胡先玲 王 芳 刘 燕 李佳戈 尹训涛 王 健 李传明

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)设备是临床放射科或影像中心的高端影像设备之一，在医学诊疗中发挥着不可替代的重要作用[1]。医学影像成像技术与成像系统的质量控制(quality control，QC)是获得高质量的医学图像及确保医学影像符合诊断标准的前提，也是确保每一个磁共振检查者的生命安全以及疾病得到及时诊断的根本保障[2-3]。磁共振性能参数检测是MRI设备QC工作的重要内容，美国医学物理学会(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)[4]、美国放射学会(The American College of Radiology，ACR)[5]等组织，对MRI设备的一些性能参数的标准和测试方法提出了要求，建立了验收监测和性能状态检测的技术指标。国家卫生行业标准“医用磁共振成像(MRI)设备影像质量检测与评价规范”(WS/T263-2006)[6]、国家食品药品监理管理局发布的“医用成像磁共振设备主要图像质量参数的测定”(YY-T0482-2010)标准[7]。这些标准详细地规定了MRI检测需要的体模要求和参数设置，而常见的MRI性能测试体模有Magphan SMR 170体模、Victoreen体模以及ACR体模[8]。其中，Magphan SMR 170体模和ACR体模使用最为广泛。MRI的QC主要指标有信噪比[9]、影像均匀性[10]、层厚[11-12]、空间分辨率[13]、伪影及几何畸变等。为此，本研究采用Magphan SMR 170体模和ACR体模对MRI设备的主要指标进行测试。

1 材料与方法

1.1 设备与材料

(1)体模。采用Magphan SMR 170体模(美国模体实验室)和ACR体模(美国放射学会)对MRI性能进行测试，测试中执行ACR 2015标准、国家卫生行业标准(WS/T263-2006)和医药行业标准(YY-T 0482-2010)的相关规定。

(2)检测设备。选取西南地区41家医院的MRI设备，包括联影、朗润、东软、成都奥泰、宁波鑫高益和深圳安科6个国产厂家各场强的6种型号，以及西门子、飞利浦和通用电气3个进口厂家各场强的7种型号，总计41台磁共振机器，其中有3台设备由于指标检测信息缺失未纳入统计，故实际统计为38台，见表1。

表1 实验设备信息表

1.2 测试方法

Magphan SMR 170体模和ACR体模的数据由相同的测试参数和计算方式获得，同一设备的两种体模测试时间间隔≤30 min。①ACR体模扫描参数：自旋回波(spin echo，SE)序列，层数为11层，层间距为5 mm，重复时间(repetition time，TR)500 ms，回波时间(echo time，TE)20 ms，像素带宽130 Hz，层厚5 mm，矩阵256×256，视野250 mm，激励次数1(场强≥3.0 T)或2(1.0 T＜场强≤1.5 T)或3(场强≤1.0 T)；②Magphan SMR 170体模扫描参数：层数为4层，层间距20 mm，其余与ACR体模相同。

研究人员测量了相应的MRI的QC指标，包括信噪比、影像均匀性、空间分辨率、层厚、伪影和几何畸变率等。为了分析两种体模检测结果的优劣，基于R Project统计分析软件开发了不同的相关性模型和回归模型。

2 结果

2.1 两种体模不分场强的检测结果

ACR体模和Magphan SMR 170体模测试得到的信噪比、影像均匀性、层厚、空间分辨率、伪影及几何畸变各指标结果的分布如图1所示，所有数据按照Magphan SMR 170体模结果降序排列。

图1 不分场强时各指标分布图

图1显示，信噪比和影像均匀性在Magphan SMR 170体模所测结果降序排列时，在ACR体模的结果并未呈现出相应的下降趋势。ACR体模下的信噪比值集中在470，影响均匀性集中在0.95。空间分辨率、几何畸变率、层厚和伪影在两种不同体模的测量结果表现趋势大致相同。

采用皮尔逊相关性检验对两种体模的6个指标相关性进行分析，其层厚、空间分辨率、伪影和几何畸变率均通过了相关性检验，其结果见表2。

表2 Magphan SMR 170体模与ACR体模各指标的皮尔逊相关性检验

采用线性回归对层厚、空间分辨率、伪影和几何畸变率4个指标进行分析，其结果见表3。

表3 各指标线性回归结果

表3显示，层厚和伪影具有较强的相关性，其R2达到了0.74和0.66。层厚、空间分辨率、伪影和几何畸变率4个指标的4个线性回归方程结果分别为：

2.2 两种体模分场强的检测情况

场强为0.35 T、0.5 T和3.0 T时，Magphan SMR 170体模测试得到的信噪比大多处于50以下，1.5 T信噪比偏高。而ACR体模得到的信噪比值随着场强的提高而增加，这和实际情况更吻合(场强越大，信噪比越高)。Magphan SMR 170体模测试得到的影像均匀性较ACR体模的分布分散，层厚值在2个体模测试结果中表现都较为平稳。对于伪影，场强为0.5 T时，伪影表现得最为分散，且伪影值在两种体模下都较高。不考虑0.5 T场强时，场强越高，伪影值越小。对于几何畸变率，ACR体模标准下，场强越高，则几何畸变率越低。而Magphan SMR 170体模测试结果显示，0.5T时的几何畸变率最高，其余场强的几何畸变率值分布均匀。不同场强下各指标的检测结果分布情况如图2所示。

图2 分场强时各指标分布图

通过统计分析软件，计算出同一指标在不同场强下两种体模测试结果的标准方差(见表4)。

表4显示，对于信噪比和空间分辨率，其检测值于Magphan SMR 170体模标准下更稳定；层厚在0.5 T时，Magphan SMR 170体模检测结果更稳定，其余场强下ACR体模检测结果更稳定；其余指标在各个场强下，稳定性相同。不同场强下Magphan SMR 170体模与ACR体模检测值相关性检验结果见表5。

各指标在场强为1.5 T时的线性回归分析其结果见表6。

表6 1.5 T场强下指标线性回归相应分析结果

表4 同一指标在不同场强下两种体模测试结果的标准方差

表5 不同场强下Magphan SMR 170体模与ACR体模各指标相关性检验值

因此，得到信噪比、影像均匀性、层厚、伪影、几何畸变率和空间分辨率各指标在1.5 T场强下的线性回归方程结果分别为：

并得到层厚和空间分辨率在0.35 T场强下通过线性回归检验的线性回归方程结果分别为：

空间分辨率于0.5 T场强时，也通过了线性回归检验，得到线性回归方程结果为：

3 讨论

Magphan SMR 170体模符合AAPM Report 28于1990推荐的技术要求，能满足对磁共振的轴向面、冠状面及矢状面成像性能的检测，允许测试者将测试板或立方体侧面更改为三维结构[14]。ACR体模节省了宝贵的MRI时间—约每周30 min、每年26 h，也能够兼容大多数MRI设备[15-16]。

本研究通过这两种MRI性能测量体模对各种型号的MRI设备进行测量，利用相关性检验和回归分析，发现信噪比与影像均匀性在两种体模下的表现不存在线性相关性，出现如此差异的原因与两种体模的内部构件和信噪比计算方式有关。Magphan SMR 170体模测试的结果采用内部信号与背景信号差值与内部信号标准差的比值作为信噪比的结果，而ACR体模标准规定的是内部信号值与背景信号标准差的比值作为信噪比的结果。

在测量影像均匀性时，Magphan SMR 170体模是采用溢流层影像内若干大小相同的较小的感兴趣区域(region of interest，ROI)的最大值最小值计算，而ACR体模是通过调节窗宽、窗位找到溢流层影像内信号最大和最小的区域，再采用若干较小ROI的最大值最小值来计算。从影像均匀性计算方式来看，ACR体模的标准更严苛，得到的数据具有更好的QC作用。其他的数个指标，两种体模测试的结果都具有一定的相关性，表明两种体模的数据一致性好，均可作为QC的有效手段。其中，Magphan SMR 170体模有4个层面的4个方向共16个层厚测量模块，在测量层厚时具有更高的精度，并且可以通过各个模块和方向的层厚不均匀性衡量层厚测量的稳定性和有效性。ACR体模只有一个层厚测量模块，无法衡量测量结果的稳定性和有效性。在测量分辨率时，ACR体模可以同时测量X轴方向和Y轴方向，而Magphan SMR 170体模需要改变编码方向单独测量另一个方向的分辨率，且更耗时；但ACR体模只有1.1 mm、1.0 mm和0.9 mm三种分辨率，而Magphan SMR 170体模可以测量到的分辨率范围为0.45～5 mm，具有更高的精度。

本研究在对各场强分析时发现，在进行信噪比测试时Magphan SMR 170体模的结果在1.5 T时值最大，而ACR体模的结果随着场强增加而增大，这和实际情况更符合。相关性分析时，仅在1.5 T时，各指标通过相关性检验，这是因为其他场强采集的设备数量太少，最多只有6台，而1.5 T有24台。究其原因是1.5 T的MRI设备的价格适中，可满足临床诊断需求，是目前各医疗机构主流的设备；而1.5 T以下的设备虽然价格便宜，其图像质量仅能满足一部分临床需要，正逐渐被淘汰；同时，3.0 T设备虽然提高了图像质量和诊断准确率，但其价格高昂，且诊断率的提高也有限，不会作为一些经费有限的医疗机构的首选设备。

4 结论

Magphan SMR 170体模和ACR体模在测量层厚、空间分辨率、伪影和几何畸变率4个指标时具有较好的一致性，均可作为QC的有效手段。在1.5 T场强下，所有指标均存在线性相关关系。Magphan SMR 170体模的信噪比、空间分辨率和0.5 T层厚检测值更稳定，ACR体模除0.5 T外其他场强的层厚检测值更稳定。其余指标在各个场强下，两个体模的稳定性相同。

Magphan SMR 170体模在测量层厚和空间分辨率具有更高的精度但较耗时；ACR体模在测量信噪比和影像均匀性具有更优的QC意义且耗时短。因此，可根据QC不同的目的选择不同的体模。在日常QC时，为节省时间可选择ACR体模作为检测工具；在每周或者更长周期的QC时，可选用Magphan SMR 170体模或者结合ACR体模作为检测工具。