核磁共振成像系统的质量保证与质量控制

核磁共振成像（MRI）是目前昀先进的医学成像技术之一。人体内，原子在外加磁场下产生共振现象，吸收能量并释放信号成像。核磁共振成像系统主要由主磁场、梯度磁场、交变磁场，以及中心控制计算机组成。对核磁共振成像系统建立科学有效的质量控制与保证方案，对于保证临床与科研设备的成像质量，精度和稳定性，以及系统核磁共振成像系统的质量保证与质量控制QualityAssuranceandQualityControlinMagneticResonanceImagingSystem[摘要]本文概括介绍了核磁共振成像系统在安装前后和使用过程中实行质量测试的重要性和具体方法步骤。主要包括系统验收测试、日常检查、基本测试，以及年度系统评估。建立一个完整合理的质量保证、质量控制方案，并能按时全面执行这一方案，对于保证磁共振成像系统的高质、高效运行，提高临床和科研能力起到十分重要的作用。[关键词]核磁共振；验收测试；质量保证；质量控制；医学影像设备Abstract:Thisarticleintroducedtheconceptandproceduresofqualityassurance(QA)andqualitycontrol(QC)inMagneticResonanceImaging(MRI)systemduringitsinstallationandroutineclinicaluses.Itismainlyfocusedonsystemacceptancetesting,dailysystemcheckandQCtestandannualsystemperformancetesting.ItisimportanttobuildacomprehensiveandaccurateQA/ACprograminaMRIfacility,andtheexactimplementationofthisprogramwillessentiallyimprovethequalityandefficiencyforbothclinicalandresearchstudiesusingtheMRItechniques.Keywords:magneticresonanceimaging;acceptancetesting;qualityassurance;qualitycontrol;medicalinagingequipment[中图分类号]TH774[文献标志码]Adoi：10.3969/j.issn.1674-1633.2011.07.002[文章编号]1674-1633(2011)07-0013-08邓洁1,21.芝加哥儿童医学院，美国芝加哥；2.西北大学医学院放射学系，美国芝加哥DENGJie1.Children'sMemorialHopital,ChicagoUSA;2.DepartmentofRadiology,NorthwesternUniversity,ChicagoUSA专栏——影像设备的质量控制与测量收稿日期：2011-07-04作者邮箱：[e-mail]栏目主编：陈建锋（美国西北大学医学院，放射学系）陈建锋教授于1985及1987年获上海同济大学应用物理学士及硕士学位，1994年获美国威斯康星大学麦迪逊分校（UniversityofWisconsin-Madison）医学物理博士学位，其后在美国密西根大学（UniversityofMichigan）就读博士后。1995年，加入德国西门子公司（Siemens）医疗部任高级研究员及高级资深研究员，从事医学成像系统和产品的研究与开发。2004年，加入美国凯瑟医学基金及医疗系统（Kaiser）担任医学辐射物理学家，教授放射物理学课程及管理医学成像系统，其中包括X射线、CT、超声、核医学，以及磁共振成像设备。从2007年起，在美国西北大学（NorthwesternUniversity）任副教授，从事医学成像系统／设备研究与开发，以及成像系统的管理与临床支持。近年来在一些欧美国际及中国主要医疗仪器公司任技术顾问，指导医疗仪器产品的开发。有相关国际学术论文28篇，美国专利10项。现在是美国放射学会、美国医学物理学会会员。2011年第26卷07期VOL.26No.07专栏FEATURES132011年第26卷07期VOL.26No.0714专栏FEATURES的安全使用有着重要意义。随着MRI系统质量控制、质量保证方法的日益完善，本文主要参考AmericanCollegeofRadiology(ACR)，AssociationofPhysicistsinMedicine(AAPM)制定的方法大纲和TheAssociationofElectricalandMedicalImagingEquipmentManufactures(NEMA)建议的测试方法，旨在为MRI机构的医学物理学家和工程技术人员提供基本的测试概念、方法与验收标准。1团队组成核磁共振质量控制与保证方案应由一个由放射科医生、医学物理学家和技术员组成的基本团队制定，监督并实施。2验收测试与质量保证（AcceptanceTestingandQualityAssurance）验收测试是核磁共振设备购买中的一个关键环节。一套完善的验收测试不仅能够建立系统性能的初始基线，而且能保证核磁共振成像质量符合生产商提供的技术指标，从而确保机器的正确安装和有效使用。大多数医院和影像机构仅依赖于生产厂商的安装调试来保障设备的正常性能和使用。然而，在设备安装前、后和投入使用前，由独立第三方或本机构医学物理学提供的验收测试将能更好地确保系统达到优化的性能指标。这样的验收测试通常包含较复杂的磁共振成像物理参数测量，应由专业的医学物理学家完成。在机器投入使用后，质量控制以验收测试的方法准则为基础，但较之简化。验收测试通常包括场地设计、屏蔽设计（磁场屏蔽和射频场屏蔽）、系统安全和操作系统检测，以及具体技术指标检测。以下章节将分别从这些方面进行具体描述。2.1场地设计为确保核磁共振的使用安全，其场地设计应划分出安全区和建立严格的出入限制。人员应按工作性质设定不同的人员安全级别（分为1级和2级）。非磁共振安全人员包括：未经安全审查的患者，患者家属，参观者和工作人员。1级安全工作人员包括：放射科所有支持人员，患者及其家属，服务人员，基础设备人员，清洁人员等；2级安全工作人员包括：扫描技术人员，放射科医生，护士，麻醉科医务人员，紧急情况应变人员，工程技术人员等。各级别安全人员应通过年度核磁共振的使用安全课程测试和审查。根据ACR制定的安全大纲，核磁共振区域应被具备4个分区，见表1。2.2振动测试建筑物的微振动可能会直接影响图像质量，因为振动产生的相位差将产生图像伪影。振动测试应在场地建筑基本完成后、磁共振系统安装前进行，以便于发现振动源并及时修复。这一测试应由第三方的专业声学工程团队完成并提供报告。医学物理学家也应在测量现场，并将报告结果与磁共振厂商提供的技术规范比较。如不符合，则应探测振动来源；如不能完全消除或减弱振动源，应对磁共振机器附加减震垫等。除建筑物振动之外，磁共振系统本身也可能产生不可避免的机械振动，如通风系统，扫描床，松动的梯度线圈等。而且随着系统老化，振动也可能会更加明显，因此厂家提供的定期的维护检测必不可少。2.3屏蔽测试磁场屏蔽包括静磁场屏蔽和射频场屏蔽。静磁场屏蔽指通过有效方法将主磁场强度限制在一定范围内从而限制强磁场向周围环境散布，而且也保护磁场不受外界因素干扰。昀普遍的方法是在磁体周围或墙体中使用高饱和度的铁磁性材料，如钢板（无源屏蔽）或是在主线圈外附加反向电流线圈，其产生的反向磁场可抵消主线圈产生的磁场（有源屏蔽）以达到屏蔽的效果。从屏蔽设计阶段开始，磁场强度高斯线（G:Gaussian）应被绘制到系统和周边环境设计图纸中。其中，昀重要的是5G线，应尽可能的被限制在磁共振主磁室内。另一方面磁场也会受周围环境影响，附近的大型移动物体（电梯、车辆、装卸机等）将会影响磁场均刀性，因此这些装置应远离磁场。此外，磁共振附近的其他影像仪器对附近的磁场强度有不同的要求。如B超机、计算机断层扫描表1核磁共振区域4个分区安全分区地点安全规定1区核磁共振单元以外区域包括：办公室，其他科室，走廊等。所有人员可自由出入。2区患者检查前准备室，体检室，核磁共振安全审查室，换衣室等。患者及其家属不可自由走动，除非有磁共振安全工作人员陪伴。3区被扫描患者检测室，扫描控制台，周围设备房。未经核磁共振安全审查的患者及其家属，工作人员和医疗设备不可进入3区。非磁共振安全工作人员必须由1级或2级工作人员陪伴。3区入口建议设置密码门锁控制。磁共振主扫描室入口在无患者出入时应保持关闭。4区磁共振扫描室未经核磁共振安全审查的患者及其家属，工作人员和医疗设备不可进入4区。非磁共振安全工作人员必须由2级工作人员陪伴。金属物体严禁进入4区。2011年第26卷07期VOL.26No.0715专栏FEATURES机（CT）、X光机（Radiography）应位于1G线以外；荧光透视机（Fluoroscopy）、光子/单光子发射断层扫描机（PET/SPECT）应位于0.5G线以外等。具体周围设备的磁场屏蔽设计要求可参照磁共振和其他周围设备厂商提供的具体要求。在系统通电后并投入使用前，医学物理学家应对整个磁共振环境中的磁场线进行测量，确保其分布于设计标准相同。昀重要的是5G线，未经磁共振禁忌症检查的所有人（患者和医务人员等）不得进入5G线内，尤其对于带有心脏起搏器（cardiacpacemaker）和神经刺激器（Neurostimulator）者可能有生命危险，要格外注意。位于扫描室外的5G线应明显标出警告线和警告牌。射频场屏蔽（电磁屏蔽）目的在于减少磁共振系统的电磁场辐射，同时减弱其他电子设备发射出的电磁波对磁共振产生的影响。电磁屏蔽在墙体四周使用铜制护墙板，在窗户处使用铜网，以及安装特制的电磁防护门，从而保证磁共振扫描室电磁屏蔽的完整性。电磁屏蔽效能检测应在屏蔽层安装完毕并且磁共振系统安装前进行。检测电磁屏蔽需要具备射频发生器、放大器，传输和接收装置，频谱分析仪等。这种测试一般由厂家或负责屏蔽建设的团队完成。具体的测试方法为在屏蔽板的两边分别放置一个射频频率相同的发射天线和接收天线，接收的屏蔽后的信号与没有屏蔽板处（敞开的门）的信号进行比较。1.5特斯拉（T:Tesla）系统的屏蔽效能指标为100MHz≥100dB衰减。3.0T系统的屏蔽效能指标为150~170MHz≥100dB衰减。需要特别注意门窗、通道和制冷剂管等处是否达到屏蔽指标。在磁共振系统安装完成后应进行第二次电磁屏蔽测试。但是应保存系统安装前的电磁屏蔽测试结果作为验收测试的基线纪录，因为电磁信号衰减指数可能在系统安装后有所变化，与测试规范值不一致。另外，大多厂家规定电磁屏蔽体与建筑之间的直流绝缘阻抗大于1kΩ。为防止电磁屏蔽体与地线短路，可以在电磁屏蔽测试后在电磁屏蔽体和地线之间建立警报电路。2.4系统测试系统性能测试分为基本系统功能和安全测试，主磁场系统、射频磁场系统、梯度磁场系统、全局系统性能和高级应用测试等。以下将分别具体介绍每个系统的测试方法以及AAPM和ACR合格指标。2.4.1基本系统功能及安全测试基本系统检测包括安全系统（患者警报器，与控制台通信，扫描床移动控制，紧急停止按钮，紧急扫描床释放系统等）；机械系统（扫描床移动，精确定位和解锁，灯光和通风系统，核磁共振兼容造影剂电动注射器等）；扫描计算机操作系统（图像采集，重建，后处理，与其他工作站和存档系统间网络通信）；患者监测和用于图像采集同步的门控系统（脉搏，呼吸，心电图门控接口，二氧化碳监测等）。应急系统的测试十分重要，必须在厂家技术服务人员现场下指导进行，其包括切断系统电源和消除超导磁场。消除超导磁场电路测试应完全由专门厂家技术人员进行，医学物理学家在场保存记录结果。其他辅助设施，如患者监测器（心电仪、血氧浓度探测仪），造影剂电动注射