3 T高場(chǎng)磁共振設(shè)備的常見(jiàn)偽影：原理、表現(xiàn)與對(duì)策

尹建忠

當(dāng)前的3 T磁共振設(shè)備在臨床裝機(jī)數(shù)量越來(lái)越多，相對(duì)于常規(guī)1.5 T場(chǎng)強(qiáng)，3 T設(shè)備在科研和常規(guī)臨床檢查方面均具有很多優(yōu)勢(shì)，但是，場(chǎng)強(qiáng)的增高也帶來(lái)了一些問(wèn)題[1]。常規(guī)1.5 T磁共振設(shè)備在臨床已應(yīng)用多年，醫(yī)務(wù)工作者積累了大量的臨床經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)掃描序列與參數(shù)進(jìn)行了充分優(yōu)化。而3 T設(shè)備早期主要應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)，進(jìn)行腦功能成像或磁共振波譜的檢查；當(dāng)前3 T設(shè)備的檢查范圍涉及肌骨系統(tǒng)、腹部、心臟及冠脈成像、血管成像，乃至全身的檢查[2]。這些檢查序列尚示得到充分優(yōu)化，很多序列存在著各種偽影問(wèn)題[3]。這就需要影像科醫(yī)師認(rèn)真識(shí)別這些偽影，設(shè)法消除偽影或?qū)⑺鼈儨p小到最小程度。

1 靜磁場(chǎng)相關(guān)偽影

靜磁場(chǎng)的均勻性通常較高，在磁體內(nèi)沒(méi)有任何物體的情況下，磁場(chǎng)中心的差異僅為1 ppm水平(即百萬(wàn)分之一)。但是當(dāng)物體被放入磁場(chǎng)后，它們會(huì)得到不同程度的磁化，但不同物質(zhì)的磁化率(磁化程度)不同。在MRI中，主要存在三種不同類(lèi)型的物質(zhì)：順磁性、抗磁性和鐵磁性物質(zhì)。在磁化率不同的物質(zhì)交界面，例如在組織/空氣的界面(包括副鼻竇、顱底和蝶鞍等位置)，會(huì)導(dǎo)致局部磁場(chǎng)環(huán)境的變形。鐵磁性物質(zhì)（例如金屬夾或異物）具有很大的磁化率，可以導(dǎo)致明顯的磁場(chǎng)變形和偽影[4]。

靜磁場(chǎng)相關(guān)性偽影就是由于磁場(chǎng)的不均勻性所致。這些磁場(chǎng)的不均勻常常是由于不正確的勻場(chǎng)、環(huán)境因素或者是位于短磁體的邊緣造成。靜磁場(chǎng)的不一致可以影響拉莫頻率與空間位置編碼梯度。它主要表現(xiàn)在以下方面：①體素內(nèi)的拉莫頻率不一致可以導(dǎo)致質(zhì)子自旋失相位，主要表現(xiàn)為T(mén)2*縮短及相應(yīng)序列的信號(hào)減低。②稍大范圍的拉莫頻率變化可造成空間定位的錯(cuò)誤與變形，或者由于化學(xué)位移頻率的不匹配，造成頻率選擇性脂肪抑制的效果不完全。較大范圍的磁場(chǎng)不均勻性可以通過(guò)勻場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，但是其他的不均勻性是不可避免的，所致的偽影取決于序列本身及其具體參數(shù)[4]。按照磁敏感型偽影的敏感性由高到低排列，依次為平面回波序列、梯度回波序列、常規(guī)自旋回波序列、快速自旋回波序列。快速自旋回波序列，由于存在多個(gè)180°聚相位梯度，對(duì)磁化率效應(yīng)最不敏感。

圖1 A：快速自旋回波序列，對(duì)于靜磁場(chǎng)的均勻性最不敏感，可見(jiàn)顱底區(qū)結(jié)構(gòu)。B：EPI序列可見(jiàn)額葉與顳葉區(qū)明顯的磁敏感性偽影，局部信號(hào)減低與結(jié)構(gòu)變形。C、D：采用并行采集技術(shù)后(加速因子2和4)，磁敏感性偽影減輕

由于磁敏感性偽影與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，3 T場(chǎng)強(qiáng)下的頻率變化就是1.5 T時(shí)的2倍，靜磁場(chǎng)相關(guān)性偽影在3 T條件下也要比低場(chǎng)明顯[5,6]。這在梯度回波序列中表現(xiàn)為信號(hào)減低[7]?？s短序列的回波時(shí)間(TE)或增大接收帶寬，可以使此問(wèn)題降低到最小程度。在平面回波序列中，磁敏感性偽影會(huì)造成明顯的圖像變形。通過(guò)采用多次激發(fā)平面回波序列或者并行采集技術(shù)，可以減輕EPI序列中的磁敏感性偽影(圖1)。對(duì)于效果不佳的脂肪抑制序列，可以選擇小范圍再次進(jìn)行勻場(chǎng)而得到改善。同時(shí)應(yīng)注意掃描部位是否位于磁場(chǎng)中心，將掃描區(qū)域放置于磁場(chǎng)中心可以減輕靜磁場(chǎng)相關(guān)偽影。

真實(shí)穩(wěn)態(tài)梯度回波序列(TrueFISP/Siemens、FIESTA/GE、B-FFE/Philips)對(duì)于靜磁場(chǎng)也非常敏感，磁共振頻率的變化會(huì)造成圖像中的條帶狀信號(hào)丟失[8]。在心臟或腹部成像時(shí)，有時(shí)這種偽影似乎不可避免，通過(guò)細(xì)致調(diào)整磁共振頻率，使條帶狀偽影偏離視野內(nèi)的興趣區(qū)，可以減輕偽影的影響[9]。

2 射頻場(chǎng)相關(guān)偽影

圖2 A：肝頂部層面，由于射頻場(chǎng)的不均勻造成局部信號(hào)的減低；B：上腹部放置水囊后，局部信號(hào)的均勻性提高

射頻(B1)場(chǎng)的不均勻性可以造成不同空間位置處的翻轉(zhuǎn)角差異，無(wú)論是在自旋回波或梯度回波序列，實(shí)際的翻轉(zhuǎn)角常低于理論數(shù)值，可能造成特定范圍內(nèi)的信號(hào)減低；或者在損毀梯度回波序列(FLASH/Siemens、SPGR/GE、T1-FFE/Philips)中，由于序列的T1對(duì)比主要取決于翻轉(zhuǎn)角，可能造成圖像對(duì)比特征的改變。此外，180°或90°飽和脈沖的翻轉(zhuǎn)角差異，也會(huì)造成所抑制組織的不完全[6]。

射頻(B1)場(chǎng)的均勻性取決于射頻脈沖的波長(zhǎng)、水平線圈以及其與所成像物體的位置關(guān)系。水平線圈通常已經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)提供均勻的射頻脈沖場(chǎng)，因此，射頻脈沖的波長(zhǎng)就成為射頻場(chǎng)的主要影響因素。拉莫頻率的射頻脈沖在空氣中傳導(dǎo)時(shí)，1.5 T場(chǎng)強(qiáng)下的波長(zhǎng)為468 cm，3 T場(chǎng)強(qiáng)下為234 cm[10]。而它在人體內(nèi)的傳導(dǎo)性僅為空氣中的1/10～1/100，相同頻率射頻脈沖的波長(zhǎng)在人體內(nèi)也僅為空氣內(nèi)的1/10～1/100。在不同物體的交界面，由于傳導(dǎo)性的變化可以造成局部的信號(hào)強(qiáng)度變化，通常表現(xiàn)為交界區(qū)信號(hào)強(qiáng)度減低而中心區(qū)域信號(hào)強(qiáng)度較高。由于3 T場(chǎng)強(qiáng)下射頻脈沖的波長(zhǎng)較短，與很多組織結(jié)構(gòu)的大小接近，因此這種效應(yīng)在3 T條件下表現(xiàn)更加明顯。這種效應(yīng)被稱(chēng)為“傳導(dǎo)性效應(yīng)”“駐波效應(yīng)”或“射頻干擾”[11](圖2A)。

射頻場(chǎng)不均勻性的典型表現(xiàn)在腹部成像時(shí)的肝頂部位，橫斷面中常有明顯的信號(hào)減低。這種效應(yīng)在消瘦者中要比肥胖者更為明顯，此時(shí)如在腹部放置水囊，可減輕信號(hào)衰減(圖2B)。此時(shí)，序列自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)射頻放大的強(qiáng)度常略低，增大射頻放大器的強(qiáng)度，也可以使圖像質(zhì)量得到改善。目前，新的射頻脈沖技術(shù)采用射頻線圈陣列的并行激發(fā)技術(shù)，調(diào)整射頻脈沖的強(qiáng)度和相位，可以獲得更好的射頻場(chǎng)均勻性[12,13]。

圖3 A：“第一種類(lèi)型”的化學(xué)位移偽影，頻率編碼為左右方向；B：“第二種類(lèi)型”的化學(xué)位移偽影。C：優(yōu)化序列參數(shù)，可以減輕腹部的化學(xué)位移偽影

圖4 A：較低空間分辨力，B：較寬帶寬條件下，可見(jiàn)腦脊液附近的截?cái)鄠斡?Gibbs現(xiàn)象)；C：降低帶寬和縮小像素體積后，截?cái)鄠斡皽p輕

3 化學(xué)位移偽影

造成化學(xué)位移偽影的原因是不同化學(xué)結(jié)構(gòu)分子中的氫質(zhì)子具有不同的進(jìn)動(dòng)頻率。例如，人體內(nèi)最主要的兩種成分：脂肪和水。脂肪和水中氫質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率存在著較小的差異，水質(zhì)子的進(jìn)動(dòng)頻率稍快于脂肪質(zhì)子，差異為3.5 ppm。在頻率編碼方向上，由于水與脂肪存在的頻率差異，它們的空間位置可能被錯(cuò)誤記錄，會(huì)在較低頻率位置出現(xiàn)一條亮帶，而較高頻率位置出現(xiàn)一條暗帶。這稱(chēng)為“第一種類(lèi)型”的化學(xué)位移偽影[10]，可見(jiàn)于眼眶內(nèi)、沿椎體終板方向、腹部?jī)?nèi)(臟器/脂肪界面)和其他任何脂肪結(jié)構(gòu)與含水結(jié)構(gòu)相鄰的部位(圖3A)。

磁場(chǎng)強(qiáng)度、帶寬與像素的體積大小都是化學(xué)位移偽影的影響因素。由于脂肪和水的頻率差異與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，3 T場(chǎng)強(qiáng)下的化學(xué)位移偽影則是1.5 T時(shí)的兩倍。采用脂肪抑制，去除脂肪信號(hào)；交換相位與頻率編碼方向，改變化學(xué)位移的方向；或者通過(guò)延長(zhǎng)TE，造成更大的失相位，使脂肪的信號(hào)降低，都可以減輕化學(xué)位移偽影。增加像素的體積和增大帶寬也可以減輕化學(xué)位移偽影，值得注意得是，前者會(huì)降低空間分辨力，而后者會(huì)降低信噪比。

對(duì)于“第二種類(lèi)型”的化學(xué)位移，即在梯度回波序列中，由于水質(zhì)子進(jìn)動(dòng)較快，在不同的TE時(shí)間點(diǎn)，水和脂肪質(zhì)子可處于完全相同的相位，或者處于180°的相反相位[10]。選擇脂肪和水質(zhì)子處于反相位的(TE)時(shí)刻成像，在脂肪所包繞的器官(如腎臟和肌肉)周?chē)鷮?huì)可見(jiàn)一條暗的邊界(圖3B)。在3 T時(shí)，反相位的時(shí)間點(diǎn)分別為1.1 ms、3.4 ms、5.6 ms……，較1.5 T時(shí)縮短一半。

4 信噪比相關(guān)偽影

很多在1.5 T場(chǎng)強(qiáng)下并不明顯的偽影，在3 T設(shè)備場(chǎng)強(qiáng)提高后，隨著信噪比的增加變得更加明顯，例如截?cái)鄠斡?Gibbs現(xiàn)象)[14]，此偽影出現(xiàn)在高對(duì)比的界面(如：顱骨/腦、脊髓/腦脊液、膝關(guān)節(jié)內(nèi)的半月板/液體)，并造成交替的亮帶和暗帶，有可能誤診為病變(如半月板撕裂)。它產(chǎn)生的原因是由于采樣時(shí)間有限，不能準(zhǔn)確地描述一個(gè)階梯狀的信號(hào)強(qiáng)度變化，而在明顯界面處產(chǎn)生平行狀的條帶。這個(gè)偽影主要見(jiàn)于相位編碼方向，通過(guò)降低帶寬或縮小像素體積，都可以減輕截?cái)鄠斡?圖4)。

此外，血管博動(dòng)偽影在3 T場(chǎng)強(qiáng)下，也要比1.5 T設(shè)備明顯。一方面是由于信噪比的提高，另一方面是在場(chǎng)強(qiáng)提高后血液內(nèi)離子流動(dòng)所致的電磁效應(yīng)也相應(yīng)增加所致。通過(guò)采用空間預(yù)飽和脈沖，心電門(mén)控或流動(dòng)補(bǔ)償，可以減輕血管波動(dòng)偽影[15]。

隨著3 T設(shè)備場(chǎng)強(qiáng)的提高與信噪比的增加，不僅使圖像質(zhì)量得到改善，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)一系列的偽影問(wèn)題。這些偽影可能是由于高場(chǎng)條件本身的物理限度或者1.5 T序列直接移植到3 T條件下沒(méi)有進(jìn)行充分的優(yōu)化所致，透徹理解高場(chǎng)強(qiáng)所帶來(lái)的利與弊，選擇合理的序列條件與參數(shù)，才能充分發(fā)揮3 T設(shè)備的優(yōu)勢(shì)。

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