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第09章

09-01
体素和像素

09-02
图像矩阵和视野

09-03
空间分辨率与部分容积效应

09-04
对比度的定义

09-05
信噪比

信噪比与累加次数
信噪比与场强
09-06
对比噪声比

09-07
年龄效应

09-08
温度效应

09-09
图像视窗


09-05 信噪比

磁共振信号强度越大,产生的磁共振图像质量越好。由于磁共振信号强度相对较低,所以图像常受背景噪音影响,就像从遥远的发射器接受无线电波信号一样。

信号的质量可以用信噪比衡量(S/N)。

医学成像的目标是在尽可能短的时间内获取信噪比和对比度都尽可能好的图像。


09-05-01 信噪比与累加次数

增加数据累加次数是提升信噪比的一种方法。重复进行磁共振成像实验,把每一次记录的磁共振信号进行加和。随机的正负噪音信号也会随累加次数的增加而增加,但是,由于噪音的统计学本质,噪音信号增加的幅度相对较小。

很多磁共振成像实验只需要两次数据的累加就能获得信噪比较好的图像。对于累加次数为n次的实验,信噪比的净增值是n的平方根。例如,累加次数为4次的实验,信噪比将增加2倍,参见图09-07和图09-08。


图09-07
数据累加次数:(a) 2;(b) 8;(c) 32;(d) 128。噪音污染随累加次数的增加而消失。


图09-08
信噪比随信号累加次数的增加而增加。
(NSA:信号累加次数,有时亦称激发次数NEX或者采样次数)。
模拟软件:MR Image Expert®


09-05-02 信噪比与场强

信噪比随场强增加而增加,理论上与场强的平方成正比。对分析型磁共振谱仪来说,样品的体积很小、没有梯度场,信噪比的提升与磁场强度的增加呈线性关系。

而在医学磁共振成像中,正如图09-09所示,使用高场仪器时,因场强增加引起信噪比的增加效果却不明显。


图09-09
使用T1-加权成像脉冲序列时,信噪比随场强变化趋势。图中描绘了最有可能的增加趋势。
(FT:脂肪组织;WM:白质;M:肌肉)。


导致这种结果的原因有很多,其中有:

弛豫时间: T1随场强增加而增加,导致在给定的重复时间TR内,信号损失更严重。

场梯度: 磁共振成像需要场梯度来获取空间编码信息。梯度必须足够大以弥补磁体不均匀性、体现水和脂肪的化学位移差异。随着场强增加,磁体不均匀性、水和脂肪化学位移差异都增大。因此,需要增加梯度以使化学位移伪影能够被很好地抑制。如果梯度场强增加一倍,那么每个像素的带宽也增加了一倍,但是,这使图像噪音也增加了√2倍。所以,双倍场强所提供的信噪比不是单倍场强的两倍,而是2的平方根倍。

线圈的电阻和样品的电阻: 噪音强度取决于线圈的电阻和人体内传导损失[⇒ Chen; ⇒ Hoult,当共振频率超过10MHz(约0.2T)时,人体内传导损失是主要决定因素。人体组成(尺寸、磁不均匀性、磁易感性效应、脂肪或水偏移)会引起额外的噪音。随着场强的增加,手部、脚部、膝关节图像的信噪比增加幅度较为明显,而头部和身体部位图像的信噪比增加幅度却较小。

伪影: 场强越高,图像伪影现象越严重[综述:⇒ Sepponen].

虽然信噪比会随临床成像仪场强增加而变化,遗憾的是,关于这种变化既没有可靠的科学研究也没有精准的检测结果。而且,活体对比度会随场强变化而变化这是人所共知的事实,但是却没有研究去测量这种变化。本文作者利用从少数几个研究中提取的数据绘制了 图09-09。

诊断准确性 与磁场强度无关。受试者特征曲线(ROC)研究显示,针对脑部研究(多发性硬化症)和关节检测(膝关节内部退化),使用0.5T仪器和1.5T仪器所得诊断的准确性是相当的[综述:[⇒ Rutt]。目前还没有关于1.5T仪器 和3.0T仪器的诊断准确性比较的科学研究。


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