高场磁共振成像的质量控制及参数优化 - 图文

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对比度，空间分辨率和信噪比。对于广大用户而言，如果一台MR机固定下来，为了达到好的图像质量，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数，称为初级参数如：FOV、TR、TE、TI、Flap、层数、层厚、层间距、NEX、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：对比度、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应解剖结构与组织特性的虚假信息。那么，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：

GE公司的磁共振机把众多参数分成四大类（图1），扫描设臵（Scan Timing）、扫描区间(Scanning Range)、采集设臵(Acquisition Timing)与其它参数(Additional Parameters)。方便用户调整与观察调整前后对比，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佳途径。

图1，扫描参数界面

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图2 图像选项界面

图3 用户控控制变量界面

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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，那么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，如：信噪比、对比噪声比、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，比如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对比。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内假体或电子元件等事项，关乎安全与图像的事情。

? 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、组织对比度，图像信噪比与空间分辨率，对于达成检查目的与诊断要求是至关重要的。这本身也由受检部位、患翥情况，病情需要有关。

那么，灵活机动的扫描策略是什么，如何决定呢，可以从三个方面入手：

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? 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；比如脊椎体可疑血管瘤，应加扫矢状位

或横轴位STIR T1WI；肿瘤怀疑全身转移应进行全身弥散成像—类PET技术检查，腹部病变除横轴位检查外，应进行冠状位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范围，比如FSE序列TR、TE决定图像

的组织对比，GRE序列则是翻转角是图像组织对比的主要参数。并可采用短和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序列只能进行T1WI，TI是图像对比度的主要决定参数，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行反复回顾性重建研究，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行优化，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-XV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。我们已知组织对比度、信噪比与空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：

? 对比度：就是不同组织之间的信号差别，决定了病变的检出能力，对于确定扫描方

案最具指导意义！与对比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对比度的强弱。

? 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。这里要强调的是绝对SNR与相对SNR，由工程人员利用水模进行测量的是绝对信噪比。而在扫描界面中显示的则是相对SNR（Relative SNR, Rel. SNR），其本身并不代表真正的的SNR高低，所有序列在出场设臵后，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，相对于初始设臵，SNR的变化；比如，某一序列经参数调整后，如果初始序列信噪比较高，即便界面显示相对信噪比较低如50%，最后成像仍有足够SNR。影响SNR的因素有采集线圈、TR、TE、NEX、矩阵、FOV、采集带宽等。

? 空间分辨率（Spatial Resolution）即成像ROI内的体素大小，直接决定着图像的

细节显示能力，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，则以成像范围为首选。空间分辨率与SNR呈反比。

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? 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NEX。TA=TR×相位编码数×NEX，对于3D采集，TA还与容积范围的分层数有关。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：

对比度 扫描时间 组织固有对比度 序列参数 成像选项 TR × 相位编码数 × NEX T1弛豫对比 T2弛豫对比 质子密度对比 MR图像对比度 图像对比度 空间分辨率 SNR T1加权，T2加权 对比度与各参数关系

图像质量

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对比度及影响因子

说到T1对比度，首先回顾一下什么是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就越短，反之，频度差别越大，则T1就越长。因此，也把T1弛豫称为自旋晶格弛豫，即T1弛豫是把质子内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对比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，比如：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

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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相同、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，达到平衡稳态。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1－2－1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，应在扫描前进行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

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