尹紅霞,劉雅文,楊娉娉,張 藝,朱建明,楊正漢,王振常*
(1.首都醫(yī)科大學附屬北京友誼醫(yī)院放射科,北京 100050;2.中國計量大學信息工程學院,浙江 杭州 310018)
對MRI設備層間射頻信號干擾進行檢測的實踐
尹紅霞1,劉雅文2,楊娉娉2,張 藝1,朱建明2,楊正漢1,王振常1*
(1.首都醫(yī)科大學附屬北京友誼醫(yī)院放射科,北京 100050;2.中國計量大學信息工程學院,浙江 杭州 310018)
目的對3臺MRI設備的層間射頻信號干擾情況進行檢測,以加深對層間射頻信號干擾現象的認識。方法通過3臺MRI設備(設備1:GE 1.5T HDi,裝機時間:2012年;設備2:GE 3.0T HD,裝機時間:2006年;設備3:GE 3.0T 750W,裝機時間:2016年)采用軸位T1WI序列掃描ACR模體,記錄層間距為5.0、1.0、0.5和0 mm時的SNR,繪制SNR變化百分比與層間距百分比的函數圖。處置標準:當層間距從5 mm減小到0時,由層間射頻信號干擾作用所導致的SNR的下降不超過20%。結果當層間距由5 mm減小到0時,設備1的SNR下降幅度為18.16%,設備2的SNR下降幅度為23.57%,設備3的SNR下降幅度為10.75%;設備1和設備3的層間射頻信號干擾檢測結果達到處置標準,設備2(使用時間超過10年)的檢測結果未達標。結論3臺MRI設備都存在不同程度的層間射頻信號干擾現象,其中使用時間最久的設備檢測結果不達標。層間射頻信號干擾檢測應該在臨床質量控制工作中受到重視。
層間射頻信號干擾;質量控制;磁共振成像
MRI掃描儀是醫(yī)學影像診斷的重要設備,隨著技術的發(fā)展,其在臨床診療中發(fā)揮的作用越來越重要。穩(wěn)定的硬件性能是產生高質量圖像的基本保證。為檢測MRI設備硬件性能、保證圖像質量,臨床質量控制制度在美國等西方國家得以發(fā)展[1-3]。其中,層間射頻信號干擾檢測是MRI設備臨床質量控制的重要項目之一[1]。隨著我國MRI設備臨床應用的深入發(fā)展,國內醫(yī)療機構也開始逐步認識到臨床質量控制的重要性[4-6]。2015年以前美國放射學會(American College of Radiology, ACR)發(fā)布的《磁共振質量控制手冊》中,層間射頻信號干擾檢測曾是每年例行檢測的重要項目之一[1]。層間射頻信號干擾的處置標準是:當層間距從5 mm降到0時,由層間射頻信號干擾作用所導致的SNR下降不超過20%[1]。近10年,隨著MRI技術的發(fā)展,硬件設備的層間射頻信號干擾現象逐步得到改善,ACR發(fā)現,目前美國幾乎所有的MRI設備,在層間距為0時,都可以很容易實現SNR下降不超過20%這一處置目標[2]。因此,在ACR發(fā)布的最新版《磁共振質量控制手冊》(2015版)中,該檢測項目不再列為MRI設備認證的強制檢測項目。同時ACR強調,醫(yī)療機構是否有必要對層間射頻信號干擾進行檢測,最終由負責質量控制的醫(yī)學物理師決定[2]。在我國,MRI設備的臨床質量控制工作尚處于起步階段,有關層間射頻信號干擾檢測的研究未見報道,致使我們無法了解各類MRI設備在這一指標的達標情況。由于國內各級醫(yī)療機構使用的MRI設備類型多樣,使用時間和使用環(huán)境存在很大差異,很難保證這一項指標全部達到ACR之前要求的標準[1]。本文將對本單位3臺MRI設備的層間射頻信號干擾指標進行檢測,旨在為臨床質量控制工作提供參考。
1.1 設備與主要材料 MRI設備1(型號:GE 1.5T HDi,2012年裝機);MRI設備2(型號:GE 3T HD,2006年裝機);MRI設備3(型號:GE 3T 750W,2016年裝機)。3臺設備均配備GE公司生產的正交鳥籠頭線圈。ACR模體(圓柱形,型號:J12731,制造商:J.M.SPECIALTY PARTS),直徑190 mm,高148 mm,內部填充10 mmol/L的氯化鎳溶液和75 mmol/L的氯化鈉溶液。
1.2 掃描序列及參數 將ACR模體正確擺放于正交鳥籠頭線圈內,先行三維定位掃描。后掃描軸位T1WI,定位時在矢狀定位圖上顯示兩個45°交叉楔形板插件,將第1層和第11層分別定位于兩個楔形交叉角處[7]。采用SE序列,掃描參數:TR 500 ms,TE 20 ms,NEX 1,層厚5 mm,層間距5 mm,FOV 25 cm×25 cm,矩陣256×256,層數為11層。保留其他掃描參數不變,改變層間距,將其設置為1.0 mm、0.5 mm、0后,重復掃描。
1.4 檢測標準(處置界限) 當層間距從5 mm減小至0時,由層間射頻信號干擾作用所導致的SNR的下降不超過20%[1]。
3臺MRI設備層間射頻信號干擾檢測的結果見圖1。
MRI設備1(GE 1.5T HDi)的檢測結果顯示,隨著層間距變小,圖像SNR呈下降趨勢。與層間距為 5 mm時的SNR相比,層間距為1 mm、0.5 mm和0時,SNR下降幅度分別為0.58%、11.50%和18.16%(圖1A)。該設備在層間距很小時,圖像SNR會受層間射頻信號干擾現象的影響而下降,但下降幅度不超過檢測標準。
MRI設備2(GE 3THD)的檢測結果顯示,隨著層間距變小,圖像SNR下降趨勢明顯。與層間距為 5 mm時的SNR相比,層間距為1 mm、0.5 mm和0時,SNR下降幅度分別為4.56%、17.61%、23.57%(圖1B)。該設備層間距設置較小時,會產生較為明顯的層間射頻信號干擾;在層間距為0時,圖像SNR下降幅度已超過20%,超出檢測標準的要求。
MRI設備3(GE 3T 750W)的檢測結果顯示,隨著層間距變小,圖像SNR會有小幅度的下降,層間距為1 mm、0.5 mm和0時,SNR下降幅度分別為10.75%、4.49%和1.86%(圖1C)。該設備受層間射頻信號干擾的影響較小,符合檢測標準的要求,該設備在層間射頻信號干擾這一指標方面性能良好。
圖1 SNR隨層間距改變的函數圖 A.MRI設備1(GE 1.5T HDi); B.MRI設備2(GE 3.0T HD); C.MRI設備3(GE 3.0T 750W)
圖2 層間射頻信號干擾原理示意圖 A.理想射頻脈沖信號及其傅里葉變換波形; B.實際射頻脈沖信號及其傅里葉變換波形; C.層間距減小導致射頻信號干擾
MRI技術的理論基礎是核磁共振現象[8-10]。靜磁場中的氫質子以角頻率ω進動;這時,施加一個相同頻率的射頻脈沖對質子進行激發(fā),射頻脈沖的能量傳遞給質子將產生核磁共振現象。射頻脈沖關閉后,用射頻線圈采集MR信號并由計算機處理即得到MR圖像。理想情況下,射頻激勵脈沖信號的幅值隨時間的增加逐漸減少,在時域中是無限的,其傅里葉變換(Fourier transform, FT)是輪廓銳利的矩形波(圖2A)[8-10]。但是,受梯度場線性、射頻脈沖的頻率特性等影響,實際采用的射頻脈沖信號只能在有限的時間內衰減,其傅里葉變換后的波形不是完美的矩形波,而是存在旁瓣的波形(圖2B)[8-10]。在二維成像時,一個TR內需要進行多個層面的射頻激發(fā)和數據采集,當層間距很小或為0時,相鄰層面的射頻脈沖傅里葉變換之間會產生重疊現象(圖2C)[8-10]。這被稱作層間射頻信號干擾。層間射頻信號干擾主要造成兩種現象:①在二維層面激發(fā)順序為逐層方式時,可能會出現各層SNR降低;②在二維層面激發(fā)為隔層方式時,可能會出現奇數層和偶數層的圖像亮度不同[8]。在MRI掃描中,層間距是基礎參數之一,MRI設備的層間射頻信號干擾的存在會直接影響層間距很小或為0的圖像質量。
層間射頻信號干擾是一種射頻相關的偽影,是由射頻激勵層面選擇缺陷造成的相鄰掃描層之間的干擾效應。作為一種普遍存在的現象,層間射頻信號干擾在2004年ACR發(fā)布的《磁共振質量控制手冊》中,被列為專門的檢測項目,通過檢測不同層間距時的SNR來評估層間射頻信號干擾是否嚴重影響圖像質量[1]。隨著MRI技術的提高,ACR發(fā)現美國的MRI設備進行此項檢測后的達標率幾乎達到百分之百。因此,在2015年ACR發(fā)布的《磁共振質量控制手冊》中,將此項質量控制檢測項目刪掉,默認所有設備都能達標。在國內,因為臨床質量控制工作的滯后,對各級醫(yī)療機構正在使用的MRI設備來說,并不能保證層間射頻信號干擾的指標全部能達到標準。因此,仍需要重視層間射頻信號干擾的檢測,并盡量減少層間射頻信號干擾現象對圖像質量的影響,以保證得到高質量的醫(yī)學圖像。
本文對本單位不同型號、場強和裝機時間的3臺MRI設備進行了層間射頻信號干擾的檢測。三臺設備的檢測結果表明,隨層間距變小,圖像SNR呈下降趨勢。其中,2012年裝機的GE 1.5T HDi和2016年裝機的GE 3T 750W兩臺設備,其檢測結果能符合層間射頻信號干擾項目的檢測標準;但2006年裝機的3T HD設備,SNR在層間距為0時下降幅度超出了檢測標準。比較3臺設備的檢測結果,裝機時間最久的3T HD在層間距減小后SNR衰減最明顯,甚至超過20%的檢測標準;安裝最晚的GE 3T 750W在層間距減小后SNR衰減幅度最小。對于已經使用10年之久的GE 3T HD設備,可能由于裝機時間比較長,其硬件性能出現下降,射頻脈沖變得不規(guī)整。從這方面的原因考慮,裝機時間越久的MRI設備,越有可能受層間射頻信號干擾現象的影響,甚至當設置的層間距很小時,圖像SNR可能出現大幅度下降,影響臨床診斷。因此,國內醫(yī)療機構依然需要重視層間射頻信號干擾的質量控制檢測。本文對射頻信號干擾的檢測只做了初步嘗試,射頻信號干擾現象對醫(yī)學圖像的影響程度還需要進一步研究。
如果MRI設備檢測提示,在零層間距時存在明顯的層間射頻信號干擾現象,可以采取3項不同措施來改善圖像SNR:①增加相鄰兩個掃描層之間的層間距;②采用隔層采集模式,交錯掃描奇數層和偶數層;③延長射頻脈沖從而獲得更接近于矩形波的脈沖信號[8]。但是,每一種改善措施的運用,并不會只帶來好處,相應的也會有一定的弊端。如果增加了兩個掃描層之間的間隔,雖然可以減少層間射頻信號干擾,但是會增加非采樣體積,使得位于層間距內的小病灶的漏診率增加。MRI順序掃描時,相鄰的掃描層會共享特定的頻率范圍;如果選擇隔層掃描方式,即先掃描奇數層再掃描偶數層,雖然在一定程度上降低了干擾現象,但會使掃描時間成倍增加。同樣,延長射頻脈沖也會增加掃描時間。因此,在臨床應用中,需要根據實際掃描需求和情況制定合理的掃描方案,選取最優(yōu)掃描方法,得到高質量的圖像。
本文通過對3臺MRI設備的檢測實踐加深了對這一性能指標的理解。雖然層間射頻信號干擾現象會隨著MRI技術的提高和設備的更新對醫(yī)學圖像質量的影響變小,但醫(yī)療機構仍應該重視這一現象。對MRI設備層間射頻信號干擾的質量控制檢測,可以讓我們更全面的掌握設備的硬件性能,為掃描序列的參數設置提供參考,以確保獲得更高質量的醫(yī)學圖像。
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Initialpracticeoncross-talktestsforMRIscanners
YINHongxia1,LIUYawen2,YANGPingping2,ZHANGYi1,ZHUJianming2,YANGZhenghan1,WANGZhenchang1*
(1.DepartmentofRadiology,BeijingFriendshipHospital,CapitalMedicalUniversity,Beijing100050,China; 2.CollegeofInformationEngineering,ChinaJiliangUniversity,Hangzhou310018,China)
ObjectiveTo detect the cross-talk RF signal interference of three MRI scanners, in order to deepen the understanding of cross-talk RF signal interference.MethodsThree different GE magnetic resonance imaging scanners (GE 1.5T HDi, installation time: 2012; GE 3.0T HD, installation time: 2006; GE 3.0T 750W, installation time: 2016) were tested. The axial T1-weighted sequence was used to scan ACR phantom. Slice gaps with 5.0 mm, 1.0 mm, 0.5 mm and 0 were performed, respectively. SNR values were also recorded. Based on the results, the percentage change charts of SNR with slice gaps were made. Test standard was set as SNR decreased less than 20% when the slice gap reduced from 5 mm to 0.ResultsWhen slice gap was reduced from 5 mm to 0, SNRs for three scanners decreased by 18.16%, 23.57% and 10.75%, respectively. Both the results of cross-talk obtained with GE 1.5T HDi and GE 3.0T 750W scanner met the test standard, while the result obtained with GE 3.0T HD (used for more than 10 years) was below the standard.ConclusionThe cross-talk RF signal interference still exists for three MRI scanners. The test result of the scanner used for the longest time is unqualified. The quality control test of cross-talk should be done in the daily work.
Cross-talk; Quality control; Magnetic resonance imaging
國家重點研發(fā)計劃數字診療裝備研發(fā)重點專項(2016YFC0106901)、科技北京百名領軍人才培養(yǎng)工程(Z141107001514002)、北京市醫(yī)管局“使命”人才計劃(SML20150101)、北京學者(京人社專家發(fā)[2015]160號)。
尹紅霞(1979—),女,山東濟南人,碩士,工程師。研究方向:磁共振質量控制和成像新技術的應用研究。E-mail: 282496774@qq.com
王振常,首都醫(yī)科大學附屬北京友誼醫(yī)院放射科,100050。E-mail: cjr.wzhch@vip.163.com
2017-06-08
2017-10-12
R445.2
A
1003-3289(2017)11-1607-04
10.13929/j.1003-3289.201706055