朱開(kāi)國(guó)，朱小飛，劉錦，張微

磁共振成像對(duì)于軟組織病變的診斷具有顯著優(yōu)勢(shì)，但脂肪在T2WI序列中的高信號(hào)往往會(huì)影響病變的識(shí)別與診斷，因此需要對(duì)脂肪信號(hào)進(jìn)行抑制以獲得良好的圖像對(duì)比。目前常用的脂肪抑制技術(shù)有頻率選擇性飽和(chemical shift selective saturation，CHESS)、反轉(zhuǎn)恢復(fù)脂肪抑制技術(shù)(short TI inversion recovery STIR)以及基于化學(xué)位移技術(shù)的水脂分離法(opposed-phase imaging，DIXON)[1]。頻率選擇性飽和法對(duì)磁場(chǎng)均勻性要求高[2]，而反轉(zhuǎn)恢復(fù)脂肪抑制技術(shù)信噪比較低[3]，對(duì)比這兩種方法，DIXON技術(shù)較好地克服了磁場(chǎng)非均勻性對(duì)脂肪抑制效果的影響，且采集過(guò)程中無(wú)信號(hào)損失，圖像信噪比較高[4]。

如今DIXON序列已經(jīng)廣泛運(yùn)用于頸部、胸部、腹部、臀部及四肢的檢查，因其提供的信息豐富，為診斷工作帶來(lái)諸多的便利。但實(shí)際工作過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)圖像運(yùn)算錯(cuò)誤的情況，水像和脂像不純，即水、脂錯(cuò)換，筆者稱為相位纏繞偽影即相位互換(phase swap，統(tǒng)稱為Swap偽影)，該偽影主要是因?yàn)椴杉紨?shù)據(jù)的相位有誤差。近年來(lái)，為了校正采集的相位誤差提出了多種方法，主要有區(qū)域增長(zhǎng)算法、相位解纏繞法、取向?yàn)V波器、迭代算法等[5-9]。筆者拋開(kāi)復(fù)雜的理論，探討臨床工作中Swap偽影的發(fā)生原因及解決方法

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

2016年3月至2016年11月采用西門(mén)子1.5 T AERA機(jī)型，對(duì)1143例患者行頸部常規(guī)掃描，年齡在18～85歲，剔除配合不佳，運(yùn)動(dòng)偽影過(guò)大的樣本，剩余947例。出現(xiàn)Swap偽影137例，其中冠狀面4例，軸面133例，筆者對(duì)137例Swap偽影進(jìn)行分析研究。

1.2 偽影特征區(qū)域統(tǒng)計(jì)

將137例Swap偽影按序列和出現(xiàn)的區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.3 信噪比測(cè)量

137例樣本中，隨機(jī)抽取60名患者，根據(jù)黃艷圖等[10]的方法四，對(duì)冠狀面抑脂和軸面抑脂圖像頸3椎體旁肌肉取平均值，在各自圖像背景中無(wú)運(yùn)動(dòng)偽影的部分取平均值，計(jì)算兩序列相同部位的信噪比。

1.4 改進(jìn)方法實(shí)驗(yàn)

1.4.1 原始掃描方法

使用頭頸聯(lián)合線圈、Body表面線圈和Spine線圈組合，患者仰臥位，行頸部冠狀面T2-tse-DIXON，軸面T2-tse-DIXON序列掃描。未改進(jìn)的掃描參數(shù)如表1。

1.4.2 改進(jìn)方法

將出現(xiàn)Swap偽影頻數(shù)較高的軸面樣本分成三個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，第一組45例，增加平均次數(shù)average為2，其余參數(shù)不變；第二組45例，關(guān)閉并行采集，其余參數(shù)不變；第三組43例，改變A-P相位編碼方向?yàn)镽-L相位，其余參數(shù)不變。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 17.0軟件，對(duì)“1.3信噪比測(cè)量”中的冠狀面和軸面信噪比數(shù)據(jù)采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，對(duì)“1.4改進(jìn)方法實(shí)驗(yàn)”去除軸面Swap偽影的成功率進(jìn)行兩兩χ2檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 偽影特征區(qū)域統(tǒng)計(jì)結(jié)果

統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2，冠狀面與軸面Swap偽影多發(fā)生在鼻竇、下頜骨、甲狀軟骨以及皮膚表面，冠狀面發(fā)生頻數(shù)(4例)明顯小于軸面(133例)。

2.2 信噪比測(cè)量結(jié)果

隨機(jī)60名樣本相同位置的信噪比均值及標(biāo)準(zhǔn)差見(jiàn)表3，兩組信噪比獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P＜0.01，差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，冠狀面信噪比均值為41.97%，軸面信噪比均值為23.26%，對(duì)比冠面、軸面出現(xiàn)Swap偽影的頻數(shù)發(fā)現(xiàn)，信噪比高的序列出現(xiàn)偽影的幾率低于信噪比低的序列。

2.3 改進(jìn)方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果

三組實(shí)驗(yàn)后得到的圖像，與改進(jìn)前對(duì)比效果見(jiàn)圖1～3。

去除Swap偽影的幾率如表4，第1組成功42例(42/45，93.3%)，第2組成功41例(41/45，91.1%)，第3組成功22例(22/43，53.5%)。兩兩χ2檢驗(yàn)，第1、2組比較，P=0.696，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，第1與3組和第2與3組比較，P均＜0.01，差異極有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。實(shí)驗(yàn)方法1、2優(yōu)于實(shí)驗(yàn)方法3。

3 討論

圖1～3 分別為三種實(shí)驗(yàn)方法圖像的前后效果圖。1A、1B為增加average為2的圖像；2A、2B為改相位編碼A-P至R-L的圖像；3A、3B為關(guān)閉并行采集后的圖像Fig.1-3 There are the effect images of the experiments. 1A, 1B: Increasing average to 2. 2A, 2B: Changing phase encoding from A-P to R-L. 3A, 3B: Disusing parallel acquisition technique.

表1 原始序列的參數(shù)Tab. 1 The original sequence parameter

表2 冠狀面和軸面出現(xiàn)Swap偽影的計(jì)數(shù)和位置統(tǒng)計(jì)Tab. 2 The statistics of Swap artifacts occurring coronal and axial

表3 冠狀面和軸面信噪比的統(tǒng)計(jì)量Tab. 3 The statistics of SNR

表4 三種實(shí)驗(yàn)方法效果統(tǒng)計(jì)Tab. 4 The effects of three experiments

日常做頸部磁共振時(shí)，由于冠狀面和軸面的掃描范圍有差異，需要對(duì)兩個(gè)序列的參數(shù)做出相應(yīng)的修改，兩者的參數(shù)不可能做到完全一致。通過(guò)大量的患者掃描我們得到的137例Swap偽影中，可以直觀地發(fā)現(xiàn)，冠狀面出現(xiàn)偽影的幾率明顯小于軸面，偽影好發(fā)區(qū)域磁場(chǎng)均勻性相對(duì)較差[11]。從表1序列參數(shù)角度來(lái)看，冠狀面與軸面的區(qū)別在于掃描野大小、矩陣、過(guò)采樣本和相位編碼的方向，在其余參數(shù)不變的情況下，掃描野的大小、矩陣和過(guò)采樣本綜合決定了圖像的信噪比[12-13]，而西門(mén)子機(jī)型中相位編碼方向的改變會(huì)使機(jī)器在預(yù)掃描時(shí)重新勻場(chǎng)調(diào)整(西門(mén)子的磁共振在預(yù)掃過(guò)程中有一個(gè)頻率選擇和局部勻場(chǎng)調(diào)節(jié)的過(guò)程，同一個(gè)序列掃兩遍，第二次無(wú)需預(yù)掃，但如果序列的相位編碼發(fā)生改變，序列需要重新選頻率和勻場(chǎng)調(diào)整)；從表2的信噪比統(tǒng)計(jì)可知冠狀面的信噪比明顯大于軸面的信噪比。綜合表1，2的結(jié)果得出結(jié)論：(1)信噪比高的序列(冠狀面)出現(xiàn)Swap偽影的幾率低于信噪比低的序列(軸面)；(2) Swap偽影好發(fā)于磁場(chǎng)均勻性較差的區(qū)域。因此提出猜想：Swap偽影的出現(xiàn)概率與圖像信噪比和磁場(chǎng)均勻性相關(guān)。信噪比越高，Swap偽影出現(xiàn)幾率越低；磁場(chǎng)均勻性越高，Swap偽影出現(xiàn)幾率越低。

改進(jìn)方法中第1、2組實(shí)驗(yàn)，增加平均次數(shù)average和關(guān)閉并行采集技術(shù)，均可以明顯地提高圖像的信噪比[14]，從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果看，提升圖像信噪比的方法有效地去除了圖像的Swap偽影，分別為93.3%、91.1%。前文提到，Swap偽影與原始數(shù)據(jù)的相位誤差有關(guān)[5]，所以去除Swap偽影的基礎(chǔ)，是要獲得正確的相位信息或者正確的相位校正，而圖像的噪聲會(huì)在相位圖上生成影響相位精度的“點(diǎn)”，噪聲越大，“點(diǎn)”越多，而這些“點(diǎn)”含有不正確的相位值，所以采集到的數(shù)據(jù)中有錯(cuò)誤的相位差，從而導(dǎo)致最終的互換偽影。因此，DIXON序列需要高的信噪比。提升信噪比的方式還有降低矩陣，增大的FOV，減小帶寬等[10]。第3組實(shí)驗(yàn)，在西門(mén)子機(jī)型實(shí)際操作中改變相位編碼方向，機(jī)器在預(yù)掃描過(guò)程中會(huì)重新選頻及局部勻場(chǎng)調(diào)整[15]，有可能獲得更好的相對(duì)均勻的磁場(chǎng)，但從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，改變相位編碼的方式，消除Swap偽影的效果不是十分理想(53.5%)。磁場(chǎng)的均勻性，它與機(jī)器的硬件和掃描部位的磁敏感性相關(guān)。超導(dǎo)高場(chǎng)強(qiáng)機(jī)型下，確定的時(shí)間和溫度下，主磁場(chǎng)B0是穩(wěn)定的[1]。頸部出現(xiàn)Swap偽影的區(qū)域，為骨與軟組織、軟組織與空氣的交界處，磁敏感性較大，磁場(chǎng)的均勻性也相對(duì)差，水與脂肪的進(jìn)動(dòng)頻率差值發(fā)生變化，進(jìn)而使相位的采集出現(xiàn)錯(cuò)誤產(chǎn)生互換偽影。

綜上討論，本研究結(jié)果顯示，降低Swap偽影發(fā)生概率的方法有兩種：一是通過(guò)增加平均次數(shù)或者關(guān)閉并行采集來(lái)提高采集圖像信噪比，二是提高局部磁場(chǎng)均勻性。在臨床工作中，提高局部磁場(chǎng)均勻性相對(duì)困難，因此，方法1優(yōu)于方法2。

此外，對(duì)于運(yùn)動(dòng)偽影過(guò)大，掃描失敗的196病例分析，出現(xiàn)Swap偽影的頻數(shù)尤其的高(23.5%)，筆者考慮，Swap偽影可能與運(yùn)動(dòng)相關(guān)。因沒(méi)有設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方法，未能證實(shí)，希望今后能夠證實(shí)。

DIXON技術(shù)是較頻率選擇飽和、反轉(zhuǎn)恢復(fù)脂肪抑制更有效的脂肪抑制技術(shù)，同時(shí)能給診斷提供更多的信息，是當(dāng)前技術(shù)下，運(yùn)用十分廣泛的序列。為降低Swap偽影的發(fā)生幾率，需要高磁場(chǎng)均勻性和提高圖像的信噪比，在均勻性不可調(diào)諧的情況下，增加平均次數(shù)或關(guān)閉并行采集技術(shù)提升信噪比為首選方法，但這種方法會(huì)成倍地增加掃描時(shí)間，因此需要綜合考慮患者的耐受力以及醫(yī)院患者M(jìn)RI檢查通過(guò)率，合理修改參數(shù)。

[References]

[1] Yang ZH, Feng F, Wang XY. et al. A guide to technique of magnetic resonance imaging. Beijing: People's Military Medical Press, 2007:4-6, 185-200.楊正漢, 馮逢, 王宵英, 等. 磁共振成像技術(shù)指南. 北京: 人民軍醫(yī)出版社, 2007: 4-6, 185-200.

[2] Moriya S, Miki Y, Kamishima T, et al. Lingering fat signals with CHESS in simultaneous imaging of both handcan be improved with rice pads in both 1.5 T and 3.0 T. Eur J Radiol, 2013, 82(9): 1458-1462.

[3] Jin EH, Jiang T, Zhang H, et al. Approach to clinical application of magnetic resonance imaging. Beijing: People's Medical Publishing House, 2009: 29.靳二虎, 蔣濤, 張輝, 等. 磁共振成像臨床應(yīng)用入門(mén). 北京: 人民衛(wèi)生出版社, 2009: 29.

[4] Low RN, Austin MJ, Ma J et al. Fast spin-echo triple echo DIXON:initial clinical experience with a novel pulse sequence for simultaneous fat-suppressed and nonfat-suppressed T2-weighted spine magnetic resonance imaging. J Magn Reson Imaging, 2011, 33(2): 390-400.

[5] Liu BS, Zhang J, Cheng JY et al. A two-point DIXON technique for water-fat separation using multiresolution and region-growing algorithm.J Southern Med University, 2017, 37(2): 245-250.劉鏢水, 張晶, 程軍營(yíng), 等. 基于多分辨率和區(qū)域增長(zhǎng)的兩點(diǎn)DIXON水脂分離技術(shù). 南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào), 2017, 37(2): 245-250.

[6] LeinerT, Habets J, Versluis B, et al. Subtractionless first-pass single contrast medium dose peripheral MR angiography using two-point DIXON fat suppression. Eur Radiol, 2013, 23(8): 2228-2235.

[7] Gao HS. Research on phase unwrapping in water and fat separation based phase quality. Guangzhou: Southern Medical University, 2014: 1-53.高華帥.基于相位圖像質(zhì)量的解纏繞方法在磁共振水和脂肪成像中的研究. 廣州: 南方醫(yī)科大學(xué), 2014:1-53.

[8] Joshi AA, Hu HH, Leahy RM, et al. Automatic intra-subject registrationbased segmentation of abdominal fat from water-fat MRI. J Magn Reson Imaging, 2013, 37(2): 423-430.

[9] Xiang QS. Two-point water-fat imaging with partially-oppose-phase(POP) acquisition: an asymmetric DIXON method. Magn Reson Med,2006, 56(4): 572-584.

[10] Huang YT, He CM. Evaluation Methodology of MRI SNR. Chin J Magn Reson Imaging, 2012, 3(2): 149-152.黃艷圖, 何超明. 磁共振成像信噪比的評(píng)價(jià)方法. 磁共振成像, 2012,3(2):149-152.

[11] Hu JW, Feng DY, Hu LL, et al. The study of magnetic susceptibility artifact and its avoidness. Modern Med Imagelogy, 2003, 12(1): 21-23.胡軍武, 馮定義, 胡麗麗, 等. 磁敏感性偽影的產(chǎn)生及抑制技術(shù)探討.現(xiàn)代醫(yī)用影像學(xué), 2003, 12(1): 21-23.

[12] Bernert P, Koken P, Nehrke K, et al. Water/fat-resolved whole-heart DIXON coronary MRA: an initial comparison. Magn Reson Med, 2014,71(1): 156-163.

[13] Chu CC, Wang LC, Bi F, et al. Discussion on a number of evaluation indexes in quality control of magnetic resonance images. Chin Med Devices, 2016, 31(7): 124-127.儲(chǔ)呈晨, 王龍辰, 畢帆, 等. 磁共振圖像質(zhì)量控制中的若干評(píng)價(jià)指標(biāo)探討. 中國(guó)醫(yī)療設(shè)備, 2016, 31(7): 124-127.

[14] Chen LY, Chang Y, Wang L, Xu YJ, et al. Parallel magnetic resonance imaging reconstruction algorithm based on generelized autocalibrating patially parallel acquisitions and sensitivity encoding. Chin J Med Physics, 2015, 32(5): 617-621.陳藍(lán)鈺, 常嚴(yán), 王雷, 等. 基于SENSE和GRAPPA的并行磁共振圖像重建算法. 中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志, 2015, 32(5): 617-621.

[15] Winkler SA, Rutt BK. Practical methods for improving B 1+homogeneity in 3 tesla breast imaging. Magn Reson Imaging, 2015,41(4): 992-999.