磁共振成像设备的质量控制

     磁共振成像设备涉及强磁场、射频场、梯度场、低温超导环境、制冷系统及计算机系统等，其构造、成像技术及其成像原理较复杂，运行过程中不仅存在很多不安全的因素，还容易产生各种图像质量问题，进而影响诊断的准确性与可靠性，甚至造成误诊与漏诊。由此，磁共振设备的可靠性、安全性、有效性不仅取决于设备本身的质量，还取决于设备在运行过程中各个环节的质量控制和管理。因此，需要定期规范化的质量控制测试来确保设备处于良好的运行状态。破共报质量保证(quality assurance，QA)和质量控制(qualiy control，0C)指的是在磁共报股备的选购、安装、调试，运行的整个过程中，严格按照行业要求进行舰范化作业，使设备各项指标和参数符合规定标准的技术要求，处于安全、准确、有效销T作状态,最优化地发挥设备的各种性能,为诊断疾病提供优质图像的系统措施。

     一、磁共振成像设备质量控制相关标准
     美国医学物理学会(American association of physicists in medicine，AAPM)和美国放射学院(American college of radiology，ACR)提出了 QA/QC 基本的一系列标准，列出信噪比、均匀度、空间分辨率、几何畸变率等成像参数的测试方法、工具和测试标准。AAPM 制定的quality assurance methods and phantom formagnetic resonance imaging 规定了医用磁共振成像设备的医学计量规范;ACR也在 1998 年提出对磁共振成像系统进行以图像质量测试为主的 QA/QC,应采用测试模具和相应测试方法结合的方式。1988~1992 年，代表设备制造商的美国电气制造商协会(nationalelectrical manufacturers association，NEMA)先后发布了有关磁共振成像系统的信噪比、均匀性、二维图像的几何性能和层厚测定有关标准。
     我国对磁共振成像的 QA/QC 研究起步也较早。20 世纪 80 年代起，国内多位教授和他们的学术团队对磁共振常用成像参数和系统性能的测试进行了研究。2002 年，北京市计量科学研究所起草了 JJF(京)302002《医用磁共振成像系统(MRI)检测规范》，对新安装、使用中和重要部件维修后的医用磁共振成像系统的检测方法做出了规定;2006 年,中华人民共和国卫生部发布了卫生行业标准 WST263-2006《医用磁共振成像(MRI设备影像质量检测与评价规范》，该标准规定了医用磁共振成像设备成像质量相关的质量检测项目、要求、检测方法和评价方法等。2010年，国家食品药品监督管理局发布了医药行业标准 YY/T 0482-2010《医用成像磁共振设备主要图像质量参数的测定》，规定了主要的医用磁共振设备图像质量参数的测量程序，推荐了几种测试模块及其相应测试方法。
国际与国内标准体系的建立为磁共振成像 QA/QC 提供了重要参考依据。临床工程师可以依据一套完整的容易操作的质量控制标准，根据不同厂家型号的机器，在长期监测记录的基础上，建立个性化的指标，对设备进行质量控制检测并进行质量调整。
     二、磁共振成像设备图像质量控制检测方法
     临床工程师对磁共振进行周期性检测和预防性维护的根本在于服务临床，解央实际工作中出现的各种问题,其最终目的是获得充分满足诊断要求的优质图像。而磁共振成像系统构成复杂，影响其影像质量的因素也很多，对整个系统进行而v试较为闲难，通常选择能为破共振图像准确诊断提供是够信息的信噪比。像均勾性、线性度、空间分辨率、层厚、帝度分珠率等参数进行检测，确保图没有伪影、变形、不均匀和模糊现象。由于各个医院所配备的做共振成像质量制检测横体各有不同，很多医院尚无专用性能体模，一般选择符合AAPM 技术准或符合 ACR 技术标准的磁共振成像性能检测模体。检测选用的标准为卫生业标准 WST263-2006《医用磁共振成像(MRD设备影像质量检测与评价规范。
     1.检测环境要求
     一般要求磁共振成像设备的运行环境如下:温度为 2022C，相对湿度为50%~60%、电源电压为(38010)V。
     2.标准装置
     检测器材为磁共振成像性能测试模体
     3.扫描条件设置
     磁共振成像设备检测通常采用饱和恢复自旋回波成像脉冲序列(spin-echo.SE)，设置参数为:TR-500ms，TE=30ms，扫描矩阵为 256x256，层厚为 5mm扫描野FOV为25cm，接收带宽 BW=20.48kHz或 156Hz/像素，平均采集次数为1次，不使用并行采集技术及失真校正、强度校正等内部校准技术。
     4.检测前准备
     在贮存及运输过程中，模体内可能会出现气泡并附着在内部检测部件上，需在使用前尽量去除气泡，使得各成像检测层面不受影响，方能进行检测。1)模体的定位检测时，首先进行模体的定位，将模体水平放置在扫描床上已装好的头部线圈底座上，测试模体置于线圈中间位置，采用水平仪对模体从 3个方向上进行调整，检查模体的轴与扫描孔的轴是否平行，直至模体水平放置，在调整好体模水平后，正确安装接收线圈，采用激光定位确定体模的中心位置，定位完成后按进床键将体模送到磁体中心区域，进行扫描信息登记以及扫描参数的设定。定位好后，定位像如图 12-3 所示。检测中还要注意，每次模体摆放和定位要一致，才能保横断位扫描定位图证检测结果的一致性。除非特殊需要，所有的模体均应放置于磁场的绝对中心。

     模体进人磁体中心要静置 5min 后，才可进行扫描。扫描时先进行三平面定位像扫描，如果体模摆放正确，则在正方形两侧的短线条是长短一致、左右水平对称分布的。如果不能对齐,则需二次定位像扫描,可以调整扫描角度进行扫播,否则需重新摆位。接下来在符合标准的定位像上对模体进行各个测试层面的横断位扫描。

     1)信噪比
     图像信噪比(signal to noise ratio,SNR)是医用磁共振成像系统性能的重要指标是各种认证机构对磁共振成像设备准入认证进行技术评判的量化指标，图像的信噪比指图像的信号强度与噪声的比值。磁共振成像设备的噪声包括随机噪声和结构性噪声，结构性噪声包括各种非均匀性以及伪影等，随机噪声通常是各种热噪声。SNR 不同的测量方法在反映设备性能上的侧重点有差异:AAPM 提出单幅图像法所定义的噪声包含随机噪声以及结构性噪声的双重影响，因此会对图像噪声产生过估计导致 SNR 值偏小;ACR 提出单幅图像法中要求利用多个背景区域标准偏差的均值作为噪声，在一定程度上降低了结构性噪声的影响，但是忽略了扫描物体自身产生的随机噪声的影响，从而对噪声产生一定的低估，导致 SNR值偏大;采用两幅图像测量信噪比的方法消除了结构性噪声的影响。3 种方法对噪声的估计存在养异，使得 SNR 值不同。在对磁共振成像系统进行 SNR 测量和性能评价时，使用其中二种方法往往不能较好地反映设备质量状况，如果将 3 种方法的测量结果结合起来，比较不同方法的 SNR 值及其变化，可更好地对系统性能进行评价。
     实际检测中，信噪比的检测可以采用单幅图像法或两幅图像法。单幅图像法是用选定好大小的 ROI,ROI可以在图像中央避开伪影,选取一个大圆形即可，S为图像中央区域测量的信号强度; S”为周围环境区域测量的信号强度;SD 为中央区域的信号标准偏差，则信噪比的计算公式为
SNR=(S'-S")/SD(12-2)检测时，可在图 12-4(b)中选取 ROI面积占正方形区域面积的比例>2/3，测其信号强度(S )与噪声(SD); 在整个体模外的 4 个角画 4 个小圆形 ROI，其面积约为 200mm2，测得其背景平均信号强度(S)，则信噪比计算公式为
SNR=(S中-S外)/SD中
(12-3)两幅图像法利用两次扫描序列，第一次扫描结束到第二次扫描开始时间延迟小于 5min，确定图像中央区域 ROI，其平均强度为 S，同样 ROI 内两幅图像的标
准偏差记为 N，则信噪比计算公式为
SNR=√2 (S/N)
     信噪比的检测要求使用均匀体模，头线圈体模直径一般不小于 10cm，体线圈(12-4)体模直径一般不小于标称值的 80%,其他线圈体模直径一般按照厂家的要求选取卫生部行业标准采用 AAPM 单幅图像法，并制定了参考标准:主磁场 Bo<0.5T时，SNR> 50;0.5T80; B> 1.0T 时，SNR> 100。2) 图像均匀度。
     图像均匀度是指设备所得到图像的均匀度，它描述了磁共振成像系统对体模内同一物质区域的再现能力。导致图像不均匀的因素有: 

①静磁场的不均匀性,静磁场本身均匀性不好而算法又没有进行试点修正，会造成不同位置原子核的共振频率改变，造成图像不均匀;

②射频场不均匀性，磁共振成像设备对射频线圈的要求是能产生强度合适、时间准确的射频脉冲，射频场不均匀即射频场的幅值发生变化，使得不同时刻的磁共振信号有差异，最终导致图像不均匀;

③涡流,涡流产生的瞬时磁场方向与梯度磁场方向相反，影响梯度磁场的相位编码，涡流补偿效应不足时会产生各种伪影，影响图像均匀度;

④梯度脉冲校准，梯度脉冲校准不好会影响层面的选择和频率方向编码与相位方向编码，使图像出现伪影,影响图像均匀度;

⑤穿透效应，当射频脉冲能力很高时，会发生穿透效应，使图像不同区域接收的信号有差异，造成图像不均匀。临床工程师一旦发现图像不均匀，可从以上原因先行考虑。