磁共振質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比研究

劉迪 張默

0 引言

MRI系統(tǒng)是醫(yī)學(xué)影像診斷不可或缺的檢查技術(shù)之一，其不但可以提供形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)信息，還可以提供生物化學(xué)及灌注等功能信息，其高級(jí)應(yīng)用可為臨床提供更精準(zhǔn)的診斷，從而達(dá)到精準(zhǔn)治療的目的[1]。MRI系統(tǒng)主要由梯度磁場和主磁場及交變磁場、中心控制計(jì)算機(jī)組成，其臨床檢查用時(shí)相比其他成像設(shè)備更長，設(shè)備使用效率低，維護(hù)和保養(yǎng)所需的成本較高，在日常使用中通常要使用質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測以評(píng)價(jià)其影像質(zhì)量,評(píng)價(jià)的結(jié)果是判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的重要依據(jù)之一，通過有效的質(zhì)量控制可以維持和保證設(shè)備的成像質(zhì)量、精度及穩(wěn)定性，獲取最佳圖像質(zhì)量，為臨床疾病診斷提供有效和可靠的依據(jù)，對(duì)系統(tǒng)的安全使用具有重要意義[2]。

當(dāng)前國內(nèi)MRI系統(tǒng)質(zhì)量控制適用的標(biāo)準(zhǔn)為中華人民共和國衛(wèi)生部于2006年制定的《醫(yī)用磁共振成像(MRI)設(shè)備影像質(zhì)量檢測與評(píng)價(jià)規(guī)范》(WS/T 263—2006，WS)[3]，國際上則通常使用美國放射協(xié)會(huì)(American College of Radiology,ACR)標(biāo)準(zhǔn)[4]。WS所使用的模體為Magphan模體，而ACR使用的是ACR專用模體[5]。目前國內(nèi)MRI系統(tǒng)質(zhì)量控制既可以選擇使用WS也可以使用ACR，檢測的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)基本相同，但在部分指標(biāo)和檢測方法上存在差異，可能導(dǎo)致同一MRI系統(tǒng)使用不同質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)得到的影像質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果存在差異。WS和ACR同樣作為臨床上使用的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，如果對(duì)同一性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果不同，會(huì)影響臨床工程師對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估。

本文選取10臺(tái)在用MRI系統(tǒng)，分別使用WS和ACR兩個(gè)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能指標(biāo)評(píng)價(jià)，根據(jù)同一系統(tǒng)在不同質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)下的符合情況，研究兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)同一性能指標(biāo)評(píng)價(jià)的一致性，從而得出兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)同一系統(tǒng)影像質(zhì)量評(píng)價(jià)的一致性，為MRI系統(tǒng)質(zhì)量控制方案的制定提供參考。

1 研究方法

1.1 性能指標(biāo)及測試設(shè)備選擇

MRI系統(tǒng)在日常質(zhì)量控制時(shí)評(píng)價(jià)的性能指標(biāo)主要包括信噪比、均勻性、偽影、線性、高分辨力、低對(duì)比度分辨率、層厚和中心頻率等[6]。為對(duì)比相同指標(biāo)，本文選取了WS和ACR都包含的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)：信噪比、均勻性、層厚、畸變、高分辨力和偽影進(jìn)行測試，所使用的模體分別是Magphan SMR170和ACR專用模體。

考慮到ACR在均勻性上對(duì)磁場強(qiáng)度為3.0T和1.5T的設(shè)備的限值要求不同，測試設(shè)備選擇了包含磁場強(qiáng)度為3.0T和1.5T的國內(nèi)外主要制造商的MRI系統(tǒng)共10臺(tái)，見表1。

表1 測試設(shè)備情況Table 1 Status of testing equipment

1.2 測試方法

所有性能指標(biāo)按照WS和ACR要求進(jìn)行掃描和數(shù)據(jù)處理，掃描參數(shù)如表2所示。

表2 掃描參數(shù)Table 2 Scanning parameter

WS和ACR除信噪比和畸變外，其余性能指標(biāo)部分的數(shù)據(jù)處理方法基本相同，具體可參見相應(yīng)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)[3-4]。

信噪比和畸變的數(shù)據(jù)處理方法如下。

WS信噪比(SNRWS)的計(jì)算公式：

SNRWS=(S-Sb)/SD

(1)

式中：S為ROI內(nèi)信號(hào)平均值；Sb為本底像素平均值；SD為影像中心ROI內(nèi)像素平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

ACR信噪比(SNRACR)的計(jì)算公式：

SNRACR=S/σair

(2)

式中：S為ROI內(nèi)信號(hào)平均值；σair為背景區(qū)域的像素標(biāo)準(zhǔn)偏差[7]。

WS畸變(GDWS)的計(jì)算公式：

GDWS=|D實(shí)-D測|/D實(shí)

(3)

式中：D實(shí)為模體相應(yīng)實(shí)際尺寸，分別為20 mm，40 mm和80 mm；D測為影像上測量的尺寸。

ACR畸變(GDACR)的計(jì)算公式：

GDACR=|D實(shí)-D測|

(4)

式中：D實(shí)為模體相應(yīng)實(shí)際尺寸，分別為148 mm和190 mm；D測為影像上測量的尺寸。

WS和ACR評(píng)價(jià)的6個(gè)性能指標(biāo)根據(jù)表3的標(biāo)準(zhǔn)限值判斷其是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值Table 3 The limit of the indicators required by the standard

評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示，其中WS(+)ACR(+)為符合WS要求且符合ACR要求的設(shè)備數(shù)，WS(+)ACR(-)為符合WS要求但不符合ACR要求的設(shè)備數(shù)，WS(-)ACR(+)為不符合WS要求但符合ACR要求的設(shè)備數(shù)，WS(-)ACR(-)為不符合WS要求且不符合ACR要求的設(shè)備數(shù)。

表4 性能指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 4 Evaluation results of indicators

對(duì)表4中的符合情況使用SPSS 25.0計(jì)算Kappa系數(shù)。當(dāng)Kappa≥0.75代表一致性較好；0.75>Kappa≥0.4代表一致性一般；Kappa<0.4代表一致性較差。

2 結(jié)果及分析

Kappa系數(shù)的計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 一致性檢驗(yàn)結(jié)果Table 5 Result of consistency test

由表5可知，WS和ACR評(píng)價(jià)高分辨力和偽影的一致性較好，評(píng)價(jià)均勻性和層厚的一致性一般，評(píng)價(jià)信噪比和畸變的一致性較差。

由表3可知，ACR對(duì)于均勻性和層厚的限值要求高于WS，且由表4可知對(duì)均勻性和層厚的符合性判定的主要差異在于部分設(shè)備符合WS要求但不符合ACR要求，可知ACR對(duì)于均勻性和層厚的要求更為嚴(yán)格，導(dǎo)致兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)均勻性和層厚評(píng)價(jià)的一致性一般。

由于ROI內(nèi)信號(hào)值通常遠(yuǎn)大于本底像素值，由式(1)和式(2)可知WS和ACR計(jì)算信噪比的主要差別在于σair和SD。由于噪聲部分通常比較均勻，所以背景噪聲的標(biāo)準(zhǔn)偏差會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于中心ROI內(nèi)像素平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，即σair遠(yuǎn)小于SD，導(dǎo)致SNRACR會(huì)遠(yuǎn)大于SNRWS。由表3可知兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于信噪比的限值要求都為≥100，且由表4可知對(duì)信噪比的符合性判定的主要差異在于絕大部分設(shè)備符合ACR要求但不符合WS要求，可知WS對(duì)于信噪比的要求極為嚴(yán)格，導(dǎo)致兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)信噪比評(píng)價(jià)的一致性較差。

對(duì)于畸變，在測試方法上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)存在兩方面差異：第一，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)檢測的模體實(shí)際尺寸不同，其中WS是20 mm、40 mm和80 mm的直線，而ACR是148 mm和190 mm的直線，相對(duì)于20 mm更不易受到誤差的影響。第二，ACR對(duì)于直線的測量方法有明確規(guī)定，包括如何確定直線邊界等，而WS沒有對(duì)邊界的選取進(jìn)行規(guī)定，在測量時(shí)存在誤差。在限值要求上，WS的限值要求為不超過實(shí)際尺寸的±5%；ACR的限值要求為±2 mm，最差情況即實(shí)際尺寸的±1%。測試方法和限值要求的不同導(dǎo)致兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)畸變?cè)u(píng)價(jià)的一致性較差。

3 討論與結(jié)論

本文針對(duì)10臺(tái)MRI系統(tǒng)，按照WS和ACR兩個(gè)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行了6個(gè)性能指標(biāo)的檢測，根據(jù)這6個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)符合性情況，得出兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在性能指標(biāo)評(píng)價(jià)上的一致性，其中：高分辨力和偽影的一致性較好，均勻性和層厚的一致性一般，信噪比和畸變的一致性較差，由此可見WS和ACR在MRI系統(tǒng)影像質(zhì)量的評(píng)價(jià)上存在差異。

臨床MRI系統(tǒng)質(zhì)量控制的首要環(huán)節(jié)就是選擇合適的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。使用合適的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測能夠使設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)更好地滿足臨床需求。而影像質(zhì)量評(píng)價(jià)是質(zhì)量控制中另一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其結(jié)果決定了設(shè)備是否需要進(jìn)行調(diào)試、維護(hù)。

在質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)選擇上，由于WS和ACR對(duì)于性能指標(biāo)評(píng)價(jià)的一致性存在差異，在臨床使用中對(duì)于某個(gè)性能指標(biāo)有較高要求的MRI系統(tǒng)可有針對(duì)性地選擇質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)于信噪比要求較高的設(shè)備可選擇WS作為質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于均勻性和層厚要求較高的設(shè)備則可選擇ACR作為質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

在影像質(zhì)量評(píng)價(jià)上，當(dāng)使用WS或ACR得出較差的結(jié)果時(shí)，建議使用另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)再次評(píng)價(jià)設(shè)備的影像質(zhì)量，如兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)結(jié)果均為較差說明設(shè)備影像質(zhì)量較差，應(yīng)立刻對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。但如兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)得出評(píng)價(jià)結(jié)果不同，考慮到MRI系統(tǒng)使用效率低，維護(hù)、保養(yǎng)成本高的情況，在尚能滿足臨床使用的情況下可延緩調(diào)試，以此提高設(shè)備使用率，減少設(shè)備維護(hù)帶來的損失。

總之，本文對(duì)WS和ACR性能指標(biāo)評(píng)價(jià)的一致性研究有助于質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的選擇和影像質(zhì)量的評(píng)價(jià)，對(duì)MRI系統(tǒng)質(zhì)量控制方案的制定和提高設(shè)備使用率具有一定的參考價(jià)值。