快遞穩(wěn)態(tài)進(jìn)動采集序列磁敏感偽影和偽影抑制方法的研究

季麗雅，王建偉，孫 濤，汪家旺

快遞穩(wěn)態(tài)進(jìn)動采集序列磁敏感偽影和偽影抑制方法的研究

季麗雅，王建偉，孫 濤，汪家旺

目的：研究快速穩(wěn)態(tài)進(jìn)動采集（fast imaging employing steady-state acquisition，F(xiàn)IESTA）序列磁敏感偽影的成因以及抑制方法。方法：采用不同勻場技術(shù)、帶寬和部分回波技術(shù)的FIESTA序列對患者進(jìn)行腹部冠狀位掃描。以膈肌以下肝臟部位為感興趣區(qū)，比較不同掃描策略時，感興趣區(qū)磁敏感偽影的差異。結(jié)果：勻場技術(shù)可以改善偽影，半掃描野（field of view，F(xiàn)OV）勻場效果優(yōu)于全FOV勻場效果（Z=-6.211，P=0.000）；隨著帶寬的增加，感興趣區(qū)的磁敏感偽影逐漸減少（F=5.044，P=0.011）；部分回波技術(shù)掃描所得圖像較全回波技術(shù)掃描所得圖像偽影減少，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t= 5.111，P=0.000）。結(jié)論：FIESTA序列腹部冠狀位掃描時膈肌附近易產(chǎn)生磁敏感偽影；偽影是由于肺部組織與腹腔實質(zhì)器官磁敏感性差異較大引起的；施加局部勻場、增加帶寬和采用部分回波技術(shù)可以減少磁敏感偽影。

磁共振；快速穩(wěn)態(tài)進(jìn)動采集序列；磁敏感偽影

0 引言

快速穩(wěn)態(tài)進(jìn)動采集（fast imaging employing steady-state acquisition，F(xiàn)IESTA）序列是超快速磁共振（magnetic resonance，MR）成像序列，該序列的特點是重復(fù)時間（time repeat，TR）非常短、成像速度快、對運動偽影不敏感、液體與軟組織對比度高，對于胸腹部含液體組織的顯示有著明顯優(yōu)勢，目前已經(jīng)作為胸腹部MR檢查的常規(guī)序列應(yīng)用于臨床當(dāng)中[1-2]。但是該序列也存在明顯的缺點，主要表現(xiàn)為對實質(zhì)器官病變的顯示較差，并且容易產(chǎn)生磁敏感偽影。本研究旨在探討FIESTA序列進(jìn)行腹部MR檢查時產(chǎn)生的磁敏感偽影的形成機(jī)制以及抑制偽影的方法。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選擇2013年12月至2014年9月到南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科檢查的患者70例（男38例，女32例，年齡29～81歲，平均年齡58.9歲），行腹部軸位T2WI、T1WI、DWI掃描和冠狀位FIESTA掃描。患者多為肝臟生化指標(biāo)異常、肝內(nèi)外膽道系統(tǒng)結(jié)石以及腹部臟器占位性病變者。參與研究的患者均簽署了知情同意書。

1.2 檢查方法

機(jī)型：GE Signa HDx 1.5T超導(dǎo)型磁共振掃描儀；線圈：相控陣體部表面線圈；掃描方法：患者仰臥位，足先進(jìn)，將呼吸壓力帶捆綁于患者腹部呼吸活動度最大位置，掃描前對患者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練。磁共振上腹部平掃采用軸位T2WI、T1WI、DWI掃描和冠狀位FIESTA掃描。軸位掃描參數(shù)如下：FSE-T2WI掃描：TR：依據(jù)呼吸頻率自動調(diào)整TR（3～15 000 ms），回波時間（time echo，TE）：85 ms，帶寬：50 Hz/px，層厚：6 mm，層間距：2mm，掃描野（fieldofview，F(xiàn)OV）：42cm×42cm；Fast SPGR-Dual-T1WI掃描：TR：195 ms，TE：2.1 ms，TE2：4.7 ms，帶寬：62.5 Hz/px，帶寬2：0～62.5 Hz/px，層厚：6 mm，層間距：2 mm，F(xiàn)OV：42 cm×42 cm；EPIDWI掃描：TR：依據(jù)呼吸頻率自動調(diào)整TR（1 000～17000ms），TE：67.5ms，TE2：20～2000ms，帶寬：62.5～250 Hz/px，帶寬2：0～250 Hz/px，層間距：2 mm，F(xiàn)OV：42 cm×42 cm。

冠狀位FIESTA掃描采用2D-FIESTA序列，掃描參數(shù)為：TR：3.5 ms，TE：1.5 ms，F(xiàn)OV：38 cm×38 cm，層數(shù)：22層，層厚：6 mm。將患者分為3組，變換不同掃描策略對每組患者進(jìn)行掃描。第1組患者27例，在右側(cè)膈肌肺與肝臟交界處施加不同F(xiàn)OV大小的勻場帶進(jìn)行重復(fù)掃描，勻場帶FOV分別為0 cm×0 cm、19 cm×19 cm、38 cm×38 cm；第2組患者15例，改變帶寬進(jìn)行重復(fù)掃描，帶寬分別設(shè)置為62.5、125、200 Hz/px；第3組患者28例，采用不同的部分回波技術(shù)進(jìn)行重復(fù)掃描，TE分別設(shè)置為全回波（Minifull）和部分回波（Minimum）。

1.3 圖像后處理與分析

將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入Medavis PACS軟件，圖像調(diào)整為適當(dāng)?shù)拇皩挻拔唬信d趣區(qū)（region of interesting，ROI）設(shè)置為膈肌以下肝臟部位。選擇不勻場時圖像的ROI偽影面積最大層面為感興趣層面，測量不同掃描策略時該層面ROI的偽影面積。采用以下方法評估勻場組病例偽影改善效果：計算勻場后ROI的偽影面積與勻場前ROI的偽影面積的比率。依據(jù)以上結(jié)果，將偽影改善效果評分分為5個等級：5分，0≤偽影比率＜0.25，偽影基本去除；4分，0.25≤偽影比率＜0.5，偽影明顯改善；3分，0.5≤偽影比率＜0.75，偽影部分改善；2分，0.75≤偽影比率＜1，偽影略有改善；1分，1≤偽影比率，偽影沒有變化甚至加重。變換帶寬組病例的數(shù)據(jù)分析采用方差分析，部分回波技術(shù)組病例的數(shù)據(jù)分析采用配對t檢驗。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，定量數(shù)據(jù)采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，2組間比較采用配對t檢驗，多組間比較采用方差分析，進(jìn)一步兩兩比較采用LSD法檢驗；等級資料比較采用秩和檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般結(jié)果

70例患者均順利完成檢查，F(xiàn)IESTA序列腹部冠狀位掃描所得圖像能夠清晰顯示膽管、門靜脈等含水組織與周圍組織的對比以及腹部臟器的解剖邊界，但是在膈肌附近肺組織與實質(zhì)器官交界處、腸道氣體與周圍組織交界處以及圖像掃描視野邊緣區(qū)域容易產(chǎn)生條紋狀或圓形偽影（如圖1（a）所示）。

2.2 統(tǒng)計學(xué)結(jié)果

施加不同F(xiàn)OV勻場帶，ROI偽影改善效果評分結(jié)果見表1，2種方法比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（Z= -6.211，P=0.000），如圖1（b）、（c）所示。

圖1 同一病例，不同F(xiàn)OV勻場后，偽影最大層面ROI偽影的變化

表1 不同F(xiàn)OV勻場后偽影改善效果評分結(jié)果（N=27）

采用不同的帶寬，ROI偽影面積見表2，經(jīng)比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（F=5.044，P=0.011）。進(jìn)一步兩兩比較后，帶寬為62.5 Hz/px的偽影較其他2組嚴(yán)重，帶寬為125 Hz/px組的偽影與帶寬為200 Hz/px組的偽影無差異（P=0.299），偽影隨著帶寬的增加而有減小趨勢（如圖2所示）。

表2 采用不同帶寬后ROI偽影面積

圖2 同一病例，不同帶寬時，偽影最大層面ROI偽影的變化

采用不同的部分回波技術(shù)，ROI偽影面積見表3，部分回波技術(shù)（TE設(shè)置為Minimum）所得圖像的偽影較全回波技術(shù)（TE設(shè)置為Minifull）所得圖像的偽影有所改善（如圖3所示），差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=5.111，P=0.000）。

3 討論

3.1 FIESTA原理及特點

FIESTA序列是超快速梯度回波序列的一種，該序列以梯度回波序列的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，在回波信號采集后，分別在層面選擇梯度、相位編碼梯度和頻率編碼梯度3個梯度編碼方向上，施加相對應(yīng)的大小相同、方向相反的梯度場，使得質(zhì)子的磁化矢量達(dá)到穩(wěn)態(tài)[1]。FIESTA序列的特點主要為非?？斓某上袼俣群洼^高的液體與軟組織的對比度。FIESTA序列采用很短的TR和TE，因此成像時間極短，掃描速度極快，對于運動偽影不敏感，尤其適用于胸腹部等呼吸運動較大部位的檢查。FIESTA圖像既不是T2加權(quán)像，也不是T1加權(quán)像，而是T2/T1比值加權(quán)圖像[2-4]。液體的T2值較大，其T2/T1比值較大，所以FIESTA圖像上液體信號很高，液體與軟組織之間有很好的對比度，因此FIESTA序列能夠清晰顯示心血管系統(tǒng)、胰膽管系統(tǒng)和泌尿系統(tǒng)等含水組織的結(jié)構(gòu)以及受病變侵占情況[2，4]。但是軟組織之間T2/T1比值差別較小，因此FIESTA序列軟組織對比度較差。此外，F(xiàn)IESTA序列對磁場局部不均勻敏感，很容易產(chǎn)生磁敏感偽影。

表3 采用不同部分回波技術(shù)后ROI偽影面積

圖3 同一病例，采用不同部分回波技術(shù)時，偽影最大層面ROI偽影的變化

3.2 FIESTA磁敏感偽影產(chǎn)生機(jī)制

磁敏感偽影是由于磁化率差異大的組織相鄰，在二者的交界處主磁場局部不均勻，引起質(zhì)子自旋失相位和讀出梯度非相性變化而產(chǎn)生的偽影，主要表現(xiàn)為組織交界部位局部信號失真和空間定位的錯誤與變形[5-7]。FIESTA序列作為梯度回波序列，沒有180°重聚脈沖來糾正主磁場不均勻造成的質(zhì)子失相位，因此更容易產(chǎn)生磁敏感偽影[1，7-8]。FIESTA序列用于腹部掃描時，膈肌上方含氣的肺組織與下方實質(zhì)器官組織的密度和磁化率相差都很大，容易造成膈肌附近的局部磁場不均勻，從而易在膈肌附近產(chǎn)生磁敏感偽影，這些偽影常常表現(xiàn)為低信號環(huán)或低信號區(qū)覆蓋在重要器官（如肝臟）的表面（如圖1（a）、圖3（a）所示），容易掩蓋病灶造成誤診。

3.3 FIESTA磁敏感偽影抑制方法

勻場是指通過各種方法使磁共振主磁場空間分布均勻[9-10]。本實驗通過調(diào)節(jié)勻場線圈的電流，使線圈產(chǎn)生特定方向和場強(qiáng)大小的梯度場來修正靜磁場空間分布，以補(bǔ)償靜磁場局部分布的不均勻[11-12]。如前文所述，腹部膈肌附近的磁場局部不均勻?qū)е翭IESTA序列容易在肝臟表面產(chǎn)生磁敏感偽影。本實驗將勻場帶放置在右側(cè)膈肌肝臟和肺部的交界處，通過勻場補(bǔ)償該部位的磁場局部不均勻，以期抑制該部位的磁敏感偽影。結(jié)果表明，施加勻場之后，覆蓋在肝臟上的偽影有不同程度的減少（如圖1所示）。此外，本實驗也表明，勻場范圍的大小也對磁敏感偽影的抑制效果有較大影響，半FOV的勻場效果明顯優(yōu)于全FOV的勻場效果（見表1、圖1）。

另外，成像參數(shù)的調(diào)整也可以改善磁敏感偽影。有學(xué)者研究認(rèn)為[8，13]，磁敏感偽影與頻率編碼梯度場強(qiáng)呈反比，帶寬的增加可以增加頻率編碼梯度場強(qiáng)，從而抑制磁敏感偽影。本研究的實驗結(jié)果與之相近，ROI的磁敏感偽影隨著帶寬的增加有減小趨勢。但是帶寬的增加使得單位時間內(nèi)采樣點數(shù)增加，從而采集的噪聲也增加，圖像信噪比下降。因此，需要結(jié)合圖像質(zhì)量的其他因素平衡考慮帶寬的設(shè)置。磁敏感偽影是由于相鄰體素之間磁化率差異大、局部磁場不均勻、自旋失相位而引起的，TE的減小，可以減少質(zhì)子自旋失相位的時間，從而減少磁化率偽影[6，14-15]，因此，采取措施減小TE也是減少磁偽影的關(guān)鍵。部分回波技術(shù)可以將TE減小到之前的1/2左右，它的原理是：由于每個MR回波信號中點的兩邊是對稱的，因此并不需要利用一個完整的回波來采集信號，只需要在每個回波的1/2多一點（60%左右）處來采集信號即可[1]。筆者所用機(jī)型的部分回波技術(shù)設(shè)置的具體措施是將TE的選項由全回波改為半回波。實驗中將TE改為半回波之后，圖像的磁敏感偽影較之前有所改善，并且由于TE的減小，TR也隨之減小，整個掃描時間得到了縮短。當(dāng)然，部分回波技術(shù)也會帶來信噪比下降等問題。

4 結(jié)論

FIESTA序列應(yīng)用于腹部掃描，在磁化率差異大的組織交界處，特別是肝肺交界處，容易產(chǎn)生磁敏感偽影，在這些部位施加適當(dāng)范圍的勻場以及對成像參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可以改善偽影，減小偽影對重要器官成像的影響，有利于減少誤診和漏診。

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（收稿：2014-08-06 修回：2014-12-15）

Magnetic susceptibility artifact in FIESTA and its reduction

JI Li-ya1,WANG Jian-wei2,SUN Tao2,WANG Jia-wang2
(1.Department of Radiology,Nanjing BenQ Medical Center,Nanjing 210019,China;2.Department of Radiology, the First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University,Nanjing 210029,China)

ObjectiveTo investigate the mechanism of magnetic susceptibility artifact of fast imaging employing steadystate acquisition(FIESTA)and the methods to reduce it.MethodsThe patients underwent FIESTA abdominal coronal MR scanning with different shimming techniques,bandwidths and partial echo technique.The liver under the diaphragm was selected as the region of interest(ROI)and the susceptibility artifacts of ROI of different scanning strategies were compared.ResultsThe shimming technique could reduce the magnetic susceptibility artifacts,and shimming of half field of view(FOV)was better than that of full FOV(Z=-6.211，P=0.000).The susceptibility artifact of ROI decreased with the bandwidth increased(F=5.044,P=0.011).The susceptibility artifact of the image by partial echo technique was significantly less than that by whole echo technique(t=5.111,P=0.000).ConclusionMagnetic susceptibility artifact may occur near the diaphragm in FIESTA abdominal coronal MR imaging,which is caused by the magnetic susceptibility difference between the lung and abdominal organs.Shimming technique,increased bandwidth and partial echo technique can reduce magnetic susceptibility artifact.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（7）：82-84，136]

magnetic resonance imaging;fast imaging employing steady-state acquisition;magnetic susceptibility artifact

R318；R445.2

A

1003-8868（2015）07-0082-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.07.082

季麗雅（1984—），女，技師，主要從事腹部MR成像技術(shù)方面的研究工作，E-mail：ichwill_swift@163.com。

210019南京，南京明基醫(yī)院放射科（季麗雅）；210029南京，南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科（王建偉，孫 濤，汪家旺）

王建偉，E-mail：wjw19821225@163.com