对MRI设备层间射频信号干扰进行检测的实践

尹红霞，刘雅文，杨娉娉，张 艺，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)

对MRI设备层间射频信号干扰进行检测的实践

尹红霞1，刘雅文2，杨娉娉2，张 艺1，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)

目的对3台MRI设备的层间射频信号干扰情况进行检测，以加深对层间射频信号干扰现象的认识。方法通过3台MRI设备(设备1：GE 1.5T HDi，装机时间：2012年；设备2：GE 3.0T HD，装机时间：2006年；设备3：GE 3.0T 750W，装机时间：2016年)采用轴位T1WI序列扫描ACR模体，记录层间距为5.0、1.0、0.5和0 mm时的SNR，绘制SNR变化百分比与层间距百分比的函数图。处置标准：当层间距从5 mm减小到0时，由层间射频信号干扰作用所导致的SNR的下降不超过20%。结果当层间距由5 mm减小到0时，设备1的SNR下降幅度为18.16%，设备2的SNR下降幅度为23.57%,设备3的SNR下降幅度为10.75%；设备1和设备3的层间射频信号干扰检测结果达到处置标准，设备2(使用时间超过10年)的检测结果未达标。结论3台MRI设备都存在不同程度的层间射频信号干扰现象，其中使用时间最久的设备检测结果不达标。层间射频信号干扰检测应该在临床质量控制工作中受到重视。

层间射频信号干扰；质量控制；磁共振成像

MRI扫描仪是医学影像诊断的重要设备，随着技术的发展，其在临床诊疗中发挥的作用越来越重要。稳定的硬件性能是产生高质量图像的基本保证。为检测MRI设备硬件性能、保证图像质量，临床质量控制制度在美国等西方国家得以发展[1-3]。其中，层间射频信号干扰检测是MRI设备临床质量控制的重要项目之一[1]。随着我国MRI设备临床应用的深入发展，国内医疗机构也开始逐步认识到临床质量控制的重要性[4-6]。2015年以前美国放射学会(American College of Radiology， ACR)发布的《磁共振质量控制手册》中，层间射频信号干扰检测曾是每年例行检测的重要项目之一[1]。层间射频信号干扰的处置标准是：当层间距从5 mm降到0时，由层间射频信号干扰作用所导致的SNR下降不超过20%[1]。近10年，随着MRI技术的发展，硬件设备的层间射频信号干扰现象逐步得到改善，ACR发现，目前美国几乎所有的MRI设备，在层间距为0时，都可以很容易实现SNR下降不超过20%这一处置目标[2]。因此，在ACR发布的最新版《磁共振质量控制手册》(2015版)中，该检测项目不再列为MRI设备认证的强制检测项目。同时ACR强调，医疗机构是否有必要对层间射频信号干扰进行检测，最终由负责质量控制的医学物理师决定[2]。在我国，MRI设备的临床质量控制工作尚处于起步阶段，有关层间射频信号干扰检测的研究未见报道，致使我们无法了解各类MRI设备在这一指标的达标情况。由于国内各级医疗机构使用的MRI设备类型多样，使用时间和使用环境存在很大差异，很难保证这一项指标全部达到ACR之前要求的标准[1]。本文将对本单位3台MRI设备的层间射频信号干扰指标进行检测，旨在为临床质量控制工作提供参考。

1 材料与方法

1.1 设备与主要材料 MRI设备1(型号：GE 1.5T HDi，2012年装机)；MRI设备2(型号：GE 3T HD，2006年装机)；MRI设备3(型号：GE 3T 750W，2016年装机)。3台设备均配备GE公司生产的正交鸟笼头线圈。ACR模体(圆柱形，型号：J12731，制造商：J.M.SPECIALTY PARTS)，直径190 mm，高148 mm，内部填充10 mmol/L的氯化镍溶液和75 mmol/L的氯化钠溶液。

1.2 扫描序列及参数 将ACR模体正确摆放于正交鸟笼头线圈内，先行三维定位扫描。后扫描轴位T1WI，定位时在矢状定位图上显示两个45°交叉楔形板插件，将第1层和第11层分别定位于两个楔形交叉角处[7]。采用SE序列，扫描参数：TR 500 ms，TE 20 ms，NEX 1，层厚5 mm，层间距5 mm，FOV 25 cm×25 cm，矩阵256×256，层数为11层。保留其他扫描参数不变，改变层间距，将其设置为1.0 mm、0.5 mm、0后，重复扫描。

1.4 检测标准(处置界限) 当层间距从5 mm减小至0时，由层间射频信号干扰作用所导致的SNR的下降不超过20%[1]。

2 结果

3台MRI设备层间射频信号干扰检测的结果见图1。

MRI设备1(GE 1.5T HDi)的检测结果显示，随着层间距变小，图像SNR呈下降趋势。与层间距为 5 mm时的SNR相比，层间距为1 mm、0.5 mm和0时，SNR下降幅度分别为0.58%、11.50%和18.16%(图1A)。该设备在层间距很小时，图像SNR会受层间射频信号干扰现象的影响而下降，但下降幅度不超过检测标准。

MRI设备2(GE 3THD)的检测结果显示，随着层间距变小，图像SNR下降趋势明显。与层间距为 5 mm时的SNR相比，层间距为1 mm、0.5 mm和0时，SNR下降幅度分别为4.56%、17.61%、23.57%(图1B)。该设备层间距设置较小时，会产生较为明显的层间射频信号干扰；在层间距为0时，图像SNR下降幅度已超过20%，超出检测标准的要求。

MRI设备3(GE 3T 750W)的检测结果显示，随着层间距变小，图像SNR会有小幅度的下降，层间距为1 mm、0.5 mm和0时，SNR下降幅度分别为10.75%、4.49%和1.86%(图1C)。该设备受层间射频信号干扰的影响较小，符合检测标准的要求，该设备在层间射频信号干扰这一指标方面性能良好。

图1 SNR随层间距改变的函数图 A.MRI设备1(GE 1.5T HDi)； B.MRI设备2(GE 3.0T HD)； C.MRI设备3(GE 3.0T 750W)

图2 层间射频信号干扰原理示意图 A.理想射频脉冲信号及其傅里叶变换波形； B.实际射频脉冲信号及其傅里叶变换波形； C.层间距减小导致射频信号干扰

3 讨论

MRI技术的理论基础是核磁共振现象[8-10]。静磁场中的氢质子以角频率ω进动；这时，施加一个相同频率的射频脉冲对质子进行激发，射频脉冲的能量传递给质子将产生核磁共振现象。射频脉冲关闭后，用射频线圈采集MR信号并由计算机处理即得到MR图像。理想情况下，射频激励脉冲信号的幅值随时间的增加逐渐减少，在时域中是无限的，其傅里叶变换(Fourier transform, FT)是轮廓锐利的矩形波(图2A)[8-10]。但是，受梯度场线性、射频脉冲的频率特性等影响，实际采用的射频脉冲信号只能在有限的时间内衰减，其傅里叶变换后的波形不是完美的矩形波，而是存在旁瓣的波形(图2B)[8-10]。在二维成像时，一个TR内需要进行多个层面的射频激发和数据采集，当层间距很小或为0时，相邻层面的射频脉冲傅里叶变换之间会产生重叠现象(图2C)[8-10]。这被称作层间射频信号干扰。层间射频信号干扰主要造成两种现象：①在二维层面激发顺序为逐层方式时，可能会出现各层SNR降低；②在二维层面激发为隔层方式时，可能会出现奇数层和偶数层的图像亮度不同[8]。在MRI扫描中，层间距是基础参数之一，MRI设备的层间射频信号干扰的存在会直接影响层间距很小或为0的图像质量。

层间射频信号干扰是一种射频相关的伪影，是由射频激励层面选择缺陷造成的相邻扫描层之间的干扰效应。作为一种普遍存在的现象，层间射频信号干扰在2004年ACR发布的《磁共振质量控制手册》中，被列为专门的检测项目，通过检测不同层间距时的SNR来评估层间射频信号干扰是否严重影响图像质量[1]。随着MRI技术的提高，ACR发现美国的MRI设备进行此项检测后的达标率几乎达到百分之百。因此，在2015年ACR发布的《磁共振质量控制手册》中，将此项质量控制检测项目删掉，默认所有设备都能达标。在国内，因为临床质量控制工作的滞后，对各级医疗机构正在使用的MRI设备来说，并不能保证层间射频信号干扰的指标全部能达到标准。因此，仍需要重视层间射频信号干扰的检测，并尽量减少层间射频信号干扰现象对图像质量的影响，以保证得到高质量的医学图像。

本文对本单位不同型号、场强和装机时间的3台MRI设备进行了层间射频信号干扰的检测。三台设备的检测结果表明，随层间距变小，图像SNR呈下降趋势。其中，2012年装机的GE 1.5T HDi和2016年装机的GE 3T 750W两台设备，其检测结果能符合层间射频信号干扰项目的检测标准；但2006年装机的3T HD设备，SNR在层间距为0时下降幅度超出了检测标准。比较3台设备的检测结果，装机时间最久的3T HD在层间距减小后SNR衰减最明显，甚至超过20%的检测标准；安装最晚的GE 3T 750W在层间距减小后SNR衰减幅度最小。对于已经使用10年之久的GE 3T HD设备，可能由于装机时间比较长，其硬件性能出现下降，射频脉冲变得不规整。从这方面的原因考虑，装机时间越久的MRI设备，越有可能受层间射频信号干扰现象的影响，甚至当设置的层间距很小时，图像SNR可能出现大幅度下降，影响临床诊断。因此，国内医疗机构依然需要重视层间射频信号干扰的质量控制检测。本文对射频信号干扰的检测只做了初步尝试，射频信号干扰现象对医学图像的影响程度还需要进一步研究。

如果MRI设备检测提示，在零层间距时存在明显的层间射频信号干扰现象，可以采取3项不同措施来改善图像SNR：①增加相邻两个扫描层之间的层间距；②采用隔层采集模式，交错扫描奇数层和偶数层；③延长射频脉冲从而获得更接近于矩形波的脉冲信号[8]。但是，每一种改善措施的运用，并不会只带来好处，相应的也会有一定的弊端。如果增加了两个扫描层之间的间隔，虽然可以减少层间射频信号干扰，但是会增加非采样体积，使得位于层间距内的小病灶的漏诊率增加。MRI顺序扫描时，相邻的扫描层会共享特定的频率范围；如果选择隔层扫描方式，即先扫描奇数层再扫描偶数层，虽然在一定程度上降低了干扰现象，但会使扫描时间成倍增加。同样，延长射频脉冲也会增加扫描时间。因此，在临床应用中，需要根据实际扫描需求和情况制定合理的扫描方案，选取最优扫描方法，得到高质量的图像。

本文通过对3台MRI设备的检测实践加深了对这一性能指标的理解。虽然层间射频信号干扰现象会随着MRI技术的提高和设备的更新对医学图像质量的影响变小，但医疗机构仍应该重视这一现象。对MRI设备层间射频信号干扰的质量控制检测，可以让我们更全面的掌握设备的硬件性能，为扫描序列的参数设置提供参考，以确保获得更高质量的医学图像。

[1] American College of Radiology (ACR). MRI quality control manual 2004. Reton: ACR, 2004:56-60.

[2] American College of Radiology (ACR). MRI quality control manual 2015. Reton: ACR, 2015:58-59.

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

[4] 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.

[5] 舒韵宏.临床核磁共振成像的质量保证.中国医疗设备，2013,28(2)：1-4.

[6] 宋丰言，戴晨曦，张和华，等.医用磁共振仪质量控制标准化研究.医疗卫生装备,2015，36(10):106-108.

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[8] 杨正汉，冯逢，王霄英.磁共振成像技术指南——检查规范、临床策略及新技术应用(修订版).北京：人民军医出版社，2015：437-438.

[9] Hashemi RH, Bradley WG Jr, Lisanti CJ. MRI: The basics. 3th edition. Philadelphia： Lippincott Williams &Wikins Inc, 2010:90-96.

[10] Hashemi RH, Bradley WG Jr, Lisanti CJ.MRI基础.2版//尹建忠,译.天津：天津科技翻译出版公司，2004：99-106.

Initialpracticeoncross-talktestsforMRIscanners

YINHongxia1,LIUYawen2,YANGPingping2,ZHANGYi1,ZHUJianming2,YANGZhenghan1,WANGZhenchang1*

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

ObjectiveTo detect the cross-talk RF signal interference of three MRI scanners， in order to deepen the understanding of cross-talk RF signal interference.MethodsThree different GE magnetic resonance imaging scanners (GE 1.5T HDi， installation time： 2012； GE 3.0T HD， installation time： 2006； GE 3.0T 750W， installation time： 2016) were tested. The axial T1-weighted sequence was used to scan ACR phantom. Slice gaps with 5.0 mm, 1.0 mm, 0.5 mm and 0 were performed, respectively. SNR values were also recorded. Based on the results, the percentage change charts of SNR with slice gaps were made. Test standard was set as SNR decreased less than 20% when the slice gap reduced from 5 mm to 0.ResultsWhen slice gap was reduced from 5 mm to 0, SNRs for three scanners decreased by 18.16%, 23.57% and 10.75%, respectively. Both the results of cross-talk obtained with GE 1.5T HDi and GE 3.0T 750W scanner met the test standard, while the result obtained with GE 3.0T HD (used for more than 10 years) was below the standard.ConclusionThe cross-talk RF signal interference still exists for three MRI scanners. The test result of the scanner used for the longest time is unqualified. The quality control test of cross-talk should be done in the daily work.

Cross-talk; Quality control; Magnetic resonance imaging

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)。

尹红霞(1979—)，女，山东济南人，硕士，工程师。研究方向：磁共振质量控制和成像新技术的应用研究。E-mail: 282496774@qq.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

2017-10-12

R445.2

A

1003-3289(2017)11-1607-04

10.13929/j.1003-3289.201706055