磁共振成像中的伪影(二):信号采集和处理相关伪影——卷折伪影
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磁共振成像中的伪影(二)：信号采集和处理相关伪影——卷折
伪影
张中伟
【期刊名称】《影像诊断与介入放射学》
【年(卷),期】2018(027)002
【总页数】3页(P170-172)
【作者】张中伟
【作者单位】美国佛罗里达大学放射科
【正文语种】中文
本期介绍卷折伪影（aliasing,wraparound or fold-over）。
物理学基础
影像学上常将视野（field of view,FOV）定义为被成像解剖区域的尺寸，用厘米或毫米表示。
MRI的FOV为采集矩阵和像素尺寸的数学乘积。
如对于256个相位和频率编码步数且像素尺寸为0.9×0.9 mm的成像序列，沿相位编码和频率编码方向的FOV则分别为256×0.9 mm或约230 mm。
当被成像物体的尺寸超出事先定义的视野时，就会发生卷折伪影。
多数情况下，该伪影易于识别，常表现为FOV外部的解剖结构叠加在FOV内部，且位于图像的对侧。
FOV由最小空间频率的倒数决定，且严格遵循Nyquist采样定理，即模数字转换器（ADC）的采样频率需至少为信号中最高频率分量的2倍，采样之后的数字信
号方可完整保留原始信号信息，采样频率的一半称为Nyquist频率。
当采样频率
小于2倍的信号频率时，高频信号可被采样成低频信号，出现混叠伪影。
因此当MR信号含有高于Nyquist频率的频率分量时，高频信号的采样不能如实反映其
频率分量，并产生与低频信号相似的波形。
由于采样是一个将连续信号转换为离散信号的过程，当波形相似时，傅里叶变换无法区分高频信号和低频信号（图1）。
因此，它们被分配反相极性值，导致混叠。
卷折伪影常见于小FOV成像，此时物
体中的进动频率增加而没有相应地增加相位编码步数或频率采样，违反了Nyquist 采样定理的要求。
卷折伪影可发生在身体的任何部位。
轻度卷折不会影响诊断，但严重的卷折则造成图像解释困难。
卷折伪影可发生于频率编码方向和相位编码方向，但沿相位编码方向的卷折伪影通常更为严重。
图1 卷折伪影：如果FOV小于被成像解剖区域的尺寸，FOV外的体素可经历较高的频率偏移。
如果采样频率低于预期的最大频率范围，则会导致采样不足，并将高频信号误认为低频信号，造成FOV外的体素空间失配。
在线性梯度场的作用下，进动频率沿A-B-C-D依次增加。
在A点，B点和C点，采样频率足够高，以正
确的频率将数据记录到正弦波。
然而，在D中，由于采样频率低于实际的进动频率，发生采样模糊，造成D处的频率被错误地分配给A点的频率，此时D的信号被描述为A
频率编码方向的卷折伪影
由于过采样和切趾技术的联合应用，卷折伪影通常不会出现在频率编码方向。
频率编码方向上发生的卷折伪影常见于读出方向FOV外的组织被激发时，此时被激发
的FOV外的组织的信号频率超过采样条件的Nyquist极限，并被映射到一个较低的频率，这种情况称为高频混叠或频率卷折。
假如沿x方向存在梯度场Gx，在FOV的一端有最大频率（fmax），在 FOV的另一端有最小频率（－fmax），这些频率为Nyquist频率。
任何大于梯度场所允许
的最高频率的频率成分都无法正确检测。
然而梯度场不会止于FOV边缘，FOV指定的空间外仍存在磁场。
FOV外侧的身体部位（如腹部成像时手臂）将产生较高
的频率，有可能超过fmax的两倍。
此时计算机无法识别高于fmax或低于－
fmax的频率，较高的频率在可接受的带宽内可被识别为较低的频率（图2）。
如
果较高的频率比fmax高2 kHz，则它将被识别为比－fmax高 2 kHz，因此其信
息将被卷折到图像的对侧－对应于最低频率的FOV。
此时患者左侧的身体和手臂
位于FOV外部并暴露于较高磁场的部分被识别为患者右侧的结构（图3a）。
同样的，患者右侧FOV外侧的手臂和身体也会被错误的识别。
图2 对于给定的FOV和梯度强度，最大频率fmax对应于FOV的边缘。
FOV外
部的任何部分都将经历更高的频率。
FOV之外的较高频率可能混叠到FOV内的较低频率上
图3 过采样效应。
a）没有频率过采样，手臂内质子的频率超过Nyquist极限，并且被错误的映射到图像中（箭头）。
采集参数为：SPGR，TR 140 ms；TE 4 ms；翻转角80°；采集矩阵（NPE×NRO）：128×256；FOV 263 mm PE×350 mm RO；NSA 1；层厚 8 mm。
b）施加频率过采样获得的图像，无频率卷折伪影。
除NRO=512外，其他参数与a）相同
施加频率过采样将是减少频率编码方向卷折伪影最为常用方法（图3b）。
增加采
样率且数字化所有频率将有效消除频率方向上的卷折伪影，但会增加图像噪声。
使用频率滤波器滤除出现在所选FOV之外的频率，此时沿频率轴FOV外的信号则
不再被错误映射，从而消除了伪影（图4）。
大多数MRI系统会自动应用此选项，以避免频率编码方向出现混叠现象。
图4 沿频率编码方向的抗混叠
相位编码方向的卷折伪影
受后处理、矩阵大小，像素大小和采集时间的限制，相位编码方向的卷折伪影最为
常见，其物理基础如图5所示。
图5 相位编码方向的卷折伪影产生原理
为了覆盖相位编码方向的FOV，必须事先定义相位编码梯度步数（数值）并指定
特定数量的相位周期。
如对于第一个相位编码步，用0°和360°之间的相移来覆盖FOV。
超出FOV范围的物体的任何部分其相位均被指定为小于0°或大于360°。
对于病人左侧延伸到FOV之外的解剖结构其相位可经历从361°到450°的相移。
由于在此相位编码步中，所有有意义的频率已经定义在0°到360°的范围，361°的相移将被分配给1°的空间位置，并且450°的移位将被分配给450°－360°=90°
的位置，因此病人身体的左侧将发生卷折并在空间上错误地映射到图像的右侧。
类似的，病人身体的右侧则卷折到左侧。
下列任何一种技术或任何多种技术的组合都可以用来消除相位卷折伪影：
（1）增大FOV是最为有效的消除卷折伪影的方法。
（2）相位过采样（Siemens）、无相位卷折（GE）或卷折抑制技术（Philips）。
（3）增加相位编码步数同时减少采集次数不会增加总扫描时间，但会消除卷折伪影。
特别是在高场强的情况下，这是一种实用的解决方案。
（4）重新调整相位编码和频率编码方向，改变数据采集期间滤波器的方向，可能消除该伪影。
相位编码方向通常沿被成像区域的短轴方向。
（5）表面线圈存在灵敏度范围，超过这个范围，信号强度下降或不能被检测。
使用表面线圈可消除特定部位的卷折伪影。
（6）空间预饱和脉冲选择性的饱和一种或多种组织的质子磁化，从而使得来自这些组织的信号降低，而不影响来自相邻区域的信号。
但该方法会增加重复时间（TR）/层和RF脉冲特定吸收率（SAR）。
层面选择方向的卷折伪影
前已述及，卷折伪影常出现在相位编码方向，但它也可出现在3D成像中的层面选
择方向上（3D傅里叶变换成像的层面选择由相位编码来完成），表现为沿层面选择方向FOV外的层信号卷折到对侧（通常3D容积末端的层面之间发生卷折），见图 7。
图6 放置饱和带于FOV外的组织上，与信号采集前将FOV外的组织饱和，达到消除卷折伪影的目的
图7 3D成像时发生在层面选择方向的卷折伪影。
肩部和上臂的3D GRE图像（TR=60 ms，TE=11 ms）显示肩部和上臂的双重图像，来自于最上（FOV内）和最下的层面（FOV外）
消除这种伪影的方法与2D相似。
此外，还可通过施加选择性RF脉冲、预饱和脉冲或饱和带来抑制来自感兴趣体积（VOI）以外的信号。
