醫(yī)用磁共振成像系統(tǒng)計(jì)量測(cè)試方法淺析

李勝春，龍成章

（河南省計(jì)量科學(xué)研究院，河南 鄭州 450008）

0 引 言

磁共振成像系統(tǒng)（MRI）進(jìn)入臨床應(yīng)用已經(jīng)近30年，現(xiàn)已成為一種先進(jìn)的醫(yī)用檢查設(shè)備，為醫(yī)生提供了一種簡(jiǎn)單快捷的診斷疾病的手段；然而由于各個(gè)醫(yī)院在維護(hù)、保養(yǎng)和定期校正等方面存在的差異，醫(yī)用MRI提供的圖像質(zhì)量也存在較大的差異。為保證影像質(zhì)量和確保醫(yī)學(xué)診斷的準(zhǔn)確性，必須采用科學(xué)可行的方法對(duì)MRI的性能指標(biāo)進(jìn)行計(jì)量測(cè)試，以便使MRI處于良好的運(yùn)行環(huán)境中[1-3]。我國(guó)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門(mén)近幾年才陸續(xù)開(kāi)展了MRI的計(jì)量性能檢測(cè)工作[4]，目前還沒(méi)有形成一個(gè)統(tǒng)一、明確的性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，因此在一些性能參數(shù)的檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)上還存在不少爭(zhēng)議。本文淺談一下本人在具體的計(jì)量檢測(cè)工作中獲得的體會(huì)，供廣大同仁商榷。

1 材料和檢測(cè)方法

1.1 材料

采用美國(guó)模體實(shí)驗(yàn)室和Goodenough博士研制的MagphanRRSMR100磁共振成像系統(tǒng)檢測(cè)模體。該模體符合醫(yī)學(xué)影像設(shè)備檢測(cè)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)際機(jī)構(gòu)以及美國(guó)政府認(rèn)可的MRI性能檢測(cè)模體，由有機(jī)玻璃做成密封的球形容器，內(nèi)部包含了圖像信噪比和均一性、幾何畸變、空間分辨率、密度分辨率、層厚和圖像的縱橫比等一系列性能插件，所有性能插件均由固體材料鑄造而成的，模體中充滿了1.0 g/L的Cu2SO4溶液。

1.2 檢測(cè)方法

把體模水平放置在已安裝好掃描床的頭部線圈內(nèi)，其軸與掃描孔的軸垂直，然后送入磁體孔內(nèi)。首先對(duì)模體進(jìn)行定位像掃描，由所得到的橫斷面或者矢狀面定位像，在冠狀面條件下，確定經(jīng)過(guò)模體中心并對(duì)模體各個(gè)層面掃描。采用飽和恢復(fù)自旋回波成像脈沖序列（SE），TR=500ms，TE=30ms，F(xiàn)OV=25 cm，矩陣256×256，平均采集次數(shù)2次，單層掃描層厚等于10mm。掃描定位圖像見(jiàn)圖1。

圖1 掃描定位圖像

1.2.1 信噪比測(cè)量

利用模體檢測(cè)到的信號(hào)可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是真正的MR信號(hào)，另一類(lèi)為隨機(jī)噪聲，信噪比（SNR）是描述這兩類(lèi)信號(hào)相對(duì)貢獻(xiàn)大小的專(zhuān)用指標(biāo)[5]。利用上述方法，對(duì)模體的不同測(cè)量層面進(jìn)行單層掃描，在獲得的圖像均勻性層面的中心區(qū)域和背景區(qū)域分別測(cè)量感興趣區(qū)域（ROI）（測(cè)量面積為100mm2）的信號(hào)強(qiáng)度（M，Me）和標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD），圖像的 SNR 可由式（1）獲得。

其中：M——感興趣區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度；

Me——背景的信號(hào)強(qiáng)度；

SD——感興趣區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

1.2.2 均勻性測(cè)量

在測(cè)得的均勻場(chǎng)圖像（圖2）內(nèi)部取9個(gè)區(qū)域作為測(cè)試點(diǎn)（即中心區(qū)和距離圖像邊框約1 cm處，取0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°等 8 個(gè)區(qū)）[6]，用ROI測(cè)量各區(qū)域的像素平均值。找出9個(gè)區(qū)域信號(hào)平均值的最大值和最小值，分別用Smax和Smin表示，把S定義為像素平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。圖像的均勻度（U∑）可以由式（4）得到。

圖2 圖像均勻性插件圖像

1.2.3 空間分辨率測(cè)量

空間分辨率即高對(duì)比度分辨率，用來(lái)表示MRI設(shè)備在沒(méi)有明顯噪聲時(shí)分辨兩個(gè)相鄰物體的能力?？臻g分辨率插件圖像如圖3所示，把窗寬調(diào)到最小，調(diào)節(jié)窗位使圖像細(xì)節(jié)最清晰地顯示出來(lái)，用視覺(jué)確定圖像中能分辨清楚的最大線對(duì)數(shù)，即空間分辨率。

圖3 空間分辨率插件圖像

1.2.4 空間線性測(cè)量

空間線性可以用成像系統(tǒng)中圖像的幾何畸變程度來(lái)表示，幾何畸變可以視為圖像中點(diǎn)與點(diǎn)之間距離的不恰當(dāng)變化，如圖4所示。一般測(cè)量圖像中4組點(diǎn)之間的距離，這4組點(diǎn)之間的實(shí)際距離分別為 20，80，100，120mm。用式（5）可算出 MRI的空間線性。

圖4 空間線性插件圖像

式中：D——測(cè)量值；

D0——實(shí)際值。

取計(jì)算結(jié)果中的最大值，即為該MRI的幾何畸變程度。

1.2.5 密度分辨率測(cè)量

密度分辨率的好壞在臨床診斷上非常重要，因?yàn)槊芏确直媛实拇笮》从矼RI設(shè)備對(duì)信號(hào)相近的物體區(qū)分能力，即MRI設(shè)備的靈敏程度，這一點(diǎn)對(duì)一些疾病的早期診斷顯得尤為重要。早期病變組織的弛豫時(shí)間與正常組織相當(dāng)接近，若MRI設(shè)備靈敏度高，就可以把二者區(qū)分開(kāi)來(lái)，減少漏診。密度分辨率插件圖像見(jiàn)圖5。

圖5 密度分辨率插件圖像

在實(shí)際檢測(cè)中，圓孔的直徑可以一目了然地看出，但是圓孔的深淺就難以確定。根據(jù)容積效應(yīng)，對(duì)于同一種溶液而言，其信號(hào)強(qiáng)度與成像物質(zhì)的面積和深度成正比，也就是說(shuō)成像物質(zhì)的體積越大，越容易分辨，反映在不同灰階的黑白圖像上顏色就越淺。另外一種確定孔深的方法是測(cè)量圓孔的信號(hào)值，在直徑相同時(shí)，圓孔的信號(hào)值越大，說(shuō)明圓孔越深[7-9]。

1.2.6 層厚以及縱橫比測(cè)量

層厚定義為斷層分布曲線（點(diǎn)源在重建平面中移動(dòng)時(shí)，MRI對(duì)該點(diǎn)源的響應(yīng)）的半高寬值（FWHM）。成像斷層的厚度d（mm）可以由4個(gè)成像斜置帶中的任一方向的半高寬值（FWHM）乘以0.25得到，即按式（6）計(jì)算：

為了測(cè)量圖像中斜置帶的半高寬值，需要測(cè)量圖像中斜置帶圖像的最大值L1和圖像的背景值L2。

測(cè)量L1值的方法是將圖像的窗寬調(diào)到最低，調(diào)節(jié)窗位直至斜置帶圖像剛好消失，這時(shí)的窗位值就是斜置帶圖像的最大值L1。測(cè)量L2值的方法是在斜置帶圖像的附近選擇一個(gè)感興趣區(qū)域，這個(gè)感興趣區(qū)域信號(hào)的平均值就是L2。

在以上測(cè)量結(jié)果的基礎(chǔ)上計(jì)算斜置帶圖像的峰值，峰值等于斜置帶圖像的最大值與背景值之差，即為L(zhǎng)2-L1，斜置帶圖像的最大值的半值等于背景值與峰值的半值的和，即為（L1+L2）/2。

把窗寬調(diào)到最低，使窗位等于斜置帶圖像的最大值的半值，測(cè)量此時(shí)斜置帶圖像的寬度，這個(gè)寬度就是要測(cè)量的半高寬值（FWHM），乘以因子0.25就可以得到層厚了。

分別測(cè)量圖6中感興趣區(qū)域和背景區(qū)域的像素平均值，把窗寬調(diào)到最低，使窗位等于感興趣區(qū)域和背景區(qū)域的像素平均值和的一半，測(cè)量模體中掃描出的圓截面的縱向直徑（Lz）和橫向直徑（Lh）的值，縱橫比可由式（7）計(jì)算得到。

圖6 層厚及縱橫比插件圖像

2 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了醫(yī)用MRI性能參數(shù)的計(jì)量檢測(cè)方法，這些方法比較全面地評(píng)價(jià)醫(yī)用MRI的性能參數(shù)，而且能在較短的時(shí)間內(nèi)完成檢測(cè)工作，把由檢測(cè)工作給病人帶來(lái)的影響減到了最低，保證醫(yī)用MRI設(shè)備發(fā)揮最大的使用效率，滿足臨床的需要，提高臨床診斷水平。

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