磁共振圖像偽影的產(chǎn)生機(jī)理及其解決辦法的研究

劉海濱，張蔚

武漢市第一醫(yī)院 放射科MRI室，湖北武漢 430022

磁共振圖像偽影的產(chǎn)生機(jī)理及其解決辦法的研究

劉海濱，張蔚

武漢市第一醫(yī)院 放射科MRI室，湖北武漢 430022

目的 研究磁共振成像偽影產(chǎn)生的機(jī)理，探討磁共振偽影處理的解決辦法。方法 回顧性分析了87例日立0.3T、GE 1.5T、GE 3.0T磁共振掃描儀的圖像偽影。結(jié)果 磁共振常見的幾種偽影主要有：射頻偽影、梯度偽影、運(yùn)動偽影、化學(xué)位移偽影、卷摺偽影及金屬偽影。 結(jié)論 了解磁共振圖像偽影的產(chǎn)生原因，尋找解決辦法，對改善圖像質(zhì)量,提高診斷率具有重要意義。

磁共振成像；磁共振偽影；偽影消除

在MRI中，偽影是指圖像中與實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)不符合的部分，主要表現(xiàn)為圖像信息的變形，模糊，疊加或缺失。偽影會使得圖像質(zhì)量下降，使醫(yī)生無法對圖像作定量分析。有的偽影會模仿或掩蓋病變，引起圖像解釋上的偏差。一部分偽影產(chǎn)生的原因是由于系統(tǒng)故障，必須加以辨認(rèn)，盡快由維修人員解決；而大多數(shù)的偽影是由于技術(shù)內(nèi)在的原因，無法完全消除，但可以通過選擇合理的成像技術(shù)來消除或降低對診斷的影響。作為從事影像診斷的工作人員，必須熟悉和認(rèn)識常見偽影的形態(tài)表現(xiàn)，產(chǎn)生原因和物理機(jī)制，并盡可能予以克服和消除，以提高圖像診斷質(zhì)量[1]。

1 材料與方法

本組87例典型的偽影，資料來源于日立 0.3T、GE HD Excite 1.5T、GE Excite 3.0T等儀器。

2 結(jié)果

裝備偽影指與MRI系統(tǒng)設(shè)備有關(guān)的偽影，產(chǎn)生的原因主要的由于系統(tǒng)硬件故障或受干擾，MRI技術(shù)內(nèi)在缺陷，參數(shù)選擇不合理等。

2.1 卷摺偽影

當(dāng)觀察野未完全包括成像斷面上所有的解剖組織時，則會出現(xiàn)卷摺偽影（圖1）。未包含在觀察野內(nèi)的解剖組織則卷摺到另一邊。卷摺偽影一般來講比較容易確認(rèn)，大多數(shù)情況下不會對診斷產(chǎn)生影響，但有時也會有類似的病灶。

2.2 截?cái)鄠斡?/p>

截?cái)鄠斡坝址Q為環(huán)狀偽影或邊緣環(huán)（圖2），一般表現(xiàn)為分布于整個圖像上的同中心低信號強(qiáng)度弧形線。多于下面兩種條件下出現(xiàn)；

（1） 由于數(shù)據(jù)內(nèi)插（零充填）不當(dāng)，當(dāng)小的采樣矩陣（如256×128）內(nèi)插成大的顯示矩陣（256×256）。

（2） 沿組織交界面上，出現(xiàn)反差很大的兩種信號強(qiáng)度（跳躍式），如在亮的頭皮脂肪和黑的骨皮質(zhì)之間。

截?cái)鄠斡翱深愃七\(yùn)動偽影，脊髓空洞癥或膝關(guān)節(jié)圖像上的半月板撕裂。

圖1 卷摺偽影

圖2 截?cái)鄠斡?/p>

2.3 化學(xué)位移偽影

同種元素的同種原子由于化學(xué)環(huán)境的不同所造成的磁共振的頻率的差異稱為化學(xué)位移偽影（圖3）[2]。如某一解剖位置上脂質(zhì)分子的質(zhì)子感受到的磁場強(qiáng)度就比同一位置中的水分子中質(zhì)子低，對于1.5T外磁場來說，進(jìn)動頻率為200Hz，而硅進(jìn)動頻率比脂肪低100Hz。這種由于原子核所處的化學(xué)環(huán)境不一樣而導(dǎo)致的磁共振頻率差被稱為化學(xué)位移?；瘜W(xué)位移偽影與磁場強(qiáng)度成正比，因此在低場強(qiáng)時要弱得多。如在盆腔中，充滿液體的膀胱被盆腔周圍脂肪所包繞，在MR圖像上的一邊，由于脂肪和水信號重疊，兩種信號的總和導(dǎo)致出現(xiàn)一明顯的高信號；而另一邊，脂肪和水信號分開則出現(xiàn)一黑色的低信號邊。當(dāng)偽影存在時，就很難用來評價(jià)膀胱壁的完整性?；瘜W(xué)位移偽影也可以類似夾層動脈瘤（假性主動脈夾層）。當(dāng)采集圖像采用窄頻時，化學(xué)位移偽影更加嚴(yán)重[3]。

2.4 黑邊界偽影

黑邊界偽影是一種勾畫出組織區(qū)域的輪廓線（圖4），從某種角度看，它可以非常清楚地區(qū)分兩種相鄰的組織結(jié)構(gòu)，有利于診斷，但是由于黑邊界掩蓋了相鄰組織結(jié)構(gòu)，又是不利的。

圖3 化學(xué)移位偽影

圖4 黑邊偽影

2.5 中心線狀偽影

偽影出現(xiàn)在圖像的中心線上（圖5）為中心線狀偽影，原因有多種。

（1）由于射頻泄漏造成，射頻泄漏可以通過將射頻激發(fā)相位轉(zhuǎn)換180度并重復(fù)采集來消除。

（2）出現(xiàn)在頻率編碼方向，呈亮黑交替強(qiáng)度線（鋸齒線），偽影與激勵回波有關(guān)。

2.6 數(shù)據(jù)出錯偽影

數(shù)據(jù)出錯主要是由于硬件故障，因此不太適合作為偽影來討論。但是，有些MR會經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄出錯，就歸為偽影一類。

2.7 運(yùn)動偽影

運(yùn)動是產(chǎn)生偽影的常見原因，如呼吸運(yùn)動、心臟搏動、胃腸蠕動、吞咽運(yùn)動、流動的血液，搏動組織會在所有方向都產(chǎn)生模糊，尤其影響胸腹部的圖像質(zhì)量。在掃描采集過程中，由于病人本身或者體內(nèi)臟器、血管、腦脊液的波動造成的在相位編碼方向上的偽影，稱為運(yùn)動偽影（圖6），這是在磁共振掃描中最常見的偽影。偽影的大小取決于運(yùn)動結(jié)構(gòu)的亮度，越亮的組織，偽影也就越大，如T1加權(quán)圖像上的脂肪和T2加權(quán)圖像上充滿液體的胃腸道。

圖5 中心線狀偽影

圖6 運(yùn)動偽影

2.8 金屬偽影

因?yàn)榻饘傥镔|(zhì)改變了MRI內(nèi)的磁場勻場環(huán)境，使其造成圖像變形或明顯異常高/低/混雜信號，在不同層面上偽影位置往往改變——會走動的偽影（圖7～圖8）。

圖7 金屬偽影

圖8 金屬偽影

3 討論

3.1 卷摺偽影的消除方法

（1） 折疊偽影可以通過加大觀察野來消除，但此會降低圖像的分辨率。

（2） 相位編碼上方向的折疊可以通過增加觀察野外的采樣來消除，也就是過度采樣技術(shù)或無相位反轉(zhuǎn)（NPW）。相類似的技術(shù)也可以應(yīng)用于頻率編碼方向。

（3） 可以應(yīng)用預(yù)飽和技術(shù)來消除不需要的組織結(jié)構(gòu)。

（4） 另外也可以通過表面線圈的敏感特性來衰減掉不需要的組織結(jié)構(gòu)信號。

3.2 截?cái)鄠斡跋椒╗4]

當(dāng)采用更多的相位編碼步驟，如256次代替128次，那么環(huán)形的間隔就會縮小，但幅度未減少，盡管這種方法有一定的局限性，但仍是最為實(shí)用和有效的方法，因?yàn)榄h(huán)形線的間隔變小后會減少偽影的明顯性。

3.3 化學(xué)位移偽影降低方法

化學(xué)位移偽影可以通過增加接受機(jī)寬帶來降低，還可以通過轉(zhuǎn)換相位編碼方向而將化學(xué)位移偽影轉(zhuǎn)到不同的方向，當(dāng)頻率編碼方向平行于圖像上組織長軸時，偽影也會降低。

3.4 黑邊界偽影解決方法

一般采用流動補(bǔ)償技術(shù)或者是合理選擇TE可以消除一些黑邊界偽影。

3.5 中心線狀偽影解決方法

可以通過合理選擇擾動梯度場來消除，有效擾動梯度場的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)是保證從每次數(shù)據(jù)采集的間隔中除掉激勵回波，這種激勵度在現(xiàn)代MRI裝置上都是常規(guī)安裝的。

3.6 數(shù)據(jù)出錯偽影及中心線狀偽影的解決方法

這兩種偽影都是由于數(shù)據(jù)出錯造成的，可以通過軟件加以修正，但是大多數(shù)MRI設(shè)備生產(chǎn)廠商還不能提供這種軟件。

3.7 運(yùn)動偽影的解決方法

主要采取病人就診前的指導(dǎo)、服用鎮(zhèn)靜劑、使用各種門控技術(shù)和軟件算法進(jìn)行補(bǔ)償[5]。需要注意的是流動補(bǔ)償只對慢速流動引起的偽影起作用,對加速或快速流動引起的運(yùn)動偽影不起效，如心臟和腹部的大血管成像，成像平面內(nèi)的流動比層面間的流動補(bǔ)償效果好。心臟搏動所造成的偽影使用心電門控補(bǔ)償后可有效控制。呼吸運(yùn)動的偽影，通過呼吸門控補(bǔ)償或者選用屏氣掃描序列可加以改觀。血管搏動的偽影，腦脊液波動的偽影，采用指脈門控補(bǔ)償或者采用流動補(bǔ)償。

消除運(yùn)動偽影的方法有兩大類，無監(jiān)控抑制法和有監(jiān)控抑制法 。無監(jiān)控抑制法的方法是：

（1） 物理壓制：通過固定帶，膠帶或其他裝置來限制病人的活動，但容易引起不適。

（2） 屏氣法：采用20s內(nèi)的快速掃描序列掃描來消除偽影，尤其適用于胸腹部成像。

（3） 脂肪抑制技術(shù)：偽影的強(qiáng)度取決于運(yùn)動組織的信號強(qiáng)度，因此可以通過減低引起偽影的運(yùn)動組織的信號強(qiáng)度來減少偽影。

（4） 空間預(yù)飽和技術(shù)：預(yù)飽和技術(shù)一般是在常規(guī)脈沖序列前插入特殊的射頻脈沖來激發(fā)某一板塊，從而使受激發(fā)的板塊內(nèi)組織產(chǎn)生飽和效應(yīng)。

（5） 超快速技術(shù)；超快速技術(shù)，如回波平面成像（EPI），可以在小于100ms的時間內(nèi)采集圖像，可以消除所有運(yùn)動偽影，當(dāng)然也包括心臟搏動，但是圖象信噪比很低[6]。

（6） 合理的設(shè)置TR和激勵次數(shù)（NEX）。

有監(jiān)控抑制法的方法是：

（1） 心電門控：心臟搏動效應(yīng)可以通過圖像采集和心動周期同步來減少搏動偽影。

（2） 呼吸門控[7]：呼吸門控或呼吸觸發(fā)可以同時減少運(yùn)動偽影和圖象模糊。由于它是在呼吸循環(huán)中的某一時間段內(nèi)采集回波，因而它是一種有益但不是有效的呼吸偽影抑制方法。

（3） 呼吸補(bǔ)償技術(shù)：更有效的呼吸偽影抑制方法是相位編碼重排序技術(shù)，又稱為呼吸補(bǔ)償技術(shù)。與呼吸門控不同的是呼吸補(bǔ)償不增加掃描時間。

3.8 金屬偽影的解決方法[8]

去掉病人身上或磁體洞內(nèi)的金屬物品，盡量使用快速回旋回波序列（FSE）。

總結(jié)以上TMRI圖像偽影，可以讓我們了解其常見偽影的產(chǎn)生原理，以便在工作及學(xué)習(xí)中加以控制和減少M(fèi)RI圖像偽影，提高M(jìn)RI圖像的診斷質(zhì)量。

[1] 熊國欣,李立本.核磁共振成像原理[M].北京:科學(xué)出版社,2007:212-219.

[2] 周小兵,MRI中的化學(xué)位移偽影探討[J].實(shí)用醫(yī)技雜志,2002,9(7):494.

[3] Hashemi RH,Bradley WG, Lisanti CJ.MRI: The Basics[M].2nd edition.U.S.A:Lippincott Williams & Wikins,2003.

[4] 劉啟澤,劉國瑞.高磁場MRI偽影的產(chǎn)生及抑制方法探討介析[J].實(shí)用醫(yī)技雜志,2004,11(5B):691-693.

[5] 戈明媚,王秋良,劉志欽,等.MR螺旋槳掃描技術(shù)在消除偽影方面的臨床[J].中華放射學(xué)雜志,2006,40(2):208-212.

[6] 趙喜平.磁共振成像[M].北京:科學(xué)出版社,2003.

Magnetic Resonance Imaging Artifact Generating Mechanism and Solution Research

LIU Hai-bin, ZHANG Wei
MRI Section, Radiolgy Department, Wuhan No.1 Hospital, Wuhan Hubei 430022, China

Objective To study the magnetic resonance imaging artifact emergence mechanism, this paper discusses the disposal of MRI artifacts solution. Methods A retrospective analysis of 87 cases of Hitachi 0.3 T, GE s1.5 T, GE MRI scanner T 3.0 image artifacts. Results Common artifacts of magnetic resonance mainly have: RF artifact, gradient artifact, motion artifact, and chemical shift artifact, wrap artifact and metal artifacts. Conclusion Understanding reasons of magnetic resonance imaging artifact, finding solutions, are important to improve image quality and increase diagnosis rate.

magnetic resonance imaging; MRI artifacts; artifacts removing

1674-1633(2011)10-0114-04

2011-06-02

2011-09-04

作者郵箱：lhbwcl@163.com

R445.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.10.040