颈部DIXON序列扫描出现的Swap伪影及解决方法

朱开国，朱小飞，刘锦，张微

磁共振成像对于软组织病变的诊断具有显著优势，但脂肪在T2WI序列中的高信号往往会影响病变的识别与诊断，因此需要对脂肪信号进行抑制以获得良好的图像对比。目前常用的脂肪抑制技术有频率选择性饱和(chemical shift selective saturation，CHESS)、反转恢复脂肪抑制技术(short TI inversion recovery STIR)以及基于化学位移技术的水脂分离法(opposed-phase imaging，DIXON)[1]。频率选择性饱和法对磁场均匀性要求高[2]，而反转恢复脂肪抑制技术信噪比较低[3]，对比这两种方法，DIXON技术较好地克服了磁场非均匀性对脂肪抑制效果的影响，且采集过程中无信号损失，图像信噪比较高[4]。

如今DIXON序列已经广泛运用于颈部、胸部、腹部、臀部及四肢的检查，因其提供的信息丰富，为诊断工作带来诸多的便利。但实际工作过程中，经常会出现图像运算错误的情况，水像和脂像不纯，即水、脂错换，笔者称为相位缠绕伪影即相位互换(phase swap，统称为Swap伪影)，该伪影主要是因为采集原始数据的相位有误差。近年来，为了校正采集的相位误差提出了多种方法，主要有区域增长算法、相位解缠绕法、取向滤波器、迭代算法等[5-9]。笔者抛开复杂的理论，探讨临床工作中Swap伪影的发生原因及解决方法

1 材料与方法

1.1 研究对象

2016年3月至2016年11月采用西门子1.5 T AERA机型，对1143例患者行颈部常规扫描，年龄在18～85岁，剔除配合不佳，运动伪影过大的样本，剩余947例。出现Swap伪影137例，其中冠状面4例，轴面133例，笔者对137例Swap伪影进行分析研究。

1.2 伪影特征区域统计

将137例Swap伪影按序列和出现的区域进行统计。

1.3 信噪比测量

137例样本中，随机抽取60名患者，根据黄艳图等[10]的方法四，对冠状面抑脂和轴面抑脂图像颈3椎体旁肌肉取平均值，在各自图像背景中无运动伪影的部分取平均值，计算两序列相同部位的信噪比。

1.4 改进方法实验

1.4.1 原始扫描方法

使用头颈联合线圈、Body表面线圈和Spine线圈组合，患者仰卧位，行颈部冠状面T2-tse-DIXON，轴面T2-tse-DIXON序列扫描。未改进的扫描参数如表1。

1.4.2 改进方法

将出现Swap伪影频数较高的轴面样本分成三个实验小组，第一组45例，增加平均次数average为2，其余参数不变；第二组45例，关闭并行采集，其余参数不变；第三组43例，改变A-P相位编码方向为R-L相位，其余参数不变。

1.5 统计学分析

采用SPSS 17.0软件，对“1.3信噪比测量”中的冠状面和轴面信噪比数据采用独立样本t检验，对“1.4改进方法实验”去除轴面Swap伪影的成功率进行两两χ2检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 伪影特征区域统计结果

统计结果如表2，冠状面与轴面Swap伪影多发生在鼻窦、下颌骨、甲状软骨以及皮肤表面，冠状面发生频数(4例)明显小于轴面(133例)。

2.2 信噪比测量结果

随机60名样本相同位置的信噪比均值及标准差见表3，两组信噪比独立样本t检验，P＜0.01，差异有显著统计学意义，冠状面信噪比均值为41.97%，轴面信噪比均值为23.26%，对比冠面、轴面出现Swap伪影的频数发现，信噪比高的序列出现伪影的几率低于信噪比低的序列。

2.3 改进方法实验结果

三组实验后得到的图像，与改进前对比效果见图1～3。

去除Swap伪影的几率如表4，第1组成功42例(42/45，93.3%)，第2组成功41例(41/45，91.1%)，第3组成功22例(22/43，53.5%)。两两χ2检验，第1、2组比较，P=0.696，差异无统计学意义，第1与3组和第2与3组比较，P均＜0.01，差异极有统计学意义。实验方法1、2优于实验方法3。

3 讨论

图1～3 分别为三种实验方法图像的前后效果图。1A、1B为增加average为2的图像；2A、2B为改相位编码A-P至R-L的图像；3A、3B为关闭并行采集后的图像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 原始序列的参数Tab. 1 The original sequence parameter

表2 冠状面和轴面出现Swap伪影的计数和位置统计Tab. 2 The statistics of Swap artifacts occurring coronal and axial

表3 冠状面和轴面信噪比的统计量Tab. 3 The statistics of SNR

表4 三种实验方法效果统计Tab. 4 The effects of three experiments

日常做颈部磁共振时，由于冠状面和轴面的扫描范围有差异，需要对两个序列的参数做出相应的修改，两者的参数不可能做到完全一致。通过大量的患者扫描我们得到的137例Swap伪影中，可以直观地发现，冠状面出现伪影的几率明显小于轴面，伪影好发区域磁场均匀性相对较差[11]。从表1序列参数角度来看，冠状面与轴面的区别在于扫描野大小、矩阵、过采样本和相位编码的方向，在其余参数不变的情况下，扫描野的大小、矩阵和过采样本综合决定了图像的信噪比[12-13]，而西门子机型中相位编码方向的改变会使机器在预扫描时重新匀场调整(西门子的磁共振在预扫过程中有一个频率选择和局部匀场调节的过程，同一个序列扫两遍，第二次无需预扫，但如果序列的相位编码发生改变，序列需要重新选频率和匀场调整)；从表2的信噪比统计可知冠状面的信噪比明显大于轴面的信噪比。综合表1，2的结果得出结论：(1)信噪比高的序列(冠状面)出现Swap伪影的几率低于信噪比低的序列(轴面)；(2) Swap伪影好发于磁场均匀性较差的区域。因此提出猜想：Swap伪影的出现概率与图像信噪比和磁场均匀性相关。信噪比越高，Swap伪影出现几率越低；磁场均匀性越高，Swap伪影出现几率越低。

改进方法中第1、2组实验，增加平均次数average和关闭并行采集技术，均可以明显地提高图像的信噪比[14]，从实验的结果看，提升图像信噪比的方法有效地去除了图像的Swap伪影，分别为93.3%、91.1%。前文提到，Swap伪影与原始数据的相位误差有关[5]，所以去除Swap伪影的基础，是要获得正确的相位信息或者正确的相位校正，而图像的噪声会在相位图上生成影响相位精度的“点”，噪声越大，“点”越多，而这些“点”含有不正确的相位值，所以采集到的数据中有错误的相位差，从而导致最终的互换伪影。因此，DIXON序列需要高的信噪比。提升信噪比的方式还有降低矩阵，增大的FOV，减小带宽等[10]。第3组实验，在西门子机型实际操作中改变相位编码方向，机器在预扫描过程中会重新选频及局部匀场调整[15]，有可能获得更好的相对均匀的磁场，但从实验的结果来看，改变相位编码的方式，消除Swap伪影的效果不是十分理想(53.5%)。磁场的均匀性，它与机器的硬件和扫描部位的磁敏感性相关。超导高场强机型下，确定的时间和温度下，主磁场B0是稳定的[1]。颈部出现Swap伪影的区域，为骨与软组织、软组织与空气的交界处，磁敏感性较大，磁场的均匀性也相对差，水与脂肪的进动频率差值发生变化，进而使相位的采集出现错误产生互换伪影。

综上讨论，本研究结果显示，降低Swap伪影发生概率的方法有两种：一是通过增加平均次数或者关闭并行采集来提高采集图像信噪比，二是提高局部磁场均匀性。在临床工作中，提高局部磁场均匀性相对困难，因此，方法1优于方法2。

此外，对于运动伪影过大，扫描失败的196病例分析，出现Swap伪影的频数尤其的高(23.5%)，笔者考虑，Swap伪影可能与运动相关。因没有设计出合理的实验方法，未能证实，希望今后能够证实。

DIXON技术是较频率选择饱和、反转恢复脂肪抑制更有效的脂肪抑制技术，同时能给诊断提供更多的信息，是当前技术下，运用十分广泛的序列。为降低Swap伪影的发生几率，需要高磁场均匀性和提高图像的信噪比，在均匀性不可调谐的情况下，增加平均次数或关闭并行采集技术提升信噪比为首选方法，但这种方法会成倍地增加扫描时间，因此需要综合考虑患者的耐受力以及医院患者MRI检查通过率，合理修改参数。

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