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场均匀性和磁敏感效应

时间:2022-04-08 理论教育 版权反馈
【摘要】:现代高场磁共振成像系统所使用的超导磁体均匀性很高,但是空磁体的高度均匀性在置入人体后会发生巨大的变化,这种变化是由磁敏感效应所引起的。稳态自由进动序列对场的不均匀性也很敏感。频率偏离引起的偏共振效应在SSFP序列的图像上表现为周期性的带状伪影,场不均匀性越大,带状伪影的空间周期越小,即条带越密。

静磁场B0的均匀性是影响成像质量的重要因素。根据拉莫公式,磁场和共振频率成正比,磁场不均匀带来的直接后果是频率偏离。在成像体素内的频率不一致使自旋磁化失相位,导致信号的降低。在大尺度内(FOV)考虑场不均匀性的影响,会引起图像的几何畸变;另外,共振频率由于场不均匀而在大范围内分布,当使用频率选择脉冲进行选频激发时,会出现不完全选择激发或误激发,导致压脂不彻底以及对水信号的误饱和。

现代高场磁共振成像系统所使用的超导磁体均匀性很高,但是空磁体的高度均匀性在置入人体后会发生巨大的变化,这种变化是由磁敏感效应所引起的(图1-7)。

图1-7 静磁场均匀度是重要的磁体性能指标

当置入被扫描对象(人体)后,由于人体的内部结构,对称性和磁敏感性的不均匀影响,磁场均匀度会发生较大的变化,为了在尽可能均匀的磁场环境下成像,需要进行匀场

磁敏感效应的大小描述的是不同的材料在磁场中被磁化的程度。材料被磁化后产生的附加场叠加在原来的静磁场上,由于不同的材料(各类人体软组织、骨骼、空气、自由水)磁敏感性变化很大,变化的附加场导致人体置入后,场均匀度的大幅下降。

不同类型的组织边界处由于磁敏感性的变化导致的磁场变化(PPM)和场强无关,但以赫兹计算的频率变化和静磁场强度成正比,因此3T下的磁敏感引起的频率差是1.5T的1倍,响应的磁敏感伪影在3T也比1.5T显著得多。

磁敏感效应在梯度回波像上表现为信号缺失,信号缺失的原因是频率差导致自旋之间的失相位。相位差=频率差×回波时间(TE),缩短序列的TE时间,可以减小磁敏感效应导致的信号丢失,当使用非常短的TE时间采集时(超短TE成像,TE小于500μs),在有金属置入物的情况下,图像的伪影也能减低到不影响结构的清晰显示。

EPI序列对磁敏感效应非常敏感,主要表现为在组织界面附近图像的变形。磁敏感效应引起的频率偏离在EPI回波链形成过程中的散相作用导致严重的伪影,因此缩短散相时间将有效地减低伪影,使用切换率高的梯度以及尽可能高的接收带宽来减小回波间隙;使用并行采集技术同样可以有效地缩短回波链的长度。

稳态自由进动(SSFP)序列对场的不均匀性也很敏感。频率偏离引起的偏共振效应在SSFP序列的图像上表现为周期性的带状伪影,场不均匀性越大,带状伪影的空间周期(条带之间的距离)越小,即条带越密。序列参数也影响带状伪影的表现,SSFP序列的TR时间越短,条带之间的距离越远。因此使用高切换率的梯度和高接收带宽来缩短TR时间,使带状伪影之间的距离加大,移到FOV边缘甚至移出视野。

针对每一个受检者的匀场操作是改善场均匀性的有效手段,其中包括通过三组梯度线圈对场不均匀性中的线性部分进行匀场校正的技术。对3T或以上的高场成像系统,还有针对场不均匀性中的非线性部分进行补偿的高阶匀场技术:高阶匀场需要额外的常导匀场线圈以及给高阶匀场线圈提供电流的专用电源(图1-8)。

图1-8 FID信号持续时间越长,FT变换后的线宽越窄,对应更好的匀场

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