基于Magphan體模的磁共振成像設備低對比度分辨力的檢測評價

儲呈晨，李斌上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院 醫(yī)院管理研究中心，上海市，200233

0 引言

磁共振成像系統(tǒng)可以靈活控制組織信號并產(chǎn)生對比，影響磁共振成像對比的內在因素是與組織相關且相對不能改變的因素，例如質子密度、弛豫時間、化學位移、血液流動、病理變化等等；相對的外在因素是可以調整的脈沖序列參數(shù)及硬件配置，例如脈沖序列及其參數(shù)、偽影抑制技術、門控技術、靜磁場、線圈類型等等。早期疾病組織與正常組織的弛豫時間比較接近，而外在因素則決定了圖像的對比特性、圖像質量和對病變組織顯示的敏感性。低對比分辨力反映了磁共振成像系統(tǒng)分辨信號大小相近物體的能力，即磁共振成像設備的靈敏性，這一指標對疾病的早期診斷很有價值。

本文在Magphan標準水模中低對比分辨力測試平面上，控制影響圖像對比的外在因素，即保持序列掃描參數(shù)和硬件設施一致，評價磁共振成像設備的靈敏度。探討相關對比度分辨力的測試方法，設定低對比度分辨力的基線值，為監(jiān)測系統(tǒng)成像性能的穩(wěn)定性，建立長期穩(wěn)定的質量保證體系打下基礎。

1 資料與方法

1.1 對比度分辨力

對比度分辨力是指能夠檢測圖像中的微小灰階變化并能將圖像噪聲區(qū)分開的能力[1]。對比度分辨力是一種以圖像對比度和分辨率來描述圖像質量的方法。

1.1.1 磁共振圖像低對比度分辨力通用評價方法

低對比分辨力反映了MRI設備分辨信號大小相近的物體的能力，即MRI設備的靈敏程度[2]。Magphan體模操作手冊中的低對比度測試平面如圖1所示，對水平方向的對比可通過直徑大小不同、深度大小不同的測試目標獲得。通用方法是將窗寬和窗位調至合適的位置，分辨出最小的一組圓孔[3-4]。通用方法在實際操作過程中快捷、直觀、易于評價，但是在建立長期穩(wěn)定的質量保證體系過程中并不適用，無法監(jiān)測其變化規(guī)律。因此，本文引入新的檢測評價方法，從而建立低對比度分辨力的基線值，并監(jiān)測系統(tǒng)成像性能的穩(wěn)定性。

圖1 模體測試平面Fig.1 The tests plane of phantom

1.1.2 磁共振圖像低對比度分辨力檢測評價方法

本文將統(tǒng)計學中的t檢驗引入MRI設備的靈敏程度檢測評價中。低對比分辨力反映了MRI設備分辨信號大小相近的物體的能力，因此選用成組設計的兩樣本均數(shù)比較的t檢驗，以檢驗統(tǒng)計量作為MRI設備低對比分辨力值。計算式如下[5]：

其中，R代表低對比度分辨力，S1為信號測量區(qū)域的信號強度，S2為背景測量區(qū)域的信號強度；δ1為信號測量區(qū)域的標準偏差，δ2為背景測量區(qū)域的標準偏差；n1、n2分別為信號區(qū)域和背景區(qū)域測量的像素數(shù)。

本文在實際檢測過程中，根據(jù)體模內部結構，測量信號區(qū)域與背景區(qū)域大小一致，使得式（1）中n1和n2一致，從而使式（1）得到簡化：

1.2 實驗設備及檢測模體

本實驗以我院的一臺Philips Ingenia 3.0 T磁共振成像設備為研究對象，線圈選用配套頭線圈；檢測器材為Magphan SMR 170 (美國模體實驗室制造)、成像溶液配比（1 L蒸餾水+2 g五水硫酸銅（CuSO4·5H2O）+3.6 g氯化鈉（NaCl））；成像序列為自旋回波序列：TE=30 ms，TR=500 ms，層厚=5 mm，F(xiàn)OV=25 cm，采集矩陣=256×256，采集次數(shù)=2。成像模塊見圖1，該模塊是一個有機玻璃板，表面有4組圓孔，孔深分別為0.5 mm、0.75 mm、1.0 mm、2.0 mm，每組孔深相同，孔徑不同，直徑分別為4 mm、6 mm、10 mm。

2 結果與討論

低對比度分辨力測試結果見表1。

表1 低對比度分辨力測試Tab.1 The test result of low contrast resolution

由表1可知，最深孔深最大孔徑的圓孔的R值遠大于t界值（基線值），而最窄孔徑最淺孔深的圓孔的R值也大于t界值，可認為該設備在低對比分辨力下可分辨最小的圓孔；低對比分辨力的通用方法中將窗寬和窗位調至合適的位置，分辨出最小的一組圓孔，實際中調節(jié)窗寬窗位可分辨最小孔徑那一組圓孔，由表1中可知，孔徑最窄孔的那組圓孔R值最低，這與實際經(jīng)驗相符合。因此，本試驗評價方法得到驗證。

由表1可知，R值與測試圓孔孔徑相關，測量面積越大，R值越大；相同面積條件下，孔深越淺，R值越?。籺界值與測試區(qū)域像素相關，因此為保證長期設備性能監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性，測試區(qū)域的像素大小應保持不變；當測試區(qū)域像素大小固定后，根據(jù)自由度查找t界值表，確定性能監(jiān)測的基線值。

3 結論

本文驗證了在Magphan標準水模上對低對比分辨力的測試方法，其數(shù)據(jù)符合實際經(jīng)驗?？稍诖藱z測與評價方法的基礎上建立低對比分辨力的基線值，即測試區(qū)域的t界值；并通過定期檢測磁共振成像設備低對比度分辨力R值，監(jiān)測系統(tǒng)成像性能的穩(wěn)定性，一旦發(fā)現(xiàn)漂移應立即進行設備維護保養(yǎng)校正參數(shù)，保障設備的性能。