کاهش آرتیفکت های فلزی

استراتژی هایی برای کاهش آرتیفکت های فلزی در تصاویر MRI

برای بهبود تصاویر MR در حضور ایمپلنت فلزی می‌توان به دسته‌های زیر اشاره کرد:

پارامترهای MRI

موقعیت بیمار و توالی‌های MRI

پارامترهای MRI

قدرت میدان

– قبل از برنامه ریزی بیمار برای معاینه MRI، آگاهی از وجود ایمپلنت و محل انجام تصویربرداری بسیار مهم است. ممکن است تصویربرداری با قدرت میدان کمتر برای کاهش آرتیفکت های مرتبط با فلز ترجیح داده شود. رابطه بین آرتیفکت و قدرت میدان مغناطیسی خطی است، یعنی آزمایش‌هایی که با مگنت 1.5 T انجام می‌شود، نیمی از آرتیفکت را در مقایسه با آزمایش‌هایی که با مگنت  3T انجام می‌شود، دارند. با این حال، شدت میدان کمتر، نسبت سیگنال به نویز (SNR) را نیز کاهش می‌دهد. در برخی موارد، اندازه آرتیفکت در 3T را می توان با تنظیم پارامترهای MRI در سطح قابل قبول کاهش داد، بنابراین تصویربرداری ممکن است همچنان در 3T نسبت به T1.5 بهتر باشد.

افزایش پهنای باند

– پهنای باند بازخوانی، محدوده فرکانس های نمونه برداری یا دریافت شده توسط سیستم تصویربرداری است. از آنجایی که ایمپلنت های فلزی منجر به افزایش واریانس فرکانس ها می شود، اگر پهنای باند افزایش یابد، همپوشانی بهتری بین فرکانس های نمونه برداری شده و فرکانس های واقعی موجود وجود خواهد داشت.از آنجایی که پهنای باند به ترکیبی از میدان دید (FOV) و قدرت گرادیان کد گذاری فرکانس بستگی دارد، برای یک FOV معین، افزایش گرادیان حداکثر فرکانس تشدید و در نتیجه محدوده فرکانس ها (یعنی پهنای باند) را افزایش می دهد.

 فرکانس نمونه برداری معمولاً حداقل دو برابر حداکثر فرکانس تشدید است و با فاصله نمونه گیری رابطه معکوس دارد. با افزایش فرکانس نمونه‌برداری، متعاقبا کاهش در زمان نمونه‌برداری (نسبت به    پهنای باند1/) وجود دارد که تاثیر واریانس در فرکانس‌ها را بر کد گذاری فضایی کاهش می‌دهد. به طور معمول، پهنای باند باید دو یا سه برابر شود. این مزیت کاهش فاصله اکوها  (echo spacing) و کاهش زمان acquisition نیز دارد.

در نتیجه، SNR کاهش می‌یابد و ممکن است نیاز باشد با افزایش تعداد میانگین‌های سیگنال(NEX) جبران شود. به طور کلی، اثر افزایش پهنای باند و افزایش میانگین سیگنال منجر به زمان تصویربرداری طولانی‌تر می‌شود.

اگر اپراتور مراقب نباشد که چگونه پهنای باند گیرنده سایر پارامترهای تصویربرداری را تغییر می دهد، ممکن است اپراتور از کنتراست تصویر حاصل شگفت زده شود. به عنوان مثال، طول قطار اکو برای یک دنباله FSE ممکن است برای به دست آوردن TE موثر مورد نظر بسیار کوتاه شود، و بیشتر ظاهر وزنی با دانسیته پروتون را نسبت به ظاهر با وزن T2 ارائه می دهد. طول قطار اکو پس از هر پالس تحریک 90 درجه باید دو برابر می شد تا TE مورد نظر به دست آید. تنها با مزایای جزئی در نزدیکی مگنت، اما کاهش کلی کیفیت تصویر، افزایش پهنای باند گیرنده ارزش کمی می‌افزاید و خطرات ایرادات پیش‌بینی نشده را در بقیه تصویر به همراه دارد. افزایش پهنای باند گیرنده عموماً باید فقط به عنوان یک ابزار حل مشکل یا کاهش انباشت سیگنال برای ارزیابی بافت نزدیک ایمپلنت استفاده شود.

کاهش ضخامت برش

– با کاهش ضخامت برش، اندازه وکسل کاهش می یابد. این امر وکسل هایی را که تحت تأثیر dephasing قرار می گیرند کاهش می دهد و در نهایت باعث کاهش آرتیفکت فلزی می شود.با این حال، کاهش ضخامت بخش به بهای کاهش SNR است.

ماتریس تصویر را افزایش دهید

– مانند کاهش ضخامت برش، افزایش ماتریس تصویر منجر به وکسل های کوچکتر می شود که به نوبه خود از دست دادن سیگنال داخل وکسل را کاهش می دهد. این نیز به بهای کاهش SNR است. افزایش ماتریس تصویربرداری زمانی مؤثر است که در جهت کد گذاری فرکانس انجام شود، زیرا افزایش ماتریس در جهت کدگذاری فاز منجر به زمان تصویربرداری طولانی‌تر می‌شود.

زمان اکو را کاهش دهید. -کاهش زمان اکو (TE) تغییرات در dephasing را به حداقل می رساند و در نتیجه باعث کاهش آرتیفکت فلزی می شود. پس از یک پالس تحریک، مغناطش عرضی در طول زمان به دلیل آرامش مجدد   T2*از بین می رود، که اثر ترکیبی تخریب ذاتی T2 (غیرقابل بازیابی) و دفازه شدن اسپین ها است، که دفازه شدن در حضور ایمپلنت های فلزی بیشتر می باشد. اندکی پس از یک پالس تحریک، مغناطش عرضی از اسپین های همفازی تشکیل شده است. با گذشت زمان، اعوجاج میدان مغناطیسی ناشی از ایمپلنت فلزی باعث می‌شود که اسپین‌ها از فاز خارج شوند و بنابراین مغناطش عرضی (متشکل از مجموع برداری اسپین‌ها) کاهش می‌یابد وآرتیفکت فلزی بارزتر می‌شود. با استفاده از یک TE کوتاه، میزان dephasing اسپین کاهش می یابد، و در نتیجه آرتیفکت فلزی کاهش می یابد

نمودار رابطه TE و مغناطش عرضی را نشان می دهد.با گذشت زمان، مغناطیس عرضی کاهش می‌یابد و درجه از دست دادن مغناطیس عرضی در نزدیکی ایمپلنت‌های فلزی بیشتر می‌شود.با استفاده از یک TE کوتاه، تفاوت بین مغناطیسی عرضی کاهش می یابد، بنابراین ارتیفکت ها کاهش می یابد.

به پالس های فرکانس رادیویی غیرانتخابی یا پهن باند تغییر دهید.

-رویکرد بازیابی وارونگی در کاربردهای خاصی استفاده می‌شود، زمانی که signal nulling مورد نیاز است، مانند ارزیابی دیرهنگام افزایش گادولینیوم (LGE) در MRI قلب. در این مورد، یک پالس وارونگی انتخابی مقطع ممکن است به دلیل frequency offset در حضور فلز به طور موثر به وارونگی مغناطیسی و تهی شدن سیگنال منجر نشود. تغییر به پالس های فرکانس رادیویی غیرانتخابی یا پهن باند این مشکل را حل می کند، همانطور که در بخش توالی پالس توضیح داده شد.

موقعیت بیمار

تراز کردن دستگاه با B0.

– آرتیفکت های حاصل از ایمپلنت‌های فلزی زمانی کمترین هستند که محور طولانی ایمپلنت با جهت میدان مغناطیسی اصلی (B0) تراز باشد. در برخی موارد (به عنوان مثال، ایمپلنت های ارتوپدی)، بدن می تواند به گونه ای قرار گیرد که به محور طولانی اجازه دهد تا با B0 هم تراز شود. در بسیاری از موارد، با توجه به موقعیت دستگاه، ناحیه مورد تصویربرداری و معماری دستگاه های MRI، تغییر موقعیت بیمار برای امکان تراز کردن امکان پذیر نیست. این موضوع برای اکثر ایمپلنت های داخل شکمی، داخل جمجمه ای و داخل قفسه سینه صادق است.

هنگامی که موقعیت ایمپلنت قابل تغییر نباشد، گرادیان کدگذاری فرکانس را می توان به موازات محور طولانی ایمپلنت تراز کرد. این امر آرتیفکت های فلزی را به حداقل می رساند اما زمان تصویربرداری را افزایش می دهد. در برخی موارد، مانند ایمپلنت‌های فلزی گرد که ذاتاً باعث ایجاد آرتیفکت های بیشتر می‌شوند، تغییر گرادیان کدگذاری فرکانس با توجه به عدم وجود محور طولانی امکان‌پذیر نیست.

حرکت دستگاه به دور از آناتومی مطلوب

–

در برخی موارد، بدن ممکن است جابجا شود یا مانورهای تنفسی ممکن است انجام شود که فاصله بیشتری بین ناحیه مورد نظر تصویربرداری و محل ایمپلنت ایجاد می‌کند و در نتیجه باعث کاهش آرتیفکت در آناتومی تصویر شده می‌شود. چند استراتژی برای دور کردن آرتیفکت از آناتومی مورد نظر شامل تنظیم پارامترهای تصویربرداری برای تغییر TR، تنظیم شیم با استفاده از یک ولوم شیم محلی در طول تنظیم، و نادیده گرفتن دستی شیم اعمال شده است. هنگام تنظیم دستی شیم، بسته به محل کاشت، اغلب دوبرابر کردن ساده شیم اعمال شده در جهت چپ به راست برای جابجایی آرتیفکت مناسب است. مانورهای تنفسی اضافی (یعنی انجام تصویربرداری در طول دم انتهایی هنگامی که دیافراگم صاف شده است و ساختارهای قلب به سمت پایین تر حرکت کرده و از ایمپلنت قفسه سینه دور شده اند، نیز ممکن است در شرایط خاص مفید باشد.

توالی MRI

اسپین اکوی سریع

– اسپین اکوی سریع (FSE) از پالس‌های 180 درجه با فوکوس مجدد برای کاهش دفازه شدن (برخلاف توالی‌های gradient-echo) استفاده می‌کند و در مقابل اجازه می‌دهد چندین خط از فضای k در یک زمان تکرار معین (TR) به دست آید در مقایسه با اسپین اکوی معمولی. توالی‌های گرادیان اکو از پالس‌های تمرکز مجدد استفاده نمی‌کنند و بنابراین به طور قابل‌توجهی مستعد ناهمگونی‌های میدان هستند. در حالی که همیشه نمی‌توان توالی‌های gradient-echo را با توالی‌های FSE جایگزین کرد، باید دقت کرد که به‌طور استراتژیک مناسب‌ترین توالی برای پاسخ به سؤال بالینی خاص انتخاب شود. با این حال، در FSE به دلیل زمان‌های طولانی TE و TR، ثانیا بخاطر ماهیت ساختار دنباله ای FSE (جمع آوری 90 درجه و 180 درجه)، در مقایسه با تصاویر به‌دست‌آمده با توالی‌های gradient-echo، که از زوایای چرخشی کوچک استفاده می‌کنند و بدون پالس های 180 درجه فوکوس مجدد، ممکن است تصاویر تار شوند. علاوه بر این، FSE به ثبت نامناسب فضایی که می تواند در تنظیم ایمپلنت ها رخ دهد کمکی نمی کند.

STIR and Dixon

اثر سرکوب چربی با استفاده از STIR را می توان با تطبیق پهنای باند پالس وارونگی با پالس تحریک به حداکثر رساند. در صورت عدم تطابق، بخش تحریک ممکن است معکوس نشود و وارونگی ممکن است در حضور فلز به بخش های دیگر منتقل شود.

گرادیان اکو سریع

– استفاده از یک توالی gradient-echo سریع تخریب کننده یا ناهمدوس SPGR  به جای تصویربرداری گرادیان اکوی همدوس یا بازگرداننده (SSFP) که معمولاً برای ارزیابی اندازه و عملکرد بطن در تصویربرداری قلب استفاده می‌شود، می‌تواند منجر به کاهش آرتیفکت فلزی به بهای SNR کمتر شود. تصویربرداری SSFP به TR طولانی تری نیاز دارد، در نتیجه منجر به آرتیفکت بیشتر در مقایسه با توالی gradient-echo سریع می شود. آرتیفکت را می توان با کاهش TE از طریق بازخوانی جزئی فوریه و افزایش پهنای باند و در نتیجه کاهش TR بر این اساس کاهش داد. با این حال، این منجر به کاهش SNR و وضوح می شود. از دنباله‌های مبتنی بر گرادیان اکو باید اجتناب شود، زیرا چنین پارامترهایی اساساً درجه فروپاشی T2* را تقویت می‌کنند و منجر به از دست دادن سیگنال قابل توجهی می‌شوند.

Echo-planar and Diffusion-weighted Sequence دفیوژن وزن است و پایه ان گرادیان اکو است و اکو پلنار نحوه پرشدن فضای کا هست. تصویربرداری اکو پلنار به شدت به رزونانس خاموش B0 حساس است. با گردآوری شطرنجی آن که خطوط متعددی از فضای k را به دنبال یک تحریک RF منفرد جمع‌آوری می‌کند، جهت کدگذاری فاز اساساً یک جذب با پهنای باند بسیار کم را انجام می‌دهد. این به صورت اعوجاج هندسی قابل توجه و کاهش فاز داخل وکسل در مجاورت ساختارهای آناتومیک معمولی با حساسیت متفاوت ظاهر می شود.با این حال، با توجه به زمان کوتاه اکتساب و توانایی منحصر به فرد برای به تصویر کشیدن سکته اولیه، همچنان انجام تصویربرداری اکوی پلنار با وزن انتشار توصیه میشود