孟 奧 趙慶軍* 徐 桓 劉振芹 毛 巖

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是根據(jù)生物核磁性在磁場中表現(xiàn)的特征進(jìn)行成像的新技術(shù)[1]。近年來，隨著磁體技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，MRI技術(shù)得到了飛速發(fā)展，以對軟組織靈敏度高、定位準(zhǔn)確、無放射性及對人體無任何損傷等優(yōu)點[2]在臨床醫(yī)學(xué)中得到廣泛應(yīng)用，成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域中重要的一員。因此，磁共振圖像質(zhì)量直接關(guān)系到疾病的診治[3-4]。本研究基于Matlab平臺進(jìn)行編寫，而Matlab是美國MathWorks公司出品的用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級計算機(jī)語言和交互環(huán)境的數(shù)學(xué)軟件，實現(xiàn)了將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成于一個易于使用的視窗環(huán)境中。

信噪比(signal noise ratio，SNR)是指信號強(qiáng)度與噪聲強(qiáng)度的比值，是衡量圖像質(zhì)量的重要指標(biāo)，而圖像均勻性(image uniformity)則指MRI在掃描區(qū)內(nèi)對MRI特性均勻的物質(zhì)產(chǎn)生恒定信號響應(yīng)的能力，描述了MRI系統(tǒng)對體模內(nèi)同一物質(zhì)區(qū)域的再現(xiàn)能力[5-6]。

1 設(shè)備與檢測方法

1.1 受檢設(shè)備

美國GE設(shè)備4臺，德國西門子設(shè)備2臺。受檢設(shè)備信息見表1。

表1 受檢設(shè)備信息

1.2 測試體模

采用美國體模實驗室Magphan SMR 170性能體?？臻g分辨率模塊。

1.3 掃描條件

在無特別要求時，采用飽和恢復(fù)自旋回波(spin echo，SE)成像脈沖序列，重復(fù)時間(repetition time，TR)為500 ms，回波時間(echo time，TE)為30 ms，矩陣為256×256，單層掃描層厚為10 mm[7]。

1.4 指標(biāo)參考標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)國家衛(wèi)生行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WS/T263-2006“醫(yī)用磁共振成像(MRI)設(shè)備影像質(zhì)量檢測與評價規(guī)范”[8]。

2 手動測量方法

2.1 信噪比手動測量方法

國家衛(wèi)生部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采用了美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)單幅圖像法，并制定參考標(biāo)準(zhǔn)。掃描體模均勻性層面并獲取圖像，用選定好的感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)，在圖像中央和周圍測量信號強(qiáng)度和偏差。像素的信號強(qiáng)度由灰度值體現(xiàn)，因此信號強(qiáng)度等同于灰度平均值[9-10]。其圖像SNR計算為公式1：

式中SNR為信噪比；S為圖像中心區(qū)域的信號強(qiáng)度；S’為周圍環(huán)境區(qū)域的信號強(qiáng)度；SD為中央?yún)^(qū)域的信號標(biāo)準(zhǔn)差；信噪比的國家標(biāo)準(zhǔn)：主磁場B0≤0.5 T時，SNR≥50；0.5 T＜B0＜1.0 T時，SNR≥80；B0≥1.0 T時，SNR≥100。

2.2 圖像均勻性手動測量方法

掃描體模均勻性層面并獲取圖像。在正方形區(qū)域選擇9個ROI，分析比較各點的灰度值[11]。其圖像均勻性計算為公式2：

式中U為圖像均勻性；Smax為所測區(qū)域中信號最大值；Smin為所測區(qū)域中信號最小值；圖像均勻度的國家標(biāo)準(zhǔn)為：均勻度U≥75%。

2.3 手動測量的缺點

(1)ROI位置和大小的不同會導(dǎo)致信噪比及圖像均勻性的不同。

(2)ROI位置不能達(dá)到精確和一致。

(3)隨意性和主觀干預(yù)較多。

3 自動檢測系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 自動檢測流程

自動檢測系統(tǒng)的算法流程具體步驟為：①確定掃描圖像內(nèi)部是否有明顯的偽影，如有則需要舍棄圖像，重新獲取掃描圖像；②采用Matlab編寫迭代法計算合適的閾值，實現(xiàn)對掃描圖像二值化；③對二值化圖像執(zhí)行形態(tài)閉、腐蝕等操作得到圓形區(qū)域邊緣，對邊緣進(jìn)行細(xì)化，計算出圓心坐標(biāo)；④根據(jù)圓心坐標(biāo)確定ROI的位置，計算其均值和方差；⑤根據(jù)信噪比及圖像均勻性的公式計算得出結(jié)果，并與手動測量方法進(jìn)行相關(guān)性分析；⑥將計算得到的結(jié)果顯示在自動測量系統(tǒng)(如圖1所示)。

圖1 自動檢測系統(tǒng)流程圖

3.2 自動檢測系統(tǒng)界面

(1)基于Matlab GUI平臺構(gòu)建自動檢測系統(tǒng)界面。自動檢測系統(tǒng)界面可以顯示掃描圖像、生產(chǎn)廠家、視野、矩陣等信息(如圖2所示)。

圖2 自動檢測系統(tǒng)掃描圖像及界面圖

(2)數(shù)據(jù)處理后界面左側(cè)顯示掃描圖像、生產(chǎn)廠家、視野、矩陣等信息；界面右側(cè)顯示不同ROI的均值、方差及計算后的信噪比和圖像均勻性，可在界面中清楚地顯示不同ROI的位置和數(shù)據(jù)[12](如圖3所示)。

圖3 數(shù)據(jù)處理后界面圖

3.3 實驗數(shù)據(jù)分析

采用pearson系數(shù)[13]對信噪比和圖像均勻性的手動和自動檢測方法進(jìn)行相關(guān)性分析，計算相關(guān)系數(shù)顯示，基于統(tǒng)計學(xué)的手動檢測方法和自動檢測方法具有很強(qiáng)的一致性(r=0.970，r=0.975；P＜0.01)。因此，自動檢測方法可用于MRI質(zhì)量檢測中，且數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確穩(wěn)定，見表2[14]。

表2 手動檢測與自動檢測相關(guān)性分析

4 結(jié)論

MRI技術(shù)性能評價指標(biāo)是評價MRI系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是設(shè)備有效性的考核標(biāo)準(zhǔn)，也是臨床和效果得以實現(xiàn)的前提。MRI信噪比和圖像均勻性自動檢測系統(tǒng)的研究與實踐表明，MRI應(yīng)用質(zhì)量控制數(shù)字化檢測方法具有可行性，可借助信息化手段高效完成MRI應(yīng)用質(zhì)量檢測，為設(shè)備性能的穩(wěn)定性打下了堅實的基礎(chǔ)。該檢測方法耗時少、簡單實用，減少人為誤差，且確保實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和客觀性，可極大提高大型醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用的質(zhì)量控制檢測效率[15]。

[1]王志遠(yuǎn)，余曉鍔，江貴平，等.大型醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的遠(yuǎn)程質(zhì)量控制[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2000，21(2)：22-23.

[2]李夢，杜娟，趙鵬，等.MRI遠(yuǎn)程質(zhì)量控制檢測方案的建立與實施[C].中國醫(yī)學(xué)裝備協(xié)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會論文集，2016：112-115.

[3]葉曉煒.軍隊大型醫(yī)療設(shè)備質(zhì)量現(xiàn)狀分析[J].解放軍醫(yī)院管理雜志，2008，15(4)：381-383.

[4]付麗媛，梁永剛，倪萍，等.3.0T磁共振成像系統(tǒng)控制檢測[J].中國醫(yī)學(xué)裝備，2016，13(3)：25-28.

[5]儲呈晨，王龍辰，畢帆，等.磁共振圖像質(zhì)量控制中的若干評價指標(biāo)探討[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2016，31(7)：124-127.

[6]李成，葛劍徽.MRI質(zhì)量檢測圖像參數(shù)自動評價系統(tǒng)的設(shè)計分析[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2013，34(10)：24-25.

[7]任國荃，劉曉軍.磁共振成像設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量檢測技術(shù)與評審[M].北京：人民軍醫(yī)出版社，2005：84-85.

[8]中華人民共和國衛(wèi)生行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).WS/T263-2006醫(yī)用磁共振成像(MRI)設(shè)備影像質(zhì)量檢測與評價規(guī)范[S].中華人民共和國衛(wèi)生部，2007.

[9]康立麗，余曉鍔.MRI圖像信噪比影響因素分析[J].放射學(xué)實踐，2001，16(6)：404.

[10]康立麗，盧廣文，余曉鍔，等.MRI掃描參數(shù)與信噪比關(guān)系的實驗研究[J].中華放射學(xué)雜志，2003，37(3)：225-227.

[11]趙慶軍，劉曉軍，徐桓，等.磁共振圖像均勻度及層厚檢測方法研究[J].中國醫(yī)學(xué)裝備，2015，12(3)：12-15.

[12]王玉林，葛蕾，李艷斌，等.新型界面開發(fā)工具：MATLAB/GUI[J].無線電通信技術(shù)，2008(6)：50-52.

[13]盧紋岱.SPSS for Window統(tǒng)計分析[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006：360-372.

[14]嚴(yán)麗坤.相關(guān)系數(shù)與偏相關(guān)系數(shù)在相關(guān)分析中的應(yīng)用[J].云南財經(jīng)大學(xué)學(xué)報，2003，19(3)：78-80.

[15]宋豐言，戴晨曦，張和華，等.醫(yī)用磁共振質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)化研究[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2015，36(10)：106-108.