影响图像质量的参数

三、影响图像质量的参数

描述MRI图像质量的参数有信噪比、对比度、空间分辨率、伪影。要做好MRI检查技术，必须掌握这些参数的定义及影响这些参数的因素。

(一)信噪比

信噪比即信号噪声比(signal to noise ratio，SNR)，是描述MR图像在检测到的信号中MR信号与随机噪声比，即SNR=信号值/噪声值。MRI的噪声主要来源于磁体内的被检组织和系统的背景噪声。影响MR图像SNR的因素有以下几个。

1．被检组织特性的影响　被检查区内质子的密度影响信号量。质子密度高的脑、软组织，能产生高信号，故SNR高;质子密度低的致密骨、肺，仅能产生低信号，因而SNR低。具有短T₁和长T₂值的组织，因其在不同的加权图像上信号强度不同，也可获得较高的SNR。

2．体素大小的影响　构成MR图像的基本单位是像素，像素面积取决于FOV的大小和矩阵的大小，即像素面积= FOV/矩阵。MR图像矩阵的大小是由所选择的频率编码数和相位编码数决定的，即图像矩阵=频率编码数×相位编码数。例如频率编码数为256，相位编码数为192时，则矩阵为256×192。当FOV一定时，增加矩阵的行数或列数，将使体数变小，其内包含的质子数减少，产生的信号减弱。图像中具体像素的亮度代表一定容积的组织或称体素的信号强度，体素容积=像素面积×层厚。任何可改变体素容积大小的参数，也都将影响SNR的增减。FOV、层厚与体素容积成正比，因而与SNR也成正比;像素面积与体素容积成正比，因而也与SNR成正比;矩阵大小与像素面积成反比，因而与SNR成反比。需要注意的是，层厚增加所导致的部分容积效应可使图像的空降分辨率下降，图像质量下降。

3．TR、TE和翻转角度的影响　TR、TE和翻转角度除决定图像信号的加权外，也影响SNR，因而也影响图像质量。①TR延长，质子可以充分弛豫，因而在下一次激励时将有更多的横向磁化，产生的信号量多。短TR则相反，仅有部分纵向磁化得到恢复，并在下一次时转变为横向磁化，产生的信号量少。因而长TR增加SNR，短TR降低SNR。②TE决定着进动质子失相位的多少。TE越长，采集信号前横向磁化的衰减量越大，回波幅度减小，产生的信号量少，SNR下降。③翻转角度控制着将有多少纵向磁化能转变为横向磁化，并在接收线圈内感应出信号。翻转角度为90度时，纵向磁化完全转化为横向磁化，产生的信号量最大，SNR最高;反之，角度越小，产生的信号量越少，SNR越低。

4．NEX　NEX即激励次数，又称信号平均次数，指数据采集的重复次数。在采集的数据中，既有信号成分也有噪声成分。噪声与信号同向时，其强度增加;相反，则信号强度减弱。信号是由被扫描物体的固有特征决定，具体信号总是发生在同一空间位置上，而噪声在发生时间上具有随机性，因而发生的位置可能不同。通过增加数据采集次数，可降低噪声对图像的影响，增加SNR。但增加NEX不一定是增加SNR的最好办法，因为SNR的变化与NEX的平方根成正比。例如，当NEX增加到4次时，才能使SNR增加1倍，而扫描时间则需延长3倍。

5．接收带宽　接收带宽是指读出梯度采样频率的范围。减少接收带宽，将使接受到的噪声量相对减少，SNR增高。例如将接收带宽减少到原来一半时，SNR大约增加40％，但同时延长采样时间，并增加化学位移伪影(chemical shift artifact)。一般情况下，系统的接收带宽是固定的，例如±16 kHz，仅在少数情况下需作调整。

6．线圈类型　射频线圈的几何形状和尺寸对SNR也有影响。信号受噪声干扰的程度与线圈包含的组织容积有关，而线圈的敏感容积取决于线圈的大小和形状。在常用的体线圈、头线圈和表面线圈中，体线圈的容积最大，检查时患者身体的大部分位于敏感区内，线圈接收的噪声较多。同时线圈与成像组织间的距离也大，减弱了接受信号强度。表面线圈容积较小，置于组织体表，可最大限度地接收MR信号，所以使用表面线圈的SNR要比其他类型线圈高。

(二)图像对比度

图像对比度是两种组织间信号差别的反映，也可用对比噪声比(contrast to noise ratio，CNR)来表示。CNR是指图像中相邻组织、结构间SNR的差异性，即CNR= SNR(A)/SNR(B)，式中SNR(A)、SNR(B)分别为组织A、组织B的SNR。脉冲序列和决定图像信号加权的成像参数均对图像对比度有直接影响。

1．TR的影响　TR对图像对比度的影响分为T₁对比度和T₂对比度两个方面。

(1)对T₁对比度影响　TR值越长，纵向磁化就恢复得越充分，当所有组织都充分弛豫后，各种组织将产生几乎没有差别的信号，组织间的对比度就无法建立。因此，对于T₁对比度来说，TR的选择应短。TR短时，只有短T₁组织得到了弛豫，而长T₁组织尚未来得及恢复，下次激发时前者就会较后者产生更强的信号，从而取得图像的T₁对比度。SE序列获取T₁对比度时，TR与T₁的比值应在0．6～2．5之间;而对于GE序列，宜选TR与T₁的比值小于1。另外，组织的T₁值具有场强依赖性，由于场强的变化而使T₁延长时，必须增大TR，才能保持TR与T₁的比值不变。

(2)对T₂对比度影响　TR较长时可以得到T₂加权像。实际上，这时图像中仍有T₁对比度和质子密度对比度存在。以脑白质和脑灰质成像为例，由于灰质中运动质子的密度高于白质，TR长的序列比TR短的序列能有更好的灰、白质对比度。所以，用长TR得到的T₂加权像中，T₂对比度不仅与组织的T₂值有关，还会受到质子密度的影响。组织的T₂值对场强的变化不敏感。

2．TE的影响　从MRI成像原理中可以了解到TE是T₂加权像的控制因素。也就是说，改变序列的TE值将主要影响图像的T₂对比度。当TE值= T₂时，信号强度衰减至初始值的37％;当TE=2T₂时，信号进一步衰减至初始值的14％。TE越长，信号的衰减就越严重，意味着回波出现之前已有更多的质子失相位。它虽然使组织的信号幅度降低，但由于组织的T₂不同，一定组织间的对比度(如脑脊液和白质)则随TE值的延长而增加。在长TE序列中，长T₂的含液体组织信号强度高，短T₂的韧带肌腱等组织信号强度低。

T₁对比度主要是在短TR的条件下取得的，实际上还应使TE尽可能短，以减少图像中T₂弛豫的影响。缩短TE比较困难，这是因为脉冲序列在TE间期内要完成一系列的工作。缩短TE将导致两种后果，一是超短的TE有利于得到比较“纯”的T₁WI;另一结果是有可能导致SNR降低。质子密度对比度应取尽可能长的TR和尽可能短的TE。

3．TI的影响　在IR序列中，图像的对比度主要受TI的影响，因为质子(例如脂肪和水)在180°反转脉冲后都完成饱和，继而将以不同的弛豫速度(T₁)恢复纵向磁化，反转时间TI的长短决定了它们在纵向磁化恢复量上的差异(T₁对比)，从而决定了90°脉冲后信号强度的对比。为了抑制脂肪信号时，TI值就应很长(与被区别组织的T₁平均值相当)，这样就可产生T₁对比很强的图像。

4．翻转角的影响　在GE序列中，翻转角的大小决定RF激发后横向磁化分量的大小。小翻转角主要产生加权效应，增加翻转角可使短T₁组织进行弛豫，这时的图像的T₁加权效应更明显。

(三)空间分辨力

空间分辨力是指图像中可辨认的物体空间几何长度的最小极限，即对细微结构的分辨能力，其取决于体素的大小。当体素容积小时，能分辨出细微结构，空间分辨力高;当体素容积大时，则不能分辨细微结构，空间分辨力低。体素容积大则空间分辨力低是因为部分容积效应的结果，即体素的信号强度(以像素的亮度表示)是体素内部的平均信号强度。

体素的大小取决于成像层面厚度、FOV和像素矩阵的大小。成像层面越薄则空间分辨力越高;成像层面越厚则部分容积效应影响越显著，空间分辨力就越低。当FOV一定时，像素矩阵越大，则空间分辨力越高;像素矩阵越小，则空间分辨力越低。当像素矩阵一定时，FOV越小空间分辨力越高;FOV越大则空间分辨力越低。

在实际检查中，有时仅需矩形FOV即可包括检查区，为此许多系统专门设置了矩形FOV功能。例如在腰椎矢状位成像中选用24 cm矩形1/2FOV、256×256矩阵时，FOV在频率方向上为24 cm，频率编码次数为256，而在相位方向上为12 cm，实际相位编码次数为128，既保持了高的空间分辨力又因相位编码次数的减少而使扫描时间节省了一半。

选用薄的成像层面、大矩阵、小FOV将提高图像的空间分辨力。但必须指出，当其成像参数不变时，空间分辨力的提高总是伴随着SNR的下降。此外，为了获取薄层面、大矩阵和小FOV则需要增加空间编码梯度的斜度，使梯度上升时间相对延长，从而使TE、层面选择和编码时间延长，TR期间可激励的层数减少。

(四)扫描时间

扫描时间是指完成数据采集的时间。扫描时间= TR×相位编码次数×NEX/回波链长。因此扫描时间与TR、相位编码次数、NEX成正比，与回波链长成反比。扫描时间越长则发生运动伪影的机会越多，在连续采集方式时仅影响正在采集的层面，而在2D和3D容积采集时，将影响所有层面。