平时大家都在说扫出来的图像好不好看、清不清楚,这是一种主观评价,不同诊断老师阅片习惯不一样,对图像质量的要求也存在差异,所以需要一些能够测量且有标准数据的客观指标对磁共振图像质量进行客观评价,包括信噪比、分辨率、对比度、对比噪声比等,本篇会对信噪比定义、相关参数进行简单解读。
信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR),定义为系统接收到的有效信号振幅和背景噪声的比值,而反映到图像上则是成像区域内组织信号强度与噪声强度的比值,理论上来说SNR越高,图像的噪声就越小图像质量就越好,SNR越低,图像的噪声就越大图像质量就越差。
信噪比公式:δx、δy、δz表示体素体积,Ny、Nz表示相位编码步级,AVG表示信号平均次数,BW表示带宽,从公式中就可以看得出信噪比与哪些因素相关,而这些因素有些可以自定义修改,有的则是随着其他参数的变化而改变。
图1:2D/3D序列信噪比公式
信噪比分为绝对信噪比和相对信噪比,绝对信噪比由硬件参数决定,包括场强、线圈、磁场均匀性、组织质子密度等;相对信噪比是相对于某个序列固定的参数而言,一般厂家界面给的基本都是相对信噪比。
联影机器上,信噪比显示在参数栏的上方,写的是rSNR,代表的是相对信噪比,前缀r全称为relative。
图2:联影相对信噪比显示栏
场强、线圈通道数:相同的参数,不同场强不同线圈通道数扫描出来的图像信噪比肯定是不一样的。相同参数下3.0T场强扫描出来的图像信噪比理论上是1.5T场强的两倍,48通道的线圈的图像信噪比也会比16通道的好很多。比如在血管成像及神经系统方面还是会倾向于高场高通道数,以下两幅图可以明显看得出3.0T场强48通道头颈线圈的TOF MRA图像显然要比1.5T场强16通道头颈线圈好很多,由于信噪比的上升,远端小血管分支显示更加清晰。
层厚:平时扫描时遇到序列设置层数包不完整病灶时,有的老师喜欢增加扫描层数,而有的老师嫌扫描时间过长喜欢简单粗暴直接增加层厚,增加层厚的确不会增加额外的扫描时间,而且信噪比也会上升,但是带来的负面效果可能会得不偿失,首先是导致部分容积效应增加,其次空间分辨率会下降,最后还会引起磁敏感伪影的增加,这几点都容易造成细小病灶被漏掉。层厚与信噪比呈线性关系,如图所示,这个序列原始层厚是5mm、原始相对信噪比是1,改为10mm后相对信噪比变成了2,改为2.5mm时变成了0.5,也就是固定其他参数,层厚越厚相对信噪比越高,层厚越薄相对信噪比越低。
体素:一般我们说的体素都是采集体素,在联影的设备上无法直接修改体素大小,只能通过调整FOV间接修改,改变读出方向的体素体积会影响图像信噪比,改变相位方向的体素体积不仅会影响信噪比,还会影响扫描时间。体素体积变大,则信噪比也会上升,体素体积变小,则信噪比也会下降。
平均次数:信号采集的重复次数,之前的文章已经讲过很多遍了。而信噪比大小与信号平均次数的平方根成正比,也就是说如果这个序列平均次数为1,相对信噪比也是1,将平均次数增加到2,则相对信噪比会变成约1.41。平均次数越高,信噪比越高,但扫描时间也越长。
相位过采样:大部分时间增加相位过采样的目的在于为了覆盖相位FOV成像区域外的组织,防止卷褶伪影的发生,同时也可以增加图像的信噪比,但是扫描时间会上升。联影磁共振扫描界面,FOV为实线显示,过采样为虚线显示。原始序列过采样为0,信噪比为1,相位过采样增加到100%后,信噪比增加√2倍,会变成约1.41。
带宽:也就是采集带宽或接收带宽,是指读取磁共振信号的频率编码梯度范围,如图7所示,带宽增加,采集的信号大小不变,但是噪声增加了,所以就会导致信噪比下降。举例说明,原始序列带宽为300,信噪比为1,增加为600,则信噪比变成了0.7,带宽减少为150,则信噪比变成了1.41。
相位编码步级数:将鼠标放至联影参数常规卡相位分辨率时,会显示当前相位分辨率下相位编码步级数,保持体素大小不变,增加相位编码步级数的同时增大FOV,信噪比就会上升,但扫描时间也会增加。选择3D序列成像也能提高图像信噪比,其原因从图1的公式中就可以看出,3D序列要比2D序列多出一个方向的相位编码步级。
TR、TE、FA:
增加重复时间,纵向磁化恢复更加完全,更多磁化矢量可以进行翻转,采集到的信号量越多,信噪比也会随之增加,但同时扫描时间也会增加;
增加回波时间,会造成信号接收之前大量横向磁化矢量发生衰减,导致信噪比降低;
翻转角增大,产生的磁化矢量越大,接收到的信号越强,信噪比也就越高。
可以给大家看一下同一个序列不同信噪比的图像,放大之后应该更一目了然。
图9:同一序列不同信噪比图像差别
以上就是信噪比相关的一些参数介绍了,做一个小总结,如果只是单纯的提升信噪比,方法有如下:增加TR、降低TE、增大翻转角、增加层厚、增大体素、降低带宽、增加相位编码步级数、增加信号平均次数、使用3D容积成像。但是,我们做一幅图像,并不仅仅只考虑信噪比,有需求调整参数改变信噪比的同时,一定要综合考虑其他因素,比如图像对比度、空间分辨率、扫描时间等,平衡这些指标后,才能得到适合诊断的磁共振图像。