磁共振成像设备的状态检测和临床照片评估
作者：林意群 康立丽 余晓锷 冯晓刚
单位：510515 广州，第一军医大学生物医学工程系
关键词：磁共振成像；质量控制；评价研究
中华放射学杂志990216 【摘要】 目的 探讨我国MRI设备的状态检测方法。方法 MRI设备7台，其中有超低磁场强度电磁型3台，低磁场强度永磁型2台，中、高磁场强度超导型各1台，7台中有二手机1台。状态检测的参数为信噪比、均匀度、线性度、层厚、空间分辨率和低对比度分辨率等6项。用美国体模实验室(The Phantom Laboratory)和医学物理学家Goodenough博士研制的Magphan体模进行性能参数检测。用随机抽取近2周的头部、胸部、腹部、腰椎的T1、T2横断面照片进行临床照片质量评估。照片质量从优到劣分为1、2、3等。结果 3台超低磁场电磁型磁共振成像设备的6项参数分别有5项以上不合格，照片质量评估为3等；1台低磁场强度永磁型设备除信噪比不合格外，其余5项参数均合格，照片质量为2等；1台低磁场强度永磁型设备和1台二手中磁场强度超导型设备均有2项参数不合格,其中空间分辨率不合格,照片质量为2等。1台高磁场强度超导型设备6项参数均合格，照片质量为1-等。结论 该状态检测方法借鉴了国外的经验，同时又根据实际需要进行补充完善，能满足从整体上评价设备的性能质量的要求。
, 百拇医药
Performance testing and image evaluation for magnetic resonance imaging systems LIN Yiqun, KANG Lili, YU Xiao′e, et al. Department of Biology Medicine Engineering, the First Military Medical University, Guangzhou 510515
【Abstract】 Objective To develop the methods of performance testing for magnetic resonance imaging systems in China. Methods 7 units of magnetic resonance imaging systems, including 3 units of ultra-low field resistive magnet, 2 unit of low field permanent magnet, one unit of second hand mid-field super conductive magnet and one unit of high field super conductive magnet. The measured performance parameters of magnetic resonance imaging system included the signal-to-noise ratio (SNR), uniformity, linearity, slice thickness, spatial resolution, and low contrast resolution. The Magphan phantom developed by the Phantom Laboratory of USA and medical physicist David Goodenough,Ph.D. was used to measure the performance parameters. The patient images obtained in recent two weeks, included T1 and T2 axial images of head, thorax, abdomen and spine arbitrarily taken out for evaluation. The quality of image was assigned into 1,2,3 grades from excellent to poor. Results In the 3 units of ultra-low field resistive magnet system, more than 5 performance parameters were below the standard and the quality of image was grade 3. In one unit of low field strength permanent magnet system except SNR, the other 5 parameters fulfilled the standard, and the quality of image was grade 2. In one unit of low field permanent magnet system, and one unit of mid-field super conductive magnet system, two parameters including spatial resolution failed to meet the standard, and the quality of image was grade 2. In one unit of high field super conductive magnet system, all the parameters were in accordance with the standard and the quality of image was grade 1. Conclusions The method of performance testing for magnetic resonance imaging systems was developed by making use of existing experiences in foreign countries and adding some new contents as needed in clinical practice. The method provides the performance evaluation of magnetic resonance imaging system.
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【Key words】 Magnetic resonance imaging Quality control Evaluation studies
本世纪70年代开始许多国家为了保证医疗设备有满意的性能，得到最佳的诊疗效果，同时对病人的健康损害最小，对医疗设备的使用和管理采取了一系列系统的有计划的措施，叫做医疗设备的质量保证。最近几年我国对大型医用设备的使用和管理也采取了一系列有力措施，如对大型医用设备的配置、应用和上岗人员实行“三证”管理，对全国的大型医用设备进行验收检测或状态检测和质量评审[1-3]。笔者介绍对7台MRI设备进行状态检测和临床照片评估的方法和结果，并对状态检测的方法进行了讨论。
材料与方法
1.受检设备：7台MRI设备，其型号、厂家、购置情况、使用时间等见表1。
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表1 受检MRI设备情况 序号
型号
生产厂家
磁场强度(高斯)
磁体类型
购置情况
使用时间(年)
1
LMW-400
威达
400
电磁
1手
, 百拇医药
4
2
LMW-400
威达
400
电磁
1手
5
3
LMW-400
威达
400
电磁
, 百拇医药 1手
5
4
AST-015
安科
1 500
永磁
1手
4
5
AST-015P
安科
1 500
, http://www.100md.com 永磁
1手
5
6
Teslacon
Technicare
6 000
超导
2手
6
7
Signa
GE
, 百拇医药
15 000
超导
1手
3
2.性能检测：性能检测的参数及指标要求见表2。 表2 性能检测的参数及指标 参 数
检测条件
指标要求
信噪比
-
≥80
均匀度
FOV≤20 cm
, 百拇医药
≥80%
线性度(畸变)
FOV≥25 cm
≤5%
层厚
>5 mm
≤1 mm
空间分辨率
FOV=25 cm,256×256
≤1 mm
低对比度分辨率
重复测量3次
, 百拇医药
直径6 mm
孔深0.5 mm
注：FOV为视野
我们用美国体模实验室(The Phantom Laboratory)和医学物理学家 Goodenough博士设计和制作的Magphan体模进行性能检测。体模由有机玻璃做成密封的圆柱形容器和测试的正方体组成。圆柱形容器的直径为20 cm，长为22 cm，内装有1g/L的Cu2SO4溶液。测试正方体的每边长为10 cm，内部分4层，每层的结构不同，见图1。正方体通过1块支撑板和4根柱子固定在圆柱形容器内。
图1 Magphan体模测试正方体结构草图
检测过程分为4步：
, 百拇医药
第1步，体模定位，把体模水平放置在扫描床上，其轴与扫描孔的轴平行，定位光线对准体模的中心层面。首先进行横断面的定位像(图2)扫描。由所得到的横断面定位像确定经过体模中心的矢状面的扫描。在测试正方体的上下左右4个表面上各有4条斜边，如图1，4条倾斜的实线表示上表面4条斜边的位置，4条虚的斜线表示下表面4条斜边的位置。斜边由厚2 mm、宽10 mm的有机玻璃薄板做成，与正方体的表面垂直，斜边的中心经过X轴或Y轴。当经过正方体中心矢状面扫描时，所得图像如图3。在正方形图像的两侧各有4条短线，是正方体上下两个表面上斜边的像。如果扫描面与正方体的中心矢状面完全重合，则正方形图像两侧的短线依次在相同的水平位置上。否则，正方形图像两侧的短线依次不在同一水平位置上，必须对体模或扫描面重新定位，直到正方形图像两侧的短线依次在同一水平线上为止。由体模中心的矢状面图像进一步确定各个层面的扫描位置。
图2 Magphan体模横断面定位像
, 百拇医药
图3 Magphan体模矢状面定位像
图4 Magphan体模第二层面图像
对体模的各个层面扫描时，每个层面都有4条斜边，每条斜边与扫描面成14°角，斜边按顺时针方向从一端上升到另一端。扫描所得图像如图4，在正方形图像的四周分别有斜边的像。如果这些斜边的像依坐标轴对称分布，说明扫描面与该层的中心面重合，保证测量结果的准确性和一致性。反之，如果这些斜边的像依坐标轴非对称分布，则说明扫描面与该层的中心面不重合，必须重新对体模或扫描面定位，直到这些斜边的像依坐标轴对称分布为止。
第2步，对体模正方体第2层面扫描测量信噪比、均匀度和层厚。由于信噪比与所选用的成像序列、TR、TE、层厚、像素矩阵和平均次数等因素有关，为了便于比较不同设备的性能参数，必须采用相同的扫描条件。一般采用自旋回波(SE)序列，TR=500毫秒，TE=15毫秒，层厚10 mm，像素矩阵256×256，平均2次。体模正方体的第2层面内部充满均匀溶液，四周各有1条斜边，扫描所得的图像见图4。首先检查这4条斜边的像是否依坐标轴对称分布，然后在正方体图像的中心和圆柱形容器图像的外侧分别测量感兴趣区(ROI)像素平均值和标准偏差。信号强度等于正方形中心像素平均值减去圆柱形容器外侧像素平均值。噪声等于正方形中心像素标准偏差，通过计算可以得到信噪比。在正方形图像内部用ROI测量像素平均值的最大值和最小值，分别表示为SMax和SMin。均匀度UΣ可以用下式计算得到：
, 百拇医药
UΣ=[1-(SMax-SMin)/(SMax+SMin)]×100%
沿着正方形四周4条斜边的图像分别作信号剖面线，测量其最大半高宽(FWHM)，成像层的层厚Z可以用下式计算：
Z(mm)=(FWHM)×0.25
其中0.25是斜边与成像平面夹角的正切。
第3步，对体模的第3层面扫描，测量空间分辨率和线性度。扫描条件同前，体模正方体的第3层面是1个刻制有高分辨率图案和规则分布小孔的模块，四周各有1条斜边，扫描所得的图像见图5。首先检查4条斜边的像是否对称分布，然后调节窗宽和窗位，使图像细节显示最清晰，用视觉确定图像中能分辨清楚的最大线对数，即空间分辨率。在图像中分别测量X方向与Y方向的小孔间距离并与真实距离比较，用下式求出几何畸变百分率：
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畸变百分率=(｜测量距离-真实距离｜/真实距离)×100%
线性度用畸变百分率表示。
第4步，对体模第4层面扫描，测量低对比度分辨率。体模正方体第4层面是一块圆形有机玻璃板，其中一个表面上有4组圆孔，每组有3个相同深度的孔，其直径分别为4、6、10 mm。4组孔深分别为0.5、0.75、1.0、2.0 mm。该模块处于溶液中，孔内充满溶液。因为不同体积溶液效应，使不同深度的孔产生信号强度差。该层四周各有1条斜边，扫描所得图像见图6。首先检查4条斜边的像是否对称分布，然后调节窗宽、窗位使图像细节最清晰，用视觉确定能分辨清楚的深度最小和直径最小的圆孔的像。对体模第4层面重复扫描3次，2次以上均能分辨的最小深度的最小圆孔为低对比度分辨率。
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图5 Magphan体模第三层面图像 图6 Magphan体模第四层面图像
3.临床照片评估：随机抽取最近2周病人的照片，包括：头部T1、T2横断面图像各1张，FOV≤24 cm，≥6层；胸部T1、T2横断面图像各1张，FOV≤32 cm，≥6层；腹部T1、T2横断面图像各1张，FOV≤32 cm，≥6层；腰椎T1、T2横断面图像各1张，FOV≤24cm，≥6层；14～17in(1in=2.54cm)的照片含12幅图像，8～10in照片含4幅图像。
照片根据图像质量分为1、2、3等。根据图像质量的细微差别，1、2等又可分为1-、2+、2-等。1等：照片清晰度、对比度较好。脑部灰质、白质能清晰区分，可分辨出1 cm的病灶。腹部肾上腺可清楚辨认，腰椎神经根可清楚看到。2等：照片清晰度、对比度尚可，一般情况下可以解决诊断问题。但照片质量有待提高。3等：不能满足上述要求，影响作出正确诊断。
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结 果
7台MRI设备性能检测和照片评估结果见表3。7台MRI设备性能参数的合格情况见表4。
表3 7台MRI设备性能检测和照片评估结果 序号
机器型号
信噪比
均匀度
(%)
畸变(%)
空间分辨率
(mm)
低对比分辨率(mm)
, 百拇医药
层厚(mm)
照片
等级
X方向
Y方向
直径
深度
测量
标称
1
LMW-400
21.11
69.93
, 百拇医药
45.00
1.00
不能确定
不能确定
不能确定
3
2
LMW-400
18.57
66.98
7.50
5.0
2.50
, 百拇医药
6.00
2.00
9.56
10.00
3
3
LMW-400
18.71
71.65
8.00
3.50
1.70
6.00
, http://www.100md.com
0.75
7.26
7.00
3
4
AST-015
51.79
95.81
3.13
0.00
1.00
4.00
0.50
, http://www.100md.com
10.53
10.00
2
5
AST-015P
38.23
92.24
0.62
1.25
2.50
6.00
0.50
10.24
, http://www.100md.com
10.00
2
6
Teslacon
72.70
91.07
0.62
3.13
1.25
4.00
0.50
10.25
10.00
, 百拇医药
2
7
Signa
162.3
96.59
0.00
0.00
0.80
4.00
0.50
9.95
10.00
1
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表4 7台MRI设备性能参数的合格情况 序号
机器型号
信噪比
均匀度
空间线性(畸变)
空间分辨率
低对比分辨率
层厚
1
LMW-400
×
×
×
, http://www.100md.com
×
×
×
2
LMW-400
×
×
×
×
×
√
3
LMW-400
×
, http://www.100md.com
×
×
×
×
√
4
AST-015
×
√
√
√
√
√
5
, http://www.100md.com
AST-015P
×
√
√
×
√
√
6
Teslacon
×
√
√
×
√
, http://www.100md.com
√
7
Signa
√
√
√
√
√
√
注：表中“√”表示合格；“×”表示不合格
3台超低场强度电磁型设备6项性能参数分别有5项或6项不合格，尤其是空间分辨率和低对比分辨率都不合格，临床照片为3等，图像的清晰度、对比度很差，影响临床诊断。1台低磁场强度永磁型设备和1台2手中磁场强度超导型设备均有两项参数不合格,包括空间分辨率不合格,临床照片为2等。1台低磁场强度永磁型设备除信噪比外，其余5项性能参数均合格，图像的清晰度、对比度尚可，临床照片为2等。1台高磁场超导MRI设备全部参数合格，并达到较高的指标，临床照片质量1-。
, 百拇医药
讨 论
1. 关于性能检测参数：性能检测的6项参数除了低对比度分辨率外都是美国医学物理学家学会(AAPM)关于MRI设备的质量保证和验收检测报告[4，5]和美国辐射防护和测量委员会(NCRP)关于影像诊断设备质量控制报告[6]所规定的必须检测的参数。虽然这些报告中没有把低对比度分辨率列入必须检测参数之列，并且有人认为低对比度分辨率和信噪比这两个参数的本质一样，因此只需要检测信噪比，不必检测低对比度分辨率。我们认为低对比度分辨率与信噪比在本质上有一定的相关，但是低对比度分辨率在直观评价图像质量方面是信噪比不可代替的。同时在磁共振图像中人体许多组织的信号较弱，因此低对比分辨率是对临床诊断有重要意义的图像质量参数。美国著名的质量保证专家Goodenough教授等[7]在MRI设备的性能参数检测和体模设计中就把低对比度分辨率作为一个必须检测的参数。美国医学物理学家学会(AAPM)在CT扫描机的技术参数和验收检测的报告中把低对比度分辨率作为CT机验收检测的一个主要的性能参数[8]。我国对CT机规定的必须检测的8项参数中，也包括了低对比度分辨率[2]。低对比度分辨率既适用于CT机性能检测，也适用于MRI设备的性能检测。
, 百拇医药
2. 关于性能检测的体模、方法和指标：美国AAPM报告[4,5]和美国电子厂家协会(NEMA)标准[9-11]都有规定，我们参考了这些规定，使检测体模、方法和指标要求尽可能与国际接轨。我们采用的是美国体模实验室和Goodenough博士研制的Magphan体模，Magphan体模是他们积医学影像设备性能检测10多年工作经验的结晶，Magphan体模符合医学影像设备检测的国际标准，是美国政府和国际机构认可的性能检测体模，目前已被国外许多厂家和医院所采用。Magphan体模的检测正方体有4个检测用的层面，每个层面四周都有1条斜边。如果扫描层定位正确，即扫描面与该层的中心面重合，则每个检测层四周斜边的像是对称分布的，否则是不对称的。Magphan体模因此保证了扫描层的准确定位，从而保证测量结果的一致性和正确性。
信噪比检测结果受到体模材料、扫描条件等因素的影响，因此国外亦未规定统一的指标要求。验收检测可参考厂家的指标，但对状态检测则需要一个统一的标准，即对所有厂家的要求都一样。我们对信噪比提出的要求是≥80。根据这个标准，我们判断信噪比合格与不合格的结果基本上符合受检设备的实际质量情况。目前，对低对比度分辨率国外也无标准，我们对该指标的要求是：能分辨深度为0.5 mm，直径小于6 mm的圆孔。根据此标准判断合格和不合格的结果亦符合受检设备的实际情况。
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3. 性能检测和临床照片评估的意义：性能检测结果与临床照片评估结果应基本上一致。譬如，全部性能参数合格，相应的临床照片质量为1等；有1项或2项参数不合格，相应的临床照片质量为2等；3项以上参数不合格，相应的临床照片质量为3等。但是临床照片的质量常常受到摄片时所选择的窗宽和窗位、洗片机、胶片、药水质量等其他因素的影响。另外照片评估的结果是定性分析，受到评估人员的主观因素的影响，因此有时检测结果与临床照片评估结果不相符。
4. 对其他成像面的性能检测：我们对MRI设备进行状态检测，只检测了横断面扫描成像的性能参数。实际上MRI设备不仅能进行横断面扫描成像，还可以进行矢状面、冠状面和任意斜面的扫描成像。必要时不仅要对横断面，还要对矢状面、冠状面和任意斜面的扫描成像性能进行检测。一般地说，对新安装和大修后的MRI设备，应对各种可能的成像面进行性能检测。
参考文献
, 百拇医药
1 中华人民共和国卫生部令(第43号).大型医用设备配置与应用管理暂行办法.见：全国大型医用设备应用质量检测技术学习班资料汇编(法规、文件等).北京：全国大型医用设备应用技术评审委员会，1997.1-6.
2 卫生部文件，卫计发[1996]第61号.X-射线计算机体层摄影装置(CT)等大型医用设备配置与应用管理实施细则.见：全国大型医用设备应用质量检测技术学习班资料汇编(法规、文件等).北京：全国大型医用设备应用技术评审委员会，1997.7-19.
3 卫生部文件，卫计发[1996]第216号.关于加强大型医用设备管理工作的通知.见：全国大型医用设备应用质量检测技术学习班资料汇编(法规、文件等).北京：全国大型医用设备应用技术评审委员会，1997.24-31.
4 Price R, Axel L, Morgan T, et al. Quality assurance methods and phantoms for magnetic resonance imaging：report of AAPM nuclear magnetic resonance task group No1. Med Phys，1990,17：287-295.
, 百拇医药
5 Och J, Clarke GD, Sobol WT, et al.Acceptance testing of magnetic resonance imaging systems：report of AAPM nuclear magnetic resonance task group No6. Med Phys，1992,19：217-229.
6 NCRP Report No99.Quality assurance for diagnostic imaging equipment. Bethesda, MD 20814 Natinal Council on Radiation Protection and Measurements, 1988.167-170.
7 Goodenough DJ, Weaver KE. Phantoms for specifications and quality assurance of MR imaging scanners. Comput Med Imaging Graph, 1988,12:193-209.
, http://www.100md.com
8 AAPM Report NO. 39. Specification and acceptance testing of computed tomography scanners. American Association of Physicists in Medicine, 1993. 47-49.
9 NEMA standards publication/No. MS1. Determination of signal-to-noise ratio (SNR) in diagnostic magnetic resonance images. Washington DC.20037.National Electrical Manufacturers Association, 1988.1-3.
10 NEMA standards publication No. MS2.Determination of two-dimensional geometric distortion in diagnostic magnetic resonance images. Washington DC.20037.National Electrical Manufacturers Association, 1988.1-5.
11 NEMA standards publication No. MS3.Determination of image uniformity in diagnostic magnetic resonance images. Washington DC.20037.National Electrical Manufacturers Association, 1988.1-3.
(收稿：1998-04-22 修回：1998-07-28), 百拇医药
单位：510515 广州，第一军医大学生物医学工程系
关键词：磁共振成像；质量控制；评价研究
中华放射学杂志990216 【摘要】 目的 探讨我国MRI设备的状态检测方法。方法 MRI设备7台，其中有超低磁场强度电磁型3台，低磁场强度永磁型2台，中、高磁场强度超导型各1台，7台中有二手机1台。状态检测的参数为信噪比、均匀度、线性度、层厚、空间分辨率和低对比度分辨率等6项。用美国体模实验室(The Phantom Laboratory)和医学物理学家Goodenough博士研制的Magphan体模进行性能参数检测。用随机抽取近2周的头部、胸部、腹部、腰椎的T1、T2横断面照片进行临床照片质量评估。照片质量从优到劣分为1、2、3等。结果 3台超低磁场电磁型磁共振成像设备的6项参数分别有5项以上不合格，照片质量评估为3等；1台低磁场强度永磁型设备除信噪比不合格外，其余5项参数均合格，照片质量为2等；1台低磁场强度永磁型设备和1台二手中磁场强度超导型设备均有2项参数不合格,其中空间分辨率不合格,照片质量为2等。1台高磁场强度超导型设备6项参数均合格，照片质量为1-等。结论 该状态检测方法借鉴了国外的经验，同时又根据实际需要进行补充完善，能满足从整体上评价设备的性能质量的要求。
, 百拇医药
Performance testing and image evaluation for magnetic resonance imaging systems LIN Yiqun, KANG Lili, YU Xiao′e, et al. Department of Biology Medicine Engineering, the First Military Medical University, Guangzhou 510515
【Abstract】 Objective To develop the methods of performance testing for magnetic resonance imaging systems in China. Methods 7 units of magnetic resonance imaging systems, including 3 units of ultra-low field resistive magnet, 2 unit of low field permanent magnet, one unit of second hand mid-field super conductive magnet and one unit of high field super conductive magnet. The measured performance parameters of magnetic resonance imaging system included the signal-to-noise ratio (SNR), uniformity, linearity, slice thickness, spatial resolution, and low contrast resolution. The Magphan phantom developed by the Phantom Laboratory of USA and medical physicist David Goodenough,Ph.D. was used to measure the performance parameters. The patient images obtained in recent two weeks, included T1 and T2 axial images of head, thorax, abdomen and spine arbitrarily taken out for evaluation. The quality of image was assigned into 1,2,3 grades from excellent to poor. Results In the 3 units of ultra-low field resistive magnet system, more than 5 performance parameters were below the standard and the quality of image was grade 3. In one unit of low field strength permanent magnet system except SNR, the other 5 parameters fulfilled the standard, and the quality of image was grade 2. In one unit of low field permanent magnet system, and one unit of mid-field super conductive magnet system, two parameters including spatial resolution failed to meet the standard, and the quality of image was grade 2. In one unit of high field super conductive magnet system, all the parameters were in accordance with the standard and the quality of image was grade 1. Conclusions The method of performance testing for magnetic resonance imaging systems was developed by making use of existing experiences in foreign countries and adding some new contents as needed in clinical practice. The method provides the performance evaluation of magnetic resonance imaging system.
, http://www.100md.com
【Key words】 Magnetic resonance imaging Quality control Evaluation studies
本世纪70年代开始许多国家为了保证医疗设备有满意的性能，得到最佳的诊疗效果，同时对病人的健康损害最小，对医疗设备的使用和管理采取了一系列系统的有计划的措施，叫做医疗设备的质量保证。最近几年我国对大型医用设备的使用和管理也采取了一系列有力措施，如对大型医用设备的配置、应用和上岗人员实行“三证”管理，对全国的大型医用设备进行验收检测或状态检测和质量评审[1-3]。笔者介绍对7台MRI设备进行状态检测和临床照片评估的方法和结果，并对状态检测的方法进行了讨论。
材料与方法
1.受检设备：7台MRI设备，其型号、厂家、购置情况、使用时间等见表1。
, http://www.100md.com
表1 受检MRI设备情况 序号
型号
生产厂家
磁场强度(高斯)
磁体类型
购置情况
使用时间(年)
1
LMW-400
威达
400
电磁
1手
, 百拇医药
4
2
LMW-400
威达
400
电磁
1手
5
3
LMW-400
威达
400
电磁
, 百拇医药 1手
5
4
AST-015
安科
1 500
永磁
1手
4
5
AST-015P
安科
1 500
, http://www.100md.com 永磁
1手
5
6
Teslacon
Technicare
6 000
超导
2手
6
7
Signa
GE
, 百拇医药
15 000
超导
1手
3
2.性能检测：性能检测的参数及指标要求见表2。 表2 性能检测的参数及指标 参 数
检测条件
指标要求
信噪比
-
≥80
均匀度
FOV≤20 cm
, 百拇医药
≥80%
线性度(畸变)
FOV≥25 cm
≤5%
层厚
>5 mm
≤1 mm
空间分辨率
FOV=25 cm,256×256
≤1 mm
低对比度分辨率
重复测量3次
, 百拇医药
直径6 mm
孔深0.5 mm
注：FOV为视野
我们用美国体模实验室(The Phantom Laboratory)和医学物理学家 Goodenough博士设计和制作的Magphan体模进行性能检测。体模由有机玻璃做成密封的圆柱形容器和测试的正方体组成。圆柱形容器的直径为20 cm，长为22 cm，内装有1g/L的Cu2SO4溶液。测试正方体的每边长为10 cm，内部分4层，每层的结构不同，见图1。正方体通过1块支撑板和4根柱子固定在圆柱形容器内。
图1 Magphan体模测试正方体结构草图
检测过程分为4步：
, 百拇医药
第1步，体模定位，把体模水平放置在扫描床上，其轴与扫描孔的轴平行，定位光线对准体模的中心层面。首先进行横断面的定位像(图2)扫描。由所得到的横断面定位像确定经过体模中心的矢状面的扫描。在测试正方体的上下左右4个表面上各有4条斜边，如图1，4条倾斜的实线表示上表面4条斜边的位置，4条虚的斜线表示下表面4条斜边的位置。斜边由厚2 mm、宽10 mm的有机玻璃薄板做成，与正方体的表面垂直，斜边的中心经过X轴或Y轴。当经过正方体中心矢状面扫描时，所得图像如图3。在正方形图像的两侧各有4条短线，是正方体上下两个表面上斜边的像。如果扫描面与正方体的中心矢状面完全重合，则正方形图像两侧的短线依次在相同的水平位置上。否则，正方形图像两侧的短线依次不在同一水平位置上，必须对体模或扫描面重新定位，直到正方形图像两侧的短线依次在同一水平线上为止。由体模中心的矢状面图像进一步确定各个层面的扫描位置。
图2 Magphan体模横断面定位像
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图3 Magphan体模矢状面定位像
图4 Magphan体模第二层面图像
对体模的各个层面扫描时，每个层面都有4条斜边，每条斜边与扫描面成14°角，斜边按顺时针方向从一端上升到另一端。扫描所得图像如图4，在正方形图像的四周分别有斜边的像。如果这些斜边的像依坐标轴对称分布，说明扫描面与该层的中心面重合，保证测量结果的准确性和一致性。反之，如果这些斜边的像依坐标轴非对称分布，则说明扫描面与该层的中心面不重合，必须重新对体模或扫描面定位，直到这些斜边的像依坐标轴对称分布为止。
第2步，对体模正方体第2层面扫描测量信噪比、均匀度和层厚。由于信噪比与所选用的成像序列、TR、TE、层厚、像素矩阵和平均次数等因素有关，为了便于比较不同设备的性能参数，必须采用相同的扫描条件。一般采用自旋回波(SE)序列，TR=500毫秒，TE=15毫秒，层厚10 mm，像素矩阵256×256，平均2次。体模正方体的第2层面内部充满均匀溶液，四周各有1条斜边，扫描所得的图像见图4。首先检查这4条斜边的像是否依坐标轴对称分布，然后在正方体图像的中心和圆柱形容器图像的外侧分别测量感兴趣区(ROI)像素平均值和标准偏差。信号强度等于正方形中心像素平均值减去圆柱形容器外侧像素平均值。噪声等于正方形中心像素标准偏差，通过计算可以得到信噪比。在正方形图像内部用ROI测量像素平均值的最大值和最小值，分别表示为SMax和SMin。均匀度UΣ可以用下式计算得到：
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UΣ=[1-(SMax-SMin)/(SMax+SMin)]×100%
沿着正方形四周4条斜边的图像分别作信号剖面线，测量其最大半高宽(FWHM)，成像层的层厚Z可以用下式计算：
Z(mm)=(FWHM)×0.25
其中0.25是斜边与成像平面夹角的正切。
第3步，对体模的第3层面扫描，测量空间分辨率和线性度。扫描条件同前，体模正方体的第3层面是1个刻制有高分辨率图案和规则分布小孔的模块，四周各有1条斜边，扫描所得的图像见图5。首先检查4条斜边的像是否对称分布，然后调节窗宽和窗位，使图像细节显示最清晰，用视觉确定图像中能分辨清楚的最大线对数，即空间分辨率。在图像中分别测量X方向与Y方向的小孔间距离并与真实距离比较，用下式求出几何畸变百分率：
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畸变百分率=(｜测量距离-真实距离｜/真实距离)×100%
线性度用畸变百分率表示。
第4步，对体模第4层面扫描，测量低对比度分辨率。体模正方体第4层面是一块圆形有机玻璃板，其中一个表面上有4组圆孔，每组有3个相同深度的孔，其直径分别为4、6、10 mm。4组孔深分别为0.5、0.75、1.0、2.0 mm。该模块处于溶液中，孔内充满溶液。因为不同体积溶液效应，使不同深度的孔产生信号强度差。该层四周各有1条斜边，扫描所得图像见图6。首先检查4条斜边的像是否对称分布，然后调节窗宽、窗位使图像细节最清晰，用视觉确定能分辨清楚的深度最小和直径最小的圆孔的像。对体模第4层面重复扫描3次，2次以上均能分辨的最小深度的最小圆孔为低对比度分辨率。
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图5 Magphan体模第三层面图像 图6 Magphan体模第四层面图像
3.临床照片评估：随机抽取最近2周病人的照片，包括：头部T1、T2横断面图像各1张，FOV≤24 cm，≥6层；胸部T1、T2横断面图像各1张，FOV≤32 cm，≥6层；腹部T1、T2横断面图像各1张，FOV≤32 cm，≥6层；腰椎T1、T2横断面图像各1张，FOV≤24cm，≥6层；14～17in(1in=2.54cm)的照片含12幅图像，8～10in照片含4幅图像。
照片根据图像质量分为1、2、3等。根据图像质量的细微差别，1、2等又可分为1-、2+、2-等。1等：照片清晰度、对比度较好。脑部灰质、白质能清晰区分，可分辨出1 cm的病灶。腹部肾上腺可清楚辨认，腰椎神经根可清楚看到。2等：照片清晰度、对比度尚可，一般情况下可以解决诊断问题。但照片质量有待提高。3等：不能满足上述要求，影响作出正确诊断。
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结 果
7台MRI设备性能检测和照片评估结果见表3。7台MRI设备性能参数的合格情况见表4。
表3 7台MRI设备性能检测和照片评估结果 序号
机器型号
信噪比
均匀度
(%)
畸变(%)
空间分辨率
(mm)
低对比分辨率(mm)
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层厚(mm)
照片
等级
X方向
Y方向
直径
深度
测量
标称
1
LMW-400
21.11
69.93
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45.00
1.00
不能确定
不能确定
不能确定
3
2
LMW-400
18.57
66.98
7.50
5.0
2.50
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6.00
2.00
9.56
10.00
3
3
LMW-400
18.71
71.65
8.00
3.50
1.70
6.00
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0.75
7.26
7.00
3
4
AST-015
51.79
95.81
3.13
0.00
1.00
4.00
0.50
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10.53
10.00
2
5
AST-015P
38.23
92.24
0.62
1.25
2.50
6.00
0.50
10.24
, http://www.100md.com
10.00
2
6
Teslacon
72.70
91.07
0.62
3.13
1.25
4.00
0.50
10.25
10.00
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2
7
Signa
162.3
96.59
0.00
0.00
0.80
4.00
0.50
9.95
10.00
1
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表4 7台MRI设备性能参数的合格情况 序号
机器型号
信噪比
均匀度
空间线性(畸变)
空间分辨率
低对比分辨率
层厚
1
LMW-400
×
×
×
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×
×
×
2
LMW-400
×
×
×
×
×
√
3
LMW-400
×
, http://www.100md.com
×
×
×
×
√
4
AST-015
×
√
√
√
√
√
5
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AST-015P
×
√
√
×
√
√
6
Teslacon
×
√
√
×
√
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√
7
Signa
√
√
√
√
√
√
注：表中“√”表示合格；“×”表示不合格
3台超低场强度电磁型设备6项性能参数分别有5项或6项不合格，尤其是空间分辨率和低对比分辨率都不合格，临床照片为3等，图像的清晰度、对比度很差，影响临床诊断。1台低磁场强度永磁型设备和1台2手中磁场强度超导型设备均有两项参数不合格,包括空间分辨率不合格,临床照片为2等。1台低磁场强度永磁型设备除信噪比外，其余5项性能参数均合格，图像的清晰度、对比度尚可，临床照片为2等。1台高磁场超导MRI设备全部参数合格，并达到较高的指标，临床照片质量1-。
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讨 论
1. 关于性能检测参数：性能检测的6项参数除了低对比度分辨率外都是美国医学物理学家学会(AAPM)关于MRI设备的质量保证和验收检测报告[4，5]和美国辐射防护和测量委员会(NCRP)关于影像诊断设备质量控制报告[6]所规定的必须检测的参数。虽然这些报告中没有把低对比度分辨率列入必须检测参数之列，并且有人认为低对比度分辨率和信噪比这两个参数的本质一样，因此只需要检测信噪比，不必检测低对比度分辨率。我们认为低对比度分辨率与信噪比在本质上有一定的相关，但是低对比度分辨率在直观评价图像质量方面是信噪比不可代替的。同时在磁共振图像中人体许多组织的信号较弱，因此低对比分辨率是对临床诊断有重要意义的图像质量参数。美国著名的质量保证专家Goodenough教授等[7]在MRI设备的性能参数检测和体模设计中就把低对比度分辨率作为一个必须检测的参数。美国医学物理学家学会(AAPM)在CT扫描机的技术参数和验收检测的报告中把低对比度分辨率作为CT机验收检测的一个主要的性能参数[8]。我国对CT机规定的必须检测的8项参数中，也包括了低对比度分辨率[2]。低对比度分辨率既适用于CT机性能检测，也适用于MRI设备的性能检测。
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2. 关于性能检测的体模、方法和指标：美国AAPM报告[4,5]和美国电子厂家协会(NEMA)标准[9-11]都有规定，我们参考了这些规定，使检测体模、方法和指标要求尽可能与国际接轨。我们采用的是美国体模实验室和Goodenough博士研制的Magphan体模，Magphan体模是他们积医学影像设备性能检测10多年工作经验的结晶，Magphan体模符合医学影像设备检测的国际标准，是美国政府和国际机构认可的性能检测体模，目前已被国外许多厂家和医院所采用。Magphan体模的检测正方体有4个检测用的层面，每个层面四周都有1条斜边。如果扫描层定位正确，即扫描面与该层的中心面重合，则每个检测层四周斜边的像是对称分布的，否则是不对称的。Magphan体模因此保证了扫描层的准确定位，从而保证测量结果的一致性和正确性。
信噪比检测结果受到体模材料、扫描条件等因素的影响，因此国外亦未规定统一的指标要求。验收检测可参考厂家的指标，但对状态检测则需要一个统一的标准，即对所有厂家的要求都一样。我们对信噪比提出的要求是≥80。根据这个标准，我们判断信噪比合格与不合格的结果基本上符合受检设备的实际质量情况。目前，对低对比度分辨率国外也无标准，我们对该指标的要求是：能分辨深度为0.5 mm，直径小于6 mm的圆孔。根据此标准判断合格和不合格的结果亦符合受检设备的实际情况。
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3. 性能检测和临床照片评估的意义：性能检测结果与临床照片评估结果应基本上一致。譬如，全部性能参数合格，相应的临床照片质量为1等；有1项或2项参数不合格，相应的临床照片质量为2等；3项以上参数不合格，相应的临床照片质量为3等。但是临床照片的质量常常受到摄片时所选择的窗宽和窗位、洗片机、胶片、药水质量等其他因素的影响。另外照片评估的结果是定性分析，受到评估人员的主观因素的影响，因此有时检测结果与临床照片评估结果不相符。
4. 对其他成像面的性能检测：我们对MRI设备进行状态检测，只检测了横断面扫描成像的性能参数。实际上MRI设备不仅能进行横断面扫描成像，还可以进行矢状面、冠状面和任意斜面的扫描成像。必要时不仅要对横断面，还要对矢状面、冠状面和任意斜面的扫描成像性能进行检测。一般地说，对新安装和大修后的MRI设备，应对各种可能的成像面进行性能检测。
参考文献
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1 中华人民共和国卫生部令(第43号).大型医用设备配置与应用管理暂行办法.见：全国大型医用设备应用质量检测技术学习班资料汇编(法规、文件等).北京：全国大型医用设备应用技术评审委员会，1997.1-6.
2 卫生部文件，卫计发[1996]第61号.X-射线计算机体层摄影装置(CT)等大型医用设备配置与应用管理实施细则.见：全国大型医用设备应用质量检测技术学习班资料汇编(法规、文件等).北京：全国大型医用设备应用技术评审委员会，1997.7-19.
3 卫生部文件，卫计发[1996]第216号.关于加强大型医用设备管理工作的通知.见：全国大型医用设备应用质量检测技术学习班资料汇编(法规、文件等).北京：全国大型医用设备应用技术评审委员会，1997.24-31.
4 Price R, Axel L, Morgan T, et al. Quality assurance methods and phantoms for magnetic resonance imaging：report of AAPM nuclear magnetic resonance task group No1. Med Phys，1990,17：287-295.
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5 Och J, Clarke GD, Sobol WT, et al.Acceptance testing of magnetic resonance imaging systems：report of AAPM nuclear magnetic resonance task group No6. Med Phys，1992,19：217-229.
6 NCRP Report No99.Quality assurance for diagnostic imaging equipment. Bethesda, MD 20814 Natinal Council on Radiation Protection and Measurements, 1988.167-170.
7 Goodenough DJ, Weaver KE. Phantoms for specifications and quality assurance of MR imaging scanners. Comput Med Imaging Graph, 1988,12:193-209.
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8 AAPM Report NO. 39. Specification and acceptance testing of computed tomography scanners. American Association of Physicists in Medicine, 1993. 47-49.
9 NEMA standards publication/No. MS1. Determination of signal-to-noise ratio (SNR) in diagnostic magnetic resonance images. Washington DC.20037.National Electrical Manufacturers Association, 1988.1-3.
10 NEMA standards publication No. MS2.Determination of two-dimensional geometric distortion in diagnostic magnetic resonance images. Washington DC.20037.National Electrical Manufacturers Association, 1988.1-5.
11 NEMA standards publication No. MS3.Determination of image uniformity in diagnostic magnetic resonance images. Washington DC.20037.National Electrical Manufacturers Association, 1988.1-3.
(收稿：1998-04-22 修回：1998-07-28), 百拇医药