并行采集技術在頭顱磁共振中產生偽影的原因及處理方法

朱熹，葉靖，王志軍，孫繼全，朱慶強，夏巍

揚州大學臨床醫學院，江蘇揚州225000

前言

MRI 檢查中偽影的出現不但會降低圖像質量，甚至會導致誤診。目前磁共振偽影大致分為運動偽影、卷軸偽影、磁化率偽影即金屬偽影、化學位移偽影、部分容積效應偽影等。由于部位、序列、參數不同，所產生的偽影也不盡相同［1-2］。MRI 成像原理復雜，偽影產生因素眾多，上述幾種常見偽影并不能完全涵蓋日常工作中所遇見的所有偽影。揚州大學臨床醫學院頭顱MRI T1FLAIR序列圖像曾被一種均未被以上分類中提及的高信號弧形偽影困擾多時，嚴重影響圖像質量。本研究探討頭顱MRI T1FLAIR序列出現偽影的原因，并進行分組研究，用客觀數據分析得出消除此類偽影的有效解決方案。最終消除偽影、優化掃描參數并且改善了圖像質量，同時為其他醫院遇到此種偽影時提供了解決思路。

1 資料與方法

1.1 患者資料

連續收集揚州大學臨床醫學院2017年4～8月檢查頭顱MRI的患者。排除標準：固定假牙患者；頭部外傷史患者；心臟起搏器患者；體內有金屬支架及金屬內固定患者。最終300例患者納入研究，男162例，女138例；年齡20～75 歲，中位年齡48 歲；體質量48.3～82.5 kg，平均（65±16）kg。本實驗經倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 檢查方法

研究開始前對設備進行檢查及保養，排除磁體間內磁場干擾因素，確保線圈信號正常。回顧性統計2016年11月～2017年4月期間600例頭顱MRI T1FLAIR序列中偽影比例及種類（圖1），絕大部分為一種不明原因的高信號弧形偽影。經多位高年資工程師會診，使用排除法商討分析，發現此類偽影并不屬于任何一種已知的常見偽影。初步懷疑頭顱MRI T1FLAIR中弧形高信號偽影可能為并行采集技術（Array Spatial Sensitivity Encoding Technique,ASSET）加速因子過高導致。遂制定如下實驗方案。

圖1 頭顱MRI T1 FLAIR序列中偽影比例及種類Fig.1 Proportions and types of artifacts in T1 FLAIR sequence of brain MRI

1.2.1 水模組采用美國GE 公司的Optima MR360 1.5T超導磁共振掃描儀，8通道頭頸線圈，分為A、B、C 3組，每組20例。A組：使用常規序列掃描；B組：其它參數不變，降低T1FLAIR ASSET加速因子為1.50；C 組：其他參數不變，刪除ASSET 選項，降低激勵次數為1。詳細參數見表1，C 組數據修改的說明詳見討論部分。

1.2.2 臨床組連續選取300例頭顱MRI 患者，分A、B、C 3組，按BMI指數平均分配，每組100例，采用與水模組相同參數進行掃描。

1.3 客觀數據處理及分析

1.3.1 水模組影像分析分別測算各組T1FLAIR 中心層面圖像的平均信噪比（Signal Noise Ratio,SNR）。本研究測算方法為于中心層面圖像中選擇17個均勻分布的ROI（20 mm2）［3］，并測算各ROI前、中、后各區域的平均信號強度（Signal Intensity,SI），再測算出同一ROI 前、中、后層面3 個區域的平均方差（Standard Deviation,SD），則SNR=SI組織/SD背景。

1.3.2 臨床組影像分析人體內的組織及結構比較復雜且不均勻，對于某些部位的磁共振圖像質量評價不能按照傳統的SNR進行對比。而本研究的測量方法為避開腦室腦溝及偽影區域，分別在3組圖像側腦室層面上設置ROI（20 mm2），并測量各ROI前、中、后層面3個區域的平均SI，再測算同ROI的前、中、后平均SD，則SNR=SI組織/SI背景［4-5］。

1.4 圖像主觀評分

由2 名影像科主任醫師共同對3 組圖像質量進行評分，意見不一時討論并達成一致意見。1 分：圖像質量差，圖像噪聲大，出現偽影影響診斷；2 分：圖像質量較差，圖像噪聲較大，出現偽影影響診斷；3分：圖像質量一般，圖像噪聲一般，出現偽影不影響診斷。4分：圖像質量較好，圖像噪聲較小，無偽影；5分：圖像質量好，圖像噪聲小，無偽影。

表1 MRI頭顱掃描常規參數及T1 Flair A、B、C分組變量參數Tab.1 Routine scanning parameters of brain MRI and T1 Flair in group A,B and C

1.5 統計學方法

采用SPSS 18.0統計軟件進行統計分析。采用卡方檢驗或者Fisher 確切概率法比較患者3 組圖像中出現偽影的比率，多重比較采用Bonferroni 法；采用單因素方差分析分別對水模組與臨床組3 組圖像質量的客觀數據進行比較，若有差異，再采用SNK-q或者LSD 檢驗進行多重比較；采用Mann-WhitneyU檢驗比較患者組圖像的主觀評分。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 水模組圖像質量客觀數據分析

A、B、C 3 組圖像中出現高信號弧形偽影的例數（圖2）分別為A組3例、B組1例、C組0例。圖像質量客觀數據詳見表2，經單因素方差分析對3 組圖像質量的客觀數據進行比較，3組差異均無統計學意義（P＞0.05）。

圖2 水模組圖像Fig.2 Images in water phantom groups

表2 水模組圖像質量客觀數據分析Tab.2 Objective evaluation of image quality in water phantom groups

2.2 臨床組圖像偽影比例統計學分析

A、B、C 3 組圖像中出現高信號弧形偽影的例數（圖3）分別為A組12例、B組7例、C組0例。多重比較采用Bonferroni 法，對檢驗水準校正為α=0.016 7。多重比較結果顯示：A 組與B 組比較，差異無統計學意義（P=0.228）；A 組與C 組，差異有統計學意義（P＜0.016 7）；B 組與C 組比較，差異有統計學意義（P＜0.016 7）（表3）。

圖3 臨床組圖像Fig.3 Images in clinical groups

表3 臨床組圖像偽影比例統計學分析Tab.3 Statistical analysis on the proportion of images artifacts in clinical groups

2.3 臨床組圖像質量客觀數據分析

A、B、C 3組圖像質量客觀數據詳見表4，經單因素方差分析對各組圖像質量客觀數據進行3 組間比較，均無統計學意義（P＞0.05）。

2.4 臨床組圖像質量主觀數據分析

A、B、C 3 組圖像質量主觀數據見表5，使用Kruskal-Wallis檢驗對3組總分進行統計學分析，有統計學意義（Z=43.3,P＜0.001）。再使用Mann-WhitneyU檢驗進行組間的兩兩比較（表6），A 組與B 組比較有統計學意義（Z=-3.0,P＜0.001）；A 組與C 組比較有統計學意義（Z=-6.5,P＜0.001）；B 組與C 組比較有統計學意義（Z=-3.7,P＜0.001）。

表4 臨床組圖像質量客觀數據分析Tab.4 Objective evaluation of image quality in clinical groups

3 討論

T1FLAIR與T1FSE相比，雖然T1FLAIR的TR時間延長，相應掃描時間也略微增加，但其能有效抑制腦脊液游離水信號，減少腦脊液流動偽影及部分容積效應，圖像組織間對比度優異［6］。反觀T1FSE雖能顯示組織解剖結構，但組織對比度小，且有時難以清楚顯示神經核團［7］。所以常規掃描頭顱MRI T1中優先使用T1FLAIR序列。

表5 臨床組圖像主觀數據Tab.5 Subjective evaluation of image quality in clinical groups

表6 臨床組圖像主觀數據進行組間兩兩比較結果Tab.6 Intergroup comparisons of subjective evaluation of image quality in clinical groups

ASSET 是一種磁共振快速成像技術，它利用參考掃描獲得相控陣線圈敏感度信息進行去除卷褶的數學算法，達到大幅度縮短圖像采集時間，極大提高MRI時間分辨率的目的，極大提高檢查的效率，使得一些原本對時間分辨率要求很高的檢查如心血管、腹部成像成為可能［8-10］。由于其物理原理只是通過改變信號的接受和編碼方式來加快成像速度，并不影響各種掃描序列的信號對比度，理論上可用于各種掃描序列和不同場強的MR機器，具有靈活性和廣泛性的特點［11-12］。ASSET 利用相控陣線圈的空間敏感性信息，部分代替了傳統費時的空間編碼過程，通過增加K空間中采樣的距離，表示為加速因子，減少相位編碼線數目，從而減少圖像的采集時間。掃描時間每縮短50%，SNR 就降低為原來的1/ 2倍［13］。但無論在高低場強的頭顱MR 中，當加速因子小于2.5時，其降低SNR 的缺陷幾乎可以忽略［14-15］。理論上ASSET 技術可達到亞秒級水平，但因受偽影和SNR的影響通常只能提高1.5～3.0倍。然而另一方面可以通過提高激勵次數來彌補SNR 的下降，這又反過來使得并行采集的時間有所增加。所以在本次實驗方案制定時，為同時保證掃描效率與圖像質量，C 組中去除了ASSET選項，并且降低激勵次數為1。

目前ASSET 偽影或與ASSET 相關偽影一般可表現為以下3 種形式：半弧形偽影、校準不當導致的偽影、線圈錯位導致的偽影。后兩種受操作者影響較大。造成此類偽影的常見原因有FOV 過小、calibration 定位偏離中心等。消除方法為適當增大FOV、重新校準掃描、增加或改變相位編碼。除此之外，因ASSET在相位方向上隔行采集K空間時，每一個線圈單元采集一半的相位方向的信息，會存在明顯的相位卷褶，需利用線圈敏感性數據重建圖像，并打開去卷褶偽影［16-18］。在多位高年資工程師會診時采用如上措施，但高信號弧形偽影并未消除。

研究前工程師對設備進行檢查及保養，掃描過程中嚴格參照掃描規范，確保排除設備及人為因素。此外，該高信號弧形偽影并非偶發，筆者曾在對口支援時期發現下級醫院同型號設備相同參數頭顱T1FLAIR圖像中仍存在類似偽影。本次研究中，A組加速因子為2.0，掃描時間為103 s；B組加速因子為1.5，掃描時間為127 s；C組無加速因子，激勵次數為1，掃描時間為96 s。由于掃描時間過長不利于患者耐受，所以C 組去除了ASSET 選項（即無加速因子），并且降低激勵次數為1。通過水模組與臨床組客觀數據的圖像質量對比，發現A、B、C 3 組的SNR 均無統計學意義。C 組去除ASSET 選項后，雖降低激勵次數為1，但客觀數據的圖像質量仍相當于加速因子為2.0的A組。本次研究達到了在保證圖像質量的前提下，大大縮短檢查時間的目的。

在本次研究之前，通過對偽影圖像進行分析，初步推斷可能為ASSET 加速因子過高導致頭顱MRI T1FLAIR 出現了弧形高信號偽影。此次進行比較的3組圖像加速因子分別使用的是2.0、1.5、0。患者A、B、C組出現偽影的例數分別為12、7、0。使用客觀數據比較3組的圖像質量雖無統計學意義，但是比較主觀數據的圖像質量時，由于A、B組都有偽影出現，導致3組間的主觀圖像質量均有統計學意義，所以偽影的出現直接導致了圖像質量的下降。而未使用ASSET 的C 組，100例圖像均未出現高信號弧形偽影。由于客觀圖像質量均無統計學意義，所以有無偽影成為主觀圖像質量的關鍵因素。主觀圖像質量的數據表明C組的圖像質量最佳，C組的主觀圖像質量較B組與A組均有統計學意義。

綜上所述，此次1.5T 頭顱MRI T1FLAIR 序列中出現的高信號弧形偽影為加入ASSET技術時加速因子過高所導致，所以在設置頭顱T1FLAIR 序列時建議不使用ASSET 技術或適當降低加速因子，且在不影響圖像質量和掃描效率的情況下可適當降低激勵次數。