MR硬件相關偽影常見原因分析及對策

袁保鋒，李鄭，何玲，焦志云

揚州大學附屬醫院 影像科，江蘇 揚州 225001

引言

MR偽影是指圖像中與實際解剖結構不相符的異常信號，表現為圖像變形、模糊、重疊及缺失等[1]。偽影降低了圖像質量，甚至造成漏診、誤診。如何識別、抑制偽影一直是MR研究熱點之一。常見MR偽影有干擾偽影、截斷偽影、磁化率效應偽影、運動偽影、容積效應偽影等，目前，國內外學者已進行了相關研究[2-3]，現有研究介紹了設備主磁場、梯度場導致的偽影[4-5]。對于常見偽影，經驗豐富的技師基本能夠識別并進行相應處理；而因硬件造成的偽影，時常具有一定的隱蔽性，且容易與其他偽影混淆，不易識別。以我院3.0 T MR Siemens Magnetom Verio為例，本文介紹了MR硬件性能不穩定或故障引起偽影，以及如何結合設備構成及成像原理來進行識別、處理、預防等具體案例，并討論了偽影的處理流程及對策。

1 設備原理

1.1 MR成像系統

西門子超導型3.0 T MR Verio是全球最早的70 cm大孔徑3.0 T磁共振，可以進行全身各部位高質量的掃描。該系統的硬件部分主要有主磁體、射頻（Radio Frequency，RF）系統、梯度系統、計算機及接口系統等[6]，見圖1。主磁體的作用是產生靜磁場B0。RF系統包括RF發射系統、RF接收系統及RF線圈，主要作用是產生RF脈沖，同時接收產生的核磁共振信號[7]。梯度系統由三組梯度線圈及功率放大器組成，主要作用是產生梯度磁場。計算機系統協調磁體、RF系統和梯度系統，處理及存儲MR信號。接口是應用軟件控制系統實施的紐帶[8]。

圖1 西門子3.0 T MR Verio結構示意圖

1.2 MR硬件相關偽影表現

MR圖像硬件系統相關偽影主要來自主磁體、RF系統、梯度系統、計算機及接口系統等[4]。MR主磁體相關偽影通常是由靜磁場的均勻性及穩定性欠佳導致[6]，不均勻性產生圖像的畸變或信號不均勻，如斑馬狀偽影；不穩定性則導致圖像模糊。RF線圈的發射場不均勻則在圖像中產生暗區與亮區，信號接收范圍靈敏度差異大也會產生該偽影[7]。RF干擾噪聲會產生雪花狀偽影或拉鏈狀偽影。梯度場的線性及輸出會產生定位問題，一般會產生圖像的畸變或錯位[8]。接口故障產生的偽影不規則，一般與接口性質相關，通常造成圖像缺失或區域異常信號偽影。

2 偽影分析

本文收集的11例偽影包括主磁體相關1例，RF相關3例，線圈相關4例，梯度相關2例，計算機系統相關1例。其中，主磁體原因占9.09%，梯度原因占18.18%，RF干擾占36.36%，線圈故障占27.27，見表1。通過對MR圖像偽影特征進行分析及采取相應處理，11例偽影中4例更換故障部件后消除，5例通過軟件校準消除或減輕，2例通過移除干擾源解決。

表1 MR硬件相關偽影表現、來源及對策

2.1 案例一：故障線圈導致的干擾偽影

2.1.1 故障現象

連續幾個患者行頸椎MR檢查時，矢狀位及橫斷位圖像上均見多條粗拉鏈狀偽影，排列較規律，遍布整幅圖像（圖2a），基本每幅圖均可見工作日志沒有明顯報錯。其他部位圖像沒有偽影，前面患者頭顱加頸椎掃描時沒有出現偽影。

2.1.2 故障分析及排除

偽影特點有：① 多條粗拉鏈狀；② 頸椎檢查時出現；③ 所有圖像均有；④ 整幅圖像均有偽影。根據偽影特點，處理流程如圖3所示。首先考慮RF干擾偽影或線圈故障偽影，查看K空間數據存在異常（圖2b），基本判斷為干擾偽影。然后排查干擾源，結果沒有發現明顯干擾源，且其他部位沒有出現偽影，基本排除外部RF干擾。然后用頸椎序列掃描水模，圖像出現同樣偽影，排除患者因素，而且同時使用頭顱線圈掃描頸椎時，偽影不再出現，基本可排除頸椎線圈故障。根據以上情況對比，兩者掃描區別為有無使用上半部分頭顱線圈，因此考慮是固定在掃描床上的下半部分頭顱線圈故障干擾所致，判斷為下半部分頭顱線圈（圖2c）中線路短路，掃描過程中產生干擾導致偽影，而使用上半部分頭顱線圈時該線路本來正常接通，所以僅不使用上半部分頭顱線圈時偽影才出現。更換下半部分頭顱線圈后，偽影不再出現（圖2d）。

圖2 故障線圈導致的干擾偽影

圖3 頸椎圖像偽影分析及處理流程圖

2.1.3 小結

該偽影產生原因比較隱蔽，首先考慮為干擾偽影或線圈故障所致，但沒有找到明顯干擾源，且基本可以排除線圈故障，遇到此種情況，要重點分析偽影出現與不再出現時掃描條件的差異，比如所使用的線圈、掃描參數或患者配合等方面的不同。找到有區別的地方，然后依次排查，如本節所述案例是發現使用頭顱線圈時偽影不再出現，從而推斷出偽影來源。

2.2 案例二：梯度場線性變差偽影

2.2.1 故障現象

連續多個部位掃描時均發現圖像出現變形及扭曲，特別是大視場角成像時（如腹部，全脊柱），邊緣部位畸變較明顯（圖4a），勻場后掃描偽影無改變。

圖4 梯度場線性變差偽影

2.2.2 故障分析及排除

由于圖像存在幾何畸變，基本可以判斷由主磁場非線性、梯度場非線性或梯度場能量下降造成。首先檢測主磁場線性，沒有發現問題，推斷由梯度場非線性造成。然后進入Service界面，選擇Quality Assurance中的Gradients Sensitivity工具，測試梯度場線性情況，發現系Y軸梯度線性Linearity=0.40，超出正常范上限0.30（圖4b）。使用Service里的梯度線性校準軟件進行梯度線性校準后，再次進行梯度線性測試，梯度磁場線性恢復正常，重新掃描圖像畸變消失（圖4c）。但過一段時間偽影再次出現，最后更換Y軸梯度放大器（圖4d），偽影不再出現。

2.2.3 小結

梯度非線性容易使圖像產生幾何畸變，可以通過改變相位編碼方向觀察偽影變化，判斷偽影來自哪個梯度，也可利用設備自帶軟件進行各個梯度線性檢測，發現梯度線性變差，可以利用軟件進行校準，若仍不能解決問題，需更換相應硬件。

3 討論與總結

MR由于其成像原理及成像過程復雜，會產生各種各樣的偽影，基本每一張MR圖像都存在不同程度的偽影。MR偽影的來源較多，如成像原理相關的卷褶、化學位移、截斷、部分容積偽影等[9-11]；患者相關的運動偽影、磁敏感偽影、異物偽影等[12]；操作者相關的信號不均勻、低信噪比等偽影。而設備也是偽影主要來源之一，MR成像過程中無論是主磁體、RF系統、梯度系統、計算機及接口系統等性能不穩定、元器件故障，還是各種因素干擾，只要引起磁場的不均勻或梯度線性性能變差，均會導致偽影的產生[13]。

主磁場導致偽影主要原因是其均勻性變差，從而影響到局部的中心頻率，導致偽影產生。如表1所示，偽影表現為圖像邊緣斑馬狀偽影，一般由屏蔽缺陷、勻場欠佳等導致。本研究中系勻場欠佳所致，自動勻場進行校準，偽影不再出現。另外磁場老化會導致主磁場性能下降，造成圖像變形或信號不均勻[5]，不易被發現，在一些功能成像或特殊成像技術時圖像會有較明顯的模糊[14]。需定期進行主磁場穩定性及均勻性檢測、校準，提高掃描范圍內磁場的均勻性，排除或減少干擾因素。同時掃描時盡量將線圈及掃描部位放至磁體中心，特別是短孔徑磁體，可以將這種偽影的影響降到最小。

RF系統是硬件偽影的最主要來源。如表1所示，RF系統偽影主要兩種：干擾偽影和RF 線圈故障偽影。干擾偽影：成像過程中，外源性或內源性的信號被采集，在圖像上產生RF噪聲。內源性干擾有交叉偽影及饋穿偽影[15]，不屬于本文研究內容。本研究中外源性干擾主要有白噪聲偽影及拉鏈狀偽影，白噪聲偽影沒有明顯的頻率特點，圖像上出現明顯的雪花斑點（白噪聲）；拉鏈狀偽影有明顯的頻率特點，在特定的頻率處出現一條或多條拉鏈狀偽影（圖2a）。對于外源性干擾偽影最重要的是排查干擾源，根據偽影出現的頻率、范圍、出現條件等，依次排查，參考圖3故障線圈干擾偽影分析及處理流程，逐步排查，推斷偽影來源。對于一些不能消除的干擾源，有時可以通過改變RF場強及帶寬來降低偽影的影響。RF線圈故障偽影：因接收線圈、發射線圈（體線圈）故障或線圈接口接觸故障所致，表現為局部或周邊的雪花狀偽影或燈芯絨樣偽影、圖像信號丟失、馬賽克偽影等。多通道線圈的某一通道故障有時也表現為局部的高信號，若單個部位出現該偽影一般考慮為該部位線圈故障導致，若多個部位出現該偽影，一般考慮為體線圈故障導致。本研究發現RF系統易受環境、設備、操作因素等影響，在掃描過程中，RF的產生、發射、傳輸、接收的過程受到影響均會產生偽影，平時可以采取一些預防性措施來減少偽影的產生，如做好RF屏蔽，定期檢查掃描間的屏蔽性能，檢查室門是否關閉良好，密封彈性銅片是否完整等；配置穩壓電源，保證RF輸出的穩定性；設備間恒溫恒濕，避免RF因高功率產熱而輸出不穩定；定期進行RF線圈校準及維護，減少RF線圈的不穩定性及接口接觸不良等。

梯度場受渦流及梯度故障影響，會導致其非線性，引起空間相位定位不當，引起圖像畸變、扭曲或錯位等不正常表現[16]。如表1所示，本研究中所遇梯度相關偽影有兩例：① 渦流偽影，主要表現為顯著的空間定位錯位；② 梯度非線性偽影，主要表現為圖像產生幾何畸變（圖2a）。本研究發現掃描時使用低幅度梯度場、梯度波形預塑、自屏蔽線圈等技術可以減少渦流偽影產生；而對于梯度非線性產生的幾何畸變，需要先判斷偽影來自哪個梯度，可以通過改變相位編碼方向觀察偽影變化來判斷，相位編碼梯度線性變差時會在相位編碼方向產生明暗相間條紋及模糊、畸變，頻率編碼梯度線性變差會使圖像產生模糊和畸變，選層編碼梯度線性變差會使一些結構在平面影像上發生畸變。也可利用設備自帶軟件進行各個梯度線性檢測，發現梯度線性變差，可以利用軟件進行校準，若仍不能解決問題，需更換相應硬件。

本文僅收集我院近年來所遇MR偽影，設備類型單一、案例較少，特別是設備故障導致偽影的種類數量均偏少，需要進一步整理及研究。在實際工作中，了解設備的構成及成像原理，結合偽影的特征，排查其來源，采取相應的矯正措施，可以有效地消除或抑制偽影，同時為設備的故障排除提供了借鑒。