MR硬件相关伪影常见原因分析及对策

袁保锋，李郑，何玲，焦志云

扬州大学附属医院 影像科，江苏 扬州 225001

引言

MR伪影是指图像中与实际解剖结构不相符的异常信号，表现为图像变形、模糊、重叠及缺失等[1]。伪影降低了图像质量，甚至造成漏诊、误诊。如何识别、抑制伪影一直是MR研究热点之一。常见MR伪影有干扰伪影、截断伪影、磁化率效应伪影、运动伪影、容积效应伪影等，目前，国内外学者已进行了相关研究[2-3]，现有研究介绍了设备主磁场、梯度场导致的伪影[4-5]。对于常见伪影，经验丰富的技师基本能够识别并进行相应处理；而因硬件造成的伪影，时常具有一定的隐蔽性，且容易与其他伪影混淆，不易识别。以我院3.0 T MR Siemens Magnetom Verio为例，本文介绍了MR硬件性能不稳定或故障引起伪影，以及如何结合设备构成及成像原理来进行识别、处理、预防等具体案例，并讨论了伪影的处理流程及对策。

1 设备原理

1.1 MR成像系统

西门子超导型3.0 T MR Verio是全球最早的70 cm大孔径3.0 T磁共振，可以进行全身各部位高质量的扫描。该系统的硬件部分主要有主磁体、射频（Radio Frequency，RF）系统、梯度系统、计算机及接口系统等[6]，见图1。主磁体的作用是产生静磁场B0。RF系统包括RF发射系统、RF接收系统及RF线圈，主要作用是产生RF脉冲，同时接收产生的核磁共振信号[7]。梯度系统由三组梯度线圈及功率放大器组成，主要作用是产生梯度磁场。计算机系统协调磁体、RF系统和梯度系统，处理及存储MR信号。接口是应用软件控制系统实施的纽带[8]。

图1 西门子3.0 T MR Verio结构示意图

1.2 MR硬件相关伪影表现

MR图像硬件系统相关伪影主要来自主磁体、RF系统、梯度系统、计算机及接口系统等[4]。MR主磁体相关伪影通常是由静磁场的均匀性及稳定性欠佳导致[6]，不均匀性产生图像的畸变或信号不均匀，如斑马状伪影；不稳定性则导致图像模糊。RF线圈的发射场不均匀则在图像中产生暗区与亮区，信号接收范围灵敏度差异大也会产生该伪影[7]。RF干扰噪声会产生雪花状伪影或拉链状伪影。梯度场的线性及输出会产生定位问题，一般会产生图像的畸变或错位[8]。接口故障产生的伪影不规则，一般与接口性质相关，通常造成图像缺失或区域异常信号伪影。

2 伪影分析

本文收集的11例伪影包括主磁体相关1例，RF相关3例，线圈相关4例，梯度相关2例，计算机系统相关1例。其中，主磁体原因占9.09%，梯度原因占18.18%，RF干扰占36.36%，线圈故障占27.27，见表1。通过对MR图像伪影特征进行分析及采取相应处理，11例伪影中4例更换故障部件后消除，5例通过软件校准消除或减轻，2例通过移除干扰源解决。

表1 MR硬件相关伪影表现、来源及对策

2.1 案例一：故障线圈导致的干扰伪影

2.1.1 故障现象

连续几个患者行颈椎MR检查时，矢状位及横断位图像上均见多条粗拉链状伪影，排列较规律，遍布整幅图像（图2a），基本每幅图均可见工作日志没有明显报错。其他部位图像没有伪影，前面患者头颅加颈椎扫描时没有出现伪影。

2.1.2 故障分析及排除

伪影特点有：① 多条粗拉链状；② 颈椎检查时出现；③ 所有图像均有；④ 整幅图像均有伪影。根据伪影特点，处理流程如图3所示。首先考虑RF干扰伪影或线圈故障伪影，查看K空间数据存在异常（图2b），基本判断为干扰伪影。然后排查干扰源，结果没有发现明显干扰源，且其他部位没有出现伪影，基本排除外部RF干扰。然后用颈椎序列扫描水模，图像出现同样伪影，排除患者因素，而且同时使用头颅线圈扫描颈椎时，伪影不再出现，基本可排除颈椎线圈故障。根据以上情况对比，两者扫描区别为有无使用上半部分头颅线圈，因此考虑是固定在扫描床上的下半部分头颅线圈故障干扰所致，判断为下半部分头颅线圈（图2c）中线路短路，扫描过程中产生干扰导致伪影，而使用上半部分头颅线圈时该线路本来正常接通，所以仅不使用上半部分头颅线圈时伪影才出现。更换下半部分头颅线圈后，伪影不再出现（图2d）。

图2 故障线圈导致的干扰伪影

图3 颈椎图像伪影分析及处理流程图

2.1.3 小结

该伪影产生原因比较隐蔽，首先考虑为干扰伪影或线圈故障所致，但没有找到明显干扰源，且基本可以排除线圈故障，遇到此种情况，要重点分析伪影出现与不再出现时扫描条件的差异，比如所使用的线圈、扫描参数或患者配合等方面的不同。找到有区别的地方，然后依次排查，如本节所述案例是发现使用头颅线圈时伪影不再出现，从而推断出伪影来源。

2.2 案例二：梯度场线性变差伪影

2.2.1 故障现象

连续多个部位扫描时均发现图像出现变形及扭曲，特别是大视场角成像时（如腹部，全脊柱），边缘部位畸变较明显（图4a），匀场后扫描伪影无改变。

图4 梯度场线性变差伪影

2.2.2 故障分析及排除

由于图像存在几何畸变，基本可以判断由主磁场非线性、梯度场非线性或梯度场能量下降造成。首先检测主磁场线性，没有发现问题，推断由梯度场非线性造成。然后进入Service界面，选择Quality Assurance中的Gradients Sensitivity工具，测试梯度场线性情况，发现系Y轴梯度线性Linearity=0.40，超出正常范上限0.30（图4b）。使用Service里的梯度线性校准软件进行梯度线性校准后，再次进行梯度线性测试，梯度磁场线性恢复正常，重新扫描图像畸变消失（图4c）。但过一段时间伪影再次出现，最后更换Y轴梯度放大器（图4d），伪影不再出现。

2.2.3 小结

梯度非线性容易使图像产生几何畸变，可以通过改变相位编码方向观察伪影变化，判断伪影来自哪个梯度，也可利用设备自带软件进行各个梯度线性检测，发现梯度线性变差，可以利用软件进行校准，若仍不能解决问题，需更换相应硬件。

3 讨论与总结

MR由于其成像原理及成像过程复杂，会产生各种各样的伪影，基本每一张MR图像都存在不同程度的伪影。MR伪影的来源较多，如成像原理相关的卷褶、化学位移、截断、部分容积伪影等[9-11]；患者相关的运动伪影、磁敏感伪影、异物伪影等[12]；操作者相关的信号不均匀、低信噪比等伪影。而设备也是伪影主要来源之一，MR成像过程中无论是主磁体、RF系统、梯度系统、计算机及接口系统等性能不稳定、元器件故障，还是各种因素干扰，只要引起磁场的不均匀或梯度线性性能变差，均会导致伪影的产生[13]。

主磁场导致伪影主要原因是其均匀性变差，从而影响到局部的中心频率，导致伪影产生。如表1所示，伪影表现为图像边缘斑马状伪影，一般由屏蔽缺陷、匀场欠佳等导致。本研究中系匀场欠佳所致，自动匀场进行校准，伪影不再出现。另外磁场老化会导致主磁场性能下降，造成图像变形或信号不均匀[5]，不易被发现，在一些功能成像或特殊成像技术时图像会有较明显的模糊[14]。需定期进行主磁场稳定性及均匀性检测、校准，提高扫描范围内磁场的均匀性，排除或减少干扰因素。同时扫描时尽量将线圈及扫描部位放至磁体中心，特别是短孔径磁体，可以将这种伪影的影响降到最小。

RF系统是硬件伪影的最主要来源。如表1所示，RF系统伪影主要两种：干扰伪影和RF 线圈故障伪影。干扰伪影：成像过程中，外源性或内源性的信号被采集，在图像上产生RF噪声。内源性干扰有交叉伪影及馈穿伪影[15]，不属于本文研究内容。本研究中外源性干扰主要有白噪声伪影及拉链状伪影，白噪声伪影没有明显的频率特点，图像上出现明显的雪花斑点（白噪声）；拉链状伪影有明显的频率特点，在特定的频率处出现一条或多条拉链状伪影（图2a）。对于外源性干扰伪影最重要的是排查干扰源，根据伪影出现的频率、范围、出现条件等，依次排查，参考图3故障线圈干扰伪影分析及处理流程，逐步排查，推断伪影来源。对于一些不能消除的干扰源，有时可以通过改变RF场强及带宽来降低伪影的影响。RF线圈故障伪影：因接收线圈、发射线圈（体线圈）故障或线圈接口接触故障所致，表现为局部或周边的雪花状伪影或灯芯绒样伪影、图像信号丢失、马赛克伪影等。多通道线圈的某一通道故障有时也表现为局部的高信号，若单个部位出现该伪影一般考虑为该部位线圈故障导致，若多个部位出现该伪影，一般考虑为体线圈故障导致。本研究发现RF系统易受环境、设备、操作因素等影响，在扫描过程中，RF的产生、发射、传输、接收的过程受到影响均会产生伪影，平时可以采取一些预防性措施来减少伪影的产生，如做好RF屏蔽，定期检查扫描间的屏蔽性能，检查室门是否关闭良好，密封弹性铜片是否完整等；配置稳压电源，保证RF输出的稳定性；设备间恒温恒湿，避免RF因高功率产热而输出不稳定；定期进行RF线圈校准及维护，减少RF线圈的不稳定性及接口接触不良等。

梯度场受涡流及梯度故障影响，会导致其非线性，引起空间相位定位不当，引起图像畸变、扭曲或错位等不正常表现[16]。如表1所示，本研究中所遇梯度相关伪影有两例：① 涡流伪影，主要表现为显著的空间定位错位；② 梯度非线性伪影，主要表现为图像产生几何畸变（图2a）。本研究发现扫描时使用低幅度梯度场、梯度波形预塑、自屏蔽线圈等技术可以减少涡流伪影产生；而对于梯度非线性产生的几何畸变，需要先判断伪影来自哪个梯度，可以通过改变相位编码方向观察伪影变化来判断，相位编码梯度线性变差时会在相位编码方向产生明暗相间条纹及模糊、畸变，频率编码梯度线性变差会使图像产生模糊和畸变，选层编码梯度线性变差会使一些结构在平面影像上发生畸变。也可利用设备自带软件进行各个梯度线性检测，发现梯度线性变差，可以利用软件进行校准，若仍不能解决问题，需更换相应硬件。

本文仅收集我院近年来所遇MR伪影，设备类型单一、案例较少，特别是设备故障导致伪影的种类数量均偏少，需要进一步整理及研究。在实际工作中，了解设备的构成及成像原理，结合伪影的特征，排查其来源，采取相应的矫正措施，可以有效地消除或抑制伪影，同时为设备的故障排除提供了借鉴。