MRI质量控制与性能检测

1、MRI质量控制与性能检测磁共振的应用质量控制与性能检测 谢谢 松松 城城磁共振的应用质量控制与质量保证磁共振的应用质量控制与质量保证n医学影像成像技术与成像系统的质量保证医学影像成像技术与成像系统的质量保证(Quality Assurance，QA)、质量控制、质量控制(Quality Control，QC)是确保医学影像符合诊断标准，提是确保医学影像符合诊断标准，提高影像质量的重要工作。高影像质量的重要工作。n磁共振的磁共振的QA/QC是确保每一个磁共振检查者的生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。命安全以及疾病得到及时诊断的根本保障。 。 磁共振的应用质量控制

2、与质量保证磁共振的应用质量控制与质量保证n国外对国外对MRI的的QA/QC研究始于上世纪八、九十年研究始于上世纪八、九十年代，美国医学物理学会（代，美国医学物理学会（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）和美国放）和美国放射学院（射学院（American College of Radiology，ACR）提出了的）提出了的QA/QC基本的一些系列标准基本的一些系列标准 磁共振的应用质量控制与质量保证磁共振的应用质量控制与质量保证nAAPM在在1990年和年和1992年发布了年发布了AAPM report no.18-Qualit

3、y assurance methods and phantoms for magnetic resonance imaging和和AAPM report no.34-Acceptance testing of magnetic resonance imaging systems作为半官方测试标准。在两篇报告中，作为半官方测试标准。在两篇报告中，阐明了核磁共振质量保证的重要性和必要性，阐明了核磁共振质量保证的重要性和必要性，列出了磁场均匀度、共振频率、空间分辨率、列出了磁场均匀度、共振频率、空间分辨率、对比度等共三十多项成像参数的测试方法、工对比度等共三十多项成像参数的测试方法、工具和测试标准，

4、同时强调了对具和测试标准，同时强调了对fMRI等高级成像等高级成像技术进行技术进行QA/QC的重要性并提出了个别可能的的重要性并提出了个别可能的测试方法。测试方法。 磁共振的应用质量控制与质量保证磁共振的应用质量控制与质量保证nACR也在也在1998年发布了年发布了Phantom Test Guidance for the ACR MRI Accreditation Program和和Site Scanning Instructions for Use of the MR Phantom for the ACR MRI Accreditation Program两份文件。两份文件。提出对磁共振

5、系统进行图象质量测试为主的提出对磁共振系统进行图象质量测试为主的QA/QC时，时，应使用的体模和相应测试方法相结合。应使用的体模和相应测试方法相结合。ACR还将以前的还将以前的建议标准进行了进一步规范，建议标准进行了进一步规范， 并于并于2002年和年和2004年又分别发布了年又分别发布了MRI的的QA/QC测测试白皮书。试白皮书。 在以上材料发布之后，核磁共振的在以上材料发布之后，核磁共振的QA/QC工作被工作被作为常规医疗设备的检测和管理工作确定下来，在某些作为常规医疗设备的检测和管理工作确定下来，在某些国家和地区更是被强制要求进行国家和地区更是被强制要求进行 磁共振的应用质量控制与质量保

6、证磁共振的应用质量控制与质量保证n尽管欧美等发达国家针对磁共振系统的尽管欧美等发达国家针对磁共振系统的QA、QC已开展已开展多年，但其工作仅集中在磁共振基本成像参数的监测上，多年，但其工作仅集中在磁共振基本成像参数的监测上，对对fMRI、DTI、MRA、弥散、灌注等高级成像技术的质、弥散、灌注等高级成像技术的质量控制和保证尚处在理论研究和实验测试阶段。同时，量控制和保证尚处在理论研究和实验测试阶段。同时，由于磁共振成像技术的飞速发展，目前的质量控制与保由于磁共振成像技术的飞速发展，目前的质量控制与保证体系已不能反映不同核磁共振成像系统（超高场系统、证体系已不能反映不同核磁共振成像系统（超高场系

7、统、高场超导型系统与低场永磁型系统）的成像质量区别。高场超导型系统与低场永磁型系统）的成像质量区别。因此，与因此，与X线摄影的线摄影的QA、QC相比，磁共振成像系统和相比，磁共振成像系统和成像技术的质量控制与保证工作仍显滞后。成像技术的质量控制与保证工作仍显滞后。磁共振的应用质量控制与质量保证磁共振的应用质量控制与质量保证n我国对我国对MRI的的QA/QC的研究起步较早，早在上世纪的研究起步较早，早在上世纪80年年代起，北京大学物理系的包尚联教授、南方医科大学的林代起，北京大学物理系的包尚联教授、南方医科大学的林意群教授和康立丽教授、全军大型医疗设备检测中心的任意群教授和康立丽教授、全军大型医

8、疗设备检测中心的任国荃教授等和他们的学术团队对磁共振常用成像参数和系国荃教授等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，发表了多篇文章和专著。统性能的测试进行了研究，发表了多篇文章和专著。n2006年，我国发布了卫生行业标准年，我国发布了卫生行业标准WS/T 2632006（医（医用磁共振成像（用磁共振成像（MRI）设备影像质量检测与评价规范）设备影像质量检测与评价规范）n目前，国内已经开展的目前，国内已经开展的MRI的的QA/QC工作的医院也仅集中工作的医院也仅集中在磁共振基本成像参数的监测方面，但是，国内大部分医在磁共振基本成像参数的监测方面，但是，国内大部分医院没有

9、开展院没有开展MRI的的QA/QC工作。工作。磁共振的应用质量控制与质量保证磁共振的应用质量控制与质量保证n磁共振质量控制与保证是一项重要的影像技术工作之磁共振质量控制与保证是一项重要的影像技术工作之一，也是影像技术领域的重要研究方向。随着超导性一，也是影像技术领域的重要研究方向。随着超导性核磁共振技术的发展，利用磁共振进行核磁共振技术的发展，利用磁共振进行fMRI、DTI、磁共振血管成像（磁共振血管成像（magnetic resonance angiography,MRA）、磁共振波谱分析（）、磁共振波谱分析（MR Spectroscopy，MRS）等偏重于基础研究的高级磁）等偏重于基础研究

10、的高级磁共振技术出现。同基本共振技术出现。同基本MRI成像相比，高级成像技术成像相比，高级成像技术的原理互不相同，其最终的信息反映也不简单的限于的原理互不相同，其最终的信息反映也不简单的限于二维图像，同时大量的图象处理和数据分析技术会应二维图像，同时大量的图象处理和数据分析技术会应用于磁共振高级成像。而早期的基于图像的基本磁共用于磁共振高级成像。而早期的基于图像的基本磁共振振QA/QC显然已不满足高级成像技术的显然已不满足高级成像技术的QA/QC。 磁共振的质量保证磁共振的质量保证磁共振成像（磁共振成像（MRI）质量控制手册）质量控制手册(ACR) n质量保证（质量保证（QA） 与质量控制（与

11、质量控制（QC） 质量保证（质量保证（QA）是一个整体性概念，它包括了）是一个整体性概念，它包括了MRI医生医生制定的所有管理实施方案，以确保以下工作：制定的所有管理实施方案，以确保以下工作：1每一个成像步骤都是当前临床工作所需要的，适宜的。每一个成像步骤都是当前临床工作所需要的，适宜的。2扫描的图像要包含解决此问题所必需的信息。扫描的图像要包含解决此问题所必需的信息。3记录的信息得到正确的解释（诊断报告的准确），并被记录的信息得到正确的解释（诊断报告的准确），并被患者的主管医师及时获得。患者的主管医师及时获得。4检查结果的获得应尽可能减少患者可能发生的意外、花检查结果的获得应尽可能减少患者可

12、能发生的意外、花费及患者的不便，且同时满足上述第费及患者的不便，且同时满足上述第2条的要求。条的要求。 磁共振的质量保证磁共振的质量保证磁共振成像（磁共振成像（MRI）质量控制手册）质量控制手册(ACR) n质量保证计划包括很多方面，如功效研究、继续教育、质量保证计划包括很多方面，如功效研究、继续教育、质量控制、预防性维护和设备检测。质量控制、预防性维护和设备检测。QA程序的首要程序的首要部门是质量保证委员会（部门是质量保证委员会（Qualit Assurance Committee，QAC），此组织负责），此组织负责QA程序的整体规程序的整体规划、设定目标和方向、制定规章、以及评估质量保证划

13、、设定目标和方向、制定规章、以及评估质量保证活动的效用。活动的效用。 nQAC应该由一个或多个放射医师、合格的医学物理应该由一个或多个放射医师、合格的医学物理师师/MRI技术专家，技术专家，MR技术主管人员和护理等的其它技术主管人员和护理等的其它放射科工作人员，也包含护士、文秘、医疗助理，甚放射科工作人员，也包含护士、文秘、医疗助理，甚至还有放射科以外的医疗和后勤人员，如相关的临床至还有放射科以外的医疗和后勤人员，如相关的临床医师等。总之，只要有助于医师等。总之，只要有助于MRI成像、研究、向患者成像、研究、向患者提供帮助的任何人，由于他们的努力会对患者的护理提供帮助的任何人，由于他们的努力会

14、对患者的护理质量和满意度产生积极影响，都应当看作是质量和满意度产生积极影响，都应当看作是QAC的的一员。一员。 磁共振的应用质量控制与质量保证磁共振的应用质量控制与质量保证n质量保证（质量保证（QA） 与质量控制（与质量控制（QC） 质量控制（质量控制（QC）是质量保证的一个主要部分。）是质量保证的一个主要部分。 质量控制是指一系列不同的技术程序，可以保证得到满意质量控制是指一系列不同的技术程序，可以保证得到满意的质量目标，如高质量的的质量目标，如高质量的MRI诊断影像，其包括以下诊断影像，其包括以下4个个步骤：步骤：1验收检测：对新安装或进行大修的设备性能检测。验收检测：对新安装或进行大修的

15、设备性能检测。2设备性能基准数据的建立设备性能基准数据的建立3发现并排查设备性能指标的改变，以免影响影像质量。发现并排查设备性能指标的改变，以免影响影像质量。4确认使用设备性能产生异常的原因并加以校正。确认使用设备性能产生异常的原因并加以校正。 磁共振的应用质量控制与质量保证磁共振的应用质量控制与质量保证n磁共振的应用质量控制的实施磁共振的应用质量控制的实施n选择一名技师作为主要质控技术人员，执行预定的质量选择一名技师作为主要质控技术人员，执行预定的质量控制检测。控制检测。 n确保适当的检测设备和材料应用于执行技术人员的确保适当的检测设备和材料应用于执行技术人员的QC检检测。测。 n安排人员和

16、时间表以便有充足的时间进行质量控制检测、安排人员和时间表以便有充足的时间进行质量控制检测、记录和解释结果。记录和解释结果。n定期反馈有关临床影像质量和质量控制过程的正、反面定期反馈有关临床影像质量和质量控制过程的正、反面信息。信息。n至少每三个月回顾一次质控技术人员的检测结果，如果至少每三个月回顾一次质控技术人员的检测结果，如果还未获得稳定的结果，则应更加频繁还未获得稳定的结果，则应更加频繁 磁共振的应用质量控制与质量保证磁共振的应用质量控制与质量保证n 验收检测应该在扫描患者之前和大修之后进行。验收检测应该在扫描患者之前和大修之后进行。大修包括替换或维修以下子系统部件：梯度放大大修包括替换或

17、维修以下子系统部件：梯度放大器、梯度线圈、磁体、射频放大器、数字板和信器、梯度线圈、磁体、射频放大器、数字板和信号处理电路板。号处理电路板。MRI性能检测性能检测MRI性能检测方法性能检测方法（Magphan 体模）体模）一、有关信息登记一、有关信息登记 1,登记受检单位名称、设备型号、生产厂家、登记受检单位名称、设备型号、生产厂家、安装日期等；安装日期等； 2,登记受检设备技术参数如登记受检设备技术参数如FOV、矩阵、平均、矩阵、平均次数、扫描序列、扫描序列时间参数设置、层次数、扫描序列、扫描序列时间参数设置、层厚系列和外围设备等；厚系列和外围设备等； 3,登记检测日期、检测人员、检测类型等

18、。登记检测日期、检测人员、检测类型等。MRI性能检测方法性能检测方法（Magphan 体模）体模）nSMR100nSMR170MRI性能检测方法性能检测方法（Magphan 体模）体模）二、体模定位二、体模定位 把体模水平放置在扫描床上已安装好把体模水平放置在扫描床上已安装好的头部线圈内，用水平仪检查是否达到水的头部线圈内，用水平仪检查是否达到水平。其轴与扫描孔的轴平行，定位光线对平。其轴与扫描孔的轴平行，定位光线对准体模的中心。首先进行横断面的定位像准体模的中心。首先进行横断面的定位像扫描，由所得到的横断面定位像确定经过扫描，由所得到的横断面定位像确定经过体模中心的矢状面扫描，由所得的矢状面

19、体模中心的矢状面扫描，由所得的矢状面图像确定对体模各个层面的扫描。图像确定对体模各个层面的扫描。MRI性能检测方法性能检测方法（Magphan 体模）体模） 三、扫描条件三、扫描条件 在无特别要求时，在后面的性能检测中，在无特别要求时，在后面的性能检测中，均采用饱和恢复自旋回波成像脉冲序列均采用饱和恢复自旋回波成像脉冲序列（SE），），TR=500ms，TE=30ms，FOV=25cm，矩阵，矩阵256 256，平均次数，平均次数2次，次，单层扫描层厚单层扫描层厚=10mm。MRI性能检测方法性能检测方法（Magphan 体模）体模）四、扫描图像及参数测量四、扫描图像及参数测量（一）信噪比（一

20、）信噪比 对对Magphan体模正方体第二层面扫描。体模正方体的第二体模正方体第二层面扫描。体模正方体的第二层面内部充满均匀层面内部充满均匀CuSO2溶液，配液为溶液，配液为CuSO4溶液，浓度为溶液，浓度为1g/l;四周各有一条斜边（可用于测量层厚）。四周各有一条斜边（可用于测量层厚）。 在正方体图像的中心和圆柱形容器图像的外侧分别测量在正方体图像的中心和圆柱形容器图像的外侧分别测量ROI（感兴趣区）像素平均值和标准偏差。信号强度等于正方形中（感兴趣区）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（心像素平均值（S）减去圆柱形容器外侧像素平均值（）减去圆柱形容器外侧像素平均值（S即

21、背景即背景值）。值）。 噪声值等于正方形中心像素标准偏差（噪声值等于正方形中心像素标准偏差（SD)。 信噪比（信噪比（SNR）通过下列计算式可以得到：）通过下列计算式可以得到： SNR=（S- S）/SD （1） MRI性能检测方法性能检测方法（Magphan 体模）体模）（二）图像均匀度（二）图像均匀度 在上述均匀场图像内部取九个区域作为测试点在上述均匀场图像内部取九个区域作为测试点(即中心区和距中即中心区和距中心点心点3/4半径的周边上半径的周边上,取取0 ，45 ，90 ，135 ,180 ，225 ，270 ,315 等八个区等八个区)，用，用ROI测量各区域的像素平均值。找出九个区域

22、平均值的测量各区域的像素平均值。找出九个区域平均值的最大值和最小值最大值和最小值,它们分别用它们分别用Smax和和Smin表示。均匀度表示。均匀度U可以由下式可以由下式计算得到：计算得到： U=1-（Smax-Smin）/（Smax+Smin） 100% (2) 必要时用不同层厚条件的均匀模图像进行测量。必要时用不同层厚条件的均匀模图像进行测量。MRI性能检测方法性能检测方法（Magphan 体模）体模）（三）层厚（三）层厚 在体模各层正方形图像外侧沿着四条斜边的图像分别作在体模各层正方形图像外侧沿着四条斜边的图像分别作灵敏度剖面线，测量灵敏度剖面线的最大半高宽灵敏度剖面线，测量灵敏度剖面线的

23、最大半高宽（FWHM），成像层的层厚），成像层的层厚Z可以用下式计算：可以用下式计算： Z(mm)=(FWHM) 0.25 其中其中0.25是被测斜边体与成像平面夹角的正切值。是被测斜边体与成像平面夹角的正切值。 对不同层厚条件的均匀模图像进行测量对不同层厚条件的均匀模图像进行测量。MRI性能检测方法性能检测方法（Magphan 体模）体模）n（四）空间分辨力（四）空间分辨力 对体模的第三层面扫描。体模正方体的第三层面对体模的第三层面扫描。体模正方体的第三层面是一个刻制有高分辨力图案和规则分布的小孔的是一个刻制有高分辨力图案和规则分布的小孔的模块，四周各有一条斜边。调节窗宽和窗位使图模块，四周

24、各有一条斜边。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，即空间分辨力。楚的最大线对数，即空间分辨力。 对不同层厚条件的均匀模图像进行测量对不同层厚条件的均匀模图像进行测量 MRI性能检测方法性能检测方法（Magphan 体模）体模）n（五）图像线性度（几何失真）（五）图像线性度（几何失真） 在下幅图像中分别测量在下幅图像中分别测量X方向与方向与Y方向的小方向的小孔间距孔间距,并与被测体测实际距离比较，用下式求出并与被测体测实际距离比较，用下式求出线性度线性度(L)： L=（D0 - D)/ D0 (3)NoImageM

25、RI性能检测方法性能检测方法（Magphan 体模）体模）（六）低对比度分辨力测量（六）低对比度分辨力测量 对体模第四层面扫描。体模正方体第四层面对体模第四层面扫描。体模正方体第四层面是一个有四组圆孔组成的模块，每组有三个相同是一个有四组圆孔组成的模块，每组有三个相同深度的孔，其直径分别为深度的孔，其直径分别为4mm,6mm,10mm。四。四组孔的深度分别为组孔的深度分别为: 0.5mm,0.75mm,1.0mm,2.0mm。该层四周各有。该层四周各有一条斜边。调节窗宽、窗位使图像细节最清晰，一条斜边。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用视觉确定能分辨清

26、楚的深度最小和直径最小的圆孔的像即低对比度分辨力。对体模第四层面重圆孔的像即低对比度分辨力。对体模第四层面重复扫描三次，求低对比度分辨力的平均值。复扫描三次，求低对比度分辨力的平均值。 NoImageMRI性能检测方法性能检测方法（Magphan 体模）体模）nMRI设备性能检测设备性能检测 序号序号 检测项目检测项目 指标要求指标要求 检测结果检测结果 1, 信噪比信噪比 场强场强1.5T: 90 0.5TT1.5T: 70 0.2TT0.5T: 60 场强场强0.2T: 55 2, 均匀度均匀度 75% 3, 空间分辨力空间分辨力 4.0 Lp/cm(1.25mm) 4, 图像线性度图像线性度 （几何畸变）（几