MRI图像常见伪影及对策

伪影是指MR图像中与实际解剖结构不相符的信号,可以表现为图像变形、重叠、缺失、模糊等。每一幅MRI图像都存在不同程度的伪影。

MRI检查中伪影主要造成三个方面的问题:

(1)使图像质量下降,甚至无法分析;

(2)掩盖病灶,造成漏诊;

(3)出现假病灶,造成误诊。

因此正确的认识伪影及其对策对于提高MRI临床诊断水平非常重要。MRI 的伪影主要分为装备伪影、运动伪影及磁化率敏感伪影等三大类。本节将重点介绍MRI常见伪影的原因、表现及其对策。

一、设备伪影
所谓设备伪影是指与MRI成像设备及MR成像固有技术相关的伪影。设备伪影主要取决于生产产家的设备质量、安装调试等因素,成像参数的选择也是影响设备伪影的重要因素。下面主要讨论与成像参数有关的设备伪影。

(一)化学位移伪影
化学位移伪影是指由于化学位移现象导致的图像伪影。化学位移现象我们已经在MRS一节作了介绍。大家都知道MR图像是通过施加梯度场造成不同位置的质子进动频率出现差异来完成空间定位编码的。

由于化学位移现象,脂肪中的质子的进动频率要比水中的质子快3.5PPM(约147Hz/T),如果以水分子中的质子的进动频率为MR成像的中心频率,则脂肪信号在频率编码方向上将向梯度场强较低(进动频率较低)的一侧错位。以盆腔横断面T2WI为例,如果左右方向为频率编码方向且梯度场为左侧高右侧低,膀胱内的尿液呈现高信号,周围脂肪也呈高信号。膀胱左旁的脂肪向右侧移位并与膀胱内的尿液信号叠加,在膀胱左侧缘形成一条信号更高的白色条带;而膀胱右旁的脂肪也向右移位,从而在膀胱右缘处形成一条信号缺失的黑色条带。

化学位移伪影的特点包括:

(1)出现在频率编码方向上;

(2)脂肪组织的信号向频率编码梯度场强较低的一侧移位;

(3)场强越高,化学位移伪影也越明显。

化学位移伪影的对策包括:

(1)改变频率编码方向。这仅能改变化学位移伪影的方向,并不能减轻或消除化学位移伪影。

(2)施加脂肪抑制技术。脂肪信号被抑制后,其化学位移伪影将同时被抑制。

(3)增加频率编码的带宽。以1.0 T扫描机为例,脂肪和水的化学位移为147Hz,如果矩阵为256×256,频率编码带宽为25 KHz(约100Hz/像素),那么化学位移147Hz相当于移位1.5个像素,如果把频率编码带宽改为50KHz(约200Hz/像素),则化学位移相当于0.75个像素,伪影明显减轻。


(二)卷褶伪影
当受检物体的尺寸超出FOV的大小,FOV外的组织信号将折叠到图像的另一侧,这种折叠被称为卷褶伪影。

MR信号在图像上的位置取决于信号的相位和频率,信号的相位和频率分别由相位编码和频率编码梯度场获得。信号的相位和频率具有一定范围,这个范围仅能对FOV内的信号进行空间编码,当FOV外的组织信号融入图像后,将发生相位或频率的错误,把FOV外一侧的组织信号错当成另一侧的组织信号,因而把信号卷褶到对侧,从而形成卷褶伪影。

实际上卷褶伪影可以出现在频率编码方向,也可以出现在相位编码方向上。由于在频率方向上扩大信号空间定位编码范围,不增加采集时间,目前生产的MRI仪均采用频率方向超范围编码技术,频率编码方向不出现卷褶伪影,因此MR图像上卷褶伪影一般出现在相位编码方向上。

在三维MR成像序列中,由于在层面方向上也采用了相位编码,卷褶伪影也可以出现在层面方向上,表现为第一层外的组织信号卷褶到最后一层的图像中。

卷褶伪影具有以下特点:

(1)由FOV小于受检部位所致,

(2)常出现在相位编码方向上,

(3)表现为FOV外一侧的组织信号卷褶并重叠到图像的另一侧。

避免卷褶伪影的对策有:

(1)增大FOV,使之大于受检部位;

(2)切换频率编码与相位编码的方向,把层面中径线较短的方向设置为相位编码方向。如进行腹部横断面成像时,把前后方向设置为相位编码方向不易出现卷褶伪影;

(3)相位编码方向超范围编码,是指对相位编码方向上超出FOV范围的组织也进行相位编码,不同的MRI仪产家采用不同方法进行超范围相位编码。如西门子公司采用的过度采样(over sample)技术,根据被检组织在相位编码方向上超出FOV的多少来决定过度编码的范围,可以1%到100%范围内随意选择,采集时间随所选的范围成比例增加。GE公司采用去相位卷褶(no phase wrap,NPW)技术,通常用于2个NEX或4个NEX的序列,如果是2个NEX,施加NPW技术后实际上只执行1个NEX,但相位编码范围增大1倍,采集的总相位编码线(MR信号)数目没有改变,因此不增加采集时间;如果是1个NEX的序列则需要增加采集时间,与西门子公司过度采样技术相仿,但过度编码的范围不能随意选择。


(三)截断伪影
截断伪影也称环状伪影,在空间分辨力较低的图像比较明显,表现为多条同中心的弧线状低信号影。MRI图像是由多个像素构成的,数字图像要想真实展示实际解剖结构,其像素应该无限小,但实际上像素的大小是有限的,因此图像与实际解剖存在差别,这种差别实际上就是截断差别,当像素较大时其失真将更为明显,就可能出现肉眼可见的明暗相间的条带,这就是截断伪影。

截断伪影容易出现在两种情况下:

(1)图像的空间分辨力较低(即像素较大);

(2)在两种信号强度差别很大的组织间,如T2WI上脑脊液与骨皮质之间。

截断伪影的特点有:

(1)常出现在空间分辨力较低的图像上;

(2)相位编码方向往往更为明显,因为为了缩短采集时间相位编码方向的空间分辨力往往更低;

(3)表现为多条明暗相间的弧线或条带。

截断伪影的对策主要是增加图像空间分辨力,但同时往往需要增加采集时间。

(四)部分容积效应
与其他任何断层图像一样,MR图像同样存在部分容积效应,造成病灶的信号强度不能得以客观表达,同时将影响病灶与正常组织的对比。解决的办法主要是减薄层厚。

(五)层间干扰
MR成像需要采用射频脉冲激发,由于受梯度场线性、射频脉冲的频率特性等的影响,实际上MR二维采集时扫描层面附近的质子也会受到激励,这样就会造成层面之间的信号相互影响,我们把这种效应称为层间干扰(cross talk)或层间污染(cross contamination)。层间干扰的结果往往是偶数层面的图像整体信号强度降低,因而出现同一序列的MR图像一层亮一层暗相间隔的现象。

层间干扰伪影的对策包括:

(1)设置一定的层间距;

(2)采用跳跃方式采集各层图像信号,如总共有10层图像,先激发采集第1、3、5、7、9层,再激发采集第2、4、6、8、10层;

(3)采用三维采集技术。

二、运动伪影
MR图像的运动伪影往往是指由于受检者的宏观运动引起的伪影。这些运动可以是自主运动如肢体运动、吞咽等,也可以是非自主运动如心跳、血管搏动。运动可以是随机的如胃肠道蠕动、吞咽等,也可以是周期性运动如心跳和血管搏动等。
运动伪影出现的原因主要是由于在MR信号采集的过程中,运动器官在每一次激发、编码及信号采集时所处的位置或形态发生了变化,因此将出现相位的错误,在傅里叶转换时其信号的位置即发生错误,从而出现伪影。

运动伪影具有以下共同特点:

(1)主要出现在相位编码方向上;

(2)伪影的强度取决于运动结构的信号强度,后者信号强度越高,相应的伪影越亮。

(3)伪影复制的数目、位置受基本正弦运动的相对强度、TR、NEX、FOV等的因素影像。

下面将介绍常见运动伪影的特点及其对策。

(一)随机自主运动伪影
随机自主运动伪影是指不具有周期性且受检者能够自主控制的运动造成的伪影,如吞咽、眼球转动、肢体运动等造成的伪影。

随机自主运动伪影的特点有:

(1)主要造成图像模糊;

(2)伪影出现在相位编码方向;

(3)受检者可以控制。

主要对策有:

(1)检查前争取病人的配合,保证扫描期间保持不动;

(2)尽量缩短图像采集时间;

(3)吞咽运动伪影可以在喉部施加预饱和带。

(二)呼吸运动伪影
呼吸运动伪影主要出现在胸腹部MR图像上,呼吸运动具有一定的节律性和可控制性。

特点为:

(1)主要造成图像模糊;

(2)伪影出现在相位编码方向上;

(3)受检者可以在一定程度控制。

对策包括:

(1)施加呼吸触发技术(T2WI)或呼吸补偿技术(SE T1WI);

(2)采用快速成像序列屏气扫描;

(3)施加脂肪抑制技术,因为MR图像上脂肪信号很高,造成伪影也很明显,脂肪信号抑制后伪影将明显减轻;

(4)在前腹壁施加预饱和带抑制腹壁皮下脂肪的信号;

(5)施加腹带等减小呼吸运动的幅度;

(6)增加NEX。

(三)心脏搏动伪影
心脏搏动伪影不仅可以造成心脏MRI图像的模糊,而且伪影将重叠于周围结构上。

心脏搏动伪影具有以下特点:

(1)具有很强的周期性;

(2)受检者不能自主控制;

(3)沿相位编码方向分布。


心脏搏动伪影的对策有:

(1)施加心电门控或心电触发技术,主要用于心脏大血管MR检查;

(2)在心脏区域施加预饱和带,主要用于心脏周围结构如脊柱的检查;(3)切换相位编码方向,如脊柱矢状面或横断面成像时,如果相位编码为前后方向,心脏搏动伪影将重叠在脊柱上,如果把相位编码方向改成左右(横断面)或上下(矢状面),伪影将不再重叠于脊柱上。

(四)大血管搏动伪影

大血管搏动伪影常见于以下几种情况:

(1)腹部MRI成像,特别是梯度回波快速成像序列;

(2)增强扫描时由于血液信号增加,容易出现搏动伪影,梯度回波序列容易出现,SE T1WI也可出现来自静脉的搏动伪影;

(3)其他临近大血管的部位,利用梯度回波成像或增强扫描均易出现搏动伪影。

大血管搏动伪影的特点为:

(1)具有很强的周期性;

(2)沿相位编码方向分布;

(3)常表现为一串等间距的血管影;

(4)血管信号越高,搏动伪影越明显;

(5)在成像区域靠血流上游的层面搏动伪影较明显,如腹部横断面图像中主动脉搏动伪影以上方层面较明显,而腔静脉搏动伪影则以下方层面较明显。


大血管搏动伪影的对策有:

(1)在成像区域血流的上游施加预饱和带;

(2)使用流动补偿技术,对较慢的血流造成的伪影有较好的效果,如颅脑SE T1WI增强扫描施加该技术后来自于静脉窦的搏动伪影可明显减少;(3)施加心电门控;

(4)切换相位编码方向,这并不能消除搏动伪影,但可使搏动伪影的方向发生改变,如肝脏横断面扰相GRE T1WI序列,如果相位编码方向为前后方向,则主动脉搏动伪影将重叠于左肝外叶,如果把相位编码方向改为左右方向,则主动脉搏动伪影可避开左肝外叶。

三、磁化率伪影及金属伪影
磁化率是物质的基本特性之一,某种物质的磁化率是指这种物质进入外磁场后的磁化强度与外磁场强度的比率。抗磁性物质的磁化率为负值,顺磁性物质的磁化率为正值,一般顺磁性物质磁化率很低,铁磁性物质的磁化率很高。


MR成像时,两种磁化率差别较大的组织界面上将出现伪影,这种伪影称为磁化率伪影。磁化率伪影表现为局部信号明显减弱或增强,常同时伴有组织变形。


磁化率伪影具有以下特点:

(1)常出现在磁化率差别较大的组织界面附近,如脑脊液与颅骨间、空气与组织之间等;

(2)体内或体外的金属物质特别是铁磁性物质可造成局部磁化率发生显著变化,出现严重的磁化率伪影;

(3)梯度回波序列对磁化率变化较敏感,与自旋回波类序列相比更容易出现磁化率伪影,EPI序列的磁化率伪影更为严重;

(4)一般随TE的延长,磁化率伪影越明显,因此T2WI或T2*WI的磁化率伪影较T1WI明显。


磁化率伪影的对策有:

(1)做好匀场,场强越均匀,磁化率伪影越轻;

(2)缩短TE;

(3)用SE类序列取代GRE类序列或EPI序列;

(4)增加频率编码梯度场强度;

(5)增加矩阵;

(6)减少磁化率差别,如口服低剂量顺磁性对比剂可减少胃肠道气体与周围组织间的磁化率伪影;

(7)除去受检者体内或体表的金属异物。

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