袁保鋒，李鄭，何玲，焦志云

揚(yáng)州大學(xué)附屬醫(yī)院 影像科，江蘇 揚(yáng)州 225001

引言

MR偽影是指圖像中與實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)不相符的異常信號(hào)，表現(xiàn)為圖像變形、模糊、重疊及缺失等[1]。偽影降低了圖像質(zhì)量，甚至造成漏診、誤診。如何識(shí)別、抑制偽影一直是MR研究熱點(diǎn)之一。常見(jiàn)MR偽影有干擾偽影、截?cái)鄠斡?、磁化率效?yīng)偽影、運(yùn)動(dòng)偽影、容積效應(yīng)偽影等，目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了相關(guān)研究[2-3]，現(xiàn)有研究介紹了設(shè)備主磁場(chǎng)、梯度場(chǎng)導(dǎo)致的偽影[4-5]。對(duì)于常見(jiàn)偽影，經(jīng)驗(yàn)豐富的技師基本能夠識(shí)別并進(jìn)行相應(yīng)處理；而因硬件造成的偽影，時(shí)常具有一定的隱蔽性，且容易與其他偽影混淆，不易識(shí)別。以我院3.0 T MR Siemens Magnetom Verio為例，本文介紹了MR硬件性能不穩(wěn)定或故障引起偽影，以及如何結(jié)合設(shè)備構(gòu)成及成像原理來(lái)進(jìn)行識(shí)別、處理、預(yù)防等具體案例，并討論了偽影的處理流程及對(duì)策。

1 設(shè)備原理

1.1 MR成像系統(tǒng)

西門子超導(dǎo)型3.0 T MR Verio是全球最早的70 cm大孔徑3.0 T磁共振，可以進(jìn)行全身各部位高質(zhì)量的掃描。該系統(tǒng)的硬件部分主要有主磁體、射頻（Radio Frequency，RF）系統(tǒng)、梯度系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)及接口系統(tǒng)等[6]，見(jiàn)圖1。主磁體的作用是產(chǎn)生靜磁場(chǎng)B0。RF系統(tǒng)包括RF發(fā)射系統(tǒng)、RF接收系統(tǒng)及RF線圈，主要作用是產(chǎn)生RF脈沖，同時(shí)接收產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)[7]。梯度系統(tǒng)由三組梯度線圈及功率放大器組成，主要作用是產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)磁體、RF系統(tǒng)和梯度系統(tǒng)，處理及存儲(chǔ)MR信號(hào)。接口是應(yīng)用軟件控制系統(tǒng)實(shí)施的紐帶[8]。

圖1 西門子3.0 T MR Verio結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 MR硬件相關(guān)偽影表現(xiàn)

MR圖像硬件系統(tǒng)相關(guān)偽影主要來(lái)自主磁體、RF系統(tǒng)、梯度系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)及接口系統(tǒng)等[4]。MR主磁體相關(guān)偽影通常是由靜磁場(chǎng)的均勻性及穩(wěn)定性欠佳導(dǎo)致[6]，不均勻性產(chǎn)生圖像的畸變或信號(hào)不均勻，如斑馬狀偽影；不穩(wěn)定性則導(dǎo)致圖像模糊。RF線圈的發(fā)射場(chǎng)不均勻則在圖像中產(chǎn)生暗區(qū)與亮區(qū)，信號(hào)接收范圍靈敏度差異大也會(huì)產(chǎn)生該偽影[7]。RF干擾噪聲會(huì)產(chǎn)生雪花狀偽影或拉鏈狀偽影。梯度場(chǎng)的線性及輸出會(huì)產(chǎn)生定位問(wèn)題，一般會(huì)產(chǎn)生圖像的畸變或錯(cuò)位[8]。接口故障產(chǎn)生的偽影不規(guī)則，一般與接口性質(zhì)相關(guān)，通常造成圖像缺失或區(qū)域異常信號(hào)偽影。

2 偽影分析

本文收集的11例偽影包括主磁體相關(guān)1例，RF相關(guān)3例，線圈相關(guān)4例，梯度相關(guān)2例，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相關(guān)1例。其中，主磁體原因占9.09%，梯度原因占18.18%，RF干擾占36.36%，線圈故障占27.27，見(jiàn)表1。通過(guò)對(duì)MR圖像偽影特征進(jìn)行分析及采取相應(yīng)處理，11例偽影中4例更換故障部件后消除，5例通過(guò)軟件校準(zhǔn)消除或減輕，2例通過(guò)移除干擾源解決。

表1 MR硬件相關(guān)偽影表現(xiàn)、來(lái)源及對(duì)策

2.1 案例一：故障線圈導(dǎo)致的干擾偽影

2.1.1 故障現(xiàn)象

連續(xù)幾個(gè)患者行頸椎MR檢查時(shí)，矢狀位及橫斷位圖像上均見(jiàn)多條粗拉鏈狀偽影，排列較規(guī)律，遍布整幅圖像（圖2a），基本每幅圖均可見(jiàn)工作日志沒(méi)有明顯報(bào)錯(cuò)。其他部位圖像沒(méi)有偽影，前面患者頭顱加頸椎掃描時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)偽影。

2.1.2 故障分析及排除

偽影特點(diǎn)有：① 多條粗拉鏈狀；② 頸椎檢查時(shí)出現(xiàn)；③ 所有圖像均有；④ 整幅圖像均有偽影。根據(jù)偽影特點(diǎn)，處理流程如圖3所示。首先考慮RF干擾偽影或線圈故障偽影，查看K空間數(shù)據(jù)存在異常（圖2b），基本判斷為干擾偽影。然后排查干擾源，結(jié)果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯干擾源，且其他部位沒(méi)有出現(xiàn)偽影，基本排除外部RF干擾。然后用頸椎序列掃描水模，圖像出現(xiàn)同樣偽影，排除患者因素，而且同時(shí)使用頭顱線圈掃描頸椎時(shí)，偽影不再出現(xiàn)，基本可排除頸椎線圈故障。根據(jù)以上情況對(duì)比，兩者掃描區(qū)別為有無(wú)使用上半部分頭顱線圈，因此考慮是固定在掃描床上的下半部分頭顱線圈故障干擾所致，判斷為下半部分頭顱線圈（圖2c）中線路短路，掃描過(guò)程中產(chǎn)生干擾導(dǎo)致偽影，而使用上半部分頭顱線圈時(shí)該線路本來(lái)正常接通，所以僅不使用上半部分頭顱線圈時(shí)偽影才出現(xiàn)。更換下半部分頭顱線圈后，偽影不再出現(xiàn)（圖2d）。

圖2 故障線圈導(dǎo)致的干擾偽影

圖3 頸椎圖像偽影分析及處理流程圖

2.1.3 小結(jié)

該偽影產(chǎn)生原因比較隱蔽，首先考慮為干擾偽影或線圈故障所致，但沒(méi)有找到明顯干擾源，且基本可以排除線圈故障，遇到此種情況，要重點(diǎn)分析偽影出現(xiàn)與不再出現(xiàn)時(shí)掃描條件的差異，比如所使用的線圈、掃描參數(shù)或患者配合等方面的不同。找到有區(qū)別的地方，然后依次排查，如本節(jié)所述案例是發(fā)現(xiàn)使用頭顱線圈時(shí)偽影不再出現(xiàn)，從而推斷出偽影來(lái)源。

2.2 案例二：梯度場(chǎng)線性變差偽影

2.2.1 故障現(xiàn)象

連續(xù)多個(gè)部位掃描時(shí)均發(fā)現(xiàn)圖像出現(xiàn)變形及扭曲，特別是大視場(chǎng)角成像時(shí)（如腹部，全脊柱），邊緣部位畸變較明顯（圖4a），勻場(chǎng)后掃描偽影無(wú)改變。

圖4 梯度場(chǎng)線性變差偽影

2.2.2 故障分析及排除

由于圖像存在幾何畸變，基本可以判斷由主磁場(chǎng)非線性、梯度場(chǎng)非線性或梯度場(chǎng)能量下降造成。首先檢測(cè)主磁場(chǎng)線性，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，推斷由梯度場(chǎng)非線性造成。然后進(jìn)入Service界面，選擇Quality Assurance中的Gradients Sensitivity工具，測(cè)試梯度場(chǎng)線性情況，發(fā)現(xiàn)系Y軸梯度線性Linearity=0.40，超出正常范上限0.30（圖4b）。使用Service里的梯度線性校準(zhǔn)軟件進(jìn)行梯度線性校準(zhǔn)后，再次進(jìn)行梯度線性測(cè)試，梯度磁場(chǎng)線性恢復(fù)正常，重新掃描圖像畸變消失（圖4c）。但過(guò)一段時(shí)間偽影再次出現(xiàn)，最后更換Y軸梯度放大器（圖4d），偽影不再出現(xiàn)。

2.2.3 小結(jié)

梯度非線性容易使圖像產(chǎn)生幾何畸變，可以通過(guò)改變相位編碼方向觀察偽影變化，判斷偽影來(lái)自哪個(gè)梯度，也可利用設(shè)備自帶軟件進(jìn)行各個(gè)梯度線性檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)梯度線性變差，可以利用軟件進(jìn)行校準(zhǔn)，若仍不能解決問(wèn)題，需更換相應(yīng)硬件。

3 討論與總結(jié)

MR由于其成像原理及成像過(guò)程復(fù)雜，會(huì)產(chǎn)生各種各樣的偽影，基本每一張MR圖像都存在不同程度的偽影。MR偽影的來(lái)源較多，如成像原理相關(guān)的卷褶、化學(xué)位移、截?cái)?、部分容積偽影等[9-11]；患者相關(guān)的運(yùn)動(dòng)偽影、磁敏感偽影、異物偽影等[12]；操作者相關(guān)的信號(hào)不均勻、低信噪比等偽影。而設(shè)備也是偽影主要來(lái)源之一，MR成像過(guò)程中無(wú)論是主磁體、RF系統(tǒng)、梯度系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)及接口系統(tǒng)等性能不穩(wěn)定、元器件故障，還是各種因素干擾，只要引起磁場(chǎng)的不均勻或梯度線性性能變差，均會(huì)導(dǎo)致偽影的產(chǎn)生[13]。

主磁場(chǎng)導(dǎo)致偽影主要原因是其均勻性變差，從而影響到局部的中心頻率，導(dǎo)致偽影產(chǎn)生。如表1所示，偽影表現(xiàn)為圖像邊緣斑馬狀偽影，一般由屏蔽缺陷、勻場(chǎng)欠佳等導(dǎo)致。本研究中系勻場(chǎng)欠佳所致，自動(dòng)勻場(chǎng)進(jìn)行校準(zhǔn)，偽影不再出現(xiàn)。另外磁場(chǎng)老化會(huì)導(dǎo)致主磁場(chǎng)性能下降，造成圖像變形或信號(hào)不均勻[5]，不易被發(fā)現(xiàn)，在一些功能成像或特殊成像技術(shù)時(shí)圖像會(huì)有較明顯的模糊[14]。需定期進(jìn)行主磁場(chǎng)穩(wěn)定性及均勻性檢測(cè)、校準(zhǔn)，提高掃描范圍內(nèi)磁場(chǎng)的均勻性，排除或減少干擾因素。同時(shí)掃描時(shí)盡量將線圈及掃描部位放至磁體中心，特別是短孔徑磁體，可以將這種偽影的影響降到最小。

RF系統(tǒng)是硬件偽影的最主要來(lái)源。如表1所示，RF系統(tǒng)偽影主要兩種：干擾偽影和RF 線圈故障偽影。干擾偽影：成像過(guò)程中，外源性或內(nèi)源性的信號(hào)被采集，在圖像上產(chǎn)生RF噪聲。內(nèi)源性干擾有交叉?zhèn)斡凹梆伌﹤斡癧15]，不屬于本文研究?jī)?nèi)容。本研究中外源性干擾主要有白噪聲偽影及拉鏈狀偽影，白噪聲偽影沒(méi)有明顯的頻率特點(diǎn)，圖像上出現(xiàn)明顯的雪花斑點(diǎn)（白噪聲）；拉鏈狀偽影有明顯的頻率特點(diǎn)，在特定的頻率處出現(xiàn)一條或多條拉鏈狀偽影（圖2a）。對(duì)于外源性干擾偽影最重要的是排查干擾源，根據(jù)偽影出現(xiàn)的頻率、范圍、出現(xiàn)條件等，依次排查，參考圖3故障線圈干擾偽影分析及處理流程，逐步排查，推斷偽影來(lái)源。對(duì)于一些不能消除的干擾源，有時(shí)可以通過(guò)改變RF場(chǎng)強(qiáng)及帶寬來(lái)降低偽影的影響。RF線圈故障偽影：因接收線圈、發(fā)射線圈（體線圈）故障或線圈接口接觸故障所致，表現(xiàn)為局部或周邊的雪花狀偽影或燈芯絨樣偽影、圖像信號(hào)丟失、馬賽克偽影等。多通道線圈的某一通道故障有時(shí)也表現(xiàn)為局部的高信號(hào)，若單個(gè)部位出現(xiàn)該偽影一般考慮為該部位線圈故障導(dǎo)致，若多個(gè)部位出現(xiàn)該偽影，一般考慮為體線圈故障導(dǎo)致。本研究發(fā)現(xiàn)RF系統(tǒng)易受環(huán)境、設(shè)備、操作因素等影響，在掃描過(guò)程中，RF的產(chǎn)生、發(fā)射、傳輸、接收的過(guò)程受到影響均會(huì)產(chǎn)生偽影，平時(shí)可以采取一些預(yù)防性措施來(lái)減少偽影的產(chǎn)生，如做好RF屏蔽，定期檢查掃描間的屏蔽性能，檢查室門是否關(guān)閉良好，密封彈性銅片是否完整等；配置穩(wěn)壓電源，保證RF輸出的穩(wěn)定性；設(shè)備間恒溫恒濕，避免RF因高功率產(chǎn)熱而輸出不穩(wěn)定；定期進(jìn)行RF線圈校準(zhǔn)及維護(hù)，減少RF線圈的不穩(wěn)定性及接口接觸不良等。

梯度場(chǎng)受渦流及梯度故障影響，會(huì)導(dǎo)致其非線性，引起空間相位定位不當(dāng)，引起圖像畸變、扭曲或錯(cuò)位等不正常表現(xiàn)[16]。如表1所示，本研究中所遇梯度相關(guān)偽影有兩例：① 渦流偽影，主要表現(xiàn)為顯著的空間定位錯(cuò)位；② 梯度非線性偽影，主要表現(xiàn)為圖像產(chǎn)生幾何畸變（圖2a）。本研究發(fā)現(xiàn)掃描時(shí)使用低幅度梯度場(chǎng)、梯度波形預(yù)塑、自屏蔽線圈等技術(shù)可以減少渦流偽影產(chǎn)生；而對(duì)于梯度非線性產(chǎn)生的幾何畸變，需要先判斷偽影來(lái)自哪個(gè)梯度，可以通過(guò)改變相位編碼方向觀察偽影變化來(lái)判斷，相位編碼梯度線性變差時(shí)會(huì)在相位編碼方向產(chǎn)生明暗相間條紋及模糊、畸變，頻率編碼梯度線性變差會(huì)使圖像產(chǎn)生模糊和畸變，選層編碼梯度線性變差會(huì)使一些結(jié)構(gòu)在平面影像上發(fā)生畸變。也可利用設(shè)備自帶軟件進(jìn)行各個(gè)梯度線性檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)梯度線性變差，可以利用軟件進(jìn)行校準(zhǔn)，若仍不能解決問(wèn)題，需更換相應(yīng)硬件。

本文僅收集我院近年來(lái)所遇MR偽影，設(shè)備類型單一、案例較少，特別是設(shè)備故障導(dǎo)致偽影的種類數(shù)量均偏少，需要進(jìn)一步整理及研究。在實(shí)際工作中，了解設(shè)備的構(gòu)成及成像原理，結(jié)合偽影的特征，排查其來(lái)源，采取相應(yīng)的矯正措施，可以有效地消除或抑制偽影，同時(shí)為設(shè)備的故障排除提供了借鑒。