Артефакты - это колебания интенсивности сигнала, которые не отображают анатомические структуры. Их можно подразделить на физиологические, обусловленные физической природой МРТ и зависящие от аппаратного обеспечения. Степень выраженности артефактов значительно влияет на качество MP-изображений и их диагностическую точность.
а) Физиологические артефакты (движения и поток жидкости):
1. Причина. Эти артефакты обусловлены физиологическими движениями, такими как дыхание, пульсация сердца, поток крови и ЦСЖ, кишечная перистальтика, глотание и произвольные движения пациента. Степень выраженности таких артефактов сильно зависит от времени повторения (TR), которое проходит между последовательными шагами фазового кодирования в процессе заполнения k-пространства.
Если совокупность спинов изменяет свое пространственное положение между фазовым кодированием и считыванием спинового эха во время TR, происходит искажение сигнала в направлении фазового кодирования (рис. 1).
Артефакты потока возникают, когда в изображаемый слой притекают невозбужденные спины, что обусловливает потерю сигнала (рис. 2). Пульсирующий поток можно распознать по периодическим изменениям интенсивности сигнала с повторяющимся характером артефактов. Артефакты от потока и движений особенно выражены, когда они возникают во время заполнения центральных линий k-пространства, поскольку эти линии определяют контрастность изображений.
Рисунок 2. а, b Артефакты от потока крови.
а Поперечный синус.
b Аорта и очаговое псевдопоражение в левой доле печени.
2. Способы устранения. Выраженность этих артефактов можно уменьшить путем укорочения TR или использования других ИП с более коротким TR. Другие варианты - уменьшение размеров FOV или сканирование на задержке дыхания, запуск сканирования с дыхательного или ЭКГ-сигнала. Для коррекции движений во время сбора данных применяют также навигаторные эхо.
Чтобы подавить искажения сигнала, обусловленные эффектами кровотока, можно использовать насыщающие импульсы. Другой метод - перемена направлений частотного и фазового кодирования («ротация градиентов»). Последний не уменьшает артефакты, но может перемещать их в области изображения, которые диагностически менее важны.
Эффекты потока можно контролировать посредством специальных градиентных импульсов, которые уменьшают потерю сигнала, зависящую от фазы. Эта техника называется занулением момента градиента, или рефазированием движений посредством градиентов. Еще одна возможность - увеличение количества сборов данных на каждый слой («усреднение изображений»), причем случайные движения усредняются на окончательном МР-изображении.
Многие артефакты от движений можно устранить благодаря оптимальной подготовке пациента, специальной укладке или адекватной иммобилизации. В отдельных случаях могут оказаться необходимыми премедикация седативными средствами или общий наркоз (например, у пациентов из отделений ин тенсивной терапии, маленьких детей и др.).
б) Артефакты, связанные с физической природой МРТ:
1. Завертывание:
- Причины. Завертывание происходит, когда выбранный размер FOV меньше, чем размеры исследуемой части тела. Анатомические структуры, не охватываемые FOV, но еще находящиеся в пределах объема чувствительности катушки, «завертываются» на противоположную сторону изображения (рис. 3). Завертывание обычно происходит в направлении фазового кодирования.
Рисунок 3. а, b Завертывание в переднезаднем направлении (а) корректируется сканированием с увеличенным полем обзора (b)
Одна из причин этого артефакта - неоднозначность фазовых отношений, которая приводит к ложной пространственной интерпретации объектов, распространяющихся за края FOV. Завертывание может происходить также в направлении частотного кодирования, если скорость выборки сигнала слишком низкая.
- Способы устранения. Артефакты завертывания в направления фазового кодирования могут быть скорректированы посредством сканирования с большим размером FOV и последующим «отбрасыванием» лишних данных. Это уменьшает достижимое разрешение изображений и удлиняет время сканирования. Другая возможность - использование насыщающих импульсов, чтобы подавить сигнал от завертывающихся структур. Артефакты в направлении частотного кодирования могут быть уменьшены выборкой сигнала с большей скоростью («сверхвыборка» данных).
2. Восприимчивость:
- Причины. Термин «восприимчивость» означает способность вещества намагничиваться при помещении его в магнитное поле. В зависимости от того, является ли вещество диамагнитным, парамагнитным, суперпарамагнитным или ферромагнитным, оно может ослаблять внешнее магнитное поле (диамагнетики) или усиливать его (парамагнитные, суперпарамагнитные и ферромагнитные вещества).
Такие вещества создают локальные негомогенности магнитного поля, и обусловленные этим градиенты поля ведут к потере интенсивности сигнала и его негомогенности. Эффекты магнитной восприимчивости наиболее выражены на границах между мягкими тканями (высокая восприимчивость) и воздухом (почти нулевая восприимчивость), а также по краям металлических инородных тел (рис. 4).
Рисунок 4. а, b Артефакты восприимчивости:
а Титановый имплантат (ИП GRE).
b Титановый имплантат (ИП SE) с триадой артефактов: потеря сигнала, искажение сигнала и феномен гало.
Чувствительность различных техник МРТ к эффектам восприимчивости зависит от силы поля MP-томографа, типа ИП и типа взвешенности. При увеличении силы поля пропорционально возрастают негомогенности поля. ИП GRE более чувствительна к артефактам восприимчивости, чем SE. Чувствительность ИП быстрых спиновых эхо (TSE, FSE) обратно пропорциональна длине цепочки эхо.
В то время как в большинстве случаев эти эффекты нежелательны, уменьшенная чувствительность в некоторых ситуациях может создавать трудности из-за менее отчетливой визуализации патологических изменений (например, при изображении мелких внутримозговых кровоизлияний).
- Способы устранения. Большинство артефактов восприимчивости легко предотвратить, так как они обусловлены металлическими предметами, которые можно легко удалить (украшения, кнопки, змейки, заколки для волос, крючки, петли, ортодонтические пластинки, косметика, содержащая металлы, и т.д.).
Даже при MP-совместимости металлических имплантатов наводимые в них электрические токи могут быть в некоторых случаях причиной очень грубых артефактов. Если имплантат не может быть удален, часто помогает выбор другой плоскости изображения или менее чувствительного типа ИП (SE вместо GRE, TSE вместо SE - рис. 4).
3. Химический сдвиг:
- Причины. Протоны в жировой ткани имеют слегка отличающуюся частоту прецессии от таковой протонов воды вследствие разных свойств их химических связей. Разница между частотами прецессии протонов воды и жира пропорциональна величине индукции главного поля и составляет приблизительно 220 Гц при 1,5 Тл. Так как разница в резонансной частоте, обусловленная химическим сдвигом, неотличима от частотного кодирования, происходят ошибки пространственной регистрации в соответствии с относительным количеством воды и жира, представленным в слое. Эти ошибки выглядят как светлые и темные полосы в направлении частотного кодирования на поверхностях раздела между жиром и водой (например, в селезенке, почках, молочных железах, мышцах и костях).
Вследствие разницы в частоте их прецессии протоны в молекулах воды и жира могут прецессировать в фазе и вне фазы, а это значит, что обусловленные ими компоненты сигнала могут складываться друг с другом или вычитаться друг из друга (рис. 5). Этот эффект может использоваться для визуализации с подавлением сигнала от жировой ткани, например, в области надпочечников, чтобы подавить сигнал от опухолей, содержащих жир, и тем самым помочь охарактеризовать патологические изменения.
Рисунок 5. Химический сдвиг. Фазовый сдвиг между жиром и водой, основанный на разнице в частоте прецессии (сдвиг 3,5%о при 1,5 Тл) приводит к сложению или вычитанию сигналов от жира и воды при различном времени эха (ТЕ)
- Способы устранения. Так как сила главного магнитного поля постоянна, проблему химического сдвига можно решить только посредством изменения параметров сканирования. Один способ: свести к минимуму сдвиг частоты на воксель - увеличить матрицу изображения. Это приводит к увеличению ширины полосы на пиксель, благодаря чему уменьшаются ошибки пространственной регистрации (см. рис. 6).
Рисунок 6. а, b Химический сдвиг. Артефакт (а) становится менее явным при использовании более высокой матрицы сбора данных (b)
Другой путь - использовать ИП с большей шириной полосы на пиксель (более крутой градиент пространственного кодирования), чтобы еще больше уменьшить процент химического сдвига относительно ширины полосы, приходящейся на один пиксель. На некоторых томографах предоставлен свободный выбор ширины полосы в определенном диапазоне значений независимо от типа используемой ИП (параметр «сдвиг вода/жир»).
4. Артефакт усечения:
- Причины. В отличие от базисной математической теории переход от собранных исходных данных к построению МР-изображения при помощи преобразования Фурье должен быть осуществлен за конечное количество вычислительных шагов. Вследствие этого реконструкция изображения допускает неточности, которые наиболее очевидны там, где происходят крутые изменения контрастности (рис. 7). Этот эффект также называется артефактом Гиббса, или кольцевидным артефактом.
Рисунок 7. Кольцевидный артефакт. Примеры артефактов усечения в местах крутых изменений контрастности изображения (в данном случае свод черепа и серп ТМО)
- Способы устранения. Этот артефакт можно сделать менее явным, используя более высокие матрицы сбора данных.
5. Негомогенность магнитного поля:
- Причины. Помещение пациента в магнитное поле в различной степени усиливает или ослабляет поле вследствие разной способности различных тканевых структур к намагничиванию (восприимчивости). Эта наведенная пациентом негомогенность магнитного поля наиболее выражена при использовании спектрального подавления сигнала от жира, которое часто оказывается субоптимальным вследствие возникающей разницы в частоте прецессии протонов.
- Способы устранения. Когда пациент помещен в туннель магнита, на современных МР-томографах могут быть активизированы специальные ИП сбора данных, чтобы определить негомогенности, имеющиеся в изображаемом объеме, и выровнять их во всех трех направлениях пространства посредством специальных изменений профилей градиентов.
6. Паразитное возбуждение:
- Причины. Может случиться так, что тканевые структуры, расположенные вне фактически изображаемого объема, также удовлетворяют условиям резонанса и поэтому возбуждаются. Так как эти компоненты сигнала не подвергаются пространственному кодированию и тем самым не могут быть отнесены к определенному положению, они могут вызвать причудливые искажения сигнала, не коррелирующие с анатомическими структурами. Такие эффекты называют паразитным возбуждением.
- Способы устранения. Эти артефакты можно предотвратить благодаря выбору другой ИП с отличающимся распределением частоты или использованию функции сверхвыборки. Может помочь также изменение положения пациента. Наконец, можно использовать специальное высокочастотное экранирование, чтобы предотвратить возбуждение «паразитных» тканей.
в) Артефакты, зависящие от оборудования. Такие артефакты обусловлены главным образом дефектами томографа, а поэтому выполняющий исследование врач не может влиять на них. Как правило, для их коррекции требуется вмешательство технической службы.
1. Шум на изображениях, негомогенность сигнала, ошибки настройки. Изображения «шумные», может обнаруживаться заметная негомогенность сигнала. Первым делом нужно убедиться в том, что пациент правильно уложен и были правильно выбраны приемная катушка и параметры ИП. Может помочь пробный сбор данных с разными типами ИП. Если эти меры не устраняют или не уменьшают артефактов, резонно предположить дефекты оборудования.
2. Ошибки данных. Если повторно появляются однотипные артефакты, которые могут, в частности, иметь вид узора «в елочку», это, как правило, результат ошибок данных с ложным или неполным заполнением k-пространства в процессе сбора данных.
3. Негомогенность магнитного поля, ошибки градиентов. Сильные геометрические искажения на изображениях могут быть обусловлены значительной негомогенностью магнитного поля. Нужно прежде всего убедиться в том, что устранены все инородные металлические объекты. Иногда эти артефакты обусловлены невидимыми металлическими объектами, которые застряли в желобках и щелях корпуса томографа.
Нужно также установить, не генерируются ли новые сильные флуктуирующие магнитные поля поблизости от магнитного поля (например, какими-либо электроинструментами). Негомогенность магнитного поля может быть обусловлена также бытовыми электрическими приборами, например приборами для механической вентиляции реанимационных пациентов. К работе в помещении магнитного томографа могут быть допущены только прошедшие специальные тестирование и допуск электрические приборы.
Геометрические искажения могут быть обусловлены еще и частичным или полным выходом из строя одной или более градиентных систем, используемых для пространственного кодирования. В результате этого нарушения изображения часто выглядят суженными в одном направлении.
4. Радиочастотные поля. Наиболее частой причиной повторных узоров или искажений, влияющих только на одну часть изображения (в отличие от отмеченных выше ошибок данных), является РЧ-излучение. Источником могут быть плохо экранированные устройства, используемые при интенсивной терапии, или дефект экранирования помещения магнита.
г) Резюме:
1. Основные принципы MPT. В основе MPT лежит физический принцип, согласно которому магнитные моменты ядер атомов водорода (протонов) приобретают упорядоченные направления в сильном магнитном поле. Это порождает суммарную намагниченность, которая в состоянии равновесия направлена вдоль линий внешнего поля.
Посредством применения еще одного магнитного поля (радиочастотного импульса) намагниченность можно отклонить от положения равновесия на угол а. Это наводит электрический сигнал в приемной катушке. Интенсивность сигнала пропорциональна протонной плотности (PD) и зависит от характеристик релаксации ядсрной намагниченности:
- продольной намагниченности (рост продольной намагниченности с константой времени Т1);
- поперечной намагниченности (спад поперечной намагниченности с константой времени Т2).
Негомогенности магнитного поля вызывают быструю расфазировку намагниченности. Этот эффект может быть обращен приложением импульса 180°, который создает спиновое эхо.
Пространственное кодирование достигается при помощи градиентов магнитного поля, которые подаются во время РЧ-импульса (выбор слоя), во время считывания сигнала (частотное кодирование) и между приложением РЧ-импульса и считыванием сигнала (фазовое кодирование). Матрица исходных данных заполняется в процессе повторений циклов ИП с изменением фазового кодирования при каждом новом цикле.
Влияние параметров контрастности: PD, Т1 и Т2 - контролируется при ИП SE благодаря выбору времени повторения (TR) и времени эха (ТЕ).
При ИП быстрое SE повторно рефокусируется множественными импульсами 180°, что позволяет быстрее заполнить матрицу исходных данных. Контрастом можно манипулировать, изменяя TR, ТЕ и угол отклонения а или используя соответствующие методы подготовки намагниченности.
Компонентами MP-томографа являются:
- магнит, создающий статическое поле;
- катушки для создания градиентов поля;
- радиочастотная система для возбуждения протонов и обнаружения сигнала;
- компьютер с консолями для управления томографом, сбора данных и реконструкции изображений.
2. MP-контрастные средства. Экстрацеллюлярные хелаты гадолиния лучше переносятся пациентами, чем контрастные средства для рентгенологических исследований и КТ, и обладают меньшим риском развития анафилактических реакций.
Гепатобилиарные Т1-контрастные средства ведут к специфическому для гепатоцитов повышению сигнала от печени на Т1в-изображениях.
В то время как суперпарамагнитные частицы окиси железа (SPIO) используются как Т2-контрастные агенты для печени, сверхмелкие частицы оксида железа (USPIO) предпочтительны для визуализации костного мозга и лимфатических узлов.
Контрастные средства для пула крови должны использоваться при перфузионных и специальных ангиографических исследованиях, интервенционных процедурах в сопровождении МРТ и оценке опухолевого ангиогенеза.
3. Опасности и побочные эффекты МРТ. МРТ представляет собой в целом безопасный метод. Однако его неосмотрительное или неадекватное использование может привести к серьезным повреждениям пациентов и персонала, а также повредить оборудование. Эти опасности можно свести к минимуму, соблюдая специфические правила безопасности и требуя этого от персонала отделений МРТ.
Протоколы подготовки к МРТ должны запрещать необученному персоналу входить в помещение магнитного томографа и предусматривать, чтобы ферромагнитные объекты находились на безопасном расстоянии от него. Пациентов нельзя допускать в помещение магнита, пока не установлено, что они не имеют при себе ферромагнитных предметов и не содержат имплантатов, которые несовместимы с используемой силой поля.
Если остаются сомнения, исследование должно быть задержано. Ход исследования необходимо постоянно мониторировать. Установившаяся шаблонная практика и знание потенциальных опасностей не должны вести к беспечности.
4. Артефакты - это колебания интенсивности сигнала, не коррелирующие с морфологией. Их выраженность критически влияет на качество изображения и точность МР-исследования. Артефакты подразделяются на несколько типов, которые обычно можно отличить, основываясь на характерном виде искажений.
Большинство артефактов обусловлено следующими причинами:
- периодические движения (например, пульсация сердца и сосудов, дыхательные движения и т.д.) с периодическими артефактами-миражами;
- неправильный выбор поля обзора, приводящий к артефактам завертывания;
- отличия в магнитных свойствах сканируемых тканей или инородные металлические объекты в томографе, вызывающие негомогенность сигнала или искажения изображений (артефакты восприимчивости).
