MR成像中伪影成因及解决策略

                      作者：李伟，罗学毛，何仪改，兰勇，郭云峰  

【摘要】  目的:为了改善图像的质量，减少和消除伪影。方法:12年中50000例MR扫描病例，把有伪影的病人资料归纳分类，进行伪影分析。结果:MR伪影可分为图像处理伪影、病人相关伪影、射频相关伪影、外磁场伪影、磁化率伪影、梯度相关伪影、数据错误及流动相关伪影等8种。结论:总结出的8种伪影及消除办法对提高诊断质量有重要意义。

【关键词】  MR成像;伪影;影像学

　　在MR成像中，有很多不同的伪影来源，我们通过12年内50000例病人的扫描，把有伪影的病人资料进行归纳总结，整理出图影处理伪影、病人相关伪影、射频相关伪影、主磁场伪影、磁化率伪影、梯度相关伪影、数据错误及流动相关伪影［1-3］ 8大类别，现分述如下。
   
　　1 图像处理伪影
    
　　1.1 混叠伪影 由尼奎斯特定律得知，在每个射频回波周期的采样次数不能少于2次，采样间隔时间不能过长，否则造成方波的重叠或混叠，从而产生混叠伪影［2、4］ 。在自旋回波成像中，如FOV仅能包括腹部的一部分，而近两肩部无法包括，则会出现此区域的图像混叠到FOV内身体部去，从而产生伪影。原因在于GX，在视野的左边，产生f max ，在右肩部产生-f  max 。此是尼奎斯特频率，任何该梯度产生的超出此范围的频率，都不能被正确采集。在视野边缘，梯度没有停止，FOV以外仍有磁场，从而产生大于f max 的频率，机无法识别这些频率，被误认为在带宽内的频率。较高的频率会被识别为所选择带宽内较低的频率［4、5］ 。消除:①表面线圈:最简单的办法就是设法使我们不能获得视野以外的任何信号;②增大视野:如果将视野加倍使其包括整个身体范围，就可消除混叠，使用较小的梯度磁场。最大和最小频率之间范围覆盖很大的区域。为保持空间分辨力，矩阵加倍，使用更小的梯度GX;③过采样:包括频率和相位过采样。频率过采样中，消除在频率编码方向上的采样不足所造成的混叠，也可在相位编码方向上，通过增加相位编码梯度的数量而实现。相位过采样中，我们可加倍FOV以避免混叠;④饱和脉冲:饱和视野以外的组织，线圈在接受信号时，几乎接受不到视野以外组织的信号;⑤3D成像:在三维成像的层面选择方向上出现此伪影，需放弃开始和最后的几个层面［5］ 。
   
　　1.2 化学位移伪影 不同分子中的氢质子以不同的频率进动而产生化学位移伪影。水中质子的进动要快于脂肪中质子的进动，差异仅有3.5ppm，在1.5T磁场中，二者频率差异为220Hz，在0.5T的磁场中频率差异为73Hz，可看出，如用较低的磁场，化学位移会较轻。强磁场、窄带宽及较小的像素会加重化学位移伪影。处理方法:（1）使用脂肪抑制去除脂肪信号，如没有来自于脂肪的信号，将不会有化学位移;（2）视野不变而降低N X 而使像素大小增加，可减少化学位移伪影，但降低了空间分辨力;（3）增大带宽可以减少化学位移伪影，但也降低了信噪比;（4）降低磁场强度可减少化学位移伪影，对目前磁场越来越强，不太实际;（5）改变相位编码与频率编码方向，仅是改变化学位移的方向，可区别是伪影还是组织结构;（6）使用长的TE，使脂肪信号产生更多的失相位，来降低脂肪的信号，减少化学位移伪影［4］ 。
   
　　1.3 第二种类型的化学位移伪影 出现于梯度回波技术中，氢质子在水中的进动比较快，小段时间后，会 在脂肪前面360°的相位。这样会在不同的TE时间点脂肪和水的自旋处于相同的相位，或处于反相位。在1.5T磁场中，每1.220=0.0045s=4.5ms，它们会同相1次，在4.5.2=2.25ms会反相1次，即TE是2.25ms的奇数倍，二者处于反相位，偶数倍则处于同相位，此现象被称为第二种类型的化学位移效应。解决对策:（1）选择恰当的TE，使脂肪和水内的质子的自旋位于同相位;（2）交换相位和频率编码方向，使伪影变换方向来区别伪影和组织;（3）增大带宽，会降低信噪比;（4）使用脂肪抑制方法，抑制脂肪信号，减弱图像伪影［4］ 。
   
　　1.4 截断位影 出现在高对比界面，产生的原因是由有限的采样次数和采样时间，不能准确地描述阶梯状的信号强度变化。这个伪影主要见于相位编码方向，因为相位编码比频率编码方向具有更少的像素和更低的空间分辨力。解决方法:（1）增加采样时间，进而减低带宽，以减小波纹;（2）降低像素大小，减少象素间的不连续性，减少尾波震荡，通过增加相位编码数或减少视野来实现［2］ 。
   
　　1.5 部分容积伪影 由于层厚较大，使得三维体积内的物体在二维图像平面上显示，降低了空间分辨力，可降低层厚来消除。

　　2 病人相关伪影
    
　　2.1 运动伪影 由于病人自主或不自主运动或者血管的博动性流动而造成的。仅在相位编码上得到运动伪影，因为沿任何梯度方向上的运动都会造成异常相位的累计，导致信号在相位编码方向上的错误绘制，再有在频率编码方向对信号的采样明显快于相位编码方向上对信号的采样［3］ 。分为:（1）周期性运动伪影:①使用空间预饱和脉冲，使流动的质子得到饱和而减少伪影;②通过增加TR、NY或NEX，相当于增加了扫描时间，来判断伪影之间的间隔，减少图像中伪影的个数;③交换相位和频率编码方向;仅改变伪影的方向，能鉴别病变与伪影;④使用心电门控或者使用流动补偿［3］ 。（2）随机运动伪影:采用措施:①在检查前，强烈要求病人配合，保持镇静，或者打安定止痛，确保身体的稳定;②呼吸补偿，减少呼吸运动产生的运动伪影;③在腹部使用胰高血糖素来减轻由于肠管蠕动造成的伪影;④使用更快速的扫描序列，如FSE、GRE和EPI序列，减少扫描时间［5］ 。（3）脑脊液流动效应伪影:采用措施:①要确定“病变”是否可见于所有的脉冲序列，伪影往往仅能在一种序列图像中出现;②使用心电门控或者流动补偿［2］ 。
   
　　2.2 魔角伪影 在关节成像中，如果肌腱相对于主磁场的方向为一特定的角度，即θ=55°时，那么肌腱将在T1和质子密度加权像中表现为高信号，但在T 2 加权像上表现正常。此人为因素造成的信号强度升高，可能会与病理情况相混淆。

　　3 射频相关伪影
    
　　3.1 层面交叉伪影 来源于射频脉冲的付立叶变换实际上不是精确的直角，而是有侧峰。为了减少和消除层面交叉伪影，可采取:①在相邻的层面之间插入一定的间隔，可以减少层面交叉的程度;②采用隔行扫描，使两次采集之间具有100%的间隔;③可以延长射频脉冲，使脉冲的形态更接近矩形;④连续层面［3］ 。

   
　　3.2 射频拉链伪影 此类伪影是一种中心性伪影，它的形式是沿频率编码轴交替的亮点与暗点所组成的中心性条带。（1）自由感应衰减伪影:可采取:①增大TE，增大自由感应衰减与180°射频脉冲之间的间隔，来减少重叠程度，减少了拉链位影;②增大层厚，选择更宽的射频带宽，使射频信号在时间域内变窄，可降低产生重叠的机会［4］ 。（2）激励回波伪影:采用损毁梯度调整射频发生器来解决。
   
　　3.3 射频馈通拉链伪影 此类伪影产生于用于激发的射频脉冲在数据采集阶段还没有完全关闭的情况，它就“馈通”至接受线圈，表现为相位编码轴在零频率位置的“拉链状”条带。可交替对连续采集的激发射频脉冲进行180°的相位变化，对相位变化进行平均来消除射频馈通伪影。
   
　　3.4 射频噪声伪影 起因于不需要的外界的无线电频率的噪声，与射频馈通伪影对比，不需要的射频脉冲发生于一个特定的频率，不是零频率。可通过改进射频屏蔽、去除装置和关闭扫描室的门来减少和消除射频噪声伪影。

　　4 主磁场伪影
    
　　与B0相关的伪影通常由于磁场的不均匀性而引起，常常由于不正确的匀场、环境因素或者位于新型短孔径磁体的远端而造成。可使用恰当的匀场线圈，即自动匀场，使这种伪影降低到最小程度，使用水模定期检查磁场的均匀性，排除扰动的原因。

　　5 磁化率伪影
    
　　所有的物质被放入磁场中后，都获得不同程度的磁化。MRI中的磁化率伪影出现在不同的磁化率物质的交界面，磁化率的不同会导致局部磁场环境的变形，造成自旋失相位，产生信号损失或错误描绘。铁磁性物质，如金属夹或异物，具有很大的磁化率，可导致明显的磁场变形或伪影。对磁化率效应的敏感程度从高往低的技术依次为回波平面成像EPI、梯度回 波成像GRE、常规自旋回波CSE、快速自旋回波成像FSE，扫描中尽量使用FSE序列。

　　6 梯度相关伪影
    
　　6.1 涡流伪影 涡流是在梯度进行快速开关的转换过程中所产生的小电流，也就是磁场的突然升高和降低所产生的电流。这些电流将导致梯度形态的变形，会在图像中造成伪影。
   
　　6.2 非相性 理想的梯度是线性的，但并不存在完全理想的梯度。这些非线性的因素会造成局部磁场的变形和图像的伪影，此效应与B0磁场不均匀所致的伪影相类似。
   
　　6.3 几何变形伪影 几何变形是非线性梯度或者梯度功率下降的结果，实际中的梯度由于有衰减的峰值，造成了图像的变形，如出现了此类问题，那就需要请维修工程师来解决［2］ 。

　　7 数据错误伪影
    
　　数据错误是在处理某个层面位于K空间内的数据过程中，单次所产生的错误，结果导致在此单一层面，而不在其它任何层面内，出现跨层面的十字形条纹状伪影。可采用:①删除离散的错误值，与邻近的数据进行平均;②只要简单重复此序列，就可以基本解决这个问题［5］ 。
　　8 流动相关伪影
    
　　在血管成像中，奇数回波是失相位的一个重要原因，可造成在第一个和其它奇数回波中的信号损失。在层流方式中，同一个体素的质子在血管腔内移动的速度并不相同。这样，以不同的频率进动并累积一个相位差。体素内失相位是另一个原因。因层流在同一个体素内可能有不同的速度，造成相位分散和信号丢失。解决措施:①降低体素大小，即提高空间分辨力，通过增加矩阵或FOV来实现，前者会降低SNR，后者产生卷折伪影;②减小TE，如可以采用部分回波技术;③增加使用流动补偿技术［3］ 。

【】
  　　［1］刘定西，于 群，主编.MR成像分册［M］.武汉:湖北技术出版社，1999.40-45.

　　［2］尹建忠译.MRI基础［M］.天津:天津科技翻译出版公司，2004.205-238.

　　［3］潘屏南，李树详，林意群，主编.大型医用设备［M］.北京:医药科技出版社，2002.230-241.

　　［4］黄继英，梁星原，主编.磁共振成像原理［M］.西安:陕西科学技术出版社，1998.78-93.

　　［5］Siemens company.Magnetom impact.impact plus（Applications Guide15mT），III.4-1to III.13-4.