劉龍 ，儲呈晨，王龍辰，李斌

1. 上海交通大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，上海 200030；2. 上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院 a. 醫(yī)院管理研究中心；b. 醫(yī)學(xué)裝備處，上海 200233

引言

核磁共振廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷和臨床研究。如今，3.0T核磁共振在醫(yī)院中應(yīng)用越來越多，高場強(qiáng)允許使用快速掃描序列而獲得高空間分辨率圖像，但隨著磁場強(qiáng)度的增大，掃描過程中產(chǎn)生的噪聲也隨之增大。磁共振噪聲主要來源于梯度線圈，掃描過程中梯度線圈導(dǎo)體電流切換與主磁場作用產(chǎn)生洛倫茨力，引起磁體構(gòu)件和周圍構(gòu)件振動。此外，噪聲還來源于渦流引起的金屬結(jié)構(gòu)振動如低溫器內(nèi)孔、RF線圈[1]。直接引起噪聲輻射的結(jié)構(gòu)振動的大小主要取決于磁場強(qiáng)度、梯度強(qiáng)度、掃描儀結(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)、空間設(shè)施以及開關(guān)電流的頻率和波形[2]。

磁共振掃描過程中的噪聲是影響臨床檢查與研究的重要問題之一。噪聲不僅干擾正常交流，影響聽覺，甚至可能會導(dǎo)致患者心理問題，產(chǎn)生暫時聽閾改變、焦慮、煩惱、精神疲勞和恐懼[3-5]，尤其對于精神病患者和兒童。磁共振噪聲影響大腦激活模式[6]，對神經(jīng)科學(xué)和精神病學(xué)研究——如大腦fMRI 成像——造成不可忽視的影響。由于磁共振噪音主要來自梯度線圈的振動，過強(qiáng)的振動甚至可能影響主磁場的波動，進(jìn)而影響到磁共振成像質(zhì)量[7-8]。

目前國際上沒有統(tǒng)一的噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。鑒于噪聲對人體的各種危害，各個國家都制定了工作環(huán)境中的噪聲限值[9]。IEC 60601-2-33：2010 規(guī)定MRI 設(shè)備在任何可接近區(qū)域內(nèi)不應(yīng)產(chǎn)生高于140 分貝（dB）的未加權(quán)峰值噪聲；對于病人來說，該噪聲不能大于99 dBA（A 計權(quán)聲壓級）[10]。我國醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY0319-2008 對應(yīng)于IEC60601-2-33:2002及《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096-2008）規(guī)定醫(yī)療衛(wèi)生等需要安靜環(huán)境的1 類區(qū)域白天環(huán)境噪聲不能超過55dBA[11]。美國職業(yè)安全與健康部（OSHA）提出以85 dBA為實施水平，超出該限值則要采取保護(hù)措施[12]。美國政府工業(yè)衛(wèi)生學(xué)家協(xié)會（ACGIH）提出以80 dBA 為最高允許限值，若接觸時間減半，可以增加至83 dBA[13]。澳大利亞，巴西，法國，德國，匈牙利，瑞典，英國等大部分歐洲國家采用85 dBA作為8小時等效噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[9]，每減半暴露時間的聲級（通常稱為交換率）允許增加值為3 dB，而巴西、美國允許增加5 dB，不同國家對制訂噪聲暴露最大聲級有不同的標(biāo)準(zhǔn)，一般都定為115 dBA（F 檔）或峰值140 dB（線性）。

為了評估國內(nèi)醫(yī)院核磁共振的噪音現(xiàn)狀，本研究測量了國內(nèi)69 臺核磁共振（1.5T 和3.0T）運(yùn)行SE-EPI、SE、FSE 和3DGE 序列產(chǎn)生的最大聲級和掃描室背景噪聲水平，并對照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。

1 實驗方法

如表1 所示，對52 家醫(yī)院共69 臺MRI 設(shè)備進(jìn)行臨床基本通用脈沖序列的噪聲測量，測量工具使用Reed SD-4023 聲級計（REED Instruments, North America）和CEM SC-05（Shenzhen Everbest Machinery Industry Co. Ltd.，深圳）噪音校準(zhǔn)儀，將聲級計放置于檢查孔出口處，與磁體等中心水平。REED 聲級計符合IEC 61672 Class 2 規(guī)范[14]，精度0.1 dB，準(zhǔn)確度±1.4 dB 對磁場不敏感。聲級計參數(shù)設(shè)置A-weighting，F(xiàn)ast（200 ms），采樣間隔1 s。所有測試之前都經(jīng)過校準(zhǔn)器（CEM SC-05）校準(zhǔn)，測量時傳聲器均加防風(fēng)罩。

測量各磁共振磁體室環(huán)境背景噪聲值，即沒有序列運(yùn)行時，其主要聲源來自液氦循環(huán)系統(tǒng)，并對同型號測量值進(jìn)行算術(shù)平均處理。MRI 設(shè)備掃描噪音的大小不僅與磁場強(qiáng)度B0，梯度幅值和切換率，TE，TR，F(xiàn)OV，層厚有關(guān)[2,15]，且噪音在檢查孔的邊緣會大于磁體中心[15-16]，檢查孔內(nèi)聲學(xué)特性還與孔內(nèi)是否有物體或測試者有關(guān)[15]。因此實驗中聲級計均擺放在檢查孔出口邊緣處，且序列運(yùn)行時使用了Magphan SMR 170（The Phantom Laboratory, New York，USA）磁共振性能測試專用體模（1 L 蒸餾水+2 g五水硫酸銅+3.6 g 氯化鈉）進(jìn)行頭部掃描。序列分別選用單激發(fā)SE-EPI，SE，F(xiàn)SE，3DGE，所有MRI 系統(tǒng)使用了相同的序列參數(shù)，序列的詳細(xì)參數(shù)，見表2。

表1 MRI系統(tǒng)信息和序列最大聲級

表2 序列參數(shù)

數(shù)據(jù)處理中，采用曼-惠特尼U 檢驗（Mann-Whitney U-test）對1.5T 和3.0T 的噪聲水平進(jìn)行非參數(shù)檢驗。分別對SE-EPI、SE、FSE 和3DGE 序列下1.5T 和3.0T 各品牌噪聲水平進(jìn)行Kruskal-Wallis 檢驗，推斷各品牌噪聲水平是否存在統(tǒng)計學(xué)差異，若存在至少2 組數(shù)據(jù)存在統(tǒng)計學(xué)差異，進(jìn)一步采用Dun's-Test 兩兩比較，P 值修正采用Bonferroni法，并與檢驗水平進(jìn)行比較。

3 結(jié)果

圖1 為各品牌特定型號MRI 系統(tǒng)磁體室環(huán)境噪聲和4 種序列運(yùn)行時的最大聲級Lmax。所有MRI 磁體室的SEEPI、SE、FSE、3DGE 最大聲級和環(huán)境噪聲聲級均值分別為98.1±11.5、87.7±8.6、91.1±9.5 和59.2±3.2 dBA。各 品牌MRI 運(yùn)行SE-EPI、SE、FSE、3DGE 序列的最大聲級均值和方差，見表1，最高值為品牌E 的3DGE 序列，達(dá)123 dBA。所有序列最大聲級均在《醫(yī)用電器設(shè)備 第2-33部分：醫(yī)療診斷磁共振設(shè)備安全專用要求》YY 0319-2008/IEC 60601-2-33:2002 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值140 dB（線性，峰值）以下，但所有設(shè)備磁體室的背景噪聲均超出了GB 3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ類限值55 dBA （圖1）。

圖1 各MRI系統(tǒng)磁體室背景噪聲和4種序列的最大聲級（Means，SD）

1.5 T MRI 序列運(yùn)行下的最大聲級總體比3.0T MRI 低6.2～8.3 dBA （圖2）（U 檢 驗PSE=0.0013，PFSE=1.5652e-04，PSE-EPI=0.0012，P3DGE=0.0057，P 值 均 小 于0.05）， 與Hattori[17]的測試結(jié)果相符。

圖2 不同場強(qiáng)MRI序列最大聲級（Means，SEM）

3.0 T 的SE-EPI 序 列 中，Kruskal-Walls 檢 驗（chisquared=16.373，df=3，P-value=0.000951）表明至少有一個品牌其噪聲水平與其他品牌存在統(tǒng)計學(xué)差異，其中C 的噪聲水平顯著低于A 和E，F(xiàn) 顯著低于E。兩兩比較統(tǒng)計量和P 值，見表3。1.5T 的SE-EPI 序列中，Kruskal-Walls 檢驗（chi-squared =5.5324，df=4，P-value=0.2369）顯示各品牌噪聲水平無統(tǒng)計學(xué)差異。

表3 SE-EPI序列下各品牌兩兩比較Dun's-Test統(tǒng)計量和P值（Bonferroni，3.0T）

3.0 T 的SE 序 列 中，Kruskal-Walls 檢 驗（chisquared=3.0797，df=3，P-value=0.3795）顯示各品牌噪聲水平無統(tǒng)計學(xué)差異。1.5T 的SE 序列中，Kruskal-Walls 檢驗（chi-squared=16.216，df=4，P-value=0.002742）表明至少有一個品牌其噪聲水平與其他品牌存在統(tǒng)計學(xué)差異，其中D 的噪聲水平顯著低于B 和H，兩兩比較統(tǒng)計量和P 值，詳見表4。

表4 SE序列下各品牌兩兩比較Dun's-Test統(tǒng)計量和P值（Bonferroni，1.5T）

3.0 T 的FSE 序 列 中，Kruskal-Walls 檢 驗（chisquared=11.016，df=3，P-value=0.01164）表明至少有一個品牌其噪聲水平與其他品牌存在統(tǒng)計學(xué)差異，其中C 的噪聲水平顯著低于A。1.5T 的FSE 序列中，Kruskal-Walls 檢驗（chi-squared=17.858，df=4，P-value=0.001315）表明至少有一個品牌其噪聲水平與其他品牌存在統(tǒng)計學(xué)差異，其中D 的噪聲水平顯著低于B。兩兩比較統(tǒng)計量和P 值，詳見表5 和表6。

表5 FSE序列下各品牌兩兩比較Dun's-Test統(tǒng)計量和P值（Bonferroni，3.0T）

表6 FSE序列下各品牌兩兩比較Dun's-Test統(tǒng)計量和P值（Bonferroni，1.5T）

3.0 T 的3DGE 序 列 中，Kruskal-Walls 檢 驗（chisquared=5.4305，df=3，P-value=0.1429）顯示各品牌噪聲水平無統(tǒng)計學(xué)差異。1.5T 的3DGE 序列中，Kruskal-Walls 檢驗（chi-squared=9.8412，df=4，P-value=0.04319）表明至少有一個品牌其噪聲水平與其他品牌存在統(tǒng)計學(xué)差異，其中I 的噪聲水平顯著低于B，兩兩比較統(tǒng)計量和P 值，詳見表7。

表7 3DGE序列下各品牌兩兩比較Dun's-Test統(tǒng)計量和P值（Bonferroni，1.5T）

4 討論

所有品牌MRI 系統(tǒng)的環(huán)境噪聲均超過55 dBA，醫(yī)院磁體室噪聲水平還需進(jìn)一步加強(qiáng)控制。同一個品牌的磁共振系統(tǒng)，在不同醫(yī)院運(yùn)行同一序列的最大噪聲值波動較大，最大標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)13 dBA，可能與磁體室?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)，裝修材料等有關(guān)，各品牌廠家在醫(yī)院安裝MRI 系統(tǒng)對環(huán)境噪聲還需嚴(yán)格控制，以降低各醫(yī)院環(huán)境如安裝面積、建筑材料等因素的差異。3.0T MRI 中C 品牌機(jī)型的序列噪聲水平表現(xiàn)最低，A 和E 品牌機(jī)型則較高。1.5T MRI 中，D 品牌機(jī)型的序列噪聲水平則低于B 和H 品牌。實驗測量中的最大聲級與峰值為不同概念，通常最大聲級比峰值小3 dB，69 臺磁共振的序列最大聲級測量值高達(dá)123 dBA，與標(biāo)準(zhǔn)YY0319-2008 規(guī)定的限值140 dB 相差甚遠(yuǎn)，可以認(rèn)為這些被測磁共振系統(tǒng)運(yùn)行SE-EPI、SE、FSE 和3DGE 序列所產(chǎn)生噪聲水平在峰值限制以內(nèi)。一些國家規(guī)定噪聲暴露最大限值不能超過115 dBA，本次測試中12 臺設(shè)備最大聲級超過115 dBA，主要在A、E 品牌的EPI 序列。

IEC60601-2-33 規(guī)定當(dāng)病人暴露于99 dBA 以上環(huán)境時必須采取保護(hù)措施，事實上，病人體質(zhì)處于脆弱狀態(tài)，英國藥監(jiān)局MHRA 認(rèn)為盡管低于99 dBA，也應(yīng)該采取聽覺保護(hù)措施[18]。病人通過佩戴耳機(jī)或耳塞，在一定頻率范圍內(nèi)可降低39～41 dBA[16]，對病人免于遭受高分貝噪音傷害具有可觀的保護(hù)作用，且既經(jīng)濟(jì)又實效。一些耳機(jī)提供的放松音樂甚至可以顯著緩解病人因為接受檢查而產(chǎn)生的緊張情緒[18]，但這在一定程度上也不可避免地阻礙操控室技師與病人之間的交流[19]，對于一些部位如膽囊汁水成像檢查需要技師與病人在檢查中途進(jìn)行溝通配合的情況下，通常不會給病人佩戴耳機(jī)，導(dǎo)致病人必須完全暴露于噪聲之下。

佩戴耳機(jī)與耳塞屬于被動降噪手段，并未從根源解決磁共振噪聲問題。通常，在高于1 kHz 頻段的噪音，通過耳機(jī)可降低約30 dB，但對于低頻段，降噪效果只能達(dá)到10 dB[20]。MR 系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲峰值出現(xiàn)在1 kHz 以下[17,20]，所以佩戴耳機(jī)只能解決部分噪聲問題。設(shè)計一個更安靜的磁共振才是解決問題根源的辦法，這也是很多研究者和生產(chǎn)廠家正努力研究的一個方向。其他被提出的解決方法有通過引入反相聲波在磁體室特定區(qū)域產(chǎn)生破壞性干擾以降低噪聲[21]；真空外殼以降低梯度線圈振動在空氣中的傳播[22]；基于亥姆霍茲諧振器的吸音材料覆蓋梯度線圈內(nèi)表面，過濾特定頻段的聲波[23]；通過設(shè)計“軟”脈沖序列降低噪聲[24-26]。

5 結(jié)論

國內(nèi)大部分醫(yī)院的醫(yī)療磁共振系統(tǒng)的磁體室的背景噪聲級高于GB3096-2008 醫(yī)療衛(wèi)生環(huán)境噪聲限值。同一序列在3.0T 系統(tǒng)的最大聲級要高于1.5T。各磁體室的最大聲級均在YY0319-2008 規(guī)定的峰值140 dB（線性）之下，但有少數(shù)磁共振系統(tǒng)的最大聲值超過115 dBA。各品牌在各醫(yī)院安裝MRI 系統(tǒng)時應(yīng)加強(qiáng)噪聲水平控制，盡量降低水平差異。同時病人在接受檢查過程中，應(yīng)嚴(yán)格按要求佩戴耳機(jī)或耳塞。醫(yī)院部門在購置磁共振系統(tǒng)時，可要求在購買說明中加入相關(guān)的聲學(xué)噪聲測試參數(shù)，方便醫(yī)院方采取相應(yīng)的噪聲控制措施，包括對操控室或是磁體室建筑材料的聲學(xué)設(shè)計、隔音隔振裝置的采用，以降低長期暴露于高聲級的工作人員的聽力損傷風(fēng)險。