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1、控制和评价MRI图像质量的主要因素控制和评价MRI图像质量的主要因素 控制和评价MRI图像质量主要有三种因素：空间分辨力、信号噪声比、图像对比度及对比噪声比。这三种因素既不相同又互相联系，把握好这三种因素之间的关系才能有效的提高图像质量。要把握好这三种因素之间的关系，在实际工作中还涉及到MR成像技术参数，这些扫描参数对图像质量的优劣有着直接的影响。 4.1.2空间分辨力 空间分辨力是控制和评价MRI图像质量的因素之一。 空间分辨力是指影像设备系统对组织细微解剖结构的显示能力，它用可辨的线对/cm 或最小圆孔直径数表示，它是控制MR图像质量的主要参数之一。空间分辨力越高，图像质量越好。空间分辨力
2、大小除了与MR系统的磁场强度、梯度磁场等有关以外，人为的因素主要是由所选择的体素大小决定的。 MR的每幅图像都是由像素组成的。MR图像的分辨力是通过每个像素表现出来的。像素的物理意义是MR图像的最小单位平面。在图像平面内像素的大小是由FOV和矩阵的比值确定的。因此，像素的大小与FOV和矩阵两者密切相关。像素的面积取决于FOV和矩阵的大小，像素面积= FOV / 矩阵。像素是构成矩阵相位和频率方向上数目的最小单位。矩阵是频率编码次数和相位编码步级数的乘积，即矩阵=频率编码次数相位编码步级数。当FOV一定时，改变矩阵的行数或列数，像素大小都会发生变化。 体素是像素与层面厚度的乘积，它的物理意义是M
3、R成像的最小体积单位。层面厚度实际上就是像素的厚度。所以体素的大小取决于FOV、矩阵和层面厚度三个基本成像参数，其大小等于FOV层面厚度 / 矩阵。在这三个成像参数中，只要改变其中任何一个参数都会使体素容积发生变化。体素容积小时，能分辨出组织的细微结构，空间分辨力高。相反，体素容积大时，不能分辨组织细微结构，空间分辨力低。 层面厚度越厚，体素越大，空间分辨力越低。当FOV确定后，矩阵越大，体素越小，空间分辨力越高。当矩阵确定后，FOV越小，空间分辨力越高。因此，体素的大小与层面厚度和FOV成正比，与矩阵成反比。 由于信号强度与每个体素内共振质子的数量成正比，所以增大体素会增加信号强度，使信噪比
4、增大。选择FOV主要由成像部位的大小决定。FOV选择过小，会产生卷褶伪影；FOV选择过大，会降低图像的空间分辨力。FOV大小的选择还受到射频线圈的限制。在实际工作中，为了节省扫描时间，经常使用矩形FOV，将图像部位的最小径线放在相位FOV方向，最大径线放在频率FOV方向。因为只有相位方向FOV缩小时才能减少扫描时间，而频率方向FOV缩小，不会减少扫描时间。矩阵选择，在相位编码方向上，每一次编码就需要一个TR时间，所以降低相位编码步级数就要减少扫描时间，同时降低了空间分辨力。在频率编码方向只是依靠梯度磁场，增加频率编码方向次数，所以不会增加扫描时间。 体素大小受所选择的层面厚度的影响。在工作中要
5、根据检查部位的大小及解剖特点选择层厚，既要考虑到改善图像的空间分辨力，也要注意到图像的信噪比。其他参数不变的情况下，空间分辨力的提高将损失信噪比，因此应该权衡两者的利弊。 4.1.3信号噪声比 信号噪声比简称信噪比，是指感兴趣区内组织信号强度与噪声信号强度的比值。信号是指某一感兴趣区内像素的平均值。噪声是指患者、环境和MR系统电子设备所产生的不需要的信号。信噪比是衡量图像质量的最主要参数之一。在一定范围内，SNR 越高越好。因此，努力提高组织信号强度和最大限度地降低噪声信号强度是提高SNR，改善图像质量的关键。SNR 高的图像表现为图像清晰，轮廓鲜明。提高SNR是图像质量控制的主要内容之一。
6、信号噪声比受诸多因素的影响，当运动伪影被抑制后，MR系统场强越高，产生的SNR越高。 影响信噪比的因素，除了MR系统设备性能和工作环境外，主要有被检组织的特性，体素大小，扫描参数和射频线圈。 4.1.3.1被检组织特性对SNR的影响 感兴趣区内组织的质子密度影响信号强度，质子密度高的组织，如脑灰质和脑白质能产生较高信号，SNR 1 / 3 高；质子密度低的肺组织产生低信号，因此SNR低。具有短T1和长T2值的组织分别在T1和T2加权像上信号强度较高，从而可获得高SNR。 4.1.3.2体素大小对SNR的影响 在“空间分辨力”中已经提到，体素的大小取决于FOV、矩阵和层面厚度三个基本成像参数。体
7、素越大，体素内所含质子数量越多，所产生的信号强度就越大，图像的SNR越高。层厚越厚，体素越大，SNR越高；FOV越大，体素越大，SNR越高；相反，矩阵越大，体素越小，SNR越低。 4.1.3.3扫描参数对SNR的影响 影响SNR的扫描参数主要是：重复时间，回波时间，翻转角以及信号采集次数，层间距和接收带宽等。 TR：TR是决定信号强度的一个因素。TR越长，各种组织中的质子可以充分弛豫，纵向磁化矢量增加，信号强度也增加。TR短时，仅有部分纵向磁化得到恢复，信号强度减小。因此，长TR时，SNR高；短TR时，SNR降低。但是，SNR的增加是有限的。 TE：TE是横向磁化矢量衰减的时间，它决定进动质子
8、失相位的多少。TE越长，采集信号前横向磁化的衰减量越大，回波幅度越小，产生的信号量也越少，SNR就会下降。 翻转角：翻转角度决定了有多少纵向磁化转变成横向磁化。翻转角越小，产生的信号越弱，SNR就越低。因为SE序列使用90射频脉冲，使纵向磁化均转变为横向磁化，而梯度回波脉冲序列，纵向磁化只能部分转变为横向磁化。SE脉冲序列使用的是180射频脉冲使相位重叠，而GRE脉冲序列是用梯度翻转产生相位重聚，前者比后者更好。因此，SE脉冲序列获得的信号更强，SNR也更高。 信号采集次数：增加采集信号的平均次数，反复采样，可消除图像中的毛剌状阴影，降低噪声，提高SNR。但是，SNR的变化与采集信号平均次数的
9、平方根成正比，会大大增加扫描时间。 层间距：扫描时所选择的层间距越大，SNR就越高。 接收带宽：减少接收带宽，就减少了信号采集范围，也就减少了噪声接收量，从而提高了SNR。 4.1.3.4射频线圈对SNR的影响 射频线圈的类型影响着SNR。线圈的形状、大小、敏感性、检查部位与线圈间的距离均能影响SNR。因为信号受噪声干扰的程度取决于线圈的大小和形状与检查部位的容积有关。线圈分为体线圈，头线圈及各种表面线圈。体线圈SNR最低，因为它包含的组织体积大，产生的噪声量也大，同时成像组织与线圈之间的距离也大，减弱了信号强度。各种表面线圈比较小，距离检查部位近，能最大限度地接收MR信号。所以，表面线圈的S
10、NR最高。在操作时，应尽量选择合适的表面线圈以提高SNR。 临床上可用两种方法来计算SNR： SNR=SI/SD，其中SI表示兴趣区内信号强度的平均值，SD为同一兴趣区内信号强度的标准差。这里的兴趣区要求包含的是均匀成分，如测试模体中没有其他结构的纯液体区域，否则兴趣区内像素信号强度的标准差并不能代表随机噪声。这种方法主要在技师和工程师进行设备的日常质量控制和检修时使用。 SNR=SI组织/SD背景，其中SI组织表示兴趣区内组织信号强度的平均值，SD背景为相同面积的背景信号的标准差，常选择相位编码方向上与SI组织同一水平的无组织结构的空气区域。临床图像的质量评价时常采用这一种方法。 4.1.4
11、对比度噪声比 在保证一定SNR的前提下，MR图像的另一个重要的质量参数是对比度。对比度是指两种组织信号强度的相对差别，差别越大则图像对比越好。在临床上，对比度常用对比度噪声比表示。CNR是指两种组织信号强度差值与背景噪声的标准差之比。 CNR的一个应用问题是，对比度的计算需要测量两个物体区域到达人眼的光子流量的大小，它会随显示系统的不同而不同，难以执行。一种简单易行的替代方法是信号差异噪声比，它使用原始数据的信号差值来取代对显示影像对比度的评估，表达式为： SDNR=(SA-SB)/ SD背景，SA和SB分别代表组织A和组织B的兴趣区像素的平均值，SD背景为相同面积的背景信号的标准差，常选择相
12、位编码方向上与SA或SB同一水平的无组织结构的空气区域，代表背景的随机噪声。 具有足够信噪比的MR图像，其CNR受三个方面的影响： 组织间的固有差别，即两种组织的T1值、T2值、质子密度、运动等的差别，差别大者则CNR较大，对比越好。如果组织间的固有差别很小，即便检查技术用得最好，CNR也很小。 成像技术，包括场强、所用序列、成像参数等，合理的成像技术可提高CNR； 人工对比。有的组织间的固有差别很小，可以利用对比剂的方法增加两者间的CNR，提高病变检出率。 对比度噪声比用于评估产生临床有用影像对比度的能力。影像对比度本身不能精确地衡量影像的质量，在一幅噪声程度较大的影像中即使对比度较高也不会清晰。人们区分两个物体的能力正比于对比度，且随噪声的增加呈线性降低。对比度噪声比包含了这两个因素，给出了有用对比度的客观测量。比如，某种采集技术产生的影像对比度是另一种技术产生对比度的两倍，要想获得较好的临床影像，噪声的增加必须小于两倍。 4.1.5均匀度 图像的均匀度非常重要，均匀度是指图像上均匀物质信号强度的偏差。偏差越大说明均匀度越低。均匀度包括信号强度的均匀度、SNR均匀度、CNR均匀度。在实际测量中，可用水模来进行，可在视野内取5个以上不同位置的感兴趣区进行测量。 3 / 3
