楊琰昭 翟 晶 王思敏 張 歡 宋 琦* 嚴福華

磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)具有軟組織分辨率高、成像參數(shù)多、提供信息量大、多方位直接成像及無電離輻射等優(yōu)點,一次檢查可獲得解剖、生理、病理、器官運動、組織灌注等多種信息,實現(xiàn)"一站式"檢查,在臨床疾病定位、定性診斷以及科學研究中承擔著越來越重要的作用[1].截止2017年,全國MRI設備市場保有量在10 000臺左右,除西門子、飛利浦、GE等主流品牌外,本土MRI設備發(fā)展迅速、生產(chǎn)廠商眾多,占有量逐步增加[2].然而,在醫(yī)用MRI設備臨床應用評價方面尚無相應的規(guī)范和標準,同時缺乏橫向比較國內外不同品牌及機型MRI設備臨床圖像質量的量化評價數(shù)據(jù)[3-4].為此,本研究以頭顱三維時間飛躍法磁共振血管成像(three-dimensional time-of-flight magnetic resonance angiography,3D-TOF MRA)圖像為切入點,旨在對國內外不同品牌及機型的醫(yī)用MRI成像設備在頭顱3D-TOF MRA成像中的臨床圖像質量進行評價與對比研究.

1 材料與方法

1.1 圖像資料

選取2017年5月至2018年8月上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院數(shù)據(jù)處理中心所收集的來自全國24家不同級別醫(yī)療機構317例頭顱3D-TOF MRA圖像資料.

1.2 合作單位與設備

本研究由上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院與涉及我國東北、華東、華南、華北、西北以及西南6個地區(qū)的14個省及直轄市25家不同級別醫(yī)療單位合作完成,項目啟動前均與各合作單位簽訂科研項目合作協(xié)議.選取的MRI設備基于"覆蓋不同區(qū)域、不同級別醫(yī)療單位、國內外品牌代表產(chǎn)品、使用年限不同、具有一定市場占有率"四大原則,最終確定西門子、飛利浦、GE、聯(lián)影、朗潤和奧泰共6個國內外品牌、1.5T和3.0T兩種不同場強的9種機型磁共振設備.

1.3 掃描方案與圖像采集和數(shù)據(jù)處理

(1)掃描方案.基于美國放射學會(American College of Radiology,ACR)2013年頒布的MRI圖像質量認證指南[5]并結合我國MRI臨床掃描實際情況,召集專家組對該指南進行優(yōu)化及整理.對頭顱3D-T0F MRA檢查的必需序列、脈沖序列和圖像對比度、掃描范圍及成像平面和空間分辨率4項指標進行統(tǒng)一化規(guī)范.①必需序列:最長檢查時間≤20 min,3D-TOF橫斷面圖像,重建血管造影圖像;②脈沖序列和圖像對比度:動脈與背景組織必須對比良好,靜脈必須僅輕度或無強化,動脈信號一致;③掃描范圍及成像平面:需包含的解剖結構和所需影像平面,必須包括整個頸內動脈虹吸段M1和A1段、大腦中動脈三支分叉和M2分支、小腦后下動脈(posterior inferior cerebellar artery,PICA)、PICA發(fā)出水平的椎動脈、基底動脈及大腦后動脈P1和P2段;④空間分辨率:層厚≤1.5 mm,平面像素(讀取)≤0.9 mm,平面像素(相位)≤0.9 mm,體素量≤1.2 mm3.

(2)圖像采集.所有上傳圖像需包含部分患者基本信息及掃描參數(shù),該規(guī)范對掃描時應用的線圈類別、序列種類以及序列參數(shù)均不做硬性要求,僅提供指導性意見,目的是保證不同診療機構能夠在滿足規(guī)范要求的前提下盡量發(fā)揮出所用設備的性能.

(3)圖像數(shù)據(jù)處理.各合作單位在臨床中根據(jù)以上要求進行頭顱3D-TOF MRA掃描:必需序列包括3D-TOF源圖像和血管重建圖像,并通過銳達網(wǎng)絡平臺?、百度云盤?或光盤等形式上傳醫(yī)學數(shù)字成像與通信(digital imaging and communications in medicine,DICOM)格式圖像至上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院數(shù)據(jù)處理中心進行統(tǒng)一分析.

1.4 圖像整理及數(shù)據(jù)排除與質量評價

(1)圖像整理.將各合作單位上傳圖像匯總至銳達醫(yī)療?"醫(yī)用磁共振圖像質量評價"平臺進行統(tǒng)一圖像評價.所有圖像均生成隨機序列號并隱藏醫(yī)療單位名稱、掃描設備信息、患者個人信息,僅保留掃描序列名稱及部分掃描參數(shù),包括重復時間(repetition time,TR)、回波時間(echo time,TE)、成像野(field of view,FOV)、像素、層厚以及層間距.

(2)圖像質量評價.由2名具有5年以上影像診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)師根據(jù)ACR指南采用雙人盲態(tài)評價方式分別對研究期間抽取的每例掃描圖像進行打分.評價內容包括4項指標,對4項指標中"脈沖序列和圖像對比"指標依據(jù)李克特量表(Likert Scale)5分法對圖像質量進行分級[5]:①5分,圖像質量優(yōu)秀,可用于診斷,非常滿意;②4分,圖像質量良好,可用于診斷,滿意;③3分,圖像質量有瑕疵,不影響診斷,一般;④2分,圖像質量欠佳,影響診斷,欠滿意;⑤1分,圖像質量差,不能診斷,不滿意.將2名醫(yī)師的分別評分結果均值作為最終結果進行后續(xù)分析.對4項指標中"必需序列、掃描范圍及成像平面、空間分辨率"3個指標進行是否符合要求的評價.

(3)圖像數(shù)據(jù)排除標準.數(shù)據(jù)排除包括:①掃描部位不符合要求;②必需序列缺失;③必需序列的總采集時間超過本規(guī)范所載最大采集時間;④掃描范圍及成像平面不符合要求;⑤空間分辨率不符合要求;⑥掃描設備型號與入組設備型號不符;⑦所需患者基本信息或掃描參數(shù)缺失;⑧圖像質量極差,無法進行評估、分析;⑨上傳圖像為非DICOM格式圖像.

1.5 統(tǒng)計學方法

采用SPSS21.0軟件進行統(tǒng)計學分析.用K-S檢驗(Kolmogorov-Smirnov test)對計量資料進行正態(tài)分布檢驗;非正態(tài)分布的計量資料用中位數(shù)(四分位數(shù))及均值±標準差(±s))表示,計數(shù)資料用個數(shù)百分比(%)表示.多組資料數(shù)據(jù)間比較采用單因素非參數(shù)Kruskal-Wallis H檢驗,Nemenyi檢驗用于兩兩組間比較,以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義.

2 結果

2.1 有效病例資料

根據(jù)排除標準對317例頭顱3D-TOF MRA圖像資料進行數(shù)據(jù)篩選后,排除數(shù)據(jù)包括32例"掃描范圍"未包括"小腦后下動脈(PICA)和PICA水平椎動脈"及25例系圖像傳輸及其他原因所致"3D-TOF橫斷面圖像或重建血管造影圖像缺失"的圖像資料,最終納入260例有效頭顱3D-TOF MRA圖像數(shù)據(jù)進行分析.有效數(shù)據(jù)分布于6種品牌、9種型號MRI設備,其中包括國產(chǎn)設備樣本64例,進口設備樣本196例;1.5T設備樣本114例,3.0T設備樣本146例;其分布見圖1.

圖1 不同品牌及機型MRI設備頭顱3D-TOF MRA病例資料分布

2.2 兩種場強MRI設備圖像質量比較

(1)根據(jù)MRI設備1.5T及3.0T場強,將所有樣本對不同場強MRI設備3D-TOF MRA圖像"脈沖序列和圖像對比"5項評分指標,兩種場強分別進行統(tǒng)計描述及對比.其中所有樣本3D-TOF橫斷面圖像及血管重建圖像中"靜脈僅輕度或無強化"指標李克特評分均為5分,差異無統(tǒng)計學意義.

(2)1.5T場強樣本的3D-TOF橫斷面圖像動脈與背景組織對比良好、動脈信號一致和血管重建圖像動脈信號一致3項指標分別為(4.82±0.38)分、(4.96±0.21)分和(4.35±0.73)分;3.0T場強樣本分別為(4.99±0.08)分、(4.99±0.07)分和(4.55±0.59)分;3.0T樣本優(yōu)于1.5T樣本,差異有統(tǒng)計學意義(Z=-4.356,Z=-1.968,Z=-2.391;P<0.05),見表1.

表1 兩種場強MRI設備3D-TOF MRA脈沖序列與圖像對比指標比較(分,±s)

表1 兩種場強MRI設備3D-TOF MRA脈沖序列與圖像對比指標比較(分,±s)

場強 病例數(shù) 3D-TOF橫斷面圖像 血管重建圖像動脈與背景組織對比良好 靜脈僅輕度或無強化 動脈信號一致 動脈信號一致 靜脈僅輕度或無強化1.5T 114 4.82±0.38 5.00±0.00 4.96±0.21 4.35±0.73 5.00±0.00 3.0T 146 4.99±0.08 5.00±0.00 4.99±0.07 4.55±0.59 5.00±0.00 Z值 -4.356 - -1.968 -2.391 -P值 <0.001 - 0.049 0.017 -

2.3 兩種場強不同品牌MRI設備脈沖序列和圖像對比

(1)1.5T場強.在1.5T場強樣本中,3D-TOF橫斷面圖像的動脈與背景組織對比良好指標和血管重建圖像的動脈信號一致指標(見表2),4種機型比較差異有統(tǒng)計學意義(x2=75.082,x2=27.755;P<0.05),3D-TOF源圖像"動脈信號一致"指標4種機型組間差異無統(tǒng)計學意義(x2=4.354,P>0.05).

表2 1.5T場強不同品牌MRI設備3D-TOF MRA脈沖序列和圖像對比(分,±s)

表2 1.5T場強不同品牌MRI設備3D-TOF MRA脈沖序列和圖像對比(分,±s)

注:①表中"-"為數(shù)據(jù)未做統(tǒng)計學分析;②兩兩比較,3D-TOF橫斷面圖像"動脈與背景組織對比良好":聯(lián)影uMR 560、奧泰Centauri/Echo Star與GE HDx組間對比有統(tǒng)計學差異(P<0.05),與西門子MAGNETOM Avanto組間對比無統(tǒng)計學差異(P>0.05);③血管重建圖像"動脈信號一致":聯(lián)影uMR 560與GE HDx、西門子MAGNETOM Avanto組間對比無統(tǒng)計學差異(P>0.05),奧泰Centauri/ Echo Star與西門子MAGNETOM Avanto組間對比有統(tǒng)計學差異(P<0.05),與GE HDx組間對比無統(tǒng)計學差異(P>0.05)

品牌 病例數(shù) 3D-TOF橫斷面圖像 血管重建圖像動脈與背景組織對比良好 靜脈僅輕度或無強化 動脈信號一致 動脈信號一致靜脈僅輕度或無強化西門子MAGNETOM Avanto 38 4.97±0.16 5.00±0.00 4.92±0.27 4.05±0.57 5.00±0.00聯(lián)影uMR 560 22 5.00±0.00 5.00±0.00 5.00±0.00 4.55±1.10 5.00±0.00奧泰Centauri/ Echo Star 24 5.00±0.00 5.00±0.00 4.92±0.28 4.58±0.58 5.00±0.00 GE HDx 25 4.24±0.44 5.00±0.00 5.00±0.00 4.28±0.54 5.00±0.00 x2值 75.082 - 4.354 27.755 -P值 <0.001 - 0.36 <0.001 -

(2)3.0T場強.在3.0T場強樣本中,3D-TOF橫斷面圖像"動脈與背景組織對比良好"指標和血管重建圖像"動脈信號一致"指標,4種機型比較差異有統(tǒng)計學意義(x2=23.083,x2=12.909;P<0.05),3D-TOF橫斷面圖像"動脈信號一致"指標4種機型組間差異無統(tǒng)計學意義(x2=0.505,P>0.05),見表3.

表3 3.0T場強不同品牌MRI設備3D-TOF MRA脈沖序列和圖像對比指標組間對比(分,±s))

表3 3.0T場強不同品牌MRI設備3D-TOF MRA脈沖序列和圖像對比指標組間對比(分,±s))

注:①表中"-"為數(shù)據(jù)未做統(tǒng)計學分析;②組內兩兩比較,3D-TOF 橫斷面圖像"動脈與背景組織對比良好"聯(lián)影uMR770與GE HDxt組間對比有統(tǒng)計學差異(P<0.05),與西門子MAGNETOM Verio、飛利浦Ingenia組間對比無統(tǒng)計學差異(P>0.05).血管重建圖像"動脈信號一致":聯(lián)影uMR 770與GE HDxt、西門子MAGNETOM Verio、飛利浦Ingenia組間對比均有統(tǒng)計學差異(P<0.05)

品牌 病例數(shù) 3D-TOF橫斷面圖像 血管重建圖像動脈與背景組織對比良好 靜脈僅輕度或無強化 動脈信號一致 動脈信號一致靜脈僅輕度或無強化西門子MAGNETOM Verio 97 5.00±0.00 5.00±0.00 4.99±0.10 4.55±0.58 5.00±0.00聯(lián)影uMR 770 13 5.00±0.00 5.00±0.00 5.00±0.00 5.00±0.00 5.00±0.00飛利浦Ingenia 19 5.00±0.00 5.00±0.00 5.00±0.00 4.26±0.65 5.00±0.00 GE HDxt 17 4.82±0.39 5.00±0.00 5.00±0.00 4.53±0.62 5.00±0.00 x2值 23.083 - 0.505 12.909 -P值 <0.001 - 0.92 <0.005 -

2.4 3.0T場強4種機型影像學表現(xiàn)

(1)橫斷面圖像.3.0T飛利浦Ingenia、西門子MAGNETOM Verio、GE HDxt和聯(lián)影uMR770的4種機型患者頭顱3D-TOF MRA橫斷面圖像見圖2.

圖2 頭顱3D-TOF MRA橫斷面圖像

(2)血管重建圖像.3.0T飛利浦Ingenia、西門子MAGNETOM Verio、GE HDxt和聯(lián)影uMR 770的4種機型患者頭顱3D-TOF MRA血管重建圖像見圖3.

圖3 頭顱3D-TOF MRA血管重建圖像

3 討論

MRI技術與成像系統(tǒng)的臨床質量控制是通過各種技術檢測以保證每臺設備儀器最優(yōu)性能運行,發(fā)揮設備的最大效能,確保臨床獲得高質量的診斷圖像,使圖像質量符合診斷標準,保障每一個受檢者的生命安全[6].其中,圖像質量控制(quality control,QC)是臨床影像診斷的先決條件.國際上對MRI設備評價主要包括產(chǎn)品注冊、出廠階段的指標檢測和臨床圖像質量控制兩個方面[7].然而,我國目前對MRI設備評價主要集中在產(chǎn)品注冊和出廠階段,對實踐過程中的臨床圖像質量評價尚缺乏科學、統(tǒng)一及可實踐的評價標準.

本研究牽頭與全國24個省的70余家不同級別的醫(yī)療機構合作開展的"醫(yī)用磁共振臨床功能評價項目"子內容,旨在以頭顱3D-TOF MRA成像為切入點,對不同品牌及型號的醫(yī)用MRI設備所采集的頭顱MRA 3D-TOF橫斷面圖像及血管重建圖像進行臨床圖像質量綜合評價及結果對比.

3.1 圖像掃描規(guī)范

本研究初期共收集到317例頭顱3D-TOF MRA圖像資料,按照2013年ACR MRI圖像質量認證指南頭顱MRA掃描范圍及成像平面統(tǒng)一化規(guī)范,其中因掃描范圍未包括"小腦后下動脈(posterior inferior cerebellar artery,PICA)和PICA水平椎動脈",排除數(shù)據(jù)32例,約占總數(shù)據(jù)的10.1%(32/317).該數(shù)據(jù)顯示臨床圖像質量控制除了關注成像技術及成像系統(tǒng)的質量控制之外,放射科工作者的掃描規(guī)范也同樣在臨床質量控制中起重要作用.

3.2 臨床圖像質量綜合評價

本研究對比了1.5T與3.0T醫(yī)用MRI設備在頭顱3D-TOF MRA成像中的臨床圖像質量,數(shù)據(jù)顯示在3D-TOF橫斷面圖像"動脈與背景組織對比良好"、"動脈信號一致"與血管重建圖像"動脈信號一致"的3項圖像質量評價指標中,3.0T樣本明顯優(yōu)于1.5T樣本.

本研究結果與此前國內外諸多研究報道相一致,3.0T的MRI擁有更高的圖像信噪比、在TOF血管成像中圖像質量明顯高于1.5T[9-12].而在1.5T與3.0T樣本中,國內外不同品牌設備對比研究中顯示:1.5T樣本的4種機型3D-TOF橫斷面圖像"動脈與背景組織對比良好",聯(lián)影uMR560、奧泰Centauri/Echo Star優(yōu)于GE HDx有統(tǒng)計學差異,與西門子MAGNETOM Avanto對比無統(tǒng)計學差異.血管重建圖像"動脈信號一致":聯(lián)影uMR560與GE HDx、西門子MAGNETOM Avanto組間對比無統(tǒng)計學差異.在3.0T樣本的3D-TOF橫斷面"動脈與背景組織對比良好":聯(lián)影uMR 770優(yōu)于GE HDxt有統(tǒng)計學差異,但與西門子MAGNETOM Verio、飛利浦Ingenia對比無統(tǒng)計學差異.血管重建圖像"動脈信號一致":聯(lián)影uMR 770優(yōu)于GE HDxt、西門子MAGNETOM Verio及飛利浦Ingenia有統(tǒng)計學差異.數(shù)據(jù)顯示,國產(chǎn)MRI設備在頭顱3D-TOF MRA成像中圖像質量不低于進口MRI設備,且部分圖像評價指標有所優(yōu)化.其可能的原因還在于,部分國產(chǎn)MRI設備較新,且不斷有技術上的突破,而部分進口MRI設備的使用年限較長,且在設置序列方面裝機使用的國產(chǎn)MRI設備相較過去引進的進口MRI設備具有一定的優(yōu)勢.但國產(chǎn)MRI設備由于人力成本、運輸成本相對低廉,價格上具有明顯競爭力,在能保證圖像質量的基礎上,顯示了我國國產(chǎn)MRI設備極大的發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬癧13].

3.3 本研究的局限性

目前國內外醫(yī)用磁共振臨床圖像質量系統(tǒng)評價方面尚存空白,本研究首次基于全國不同地區(qū)、不同級別醫(yī)療機構臨床應用的不同品牌及機型MRI設備的臨床圖像質量橫向評價研究.基于國內外認可的ACR指南,并根據(jù)我國實際情況對評價體系進行了完善、修改,更貼近我國實際情況進行臨床圖像質量評價.基于頭顱3D-TOF MRA成像為切入點,大幅度避免了呼吸、運動、血管搏動等MRI成像偽影給圖像質量評價帶來的影響.

本研究尚有不足之處:①研究涉及MRI設備國內外機型尚不夠全面,部分機器型號因采集樣本量較少未納入分析統(tǒng)計;②各機型數(shù)據(jù)分布不均,數(shù)據(jù)分析可能存在一定偏倚;③本研究主要使用李克特5級主觀評分法,尚未納入客觀評價指標.

4 結語

在頭顱3D-TOF MRA成像中,3.0T的MRI設備臨床圖像質量明顯優(yōu)于1.5T設備,而相同場強下聯(lián)影、奧泰等國產(chǎn)醫(yī)用MRI設備臨床圖像質量不低于國外進口品牌,部分指標優(yōu)于國外進口品牌.