高场磁共振成像的质量控制及参数优化

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1、-磁共振成像的质量控制及参数优化磁共振图像质量的好坏，直接关系到医生诊断的准确性，而图像质量与多种因素有关，做好图像质量控制对提高MRI的临床应用价值非常重要。如果说成像速度主要由机器硬件决定的，则图像质量的好坏是由机器性能和扫描参数共同作用的结果。图像质量的三要素分别是比照度，空间分辨率和信噪比。对于广阔用户而言，如果一台MR机固定下来，为了到达好的图像质量，我们能做的就是依据临床要求与病人特点做出好的扫描方案与成像参数。由此看来，参数优化是最直接、最有效的提高图像质量的方法。可是磁共振成像参数众多、又互相关联，该如何调整.为了便于理解，可把参数分成两大类，一类是在扫描序列中可以直接定义的参

2、数，称为初级参数如：FOV、TR、TE、TI、Flap、层数、层厚、层间距、NE*、相位编码步数这些可以在序列中由用户定义的参数。它们都直接或间接的影响图像质量与扫描时间。另一类参数称为二级参数，由一级参数决定，如：比照度、空间分辨率、信噪比、成像时间与成像区段。与此相关的，影响图像质量的另一类问题则是伪影，伪影就是指出现在图像上但与成像部位特性不相符合的图像表现，也就是说，伪影是图像中未能正确反响解剖构造与组织特性的虚假信息。则，伪影有哪些.是怎么产生的.又如何预防与消除.下面将做进一步的说明。GE磁共振机参数调整特色：图1，扫描参数界面GE公司的磁共振机把众多参数分成四大类图1，扫描设置S

3、can Timing、扫描区间(Scanning Range)、采集设置(Acquisition Timing)与其它参数(Additional Parameters)。方便用户调整与观察调整前后比照，同时，对参数调整后对图像的影响也做了形象显示，并有众多成像选项图2、用户控制变量图3和图像增强选项图4的方法，掌握它们的使用是我们达成好的图像质量的最正确途径。图3 用户控控制变量界面图2 图像选项界面图4 图像增强选项界面说了这么多，明白了图像质量是磁共振检查的生命力，则如何评价图像质量呢.从临床角度出发，可分三个方面，首先是临床与放射医生的主观感受，看到图像，觉得好不好.其次是图像的客观指标

4、，如：信噪比、比照噪声比、空间分辨率即像素大小，图像均匀度。最后是图像是否满足了临床诊断的要求。有了这三个方面，就要求我们为了确保图像质量，要有一个扫描步骤： 第一是检查前要有一个充分细致的检查前准备，比方检查腹部或盆腔要依据检查部位与要求有一个胃肠道准备或泌尿系准备，才能更好的形成组织比照。检查前要求患者取掉所有磁性相关物品，以防止影响磁场均匀性而产生伪影，检查前认真询问有无手术史及体假体或电子元件等事项，关乎平安与图像的事情。 依据扫描部位与病情诊断要求采取灵活机动的个性化扫描方案；如扫描垂体，应以矢状位、冠状位T1WI、T2WI为主；扫描脊椎应以矢状位、横轴位T1WI、T2WI为主；扫描

5、髋关节以冠状位、横轴位T1WI、T2WI为主，而扫描膝关节则以矢状位、冠状位T1WI、T2WI，PWI+压脂为主等。 检查前积极有效的与患者沟通；让患者明白检查过程与大约时间，取得患者的有效配合是检查成功的关键。很多患者不知道磁共振，对进入磁体、并因扫描产生的较大声响很恐慌，事前说明就易于完成扫描，其次是腹部或胸部扫描时，因要取得患者呼吸的配合，检查前训练是有效的方法。 合理设定扫描参数；除了成像有效区域FOV外，设定扫描参数则决定了成像时间、组织比照度，图像信噪比与空间分辨率，对于达成检查目的与诊断要至关重要的。这本身也由受检部位、患翥情况，病情需要有关。则，灵活机动的扫描策略是什么，如何决

6、定呢，可以从三个方面入手： 首先以病人情况为中心；年老体弱的病人不能坚持较长时间检查，因此，检查时间要快，否则，因病人不能坚持就完不成检查。对于燥动或儿童患者，如检查头部，应采用GE特色的Propeller技术等。 其次是检查应从临床上病情诊断需要出发；比方脊椎体可疑血管瘤，应加扫矢状位或横轴位STIR T1WI；肿瘤疑心全身转移应进展全身弥散成像类PET技术检查，腹部病变除横轴位检查外，应进展冠状位LAVA和/或增强检查，以明确病变与正常组织器官立体解剖关系。 合理组合序列；每种序列都有其独特应用围，比方FSE序列TR、TE决定图像的组织比照，GRE序列则是翻转角是图像组织比照的主要参数。并

7、可采用短和TE取得得T2*成像，应用于出血性病变、脑变性类病变或静脉性病变检查；IR序列只能进展T1WI，TI是图像比照度的主要决定参数，并广泛用于抑制脂肪成像上；如果需要在工作站上对病变进展反复回忆性重建研究，则有必要选用3D的GRE序列。GE公司针对临床需要，对特殊部位成像序列进展优化，方便用户选用，如乳腺检查有VIBRANT序列，腹部有LAVA序列及其升级版本LAVA-*V序列，血管多时相有TRICKS序列等。由上述知识可知，序列参数由初级参数、二级参数和成像选项组成；参数的优化就是合理设定初级参数与合理运用成像选项。也可以说初级参数与成像选项共同决定图像质量。我们组织比照度、信噪比与空

8、间分辨率是图像三要素，而这三要素也直接影响了扫描时间，在实际工作中，如何平衡它们之间的关系呢.首先，我们要明确它们的意义与影响： 比照度：就是不同组织之间的信号差异，决定了病变的检出能力，对于确定扫描方案最具指导意义！与比照度有关的序列参数主要有TR、TE、TI和翻转角Flip。此外，组织本身特性如流动血液、脑脊液，质子密度等顺磁性造影剂Gd-DTPA也在相当程度上决定着图像比照度的强弱。 信噪比Signal to Noise Ratio, SNR：SNR是指图像的信号强度与背景随机噪声强度之比值。SNR=SI组织/SD背景，其中SI组织为ROI信号强度平均值，SD背景为背景信号的标准差。这里

9、要强调的是绝对SNR与相对SNR，由工程人员利用水模进展测量的是绝对信噪比。而在扫描界面中显示的则是相对SNRRelative SNR, Rel. SNR，其本身并不代表真正的的SNR上下，所有序列在出场设置后，扫描调用时显示的相对SNR为100%，Rel. SNR的意义在于随参数调整，相对于初始设置，SNR的变化；比方，*一序列经参数调整后，如果初始序列信噪比拟高，即便界面显示相对信噪比拟低如50%，最后成像仍有足够SNR。影响SNR的因素有采集线圈、TR、TE、NE*、矩阵、FOV、采集带宽等。 空间分辨率Spatial Resolution即成像ROI的体素大小，直接决定着图像的细节显示

10、能力，由FOV、矩阵和层厚决定。对于细小病变需要较高的空间分辨率，而对于较大器官较大病变，则以成像围为首选。空间分辨率与SNR呈反比。 扫描时间Time of Acquisition, TA 即一次序列扫描的时间。虽然序列参数有许多，但与TA有关的参数主要是TR、相位编码数和NE*。TA=TR相位编码数NE*，对于3D采集，TA还与容积围的分层数有关。在实际工作中，需要兼顾参数调整的可行性与必要性。归结起来，对于临床应用而言，应具体问题具体分析，没有一成不变的扫描方案，对于不同病人与临床需要，应采取个性化扫描。 各参数之间的关系可由下面两个图表确定：比照度组织固有比照度序列参数成像选项T1弛豫

11、比照T2弛豫比照质子密度比照MR图像比照度T1加权，T2加权扫描时间TR相位编码数NE*图像比照度空间分辨率SNR图像质量图像质量与扫描时间的关系比照度与各参数关系下面结合图像着重讲述各种成像参数的意义与影响因子1，T1比照度及影响因子说到T1比照度，首先回忆一下什么是T1：T1即组织的纵向弛豫时间。其具体过程是指激发脉冲关闭后，组织的宏观纵向磁化矢量由零恢复到最大值的63所经历的时间，也就是说T1是指被激发的组织中处于高能态的质子释放能量回到平衡状态的过程。可见，T1弛豫是个能量交换过程。这种交换速度的快慢取决于质子周围分子的自由运动频率是否与质子的进动频度接近，越接近则交换速度越快，T1就

12、越短，反之，频度差异越大，则T1就越长。因此，也把T1弛豫称为自旋晶格弛豫，即T1弛豫是把质子部的能量传递到分子晶格中，所需时间较长。一般组织的T1值在数百到数千毫秒之间。 由上可知，组织固有的T1比照取决于组织中水分子的存在状态，不同状态其自由运动频率不同，比方：游离液体、粘性液体固体分子其自由运动频率不同，与质子进动频率差也不同，T1值就不同，从而形成组织之间T1比照。则，在MRI中影响T1比照的因素有哪些呢.不同序列中影响因素不同。 SE序列中T1比照取决于TR、TE和接收带宽BW。T1WI需要设置最短T1时间，GE设备中为“min Full，可以尽可 能去除T2弛豫“污染，增加T1比照

13、和扫描层数。TR理论上选择与组织T1值相近可得最大T1比照，如肝脏SE T1WI，TR最好为450-550ms，实际中一定围400-750之间即可。增加TR，可增加扫描层数，但会降低T1比照，偏向质子加权成像。但TR太短，比方小于400ms，会降低信噪比。接收带宽是指系统读出回波信号的频率，即单位时间能够采集的采样点数，增加带宽，可缩短最小TE，降低化学位移伪影，但会降低信噪比。SE序列中常设为：25左右。 FSE序列中，影响T1比照的除了上述TR、TE，BW外，还有ETL，由于ETL增加会使最大TE延长，直接影响T1比照，一般设为2. GRE序列中，影响T1比照的有TE，TR和偏转角。常用的

14、SRGR序列中，为减少T2*对图像比照的污染，选最短T1，“Min Full。TR在2D T1WI中TR80250ms，Flip600900；TR延长，偏转角应适当增大。3D T1WI中，TR2045ms，Flip500600。综上所述，对T1WI， TR与TE是决定图像比照度的根本参数，同时也是决定扫描层数的根本参数。参数选择原则是： 注意短TR，最短TE，假设TR、TE超过一定限度，就会降低T1比照。 短TR：TR/靶组织T10.62.5 对于FSE序列，短TE，有minimum和minful之分，前者指采集最短TE回波信号的60填充K空间中心，加快采集速度；后者指采集最短TE完整回波填充

15、K空间中心，有利于提高信噪比。 合理设定接收带宽，防止TE过长，降低带宽，虽提高SNR，但延长TE。2，T2比照度及影响因子T2是指组织横向磁化矢得由射频激发后最大值衰减到37时的时间。T2是组织磁化矢量由横向转向纵向的过程，是相位的变化，可见T2弛豫不涉及能量交换，故称自旋自旋弛豫。发生失相位是由于质子周围分子排列不同，微磁环境波动，从而使脉冲激发后同相位的质子进动频率不同面失相位。单纯脉冲激发后，进展的T2衰减呈指数式快速衰减，称为自由咸应衰减FID，即T2*弛豫。利用1800聚焦脉冲去除主磁场不均匀的影响进展的T2弛豫称为T2弛豫。因此，组织的T2值较短，一般在数十毫秒到一百多毫秒之间。

16、可见：组织的T2比照取决于不同组织中的水分子的排列。影响T2比照的因素：ETL，BW和*些成像选项如：TRF，Blurring Cancellation。根本参数还有TR与TE。一般在FSE序列中，由于多个1800聚焦脉冲的作用，组织T2值会延长，因此，选TE值应该比该组织T2值偏高30左右为宜。比方肝脏T2约为50ms，TE应设为6590ms，而前列腺TE应设为110140ms，骨骼的TE一般为4570ms。下列图为FSE序列图900T2 衰减曲线T2* 衰减曲线18001800180018001800ESPETL：回波链长度 ESP：回波间隔 TE eff ：有效TE? 回波链长度ETL：

17、在FSE、FRFSE、STIR、T1及T2Flair序列中，均涉及到ETL的使用。回波链增加，可缩短成像时间，T权重加大，但由于回波数增多，图像模糊效应增大。应依据不同部位，对图像的不同要求进展调整。ETL的围一般在1530之间为好。增大ETL，应同时适当增大带宽以减轻模糊效应。在MRCP中，为获得足够的TE时间，ETL常设定的很长，这是一个特例。 接收带宽RBW：是指MR信号的采样频率，它决定了采样时间，与信噪比呈负相关，即：SNR与RBW的平方根呈反比。RBW增大，可提高回波采集速度，缩短回波间隔，减轻化学位移伪影。但也会采集更多的频率的噪声，使SNR下降。但一味缩小RBW，虽提高了SNR

18、，但会使回波间隔扩大，回波信号差异增大，图像模糊，T2比照下降。需要注意的是设定带宽数值后，实际带宽是设定值的2倍。比方设定RBW31.25，实际为31.25(Khz)。一般情况下：1.5T MR机：RBW31KHz，腹部为克制呼吸伪影：RBW50KHz。 TRF与Blurring Cancellation，前者是修正射频脉冲，采用不同Flip的激发脉冲，使回波信号趋于一致，减轻模糊效应；增加T2比照。后者则采用两次正逆序信号采集方式降低长回波链的图像模糊效应，会延长TE时间。3 信噪比SNRSNR是评价图像质量的一个重要指标，适当增加NE*和降低RBW是常用来获得高SNR的一种方法。采用较大

19、FOV和层厚也是得到高SNR的方法。必须强调的一点是：在参数调节界面中所显示的SNR是相对于*一套存储参数的相对SNR,切莫将之绝对化；也不能一味的为了获取较高的SNR而忽略其他参数。常见的与扫描相关的伪影伪影是指MR图像中与实际解剖构造不相符的信号，表现为图像变形、重叠、缺失、模糊等。伪影的影响主要造成图像质量下降，掩盖病灶，出现假病灶，从而引起漏诊与误诊。因此正确认识伪影并采取相应对策对于提高MRI诊断是非常重要的。根据伪影的起因可分为如下几种：1. ASSET及其相关伪影：ASSET是一种并行空间采集技术，只适用于空间对称排列的相控阵线圈，此技术可以减少扫描时间，提高空间分辨率，减少回波

20、链长度进而减少模糊伪影。ASSET技术要求正式扫描前必须进展校准扫描。常见伪影为半弧形伪影、校准不当伪影和线圈错位伪影。如下列图所示：ASSET伪影，PFov0.75；如右图黄箭所示重新校准后ASSET伪影消除校准不当导致ASSET伪影线圈上下两片错位扫描图像纠正后扫描图像2 与梯度模式相关的伪影 在双梯度的MR设备中，选用不适宜的梯度模式易于引起伪影，表现在大FOV时，采用zoom模式时，易引起图像上斑点状高信号伪影，如下列图错误梯度模式扫描图像正确梯度模式扫描图像3 与线圈相关的伪影常见于脊椎检查中，选用线圈不当，没有选上成像区域的线圈，而使图像信号缺失或不均，如下列图线圈选用不当扫描图像

21、正确线圈选择扫描图像4，特殊序列参数调整不当伪影常规成像序列中，对于成像区域，由于生理运动产生的伪影发生于相位编码方向上，因此，在设置频率方向时应设为与生理运动相垂直的方向上，这样，相位方向就与生理运动相平行而防止诸如血管搏动等伪影。如膝关节矢状位下列图：错误的频率编码方向上下正确的频率编码方向前后一些特殊序列，如FIESTA序列，平衡式稳态采集快速成像，其特点是是在层面选择、相位编码和读出方向上均在回波采集后施加一个与相应的空间编码梯度场大小一样、方向相反的梯度场，从而去除因空间编码梯度场造成的相位干扰，到达平衡稳态。其优势是： 能选用很短的TR与TE，成像速度超快; 选层梯度和读出梯度均采用121平衡设计，能消除匀速血流产生的相位差 对中心频率与磁敏感效应更敏感 TR缩短时信号强度不受影响，可选很短的TR时间。因些，在选用FIESTA序列时，应在扫描前进展成像区域局部匀场和调整中心频率。以消除相应产生的伪影。如下列图所示。使用局部匀场扫描图像未使用局部匀场扫描图像5 病人不配合产生伪影病人不配合，产生运动伪影，如腹部病人不能配合屏气，肢体抽搐病人或儿童等。如下列图所示：病人呼吸所致伪影 图像模糊屏气后图像质量明显改善. z