孟 奧 趙慶軍* 徐 桓 劉振芹 毛 巖

基于Matlab的磁共振成像線性度自動(dòng)檢測的研究*

孟 奧①趙慶軍①*徐 桓①劉振芹①毛 巖①

目的：采用Matlab語言，實(shí)現(xiàn)磁共振成像(MRI)線性度的自動(dòng)檢測，并與手動(dòng)測量方法進(jìn)行比較。方法：掃描美國體模實(shí)驗(yàn)室Magphan SMR170體模獲取圖像，手動(dòng)選擇圖像中小孔的位置，獲取圓心位置進(jìn)而得到小孔間距。結(jié)果：自動(dòng)檢測優(yōu)于手動(dòng)檢測，其耗時(shí)少，人工干預(yù)少。結(jié)論：線性度檢測的方法在MRI應(yīng)用質(zhì)量檢測中客觀程度高，可提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度，為大型醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量檢測提供可靠和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。

磁共振成像；體模；線性度；自動(dòng)檢測；質(zhì)量控制；Matlab語言

目前，磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)等大型醫(yī)療設(shè)備在臨床應(yīng)用中扮演著越來越重要的角色，其成像質(zhì)量關(guān)乎著醫(yī)護(hù)人員對(duì)患者病情的直接判斷，因此人們?cè)絹碓街匾曖t(yī)療設(shè)備的應(yīng)用質(zhì)量檢測[1-2]。MRI設(shè)備應(yīng)用的質(zhì)量檢測十分必要，而在MRI應(yīng)用質(zhì)量檢測中，線性度是評(píng)估MRI性能的一個(gè)重要指標(biāo)[3]。線性度又稱為幾何畸變，指物體圖像的幾何形狀或位置的改變程度，體現(xiàn)了MRI重現(xiàn)物體幾何尺寸的能力，用畸變百分率表示。根據(jù)美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(huì)(AAPM)要求，一般要求畸變百分率＜5%[4-5]。

對(duì)X射線計(jì)算機(jī)斷層成像(computed tomography，CT)及MRI等大型醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量檢測時(shí)，檢測人員攜帶體模采用“掃描圖像—測量圖像”的方式對(duì)線性度進(jìn)行手工測試，根據(jù)圖像得到數(shù)據(jù)并計(jì)算，參照標(biāo)準(zhǔn)判斷設(shè)備是否合格[6]。由于這種方式耗時(shí)長，客觀性差，人工因素多，且不能及時(shí)反饋設(shè)備的應(yīng)用質(zhì)量檢測結(jié)果[7]。為此，本研究提出線性度檢測的新方法，可提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度，為檢測提供可靠和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。

1 受檢設(shè)備與測試要求

1.1 受檢設(shè)備

美國GE的MRI設(shè)備3臺(tái)，德國西門子的MRI設(shè)備2臺(tái)，荷蘭飛利浦的MRI設(shè)備1臺(tái)，共計(jì)6臺(tái)。設(shè)備信息見表1。

表1 受檢設(shè)備信息

1.2 測試體模

美國體模實(shí)驗(yàn)室Magphan SMR170性能體?？臻g分辨率模塊。

1.3 掃描條件

在無特殊要求時(shí)，采用飽和恢復(fù)自旋回波成像脈沖序列(SE)，重復(fù)時(shí)間(TR)500 ms，回波時(shí)間(TE)30 ms，視野(FOV)25 cm，矩陣256×256，平均次數(shù)2次，單層掃描層厚10 mm[8-10]。

2 MRI線性度自動(dòng)測量

圖1 線性度自動(dòng)檢測算法流程圖

線性度自動(dòng)測量的算法流程如圖1所示。其具體步驟為：①在原始圖片中，用鼠標(biāo)大概選擇小孔的位置，截取包含小孔在內(nèi)的感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)；②由于ROI太小及包含像素點(diǎn)太少不利于分析，故將圖片進(jìn)行放大處理，改變ROI大??；③迭代法計(jì)算合適的閾值，對(duì)放大后的圖像采用迭代法實(shí)現(xiàn)二值化，分割出小孔呈圓形區(qū)域[11-12]；④對(duì)二值化圖像執(zhí)行形態(tài)閉、腐蝕[13]等操作得到圓形區(qū)域邊緣，對(duì)邊緣進(jìn)行細(xì)化，計(jì)算出圓心坐標(biāo)；⑤將得到的圓心坐標(biāo)進(jìn)行反變換，得到圓心在原始圖像中的坐標(biāo)；⑥計(jì)算在頻率編碼方向(X)與相位編碼方向(Y)的小孔間的間距，并與實(shí)際的距離比較，其線性度計(jì)算為公式1：

式中LR為實(shí)際距離；LM為測量距離。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

按照檢測標(biāo)準(zhǔn)要求擺放體模，設(shè)置相關(guān)掃描參數(shù)條件進(jìn)行掃描，其掃描圖像如圖2所示。

圖2 掃描圖像

3.1 圖像處理

截取的像素(6×6)，包含小孔在內(nèi)的ROI(如圖3a所示)，分別是對(duì)截取ROI進(jìn)行3種不同重建方法放大后的圖像(如圖3b、c、d所示)[14]。

本實(shí)驗(yàn)選取的是以bicubic重建方法放大，其二值化及邊緣如圖4所示。

3.2 數(shù)據(jù)處理

圖3 截取及放大后的圖像

圖4 二值化及邊緣圖像

圖5 數(shù)據(jù)處理界面圖

數(shù)據(jù)處理程序界面[15]如圖5所示。掃描圖像上共有13個(gè)小孔，從中心向外，從左向右分別編碼1～13。點(diǎn)擊提取坐標(biāo)，鼠標(biāo)點(diǎn)擊小孔的大概位置后回車，就會(huì)顯示當(dāng)前的圓心坐標(biāo)，按編碼填寫坐標(biāo)后，點(diǎn)擊計(jì)算，測量值、線性度及最大值均顯示在界面上。

3.3 數(shù)據(jù)比較

根據(jù)以上檢測方法得出自動(dòng)測量數(shù)據(jù)，并與手動(dòng)測量線性度方法的結(jié)果進(jìn)行比較，其結(jié)果見表2。

表2 自動(dòng)測量與手動(dòng)測量結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)論

用自動(dòng)測量方法得到的結(jié)果優(yōu)于手動(dòng)檢測，但自動(dòng)測量也存在一些缺點(diǎn)，編碼10～13點(diǎn)由于距離邊緣或者線對(duì)比較近，在提取坐標(biāo)時(shí)有時(shí)會(huì)受到影響，因此提取這些點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)可以多提取幾次。在MRI線性度檢測中，手動(dòng)測量具有較大的隨意性，使得不同檢測人員得到不同的數(shù)據(jù)，無法獲得統(tǒng)一的線性度。

自動(dòng)測量方法與手動(dòng)檢測方法相比具備以下優(yōu)點(diǎn)：①數(shù)據(jù)處理速度優(yōu)于手動(dòng)測量方法；②可以離線處理數(shù)據(jù)，不占用MRI工作時(shí)間；③避免了手動(dòng)測量中的人為誤差，提高了客觀準(zhǔn)確性。MRI線性度自動(dòng)檢測系統(tǒng)可簡化操作，節(jié)約工作時(shí)間，對(duì)大型醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量檢測提供了更加穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)，也極大提高了效率。

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Research on linearity automatic detection system of MRI based on Matlab

MENG Ao,ZHAO Qing-jun, XU Huan, et al

Objective:To realize the automatic detection of MRI linearity by adopting Matlab and compare the result with that by using manual detection.Methods:The image was obtained by scanning the Magphan SMR 170 phantom designed by the phantom laboratory of United States, the approximate location of the small hole in image was selected by manual operation so as to obtain the circle centre position and then obtain the space between two small holes.Results:Automatic detection was superior to manual detection, and its timeconsuming and manual intervention were less than that of manual detection.Conclusion:The automatic detection of linearity has higher objectivity in application quality detection of MRI, and it can enhance the accuracy of the detection result. Besides, it also can provide reliable and stable data for the application quality detection of large medical device.

Magnetic resonance imaging(MRI); Phantom; Linearity; Automatic detection; Quality control; Matlab

Institute of Inspection and Verification for Drug and Instrument, Sanitary Bureau of Logistics Department of Central Military Commission, Beijing 100071, China.

1672-8270(2017)11-0019-03

R445.2

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.11.006

孟奧,女,(1992- ),碩士研究生。中央軍委后勤保障部衛(wèi)生局藥品儀器檢驗(yàn)所，研究方向：CT及MRI檢測數(shù)據(jù)分析處理方法研究。

軍事醫(yī)學(xué)計(jì)量科研專項(xiàng)(2011-JL3-016)“軍隊(duì)大型醫(yī)療設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)督管理系統(tǒng)研究”

①中央軍委后勤保障部衛(wèi)生局藥品儀器檢驗(yàn)所 北京 100071

*通訊作者：yjszqj@sina.com

China Medical Equipment,2017,14(11):19-21.

2017-06-16