頸部DIXON序列掃描出現(xiàn)的Swap偽影及解決方法

朱開國，朱小飛，劉錦，張微

磁共振成像對于軟組織病變的診斷具有顯著優(yōu)勢，但脂肪在T2WI序列中的高信號往往會影響病變的識別與診斷，因此需要對脂肪信號進行抑制以獲得良好的圖像對比。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磁場均勻性要求高[2]，而反轉(zhuǎn)恢復(fù)脂肪抑制技術(shù)信噪比較低[3]，對比這兩種方法，DIXON技術(shù)較好地克服了磁場非均勻性對脂肪抑制效果的影響，且采集過程中無信號損失，圖像信噪比較高[4]。

如今DIXON序列已經(jīng)廣泛運用于頸部、胸部、腹部、臀部及四肢的檢查，因其提供的信息豐富，為診斷工作帶來諸多的便利。但實際工作過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)圖像運算錯誤的情況，水像和脂像不純，即水、脂錯換，筆者稱為相位纏繞偽影即相位互換(phase swap，統(tǒng)稱為Swap偽影)，該偽影主要是因為采集原始數(shù)據(jù)的相位有誤差。近年來，為了校正采集的相位誤差提出了多種方法，主要有區(qū)域增長算法、相位解纏繞法、取向濾波器、迭代算法等[5-9]。筆者拋開復(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 研究對象

2016年3月至2016年11月采用西門子1.5 T AERA機型，對1143例患者行頸部常規(guī)掃描，年齡在18～85歲，剔除配合不佳，運動偽影過大的樣本，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137例Swap偽影進行分析研究。

1.2 偽影特征區(qū)域統(tǒng)計

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

1.3 信噪比測量

137例樣本中，隨機抽取60名患者，根據(jù)黃艷圖等[10]的方法四，對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運動偽影的部分取平均值，計算兩序列相同部位的信噪比。

1.4 改進方法實驗

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。未改進的掃描參數(shù)如表1。

1.4.2 改進方法

將出現(xiàn)Swap偽影頻數(shù)較高的軸面樣本分成三個實驗小組，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相位編碼方向為R-L相位，其余參數(shù)不變。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 17.0軟件，對“1.3信噪比測量”中的冠狀面和軸面信噪比數(shù)據(jù)采用獨立樣本t檢驗，對“1.4改進方法實驗”去除軸面Swap偽影的成功率進行兩兩χ2檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 偽影特征區(qū)域統(tǒng)計結(jié)果

統(tǒng)計結(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 信噪比測量結(jié)果

隨機60名樣本相同位置的信噪比均值及標(biāo)準(zhǔn)差見表3，兩組信噪比獨立樣本t檢驗，P＜0.01，差異有顯著統(tǒng)計學(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 改進方法實驗結(jié)果

三組實驗后得到的圖像，與改進前對比效果見圖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，第1、2組比較，P=0.696，差異無統(tǒng)計學(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)計學(xué)意義。實驗方法1、2優(yōu)于實驗方法3。

3 討論

圖1～3 分別為三種實驗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偽影的計數(shù)和位置統(tǒng)計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)計量Tab. 3 The statistics of SNR

表4 三種實驗方法效果統(tǒng)計Tab. 4 The effects of three experiments

日常做頸部磁共振時，由于冠狀面和軸面的掃描范圍有差異，需要對兩個序列的參數(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)域磁場均勻性相對較差[11]。從表1序列參數(shù)角度來看，冠狀面與軸面的區(qū)別在于掃描野大小、矩陣、過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、矩陣和過采樣本綜合決定了圖像的信噪比[12-13]，而西門子機型中相位編碼方向的改變會使機器在預(yù)掃描時重新勻場調(diào)整(西門子的磁共振在預(yù)掃過程中有一個頻率選擇和局部勻場調(diào)節(jié)的過程，同一個序列掃兩遍，第二次無需預(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調(diào)整)；從表2的信噪比統(tǒng)計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均勻性相關(guān)。信噪比越高，Swap偽影出現(xiàn)幾率越低；磁場均勻性越高，Swap偽影出現(xiàn)幾率越低。

改進方法中第1、2組實驗，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]，從實驗的結(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，而圖像的噪聲會在相位圖上生成影響相位精度的“點”，噪聲越大，“點”越多，而這些“點”含有不正確的相位值，所以采集到的數(shù)據(jù)中有錯誤的相位差，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組實驗，在西門子機型實際操作中改變相位編碼方向，機器在預(yù)掃描過程中會重新選頻及局部勻場調(diào)整[15]，有可能獲得更好的相對均勻的磁場，但從實驗的結(jié)果來看，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%)。磁場的均勻性，它與機器的硬件和掃描部位的磁敏感性相關(guān)。超導(dǎo)高場強機型下，確定的時間和溫度下，主磁場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，磁場的均勻性也相對差，水與脂肪的進動頻率差值發(fā)生變化，進而使相位的采集出現(xiàn)錯誤產(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：一是通過增加平均次數(shù)或者關(guān)閉并行采集來提高采集圖像信噪比，二是提高局部磁場均勻性。在臨床工作中，提高局部磁場均勻性相對困難，因此，方法1優(yōu)于方法2。

此外，對于運動偽影過大，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偽影可能與運動相關(guān)。因沒有設(shè)計出合理的實驗方法，未能證實，希望今后能夠證實。

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)，同時能給診斷提供更多的信息，是當(dāng)前技術(shù)下，運用十分廣泛的序列。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，但這種方法會成倍地增加掃描時間，因此需要綜合考慮患者的耐受力以及醫(yī)院患者MRI檢查通過率，合理修改參數(shù)。

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