артефакт при мрт что это такое
Артефакты МРТ
Артефакты МРТ — это ложная интенсивность сигнала на изображении, не соответствующая тканевым параметрам исследуемой области. Надо заметить, что практически любая МРТ имеет те или иные артефакты. Все виды артефактов разделяют на три группы:
1) физиологические (обусловленные физиологическими движениями);
2) системные (методические);
3) аппаратные (измерительные).
Наличие артефактов снижает диагностические возможности метода, затрудняя правильную интерпретацию данных. По ходу изложения материала мы обсуждали причины возникновения как методических и аппаратных, так и физиологических артефактов, и теперь систематизируем основные способы устранения или минимизации артефактов разного типа (табл).
Аппаратные артефакты устраняются при правильной настройке измерительной аппаратуры.
В случае их появления следует обращаться к инженерной службе.
Основными методами, позволяющими устранить системные артефакты, являются:
а) изменение размера ПЗ;
б) увеличение размерности матрицы сырых данных (Nx no сравнению с размерностью матрицы изображений (oversampling);
в) увеличение числа повторов ИП (NEX).
Для устранения «звона» (размытости изображения на границах между различающимися тканями) либо увеличивают количество кодировок фазы, либо, при задании протокола ИП, меняют тип весовой функции/фильтра обработки «сырых» данных.
Системные артефакты из-за химического сдвига и посторонних металлических предметов возникают лишь в аппаратах с сильным магнитным полем; они не проявляются в слабых магнитных полях.
Наиболее важными для диагностики являются физиологические артефакты. На изображении они проявляются в виде «ряби» или «потери» сигнала от ткани, например от быстродвижущейся части потока крови или движения глаз или от присутствия металла.
Для периодических артефактов характерно появление «призраков» — многократных контуров анатомических структур в фазокодирующем направлении, так как кодирование фазы происходит с интервалом TR, сопоставимым с временами физиологических движений. Для минимизации подобных искажений применяют методы:
а) предварительного насыщения (артефакты, обусловленные дыхательными движениями, пульсацией крови в крупных сосудах и пульсацией ликвора);
б) физиологической синхронизации (дыхательной и сердечной);
в) компенсации движения тканей с помощью дополнительных градиентных импульсов (артефакты, обусловленные кровотоком и ликворотоком);
г) перемены направления фазокодирующего градиента (артефакт из-за движения глаз).
Примеры артефактов представлены ниже.
СОДЕРЖАНИЕ
Артефакты МРТ, связанные с пациентом
Артефакты движения
Поток
Поток может проявляться либо как измененный внутрисосудистый сигнал (усиление потока или потеря сигнала, связанная с потоком), либо как артефакты, связанные с потоком (фантомные изображения или пространственная несовпадение). Усиление потока, также известное как эффект притока, вызвано тем, что полностью намагниченные протоны входят в отображаемый срез, в то время как неподвижные протоны не полностью восстановили свою намагниченность. Полностью намагниченные протоны дают высокий сигнал по сравнению с остальным окружением. Высокоскоростной поток приводит к тому, что протоны, попадающие в изображение, удаляются из него к моменту подачи 180-градусного импульса. Эффект состоит в том, что эти протоны не вносят вклад в эхо и регистрируются как потеря сигнала или потеря сигнала, связанная с потоком (рис. 2). Пространственная несовпадение проявляется как смещение внутрисосудистого сигнала из-за позиционного кодирования вокселя в фазовом направлении, предшествующего частотному кодированию во времени TE / 2. Интенсивность артефакта зависит от интенсивности сигнала от сосуда и становится менее очевидной при увеличении TE.
Металлические артефакты
Артефакт химического сдвига
Артефакт химического сдвига возникает на границе раздела жир / вода в направлениях фазового кодирования или выбора сечения (рис. 5). Эти артефакты возникают из-за разницы в резонансе протонов в результате их микромагнитного окружения. Протоны жира резонируют с немного меньшей частотой, чем протоны воды. Магниты с высокой напряженностью поля особенно восприимчивы к этому артефакту. Определение артефакта можно выполнить, поменяв местами градиенты фазового и частотного кодирования и исследуя результирующий сдвиг (если таковой имеется) тканей.
Частичный объем
Артефакты частичного объема возникают из-за размера вокселя, по которому усредняется сигнал. Объекты, размер которых меньше размера вокселя, теряют свою идентичность, что приводит к потере деталей и пространственного разрешения. Уменьшение этих артефактов достигается за счет использования меньшего размера пикселя и / или меньшей толщины среза.
Обертывание
Артефакты Гиббса
Артефакты Гиббса или артефакты звонка Гиббса, также известные как артефакты усечения, вызваны недостаточной дискретизацией высоких пространственных частот на резких границах изображения. Отсутствие соответствующих высокочастотных компонентов приводит к резкому переходу колебаний, известному как артефакт звонка. Он выглядит как множественные, равномерно расположенные параллельные полосы чередующихся ярких и темных сигналов, которые медленно исчезают с расстоянием (рис. 8). Звонящие артефакты более заметны при использовании цифровой матрицы меньшего размера. Методы, используемые для исправления артефакта Гиббса, включают фильтрацию данных k-пространства перед преобразованием Фурье, увеличение размера матрицы для заданного поля зрения, реконструкцию Гегенбауэра и байесовский подход. == Артефакты, связанные с машинами / оборудованием == Это обширная и все еще расширяющаяся тема. Распознаются только несколько распространенных артефактов.
Радиочастотная (RF) квадратура
Неисправность схемы RF-обнаружения возникает из-за неправильной работы канала детектора. Данные с преобразованием Фурье отображают яркое пятно в центре изображения. Если один канал детектора имеет более высокое усиление, чем другой, это приведет к двоению объектов на изображении. Это результат аппаратного сбоя и должен быть устранен представителем сервисной службы.
Неоднородность внешнего магнитного поля (B0)
Неоднородность B0 приводит к несовпадению тканей. Неоднородное внешнее магнитное поле вызывает пространственные искажения, искажения по напряженности или и то, и другое. Искажение интенсивности возникает, когда поле в каком-либо месте больше или меньше, чем в остальной части отображаемого объекта (рис. 9). Пространственные искажения возникают из-за дальних градиентов поля, которые остаются постоянными в неоднородном поле.
Артефакты поля градиента
RF (B1) неоднородность
Теория угла наконечника радиочастоты против реальности
Человеческое тело полно протонов, и во время визуализации поле B0 выравнивает эти отдельные протоны в соответствии с суммарной намагниченностью в направлении магнитного поля. РЧ-импульс, приложенный перпендикулярно к основному магнитному полю, переворачивает спины на желаемый угол. Этот угол поворота зависит от амплитуды поля B1. Точный угол поворота имеет решающее значение, поскольку измеряемые сигналы MR зависят от угла поворота протонов. Однако эта теория предполагает, что поле B1 однородно и, следовательно, все вращения в срезе переворачиваются на одинаковую величину.
В действительности разные области среза видят разные радиочастотные поля, что приводит к разным углам поворота. Одна из причин, по которой это происходит, заключается в том, что длина волны RF обратно пропорциональна B0. Таким образом, длина волны RF уменьшается при увеличении B0. В полях B0 1,5 Тл, длина радиочастотных волн больше по сравнению с размером тела. Но по мере того, как основное магнитное поле увеличивается, эти длины волн становятся такими же или меньшими, чем области отображаемого тела, что приводит к неоднородности угла поворота. На изображениях мозга здорового пациента можно визуально увидеть, насколько неоднородны поля при 3Т и 7Т.
Кстати, это не единственная причина неоднородности B1. Это также может быть связано с конструкцией РЧ-импульса, неоднородностью поля B0 или даже движением пациента.
Асимметричная яркость
По оси частотного кодирования наблюдается равномерное уменьшение интенсивности сигнала. Падение сигнала происходит из-за того, что фильтры слишком плотно прилегают к полосе сигнала. Таким образом, часть сигнала, генерируемого отображаемым участком, неправильно отклоняется. Подобный артефакт может быть вызван неоднородностью толщины среза.
Радиочастотный шум
РЧ-импульсы и частоты прецессии инструментов МРТ занимают ту же полосу частот, что и обычные источники, такие как телевидение, радио, флуоресцентные лампы и компьютеры. Блуждающие радиочастотные сигналы могут вызывать различные артефакты. Узкополосный шум проецируется перпендикулярно направлению частотного кодирования. Широкополосный шум искажает изображение на гораздо большей площади. Надлежащее планирование площадки, правильная установка и радиочастотное экранирование (клетка Фарадея) устраняют паразитные радиочастотные помехи.
Нулевая линия и звездные артефакты
Яркий линейный сигнал в виде пунктирного узора, интенсивность которого уменьшается на экране и может отображаться в виде линии или звездочки, в зависимости от положения пациента в «фазово-частотном пространстве». Артефакты с нулевой линией и звездочкой возникают из-за системного шума или любой причины радиочастотного загрязнения в помещении (клетка Фарадея). Если эта закономерность сохраняется, проверьте источники системного шума, такие как неисправная электроника или шум линии переменного тока, неплотные соединения с поверхностными катушками или любой источник радиочастотного загрязнения. Если встречается звездообразный узор, производителю необходимо перенастроить системное программное обеспечение так, чтобы изображение сместилось за нулевую точку.
Артефакты на молнии
Застежки-молнии, хотя и менее распространены, представляют собой полосы, проходящие через центр изображения из-за несовершенной клетки Фарадея, с радиочастотным загрязнением внутри клетки, но исходящим извне. Остаточная свободная индукция затухает стимулированное эхо также вызывает застежки-молнии.
Артефакт точки отскока
Отсутствие сигнала от тканей с определенным значением T1 является следствием масштабно-чувствительной реконструкции при инверсионно-восстановительной визуализации. Когда выбранный T1 равен 69% от значения T1 конкретной ткани, возникает артефакт точки отскока. Используйте фазочувствительные методы восстановления с инверсией восстановления.
Артефакты поверхностной катушки
Вблизи поверхностной катушки сигналы очень сильные, что приводит к очень интенсивному сигналу изображения (рис. 10). Дальше от катушки мощность сигнала быстро падает из-за затухания с потерей яркости изображения и значительным затенением для однородности. Чувствительность поверхностной катушки усугубляет проблемы, связанные с ослаблением радиочастот и рассогласованием радиочастот.
Межслойное взаимодействие
Неоднородная радиочастотная энергия, принимаемая соседними срезами во время получения нескольких срезов, происходит из-за перекрестного возбуждения соседних срезов с потерей контраста в восстановленных изображениях (рис. 11). Чтобы преодолеть эти интерференционные артефакты, необходимо включить получение двух независимых наборов многосрезовых изображений с промежутками, а затем переупорядочить их во время отображения полного набора изображений.
Коррекция артефактов
Коррекция движения
Ворота
Для правильного входа система должна знать сердечные движения пациента и его характер дыхания. Обычно это делается с помощью пульсоксиметра или датчика ЭКГ для считывания сердечного сигнала и / или сильфона для считывания сигнала дыхания. Большим недостатком стробирования является «мертвое время», определяемое как потеря времени из-за ожидания перехода в состояние высокого движения. Например, мы не хотим получать МРТ-изображение, когда кто-то делает вдох, так как это будет состояние высокой активности. Итак, у нас есть много периодов времени, когда мы ждем, пока не пройдет состояние высокого движения. Это еще более заметно, когда мы рассматриваем синхронизацию дыхания и сердца вместе. Временные окна, в которых дыхательные и сердечные движения малы, очень редки, что приводит к большим мертвым временам. Однако преимущество состоит в том, что изображения, полученные с синхронизацией сердца и дыхания, значительно улучшают качество изображения.
Пилотный тон
Метод контрольного сигнала включает включение постоянной радиочастоты для обнаружения движения пациента. Более конкретно, аппарат МРТ обнаружит пилотный тональный сигнал при получении изображения. Сила пилотного тонального сигнала на каждом TR будет пропорциональна паттернам дыхания / движений пациента. То есть движения пациента вызывают амплитудную модуляцию принимаемого постоянного радиочастотного сигнала. Очень большое преимущество пилотного тона в том, что он не требует контакта с пациентом. Извлечение дыхательного сигнала с помощью пилот-тона теоретически просто: нужно поместить сигнал постоянной частоты рядом с отверстием МРТ, получить изображение и выполнить БПФ вдоль направления считывания, чтобы извлечь пилот-тон. Технические соображения включают выбор радиочастоты. Пилотный тон должен быть обнаружен аппаратом МРТ, однако его необходимо тщательно выбирать, чтобы не мешать изображению МРТ. Контрольный сигнал отображается как застежка-молния (для декартовых данных).
Расположение этой линии определяется частотой радиочастотного тона. По этой причине получение пилот-тона обычно имеет немного большее поле зрения, чтобы освободить место для пилот-тона. Как только изображение получено, тональный пилотный сигнал может быть извлечен путем выполнения БПФ в направлении считывания и построения графика амплитуды результирующего сигнала. Контрольный сигнал будет отображаться в виде линии (переменной амплитуды) при выполнении БПФ в направлении считывания. Метод пилотного тона также может использоваться в перспективе для получения изображений сердца.
Метод Pilot Tone отлично подходит для обнаружения артефактов дыхательных движений. Это потому, что существует очень большая и отчетливая модуляция, обусловленная паттернами человеческого дыхания. Сердечные сигналы гораздо более тонкие, и их трудно обнаружить с помощью пилот-тона. Ретроспективные методы с использованием пилотного тона позволяют повысить уровень детализации и уменьшить размытость на радиальных изображениях со свободным дыханием.
ТАМЕР
Предварительные мероприятия
Метод TAMER использует прямую модель SENSE (описанную ниже), которая была модифицирована для включения эффектов движения в последовательность двумерного многокадрового изображения. Примечание: следующая модифицированная модель SENSE подробно описана в докторской диссертации Мелиссы Хаскелл «Ретроспективная коррекция движения для магнитно-резонансной томографии».
Модель SENSE, расширенная для описания последовательности двумерных многокадровых изображений:
Икс знак равно ( Икс т Икс ж ) <\ displaystyle x = <\ binom
ТАМЕР Алгоритм
Алгоритм TAMER состоит из 3 основных этапов: инициализация, запуск поиска параметров движения и поиск упрощенной модели совместной оптимизации.
Процесс выбора целевого вокселя:
Примечание. Для каждой итерации процесса ТАМЕР целевые воксели выбираются путем сдвига целевых вокселей от предыдущей итерации перпендикулярно направлению фазового кодирования на заданную величину.
Быстрый старт поиска параметров движения:
Совместная оптимизация Уменьшенный поиск модели:
Теперь у нас есть исходные целевые воксели, оценка движения и группировка катушек. Теперь выполняется следующая процедура.
Пока повторяем следующее: \Delta \epsilon _\ Дельта \ эпсилон _ <макс>>»>
ТАМЕР: преимущества и недостатки
Подходы нейронных сетей
НАМЕР
Настраивать
Оценка изображения
Оптимизация параметров модели SENSE
Оптимизация процедуры оптимизации
Это позволяет нам значительно сократить время вычислений с примерно 50 минут с TAMER до всего 7 минут с NAMER.
Реконструкция
Генеративные состязательные сети
RF (B1) Коррекция неоднородности
Внешние объекты
Неоднородность B1 из-за конструктивного или деструктивного вмешательства со стороны диэлектрической проницаемости ткани тела может быть уменьшена с помощью внешних объектов с высокими диэлектрическими постоянными и низкой проводимостью. Эти объекты, называемые радиочастотной / диэлектрической подушкой, могут быть размещены над или рядом с срезом изображения для улучшения однородности B1. Комбинация высокой диэлектрической проницаемости и низкой проводимости позволяет подушке изменять фазу стоячих радиочастотных волн и, как было показано, снижает потери сигнала из-за неоднородности B1. Было показано, что этот метод коррекции оказывает наибольшее влияние на последовательности, которые страдают от артефактов неоднородности B1, но не влияет на последовательности с неоднородностью B0. В одном исследовании диэлектрическая подушка улучшила качество изображения для T2-взвешенных последовательностей на основе турбо спинового эхо, но не для T2-взвешенных последовательностей на основе градиентного эхо.
Катушки смягчающие поправки
Неоднородность B1 была успешно устранена путем изменения типа и конфигурации катушки.
Уменьшение количества витков
Один метод так же прост, как использование одной и той же передающей и приемной катушек для улучшения однородности. Этот метод использует компромисс между зависимостью B1 и зависимостью чувствительности катушки в последовательностях FLASH и позволяет пользователю выбрать оптимизированный угол поворота, который уменьшит зависимость B1. Используя одну и ту же катушку для передачи и приема, чувствительность катушки приемника может компенсировать некоторые неоднородности в катушке передатчика, уменьшая общую неоднородность РЧ. Для анатомических исследований с использованием последовательности FLASH, которые могут выполняться с одной передающей и приемной катушкой, этот метод может использоваться для уменьшения артефактов неоднородности B1. Однако этот метод не подходит для экзаменов в условиях жестких ограничений по времени, поскольку пользователю сначала необходимо выполнить оптимизацию угла поворота.
Катушка возбуждения
Изменение распределения поля внутри РЧ катушек создаст более однородное поле. Это можно сделать, изменив способ возбуждения и возбуждения ВЧ-катушки. Один метод использует четырехпортовое РЧ-возбуждение, которое применяет разные фазовые сдвиги на каждом порте. За счет реализации четырехпортового привода потребляемая мощность снижается на 2, отношение сигнал / шум увеличивается на √2, а общая однородность B1 улучшается.
Спиральная катушка
Изменение формы катушек можно использовать для уменьшения артефактов неоднородности B1. Было показано, что использование спиральной катушки вместо стандартных катушек в более высоких полях устраняет эффекты стоячих волн в больших образцах. Этот метод может быть эффективным при визуализации больших образцов при 4Т или выше; однако для реализации этого метода коррекции требуется соответствующее оборудование. В отличие от постобработки или модуляции последовательности, изменение формы катушки возможно не во всех сканерах.
Параллельное возбуждение катушками
Модуляция активной мощности
Активная модуляция мощности РЧ-передачи для каждого положения среза компенсирует неоднородность B1. Этот метод фокусируется на неоднородности в осевом направлении или направлении оси z, поскольку он является наиболее доминирующим с точки зрения плохой однородности и наименее зависимым от образца.
Перед коррекцией неоднородности измерение профиля B1 по оси z катушки необходимо для калибровки. После калибровки данные B1 могут использоваться для активной модуляции мощности передачи. Для конкретной последовательности импульсов значения каждого положения среза предварительно определены, и соответствующие значения шкалы мощности РЧ-передатчика считываются из справочной таблицы. Затем, пока выполняется последовательность, счетчик квантов в реальном времени изменяет ослабление мощности передачи РЧ.
Этот метод полезен для уменьшения артефактов в источнике, особенно когда критичен точный угол поворота, и для увеличения отношения сигнал / шум. Несмотря на то, что этот метод может использоваться только для компенсации вариации B1 вдоль оси z на аксиально полученных изображениях, он все же значим, поскольку неоднородность B1 является наиболее доминирующей вдоль этой оси.
B1 нечувствительные адиабатические импульсы
Постобработка изображений
Методы постобработки корректируют неоднородность интенсивности (IIH) одной и той же ткани в области изображения. Этот метод применяет фильтр к данным, обычно на основе предварительно полученной карты IIH поля B1. Если карта IIH в области изображения известна, то IIH можно скорректировать путем разделения на предварительно полученное изображение. Эта популярная модель для описания эффекта ИИГ:
Этот метод выгоден тем, что его можно проводить в автономном режиме, то есть пациенту не требуется находиться в сканере. Таким образом, время исправления не является проблемой. Однако этот метод не улучшает SNR и контраст изображения, потому что он использует только ту информацию, которая уже была получена. Поскольку поле B1 не было однородным, когда были получены изображения, углы поворота и последующие полученные сигналы неточны.
Методы отображения B1 для коррекции постобработки изображений
Для исправления артефактов РЧ-неоднородности с помощью поправок постобработки существует несколько методов отображения поля B1. Вот краткое описание некоторых распространенных техник.
Метод двойного угла
Метод фазовой карты
Подобно методу двойного угла, метод фазовой карты использует два изображения; однако этот метод основан на накоплении фазы для определения реального угла поворота каждого вращения. После применения поворота на 180 градусов вокруг оси x с последующим поворотом на 90 градусов вокруг оси y, полученная фаза затем используется для отображения поля B1. Путем получения двух изображений и вычитания одного из другого можно удалить любую фазу из неоднородности B0, и будет отображена только фаза, накопленная неоднородным РЧ-полем. Этот метод можно использовать для картирования трехмерных объемов, но он требует длительного времени сканирования, что делает его непригодным для некоторых требований к сканированию.