劉陽萍，陳曼珊

1. 中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院 設(shè)備科，廣東 廣州 510080；2. 廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院（廣東省人民醫(yī)院） 醫(yī)學(xué)裝備部，廣東 廣州 510080

西門子MAGNETOM TRIO MRI的質(zhì)量控制

劉陽萍1，陳曼珊2

1. 中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院 設(shè)備科，廣東 廣州 510080；2. 廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院（廣東省人民醫(yī)院） 醫(yī)學(xué)裝備部，廣東 廣州 510080

目的探索核磁共振成像（MRI）的日常質(zhì)量控制方法。方法通過SIEMENS附帶的模型對MAGNETOM TRIO MRI進(jìn)行質(zhì)量控制，其質(zhì)控項(xiàng)目包括中心頻率的校準(zhǔn)和檢測、射頻發(fā)射器的增益和衰減、幾何精度和空間分辨率的測量、圖像偽影分析等。結(jié)果探索出了保證MRI安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高圖像質(zhì)量、規(guī)范醫(yī)療行為的有效方法。結(jié)論嚴(yán)格的日常質(zhì)控可降低MRI的故障發(fā)生率，提高其使用率。

MRI；質(zhì)量控制；射頻線圈；射頻發(fā)射器

0 前言

核磁共振成像（MRI）的優(yōu)勢己經(jīng)被臨床所認(rèn)識(shí)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，尤其對軟組織顯示好，如對顱腦顯示有優(yōu)勢，對肝膽胰脾和盆腔病變顯示也較好[1]。因此，越來越多的醫(yī)院已配置或準(zhǔn)備配置這一放射學(xué)科最先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)備。然而設(shè)備的高成本勢必推高維修成本，那么如何降低MRI的維修成本，提高機(jī)器的正常使用率就成為不可避免的問題。本文通過對西門子 MAGNETOM TRIO MRI設(shè)備的工作實(shí)踐，探討 MRI的日常質(zhì)控項(xiàng)目，并總結(jié)分析保障MRI圖像質(zhì)量的方式和方法。

1 MRI的質(zhì)量控制

由于 MRI設(shè)備制造商不同，各個(gè)生產(chǎn)廠家仍按自己的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測和調(diào)試。對于 MRI性能參數(shù)的穩(wěn)定性測試及常規(guī)性能檢測要形成質(zhì)量保證通用標(biāo)準(zhǔn)，目前確實(shí)有一定的難度。但是 MRI成像的原理及通過軟件、硬件獲取信息的方法是一樣的，使用單位要想獲取準(zhǔn)確的、重復(fù)的、可靠的信息（主要是圖像形式），可以做許 多具體 的工作[2]。 本文通 過 SIEMENS 設(shè)備附 帶的模 型對 MAGNETOM TRIO MRI進(jìn)行質(zhì)量控制。質(zhì)控項(xiàng)目包括 ：中心頻率的校準(zhǔn)和檢測、射頻發(fā)射器的增益和衰減檢測、幾何精度的測量、空間分辨率的測量、圖像偽影分析5項(xiàng)。

1.1 中心頻率的校準(zhǔn)和檢測

此項(xiàng)目在任何成像序列執(zhí)行之前進(jìn)行，其重要性在于為MRI系統(tǒng)建立共振頻率。MRI系統(tǒng)的共振頻率是指由拉穆爾公式和靜磁場（B0）所確定的射頻波頻率，也是整個(gè)射頻系統(tǒng)的基準(zhǔn)工作頻率。對超導(dǎo)型磁體系統(tǒng)來講，隨著超導(dǎo)性能逐漸下降，溫度或機(jī)械效應(yīng)會(huì)引起電流強(qiáng)度變化，外部鐵磁性物質(zhì)變化也會(huì)引起勻場線圈磁場的改變[3]。

測量方法：使用自旋回波序列掃描均勻球形水模，由預(yù)掃描得到中心頻譜并紀(jì)錄中心頻率。驗(yàn)收測試時(shí)記錄的中心頻率可作為將來質(zhì)量控制的基準(zhǔn)[4]。

合格標(biāo)準(zhǔn) ：超導(dǎo)磁體在安裝后的 1～2 月內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)較大的中心頻率漂移，穩(wěn)定后中心頻率漂移每天應(yīng)＜ 0.25 ppm/d。如果變化速度較大，則應(yīng)聯(lián)系 MRI系統(tǒng)制造商加以分析和修正。

1.2 射頻發(fā)射器的增益和衰減

在 MRI系統(tǒng)中，射頻場（B1）是在射頻控制系統(tǒng)的作用下由射頻線圈以射頻脈沖的形式發(fā)出的。射頻發(fā)射器的增益或衰減測量是系統(tǒng)一項(xiàng)有用的檢測，在每一次預(yù)掃描時(shí)進(jìn)行測量，并不需要占用額外的掃描時(shí)間。共振頻率建立后，系統(tǒng)通過改變發(fā)射器的增益或衰減來采集多組信號(hào)以便應(yīng)用適當(dāng)反轉(zhuǎn)角進(jìn)行成像。射頻翻轉(zhuǎn)角是射頻系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)之一，因而也是質(zhì)量保證所要測試的主要指標(biāo)。如果 MRI系統(tǒng)射頻發(fā)射器增益或衰減發(fā)生異常波動(dòng)，表明在射頻鏈上存在著問題，應(yīng)該向醫(yī)學(xué)物理師報(bào)告以便及時(shí)聯(lián)系 MRI系統(tǒng)的制造商加以分析和修正。

1.3 幾何精度和線性測量

幾何精度用于描述 MRI圖像幾何變形的程度。影響圖像幾何變形的主要因素包括梯度磁場非線性和主磁場不均勻性。所以成像應(yīng)盡量在等中心點(diǎn)處進(jìn)行掃描，偏離等中心點(diǎn)處的主磁場會(huì)愈加不均勻。驗(yàn)收測試應(yīng)評估圖像的幾何精度。梯度補(bǔ)償、主動(dòng)或被動(dòng)勻場的不正確調(diào)節(jié)，或者磁體腔內(nèi)遺留鐵磁性物體，如硬幣、針頭、發(fā)夾等，均可引起 B0場強(qiáng)的不均勻。在實(shí)際測量中如果通過減小接受器帶寬來提高掃描裝置的信噪比（SNR），這會(huì)導(dǎo)致 B0的不均勻性，在圖像中就表現(xiàn)為較大的空間變形[5]。

幾何精度的測量必須使用專用水模，通過相關(guān)序列來獲取與圖像相應(yīng)的幾何變形程度GD。GD=（實(shí)際尺寸-觀察尺寸/實(shí)際尺寸）×100%。一般情況下，當(dāng)用 25 cm 以上的 FOV 進(jìn)行測量時(shí)，幾何變形程度＜ 5% 就可以接受。如果 GD 值＞ 5%，則應(yīng)聯(lián)系MRI系統(tǒng)制造商加以分析和修正。圖像定位結(jié)果，見圖 1～2。

圖1 關(guān)閉梯度交換進(jìn)行MRI圖像定位

圖2 用體模進(jìn)行MRI圖像定位

1.4 空間分辨率的測量

空間分辨率的影響因素主要有FOV、數(shù)據(jù)采集矩陣、圖像重建時(shí)使用的濾波器等[6]。較差的渦流補(bǔ)償、梯度校準(zhǔn)不當(dāng)?shù)膸缀巫冃?，B0不均勻性和較小的采集帶寬等，這些原因均可引起空間分辨率的變化。

通常 MRI系統(tǒng)的質(zhì)量保證測試是根據(jù)測試物體（體模）的圖像進(jìn)行目測，評價(jià)圖像的空間分辨率不能超過由 FOV 和矩陣大小所確定的分辨率極限。用于直觀評估空間分辨率的體模為數(shù)組狀，體模橫截面的信號(hào)產(chǎn)生面為圓形或矩形?？臻g分辨率的圖像評價(jià)用目測法，主要是觀察圖像中可分辨的最小體模信號(hào)單元陣列的尺寸（mm）表示或線對表示。如果發(fā)現(xiàn)空間分辨率變化較大應(yīng)及時(shí)聯(lián)系 MRI系統(tǒng)制造商來分析、尋找原因。

1.5 圖像偽影分析

MRI 日常質(zhì)控模體常見的偽影包括以下幾種[7]：

模體表現(xiàn)為沿著相位編碼方向移動(dòng)的低信號(hào)強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)影像，可能是由RF放大器連接不當(dāng)，正交相位探測不當(dāng)造成的。

模體表現(xiàn)為異常高或低信號(hào)強(qiáng)度的線狀影，可能是由于聚相位脈沖對層面激勵(lì)的不完全、射頻干擾等造成的。

模體上表現(xiàn)為背景很亮很光滑的圖像，可能是由于信號(hào)采集過程中出現(xiàn)接收器飽和或電子組件功能失常造成的。

2 MRI系統(tǒng)性能的評估

MRI系統(tǒng)性能的評估是非常必要的，因?yàn)樵O(shè)備在使用中發(fā)生大的維修，如更換或修理梯度放大器、梯度線圈、磁體、RF放大器、數(shù)字轉(zhuǎn)換器線路板、信號(hào)處理器線路板等都要進(jìn)行MRI系統(tǒng)整體性能的檢測、評估。此項(xiàng)檢測通常由使用單位的工程師配合設(shè)備制造商共同來完成。檢測、評估的主要內(nèi)容包括：磁場均勻度、層面位置精度、層厚的精度、射頻線圈、層間射頻干擾。

2.1 磁場均勻度

磁場均勻度（Field Homogeneity）是指在一定測量體積中主磁場強(qiáng)度的變化幅度（表 1～2）。磁場均勻度是影響圖像質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。不均勻的磁場將造成圖像變形，如信號(hào)不均勻及不均勻脂肪壓制等圖像偽影。通常采用頻譜法，在磁體中心放置一個(gè)均勻的球形模體，要具有與廠商所要求的均勻度、性能、規(guī)格相似的球形容積直徑。

使用預(yù)掃描或磁共振波譜預(yù)掃描功能得到中心頻譜，測 量 中 心 頻 峰 的 半 高 全 寬（Full Width at Half Maximum，F(xiàn)WHM）。FWHM（ppm）決定了體模容積內(nèi)的不均勻性，對于超導(dǎo)磁體直徑為 30～40 cm 的球形容積的均勻度值通常約為 2 ppm。

表1 磁場均勻度檢查表

表2 磁場均勻度質(zhì)控?cái)?shù)值表

2.2 層厚

層厚取決于射頻的帶寬和層面選擇梯度場強(qiáng)。層越厚，激發(fā)的質(zhì)子數(shù)量越多，信號(hào)越強(qiáng)，圖像的信噪比越高。但層越厚，采樣體積增大，容易造成組織結(jié)構(gòu)重迭，易產(chǎn)生部分容積效應(yīng)。層越薄，空間分辨力越高，而信噪比降低。掃描時(shí)要根據(jù)解剖部位及病變大小來決定掃描層厚。

2.3 層面位置

層面位置是指層面輪廓線FWHM中點(diǎn)的絕對位置。層面位置是由外部定位設(shè)備，如激光定位燈或內(nèi)部層間距共同決定的。層面位置的影響因素主要有定位設(shè)施的準(zhǔn)確性、梯度場均勻性、RF場均勻性、選層脈沖的非共面性和靜磁場的均勻性等。所有測量均應(yīng)沿磁場物理中心或成像平面中心的聯(lián)機(jī)方向進(jìn)行。對層面位置測量精度的要求為 ±2 mm（采用外部定位標(biāo)記）。

2.4 層面系數(shù)

層面系數(shù)的大小取決于層間距和層面厚度，層面系數(shù)=層間距 /層面厚度 ×100%。層面系數(shù)與層間距成正比，而與層面厚度成反比。當(dāng)層面厚度固定時(shí)，層間距越大，層面系數(shù)越大。當(dāng)層間距固定時(shí)，層面厚度越厚，層面系數(shù)越小。層面系數(shù)小時(shí)，相鄰層面之間會(huì)產(chǎn)生干擾。

2.5 射頻線圈的檢測

射頻線圈的主要指標(biāo)包括：SNR、靈敏度、射頻場均勻性、質(zhì)量因子、填充因子有效范圍。

在射頻線圈檢測中選擇模體，對于頭線圈模體可為球形或正圓柱體；對于全身成像它應(yīng)該是正圓柱體。對于容積線圈，要進(jìn)行圖像均勻性、SNR、偽影信號(hào)百分比3項(xiàng)測量。這 3個(gè)參數(shù)可用來評價(jià)線圈的性能及追蹤射頻RF線圈的性能變化。

SNR、圖像均勻性和偽影信號(hào)百分比的確定，都可以從一幅圖像上獲得。對于容積線圈，這幅圖像應(yīng)位于線圈中心，并于線圈長軸垂直；對于表面線圈應(yīng)根據(jù)模體和特定RF線圈所進(jìn)行的臨床研究類型來確定它的適當(dāng)位置和方向。

2.6 影像均勻性

影像均勻性 (U ∑ )是指當(dāng)被成像物體具有均勻的 MR 特性時(shí) , MR 成像系統(tǒng)在掃描整個(gè)體積過程中產(chǎn)生一個(gè)常量信號(hào)響應(yīng)的能力。評價(jià)指標(biāo) U ∑≥ 80 %。

2.7 射頻能量吸收率

在高磁場掃描前要估計(jì)射頻能量吸收率（SAR），SAR和傳感器線圈信號(hào)參考表，見表3。磁共振射頻能量部分被人體吸收，達(dá)到一定的量時(shí)常導(dǎo)致人體局部的熱損傷。SAR 與主磁場場強(qiáng)（B0）的平方成正比，即 SAR ∝ B0。對于 3.0T 磁共振的 SAR 值較 1.0T 磁共振高 9 倍，高磁場的引起的熱損傷較低磁場發(fā)生的機(jī)會(huì)要高并且要嚴(yán)重得多。因此，在高磁場中有相關(guān)的防護(hù)程序，當(dāng) SAR 高于所規(guī)定的閾值時(shí)，就停止掃描，避免人體熱損傷。

表3 SAR和傳感器線圈信號(hào)參考表

3 結(jié)論

MRI的安全穩(wěn)定質(zhì)量保證是MRI得以廣泛開展工作的前提，工作過人員應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作儀器，并對檢測項(xiàng)目進(jìn)行質(zhì)量控制，保證圖像質(zhì)量與機(jī)器的穩(wěn)定性。希望本文質(zhì)量控制心得能促進(jìn)大家對MRI質(zhì)量控制的認(rèn)識(shí)，形成科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化管理體系，使放射學(xué)科的這一利器能發(fā)揮其巨大的臨床效用和社會(huì)效益。

[1] 鄧潔．核磁共振成像系統(tǒng)的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制[J]．中國醫(yī)療設(shè)備,2011,26(7):13-20．

[2] 燕樹林．醫(yī)學(xué)影像技術(shù)學(xué)術(shù)語詳解[M]．北京:人民軍醫(yī)出版社,2010．

[3] 湯黎明,張超．磁共振質(zhì)量控制參數(shù)及方法的探討[C]．2009中華醫(yī)學(xué)會(huì)影像技術(shù)分會(huì)第17次全國學(xué)術(shù)大會(huì)論文集．

[4] 倪萍,趙明,陳自謙．MRI磁體技術(shù)的發(fā)展歷程及展望[J]．中國醫(yī)療設(shè)備,2013,28(10):6-10．

[5] 高能所研制成功1．5T核磁共振成像超導(dǎo)磁體[J]．現(xiàn)代科學(xué)儀器,2010,(2):175-189．

[6] 譚裴．磁共振成像中的運(yùn)動(dòng)偽影消除方法研究[D]．中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),2009．

[7] 王鶴．低場磁共振系統(tǒng)中若干技術(shù)問題的研究[D]．華東師范大學(xué),2007．

Quality Control of SIEMENS MAGNETOM TRIO MRI

LIU Yang-ping1，CHEN Man-shan2
1.Department of Equipment, The First Affiliated Hospital of Sun Yat-sen University, Guangzhou Guangdong 510080, China; 2.Department of Medical Equipment, Guangdong Academy of Medical Sciences (Guangdong General Hospital), Guangzhou Guangdong 510080, China

ObjectiveTo explore the methods of daily quality control of SIEMENS MAGNETOM TRIO MRI.MethodsThe quality control of SIEMENS MAGNETOM TRIO MRI was conducted with the accessory model. The quality control projects mainly included the calibration and testing of center frequency, gain and attenuation of radio frequency transmitter, measurement of geometric accuracy and spatial resolution as well as the analysis image artifacts.ResultsEffective methods were explored to guarantee the safe and steady operation of MRI, improve the image quality and normalize the medical behaviors.ConclusionThe failure rate of MRI can be decreased and the usage rate of MRI can be improved with strict daily quality control.

MRI; quality control; radio frequency coil; radio frequency transmitter

R445.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.08.017

1674-1633(2014)08-0058-03

2013-12-17

2014-07-14

作者郵箱：13825001568@126．com