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核磁共振成像质量控制的信噪比分析作者:邱建峰,王飞跃,王晓燕,谢晋东,赵昕,樊自力作者单位:泰山医学院放射学院,山东泰安271016【摘要】目的针对核磁共振图像质量影响因素进行实验研究,验证序列参数与信噪比的关系,分析扫描参数对图像质量的影响。

方法利用所得测试体模的图像计算信噪比,改变视野、层厚和激励次数等扫描参数,应用于SE、FSE等五个常见扫描序列,分析图像质量。

结果获得了视野、层厚和激励次数与信噪比的关系以及不同序列中参数对信噪比的影响程度。

结论核磁共振成像参数直接关系到信噪比等图像质量因素,且影响程度受序列形式影响,实际应用中应综合考虑,合理选取扫描参数,以使图像达到最优从而提高诊断质量。

【关键词】磁共振成像;图像质量;信噪比SNR analysis in MRI quality controlQIU Jian-feng1,W ANG Fei-yue2,WANG Xiao-yan1,XIE Jin-dong1,ZHAO Xin1,FAN Zi-li3(1.Dept. of Radiology,Taishan Medical College,Taian 271016,China;2.Linyi City People’s Hospital,Linyi 276000,China;3.Xi’an Jiaotong University,Xian 710000,China)Abstract: Objective: To research into the image quality’s SNR,test sequence parameters and the relationship with the SNR and analyze effect of the scanning parameters on the quality of image. Methods: The image was used to measure SNR. The parameters such as FOV,thick,NEX and pulse sequences such as SE,FSE,STIR,FLAIR and FLASH were altered. Results: The relationship between SNR and the image quality was confirmed. Conclusion: Overall evaluation of influence of many kinds of factors on image quality should be made,the scanning parameters should be selected reasonably to achieve the best image quality for the improvement of diagnosis.Key words:magnetic resonance imaging; image quality; SNR核磁共振成像(MRI)是医学成像技术的一个重要组成部分,对MRI设备实施质量控制工作是保证临床诊断质量的重要手段。

通过对MRI设备进行质量检测、性能评价可及时发现并解决影像质量问题,使MRI设备的性能达到最优,降低误诊率、漏诊率、重复率,准确诊断疾病,降低病人消费。

核磁共振成像原理复杂,具有多参数、多模态成像等特点,且成像过程中影响因素众多。

这就决定了核磁共振的质量控制是个复杂而全面的工作。

而获得影响核磁共振成像的质量参数,分析参数变化对图像质量的影响是进行磁共振质量控制的首要因素。

本研究基于此,针对国内发展迅猛的低场核磁共振成像设备,进行了图像的信噪比的计算分析,讨论图像质量与信噪比等扫描参数之间的关系,改进了设备的参数设置,优化图像质量。

1 材料与方法1.1 实验材料万东i-open 0.36T开放型永磁式磁共振与相应接收线圈;圆柱型、方型测试体模。

1.2 实验方法固定其他扫描参数,分别改变视野(FOV)、层厚(THK)和激励次数(NEX)等扫描参数,应用不同序列(SE,FSE,STIR,FLAIR,FLASH)对水模进行扫描,每次扫描后选择同层面图像计算图像信噪比,并相互比较。

各序列具体成像参数标准见表1。

表1 不同序列成像参数值(略)计算图像信噪比:将体模置于扫描中心,按选定序列和参数条件进行扫描,扫描层为没有测试组件层面,获得图像,5 min之内进行第二次扫描,得到图像。

将两幅图像进行相减,得到第三幅图像,如图1。

选择矩形感兴趣区(ROI),测量第一幅图像的平均值S,第三幅图像的SD值。

然后将测量数据代入公式SNR=2S/SD获得图像的信噪比。

图1 两幅图像相减测信噪比2 结果2.1 获得视野对常用扫描序列信噪比的影响实验结果见表2。

表2 不同FOV对信噪比的影响(略)2.2 获得层厚对常用扫描序列信噪比的影响实验结果见表3。

表3 不同THK对信噪比的影响(略)2.3 获得NEX对常用扫描序列信噪比的影响实验结果见表4。

表4 不同NEX对信噪比的影响[8](设各序列在NEX=2时信噪比的值为1)(略)3 讨论信噪比(SNR)是指信号与噪声的比值[1-3]。

其比值越大,则组织信号成分越多,图像清晰度亦越高。

信噪比是评价MRI系统的重要性能参数,信噪比的好坏直接影响图像质量。

对于MRI系统,信噪比与多种因素有关,影响信噪比的扫描参数有TR(repetition time)、TE(echo time)、NEX、层厚、扫描矩阵等[4]。

其中,实际临床核磁共振检查中,技师经常需要选择调节的参数有视野、层厚和激励次数。

3.1 视野视野(FOV)是指扫描切层上的方形成像区域,单位是mm。

FOV越大,图像包含的受检区域越大,SNR越高。

理论上信噪比与FOV平方成正比。

FOV等于250 mm的信噪比应是FOV等于350 mm的信噪比的0.51倍;FOV等于280 mm的信噪比应是FOV 等于350 mm的信噪比的0.64倍。

由表3可以看出,STIR序列中,FOV对信噪比影响比理论值偏小;FLASH序列则偏大;FSE序列的结果与理论值最接近。

临床检查时FOV大小的选择要依赖于兴趣区组织的解剖结构和所选择的线圈。

当其它参数不变时,FOV的大小决定体素的大小。

增大FOV可提高图像信噪比,减少卷褶伪影,增加观测区域,但会使图像空间分辨率下降[4-7]。

3.2 层厚层厚(THK)是指扫描层的空间厚度。

层厚的选择依赖于解剖区域、要成像的组织结构的尺寸、扫描序列所允许的扫描层数、信噪比的要求、主磁场和梯度磁场的强度等等。

增加层厚可提高信噪比,在其他成像参数不变的情况下,信噪比与层厚成正比。

层面越厚,所含质子量越多,产生的信号越多,信噪比越高。

但是层面越厚,则垂直于层面方向的空间分辨率越低,而且部分容积效应也大,部分容积效应可使某些组织结构被重叠的组织所掩盖。

理论上THK等于5.0 mm的信噪比应是THK等于10.0 mm的信噪比的50 %;THK等于7.0 mm的信噪比应是THK等于10.0 mm的信噪比的70 %。

由表4可以看出,FLAIR 序列和FLASH序列THK对信噪比的影响比理论值偏大;STIR序列则偏小;SE序列和FSE 序列数据与理论值比较接近[4-8]。

3.3 激励次数激励次数(NEX)是每个相位编码数据采集的重复次数。

SNR与NEX的平方根成正比,增加NEX可以提高图像的信噪比。

而噪声的发生具有随机性,因而在图像上出现的位置可能不同。

通过增加数据采集次数,可对噪声进行平均,降低噪声对图像的影响,提高SNR。

理论上,信噪比与NEX的平方根成正比,NEX等于4的信噪比应是NEX 等于2的信噪比的倍。

由表4可以看出,STIR序列、FLAIR序列和FLASH序列的实验结果都比理论值偏高,SE序列和FSE序列测得的结果比较接近理论值[7-8]。

如果图像的信噪比较低,可以考虑增加NEX。

低场设备在NEX较低时,信噪比较低,图像雪花斑点明显。

随着NEX的增加,图像的雪花斑点减少,清晰度增加。

NEX的增加不仅可以提高信噪比,还可以减少由于运动和血流造成的伪影。

但是增加NEX不一定是增加SNR的最好方法,因为SNR的变化与NEX的平方根成正比。

理论上信噪比提高倍,扫描时间则变为原先的2倍。

因此,临床操作者必须针对不同的解剖部位,选择适当的NEX,平衡扫描时间与图像质量之间的关系。

3.4 序列要获得不同模态的核磁共振图像,需要使用不同的扫描序列。

不同的序列,获得图像信噪比也不相同。

SE序列是一个标准脉冲序列,用SE序列获得的T1 WI、T2 WI和质子密度加权像广泛的用于身体各部位的成像。

相对于梯度回波,SE对于磁场的不均匀性以及局部磁场不敏感,但相对FSE则较敏感。

比较几种扫描序列所得结果,SE序列虽然扫描时间长,但其图像质量较好(在无明显运行形式存在的情况下),仍应作为常规序列,SE序列FOV变化的图像如图2。

SE脉冲序列获取的信号量多,SNR也较高。

图2 不同FOV条件下SE序列图像FSE序列是为了解决SE序列扫描时间长的问题而设计产生的,现以其快速和较好的图像质量逐步成为常规扫描序列。

FSE序列使用了大量的180°脉冲,这使得FSE序列对场非均匀性不敏感,场非均匀性对中央信号区域的标准偏差影响不大,信噪比较高。

但FSE 序列因使用多个180°脉冲而引起的对人体射频能量的累积。

STIR序列临床可用于抑制骨髓、眶窝、腹部等部位的脂肪信号,受磁场均匀性影响小,用于更好地显示被脂肪信号遮蔽的病变,同时可以鉴别脂肪与非脂肪结构。

另外,由于脂肪不产生信号,STIR序列也会降低运动伪影。

但是它的信噪比差,扫描时间比较长。

FLAIR序列采用长TI和长TE,产生液体(如脑脊液)信号为零的T2加权像,是一种水抑制的成像方法。

目前FLAIR序列常用于脑的多发性硬化、脑梗死、脑肿瘤等疾病的鉴别诊断。

但FLAIR序列抑制了核磁共振信号的主要信号源,因此SNR相对较差。

FLASH序列扫描速度很快,用梯度翻转取代SE的180°脉冲,对运动的敏感性下降,信噪比较高。

由以上分析可知,在选择核磁共振成像参数时应综合多种因素,采取合理措施提高图像的信噪比。

尤其针对信噪比、空间分辨率与扫描时间三方面考虑,不能为提高信噪比而使得图像其他质量参数下降较大或成像时间过长。

高质量的图像应当具有高的SNR、CNR、空间分辨率以及很短的扫描时间。

然而一种因素的改善总是不可避免地伴有其它因素的损失。

因此需要根据具体检查部位、检查目的权衡选择成像参数[7]。