功能磁共振成像專用體模的研制

張健 ,倪萍 ,陳自謙

1. 南京軍區(qū)福州總醫(yī)院 a.醫(yī)學(xué)工程科；b.醫(yī)學(xué)影像科，福建 福州 350025 2. 第四軍醫(yī)大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710032

功能磁共振成像專用體模的研制

張健1a,2,倪萍1a,陳自謙1b

1. 南京軍區(qū)福州總醫(yī)院 a.醫(yī)學(xué)工程科；b.醫(yī)學(xué)影像科，福建 福州 350025 2. 第四軍醫(yī)大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710032

目的研究一種非液體介質(zhì)的功能磁共振成像專用體模，用來(lái)克服掃描過(guò)程中液體晃動(dòng)對(duì)質(zhì)量控制檢測(cè)結(jié)果的影響。方法選用六水合氯化鎳（NiCl2·6H2O）、疊氮化鈉（NaN3）、氯化鈉（NaCl）、瓊脂粉等進(jìn)行特定配比，制作功能磁共振成像專用體模。結(jié)果測(cè)試結(jié)果表明，各項(xiàng)檢測(cè)性能指標(biāo)優(yōu)于常規(guī)體模，較好地克服了液體晃動(dòng)造成的信號(hào)漂移，并對(duì)偽影的抑制也有較為明顯的效果，達(dá)到了預(yù)期目的。結(jié)論自制的專用體模能客觀反映設(shè)備穩(wěn)定性能，可應(yīng)用于功能磁共振檢查前設(shè)備性能的評(píng)估。

磁共振儀；功能磁共振成像；專用體模；時(shí)間穩(wěn)定性；質(zhì)量控制檢測(cè)

功能磁共振成像技術(shù)作為近些年發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，使磁共振成像從單一的組織形態(tài)學(xué)研究發(fā)展到形態(tài)與功能相結(jié)合的系統(tǒng)研究 。血氧水平依賴功能磁共振成像（BOLD-fMRI）通過(guò)檢測(cè)血氧水平變化引起信號(hào)的微弱變化來(lái)體現(xiàn)腦組織的功能活動(dòng)。通常信號(hào)變化幅度只有2%～3%，只有保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，才能保證功能磁共振成像的可靠性，這就使得功能成像比常規(guī)磁共振成像對(duì)設(shè)備有更高的要求[1-4]。功能磁共振的梯度系統(tǒng)工作在切換率很高的環(huán)境，快速切換的巨大渦流產(chǎn)生洛倫茲力、使檢查床的床面發(fā)生振動(dòng)，而常規(guī)的水模又是液體介質(zhì)，勢(shì)必因晃動(dòng)導(dǎo)致無(wú)法真實(shí)評(píng)估設(shè)備的性能。因此，研制一種適合功能磁共振成像質(zhì)量控制檢測(cè)體模來(lái)克服介質(zhì)晃動(dòng)的影響，是有較大意義的。

1 材料和方法

1.1 材料

選用六水合氯化鎳（ NiCl2·6H2O）、疊氮化鈉（NaN3）、氯化鈉（NaCl）、瓊脂粉、蒸餾水為制作材料，其中加入少量的 NaCl，增加模擬射頻磁場(chǎng)在頭部作用時(shí)的傳導(dǎo)性[5-7]。對(duì)選材精細(xì)配比，使其具有和人腦灰質(zhì)相近的 T1和 T2弛豫時(shí)間。

1.2 制作方法

（1）制作內(nèi)徑為 12.5 cm、高 21 cm 的絕緣材料制成圓柱形容器。

（2）準(zhǔn)備 2 個(gè)容量為 1L 的燒杯，分別注入等量的蒸餾水后，再注入 NiCl2·6H2O、NaN3、NaCl，配制成溶液。

（3）用油浴鍋 加熱兩個(gè)燒杯直至溶液沸騰，再將準(zhǔn)備好的瓊脂粉放入燒杯中溶解。不同的瓊脂濃度所測(cè)量的T1和 T2弛豫時(shí)間不同 ，濃度越大，時(shí)間越短。

（4）按照一定的時(shí)間間隔將燒杯中的混合物進(jìn)行濾渣和攪拌，直至沒有浮渣，生成均勻清亮的液體。這一步要保證足夠的時(shí)間。

（5）將加熱完成的液體倒入自制的容器中，沿著容器壁倒入，以免引入空氣。倒入完畢后，采用負(fù)壓吸引的方法進(jìn)行排氣，旋緊容器蓋。至此體模配制完畢。

2 檢測(cè)結(jié)果

2.1 檢測(cè)設(shè)備

檢測(cè)設(shè)備采用 GE 1.5T 磁共振儀，8 通道頭線圈 ；測(cè)量對(duì)象為常規(guī)體模和自制專用體模。

2.2 弛豫時(shí)間T2的測(cè)定

采用 FSE 序列，用相同的 TR和不同的 TE時(shí)間重復(fù)多次掃描，其他參數(shù)選擇，見表1。所有測(cè)量數(shù)據(jù)均來(lái)自同一套設(shè)備，力求做到減少系統(tǒng)誤差。測(cè)量數(shù)據(jù)，見表2。

表1 其他測(cè)量參數(shù)的選擇

表2 測(cè)量得到的數(shù)據(jù)

對(duì)表2測(cè)量得到的數(shù)據(jù)，采用最小二乘法線性擬合，得到 T2=68.3 ms。

2.3 穩(wěn)定性測(cè)量

同樣采用 GE 1.5T 磁共振、8 通道頭線圈、Mean Curve軟件對(duì)球模進(jìn)行測(cè)量，成像序列參數(shù)選擇，見表3。

表3 時(shí)間穩(wěn)定性測(cè)量序列參數(shù)

Mean Curve 軟件計(jì)算信號(hào)穩(wěn)定性的公式 ：

(1)式中 diff表示每幅圖像感興趣區(qū)（ROI）信號(hào)相對(duì)于參考圖像的差異，img[i]為第 i幅圖像信號(hào) ROI值，img_ ref為 參 考 圖 像 信 號(hào) ROI 值 ；(2)式 中 stability 為 穩(wěn) 定 性。Mean Curve 軟件測(cè)量結(jié)果，見圖 1 和表 4。

圖1 （a）是新溝通MeanCurve軟件測(cè)量的ROI選??；（b）是Matlab軟件測(cè)量的ROI選取。

表4 兩種體模ROI信號(hào)時(shí)間穩(wěn)定性測(cè)量的結(jié)果

用 Matlab 軟件計(jì)算信號(hào)穩(wěn)定性的公式 ：

(3)式 中 diff定 義 同 (1)，(4)式 給 出 了 穩(wěn) 定 性 的 定 義，即計(jì)算 diff的平均值。Matlab 軟件對(duì)兩種體模對(duì)信號(hào)的漂移量測(cè)量結(jié)果，見圖2。

圖2 （a）常規(guī)體模擬信號(hào)漂移量；（b）專用體模擬信號(hào)漂移量

N/2 ghost偽影（由磁場(chǎng)不均勻和梯度渦流引起）測(cè)量的結(jié)果，見圖3。

圖3 （a）常規(guī)體模N/2ghost偽影；（b）專用體模N/2ghost偽影

3 討論

利用 OriginPro 9.0 軟件對(duì)以上結(jié)果進(jìn)行t 檢驗(yàn)，比較兩種體模是否有顯著差異，見表 5～7。

表5 信號(hào)漂移量數(shù)據(jù)的描述

表6 信號(hào)漂移量均值的T檢驗(yàn)結(jié)果

表7 信號(hào)漂移量方差的F檢驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)比以上兩種體模研究的結(jié)果，兩種體模信號(hào)漂移量的均值和方差的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。從各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)看，專用體模達(dá)到了預(yù)期目的，較好地克服了液體晃動(dòng)造成的信號(hào)漂移，并對(duì)偽影的抑制也有較為明顯的效果。盡管如此，因?yàn)闂l件的限制，該體模還有需要改進(jìn)的地方，如在材料配方、制作方法以及分析測(cè)量的方法上有很大的研究空間。

[1] 倪萍,陳自謙,張魯閩,等．高場(chǎng)磁共振應(yīng)用安全和質(zhì)量控制的規(guī)范化管理[J]．中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2011,26(2):1-4．

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[5] G H Glover．FBIRN Stability phantom QA procedures[EB/ OL](2009-09-27)[2012-09-01]．http://www．birncommunity．org/tools-catalog/function-birn-stability-pshantom-qaprocedures．

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[7] JS Huber,S Q Peng,WW Moses．Multi-modality phantom development[A]．Nuclear Science,IEEE Transactions on[C]．2009．

Development of Dedicated fMRI Phantom

ZHANG Jian1a,2, NI Ping1a, CHEN Zi-qian1b
1. a. Department of Biomedical Engineering; b. Department of Medical Imaging , Fuzhou General Hospital of Nanjing Military Region of PLA, Fuzhou Fujian 350025, China; 2. School of Biomedical Engineering, Fourth Military Medical University, Xi’an Shaanxi 710032, China

ObjectiveA piece of non-liquid phantom of functional magnetic resonance imaging (fMRI) is developed to overcome the influence caused by liquid sloshing during the quality control detection.MethodsA dedicated fMRI phantom was developed by NiCl2·6H2O, NaN3, NaCl, agar powder which have been proceed with specific ratio.ResultsThe results showed that detection performance indicators of fMRI phantom were superior to regular phantom. The new phantom well overcame sign drifting caused by liquid sloshing, had better effect on controlling artifacts, and realized the purpose.ConclusionThe new phantom can reflect the performance of system stability objectively, and be adopted to the judgement for equipment characteristic before fMRI examination.

magnetic resonance imaging apparatus; functional magnetic resonance imaging; dedicated phantom; temporal stability; quality control testing

R445.2

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.11.008

1674-1633(2013)11-0027-02

2013-05-18

2013-08-30

軍醫(yī)學(xué)計(jì)量專項(xiàng)課題（2011-JL2-014）。

本文作者：張健，第四軍醫(yī)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院學(xué)生。

倪萍，高級(jí)工程師，南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科主任。

通訊作者郵箱：nping6@sohu．com