之前的文章介绍了磁敏感加权成像SWI的基本原理及临床应用，通过对成像获得的相位图进行高通滤过，降低主磁场不均匀及局部磁场不均匀对成像区域相位的低频干扰（相位变化随空间位置缓慢变化），或者射频场包括发射接收环节中对图像相位的低频影响，然后对处理后的相位图进行一定的信号增强或者减弱处理，并与幅值图像相乘即可获得磁敏感加权图像。磁敏感加权成像结合磁敏感加权图像和相位图在临床应用中可以用于区分出血、静脉、含铁沉积以及钙化等，相关信号分析部分请参照之前有关磁敏感加权成像原理的内容，而区分不同成分的主要依据是相位信息的不同。目前磁共振成像中显示的相位图像是在某一个特定成像参数下经过高通滤波之后获得的图像，并不能真实反映相关组织或成分的磁化率大小，所以单纯通过相位图像进行组织成分的区分易导致一些错误，其原因是在磁敏感加权成像相位图像获得、产生以及后处理的过程中都可能产生一些伪影或者假象，本文将对磁敏感加权成像中常见的图像伪影进行分析。文中有关磁敏感加权成像原理、应用及伪影的相关介绍是基于西门子医疗磁敏感加权成像序列进行阐述的，其他不同的产家请结合不同的原理进行区分。

      在进行磁敏感加权成像中常见伪影的识别之前，有必要回顾一下在进行磁敏感加权成像中常见成像组织或者成分的相关特性。磁敏感加权成像序列研发的初衷是显示颅脑的静脉系统，根据动静脉在磁共振中不同的驰豫特性（在1.5T中，动脉血的T2*值为200ms，静脉血的T2*值为100ms）可以使用长回波时间TE的成像方式进行成像；也可以利用根据动静脉系统与周围组织的磁化率差异进行成像，根据文献报道，当血氧饱和度为55%时，血液的磁化率差异为大约0.18ppm。血液的磁化率随着脱氧的增加而增加，但是动静脉血之间基本没有化学位移。另外，出血和白质的磁化率差异约为0.25ppm，钙化和白质的磁化率差异约为-0.15ppm，所以可以根据不同成分的磁化率差异对相位图的影响进行成像而显示静脉、出血及钙化等。

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      目前的静脉系统成像基本都基于磁化率差异的方式进行成像，在成像过程中T2*加权的幅值图像（Mag）不做额外的后处理，采集获得的相位图经过一定带宽的高通滤波之后显示为成像序列的相位图（Phase），然后将高通滤波后的相位图经过一定的转换，形成相位蒙片并与幅值图相乘就获得了磁敏感加权图像（SWI），最终将磁敏感加权图像进行最小信号投影就得到了最小信号投影的磁敏感加权图像（mIP SWI）。由于钙化、出血（亚急性晚期除外）、含铁沉积本身质子密度极低或者T2*极短，在幅值图像上往往表现为低信号，在磁敏感加权图像上也显示为低信号，需要通过相位图像进行鉴别。相位图像是否有伪影或者相位图像的相位如何解释都将影响不同组织成分的区分，所以本文所述的磁敏感加权成像的伪影主要指的就是相位图像的伪影。

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      磁敏感加权成像SWI相位图像产生伪影的原因主要有：（1）SWI的成像参数如回波时间TE选择不合理导致的相位卷褶伪影；（2）磁化率差异组织或成分产生的感应磁场对外加磁场的干扰在各个方向不一致导致的相位差异；（3）组织或成像区域与周围组织存在较大的磁化率差异而导致的相位伪影；（4）SWI成像过程中使用的后处理算法不合适产生的伪影，例如高通滤波方式选择不合理导致的伪影。下面介绍一下这四种导致SWI相位图图像伪影的产生机制、图像表现及应对策略。

一、回波时间TE的选择不合适

产生机制：

     磁敏感加权成像中回波时间TE的选择主要需要兼顾两点：在幅值图像中能够很好地区分动静脉系统，另外也需要在相位图像上对出血、钙化等成分进行最大程度的区分。那么回波时间TE如何影响磁敏感加权成像的相位，又如何选定较为合适的回波时间呢？在相关的磁敏感加权成像的推荐参数中，回波时间往往与场强大小成反比，并且随着场强的提升成比例降低，其目的是为了保证在不同场强下，相位图像的可对比性。

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      在进行磁敏感加权成像中，回波时间TE的选择主要考虑以下几点：

1、产生良好的静脉与周围组织对比

     （1）在进行T2*加权成像中，为了获得良好的组织对比，往往会将回波时间TE设置在组织T2*驰豫时间的一半至组织T2*驰豫时间，当缩短成像序列的重复时间TR时，一般将回波时间设置在组织T2*驰豫时间的一半。根据文献报道，在1.5T设备上测量的静脉血T2*驰豫时间大约为100ms，所以进行T2*加权成像时，为了获得良好的图像对比，设置的回波时间需要在50ms左右。

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     （2）根据文献报道，去氧血红蛋白和含氧血红蛋白的磁化率差异大约为0.18ppm，该值随着氧含量的变化而变化。同时，静脉与周围颅脑灰白质组织的磁化率差异大约在0.20ppm。通过计算，在1.5T设备中，当回波时间设置在40ms时，静脉与周围组织的磁矩将出现类似水脂化学位移反相位的相位抵消，从而显示为低信号，更利于静脉的显示。

      使用回波时间TE为40ms时，能够通过相位抵消的方式实现静脉的显示，特别是静脉的大小小于或接近成像体素时，更能突出显示静脉，所以说这种信号相互抵消的前提是成像体素内既有静脉又有灰白质组织，即存在部分容积效应时，才能最优化显示静脉。当成像的体素小于静脉大小时，在静脉与周围组织交界的区域显示为低信号（信号抵消），静脉的中心则显示为稍高信号（主要原因是信号无法抵消，TE时刻并不能彻底衰减静脉的信号及流入增强效应的影响），但是经过相位蒙片处理之后，磁敏感图像上显示的静脉都为低信号，如下图所示。

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2、回波时间的选择有利于不同磁化率组织相位差异的形成

     在进行具有不同磁化率组织的成像中，相位的演变过程可以简单通过ϕ=ϒ*X*B0*TE进行表示，即相位的大小ϕ与组织的磁化率X、主磁场的场强B0和回波时间TE成正比或线性相关。磁共振成像过程中，相位识别的范围是在-Π至Π之间，超过该范围将出现相位缠绕或者相位卷褶。根据上述公式以1.5T磁共振设备，静脉与周围组织的磁化率差异为0.20ppm为例做一个初步的演算，发现当回波时间TE为14ms及40ms时，静脉的相位接近Π，如下图所示，可以获得最佳的与周围组织的相位对比。当把回波时间TE设置为14ms时，动静脉之间的信号差别不大，整体的对比欠佳，而回波时间TE为40ms时，可以获得较好的动静脉信号对比，同时相位信息也能得到较好的区分。

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      综上，1.5T设备上往往使用40ms的回波时间进行磁敏感加权成像，但是在成像过程中如若发生以下情况：（1）大幅回波时间增加并超过40ms；（2）组织的磁化率差异发生较大的增加，将导致回波时间TE时刻的相位超过Π或者-Π，出现相位卷褶。

图像表现：

     当增加成像的回波时间TE或者成像的组织或成像的磁化率超过了原本预期的数值时如大范围出血导致含铁血黄素浓聚时，将造成磁化率的升高，进行磁敏感加权成像后，将在相位图像上出现高低混杂的信号，并且信号分布没有明显的分界和特征。

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应对策略：

     根据上述有关磁敏感加权成像序列中回波时间TE选择的背景，当磁敏感加权成像相位图中出现相位卷褶时，可以采取以下方法减轻或者消除影响：

1、使用更小的回波时间TE进行磁敏感加权成像，一般采用双回波的方式进行成像，例如成像序列的最小回波时间及SWI成像序列推荐的回波时间进行成像。通过两个不同回波时间的相位图像的对比，判读是否是由于组织或病变的磁化率增大而导致的磁敏感加权图像的相位卷褶。

2、采用多回波磁敏感加权成像序列进行信号采集，然后使用定量磁化率图QSM进行分析，以判读每个像素点的磁化率，消除相位卷褶对相位图解释的影响，如下图所示。

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      由回波时间TE过长导致的相位卷褶可以通过减小回波时间的方式去除相位卷褶的影响，但是并不是所有的在相位图像上出现的相位卷褶都是由于回波时间TE过长导致的，还有一个重要的成像因素要纳入到影响相位图的解读中，即感应磁场对组织或成分内部及外部磁场的影响。

二、成像组织或成分对外加磁场的干扰导致相位分布的变化

      当组织进入主磁场后将被磁化并在内部产生感应磁场，同时感应磁场也将影响外部的主磁场，而组织或成分产生的感应磁场和对主磁场的影响与组织或成分的几何结构相关。在人体组织中，往往以无限长柱形物体的模型来分析静脉产生感应磁场和对主磁场的影响，并以均匀球形物体的模型来分析出血及钙化产生感应磁化和对主磁场的影响。在组织或者成分内外部的磁场变化可以表示为：

圆柱形物体模型下对内外部磁场的影响：

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其中Δχ为感兴趣组织与周围组织结构的磁化率差异，χe为周围背景组织的磁化率，θ为长柱形物体与主磁场B0之间的夹角，a为圆柱的半径，φ为位置矢量r与主磁场方向投影到垂直于长柱形物体轴线平面之间的夹角。

球形物体模型下对内外部磁场的影响：

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其中Δχ为感兴趣组织与周围组织结构的磁化率差异，χe为周围背景组织的磁化率，θ为位置矢量r与主磁场B0之间的夹角，a为球形的半径。

     通过上述的分析可知，当人体组织结构或者相关成分进入主磁场之后，组织结构或成分发生磁化产生感应磁场的同时，也将影响组织结构及成分周围的磁场。根据磁共振成像相位变化的逻辑，当局部磁场发生变化时，相位也将随之发生变化，并且相位与局部磁场成正相关，所以在感兴趣组织或结构的周围，当存在较大的磁化率差异时，将在其内部产生较为明显的感应磁场并影响其周围磁场的环境。

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     以磁敏感成像用于分析常见的出血和钙化为例，通常使用球状模型来分析出血和钙化在主磁场环境下的感应磁场和对主磁场的影响，如上图所示为一个球形结构产生的感应磁场和对主磁场影响的示意图。顺磁性物质如出血在其内部产生的感应磁场与主磁场叠加，具有稍高于主磁场强度的局部磁场，使得质子的进动频率加快。在出血的周围，感应磁场也将影响外加磁场的大小，并且这种影响与主磁场的角度相关。当角度小于54.7°时，该区域的局部磁场有一定程度地增加，使质子进动频率加快；当角度大于54.7°时，该区域的局部磁场受感应磁场及角度、空间位置的综合影响，质子进动频率随空间位置的变化而变化。而逆磁性的钙化产生的感应磁场和对主磁场的影响与出血相反。出血和钙化产生的感应磁场和对主磁场的影响最终导致相位图相位的变化如下图所示，在球形的中心位置显示的相位信息较为均匀，随着空间位置的变化，球形区域的外围相位信息受到感应磁场对外界扰动的影响而变得混杂。

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      无限长圆柱体模型例如静脉在主磁场环境下产生的感应磁场和静脉周围外加磁场的变化同样可以根据上述公式进行分析，但是该过程比球状模型更为复杂，在此不做进一步的分析。需要注意的是，与主磁场成不同角度的静脉内部具有不同的感应磁场，在相位图像上具有不同的相位大小；在静脉周围的相位也随着静脉与主磁场的角度、距离静脉的空间位置的变化而变化。 

       在分析成像的组织和成分感应磁场和对外加磁场的改变对相位图像的影响时，也需要考虑上一部分回波时间TE对相位图像影响的内容，当出血或者钙化的范围增大，磁化率变化增大时，可能导致相位发生卷褶，磁偶极子的相位影响也将发生变化，如下图所示，当顺磁性或者逆磁性的范围增大，磁化率差别变大时导致相位卷褶，磁偶极子的相位表现会发生一定的变化。

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图像表现

      通过对相位图的三维重建，顺磁性物质和逆磁性物质的相位图具有不同的表现，顺磁性物质如出血在相位图上表现为沿着主磁场方向的中心高信号两边低信号的夹心饼状的信号表现；而逆磁性物质如钙化在相位图上表现为沿着主磁场方向的中心低信号两边高信号的夹心饼状的信号表现，如下图所示。

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A图显示的是松果体钙化的相位图，在冠状位图像上显示钙化的中心区域是低信号，在Z轴的中心点上下显示为高信号；B图显示的是微出血灶，在冠状位图像上显示出血的中心区域是高信号，在Z轴的中心点上下显示为低信号；C图显示的是较大的出血灶，在冠状位图像上显示出血的中心区域是低信号（相位卷褶导致的低信号），在Z轴的中心点上下显示为低信号，但是在出血灶的左右前后侧翼显示为高信号。

应对策略

      由不同磁化率的组织或成分进入主磁场后产生的感应磁场以及对主磁场干扰导致的组织或成分本身及周围的相位变化在磁敏感加权成像序列中暂无有效的方法消除这种效应对相位图像的影响。随着磁敏感加权成像技术的发展，目前可以通过QSM对组织或成分的磁化率进行定量分析，舍去了相位图像上有关相位变化对诊断带来的干扰。

三、相位图像后处理不合适导致的相位变化

       在进行磁敏感加权成像时，采集获得的原始相位图包含了原本主磁场不均匀导致的相位变化；不同组织间存在的化学位移导致的相位变化；不同磁化率组织间在局部及全局导致的相位变化，这些因素混合在一起影响相位的变化。为了去除由于主磁场不均匀或者本身磁化率差别对全局图像的相位变化，往往使用高通滤波的方式对相位图像进行处理。滤波器的带宽将影响最终显示的相位图像。如下图所示，A图为未经过任何处理的原始相位图，B图为使用32x32的宽度进行高通滤波之后的相位图，C图为使用64x64的宽度进行高通滤波之后的相位图。使用的滤波器的宽度越大，去除背景相位的能力越强，但是也可能去除不同磁化率组织或成分之间产生的相位信息。

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     在磁敏感加权成像序列开发的初期，开发者尝试使用不同的高通滤波宽度进行对比，以获得最佳最稳定的相位图像，经过反复验证，目前在临床应用中使用的磁敏感加权成像序列的相位图使用高通滤波器的宽度为64x64。序列开发者综合考虑各种因素，高通滤波的宽度不能由临床使用者随意更改，所以在本文中不对由于相位后处理导致的磁敏感加权图像的相位伪影进行讨论。

     除此之外，在进行颅脑磁敏感加权成像时，在磁化率变化比较大的区域例如颅底，骨骼与脑组织交界的区域会出现比较明显的相位变化，通过高通滤波也不能完全消除背景相位的干扰，导致该区域的相位图像出现一些信号畸变，在此也不做讨论。

     在磁敏感加权成像的过程中，序列不仅受成像参数、受检者、外界环境的影响可能出现卷褶伪影、部分容积效应、运动位移或者射频干扰等伪影的影响。除此之外，磁敏感加权成像是利用幅值图像与经过处理的相位蒙片进行相乘获得更好组织或成分对比的成像技术。相位图像受到主磁场不均匀、射频场不均匀、组织化学位移及磁化率差异等影响，只有使用正确的方法获得保真度较好的相位图，才利于后续的SWI图像重建和相位信息的解读。 

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