磁共振图像伪影的产生机理及其解决办法的研究

刘海滨，张蔚

武汉市第一医院 放射科MRI室，湖北武汉 430022

磁共振图像伪影的产生机理及其解决办法的研究

刘海滨，张蔚

武汉市第一医院 放射科MRI室，湖北武汉 430022

目的 研究磁共振成像伪影产生的机理，探讨磁共振伪影处理的解决办法。方法 回顾性分析了87例日立0.3T、GE 1.5T、GE 3.0T磁共振扫描仪的图像伪影。结果 磁共振常见的几种伪影主要有：射频伪影、梯度伪影、运动伪影、化学位移伪影、卷摺伪影及金属伪影。 结论 了解磁共振图像伪影的产生原因，寻找解决办法，对改善图像质量,提高诊断率具有重要意义。

磁共振成像；磁共振伪影；伪影消除

在MRI中，伪影是指图像中与实际解剖结构不符合的部分，主要表现为图像信息的变形，模糊，叠加或缺失。伪影会使得图像质量下降，使医生无法对图像作定量分析。有的伪影会模仿或掩盖病变，引起图像解释上的偏差。一部分伪影产生的原因是由于系统故障，必须加以辨认，尽快由维修人员解决；而大多数的伪影是由于技术内在的原因，无法完全消除，但可以通过选择合理的成像技术来消除或降低对诊断的影响。作为从事影像诊断的工作人员，必须熟悉和认识常见伪影的形态表现，产生原因和物理机制，并尽可能予以克服和消除，以提高图像诊断质量[1]。

1 材料与方法

本组87例典型的伪影，资料来源于日立 0.3T、GE HD Excite 1.5T、GE Excite 3.0T等仪器。

2 结果

装备伪影指与MRI系统设备有关的伪影，产生的原因主要的由于系统硬件故障或受干扰，MRI技术内在缺陷，参数选择不合理等。

2.1 卷摺伪影

当观察野未完全包括成像断面上所有的解剖组织时，则会出现卷摺伪影（图1）。未包含在观察野内的解剖组织则卷摺到另一边。卷摺伪影一般来讲比较容易确认，大多数情况下不会对诊断产生影响，但有时也会有类似的病灶。

2.2 截断伪影

截断伪影又称为环状伪影或边缘环（图2），一般表现为分布于整个图像上的同中心低信号强度弧形线。多于下面两种条件下出现；

（1） 由于数据内插（零充填）不当，当小的采样矩阵（如256×128）内插成大的显示矩阵（256×256）。

（2） 沿组织交界面上，出现反差很大的两种信号强度（跳跃式），如在亮的头皮脂肪和黑的骨皮质之间。

截断伪影可类似运动伪影，脊髓空洞症或膝关节图像上的半月板撕裂。

图1 卷摺伪影

图2 截断伪影

2.3 化学位移伪影

同种元素的同种原子由于化学环境的不同所造成的磁共振的频率的差异称为化学位移伪影（图3）[2]。如某一解剖位置上脂质分子的质子感受到的磁场强度就比同一位置中的水分子中质子低，对于1.5T外磁场来说，进动频率为200Hz，而硅进动频率比脂肪低100Hz。这种由于原子核所处的化学环境不一样而导致的磁共振频率差被称为化学位移。化学位移伪影与磁场强度成正比，因此在低场强时要弱得多。如在盆腔中，充满液体的膀胱被盆腔周围脂肪所包绕，在MR图像上的一边，由于脂肪和水信号重叠，两种信号的总和导致出现一明显的高信号；而另一边，脂肪和水信号分开则出现一黑色的低信号边。当伪影存在时，就很难用来评价膀胱壁的完整性。化学位移伪影也可以类似夹层动脉瘤（假性主动脉夹层）。当采集图像采用窄频时，化学位移伪影更加严重[3]。

2.4 黑边界伪影

黑边界伪影是一种勾画出组织区域的轮廓线（图4），从某种角度看，它可以非常清楚地区分两种相邻的组织结构，有利于诊断，但是由于黑边界掩盖了相邻组织结构，又是不利的。

图3 化学移位伪影

图4 黑边伪影

2.5 中心线状伪影

伪影出现在图像的中心线上（图5）为中心线状伪影，原因有多种。

（1）由于射频泄漏造成，射频泄漏可以通过将射频激发相位转换180度并重复采集来消除。

（2）出现在频率编码方向，呈亮黑交替强度线（锯齿线），伪影与激励回波有关。

2.6 数据出错伪影

数据出错主要是由于硬件故障，因此不太适合作为伪影来讨论。但是，有些MR会经常出现数据记录出错，就归为伪影一类。

2.7 运动伪影

运动是产生伪影的常见原因，如呼吸运动、心脏搏动、胃肠蠕动、吞咽运动、流动的血液，搏动组织会在所有方向都产生模糊，尤其影响胸腹部的图像质量。在扫描采集过程中，由于病人本身或者体内脏器、血管、脑脊液的波动造成的在相位编码方向上的伪影，称为运动伪影（图6），这是在磁共振扫描中最常见的伪影。伪影的大小取决于运动结构的亮度，越亮的组织，伪影也就越大，如T1加权图像上的脂肪和T2加权图像上充满液体的胃肠道。

图5 中心线状伪影

图6 运动伪影

2.8 金属伪影

因为金属物质改变了MRI内的磁场匀场环境，使其造成图像变形或明显异常高/低/混杂信号，在不同层面上伪影位置往往改变——会走动的伪影（图7～图8）。

图7 金属伪影

图8 金属伪影

3 讨论

3.1 卷摺伪影的消除方法

（1） 折叠伪影可以通过加大观察野来消除，但此会降低图像的分辨率。

（2） 相位编码上方向的折叠可以通过增加观察野外的采样来消除，也就是过度采样技术或无相位反转（NPW）。相类似的技术也可以应用于频率编码方向。

（3） 可以应用预饱和技术来消除不需要的组织结构。

（4） 另外也可以通过表面线圈的敏感特性来衰减掉不需要的组织结构信号。

3.2 截断伪影消除方法[4]

当采用更多的相位编码步骤，如256次代替128次，那么环形的间隔就会缩小，但幅度未减少，尽管这种方法有一定的局限性，但仍是最为实用和有效的方法，因为环形线的间隔变小后会减少伪影的明显性。

3.3 化学位移伪影降低方法

化学位移伪影可以通过增加接受机宽带来降低，还可以通过转换相位编码方向而将化学位移伪影转到不同的方向，当频率编码方向平行于图像上组织长轴时，伪影也会降低。

3.4 黑边界伪影解决方法

一般采用流动补偿技术或者是合理选择TE可以消除一些黑边界伪影。

3.5 中心线状伪影解决方法

可以通过合理选择扰动梯度场来消除，有效扰动梯度场的实际标准是保证从每次数据采集的间隔中除掉激励回波，这种激励度在现代MRI装置上都是常规安装的。

3.6 数据出错伪影及中心线状伪影的解决方法

这两种伪影都是由于数据出错造成的，可以通过软件加以修正，但是大多数MRI设备生产厂商还不能提供这种软件。

3.7 运动伪影的解决方法

主要采取病人就诊前的指导、服用镇静剂、使用各种门控技术和软件算法进行补偿[5]。需要注意的是流动补偿只对慢速流动引起的伪影起作用,对加速或快速流动引起的运动伪影不起效，如心脏和腹部的大血管成像，成像平面内的流动比层面间的流动补偿效果好。心脏搏动所造成的伪影使用心电门控补偿后可有效控制。呼吸运动的伪影，通过呼吸门控补偿或者选用屏气扫描序列可加以改观。血管搏动的伪影，脑脊液波动的伪影，采用指脉门控补偿或者采用流动补偿。

消除运动伪影的方法有两大类，无监控抑制法和有监控抑制法 。无监控抑制法的方法是：

（1） 物理压制：通过固定带，胶带或其他装置来限制病人的活动，但容易引起不适。

（2） 屏气法：采用20s内的快速扫描序列扫描来消除伪影，尤其适用于胸腹部成像。

（3） 脂肪抑制技术：伪影的强度取决于运动组织的信号强度，因此可以通过减低引起伪影的运动组织的信号强度来减少伪影。

（4） 空间预饱和技术：预饱和技术一般是在常规脉冲序列前插入特殊的射频脉冲来激发某一板块，从而使受激发的板块内组织产生饱和效应。

（5） 超快速技术；超快速技术，如回波平面成像（EPI），可以在小于100ms的时间内采集图像，可以消除所有运动伪影，当然也包括心脏搏动，但是图象信噪比很低[6]。

（6） 合理的设置TR和激励次数（NEX）。

有监控抑制法的方法是：

（1） 心电门控：心脏搏动效应可以通过图像采集和心动周期同步来减少搏动伪影。

（2） 呼吸门控[7]：呼吸门控或呼吸触发可以同时减少运动伪影和图象模糊。由于它是在呼吸循环中的某一时间段内采集回波，因而它是一种有益但不是有效的呼吸伪影抑制方法。

（3） 呼吸补偿技术：更有效的呼吸伪影抑制方法是相位编码重排序技术，又称为呼吸补偿技术。与呼吸门控不同的是呼吸补偿不增加扫描时间。

3.8 金属伪影的解决方法[8]

去掉病人身上或磁体洞内的金属物品，尽量使用快速回旋回波序列（FSE）。

总结以上TMRI图像伪影，可以让我们了解其常见伪影的产生原理，以便在工作及学习中加以控制和减少MRI图像伪影，提高MRI图像的诊断质量。

[1] 熊国欣,李立本.核磁共振成像原理[M].北京:科学出版社,2007:212-219.

[2] 周小兵,MRI中的化学位移伪影探讨[J].实用医技杂志,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] 刘启泽,刘国瑞.高磁场MRI伪影的产生及抑制方法探讨介析[J].实用医技杂志,2004,11(5B):691-693.

[5] 戈明媚,王秋良,刘志钦,等.MR螺旋桨扫描技术在消除伪影方面的临床[J].中华放射学杂志,2006,40(2):208-212.

[6] 赵喜平.磁共振成像[M].北京:科学出版社,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

作者邮箱：lhbwcl@163.com

R445.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.10.040