Сигнал, разрешение МРТ и их влияние на качество изображения
Сигнал — это количество информации на изображении. Другие факторы также имеют значение, но если у изображения низкое качество сигнала (т.е. изображение «шумное»), то даже лучший рентгенолог не сможет его интерпретировать (рис. 1).
Рисунок 1. Шум и влияние поверхностной катушки. А — Т1-ВИ большого пальца кисти в аксиальной проекции, полученное при помощи катушки с фазовой решеткой. Качество изображения очень низкое, и это связано прежде всего с выраженным шумом. В — контрольное Т1-взвешенное изображение (ВИ) на том же уровне в аксиальной плоскости, полученное при помощи специализированной катушки для запястья. Качество изображения намного выше за счет улучшения соотношения сигнал/шум
Каждое изображение состоит из вокселей (объемных элементов), соответствующих небольшому участку тканей пациента. Величина одного измерения вокселя определяется толщиной среза. Показатели других измерений зависят от поля сканирования и размера матрицы (т.е. от количества квадратов в сетке изображения) (рис. 2).
Рисунок 2. Воксель. Схематическая диаграмма, иллюстрирующая матрицу изображения и отдельный воксель на MPT-скане проксимального отдела бедра в аксиальной проекции
Поскольку интенсивность сигнала пропорциональна количеству протонов, входящих в резонанс в каждом вокселе, все, что увеличивает размер вокселя, будет увеличивать интенсивность сигнала (рис. 3). При увеличении толщины срезов или поля сканирования либо, наоборот, уменьшении размера матрицы (объем изображения распространяется на меньшее количество ячеек, но ячейки более крупные), интенсивность сигнала повышается.
Рисунок 3. Размер вокселя и сигнал. Интенсивность сигнала прямо пропорциональна числу протонов в вокселе. Обратите внимание, что в более крупном вокселе больше протонов, в результате интенсивность сигнала выше
На сигнал влияет еще один фактор — количество захватов сигнала (известное также как количество усреднений сигнала, или число возбуждений). Если количество усреднений сигнала равно двум, то это означает, что сигнал от протонов, возникающий в каждом вокселе, собирается дважды. В результате время получения изображения удваивается. Это приводит к увеличению соотношения сигнал/шум пропорционально квадратному корню из двух. Следовательно, для такого метода улучшения качества сигнала, как усреднение сигнала, не характерна существенная экономия времени.
Наконец, слишком тесное расположение срезов может отрицательно сказаться на сигнале, что объясняется феноменом перекрестной наводки. При близком расположении срезов помехи от одного среза могут распространяться на соседний срез, что приводит к увеличению шума. Это особенно характерно для Т2-взвешенных последовательностей.
Данный эффект можно уменьшить, установив промежуток между срезами (небольшую часть ткани, которую не визуализируют). В результате шум уменьшается, а интенсивность сигнала возрастает. Как правило, промежутки между срезами занимают от 10 до 25% толщины среза. Чем больше промежуток, тем больше невизуализируемых тканей и выше вероятность пропустить небольшое патологическое образование.
У каждого производителя MP-томографов есть последовательности, позволяющие избавиться от артефактов, связанных с движением, пульсирующим кровотоком и перекрестной наводкой. Эти последовательности особенно полезны в случае тревожности пациента или возникновении у него непроизвольных движений, которые могут помешать получению желаемых изображений.
Теперь, когда мы рассмотрели несколько способов улучшения качества сигнала (другими словами, повышения соотношения сигнал/шум), нужно обратить внимание на второй значимый фактор, позволяющий получить изображение высокого качества, — разрешение. Разрешение — способность различать объекты небольшого размера. При исследовании костно-мышечной системы этот фактор в большинстве случаев имеет критически важное значение, поскольку объектом исследования нередко являются относительно небольшие структуры.
При выполнении МРТ любые изменения, нацеленные на улучшение разрешения, отрицательно сказываются на сигнале. При уменьшении размера векселя (путем уменьшения толщины среза, поля сканирования или увеличения матрицы изображения) не только увеличивается разрешение, но и уменьшается число протонов в каждом вокселе и снижается интенсивность сигнала (табл. 1). Следовательно, при составлении протоколов визуализации всегда приходится искать компромисс между максимальным качеством сигнала (1) и оптимальным разрешением (2) (рис. 4). Еще одним фактором, помогающим достичь компромисса с минимальными потерями, является выбор катушки.
Рисунок 4. Влияние поля сканирования на шум и разрешение. А — Т1-ВИ таза в коронарной проекции с большим полем сканирования. Обратите внимание на хорошие показатели соотношения сигнал/шум. B — Т1-ВИ в косой проекции, полученное при использовании той же катушки, но с полем сканирования меньшего размера. На этом изображении разрешение действительно выше, чем на рис. А, однако в целом его качество невысоко по причине высокого уровня шума
Изображение при МРТ получается с помощью сигнала, который возвращается от резонирующих протонов в тканях. Как известно, чем ближе вы к лектору, тем лучше вам слышен его голос. Аналогичным образом обстоят дела и с приемной катушкой — чем ближе к тканям, представляющим интерес, она располагается, тем лучше сигнал и меньше уровень шума.
При МРТ необходимо приложить все усилия к тому, чтобы использовать катушку как можно меньшего размера, поскольку это позволит получить сигнал максимально высокого качества. Катушки, которые можно установить на исследуемую часть тела или максимально близко к ней, называют поверхностными. При использовании таких катушек качество сигнала значительно выше, чем при использовании катушек для тела. При выборе катушки необходимо учитывать ее размер. Размер стандартных катушек должен позволять получить сигнал по всей длине и глубине тканей, представляющих интерес.
У плоской поверхностной катушки глубина проникновения примерно равна половине диаметра или ширины катушки. За пределами этого расстояния интенсивность сигнала уменьшается, что проявляется снижением его интенсивности на соответствующем участке изображения. Для того чтобы избежать этой проблемы при исследовании конечностей, часто используются так называемые объемные катушки. Они окружают руку или ногу, что обеспечивает однородность сигнала на протяжении всех тканей в интересующей области. Кроме того, в настоящее время в состав большинства катушек входит фазовая решетка.
Катушка с фазовой решеткой состоит из нескольких катушек меньшего размера, составленных в ряд. Такая конструкция позволяет получить максимальный сигнал от каждой маленькой катушки и от каждого сегмента ткани, охватываемого катушками. Поверхностная катушка, как правило, позволяет получить хороший сигнал и использовать параметры изображения с более высоким разрешением. Для получения изображения с высокой интенсивностью сигнала и высоким разрешением принципиально важен выбор подходящей катушки.
