آرتیفکت جابه جایی شیمیایی یا chemical shift
نوع اول:
اصولی که در پس این آرتیفکت نهفته است این است که پروتون های اتم های مختلف با فرکانس لارمور متفاوتی در حال چرخش هستند. برای مثال بین فرکانس لارمور چرخش پروتون آب و چربی مقداری اختلاف وجود دارد و پروتون آب مقداری سریعتر و با فرکانس بالاتری در حال چرخش است. این اختلاف در حدود ۳٫۵ پی پی ام می باشد. بیایید به مثالی در این زمینه توجه کنیم:
دستگاهی با مگنت ۱٫۵ تسلا را در نظر بگیرید. همانطور که می دانید فرکانس لارمور پروتون ها در این مگنت ۶۴ مگا هرتز است. حال ۳٫۵ پی پی ام این مقدار معادل ۲۲۰ هرتز می باشد. یعنی بین فرکانس لارمور آب و چربی ۲۲۰ هرتز اختلاف وجود دارد.
این آرتیفکت تصویر را در جاهایی که بافت چربی و آب مجاور هم هستند تحت تاثیر قرار می دهد. مثل اوربیت، شکم، انتهای مهره و …
به بیان ریاضیاتی زمان نمونه برداری در دستگاه ۱٫۵ تسلا حدودا برابر ۸ میلی ثانیه است. اگر فرکانس نمونه برداری ما ۲۵۶ باشد، پهنای باند به دست آمده برابر ۳۲ کیلو هرتز می شود. بنابراین یک بازه ی فرکانسی ۳۲ هرتزی تمام طول تصویر را در جهت x می پوشاند. ما در طول x تعداد ۲۵۶ پیکسل داریم. پس هر پیکسل مقدار پهنای باند برابر ۱۲۵ هرتز را در خود جای می دهد و به مقدار ۱۲۵ هرتز اطلاعات درون خود دارد. به یاد بیاوریم اختلاف فرکانس بین پروتون آب و چربی نیز ۲۲۰ هرتز بود. پس سیگنال مربوط به چربی که تقریبا به اندازه ی ۲ پیکسل با آب اختلاف فرکانس داشت، در جای اصلی خود ثبت نمی شود و دو پیکسل از جای اصلی اش فاصله می گیرد و ایجاد آرتیفکت جابه جایی شیمیایی می کند.
به صورت بصری اما گرادیان قرائت یا x باعث ایجاد تغییر تدریجی در فرکانس لارمور در طول محل اعمال خود می شود. پروتون های آب که فرکانس لارمور بالاتری دارند به سمتی از گرادیان که ایجاد فرکانس لارمور بالاتر کرده می روند و پروتون های چربی در سمت فرکانس های پایین تر می مانند. پس در این صورت در تصاویر t1w در سمتی که لوب مثبت گرادیان قرائت اعمال شده سیگنال مربوط به آب بیشتری دیده می شود و آن قسمت تیره تر است و قسمت مخالف به دلیل وجود پروتون چربی بیشتر سفید تر دیده می شود. این نقاط تیره و روشن در هر جایی که مرز آب و چربی وجود داشته باشد دیده می شود. همچنین به یاد داشته باشید این آرتیفکت فقط در جهت اعمال گرادیان قرائت یعنی جهت x رخ می دهد.
مثال زیر نیز یک نمونه ی عینی از این آرتیفکت می باشد که اگر جهت اعمال لوب مثبت گرادیان قرائت به سمت بالا باشد، سیگنال آب درون دیسک نوار تیره در تصویر t1w در بالای دیسک ایجاد می کند و سیگنال مربوط به چربی نیز به سمت پایین دیسک جابه جا شده و نوار روشن تشکیل می دهد.
عوامل افزایش دهنده ی آرتیفکت جابه جایی شیمیایی:
- بالاتر بودن قدرت میدان مغناطیسی، چون اختلاف فرکانس بین آب و چربی را بیشتر می کند و بیشتر از هم فاصله می گیرند.
- پهنای باند پایین، چون اختلاف پیکسل بیشتری برای ثبت اشتباه سیگنال به وجود می آید.
- کاهش اندازه ی پیکسل نیز با مکانیسمی مثل مورد شماره ی ۲ این آرتیفکت را تشدید می کند.
راه های کاهش این آرتیفکت:
- استفاده از حذف چربی
- افزایش اندازه ی پیکسل به قیمت کاهش رزولوشن فضایی
- کاهش قدرت میدان (عملی نیست)
- افزایش پهنای باند
- تغییر جهت فاز و فرکانس، فقط جهت آرتیفکت را عوض می کند.
- استفاده از TE بلند و دفازینگ و سیگنال چربی کمتر.
نوع دوم:
این پدیده مختص سکانس های گرادیان اکویی است و به دلیل فرکانس چرخش متفاوت آب و چربی رخ می دهد و طبق این پدیده در زمان های TE خاصی، سیگنال آب و چربی با هم همفاز می شوند یا فازشان در جهت مخالف هم قرار می گیرد. در دستگاه ۱٫۵ تسلا زمان همفازی آب و چربی ۴٫۵ میلی ثانیه می باشد. 
یعنی هر ۲٫۲۵ میلی ثانیه چربی و آب همفاز و در فاز مخالف قرار می گیرند و سیگنال یکدیگر را خنثی و تقویت می کنند. این اثر نیز جابه جایی شیمیایی نوع دوم نامیده می شود.
دو تصویر زیر با یک سکانس گرادیان اکویی و زمان TE مختلف گرفته شده اند. تصویر بالا در TE گرفته شده است که آب و چربی همفاز بوده اند و شدت سیگنال در مرز دو بافت تقویت شده. ولی تصویر پایین تضعیف شدت سیگنال در این مرز به وسیله ی دفازینگ را نشان می دهد.
راهکارهای کاهش این آرتیفکت:
- همفاز ساری آب و چربی با انتخاب TE مناسب
- افزایش پهنای باند به قیمت کاهش SNR
- استفاده از حذف سیگنال چربی
منبع: کتاب MRI THE BASICS تالیف Ray H. HASHEMI
مترجم: حسین جمله
