快递稳态进动采集序列磁敏感伪影和伪影抑制方法的研究

季丽雅，王建伟，孙 涛，汪家旺

快递稳态进动采集序列磁敏感伪影和伪影抑制方法的研究

季丽雅，王建伟，孙 涛，汪家旺

目的：研究快速稳态进动采集（fast imaging employing steady-state acquisition，FIESTA）序列磁敏感伪影的成因以及抑制方法。方法：采用不同匀场技术、带宽和部分回波技术的FIESTA序列对患者进行腹部冠状位扫描。以膈肌以下肝脏部位为感兴趣区，比较不同扫描策略时，感兴趣区磁敏感伪影的差异。结果：匀场技术可以改善伪影，半扫描野（field of view，FOV）匀场效果优于全FOV匀场效果（Z=-6.211，P=0.000）；随着带宽的增加，感兴趣区的磁敏感伪影逐渐减少（F=5.044，P=0.011）；部分回波技术扫描所得图像较全回波技术扫描所得图像伪影减少，差异有统计学意义（t= 5.111，P=0.000）。结论：FIESTA序列腹部冠状位扫描时膈肌附近易产生磁敏感伪影；伪影是由于肺部组织与腹腔实质器官磁敏感性差异较大引起的；施加局部匀场、增加带宽和采用部分回波技术可以减少磁敏感伪影。

磁共振；快速稳态进动采集序列；磁敏感伪影

0 引言

快速稳态进动采集（fast imaging employing steady-state acquisition，FIESTA）序列是超快速磁共振（magnetic resonance，MR）成像序列，该序列的特点是重复时间（time repeat，TR）非常短、成像速度快、对运动伪影不敏感、液体与软组织对比度高，对于胸腹部含液体组织的显示有着明显优势，目前已经作为胸腹部MR检查的常规序列应用于临床当中[1-2]。但是该序列也存在明显的缺点，主要表现为对实质器官病变的显示较差，并且容易产生磁敏感伪影。本研究旨在探讨FIESTA序列进行腹部MR检查时产生的磁敏感伪影的形成机制以及抑制伪影的方法。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择2013年12月至2014年9月到南京医科大学第一附属医院放射科检查的患者70例（男38例，女32例，年龄29～81岁，平均年龄58.9岁），行腹部轴位T2WI、T1WI、DWI扫描和冠状位FIESTA扫描。患者多为肝脏生化指标异常、肝内外胆道系统结石以及腹部脏器占位性病变者。参与研究的患者均签署了知情同意书。

1.2 检查方法

机型：GE Signa HDx 1.5T超导型磁共振扫描仪；线圈：相控阵体部表面线圈；扫描方法：患者仰卧位，足先进，将呼吸压力带捆绑于患者腹部呼吸活动度最大位置，扫描前对患者进行呼吸训练。磁共振上腹部平扫采用轴位T2WI、T1WI、DWI扫描和冠状位FIESTA扫描。轴位扫描参数如下：FSE-T2WI扫描：TR：依据呼吸频率自动调整TR（3～15 000 ms），回波时间（time echo，TE）：85 ms，带宽：50 Hz/px，层厚：6 mm，层间距：2mm，扫描野（fieldofview，FOV）：42cm×42cm；Fast SPGR-Dual-T1WI扫描：TR：195 ms，TE：2.1 ms，TE2：4.7 ms，带宽：62.5 Hz/px，带宽2：0～62.5 Hz/px，层厚：6 mm，层间距：2 mm，FOV：42 cm×42 cm；EPIDWI扫描：TR：依据呼吸频率自动调整TR（1 000～17000ms），TE：67.5ms，TE2：20～2000ms，带宽：62.5～250 Hz/px，带宽2：0～250 Hz/px，层间距：2 mm，FOV：42 cm×42 cm。

冠状位FIESTA扫描采用2D-FIESTA序列，扫描参数为：TR：3.5 ms，TE：1.5 ms，FOV：38 cm×38 cm，层数：22层，层厚：6 mm。将患者分为3组，变换不同扫描策略对每组患者进行扫描。第1组患者27例，在右侧膈肌肺与肝脏交界处施加不同FOV大小的匀场带进行重复扫描，匀场带FOV分别为0 cm×0 cm、19 cm×19 cm、38 cm×38 cm；第2组患者15例，改变带宽进行重复扫描，带宽分别设置为62.5、125、200 Hz/px；第3组患者28例，采用不同的部分回波技术进行重复扫描，TE分别设置为全回波（Minifull）和部分回波（Minimum）。

1.3 图像后处理与分析

将原始数据导入Medavis PACS软件，图像调整为适当的窗宽窗位，感兴趣区（region of interesting，ROI）设置为膈肌以下肝脏部位。选择不匀场时图像的ROI伪影面积最大层面为感兴趣层面，测量不同扫描策略时该层面ROI的伪影面积。采用以下方法评估匀场组病例伪影改善效果：计算匀场后ROI的伪影面积与匀场前ROI的伪影面积的比率。依据以上结果，将伪影改善效果评分分为5个等级：5分，0≤伪影比率＜0.25，伪影基本去除；4分，0.25≤伪影比率＜0.5，伪影明显改善；3分，0.5≤伪影比率＜0.75，伪影部分改善；2分，0.75≤伪影比率＜1，伪影略有改善；1分，1≤伪影比率，伪影没有变化甚至加重。变换带宽组病例的数据分析采用方差分析，部分回波技术组病例的数据分析采用配对t检验。

1.4 统计学处理

应用SPSS 18.0统计软件进行统计分析，定量数据采用均数±标准差表示，2组间比较采用配对t检验，多组间比较采用方差分析，进一步两两比较采用LSD法检验；等级资料比较采用秩和检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般结果

70例患者均顺利完成检查，FIESTA序列腹部冠状位扫描所得图像能够清晰显示胆管、门静脉等含水组织与周围组织的对比以及腹部脏器的解剖边界，但是在膈肌附近肺组织与实质器官交界处、肠道气体与周围组织交界处以及图像扫描视野边缘区域容易产生条纹状或圆形伪影（如图1（a）所示）。

2.2 统计学结果

施加不同FOV匀场带，ROI伪影改善效果评分结果见表1，2种方法比较差异有统计学意义（Z= -6.211，P=0.000），如图1（b）、（c）所示。

图1 同一病例，不同FOV匀场后，伪影最大层面ROI伪影的变化

表1 不同FOV匀场后伪影改善效果评分结果（N=27）

采用不同的带宽，ROI伪影面积见表2，经比较差异有统计学意义（F=5.044，P=0.011）。进一步两两比较后，带宽为62.5 Hz/px的伪影较其他2组严重，带宽为125 Hz/px组的伪影与带宽为200 Hz/px组的伪影无差异（P=0.299），伪影随着带宽的增加而有减小趋势（如图2所示）。

表2 采用不同带宽后ROI伪影面积

图2 同一病例，不同带宽时，伪影最大层面ROI伪影的变化

采用不同的部分回波技术，ROI伪影面积见表3，部分回波技术（TE设置为Minimum）所得图像的伪影较全回波技术（TE设置为Minifull）所得图像的伪影有所改善（如图3所示），差异有统计学意义（t=5.111，P=0.000）。

3 讨论

3.1 FIESTA原理及特点

FIESTA序列是超快速梯度回波序列的一种，该序列以梯度回波序列的结构为基础，在回波信号采集后，分别在层面选择梯度、相位编码梯度和频率编码梯度3个梯度编码方向上，施加相对应的大小相同、方向相反的梯度场，使得质子的磁化矢量达到稳态[1]。FIESTA序列的特点主要为非常快的成像速度和较高的液体与软组织的对比度。FIESTA序列采用很短的TR和TE，因此成像时间极短，扫描速度极快，对于运动伪影不敏感，尤其适用于胸腹部等呼吸运动较大部位的检查。FIESTA图像既不是T2加权像，也不是T1加权像，而是T2/T1比值加权图像[2-4]。液体的T2值较大，其T2/T1比值较大，所以FIESTA图像上液体信号很高，液体与软组织之间有很好的对比度，因此FIESTA序列能够清晰显示心血管系统、胰胆管系统和泌尿系统等含水组织的结构以及受病变侵占情况[2，4]。但是软组织之间T2/T1比值差别较小，因此FIESTA序列软组织对比度较差。此外，FIESTA序列对磁场局部不均匀敏感，很容易产生磁敏感伪影。

表3 采用不同部分回波技术后ROI伪影面积

图3 同一病例，采用不同部分回波技术时，伪影最大层面ROI伪影的变化

3.2 FIESTA磁敏感伪影产生机制

磁敏感伪影是由于磁化率差异大的组织相邻，在二者的交界处主磁场局部不均匀，引起质子自旋失相位和读出梯度非相性变化而产生的伪影，主要表现为组织交界部位局部信号失真和空间定位的错误与变形[5-7]。FIESTA序列作为梯度回波序列，没有180°重聚脉冲来纠正主磁场不均匀造成的质子失相位，因此更容易产生磁敏感伪影[1，7-8]。FIESTA序列用于腹部扫描时，膈肌上方含气的肺组织与下方实质器官组织的密度和磁化率相差都很大，容易造成膈肌附近的局部磁场不均匀，从而易在膈肌附近产生磁敏感伪影，这些伪影常常表现为低信号环或低信号区覆盖在重要器官（如肝脏）的表面（如图1（a）、图3（a）所示），容易掩盖病灶造成误诊。

3.3 FIESTA磁敏感伪影抑制方法

匀场是指通过各种方法使磁共振主磁场空间分布均匀[9-10]。本实验通过调节匀场线圈的电流，使线圈产生特定方向和场强大小的梯度场来修正静磁场空间分布，以补偿静磁场局部分布的不均匀[11-12]。如前文所述，腹部膈肌附近的磁场局部不均匀导致FIESTA序列容易在肝脏表面产生磁敏感伪影。本实验将匀场带放置在右侧膈肌肝脏和肺部的交界处，通过匀场补偿该部位的磁场局部不均匀，以期抑制该部位的磁敏感伪影。结果表明，施加匀场之后，覆盖在肝脏上的伪影有不同程度的减少（如图1所示）。此外，本实验也表明，匀场范围的大小也对磁敏感伪影的抑制效果有较大影响，半FOV的匀场效果明显优于全FOV的匀场效果（见表1、图1）。

另外，成像参数的调整也可以改善磁敏感伪影。有学者研究认为[8，13]，磁敏感伪影与频率编码梯度场强呈反比，带宽的增加可以增加频率编码梯度场强，从而抑制磁敏感伪影。本研究的实验结果与之相近，ROI的磁敏感伪影随着带宽的增加有减小趋势。但是带宽的增加使得单位时间内采样点数增加，从而采集的噪声也增加，图像信噪比下降。因此，需要结合图像质量的其他因素平衡考虑带宽的设置。磁敏感伪影是由于相邻体素之间磁化率差异大、局部磁场不均匀、自旋失相位而引起的，TE的减小，可以减少质子自旋失相位的时间，从而减少磁化率伪影[6，14-15]，因此，采取措施减小TE也是减少磁伪影的关键。部分回波技术可以将TE减小到之前的1/2左右，它的原理是：由于每个MR回波信号中点的两边是对称的，因此并不需要利用一个完整的回波来采集信号，只需要在每个回波的1/2多一点（60%左右）处来采集信号即可[1]。笔者所用机型的部分回波技术设置的具体措施是将TE的选项由全回波改为半回波。实验中将TE改为半回波之后，图像的磁敏感伪影较之前有所改善，并且由于TE的减小，TR也随之减小，整个扫描时间得到了缩短。当然，部分回波技术也会带来信噪比下降等问题。

4 结论

FIESTA序列应用于腹部扫描，在磁化率差异大的组织交界处，特别是肝肺交界处，容易产生磁敏感伪影，在这些部位施加适当范围的匀场以及对成像参数进行适当的调整，可以改善伪影，减小伪影对重要器官成像的影响，有利于减少误诊和漏诊。

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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

季丽雅（1984—），女，技师，主要从事腹部MR成像技术方面的研究工作，E-mail：ichwill_swift@163.com。

210019南京，南京明基医院放射科（季丽雅）；210029南京，南京医科大学第一附属医院放射科（王建伟，孙 涛，汪家旺）

王建伟，E-mail：wjw19821225@163.com