正交鸟笼头线圈质量控制检测与建立处置界限的初步实践

尹红霞，刘雅文，杨娉娉，牛明哲，朱建明，王振常，杨正汉*

(1.首都医科大学附属北京友谊医院放射科，3.医工部，北京 100050；2.中国计量大学信息工程学院，浙江 杭州 310018)

MRI技术的迅速发展使其在临床影像学检查中的应用越来越广泛，获取高质量的MR图像是精确诊断的关键。射频线圈作为发射射频脉冲和接收MR信号的前端部件，其整体性能直接影响图像质量[1-2]。因此，对射频线圈检测是MR设备临床质量控制的重要内容之一。通过对射频线圈整体性能的检测，可在线圈性能下降到严重影响临床图像质量之前，发现问题并及时解决，从而获得高质量的医学图像。

根据设计不同，射频线圈可分为容积线圈、表面线圈和相控阵线圈等[3-4]。射频线圈种类不同，其检测方法也存在差异。美国放射学院(American College of Radiology, ACR)推荐采用SNR、图像均匀度百分比(percent image uniformity, PIU)和信号伪影百分比(percent signal ghosting, PSG)作为容积线圈性能检测的指标[5]。另外，可采用平均SNR和最大SNR评估表面线圈或相控阵线圈的性能[6-7]。作为标准的容积线圈，正交鸟笼头线圈在临床质量控制检测中最常用。本研究对本单位3台MR设备配备的正交鸟笼头线圈进行检测，并建立各性能指标的处置界限，旨在为容积线圈的检测及建立性能指标处置界限提供实践经验和技术参考。

1 材料与方法

1.1 设备与主要材料 MR设备1(GE 1.5T HDi，2012年装机)；MR设备2(GE 3.0T HD，2006年装机)；MR设备3(GE 3.0T 750W，2016年装机)，均配备正交鸟笼头线圈。ACR模体(圆柱形，型号：J12731，制造商：J.M.SPECIALTY PARTS，SAN DIEGO，CA)：直径190 mm，高148 mm，内部填充 10 mmol/L氯化镍溶液和75 mmol/L氯化钠溶液。

1.2 扫描序列及参数 轴位SE序列T1WI，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11层。扫描定位时显示两个45°交叉楔形板插件的矢状定位图上，将第1层和第11层分别定位于两个楔形交叉角处[8]。

1.4 PIU测量 选取ACR模体T1W的第7层图像。保留测量SNR时所选取的大ROI(图1A)，设置较小的窗宽值，调高窗位，直至大ROI内仅有少量亮像素点显示；在亮像素点区域放置1个面积为1 cm2左右的测量ROI，记录其内信号均值，记为最大信号值(max ROI)，见图1C。降低窗位，使大ROI内仅有少量暗像素点，记录上述ROI内的信号均值，记为最小信号值(min ROI)，见图1D。根据公式：

1.5 PSG测量 选取ACR模体T1W序列第7层图像。保留测量SNR时所选取的大ROI(图1A)，记录其信号的均值(mean signal)。在图像上下左右的背景区域放置4个椭圆形ROI，大小约为10 cm2，长宽比为4∶1，记录4个ROI的信号均值(Top, Bottom, Left, Right)，见图1B。计算PSG，公式为：

1.6 建立处置界限 在设备运行状态良好的情况下，对每台设备的正交鸟笼头线圈进行6次扫描；测量所有性能指标，计算6次测量结果的均值和标准差，建立每个指标的处置界限。

正交鸟笼头线圈的SNR、PIU和PSG的处置界限分别定义为：SNR≥均值-2×标准差、PIU≥均值-2×标准差和PSG≤均值+2×标准差；且各性能指标的处置界限不应低于ACR要求的最低处置界限(表1)[5]。

表1 ACR对容积线圈要求的SNR、PIU和PSG处置界限

2 结果

2.1 SNR检测结果及处置界限 3台设备正交鸟笼头线圈的SNR结果见图2。设备1(GE 1.5T HDi)、设备2(GE 3.0T HD)和设备3(GE 3.0T 750W)的线圈SNR均值分别为262.14、280.47和474.24，标准差分别为18.43、29.67和29.95。建立正交鸟笼头线圈SNR的处置界限分别为≥225.28、≥221.13和≥414.34，均优于ACR标准[5]。所测得的3台设备正交鸟笼头线圈的SNR值均满足所建立的处置界限要求。

图1 测量SNR、PIU和PSG的ROI选取示意图 A.信号均值ROI选取； B.背景信号标准差(σn，n=1、2、3、4)和背景信号均值(Top、Bottom、Left、Right)ROI选取； C、D.最大信号值(max ROI)和最小信号值(min ROI)ROI选取

2.2 PIU检测结果及处置界限 正交鸟笼头线圈的PIU结果见图3。设备1(GE 1.5T HDi)、设备2(GE 3T HD)和设备3(GE 3T 750W)的线圈PIU均值分别为95.00%、83.17%和84.33%，标准差分别为0.63%、1.17%、0.82%。3台设备正交鸟笼头线圈的PIU的处置界限分别为≥93.74%、≥80.83%和≥82.69%。ACR要求，3.0T设备的PIU值必须满足≥82.00%的标准[5]；计算得到的设备2(GE 3.0T HD)线圈的PIU处置界限(≥80.83%)已经低于该标准，但每次测量值均满足≥82.00%的要求。将设备2(GE 3.0T HD)线圈的PIU处置界限修正为≥82.00%。所测得的3台设备正交鸟笼头线圈的PIU值均满足建立的处置界限要求。相比2台3.0T MR设备，1.5T MR设备正交鸟笼头线圈的图像均匀性更好。

2.3 PSG检测结果及处置界限 正交鸟笼头线圈的PSG结果见图4。设备1(GE 1.5T HDi)、设备2(GE 3T HD)和设备3(GE 3T 750W)的线圈PSG均值分别为0.11%、0.07%和0.14%，标准差分别为0.12%、0.03%和0.11%。3台设备正交鸟笼头线圈PSG值的处置界限分别为≤0.35%、≤0.13%和≤0.36%，均优于ACR要求的最低处置界限≤2.5%[5]。所测得的3台设备正交鸟笼头线圈的PSG值均满足建立的处置界限要求。

3 讨论

作为发射射频和接收信号的主要部件，射频线圈的性能直接影响MR图像质量。因此，射频线圈的质量控制对临床诊断和科学研究具有重要意义。正交鸟笼头线圈是容积线圈，在其有效采集的容积范围内，具有均匀的空间敏感性。正交鸟笼头线圈是MR设备临床质量控制检测的主要线圈，用于中心频率、发射增益、信噪比、层厚精度、层位置精度等多个检测指标的数据采集，其性能指标直接影响质量控制的结果。为保证质量控制检测结果不受射频线圈的影响，应定期对正交鸟笼头线圈进行检测。ACR要求射频线圈检测的最低频率是1年1次[5]。

射频线圈质量控制的方法有多种，美国电气制造商协会(National Electrical Manufactures Association, NEMA)和ACR均曾推出相关标准[5-7]。SNR是衡量射频线圈质量的重要指标，也是评价图像有效性、可靠性的重要参数。在SNR测量方面，NEMA和ACR分别推荐两次图像测量方法和单次图像测量方法[5-7]，两次图像测量方法对图像后处理的要求较高，需要对两次扫描的图像进行相减。为了操作的简便，笔者选用ACR推荐的单次图像测量方法，其中4个背景区域背景信号标准差的均值为噪声强度，扫描区域的大ROI的均值为信号强度。测量SNR需要采集选择线圈中间部位的图像，即靠近线圈信号采集的敏感区域。笔者在对正交鸟笼头线圈进行检测的同时，也对ACR推荐的检测方法进行分析，结果表明ACR推荐的容积线圈检测方法可用于临床质量控制。

图2 SNR测量结果 A.设备1(GE 1.5T HDi)； B.设备2(GE 3.0T HD)； C.设备3(GE 3.0T 750W) 图3 PIU测量结果 A.设备1(GE 1.5T HDi)； B.设备2(GE 3.0T HD)； C.设备3(GE 3.0T 750W) 图4 PSG测量结果 A.设备1(GE 1.5T HDi)； B.设备2(GE 3.0T HD)； C.设备3(GE 3.0T 750W)

笔者对本单位3台MR设备的正交鸟笼头线圈分别进行6次检测，所获得的SNR、PIU和PSG测量值均达到了ACR要求的最低标准[5]。但在将来的质量控制工作中，仍不能排除可能出现的线圈指标不达标的情况。可能影响射频线圈SNR因素包括MR设备的校准、增益、线圈的调谐、射频屏蔽等客观因素，也包括扫描参数设置、ROI选取等主观因素[10]。因此，当SNR不达标时，需要排查的因素较多，有待进一步研究。若图像均匀性指标PIU不达标，可能的因素有静磁场均匀性下降、射频场不均匀、涡流效应、梯度校准不良等；此时，需对每一项因素进行排查，查找导致图像不均匀的原因[11]。如PSG不达标，可能是由于模体运动、梯度场的不稳定及涡流效应等因素所致。

射频线圈各性能指标的处置界限由MR设备和射频线圈性能共同决定。每台MR设备所配备的射频线圈性能指标的处置界限存在差异，需为每台设备所配备的射频线圈性能指标建立合适的个体化处置界限。笔者采用均值±2×标准差作为各性能指标的处置界限。但各指标处置界限的上下限设置稍有不同：对于SNR和PIU，只需设置处置界限的下限；对于PSG，只需设置处置界限的上限。

总之，本研究通过对3台 MR设备的正交鸟笼头线圈的检测，熟练掌握了ACR推荐方法中容积线圈质量控制的流程和准则，为射频线圈临床质量控制工作的开展提供了可靠、易操作的方法。但本研究只针对射频线圈中的正交鸟笼头线圈进行测评，未对其他常用线圈进行检测。在后续工作中，笔者会逐渐开展其他种类射频线圈的检测，对每一类射频线圈分别建立有效的检测方法。

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关键词

关键词又称主题词，是位于摘要之后，在论文中起关键作用的、最能说明问题的、代表论文特征的名词或词组。它通常来自于题目，也可以从论文中挑选。一般每篇论文要求2～5个关键词。每个关键词都可以作为检索论文的信息，若选择不当，会影响他人的检索效果。医学上现在主要使用美国《医学索引》(Index Medicus)的医学主题词表(Medical Subject Headings, MeSH)最新版作为规范，亦可参考中国医学科学院情报研究所翻译地英汉对照《医学主题词注释字顺表》。非主题词表的关键词为自由词，只有必要时，才可排列于最后。有些新词也可选用几个直接相关的主题词进行搭配。