磁共振成像伪影解读——基本概念和基本分类

在磁共振成像过程中，伪影可能是困惑磁共振使用者的一个最常见的问题。对于伪影的认识和理解也是影像解读中的重要基本功之一。事实上，很多时候对于伪影的理解需要掌握足够的成像原理知识。我们学习磁共振成像过程中伪影形成的机制和原理，一方面能够更好的从根本上尽可能克服这些伪影，另一方面对于某些成像条件下出现的伪影也会有更加理性的认识。当然，深入的理解磁共振成像伪影的产生机制也能帮助我们做到在判读图像的过程中去伪存真，否则有可能因为伪影的存在而误导最后的诊断。

伪影的基本概念

伪影顾名思义就是“假的影”。英文当中伪影一词写作“artifact”其中“fact”在英文词根中有“做”的意思，而“art”表示“人为的，非天然的”，所以伪影也可以理解为“人为因素导致的产物”。从这个角度而言，伪影首先表现为“一种影”，它可以出现在我们的视野中，但这种“影”不是成像组织本身的客观反映。伪影的存在对于正常影像而言是一种混淆，它可以影响正常影像的观察与解读，也可能因为我们不能准确识别它而被误读为某种错误的信息。在日常磁共振工作中识别伪影是工作中很重要的一部分。同时，也是诊断能力的一部分。但作为一名优秀的磁共振工作者而言，仅仅识别伪影似乎还远远不够，如何更深入的理解伪影产生的机制和用什么样的扫描策略最大化的去除伪影也是考验磁共振使用者能力的一个重要标准。

伪影的宏观分类

理解伪影首先需要了解伪影的基本分类。从宏观上看，伪影可以分为设备相关的伪影、病人相关的伪影、环境相关的伪影和操作相关的伪影。区分这几大类伪影是我们认识和解决伪影的第一步，也是至关重要的一步。

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设备相关的伪影

由设备硬件或设备的物理属性所导致的伪影。设备硬件所引起的伪影主要是由设备的某些部件出现故障而导致的伪影。如射频系统、梯度系统以及磁体系统或信号传输系统等出现硬件问题均可以产生各种各样的伪影。作为使用者不一定能区分开是何类硬件故障所导致的伪影，但至少要会初步识别是不是硬件相关的伪影。一般设备相关的伪影经常表现为图像变形、明显的噪音或者图像中出现各种明显的干扰信息。这类伪影在出现时通常会有某些报错信息，而且硬件相关的伪影通常出现比较频繁直至设备无法扫描。设备相关伪影有时可能不是设备硬件故障导致的而是由设备的某些特性导致的。如3.0T磁共振成像系统因为其场强更高，因此射频脉冲电磁波波长变短，这会导致一系列相关的伪影，如电介质伪影、趋肤效应伪影（如腹水时中心部位黑）以及更明显的因为磁化率差距所导致的图像变形等。了解这些与设备决定的某种特性而导致的伪影需要了解更多的相关学科知识，这样才能更好的理解和掌握这些伪影。理解这种和设备属性相关的伪影对于指导我们扫描以及制定更合理的扫描策略都很重要。譬如在3T设备上如果病人有较多腹水时，在扫描过程中就很容易因为趋肤效应而导致图像中心明显变黑，这是因为3T磁共振设备射频脉冲的频率更高，该电磁波与人体相互作用会产生类似的交变电流，存在腹水等渗出液时因其内离子浓度更高导电性更好，从而导致交变电流发生较明显的趋肤效应而不能到达身体深部。这种效应在场强低的设备就不明显。3T成像设备上不同组织之间的磁化率差距较1.5T设备更大，因此3T也具有更明显的磁敏感伪影以及因为磁敏感效应而导致的扩散加权图像的几何形变更明显。如3T成像设备上的乳腺扩散成像就更容易产生几何形变，3T成像设备在心脏电影等扫描也更容易受磁敏感效应影响而产生较明显的磁敏感伪影，这种伪影可以表现为区域性信号丢失。特别强调的是，在谈及设备相关伪影时不只是设备硬件故障所导致的伪影，更要理解和掌握因为设备特性改变而带来的伪影。

图片说明：射频场不均匀或穿透深度受限导致的图像伪影。在高场如3.0T磁共振中，因为射频波长变短（人体内实际波长约为26cm）,加之其频率较高更可能出现这种射频场不均匀所导致的Shading伪影和中心明显变黑的图像不均匀。当有腹水时射频脉冲穿透会更加受限。

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病人相关的伪影

顾名思义就是因为病人原因所导致的伪影。譬如，病人的不自主运动所导致的运动伪影；病人因为心律不齐或呼吸不规律导致相应门控效果差而导致的周期性运动伪影；病人假牙、各种金属植入物或服用某些含金属成分药品等所导致的磁场不均匀并从而导致明显的金属伪影或图像几何形变等。虽然我们把伪影从宏观上分为设备相关、病人相关以扫描相关等不同种类，但这些导致伪影的因素可能相互交织在一起。病人如果伴有大量的腹水或胸水时，在高场强成像设备扫描时可能会导致明显的趋肤效应，图像中心部可能因为射频穿透不到而表现为明显的信号变低。这种伪影就既可以归因于病人原因导致的伪影，也可以归因于设备原因导致的伪影。临床上针对这类伪影也可以有两种不同的处理方式：从病人角度考虑可以建议病人进行腹水或胸水穿刺抽吸，这样就可以明显的改善图像质量；同时，也可以建议病人在相对低一些的场强设备上进行相应检查，其图像质量也可以有所改善。

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环境相关的伪影

磁共振成像过程中任何原因导致主磁场均匀度受到破坏或射频场均匀度受到干扰等都会严重影响成像设备的性能而导致明显的伪影。主磁场的均匀度对于磁共振图像质量而言具有重要的影响，任何原因导致主磁场均匀度受到破坏都会导致化学脂肪抑制或波谱成像出现问题。为了确保主磁场均匀度的稳定性，对磁体周围的磁屏蔽要求极为严格。但如果磁体间紧邻汽车的停车场或某些其他大型金属设备都可能会破坏主磁场的均匀度。个别情况如果在设备安装匀场过程中某处存在着某种金属设备，此时匀场就会校正由于该金属设备对磁场均匀度的干扰，如果安装完毕后该金属设备被移走，此时主磁场均匀度就会因为矫枉过正而出现磁场强度不均匀。如果某台磁共振成像设备总是存在着某固定处脂肪抑制问题，需要考虑有无其他干扰因素在起作用。用于磁共振成像的能量来源是射频脉冲，该射频脉冲的工作频率刚好在无线电发射频率范围内。任何原因导致磁体间的屏蔽出现问题都可能导致射频干扰，图像出现明显的伪影。如果两台磁场强度相同的磁共振成像设备相邻很近，这种射频干扰的几率就更大，扫描过程中一定要紧关各自的磁体间门，否则很容易出现射频干扰伪影。

图片说明：环境因素或硬件自身问题导致的伪影。这类伪影也可以称为白噪声伪影。这类伪影比较容易识别，见到这类伪影后查看系统有无报错如梯度放大器和射频放大器等有无报错，查询门是否关紧等。这里展示的K空间原始数据显示在K空间外围部出现高亮信号，这是导致伪影的来源。

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扫描相关的伪影

在所有伪影中这一类伪影最值得深入学习和思考。扫描相关的伪影包括因为操作不当、参数设置不合理、病人准备不充分或者操作细节不到位等等所导致的一类伪影。当然，很多其他因素相关的伪影也和扫描因素相关，如果操作者能在扫描之前充分准备，如去掉假牙，操作中能够严格遵循操作规程，如紧关磁体间门，注意有无其他环境因素干扰等也与扫描相关。不过这里我们在讨论扫描相关的伪影时还是围绕着操作不当、参数设置不合理等。要想克服扫描相关的伪影就需要操作者能更好地理解操作中每个步骤的实际意义，每个参数对图像的影响等。

图片说明：信号溢出伪影。如果模拟信号的幅度超出了模数转换器的处理限度，就会产生这种信号溢出伪影表现。这种信号溢出的表现是图像中原有黑白信号翻转，本来是高信号的表现为低信号。临床实际工作中这种情况有时可以见于厚层2D MRCP，因为层厚太厚导致水信号过高。另外一种情况就是当有金属干扰时可能导致梯度线性度变差，这可能会导致部分区域信号重叠而超出可以处理范围，从而导致信号发生反转。

图片说明：射频干扰伪影。这种射频干扰伪影可以发生在很多情况，如磁体间门屏蔽不好；或磁体间有其他因素干扰，如一些监视器或坏的照明灯泡等都可能导致这种射频干扰伪影的出现。如果两台同样磁场强度的设备之间相邻很近而又存在着屏蔽不严，则更容易在同时扫描过程中相互干扰。射频干扰伪影的一个特点是伪影与频率编码方向相互垂直。这里展示的案例是某场地当高压注射器电源接通后就会出现的射频干扰伪影。

天师论道