MRI ꪺ낲뱶 (artifacts) · 2012-04-26 · 결꒰믲라ꚳmri 낲뱶? • 뱶릳ꕘ뉻ꭄ떲멣띎롱ꪺꩆꩆ • mri ꚨ릳륌땻ꪺ럥늫ꑺ쉚 • ꒣ꞹ과뿹뭾ꪺ덮땷엩꣏ꗎ

MRI 的假影 (artifacts)

為什麼會有MRI 假影 ?

• 影像出現非結構意義的東東• MRI 成像過程的瑕疵干擾• 不完美或錯誤的軟硬體使用

MRI 的成像過程

• 磁場 → 磁化現象• 射頻脈衝 → 磁化量激發• 梯度磁場 → 切面選擇• 梯度磁場 →空間編碼(相位編碼、頻率編碼)

• 信號取樣(接收線圈取樣頻率)• 影像計算

Mz=M

Mx=0

My=0

M ω

x

y

z

y

x

習慣上主磁場的方向定為Z方向

z

y

x

Bo

RF

射頻脈衝:使縱向磁化量傾斜 在xy 平面產生磁化量分量

開啟空間編碼梯度 相角隨位置而改變

• 頻率隨位置改變 相角因此亦隨位置改變

y

ω = γ G y

φ = ∆ω t = γ Gy y t

MRI 數據存放

tGx頻率

取樣

tGy相位

kx

ky

直到填滿 k-空間為止• 完整的 k-空間

kx

ky

k-空間的每個數據存放位置 都對應一組 (Gy,Ts)

MRI 假影的來源

Artifacts

PatientGross patient motionRespiratory blurring and ghostingPulsatile blood flow ghostingFerromagnetic artifact

MagnetGeometric distortion

RF coilRF inhomogeneity

Acquisition techniqueChemical shift artifactRinging artifactWraparound artifact

Shim coilsGeometric distortion

GradientGeometric distortionGhosting from power supply instability

Post processingBlurring due to improper filtering

磁場不均的效應

• 磁場不均 旋進頻率不一相位散失 信號降低

• 相位誤差 空間編碼錯誤影像扭曲

磁化現象造成的假影

• 組織磁化率不同• 磁化程度不一致• 主磁場不均勻

⇒ 信號降低⇒ 影像扭曲

鐵質髮夾造成的影像扭曲

• Spin echo Gradient echo

非線性梯度的影響

Ideal G

Real GDistorted image

Actual object

非線性梯度的影響

Distorted image normal image

射頻接收的效應

• 接收器一般會將信號放大• 放大不夠小訊號變成雜訊• 放大過高 訊號 overflow

信號的 overflowoverflow

Receiver gain 調整不當

• 正常影像 receiver gain 太大

•對比改變

•光暈現像

截斷假影 (truncation artifact)

• 取樣點數不夠 數學運算誤差

FT

Gibb’s 波紋 (截斷假影)

•明暗交錯條紋

•從高對比區開始

Gibb’s 波紋 (截斷假影)

• 256x128 256x192 256x256

•提高解析度(增加取樣點數)可降低 Gibbs 波紋

RF feedthrough

•射頻脈衝直接被 receiver 接收

•在 zero frequency

•沿著相位編碼方向的亮紋

RF noise

•外界電磁波干擾• Scan room 門未關可能造成

• 在 non-zero frequency

•沿著相位編碼方向的亮紋

•射頻屏蔽通常可以隔絕

運動造成的假影— 空間編碼誤差

• 不同的位置 有不同的磁場

有不同的頻率 因此有不同

的相位

• 相位的誤差造成位置誤判

頻率編碼與相位編碼— 取點方式不同

φ = γ Gy y t相角變化的方式隨 t 改變 : 頻率編碼 隨G改變: 相位編碼

G

t

運動假影

• 取影過程中信號不一• k-space 信號到處改變• 頻率改變 相位誤差影像位置改變

• 出現很多個影像

規則週期性運動的假影

呼吸假影 呼吸同步偵測

不規則運動的假影

應得影像 運動假影

運動假影

•運動假影沿著相位編碼的方向•任何方向的運動所導致的相位誤差會反映到相位編碼

•頻率編碼的取樣時間很短 (~ ms)運動效應不顯著相位編碼的取樣時間約為 ~ s

外來假影 (aliasing)

• 取樣頻率過低– 高頻變做低頻

• 提高取樣頻率即解決

Nyquist Rule— 信號取樣的速率至少須等於最高信號頻率的 2 倍

外來假影 (aliasing)

Aliasing假影

• FOV 過小 增大取樣頻率

Spike in k space

•條紋方向及數目與錯誤的data 在 k space 的位置有關

•靜電效應能造成 spike

相角隨位置而改變

• cosine 函數

y

在 k-空間的數據

ky

10-1

數據存放

kx

-1 0 1

Chemical Shift 化學位移現象

• 電子雲的磁場遮蔽效應

O H C H

氧原子吸引電子雲使氫原子的遮蔽效應較低

水與脂肪的的MR 頻譜

• 水與脂肪的共振頻率不同

水H2O

脂肪-CH2-

ppm

化學位移假影

•磁場改變頻率 頻率相當於位置•水與脂肪頻率不同 導致MRI 位置不同

•化學位移假影和取樣頻率有關

化學位移假影

Lipid

water

Signal sum

Signal voidWaterLipid

Physical objects

Images with chemical shift misregistration

fat and water

化學位移假影與取樣速率的關係

取樣快頻率差別不明顯

取樣慢頻率差別明顯

H2O 和 fat 的位置差異

在1.5 T H2O 和 fat 差 3.5 ppm (= 220 Hz )

• 位移 pixel 數 = 220 Hz / 像素頻寬

• 32 KHz 取樣頻率 (Nx=256) ~ 125 Hz/pixel

• 220 / 125 ~ 2 pixel 位移

化學位移假影

BW= 32 kHz BW= 4 kHz

化學位移假影與 BW

化學位移假影

• 化學位移假影只出現在頻率編碼方向• 相位編碼方向沒有化學位移假影 (EPI 影像例外)

• BW 降低 化學位移假影增加• 磁場強度增加 化學位移假影增加

降低化學位移假影

• Fat saturation pulse sequence• Increase pixel size (decrease resolution)• Lower field strength• Increase bandwidth