合的测试方法进行检测，检测周期按照数据偏差的严重性为3个月到半年，发现问题后及时校正，为此，本研究基于质量控制的磁共振成像系统周期性图像性能进行测试，其良好的图像可以为临床提供客观、真实的诊断依据，使患者的疾病得到及时的发现及治疗[3]。

1　测试方法

1.1信噪比测试

信噪比(signal noise ratio，SNR)即信号电平除以噪声电平的商。信噪比测试采用NEMAMS1-2008中提出的第四种测试方法，将测试水模置于磁体中心测试区内[4]。性能测试水模是一个树脂玻璃的圆柱体，内径为200 mm，长度为110 mm，水模的支撑件可以直接卡在头线圈上，具有固定位置用的销和栓。水模在形状上设计有2个槽，可以将其安稳的固定在3个方位：即横断位“T“，矢状位“S”和冠状位“C”，与扫描的方位相对应[5]。这3个位置由其对应的大写字母标识并正向对准检查床。水模填充液体为CuSO4溶液，浓度是1 L水，770 mg的CuSO4·5H2O组成。水模包含了一系列的结构，用来测量一些重要的图像质量指标。线圈选用系统头线圈，设计在3个条件下进行扫描，扫描条件分别命名为QA1、QA2(系统头线圈作为接收线圈)与QA3(系统体线圈作为接收线圈)。将接收线圈负责调至50～90 kg，更加贴近临床检查[6]。选用信噪比测试模块，用诊断序列扫描，在模块图像中取31×31像素的图像信号，求出平均值S即感兴趣区域(region of interest，ROI)内测得平均像素值，再在背景图像中取像素值为40×10像素的图像信号，求出标准偏差SD，如果是单个线圈的幅度图像，其图像噪声为公式1：

如果是实部图像IN= SD，其信噪比为公式2：

1.2均匀性测试

均匀性(uniformity)是指在一副排除了噪声或有限位获取数据(截尾伪影)影响的均匀性测试模具图像中，信号强度在空间上的恒定性[7]。测试结果以低空间频率的非均匀性来表征磁共振图像，采用与信噪比测试相同的水模，射频线圈的加载不影响测试效果[8]。在ROI确定精度并求出其平均值，按照反常信号偏离ROI中心区域平均值的大小为每一个像素制定一个灰度等级[9]。指定信号偏离ROI中心区域平均值不足V%的像素为中性灰度等级，比ROI中心区域平均值大V%～2 V%的像素为更亮的下一级灰度等级，比ROI中心区域平均值大2 V%以上的像素指定为白色，比ROI中心区域平均值小2 V%以上的像素指定为黑色。用以下5个灰度等级表征图像的非均匀性，C为图像中心的ROI的像素信号均值[10]。

1.3伪影测试

伪影是指在图像中可视的，既不反映物体内的相应结构，也不是噪声能解释的影像。将水模放于磁场中心，通过计算来评估接收正交和相位编码的误差。采用与信噪比测试相同的水模，射频线圈的加载不影响测试效果[11]。其为公式3：

式中G为伪影图像的ROI(7×7像素)的最大信号平均值；GAL：伪影；B为背景图像的ROI的信号平均值；R为图像中心的信号平均值。通过对磁场等中心相反方向等距离的检测图像来评估发射正交误差。

1.4几何畸变测试

几何畸变是指实际物体的影响位置与预期位置在空间上的偏差，仍采用上述测试模型，将其放置射频接收线圈中心，采用自旋回波，层厚为5 mm，分别对水平和垂直方向进行评估。测量应重复N点，测量的相邻半径夹角≤22.5o。其为公式4：

式中Lm为图像上测量的尺寸；La为模型实际的尺寸。1.5 层厚测试

层厚为磁共振设备中片层剖面的半高宽(full width at half maximum，FWHM)。水模中包含一个截面用来测量系统的扫描层厚。这个镶嵌斜面包括两个部分：①由两个相对面的斜板组成的模具，两个斜板之间间隔1 mm；②楔形件，两个斜板和楔形件的角度都是11.3±0.17，楔形件用来测量层厚＜5 mm的扫描层面，其余都用斜板来测量。相对面的斜板也可以用来确定斜板相对于扫描平面的精确角度[12]。

测量的片层剖面和层厚依赖于脉冲序列类型、射频脉冲形状，多采用二维单自旋回波，依次扫描横断面、矢状面及冠状面。设定斜板某方向为X，Xi位置像素强度为S(Xi)，层厚为S(Xi)的半高宽与tanα的积。α角是斜板的斜面与图像的一个轴形成的角度，范围在8o～12o之间[13]。测试参数报告应包括如下：倾斜角、半高宽、满宽度、空间分辨力及板厚。

1.6空间分辨力测试

空间分辨力是指MRI设备中当调制传递函数(MTF)的幅度超过所需阈值时的最高空间频率的倒数的一半值[14]。水模中的这个截面用来测量系统的空间分辨力，镶嵌件是20 mm厚的圆盘，里面有个50 mm×50 mm方形洞，旋转的角度为11.31o，洞中心到截面中心的距离是50 mm。空间分辨率在频率编码和相位编码方向都会测量到，这个截面也可以用来测试“鬼影”。射频线圈加载不影响测试，采用二维单自旋回波，采集图像应包括实部和虚部并充分消除伪影[15]。

将分析图像的平均不连续剖面进行微分得到线扩散函数，其为公式5：

将LSF(x)进行标准傅里叶变换得到调制传递函数， 其为公式6：

离散衍生的频率响应被权重因子消除，其为公式7：

2　质量控制的重要性

MRI设备的系统周期性图像性能测试是检测成像系统生成的图像质量是否能达到系统的要求[15]。质量控制是确保医学影像符合诊断标准，保证影像质量的重要工作，其重要性在于能够降低设备的故障率，保证图像质量，使检查结果最大限度的接近真实病灶而避免任何差错或伪影，为临床提供客观和真实的诊断依据，确保患者得到及时诊断和治疗的根本保障[16]。只有当患者的图像检查结果具有准确性和可靠性，其检查才具有意义。当测试图像出现问题时需要对造成干扰的原因进行分析并有效控制，确认使用设备性能产生异常的原因并加以校正。任何一个环节和参数，都会影响MRI影像质量，排查设备性能指标是否因为长时间的使用和周围对磁场的干扰而发生偏差[17]。因此对于临床检查而言，周期性的质量控制非常必要。

3　展望

在国家标准和行业标准以及NEMA标准中，有若干关于成像参数和系统性能测试的方法，应根据设备自身特点选择适合的方法进行测试。即使标准中没有的方法，如果能够通过标准的方法验证，同时适用于设备也是可以使用的[18]。目前，在MRI设备图像质量参数的稳定性和可靠性测试方法中，只有适合设备特点的测试方法，并没有最佳、最优先的方法，相信通过进行不断的研究改进，以及质量控制管理，使检查图像更好的为临床诊断服务。

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MRI imaging system of periodic image performance test based on quality control

ZHANG Meng// China Medical Equipment,2016,13(11):145-147.

To ensure the image quality of magnetic resonance imaging (MRI) equipment and the authenticity of the image, to meet the diagnostic requirements of image quality, so that access to the results have practical significance. According to the requirements of magnetic resonance equipment for medical diagnosis technology, the appropriate test method was selected for image quality parameters of periodic testing, including resolution ratio, uniformity, artifacts, geometric distortion, thickness and spatial noise. According to the seriousness of the deviation of the data, the required period of detection will be three months to half year. The test results of data were analyzed to determine the performance of the system equipment, meet the criteria of quality evaluation and quality assurance, ensure the stability of medical imaging accord with diagnostic standard, ensure image quality, reduce the equipment failure rate, and find the better test method. The image quality control of MRI imaging can provide MR image quality for clinical diagnosis, and is an important guarantee to influence the authenticity and reliability of the diagnosis.

Quality control; Image performance test; Quality parameter; Test module

张梦,女,(1985- ),硕士，助理工程师。北京医院国家老年医学中心医学工程科，从事医疗设备的管理及维修工作。

1672-8270(2016)11-0145-03

R445.2

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.11.042

①北京医院国家老年医学中心医学工程科 北京 100730

2016-08-04