磁共振医学影像质量控制与体模设计

摘要：磁共振成像技术（Magnetic Resonance Imaging ，MRI）作为一项革命性的医学影像技术，既没有辐射的缺点，又具有功能性与形态学完美结合的优点。而质量控制在确保和提高MRI影像质量中具有举足轻重的作用。本文总结了国内外MRI质量控制现状、以及MRI质量控制的关键工具——体模的设计、制作方法，并探索基于体模的MRI质量控制的进一步发展空间。

关键字：磁共振成像；体模；质量控制

本文将重点总结国内外MRI的质量控制现状、脑功能磁共振成像的质量控制研究及质量控制用体模的设计及制作方法，并探索进一步发展的空间。

一、国内外MRI质量控制现状

磁共振质量控制是一项重要的影像技术工作之一，也是确保每一个磁共振检查者的生命安全以及疾病得到及时诊断的根本保障。国外对MRI的QA/QC研究始于20世纪八、九十年代，美国医学物理学会（AAPM）和美国放射学院（ACR）提出了的QA/QC基本的一些系列标准。AAPM在1990年和1992年了两篇报告作为半官方测试标准，阐明了核磁共振质量保证的重要性和必要性，列出了磁场均匀度、共振频率、空间分辨率、对比度等三十多项成像参数的测试方法、工具和测试标准。核磁共振的QA/QC工作被作为常规医疗设备的检测和管理工作确定下来，在某些国家和地区更是被强制要求进行。

我国对MRI的QA/QC的研究起步较早，在20世纪80年代，北京大学的包尚联教授、南方医科大学的林意群教授和等对磁共振常用成像参数和系统性能的测试进行了研究，发表了多篇文章和专著。2006年，我国了卫生行业标准WS/T263—2006（医用磁共振成像（MRI）设备影像质量检测与评价规范[1]）。目前，国内已开展MRI的QA/QC工作的医院集中在磁共振基本成像参数的监测方面，并且国内大部分医院还没有开展MRI的QA/QC工作。

二、脑功能磁共振成像的质量控制

随着超导性核磁共振技术的发展，功能磁共振成像（fMRI）、弥散张量成像（DTI）、磁共振血管成像、磁共振波谱分析等高级磁共振技术相继出现。尽管国外针对磁共振系统的QA、QC已开展多年，但其工作仅集中在磁共振基本成像参数的监测上，对高级成像技术的质量控制和保证尚处在理论研究和实验测试阶段。同传统MRI成像相比，高级成像技术的原理互不相同，图像也不仅限于二维图像，同时应用了大量的图像处理和数据分析技术。因而早期的磁共振QA/QC已不能满足高级成像技术的要求。

研究者们逐渐意识到不同地点的不同成像仪器扫描得到的图像质量有很大差别，这给各研究机构之间交流科研成果带来很大的困难。所以人们急需找到一套普遍适用的质量控制方法，保证仪器处于稳定状态，同时实现多中心之间的协同。世界范围内各研究团体对MRI质量控制的各个方面进行了广泛而深入的探讨，其中美国在2001年成立了生物医学信息学研究网络（BIRN）组织。该组织目前包含了美国的37个研究机构。其中之一为FunctionBIRN，主要目标为对多个地点的精神分裂症病人的MRI数据的采集和分析标准化[2]。2011年，Zhu Tong、Jianhui Zhong等人也发表了多中心DTI质量保证和胶模设计的文章[3]。

三、用于MRI质量控制的体模的设计和制作

3.1体模的分类及优缺点

常用的体模可以分为两类：水模和胶模。水模的常用材料有 、 、 和 ，溶液中的顺磁性离子用来改变水溶液的纵向弛豫时间T1；胶模的常用材料有琼脂、琼脂糖、聚乙烯醇（PVA）、明胶及多糖胶聚丙烯酰胺，这些物质主要用来改变体模的横向弛豫时间T2。有时也在胶模中加入顺磁性离子来控制T1值。

水模的优点在于整个体模内弛豫时间的均一性和长期的稳定性。它的缺点也很明显：T1值和T2值相差不大，不能很好模拟人体组织。人体组织的T1通常是T2的10倍。水模需借助容器来承载，不能维持固定的形状，不能做成不同物质中间有窄边界的形状。

胶模的优点在于可以制成任何形状。实际操作中，由于一般凝胶剂的浓度不高，胶模的物理强度不够，所以T2值只能在有限的范围内改变。这大大局限了体模能够模拟的人体组织的种类范围。

3.2体模的制作方法

研究人员在水溶液中加入一种或几种不相互作用的顺磁性离子，以获得满意的T1或T2。研究结果表明， 和 的T1与温度、磁场强度有很大关系，而 和 对温度和磁场强度的依赖很小。一般用凝胶剂（如琼脂和琼脂糖）来调节T2值。也有用石墨和铝粉代替凝胶剂的，但容易产生沉淀。也有研究表明使用聚丙烯酰胺可以同时调节两种弛豫时间而不用加入顺磁性离子。

一种体模的典型制作方法，卡拉胶作为凝胶剂，用琼脂糖调节体模的T2值， 调节体模的T1值， 作为抗菌剂，再加去离子/蒸馏水，选择性添加 模拟人体组织的导电性，用有机玻璃做成的容器固定体模（可以不用）。在一定的范围内多次微小改变浓度，取得浓度和T1、T2关系的原始数据，通过拟合曲线得出T1和T2与浓度之间的关系，从而精确制作出T1和T2值与不同的人体组织相近的体模[4]。

四、结语

相比CT等相对成熟医学影像技术，MRI正处于快速发展期，新技术不断涌现。相应的质量控制技术和方法也在不断发展。模拟人脑组织的胶模的设计、制作方法的创新在fMRI、DTI等新技术研发中的应用及MRI多中心协同研究中具有非常重要的意义，有待广大科研人员开展更深入的研究。

参考文献

[1]中华人民共和国卫生部，WS/T263，医用磁共振成像（MRI）设备影像质量检测与评价规范[S]，2006.

[2] Friedman L.， Glover G.H.， Report on a Multicenter fMRI Quality Assurance Protocol[J]， Journal of Magnetic Resonance Imaging， 2006.23：827-839.

[3] Tong Zhu， HUI Hu， et al.，Qualification of accuracy and precision of multi-center DTI measurements： A diffusion phatom and human brain study， NeuroImage， 2011. 56：1398-1411.

[4] Kato H.， Kuroda M.， Yoshimura K.， et al.， Composition of MRI phantom equivalent to human tissues[J]， Medical Physics， 2005.32（10）：3199-3208.

[基金项目]浙江大学实验技术研究项目