控制和評價(jià)MRI圖像質(zhì)量的主要因素

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控制和評價(jià)MRI圖像質(zhì)量主要有三種因素：空間分辯力（spatialresolution）、信號噪聲比（signal-to-noiseratio，SNR）、圖像對比度及對比噪聲比（contrastandnoiseratio，CNR）。這三種因素既不一致又相互聯(lián)系，把握好這三種因素之間的關(guān)系才能有效的提高圖像質(zhì)量。要把握好這三種因素之間的關(guān)系，在實(shí)際工作中還涉及到MR成像技術(shù)參數(shù)，這些掃描參數(shù)對圖像質(zhì)量的優(yōu)劣有著直接的影響。4.1.2空間分辯力

空間分辯力是控制和評價(jià)MRI圖像質(zhì)量的因素之一。

空間分辯力是指影像設(shè)備系統(tǒng)對組織微弱解剖結(jié)構(gòu)的顯示能力，它用可辨的線對（LP）/cm或最小圓孔直徑（mm）數(shù)表示，它是控制MR圖像質(zhì)量的主要參數(shù)之一?？臻g分辯力越高，圖像質(zhì)量越好?？臻g分辯力大小除了與MR系統(tǒng)的磁場強(qiáng)度、梯度磁場等有關(guān)以外，人為的因素主要是由所選擇的體素大小決定的。MR的每幅圖像都是由像素組成的。MR圖像的分辯力是通過每個(gè)像素表現(xiàn)出來的。像素的物理意義是MR圖像的最小單位平面。在圖像平面內(nèi)像素的大小是由FOV和矩陣的比值確定的。因此，像素的大小與FOV和矩陣兩者密切相關(guān)。像素的面積取決于FOV和矩陣的大小，像素面積=FOV/矩陣。像素是構(gòu)成矩陣相位和頻率方向上數(shù)目的最小單位。矩陣是頻率編碼次數(shù)和相位編碼步級數(shù)的乘積，即矩陣=頻率編碼次數(shù)′相位編碼步級數(shù)。當(dāng)FOV一定時(shí)，改變矩陣的行數(shù)（相位方向）或列數(shù)（頻率方向），像素大小都會發(fā)生變化。體素是像素與層面厚度的乘積，它的物理意義是MR成像的最小體積單位（立方體）。層面厚度實(shí)際上就是像素的厚度。所以體素的大小取決于FOV、矩陣和層面厚度三個(gè)基本成像參數(shù)，其大小等于FOV′層面厚度/矩陣。在這三個(gè)成像參數(shù)中，只要改變其中任何一個(gè)參數(shù)（另兩個(gè)不變）都會使體素容積發(fā)生變化。體素容積小時(shí)，能分辯出組織的微弱結(jié)構(gòu)，空間分辯力高。相反，體素容積大時(shí)，不能分辯組織微弱結(jié)構(gòu)，空間分辯力低。

層面厚度越厚，體素越大，空間分辯力越低。當(dāng)FOV確定后，矩陣越大，體素越小，空間分辯力越高。當(dāng)矩陣確定后，F(xiàn)OV越小，空間分辯力越高。因此，體素的大小與層面厚度和FOV成正比，與矩陣成反比。由于信號強(qiáng)度與每個(gè)體素內(nèi)共振質(zhì)子的數(shù)量成正比，所以增大體素會增加信號強(qiáng)度，使信噪比增大。選擇FOV主要由成像部位的大小決定。FOV選擇過小，會產(chǎn)生卷褶偽影；FOV選擇過大，會降低圖像的空間分辯力。FOV大小的選擇還受到射頻線圈的限制。在實(shí)際工作中，為了節(jié)省掃描時(shí)間，經(jīng)常使用矩形FOV，將圖像部位的最小徑線放在相位FOV方向，最大徑線放在頻率FOV方向。由于只有相位方向FOV縮小時(shí)才能減少掃描時(shí)間，而頻率方向FOV縮小，不會減少掃描時(shí)間。矩陣選擇，在相位編碼方向上，每一次編碼就需要一個(gè)TR時(shí)間，所以降低相位編碼步級數(shù)就要減少掃描時(shí)間，同時(shí)降低了空間分辯力。在頻率編碼方向只是依靠梯度磁場，增加頻率編碼方向次數(shù)，所以不會增加掃描時(shí)間。

體素大小受所選擇的層面厚度的影響。在工作中要根據(jù)檢查部位的大小及解剖特點(diǎn)選擇層厚，既要考慮到改善圖像的空間分辯力，也要注意到圖像的信噪比。其他參數(shù)不變的狀況下，空間分辯力的提高將損失信噪比，因此應(yīng)當(dāng)權(quán)衡兩者的利弊。4.1.3信號噪聲比

信號噪聲比簡稱信噪比（SNR），是指感興趣區(qū)內(nèi)組織信號強(qiáng)度與噪聲信號強(qiáng)度的比值。信號是指某一感興趣區(qū)內(nèi)像素的平均值。噪聲是指患者、環(huán)境和MR系統(tǒng)電子設(shè)備所產(chǎn)生的不需要的信號。信噪比是衡量圖像質(zhì)量的最主要參數(shù)之一。在一定范圍內(nèi)，SNR越高越好。因此，努力提高組織信號強(qiáng)度和最大限度地降低噪聲信號強(qiáng)度是提高SNR，改善圖像質(zhì)量的關(guān)鍵。SNR高的圖像表現(xiàn)為圖像明了，輪廓顯明。提高SNR是圖像質(zhì)量控制的主要內(nèi)容之一。

信號噪聲比受諸多因素的影響，當(dāng)運(yùn)動偽影被抑制后，MR系統(tǒng)場強(qiáng)越高，產(chǎn)生的SNR越高。影響信噪比的因素，除了MR系統(tǒng)設(shè)備性能和工作環(huán)境外，主要有被檢組織的特性，體素大小，掃描參數(shù)（TR、TE、翻轉(zhuǎn)角、平均采集次數(shù)等）和射頻線圈。4.1.3.1被檢組織特性對SNR的影響

感興趣區(qū)內(nèi)組織的質(zhì)子密度影響信號強(qiáng)度，質(zhì)子密度高的組織，如腦灰質(zhì)和腦白質(zhì)能產(chǎn)生較高信號，SNR

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高；質(zhì)子密度低的肺組織產(chǎn)生低信號，因此SNR低。具有短T1和長T2值的組織分別在T1和T2加權(quán)像上信號強(qiáng)度較高，從而可獲得高SNR。4.1.3.2體素大小對SNR的影響

在“空間分辯力〞中已經(jīng)提到，體素的大小取決于FOV、矩陣和層面厚度三個(gè)基本成像參數(shù)。體素越大，體素內(nèi)所含質(zhì)子數(shù)量越多，所產(chǎn)生的信號強(qiáng)度就越大，圖像的SNR越高。層厚越厚，體素越大，SNR越高；FOV越大，體素越大，SNR越高；相反，矩陣越大，體素越小，SNR越低。4.1.3.3掃描參數(shù)對SNR的影響

影響SNR的掃描參數(shù)主要是：重復(fù)時(shí)間（TR），回波時(shí)間（TE），翻轉(zhuǎn)角以及信號采集次數(shù)，層間距和接收帶寬等。

TR：TR是決定信號強(qiáng)度的一個(gè)因素。TR越長，各種組織中的質(zhì)子可以充分弛豫，縱向磁化矢量增加，信號強(qiáng)度也增加。TR短時(shí)，僅有部分縱向磁化得到恢復(fù)，信號強(qiáng)度減小。因此，長TR時(shí)，SNR高；短TR時(shí)，SNR降低。但是，SNR的增加是有限的。

TE：TE是橫向磁化矢量衰減的時(shí)間，它決定進(jìn)動質(zhì)子失相位的多少。TE越長，采集信號前橫向磁化的衰減量越大，回波幅度越小，產(chǎn)生的信號量也越少，SNR就會下降。

翻轉(zhuǎn)角：翻轉(zhuǎn)角度決定了有多少縱向磁化轉(zhuǎn)變成橫向磁化。翻轉(zhuǎn)角越小，產(chǎn)生的信號越弱，SNR就越低。由于SE序列使用90°射頻脈沖，使縱向磁化均轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向磁化，而梯度回波脈沖序列，縱向磁化只能部分轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向磁化。SE脈沖序列使用的是180°射頻脈沖使相位重疊，而GRE脈沖序列是用梯度翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生相位重聚，前者比后者更好。因此，SE脈沖序列獲得的信號更強(qiáng)，SNR也更高。

信號采集次數(shù)：增加采集信號的平均次數(shù)，反復(fù)采樣，可消除圖像中的毛剌狀陰影，降低噪聲，提高SNR。但是，SNR的變化與采集信號平均次數(shù)的平方根成正比，會大大增加掃描時(shí)間。層間距：掃描時(shí)所選擇的層間距越大，SNR就越高。

接收帶寬：減少接收帶寬，就減少了信號采集范圍，也就減少了噪聲接收量，從而提高了SNR。4.1.3.4射頻線圈對SNR的影響

射頻線圈的類型影響著SNR。線圈的形狀、大小、敏感性、檢查部位與線圈間的距離均能影響SNR。由于信號受噪聲干擾的程度取決于線圈的大小和形狀與檢查部位的容積有關(guān)。線圈分為體線圈，頭線圈及各種表面線圈。體線圈SNR最低，由于它包含的組織體積大，產(chǎn)生的噪聲量也大，同時(shí)成像組織與線圈之間的距離也大，減弱了信號強(qiáng)度。各種表面線圈比較小，距離檢查部位近，能最大限度地接收MR信號。所以，表面線圈的SNR最高。在操作時(shí)，應(yīng)盡量選擇適合的表面線圈以提高SNR。臨床上可用兩種方法來計(jì)算SNR：·SNR=SI/SD，其中SI表示興趣區(qū)內(nèi)信號強(qiáng)度（像素值）的平均值，SD為同一興趣區(qū)內(nèi)信號強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差。這里的興趣區(qū)要求包含的是均勻成分，如測試模體中沒有其他結(jié)構(gòu)的純液體區(qū)域，否則興趣區(qū)內(nèi)像素信號強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差并不能代表隨機(jī)噪聲。這種方法主要在技師和工程師進(jìn)行設(shè)備的日常質(zhì)量控制和檢修時(shí)使用?！NR=SI組織/SD背景，其中SI組織表示興趣區(qū)內(nèi)組織信號強(qiáng)度（像素值）的平均值，SD背景為一致面積的背景信號的標(biāo)準(zhǔn)差，常選擇相位編碼方向上與SI組織同一水平的無組織結(jié)構(gòu)的空氣區(qū)域。臨床圖像的質(zhì)量評價(jià)時(shí)常采用這一種方法（圖4-1）。4.1.4對比度噪聲比

在保證一定SNR的前提下，MR圖像的另一個(gè)重要的質(zhì)量參數(shù)是對比度。對比度是指兩種組織信號強(qiáng)度的相對區(qū)別，區(qū)別越大則圖像對比越好。在臨床上，對比度常用對比度噪聲比（contrasttonoiseratio,CNR）表示。CNR是指兩種組織信號強(qiáng)度差值與背景噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差之比。

CNR的一個(gè)應(yīng)用問題是，對比度的計(jì)算需要測量兩個(gè)物體區(qū)域到達(dá)人眼的光子流量的大小，它會隨顯示系統(tǒng)的不同而不同，難以執(zhí)行。一種簡單易行的替代方法是信號差異噪聲比（signaldifferencetonoiseratio，SDNR），它使用原始數(shù)據(jù)的信號差值來取代對顯示影像對比度的評估，表達(dá)式為：

SDNR=(SA-SB)/SD背景，SA和SB分別代表組織A和組織B的興趣區(qū)像素的平均值，SD背景為一致面積的背景信號的標(biāo)準(zhǔn)差，常選擇相位編碼方向上與SA或SB同一水平的無組織結(jié)構(gòu)的空氣區(qū)域，代表背景的隨機(jī)噪聲（圖

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4-2）。

具有足夠信噪比的MR圖像，其CNR受三個(gè)方面的影響：·組織間的固有區(qū)別，即兩種組織的T1值、T2值、質(zhì)子密度、運(yùn)動等的區(qū)別，區(qū)別大者則CNR較大，對比越好。假使組織間的固有區(qū)別很小，即便檢查技術(shù)用得最好，CNR也很小?！こ上窦夹g(shù)，包括場強(qiáng)、所用序列、成像參數(shù)等，合理的成像技術(shù)可提高CNR；

·人工對比。有的組織間的固有區(qū)別很小，可以利用對比劑的方法增加兩者間的CNR，提高病變檢出率。對比度噪聲比用于評估產(chǎn)生臨床有用影像對比度的能力。影像對比度本身不能確切地衡量影像的質(zhì)量，在一幅噪聲程度較大的影像中即使對比度較高也不會明了（圖4-3）。人們區(qū)分兩個(gè)物體的能力正比于對比度，且隨噪聲的增加呈線性降低。對比度噪聲比包含了這兩個(gè)因素，給出了有用對比度的客觀測量。譬如，某種