Кратко: позиционно-зависимые артефакты вызваны неоднородностями статического поля $B_0$, передачей/неоднородностью ВЧ-поля $B_1$, неточностями градиентов и токами в установке, а также химическим сдвигом и взаимодействием пациента с полем (магнитная восприимчивость, металлы, воздух). Ниже — причины с физикой и быстрые меры уменьшения.
Основные физические источники и их проявления
- Неоднородности $B_0$ (сушеств. источник артефактов)
- Причины: границы воздух/ткань (пазухи, легкие), металлические импланты, распределение магнитных материалов в теле и установке, неполный шим.
- Физика: Larmor $\omega =\gamma B_0$; локальная ошибка поля $\delta B$ даёт частотную ошибку $\Delta \omega =\gamma \delta B$ и фазу $\Delta \varphi =\Delta \omega \cdot \mathrm{TE}$.
- Внутривоксельное обесцвечивание, когда фазовая дисперсия велика: $\gamma \Delta B_{\text{voxel}}\cdot \mathrm{TE}\gtrsim \pi$.
- Проявления: искажение геометрии (особенно в EPI), выпадение сигнала, смещение ярких/тёмных областей.
- Химический сдвиг
- Частотный сдвиг пропорционален $B_0$: $\Delta f=(\gamma /2\pi )B_0\cdot {\delta }_{\text{ppm}}$ или проще $\Delta f=f_0\cdot {\delta }_{\text{ppm}}\cdot 10^{-6}$.
- Пространственное смещение вдоль частотно-кодирующей оси: $\Delta x=\Delta f\cdot \mathrm{FOV}/{\mathrm{BW}}_{\text{readout}}$.
- Проявления: смещение жирового сигнала относительно воды.
- Неоднородность/несовершенство градиентов (неточное кодирование позиции)
- Нелинейность градиентов вызывает геометрические искаж. вне изоцентра; ошибка смещения примерно $\Delta x\approx \delta B/G$ (связь поле↔позиция через градиент $G$).
- Проявления: систематические геометрические искажения, особенно у крупных пациентов, далёких от изоцентра.
- Токи Эдди и переходные поля от изменяющихся градиентов
- Временные дополнительные поля и фазовые ошибки, проявляются особенно в быстрых траекториях (EPI), приводят к искажениям/размытию.
- Неоднородность ВЧ-поля $B_1$ и эффекты диэлектричности
- На высоких $B_0$ (большие частоты) возникают стоячие волны в теле — локальные изменения угла переворота (flip angle) и интенсивности.
- Проявления: «шайдинг» по положению пациента, зависимость контраста от положения.
- Движение пациента и изменение положения тканей
- Меняет локальные поля (особенно у границ воздух/ткань), вызывает position‑dependent артефакты и разрыв фазовой когерентности.
Как минимизировать (практически, по источникам)
- Для $B_0$-неоднородностей
- Шиммирование: глобальное и локальное, использование высоких порядков шима; динамический (slice‑by‑slice) шим для EPI/спектроскопии.
- Разместить область интереса как можно ближе к изоцентру.
- Короткое $\mathrm{TE}$ и spin‑echo вместо gradient‑echo, чтобы уменьшить эффекты ${\mathrm{T}}_2^{\ast }$ и дефазировки.
- Получение и использование карты поля (field map) для посткоррекции и деформационного выпрямления; для EPI — метод «topup» (reverse PE) или FMAP‑коррекция.
- Для химического сдвига
- Увеличить полосу приёма (${\mathrm{BW}}_{\text{readout}}$) — уменьшит $\Delta x=\Delta f\cdot \mathrm{FOV}/{\mathrm{BW}}_{\text{readout}}$ (ценой SNR).
- Использовать жироподавление или спектрально-селективные импульсы.
- Для градиентных искажений и токов эдди
- Включить коррекцию нелинейности градиентов (gradwarp) от вендора.
- Тюнинг/предкомпенсация эдди‑токов, градиентная калибровка; для диффузионных/ЕPI‑последовательностей — многокадровый и многотрековый подход, короткие echo‑train.
- Применять параллельное кодирование (SENSE/GRAPPA) или многосрезовый/мультишот‑EPI, чтобы сократить время траектории (уменьшить искажения).
- Для $B_1$-неоднородностей
- Использовать RF‑shim или parallel transmit (pTx) при доступности; адъябатические импульсы, которые менее чувствительны к вариациям flip angle.
- Диэлектрические подушки (dielectric pads) для смягчения стоячих волн.
- Перекалибровка КС-пульсов под конкретного пациента.
- Для металлических артефактов
- Использовать специальные последовательности: SEMAC, MAVRIC, высокополосные импульсы, spin‑echo техники.
- Максимально удалять/изолировать металл и корректировать карту поля.
- Практические меры
- Правильная позиция пациента (на изоцентре), удаление украшений/металлов, ограничение движения (фиксирование, инструкции).
- Баланс между SNR и диапазоном коррекции: повышение BW снижает искажения, но уменьшает SNR — выбирать оптимум для задачи.
- Регулярная проверка и калибровка оборудования (шумы, градиенты, RF‑цепь).
Коротко о приоритетах: сначала позиционирование и шимирование (особенно локальный/high‑order/динамический), затем изменение параметров последовательности (BW, TE, spin‑echo, параллельное кодирование), и только затем сложные аппаратные решения (pTx, MAVRIC/SEMAC, gradwarp).