磁共振質量控制標準對比研究

劉迪 張默

0 引言

MRI系統是醫學影像診斷不可或缺的檢查技術之一，其不但可以提供形態學結構信息，還可以提供生物化學及灌注等功能信息，其高級應用可為臨床提供更精準的診斷，從而達到精準治療的目的[1]。MRI系統主要由梯度磁場和主磁場及交變磁場、中心控制計算機組成，其臨床檢查用時相比其他成像設備更長，設備使用效率低，維護和保養所需的成本較高，在日常使用中通常要使用質量控制標準對設備進行檢測以評價其影像質量,評價的結果是判斷設備運行狀態的重要依據之一，通過有效的質量控制可以維持和保證設備的成像質量、精度及穩定性，獲取最佳圖像質量，為臨床疾病診斷提供有效和可靠的依據，對系統的安全使用具有重要意義[2]。

當前國內MRI系統質量控制適用的標準為中華人民共和國衛生部于2006年制定的《醫用磁共振成像(MRI)設備影像質量檢測與評價規范》(WS/T 263—2006，WS)[3]，國際上則通常使用美國放射協會(American College of Radiology,ACR)標準[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MRI系統質量控制既可以選擇使用WS也可以使用ACR，檢測的性能評價指標基本相同，但在部分指標和檢測方法上存在差異，可能導致同一MRI系統使用不同質量控制標準得到的影像質量評價結果存在差異。WS和ACR同樣作為臨床上使用的質量控制標準，如果對同一性能指標的評價結果不同，會影響臨床工程師對設備運行狀態的評估。

本文選取10臺在用MRI系統，分別使用WS和ACR兩個質量控制標準進行性能指標評價，根據同一系統在不同質量控制標準下的符合情況，研究兩個標準對同一性能指標評價的一致性，從而得出兩個標準對同一系統影像質量評價的一致性，為MRI系統質量控制方案的制定提供參考。

1 研究方法

1.1 性能指標及測試設備選擇

MRI系統在日常質量控制時評價的性能指標主要包括信噪比、均勻性、偽影、線性、高分辨力、低對比度分辨率、層厚和中心頻率等[6]。為對比相同指標，本文選取了WS和ACR都包含的性能評價指標：信噪比、均勻性、層厚、畸變、高分辨力和偽影進行測試，所使用的模體分別是Magphan SMR170和ACR專用模體。

考慮到ACR在均勻性上對磁場強度為3.0T和1.5T的設備的限值要求不同，測試設備選擇了包含磁場強度為3.0T和1.5T的國內外主要制造商的MRI系統共10臺，見表1。

表1 測試設備情況Table 1 Status of testing equipment

1.2 測試方法

所有性能指標按照WS和ACR要求進行掃描和數據處理，掃描參數如表2所示。

表2 掃描參數Table 2 Scanning parameter

WS和ACR除信噪比和畸變外，其余性能指標部分的數據處理方法基本相同，具體可參見相應質量控制標準[3-4]。

信噪比和畸變的數據處理方法如下。

WS信噪比(SNRWS)的計算公式：

SNRWS=(S-Sb)/SD

(1)

式中：S為ROI內信號平均值；Sb為本底像素平均值；SD為影像中心ROI內像素平均值的標準偏差。

ACR信噪比(SNRACR)的計算公式：

SNRACR=S/σair

(2)

式中：S為ROI內信號平均值；σair為背景區域的像素標準偏差[7]。

WS畸變(GDWS)的計算公式：

GDWS=|D實-D測|/D實

(3)

式中：D實為模體相應實際尺寸，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)的計算公式：

GDACR=|D實-D測|

(4)

式中：D實為模體相應實際尺寸，分別為148 mm和190 mm；D測為影像上測量的尺寸。

WS和ACR評價的6個性能指標根據表3的標準限值判斷其是否符合標準要求。

表3 性能指標標準限值Table 3 The limit of the indicators required by the standard

評價結果如表4所示，其中WS(+)ACR(+)為符合WS要求且符合ACR要求的設備數，WS(+)ACR(-)為符合WS要求但不符合ACR要求的設備數，WS(-)ACR(+)為不符合WS要求但符合ACR要求的設備數，WS(-)ACR(-)為不符合WS要求且不符合ACR要求的設備數。

表4 性能指標評價結果Table 4 Evaluation results of indicators

對表4中的符合情況使用SPSS 25.0計算Kappa系數。當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 結果及分析

Kappa系數的計算結果如表5所示。

表5 一致性檢驗結果Table 5 Result of consistency test

由表5可知，WS和ACR評價高分辨力和偽影的一致性較好，評價均勻性和層厚的一致性一般，評價信噪比和畸變的一致性較差。

由表3可知，ACR對于均勻性和層厚的限值要求高于WS，且由表4可知對均勻性和層厚的符合性判定的主要差異在于部分設備符合WS要求但不符合ACR要求，可知ACR對于均勻性和層厚的要求更為嚴格，導致兩個標準對均勻性和層厚評價的一致性一般。

由于ROI內信號值通常遠大于本底像素值，由式(1)和式(2)可知WS和ACR計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，所以背景噪聲的標準偏差會遠遠小于中心ROI內像素平均值的標準偏差，即σair遠小于SD，導致SNRACR會遠大于SNRWS。由表3可知兩個標準對于信噪比的限值要求都為≥100，且由表4可知對信噪比的符合性判定的主要差異在于絕大部分設備符合ACR要求但不符合WS要求，可知WS對于信噪比的要求極為嚴格，導致兩個標準對信噪比評價的一致性較差。

對于畸變，在測試方法上兩個標準存在兩方面差異：第一，兩個標準檢測的模體實際尺寸不同，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，相對于20 mm更不易受到誤差的影響。第二，ACR對于直線的測量方法有明確規定，包括如何確定直線邊界等，而WS沒有對邊界的選取進行規定，在測量時存在誤差。在限值要求上，WS的限值要求為不超過實際尺寸的±5%；ACR的限值要求為±2 mm，最差情況即實際尺寸的±1%。測試方法和限值要求的不同導致兩個標準對畸變評價的一致性較差。

3 討論與結論

本文針對10臺MRI系統，按照WS和ACR兩個質量控制標準要求進行了6個性能指標的檢測，根據這6個指標的標準符合性情況，得出兩個標準在性能指標評價上的一致性，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系統影像質量的評價上存在差異。

臨床MRI系統質量控制的首要環節就是選擇合適的質量控制標準。使用合適的質量控制標準進行檢測能夠使設備的運行狀態更好地滿足臨床需求。而影像質量評價是質量控制中另一個重要環節，其結果決定了設備是否需要進行調試、維護。

在質量控制標準選擇上，由于WS和ACR對于性能指標評價的一致性存在差異，在臨床使用中對于某個性能指標有較高要求的MRI系統可有針對性地選擇質量控制標準：對于信噪比要求較高的設備可選擇WS作為質量控制標準；對于均勻性和層厚要求較高的設備則可選擇ACR作為質量控制標準。

在影像質量評價上，當使用WS或ACR得出較差的結果時，建議使用另一個標準再次評價設備的影像質量，如兩個標準的評價結果均為較差說明設備影像質量較差，應立刻對設備進行維護。但如兩個標準得出評價結果不同，考慮到MRI系統使用效率低，維護、保養成本高的情況，在尚能滿足臨床使用的情況下可延緩調試，以此提高設備使用率，減少設備維護帶來的損失。

總之，本文對WS和ACR性能指標評價的一致性研究有助于質量控制標準的選擇和影像質量的評價，對MRI系統質量控制方案的制定和提高設備使用率具有一定的參考價值。