磁共振成像的偽影及應(yīng)對(duì)策略*

付麗媛 梁永剛 倪 萍 陳 堅(jiān) 劉冰川 陳建新 陳自謙*

磁共振成像的偽影及應(yīng)對(duì)策略*

付麗媛①梁永剛①倪 萍②陳 堅(jiān)①劉冰川①陳建新①陳自謙①*

目的：研究磁共振成像（MRI）圖像偽影產(chǎn)生的原因，探討常規(guī)工作中克服MRI偽影的方法與對(duì)策。方法：收集67例GE HD Excite 1.5T、Siemens Trio 3.0T和Siemens Skyra 3.0T MRI具代表性偽影圖像，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類，分析偽影產(chǎn)生的原因，提出相應(yīng)的克服方法。結(jié)果：67例偽影圖像中，運(yùn)動(dòng)偽影24例，金屬偽影18例，化學(xué)位移偽影4例，勾邊偽影7例，卷褶偽影3例，截?cái)鄠斡?例，交叉?zhèn)斡?例，iPAT偽影1例，拉鏈偽影2例，部分容積效應(yīng)3例，近線圈效應(yīng)3例。在分析偽影產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，提出了控制偽影的技術(shù)對(duì)策。結(jié)論：循證MRI圖像偽影產(chǎn)生的原因及機(jī)理，有針對(duì)性地制定控制偽影的方法，對(duì)于提高M(jìn)RI圖像質(zhì)量具有重要意義。

磁共振成像系統(tǒng)；偽影；產(chǎn)生機(jī)制；對(duì)策；質(zhì)量控制

［First-author’s address］ Medical Image Center of Fuzhou General Hospital of Nanjing Military Command， Fuzhou 350025， China.

偽影是指磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）中與相應(yīng)的斷層組織實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)不相對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度，通常由生理和技術(shù)因素引起，可以表現(xiàn)為圖像模糊、變形、重疊及缺失等［1］。MRI過程復(fù)雜，與其他影像技術(shù)相比是出現(xiàn)偽影最多的成像技術(shù)之一。造成MRI偽影的因素很多，主要可以分為與硬件相關(guān)的靜磁場(chǎng)不均勻、射頻不均勻等，與數(shù)據(jù)處理相關(guān)的軟件，與相關(guān)的運(yùn)動(dòng)、生理性運(yùn)動(dòng)及金屬植入物等，與掃描相關(guān)以及環(huán)境相關(guān)的偽影［2］。MRI中部分偽影可以通過調(diào)整參數(shù)、完善掃描細(xì)節(jié)消減甚至完全消除，而部分與硬軟件相關(guān)的偽影必須請(qǐng)相關(guān)的硬件、軟件工程師予以檢測(cè)調(diào)整。MRI偽影的存在，輕者導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，嚴(yán)重者將會(huì)掩蓋病灶或出現(xiàn)假病灶從而造成漏診、誤診，帶來嚴(yán)重的后果。為此，本研究探討MRI圖像偽影產(chǎn)生的原因，旨在正確認(rèn)識(shí)偽影并研究制定相應(yīng)的解決方法與對(duì)策，以消除偽影、提高M(jìn)RI圖像質(zhì)量及診斷水平。

1 資料與方法

1.1 MRI偽影資料

MRI偽影資料主要來源于GE HD Excite 1.5 T、Siemens Trio 3.0 T和Siemens Skyra 3.0 T儀器。收集2009年10月至2015年8月間具有代表性的圖像偽影67例；其中，頭部掃描圖像34例，腹部掃描圖像27例，脊柱掃描圖像3例，膝關(guān)節(jié)掃描圖像1例，足部掃描圖像2例。

1.2 分析方法

采用GE HD Excite 1.5 T8通道頭線圈、脊柱線圈及胸腹聯(lián)合線圈進(jìn)行相應(yīng)部位的規(guī)范化掃描；采用Siemens Trio 3.0 T和Siemens Skyra 3.0 T8通道頭線圈、頭頸聯(lián)合線圈、相控陣表面線圈、脊柱線圈和膝關(guān)節(jié)專用線圈對(duì)相應(yīng)部位進(jìn)行規(guī)范化掃描。對(duì)有代表性的圖像偽影進(jìn)行分類，并分析偽影產(chǎn)生的原因，提出克服方法。

2 圖像偽影分類結(jié)果

通過規(guī)范化掃描，對(duì)有代表性的67例圖像偽影進(jìn)行分類，其結(jié)果運(yùn)動(dòng)偽影24例，金屬偽影18例，化學(xué)位移偽影4例，勾邊偽影7例，卷褶偽影3例，截?cái)鄠斡?例，交叉?zhèn)斡?例，iPAT偽影1例，拉鏈偽影2例，部分容積效應(yīng)3例，近線圈效應(yīng)3例。

2.1 運(yùn)動(dòng)偽影

在24例運(yùn)動(dòng)偽影中，隨機(jī)自主運(yùn)動(dòng)偽影11例，呼吸運(yùn)動(dòng)偽影5例，大血管搏動(dòng)偽影8例。運(yùn)動(dòng)偽影是MRI圖像最常見、最主要的偽影。分為兩類：①自主運(yùn)動(dòng)引起的偽影，如吞咽運(yùn)動(dòng)、躁動(dòng)等；②心臟、呼吸及大血管搏動(dòng)等引起的偽影，具有周期性，有一定的規(guī)律。

（1）隨機(jī)自主運(yùn)動(dòng)偽影不具有周期性，且由受檢者自主控制，如吞咽、自主運(yùn)動(dòng)等。隨機(jī)自主偽影的主要特點(diǎn)有造成圖像模糊；受檢者可控，出現(xiàn)在相位編碼方向。解決方法為：①爭(zhēng)取配合，保證掃描期間不動(dòng)；②縮短圖像采集時(shí)間；③采用BLADE等能糾正運(yùn)動(dòng)的技術(shù)；④吞咽產(chǎn)生的偽影可在喉部施加預(yù)飽和帶；⑤對(duì)于實(shí)在躁動(dòng)不能配合檢查的，可服用或注射一定劑量的鎮(zhèn)靜劑（如圖1所示）。

圖1 自主運(yùn)動(dòng)偽影及使用刀鋒技術(shù)的圖像

（2）心臟、呼吸及大血管搏動(dòng)等引起的偽影，具有周期性。呼吸運(yùn)動(dòng)偽影主要出現(xiàn)在胸腹部MR圖像上，會(huì)造成圖像模糊。解決方法為：①在行腹部檢查時(shí)給患者綁上腹帶，以減小呼吸運(yùn)動(dòng)的幅度；②施加呼吸觸發(fā)技術(shù)；③采用快速序列屏氣掃描；④在前腹壁施加預(yù)飽和帶也可抑制腹壁的運(yùn)動(dòng)偽影（如圖2所示）。

圖2 呼吸運(yùn)動(dòng)偽影及采取克服措施后圖像

（3）心臟及大血管搏動(dòng)偽影具有的特點(diǎn)是周期性強(qiáng)，受檢者不能自主控制；沿相位編碼方向分布。解決方法為：①施加心電門控技術(shù)；②在心臟區(qū)域、成像區(qū)域血流的上游施加預(yù)飽和帶；③切換相位編碼方向，此法并不能消除垂直于層面的血管引起的搏動(dòng)偽影，但可使搏動(dòng)偽影的方向發(fā)生改變；④采用流動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)。主動(dòng)脈搏動(dòng)偽影如圖3所示。

圖3 主動(dòng)脈搏動(dòng)偽影圖像

2.2 金屬偽影

（1）在18例金屬偽影中，固定金屬假牙偽影13例，金屬內(nèi)衣扣偽影2例，節(jié)育環(huán)偽影1例，貼身衣物金屬標(biāo)識(shí)偽影2例。鐵等磁性金屬進(jìn)入磁場(chǎng)后使得磁力線高度集中在鐵磁性金屬上，嚴(yán)重破壞了磁場(chǎng)均勻性，對(duì)成像的危害非常大。鐵磁性金屬偽影的表現(xiàn)是鐵磁性物體周圍組織無(wú)信號(hào)且周圍組織器官發(fā)生變形。

（2）解決方法：①受檢者進(jìn)入磁體間前進(jìn)行嚴(yán)格檢查，可除去大部分金屬異物；②對(duì)體內(nèi)金屬異物，如外科手術(shù)夾要慎重對(duì)待，最好不做相關(guān)部位的掃描，以免發(fā)生危險(xiǎn)（如圖4所示）。

圖4 金屬偽影及克服后圖像

2.3 化學(xué)位移偽影

（1）在67例具有代表性的偽影圖像中，化學(xué)位移偽影4例?；瘜W(xué)位移偽影是由于化學(xué)位移效應(yīng)引起的影像失真，表現(xiàn)在脂肪與水組織的界面處，在頻率編碼方向造成空間錯(cuò)位，形成一側(cè)呈條形亮帶，另一側(cè)是條形暗帶的偽影?；瘜W(xué)位移偽影的特點(diǎn)是出現(xiàn)在頻率編碼方向上；主磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，化學(xué)位移偽影越明顯。

（2）解決辦法為：①增加頻率編碼的帶寬；②改變頻率編碼方向；③采用脂肪抑制技術(shù)（如圖5所示）。

圖5 化學(xué)位移偽影圖像

2.4 勾邊偽影

（1）在67例具有代表性的偽影圖像中勾邊偽影7例。在梯度回波序列的反相位圖像上，臟器與脂肪組織的界面處會(huì)出現(xiàn)寬度為一個(gè)像素的黑線，勾勒于臟器的周邊，被稱為勾邊偽影或黑線偽影，最常出現(xiàn)于腹部臟器周圍、肌肉間隙等部位。勾邊偽影具有以下特點(diǎn)：僅出現(xiàn)于梯度回波類序列，一般不出現(xiàn)于自旋回波類序列；出現(xiàn)于臟器與脂肪組織的界面上；只出現(xiàn)于反相位圖像上，最常見的是擾相GRE序列的反相位；表現(xiàn)為一條寬度為一個(gè)像素的低信號(hào)黑線包繞臟器。

（2）解決方法為：①通過TE的改變采集同相位的圖像；②施加脂肪抑制技術(shù)；③用自旋回波類序列取代梯度回波序列。勾邊偽影如圖6所示。

圖6 勾邊偽影圖像

2.5 卷褶偽影

（1）在67例具有代表性的偽影圖像中卷褶偽影3例。卷褶偽影是由于視野（field of view， FOV）小于受檢部位的大小而產(chǎn)生的，F(xiàn)OV外的組織信號(hào)將折疊到圖像的另一側(cè)，這種折疊被稱為卷褶偽影。卷褶偽影具有以下特點(diǎn)：①出現(xiàn)在相位編碼方向上；②表現(xiàn)為FOV外一側(cè)的組織信號(hào)卷褶至圖像對(duì)側(cè)的FOV內(nèi)。

（2）解決方法為：①選擇合適的FOV使其略大于受檢部位；②相位編碼方向過采樣；③施加空間預(yù)飽和帶，覆蓋FOV外的所有組織，把該區(qū)域內(nèi)的組織信號(hào)進(jìn)行抑制，卷褶偽影圖像如圖7所示。

圖7 卷褶偽影圖像

2.6 截?cái)鄠斡?/p>

（1）在67例具有代表性的偽影圖像中截?cái)鄠斡?例。截?cái)鄠斡笆窃趫D像重建中產(chǎn)生的，表現(xiàn)為高、低信號(hào)突變時(shí)產(chǎn)生的環(huán)形黑白條形，通常出現(xiàn)在兩種差異較大組織的界面上，如顱骨與腦組織的交接處。另一種截?cái)鄠斡氨憩F(xiàn)是邊緣增強(qiáng)現(xiàn)象，在組織邊界處產(chǎn)生一個(gè)高信號(hào)環(huán)。這種偽影主要是由于信號(hào)強(qiáng)度的不連續(xù)性所造成的。截?cái)鄠斡暗奶攸c(diǎn)為：①出現(xiàn)在空間分辨力較低的圖像上；②相位編碼方向往往更為明顯；③表現(xiàn)為多條明暗相間的弧線或條帶。

（2）解決截?cái)鄠斡暗膶?duì)策主要是增加圖像空間分辨力。圖像截?cái)鄠斡叭鐖D8所示。

圖8 截?cái)鄠斡皥D像

2.7 交叉?zhèn)斡?/p>

（1）在67例具有代表性的偽影圖像中交叉?zhèn)斡?例。交叉?zhèn)斡耙话阍诜纸M傾斜定位時(shí)出現(xiàn)，是由于掃描層面內(nèi)組織受到其他層面的射頻脈沖激發(fā)，提前飽和從而不能產(chǎn)生信號(hào)，有時(shí)預(yù)置飽和也可能帶來同樣的偽影。偽影的特點(diǎn)是交叉部位低信號(hào)或信噪比非常低。

（2）解決方法為：分組傾斜定位時(shí)避免層面交叉。交叉?zhèn)斡叭鐖D9所示。

圖9 交叉?zhèn)斡皥D像

2.8 iPAT偽影

（1）在67例具有代表性的偽影圖像中iPAT偽影1例。iPAT偽影的原因是在啟用并行采集iPAT技術(shù)采集K空間時(shí)，在相位方向上隔行采集，每個(gè)線圈單元采集50%的相位方向的信息。所采集到的信息存在明顯的相位卷褶，需要利用線圈敏感性數(shù)據(jù)重建圖像并去掉每個(gè)線圈單元的卷褶，重建出一個(gè)完好的圖像。當(dāng)校正的信息與采集的信息不匹配時(shí)，將導(dǎo)致偽影出現(xiàn)。偽影產(chǎn)生情況是由于掃描FOV太小、卷褶成分過多以及iPAT處理無(wú)法完全消除。偽影特點(diǎn)類似卷褶偽影，但多出現(xiàn)在圖像中心，圖像中心條帶狀偽影，信噪比明顯降低。

（2）解決方法為：選擇合適的并行采集加速因子。iPAT偽影如圖10所示。

圖10 iPAT偽影圖像

2.9 拉鏈偽影

（1）在67例具有代表性的偽影圖像中拉鏈偽影2例。拉鏈偽影的原因：①在自由感應(yīng)衰減未完全衰減之前，180o脈沖的側(cè)峰會(huì)與其產(chǎn)生重疊，或者臨近層面不精確的射頻脈沖造成未經(jīng)相位編碼而激勵(lì)的回波；②當(dāng)存在不需要的外界無(wú)線電頻率的噪聲時(shí)也容易引起這種偽影，如掃描間以外的手機(jī)射頻、無(wú)線電廣播射頻等。圖像特點(diǎn)為沿頻率編碼軸交替的亮點(diǎn)與黑點(diǎn)組成的中心條帶或噪聲帶。外界泄露射頻帶來的偽影：沿相位方向排列的“拉鏈狀偽影”。

（2）解決方法為：①自由感應(yīng)衰減的拉鏈偽影采取增大TE，因?yàn)樵龃骉E可加大FID與180o射頻之間的間隔；②增大層厚，通過選擇更大寬的射頻帶寬，使之在時(shí)間域變窄；③對(duì)于外界射頻泄漏的拉鏈狀偽影可關(guān)緊掃描間的門，禁止在掃描間外接聽手機(jī)、無(wú)線廣播去除監(jiān)護(hù)裝置，防止在掃描間附近使用電鉆等工具。拉鏈狀偽影如圖11所示。

2.10 部分容積效應(yīng)

（1）在67例具有代表性的偽影圖像中部分容積效應(yīng)3例。當(dāng)掃描層厚較厚而病變較小又位于層與層之間時(shí)，周圍組織信號(hào)掩蓋了小的病變，這種現(xiàn)象稱為部分容積效應(yīng)。部分容積效應(yīng)造成病灶的信號(hào)強(qiáng)度不能得以客觀表達(dá)，同時(shí)將影響病灶與正常組織的對(duì)比。

（2）解決方法為：減薄層厚、提高空間分辨率及改變層面位置。部分容積效應(yīng)偽影如圖12所示。

圖11 拉鏈狀偽影圖像

圖12 部分容積效應(yīng)圖像

2.11 近線圈效應(yīng)

（1）在67例具有代表性的偽影圖像中近線圈效應(yīng)3例。在臨床MRI檢查中，為了提高圖像信噪比，采用表面線圈或多通道相控陣線圈來采集MR信號(hào)。表面線圈接收MR信號(hào)在整個(gè)采集容積區(qū)域是不均勻的，越靠近線圈的部位采集到的信號(hào)越高，而越遠(yuǎn)離線圈的部位采集到的信號(hào)越低，這種現(xiàn)象被稱為近線圈效應(yīng)，是由于線圈的空間敏感度差異所致。近線圈效應(yīng)會(huì)造成圖像信號(hào)的均勻度降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接影響診斷。

（2）解決方法為：采用濾過技術(shù)，使距離線圈不同遠(yuǎn)近的組織信號(hào)盡可能的均勻。近線圈效應(yīng)偽影如圖13所示。

圖13 近線圈效應(yīng)圖像

3 討論

MRI成像過程與其他影像技術(shù)相比甚為復(fù)雜，掃描序列及成像參數(shù)多，則偽影出現(xiàn)甚多。偽影的出現(xiàn)導(dǎo)致圖像質(zhì)量極大降低，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊戓t(yī)生做出正確的診斷。因此，正確認(rèn)識(shí)偽影的產(chǎn)生機(jī)制，減少或者避免偽影的出現(xiàn)，在MRI中具有重要的意義［3］。

在MRI中，運(yùn)動(dòng)偽影的發(fā)生概率最高。無(wú)論是患者的自主運(yùn)動(dòng)（如躁動(dòng)、咳嗽抖動(dòng)）還是人體的呼吸運(yùn)動(dòng)和心臟搏動(dòng)，均可導(dǎo)致信號(hào)發(fā)生空間錯(cuò)位致使圖像模糊不清，從而無(wú)法辨認(rèn)解剖結(jié)構(gòu)形態(tài)，不能夠清楚地顯示病變［4-6］。自主運(yùn)動(dòng)偽影的克服需要患者的良好配合，根據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)，需在檢查前與患者做好溝通，囑咐檢查注意事項(xiàng)，盡最大努力得到患者的配合，同時(shí)在掃描時(shí)盡量采用快速掃描序列，縮短檢查時(shí)間。對(duì)于實(shí)在躁動(dòng)不能配合檢查的，建議服用或注射一定劑量的鎮(zhèn)靜劑。嬰兒及兒童檢查時(shí)應(yīng)盡量選擇在其安睡時(shí)進(jìn)行，并做好聽力保護(hù)。對(duì)于人體的呼吸運(yùn)動(dòng)和心臟搏動(dòng)偽影，使用各種門控技術(shù)及軟件算法的補(bǔ)償均可以取得較好的效果。

金屬偽影也是MRI成像中發(fā)生概率較高的偽影之一。體外的金屬異物在進(jìn)入檢查室前進(jìn)行嚴(yán)格檢查，可除去大部分金屬異物。對(duì)于體內(nèi)的金屬異物，其中較為常見的是顱腦掃描中金屬假牙引起的偽影。金屬假牙對(duì)顱腦T2WI、T1WI圖像影響尚可接受，而對(duì)DWI圖像的影響比較大，會(huì)造成DWI圖像的變形和信號(hào)缺失。因此，MRI檢查時(shí)應(yīng)將患者的金屬假牙盡量取下后檢查。

拉鏈偽影大多是由于射頻干擾引起的，從MRI機(jī)房選址開始應(yīng)要遠(yuǎn)離電梯、公路等，規(guī)避此類偽影的風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生［7］。手機(jī)不可帶進(jìn)掃描間，關(guān)緊掃描間的門，禁止在掃描間外接聽手機(jī)、聽無(wú)線廣播等。

化學(xué)位移偽影、勾邊偽影、卷褶偽影、截?cái)鄠斡啊⒔徊鎮(zhèn)斡?、iPAT偽影、部分容積效應(yīng)、層間干擾和近線圈效應(yīng)所產(chǎn)生的偽影均與掃描參數(shù)的設(shè)置密切相關(guān)。其中卷褶偽影可以通過參數(shù)調(diào)整消除，有些可以通過調(diào)整參數(shù)減少偽影，而參數(shù)調(diào)整與掃描技術(shù)人員對(duì)MRI技術(shù)的理解與掌握密切相關(guān)，只有很好地掌握MRI技術(shù)，才能正確的對(duì)成像參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)整，從而做到既可以克服偽影，同時(shí)又不降低圖像質(zhì)量［8-11］。

除本研究涉及的偽影外，還有些偽影表現(xiàn)更為多樣，即設(shè)備故障時(shí)引起的偽影。發(fā)生故障的模塊不同，引起的圖像偽影表現(xiàn)不同，如接收線圈故障，通常表現(xiàn)為信號(hào)缺失或圖像信噪比低下、線圈插口盒或線圈插口接觸不良，以及出現(xiàn)打火造成“毛衣”狀偽影等。此類偽影的出現(xiàn)，就需要請(qǐng)相關(guān)的硬件或軟件工程師進(jìn)行檢測(cè)及維修［12-13］。

4 結(jié)語(yǔ)

MTRI圖像偽影表現(xiàn)多樣，應(yīng)正確認(rèn)識(shí)和辨別各種偽影，循證分析MRI圖像偽影產(chǎn)生的原因及機(jī)制，有針對(duì)性地采取合理科學(xué)的質(zhì)量控制方法克服偽影，對(duì)于提高M(jìn)RI圖像質(zhì)量具有重要的意義。

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Research on the analysis and solution of magnetic resonance imaging artifacts

FU Li-yuan，LIANG Yong-gang， NI Ping， et al// China Medical Equipment，2016，13（4）：20-24.

Objective： To investigate the causes of the artifacts in magnetic resonance imaging（MRI） and to explore the method to overcome artifact in the routine work. Methods：To analyze 67 cases of typical artifacts of GE HD Excite 1.5T， Siemens Trio 3.0 T and Siemens Skyra 3.0T MR systems which were collected. Results： Sixty seven cases of typical artifacts in MRI include 24 cases of motion artifact， 18 cases of metal artifact， 4 cases of chemical shift artifact， 7 cases of edge artifact， 3 cases of wrap artifact， 1 cases of truncation artifacts， 1 cases of cross artifact， 1 cases of iPAT artifact， 2 cases of zipper artifact， 3 cases of partial volume effect and 3 cases of near coil effect. The quality control methods and technical procedures be suggested based on causes analysis. Conclusion： Understand the causes and mechanism of MRI artifact and to master the method is important to improve the quality of MR imaging.

Magnetic resonance imaging system； Artifact； Mechanism； Solution； Quality control

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.04.008

1672-8270（2016）04-0020-05

R445.2

A

2015-12-20

軍事醫(yī)學(xué)計(jì)量科研專項(xiàng)課題（2011-JL2-014）“功能磁共振成像專用體模及質(zhì)量控制檢測(cè)方法的研究”；軍區(qū)重大項(xiàng)目（14ZX23）“軍人創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙的多模態(tài)功能磁共振研究”

①南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心 福建 福州 350025

②南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科 福建省醫(yī)學(xué)裝備管理質(zhì)量控制中心 福建 福州 350025

*通訊作者：chenziqianfz@sina.com

付麗媛，女，（1984- ），碩士，工程師。南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心，從事磁共振成像質(zhì)量控制與質(zhì)量管理方面的研究。