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刀锋伪影校正技术在头部运动伪影纠正的应用

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刀锋伪影校正技术在头部运动伪影纠正的应用
刀锋伪影校正技术在头部运动伪影纠正的应用 刀锋伪影校正技术在头部运动伪影纠正的 应用 影像技术 MAGlNGTECHIQUE 刀锋伪影校正技术在头部运动伪影纠正的应用 郑建刚梅莉许建兴刘良卿周鸿雁顾勇坚 【摘要】目的:探讨刀锋伪影饺正(BLADE)技术往MRI头部运动伪影纠正方面的应用价值::l5例健康志 愿者仟常规头颅MR1榆,后行BLADE『芋列扫描(轴位T!wl,矢状位TwI,轴位T.WI),其中10例在每次 扫描稿动20s,40s,60s作左右30.的转动各一次,每次在2s内完成.另外5名志愿者在扫描启动20s,40s,60s 分别作片卉60.运动.2s内完成这5名志愿扫描结束后再模拟不配合患者在扫描启动岳后作持续的任意 运动35例常规部MRl俭查出现头部运动伪影患苦,行BLADE序列扫描(轴位TwI,矢状位TwI,轴位 TwI),对比常规扫描5-:~qj}评价BLADE技术对头部运动伪影纠正的作用.判断:以显示肇底节区结构的 清晰程度,仟0,3级评分法结果:没j1'为30.转动的l0例健康志愿者,常规序列扫描,头部运动伪影均为2级 及以卜,影响诊断,占100%,采用BLADE技术后,头部运动伪影均降为2级以下,符合诊断,占100%,两 者比较有着差异(P<0.01)一设计为6O.转动和持续运动的5例健康志愿者,常规序列扫描,头部运动伪影均 为2级及以』:,影响诊断,占lOOr~,采用BlADE技术后,头部运动伪影降为2级以下者占70%和80%,两者比 较有显着差异(P<0.01)35例头部运动伪影巾.2级及以上影响诊断的病例共26 例,占74.3%.采用BLADE 技术,符合诊断的2级以下病例共32例,占91.4%,两者比较有显着差异(P<0.O1). 结论:BLADE技术对 常规头颅扫描【1I产:生的运动伪影冉明显的校正作用.几丁,泛用于不配合病人和 儿童等易产生头部运动伪影的病 人榆台,提供清晰图像 【关键词】头帧;磁抓成像;伪影;刀锋伪影校 中图分类号:R814.4文献标志码:A文章编号:l006—5741(2010)一06—0539—05 ClinicalApplicationofMRBLADETechniquesin CorrectingHeadMotionArtifacts ZHENGJian—gag,MEILi,XUJian一.ring,LIULiang—qing,ZHOUHong— yan,GUYong—jian 【Abstract】 Purpose:ToevaluatetheapplicationvalueofBLADEtechniquesincorrectingheadmotion artifacts.Methods:FifteenhealthyvolunteerswereexaminedwithroutinecranialMRIexaminationby BLADEsequences(axialT!WI,sagittalTlWI,axialTlWI).Tenofthemwereaskedtorotatetheirheads at2O,4O.6Osfor30.in2swhenunderscanning.Another5ofthemwereaskedtorotatetheirheadsat 20,40,6Osfor6O.in2s,ormovetheirheadscontinuouslywhenunderscanning.Thirty— fivepatients withmotionartifactsonroutineheadMR1wereundergoneBLADEsequences.Theevaluationofthe BLADEtechnologyincorrectingtheheadmotionartifacteffectwasdone.Theclarityofthestructureof basa1ganglia(0— 3grade)wasusedasthecriteria.Results:Theheadmotionartifactsonregularse— quencesin10healthyvolunteerswith30.rotationwhichwerescoredasgrade2andabovein100%.while afterBLADEwasused,allcasesofheadmotionartifactswerescoredasbelowgrade2(100%),andthere wassignificantdifferencebetweenthetwomethods(P<0.01).Theheadmotionartifactsonregularse— quencesin5healthyvolunteerswith60.rotationandcontinuousmovementwhichwerescoredasgrade2 andabovein100%,whileafterBLADEwasused.70%and80%casesofheadmotionartifactswerescored asbelowgrade2(100%j,andtherewassignificantdifferencebetweenthetwomethods(P<0.01).The headmotionartifactsof35patientswithroutineMR1werescoredasgrade2andabovein26cases (743%J,whileafterBLADEwasused.32cases(91.4%)ofheadmotionartifactswerescoredasbelow 中闰医学i 作者单位 通信地址 通信竹:者 算机成像杂志.20l0.16539—543 常州If武进人民I院放射科 常州市永宁北路!号.常州2l3002 耶建刚(电予邮箱:ztgk,2008唾163(1f】n1 — 539一 ChinComputMedImag,2010.16:539—543 DepartmentofImageTheAffiliatedWujinHospitalofJiangsuUniversity Address:2YongningbeiRdChangzhou213002PRC AddressCorrespondencetoZHENGJian—gang(E—mail:zhengky2008@ 63com) 圭里堕兰篁盛堡墨查:!兰兰堂苎塑 ChinComputMedImag,2010,16(6) grade2,andtherewassignificantdifferencebetweenthetwomethods(P<0.01).Conclusio n:The MotionartifactsonroutineMRIcanbecorrectedbyBLADEtechnology, itcanbewidelyusedinnon— cooperativepatientsandchildren. 【Keywords】Head;Megnaticresonanceimaging;Artifact;BLADE 磁共振成像(MRI)是目前神经系统最常用的有 效检查方法之一,具备明显优势,MRI已在临床广泛 应用,但有个最大困扰是检查时间较长,对运动敏感,不 配合患者引起的运动伪影较大,常常影响诊断,甚至检 查不成功,刀锋伪影纠正(BLADE)技术为解决运动伪 影的校正提供了一种行之有效的新方法.本文通过回顾 性及试验设计与常规扫描序列比较,评价BLADE 技术在克服头部运动伪影方面的作用和意义. 方法 1.临床资料 15例健康志愿者经设计头部运动后行常规序列扫 描和BLADE序列扫描,其中男性10例,女性5例,年龄 23,52岁,平均35岁.2009年8月,2010年2月,本院 35例行常规头部MRI检查出现运动伪影的患者,转行 BLADE序列(TW,T:W)扫描.男性25例,女性10例, 年龄l,90岁,平均48.5岁.其中4,JL患者8例(约占 22.9%),老年或不配合患者27例(约占77.1%). 2.检查方法 采用西门子Avanto1.5T超导磁共振成像系 统,12通道头颅矩阵线圈.15例健康志愿者分别行常 规MRI检查和BLADE序列扫描.其中l0名志愿者 分别在扫描启动20s,40s,60s作左右30.运动各1次, 2s内完成.另外5名志愿者在扫描启动20s,40s,60s 分别作左右60.运动,2s内完成.头部两侧根据颅脑大 小分别给予相应角度的卡位.这5名志愿者在扫描结 束后再模拟不配合患者在扫描启动后后作持续的任意 运动病例组用常规序列头颅扫描,发现运动伪影后, 改用BLADE序列(轴位TWI,矢状位TWI,轴位 TwI)扫描扫描参数见l. 3.图像及统计分析 有两位有丰富经验的影像科医师共同对所有图像 进行分析,比较,对头部运动伪影进行评价.评判标准 为4级评分:显示基底节区结构的清晰与否,0级:基 底节区结构清晰可辨;1级:结构欠清晰但可辨;2级: 结构不清,不可辨;3级:全脑结构模糊不清.采用卡方 检验及行统计学分析,如P<0.05,则统计学有显着 差 结果 10例健康志愿者,MRI扫描过程中设计为头部 左右30.运动,轴位扫描主要显示为层内运动(TWI 和TwI共20例次),矢状位扫描为层面问运动 (T.wI共10例次).常规MRI扫描层面内运动伪影2 级以上影响诊断者共20例次,占100%;层面间运动 伪影2级以上影响诊断者共10例次,占100%;经 BLADE序列校正后,2级以上影响诊断者均降为0, 全部符合诊断要求,见表2,图1和图2.经卡方检验显 示常规扫描和BLADE扫描结果间X2=40,P<0.0l, X2=20,P<0. 0120,差异均有统计学意义.但层面内 运动和层面问运动的BLADE序列的扫描结果间Z2= 0,P>0.05,差异没有统计学意义. 另外5例健康志愿者,MRI扫描过程中设计为头 部左右60.运动,轴位扫描主要显示为层内运动(TWI 表1头部扫描参数(常规序列和BI_ADE序列) 常规序列BLADE序列 T(轴位)T,(矢状位)T.(轴位)T!(轴位)T(欠状位)T.(轴位) TR(mS) TE(ms) 矩阵 视野(Illm) 层数 层厚(mm) 采集(次) 体素(nlm) 时间(rain) 4l30 98 238×320 230 l9 O.8×O.7x5 l:28 4oo 1l 2O5X256 230 19 l 1.2×O.9×5 l:26 434 11 202X256 230 l9 1 l×O9×5 l:31 4000 99 256×256 230 19 1 0.9×09×5 l:38 300 28 256×256 230 l9 l 0.9×09X5 2:18 400 28 256X256 230 19 1 O.9X0.9X5 l:52 中t$IN学计算机成像杂志2010年第16卷第6期 ChinComputMedImag,2010,16(6) 和T2WI共10例次).常规MRI扫描层面内运动伪影 2级以上影响诊断者共10例次,占100%:经BLADE 序列校正后,2级以上影响诊断者均降为3,占30%. 经卡方检验显示常规扫描和BLADE扫描结果间 =10.77,P<0.01,差异有统计学意义.MRI扫描过程中设计为持续的任意运动,轴位扫描包含层面内 和层面间运动(T.WI和TWI共lO例次).常规MRI 扫描层面内运动伪影2级以上影响诊断者共10例次, 占100%;经BLADE序列校正后,2级以上影响诊断 者均降为2,占20%,见表3.经卡方检验显示常规扫 一 541 描和BLADE扫描结果间=I3.33,P<0.0l,差异 有统计学意义 常规头部扫描出现运动伪影的35例病例中,轴位 显示运动伪影者25例,矢状位显示伪影者10例,其中 2级以上影晌诊断者共26例,约占74.3%:经 BLADE序列校正后,2级以上影响诊断者降为3例, 约占8.6%,2级以下符合诊断要求者共32例,约占 91.4%,见表4,图3—5.经卡方检验显示常规扫描和 BLADE扫描结果间?c:31.14,P<0.O1,差异有统 计.学意义 图1WI轴位.经设计运动常规 T2wl(A)运动伪影明显,全脑结构 模糊不清(3级);经BLADE校正后 (B)基底节区结构清晰可辨(0级) 一 542一 中国医学计算机成像杂志2010年第16卷第6期 ChinComputMedImag,2010,16(6) 图2轴位rr,w1.经没汁运动常规 T—wl(A)运动伪影州{J,伞腑结构模 糊小消(3级):经B1ADE校II(1{) 坫底1,结构fp'ii晰-t辨(0级) 图3欠状位T.wI常规.r.wI(A) 运动伪影}IJj,个脯结模糊4清(3 级);经B1AI】E校I(B)腑构清 晰IIJ辨,额部软化州:消楚:(箭 叉) 图4fTw1常规T!wI(A)运动伪影叫{?!-,底[xi~i'i构欠消晰fI…'辨(1级),绛…A1)E 校iI,结十勾 {I晰【】f辨(0线),J侧濑lI{人l价(箭).DWl(C){l为急脯梗北,, 5 图5BLA技术K-lJ允填 ,J』KI川I,采N【数 l,个数III1条,卜{数 }j一;线构成,数丑t}以一定ffl度增 {I:=KIf连续旋转,I个 部数Kr'uJIl跨越lJr扎 讨论 1.磁共振成像常规序列K空间填充方式及运动 伪影的类型 常规描序列的K问填充方式足在相位方向 相平行,ttl上FA至K问中所有相位编码线 被填充完,K审州lf】心仅接受一次激发的采集,所 以行任何影响K填充的素尤其址运动即会,: 乍伪影,.依据运动伪影产牛的机制不同分为两类: ?里堕兰兰垫盛堡墨查!兰兰堂苎!塑 ChinComputMedImag.2010,16(6) 第一类为单次采集过程中,人体连续运动产生的伪影; 第二类为多次采集过程中,静态组织所处位置不同形 成的伪影l】.】. 2.伪影的校正方法 伪影产生的一个重要因素是采集过程中影响图像 信息的K空间填充,因此改变K空间的填充方式是校 正运动伪影的常用方法之一在MR成像过程中,K 空间中心部分主要决定图像的对比度,而外围部分决 定图像的空间分辨率,因此,采用先中心后外围的K 空问填充方式可以在最短的时间内完成中心部分的扫 描,可将运动造成的影响减至最小,有效克服第一类伪 影.第二种方法是导航回波法:通过采集额外数据来 监测人体组织的运动,并选取特定位置进行数据采集, 可有效减少第二类运动伪影:其缺点是采集效率低, 扫描时间较长J. 3.BLADE技术 BLADE技术是最开始有西门子公司开发的螺旋 桨技术改良而来.是采集以K间原点为中心的多个 矩形条带数据,每个带均在K空间原点为中心区域采 样,使人们可以对条带之间的相互位置,角度和相位的 空间不一致性进行校正,剔除运动幅度大且具有较 低权重的失真数据,从而消除运动伪影:该项技术对 运动伪影不具敏感性,可广泛用于T加权,T:黑水及 T加权,并可用于各种角度成像.. 4.BLADE技术的临床应用 4.1头部检查的应用:笔者对健康志愿者研究的结 果显示,小角度(30.)运动伪影(包括层面内和层面间运 动)2级以上影响诊断者占100%:经BLADE技术校正 岳,2级以影响诊断者降为0%,P<0.01;大角度 (60.)运动伪影(层面内运动)2级以上影响诊断者占 100%=经BLADE技术校正后,2级以上影响诊断者降 为30%.P<0.01;:而持续随意运动(包括层面内和层 面问运动)2级以t影响诊断者占100%.经BLADE技 术校正后,2级以上影响诊断者降为20%,P<0.01,说 明BLADE技术除部分特别大幅度的运动伪影,能够有 效消除绝大部分层面内运动伪影:虽然从原理来说 BLADE技术不能完全纠正层面间运动伪影,但我们的 结果显示BLADE也能部分消除这种伪影,图像质量较 纠正前有大大提高,可获得清晰的影像.我们对临『末病 例的研究也证实了这个将结果.我fl,]认为在临床应用 上,BLADE特别适于于不合作病人及儿童j. 4.2BLADE技术应用范围:除上述主要的头部运 动形成的伪影外,尚存在其他类型的运动伪影,如血管 搏动,脑脊液波动等形成的伪影,由于BLADE对流动 等生理运动不敏感,运用此技术可将全部或绝大部分 伪影消除.此项技术不仅对平面内的刚性运动伪影进 行校正,而且能对非刚性运动和层面间运动伪影进行 校正,因此BLADE技术可适用于各种运动产生伪影 的校正中,而且无线圈依赖性】,笔者把此项技术应用 于脊柱及体部的MRI中,亦取得了很好的效果. 4.3BLADE技术尚存在的不足:尽管BLADE技术 较螺旋采集有明显改善,但由于本身存在对K空间中心 的重复取样,在数据采集中额外增加了一个p/2因素,增 加扫描时间,同时为了解决图像采集过程中可能出现的平 移,旋转和相位改变等问题,必须有较多的回波链,降低了 T,WI敏感性并增加重建时间,常难以加于常规T.WI扫 描序列中,作为常规预防性添加,并且成像时间偏长】. 综上所述,BLADE技术将K空间放射状填充结合 运动校正重建,大大降低了运动伪影的产生,保证了准 确清晰的磁共振影像资料,有效解决常规头部MRI中 的运动伪影,并可适用于不同加权成像和任意方位成 像,尤其适用于不配合病人,老年病人和儿童,解决了 MRI中的一大难题,扩大了MRI检查的应用范围. 参考文献 I.PipeJG,FarthingVG,ForbesKP,eta1.Multishotdiffusion— weightedFSEusingPROPELLERMRIMagnResonMed,2002, 47:42—52 2.韩鸿宾.临床磁共振成像序列设计与应用.北京:北京大学医学出 版社,2003:43—73 3.谢敬霞.核磁共振新技术研究与临床应用.北京:北京医科大学出 版社,2001:23—24 4PipeJG.MotioncorrectionwithPROPELLERMRI:applicationto headmotionandfree—breathingcardiacimaging.MagnReson Med,1999,42:963—969 5秦文,于春水,李坤成,等.螺旋浆(PROPELLER)技术的原理及 应用.医学影像学杂志,2005,15:912—915 5.戈明娟,刘小林,刘志钦,等.MR螺旋桨技术消除颅脑各种伪影的临 床应用.中国医学影像杂志,2007,15:385—387 7.宋云龙,张挽时,王忠,等.BLADE技术消除磁共振成像运动伪影 的临床应用.放射学实践,2007,22:1228—1231 8.CheryaukaAB,LeeJN,SamsonovAA.etalMRIdiffusionten- sorreconstructionwithPROPELLERdataacquisition.MagnRe- sonImaging,2004,22:139—148 9.NaganawaS,SatakeH,1wanoS,eta1.Contrast—enhancedMR imagingofthebrainusingTl—weightedFLAIRwithBLADE comparedwithaconventionalspin—echosequence.EurRadiol, 2008.18:337—342 r收稿日期2010.05.18;修回日期2OlO.10.Is)
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