国内医用磁共振声学噪声测试分析

专 论

国内医用磁共振声学噪声测试分析

刘龙1, 2a，储呈晨2a，王龙辰2b，李斌2a

1. 上海交通大学 生物医学工程学院，上海 200030；2. 上海交通大学附属第六人民医院 a. 医院管理研究中心；

b. 医学装备处，上海 200233

[摘 要] 目的 为探究国内主流品牌医用磁共振的声学噪声水平，保障医疗安全。方法 对52家医院69台医疗磁共振临床基本通用脉冲序列、扫描室背景噪声进行了声级测量。结果 测量SE-EPI，SE，FSE，3DGE序列运行时的最大声级，各序列均值结果均低于峰值140 dB（线性），但最大声级达123 dBA，超过最大限值115 dBA，且扫描室背景噪声均超出GB3096-2008 I类限值55 dBA。3.0T系统的最大声级明显高于1.5T。结论 各品牌MRI系统在运行临床基本通用脉冲序列时最大噪声均在标准限值以内，但仍需加强噪声水平控制，其中品牌C和D噪声水平总体较低。各品牌为医院配置MRI系统时应尽量降低噪声水平差异。

[关键词] 医用磁共振；声学噪声；脉冲序列；医疗安全

Measurement and Evaluation of Clinical MR-Related Acoustic Noise

According to Related Regulations

LIU Long1, 2a, CHU Chengchen2a, WANG Longchen2b, LI Bin2a

1. School of Biomedical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China; 2. a. Research Center of Hospital Management; b. Department of Medical Equipment, Sixth People’s Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University, Shanghai

200233, ChinaAbstract: Objective To measure the acoustic noise level of medical magnetic resonance in domestic mainstream brands, and safeguard patient safety in medical practice. Methods The ambient noise and maximum acoustic noise produced by each of 69 clinical MRI scanners from 52 hospitals for various of basic pulse sequences were measured with a sound level meter that was insensitive to magnetic field, respectively. Results The maximum sound level of SE-EPI, SE, FSE, and 3DGE sequences was measured. The average value of each sequence was lower than the limit of 140 dB (linear), but reached 115 dBA，besides the background noise of the scanning room exceeded 55 dBA, the regulation limit set by GB3096-2008. The maximum sound level of 3.0T system was significantly higher than that of 1.5T. Conclusion The maximum sound level of each MRI model is within the standard limits when running the clinical basic general pulse sequences, but the noise level control needs to be strengthened, and the brand C and D noise levels are generally lower than the others. The difference in sound levels when setting up MRI systems for hospitals should be minimized as possible.

Key words: clinical magnetic resonance; acoustic noise; impulse train; medical safety[中图分类号] R445.2 [文献标识码] Adoi：10.3969/j.issn.1674-1633.2019.08.003 [文章编号] 1674-1633(2019)08-0019-04

引言

核磁共振广泛应用于医学诊断和临床研究。如今，3.0T核磁共振在医院中应用越来越多，高场强允许使用快速扫描序列而获得高空间分辨率图像，但随着磁场强度的增大，扫描过程中产生的噪声也随之增大。磁共振噪声主要来源于梯度线圈，扫描过程中梯度线圈导体电流切换与主磁场作用产生洛伦茨力，引起磁体构件和周围构件振动。此外，噪声还来源于涡流引起的金属结构振动如低温器内孔、RF线圈[1]。直接引起噪声辐射的结构振动的大小主要取决于

收稿日期：2019-06-13 修回日期：2019-07-15基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFC0106803）。

通讯作者：李斌，教授级高级工程师，主要研究方向为磁共振成像与医学影像技术及医疗装备管理。通讯作者邮箱：libin2001@hotmail.com

磁场强度、梯度强度、扫描仪结构和几何结构、空间设施以及开关电流的频率和波形[2]。

磁共振扫描过程中的噪声是影响临床检查与研究的重要问题之一。噪声不仅干扰正常交流，影响听觉，甚至可能会导致患者心理问题，产生暂时听阈改变、焦虑、烦恼、精神疲劳和恐惧[3-5]，尤其对于精神病患者和儿童。磁共振对神经科学和精神病学研究——噪声影响大脑激活模式[6]，

如大脑fMRI成像——造成不可忽视的影响。由于磁共振噪音主要来自梯度线圈的振动，过强的振动甚至可能影响主磁场的波动，进而影响到磁共振成像质量[7- 8]。

目前国际上没有统一的噪声卫生标准。鉴于噪声对人体的各种危害，各个国家都制定了工作环境中的噪声限

中国医疗设备 2019年第34卷 08期 VOL.34 No.0819

专 论

FEATURES

值[9]。IEC 60601-2-33：2010规定MRI设备在任何可接近区域内不应产生高于140分贝（dB）的未加权峰值噪声；对于病人来说，该噪声不能大于99 dBA（A计权声压级）[10]。我国医药行业标准YY0319-2008对应于IEC60601-2-33:2002及《声环境质量标准》（GB3096-2008）规定医疗卫生等需要安静环境的1类区域白天环境噪声不能超过55dBA[11]。美国职业安全与健康部（OSHA）提出以85 dBA为实施水平，超出该限值则要采取保护措施[12]。美国工业卫生学家协会（ACGIH）提出以80 dBA为最高允许限值，若接触时间减半，可以增加至83 dBA[13]。澳大利亚，巴西，法国，德国，匈牙利，瑞典，英国等大部分欧洲国家采用85 dBA每减半暴露时间的声级（通作为8小时等效噪声卫生标准[9]，

常称为交换率）允许增加值为3 dB，而巴西、美国允许增加5 dB，不同国家对制订噪声暴露最大声级有不同的标准，一般都定为115 dBA（F档）或峰值140 dB（线性）。

为了评估国内医院核磁共振的噪音现状，本研究测量了国内69台核磁共振（1.5T和3.0T）运行SE-EPI、SE、FSE和3DGE序列产生的最大声级和扫描室背景噪声水平，并对照相关标准进行分析。

进行算术平均处理。MRI设备扫描噪音的大小不仅与磁场强度B0，梯度幅值和切换率，TE，TR，FOV，层厚有关[2,15]，且噪音在检查孔的边缘会大于磁体中心[15-16]，检查孔内声学特性还与孔内是否有物体或测试者有关[15]。因此实验中声级计均摆放在检查孔出口边缘处，且序列运行时使用了Magphan SMR 170（The Phantom Laboratory, New York，USA）磁共振性能测试专用体模（1 L蒸馏水+2 g五水硫酸铜+3.6 g氯化钠）进行头部扫描。序列分别选用单激发SE-EPI，SE，FSE，3DGE，所有MRI系统使用了相同的序列参数，序列的详细参数，见表2。

表2 序列参数

序 列TR (ms)TE (ms)层数层厚 (mm)扫描次数FOV (mm)数据矩阵

SE-EPI20002410532230

SE450151041320

FSE (ETL=4)

4000151041320256×256

3DGE2391011170160×256

128×128256×256

1 实验方法

如表1所示，对52家医院共69台MRI设备进行临床基本通用脉冲序列的噪声测量，测量工具使用Reed SD-4023声级计（REED Instruments, North America）和CEM SC-05（Shenzhen Everbest Machinery Industry Co. Ltd.，深圳）噪音校准仪，将声级计放置于检查孔出口处，与磁体等中心水平。REED声级计符合IEC 61672 Class 2规范[14]，精度0.1 dB，准确度±1.4 dB对磁场不敏感。声级计参数设置A-weighting，Fast（200 ms），采样间隔1 s。所有测试之前都经过校准器（CEM SC-05）校准，测量时传声器均加防风罩。

测量各磁共振磁体室环境背景噪声值，即没有序列运行时，其主要声源来自液氦循环系统，并对同型号测量值

注：SE=spin echo，FSE=fast spin echo，SE-EPI= single shot

SE-type echo-planar imaging，3DGE=3-dimensional gradient echo。SE-EPI的完成一次扫描时间极短，为方便测量而将扫描次数设置为32。

数据处理中，采用曼-惠特尼U检验（Mann-Whitney U-test）对1.5T和3.0T的噪声水平进行非参数检验。分别对SE-EPI、SE、FSE和3DGE序列下1.5T和3.0T各品牌噪声水平进行Kruskal-Wallis检验，推断各品牌噪声水平是否存在统计学差异，若存在至少2组数据存在统计学差异，进一步采用Dun’s-Test两两比较，P值修正采用Bonferroni法，并与检验水平进行比较。

3 结果

图1为各品牌特定型号MRI系统磁体室环境噪声和4种序列运行时的最大声级Lmax。所有MRI磁体室的SE-EPI、SE、FSE、3DGE最大声级和环境噪声声级均值分别为98.1±11.5、87.7±8.6、91.1±9.5和59.2±3.2 dBA。各品

表1 MRI系统信息和序列最大声级

MRIABCDEFGHI

场强 (T)

31.531.5331.51.51.5

台数 (台)1069996965

最小安装面积 (m2)

3429332718.0222.820.327.338

检查孔 (cm)直径60607060706550※6060

ᵻ

最大声级 (dBA)

SE-EPI98.0±12.293.5±3.8.5±10.6

SE.4±4.5.2±3.979.3±3.4

FSE94.3±2.692.7±2.786.5±4.175.8±1.4

3DGE99.2±11.4.0±3.188.6±8.387.2±9.1

108.2±11.794.9±9.9

深度10590173160162170150199107

108.5±13.087.3±8.493.7±1.792.3±11.996.0±10.886.5±11.194.7±10.191.2±2.1

.0±1.581.1±7.7

92.1±2.496.9±11.293.7±11.092.8±3.883.7±5.683.6±2.876.8±3.1

86.8±1.690.6±4.478.6±10.9

注：所有MRI系统均为超导型。ᵻ宽65 cm，高44.6 cm；※宽50 cm，高42.1 cm。

20

中国医疗设备 2019年第34卷 08期 VOL.34 No.08牌MRI运行SE-EPI、SE、FSE、3DGE序列的最大声级均值和方差，见表1，最高值为品牌E的3DGE序列，达123 dBA。所有序列最大声级均在《医用电器设备 第2-33部分：医疗诊断磁共振设备安全专用要求》YY 0319-2008/IEC 60601-2-33:2002标准规定的限值140 dB（线性，峰值）以下，但所有设备磁体室的背景噪声均超出了GB 3096-2008《声环境质量标准》Ⅰ类限值55 dBA （图1）。图1 各MRI系统磁体室背景噪声和4种序列的最大声级

（Means，SD）

注：横轴虚线分别为最大噪声限值（140 dBA）和GB 3096-2008医疗卫生环境噪声限值（55 dBA）。

1.5T MRI序列运行下的最大声级总体比3.0T MRI低6.2~8.3 dBA （图2）（U检验PSE=0.0013，PFSE=1.5652e-04，PSE-EPI=0.0012，P3DGE=0.0057，P值均小于0.05），与Hattori[17]的测试结果相符。

图2 不同场强MRI序列最大声级（Means，SEM）

3.0T的SE-EPI序列中，Kruskal-Walls检验（chi-squared=16.373，df=3，P-value=0.000951）表明至少有一个品牌其噪声水平与其他品牌存在统计学差异，其中C的噪声水平显著低于A和E，F显著低于E。两两比较统计量和P值，见表3。1.5T的SE-EPI序列中，Kruskal-Walls检验（chi-squared =5.5324，df=4，P-value=0.2369）显示各品牌噪声水平无统计学差异。

FEATURES专 论表3 SE-EPI序列下各品牌两两比较Dun’s-Test统计量和P值（Bonferroni，3.0T）ACEC2.84 (0.014*)——E-0.42 (1.000)-3.17 (0.005*)—F2.50 (0.037)-0.02 (1.000)2.82 (0.015*)注：*表示差异具有统计学意义（P<0.025）。3.0T的SE序列中，Kruskal-Walls检验（chi-squared=3.0797，df=3，P-value=0.3795）显示各品牌噪声水平无统计学差异。1.5T的SE序列中，Kruskal-Walls检验（chi-squared=16.216，df=4，P-value=0.002742）表明至少有一个品牌其噪声水平与其他品牌存在统计学差异，其中D的噪声水平显著低于B和H，两两比较统计量和P值，详见表4。

表4 SE序列下各品牌两两比较Dun’s-Test统计量和P值

（Bonferroni，1.5T）

B

DGHD3.23 (0.006*)——

—

G1.58 (0.566)-1.84 (0.329)——H0.03 (1.000)-3.20 (0.007*)(0.602)

-1.55

—

I

2.20 (0.138)

-0.66 (1.000)

0. (1.000)2.18 (0.148)

注：*表示差异具有统计学意义（P<0.025）。

3.0T的FSE序列中，Kruskal-Walls检验（chi-

squared=11.016，df=3，P-value=0.011）表明至少有一个品牌其噪声水平与其他品牌存在统计学差异，其中C的噪声水平显著低于A。1.5T的FSE序列中，Kruskal-Walls检验（chi-squared=17.858，df=4，P-value=0.001315）表明至少有一个品牌其噪声水平与其他品牌存在统计学差异，其中D的噪声水平显著低于B。两两比较统计量和P值，详见表5和表6。

表5 FSE序列下各品牌两两比较Dun’s-Test统计量和P值

（Bonferroni，3.0T）

A

CEC3.25 (0.004*)——E0.95 (1.000)-1.97 (0.146)—F

1.61 (0.321)

-1.45 (0.439)

0.56 (1.000)

注：*表示差异具有统计学意义（P<0.025）。

表6 FSE序列下各品牌两两比较Dun’s-Test统计量和P值

（Bonferroni，1.5T）

B

DGHD3.70 (0.001*)——

—

G1.97 (0.244)-2.30 (0.106)——H1.63 (0.514)-2.27 (0.116)(1.000)

-0.20

—

I

3.27 (0.005*)

-0.43 (1.000)

1.80 (0.356)1.81 (0.348)

注：*表示差异具有统计学意义（P<0.025）。

3.0T的3DGE序列中，Kruskal-Walls检验（chi-

squared=5.4305，df=3，P-value=0.1429）显示各品牌噪声水平无统计学差异。1.5T的3DGE序列中，Kruskal-Walls检验（chi-squared=9.8412，df=4，P-value=0.04319）表明至

中国医疗设备 2019年第34卷 08期 VOL.34 No.0821

专 论FEATURES少有一个品牌其噪声水平与其他品牌存在统计学差异，其中I的噪声水平显著低于B，两两比较统计量和P值，详见表7。表7 3DGE序列下各品牌两两比较Dun’s-Test统计量和P值（Bonferroni，1.5T）BDGHD1.68 (0.462)———G2.16 (0.1)0.53 (1.000)——H0.84 (1.000)-0.67 (1.000)-1.13 (1.000)—I2.91 (0.018*)1.57 (0.579)1.12 (1.000)1.98 (0.236)注：*表示差异具有统计学意义（P<0.025）。

4 讨论

所有品牌MRI系统的环境噪声均超过55 dBA，医院磁体室噪声水平还需进一步加强控制。同一个品牌的磁共振系统，在不同医院运行同一序列的最大噪声值波动较大，最大标准差达13 dBA，可能与磁体室几何结构，装修材料等有关，各品牌厂家在医院安装MRI系统对环境噪声还需严格控制，以降低各医院环境如安装面积、建筑材料等因素的差异。3.0T MRI中C品牌机型的序列噪声水平表现最低，A和E品牌机型则较高。1.5T MRI中，D品牌机型的序列噪声水平则低于B和H品牌。实验测量中的最大声级与峰值为不同概念，通常最大声级比峰值小3 dB，69台磁共振的序列最大声级测量值高达123 dBA，与标准YY0319-2008规定的限值140 dB相差甚远，可以认为这些被测磁共振系统运行SE-EPI、SE、FSE和3DGE序列所产生噪声水平在峰值以内。一些国家规定噪声暴露最大限值不能超过115 dBA，本次测试中12台设备最大声级超过115 dBA，主要在A、E品牌的EPI序列。

IEC60601-2-33规定当病人暴露于99 dBA以上环境时必须采取保护措施，事实上，病人体质处于脆弱状态，英国药监局MHRA认为尽管低于99 dBA，也应该采取听觉保护措施[18]。病人通过佩戴耳机或耳塞，在一定频率范围内可降低39~41 dBA[16]，对病人免于遭受高分贝噪音伤害具有可观的保护作用，且既经济又实效。一些耳机提供的放松音乐甚至可以显著缓解病人因为接受检查而产生的紧张情绪[18]，但这在一定程度上也不可避免地阻碍操控室技师与病人之间的交流[19]，对于一些部位如胆囊汁水成像检查需要技师与病人在检查中途进行沟通配合的情况下，通常不会给病人佩戴耳机，导致病人必须完全暴露于噪声之下。

佩戴耳机与耳塞属于被动降噪手段，并未从根源解决磁共振噪声问题。通常，在高于1 kHz频段的噪音，通过耳机可降低约30 dB，但对于低频段，降噪效果只能达到10 dB[20]。MR系统产生的噪声峰值出现在1 kHz以下[17,20]，所以佩戴耳机只能解决部分噪声问题。设计一个更安静的磁共振才是解决问题根源的办法，这也是很多研究者和生

22

中国医疗设备 2019年第34卷 08期 VOL.34 No.08产厂家正努力研究的一个方向。其他被提出的解决方法有通过引入反相声波在磁体室特定区域产生破坏性干扰以降低噪声[21]；真空外壳以降低梯度线圈振动在空气中的传播[22]；基于亥姆霍兹谐振器的吸音材料覆盖梯度线圈内表面，过滤特定频段的声波[23]；通过设计“软”脉冲序列降低噪声[24-26]。5 结论国内大部分医院的医疗磁共振系统的磁体室的背景噪声级高于GB3096-2008医疗卫生环境噪声限值。同一序列在3.0T系统的最大声级要高于1.5T。各磁体室的最大声级均在YY0319-2008规定的峰值140 dB（线性）之下，但有少数磁共振系统的最大声值超过115 dBA。各品牌在各医院安装MRI系统时应加强噪声水平控制，尽量降低水平差异。同时病人在接受检查过程中，应严格按要求佩戴耳机或耳塞。医院部门在购置磁共振系统时，可要求在购买说明中加入相关的声学噪声测试参数，方便医院方采取相应的噪声控制措施，包括对操控室或是磁体室建筑材料的声学设计、隔音隔振装置的采用，以降低长期暴露于高声级的工作人员的听力损伤风险。

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FEATURES

专 论

有一定优势，但仍需在产品可靠性、易用性、维修质量等方面进行提升。各国内厂商在保障售后服务优势的前提下还需要转变发展策略，加大研发投入，优化产业结构，提升产品档次，冲击高端磁共振市场，在未来的技术发展方向上争取更大的发展。

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