Principios Básicos de IRM

Capítulo 11

ARTEFACTOS EN LA IMAGEN



Introducción

En los capítulos anteriores de este libro, asumimos que el equipo de resonancia magnética funcionaba exactamente según lo predice la teoría. Esta sección describe que ocurre cuando el equipo no se comporta según lo esperado y aparece un artefacto en la imagen.

Un artefacto en la imagen es cualquier detalle que aparece en la imagen que no se encuentra presente en el objeto original a representar. Un artefacto en la imagen es el resultado del funcionamiento inapropiado del equipo algunas veces y, otras, es consecuencia de procesos naturales del cuerpo humano. Es importante estar familiarizado con la apariencia de los artefactos ya que los mismos pueden confundir y ser confundidos con una patología. Por lo tanto, los artefactos en la imagen pueden producir falsos negativos y falsos positivos

Los artefactos se clasifican generalmente de acuerdo a su origen, y existen docenas de artefactos en la imagen. El siguiente cuadro resume algunos de ellos.

ArtefactoCausa
Distorsión de la señal y
Artefacto de Cuadratura
Defecto en el circuito de detección de RF
Ruido de RFDefecto en el Blindaje de RF
Inhomogeneidad de Bo Objeto de metal que distorsiona el campo Bo
GradienteDefecto en el gradiente de campo magnético
SusceptibilidadObjetos dentro del FOV con mayor o menor susceptibilidad magnética
Inhomogeneidad de RFDefecto o funcionamiento normal de la bobina de RF, y metal en la anatomía
MovimientoMovimiento del objeto a representar durante la secuencia
FlujoMovimiento de los fluidos corporales durante la secuencia
Desplazamiento Químico Campo Bo alto y diferencia de desplazamiento químico entre los tejidos
Volumen Parcial Tamaño grande del vóxel
EnrollamientoElección inadecuada del campo de visión (FOV)
Anillos de GibbsMatriz de imagen pequeña y bruscas discontinuidades de la señal en la imagen
Angulo MágicoAngulo entre Bo y el eje dipolar en los sólidos

Vuestra capacidad para identificar el origen de un artefacto dependerá de la comprensión del material presentado anteriormente en este libro. Resultan de particular utilidad la física del espín, las secuencias de pulsos, la transformada de Fourier, los pares de Fourier, el equipamiento y el procesamiento de la señal. Por ejemplo, la comprensión de la secuencia de pulso espín-eco, los pares de Fourier y el procesamiento de la señal le permitirán predecir el efecto del movimiento durante un estudio. A continuación presentaremos un ejemplo de cada uno de estos artefactos. Se advierte al lector que algunos problemas del equipo se pueden manifestar de varias maneras. Por lo tanto, no todos los artefactos de cierto tipo se visualizarán de la misma forma

Distorsión de la Señal (DC Offset) y Artefacto de Cuadratura

Un artefacto por distorsión de la señal es uno de dos posibles artefactos asociados con el detector de radiofrecuencia (RF). Se hizo referencia al detector de RF en el Capítulo 9 de Componentes del Equipo de Resonancia como el detector de cuadratura. Un artefacto por distorsión de la señal esta causado por un error sistemático de voltaje en uno o ambos amplificadores de la señal en el detector. Recuerden, del Capítulo 5 Transformada de Fourier que la TF de una constante en el dominio del tiempo es un pico en la frecuencia cero. La TF de una señal desplazada verticalmente en el dominio del tiempo es la TF de la señal, que tiene el mismo pico en la frecuencia cero. Los datos del espacio-K que contienen dicha distorsión tienen el mismo pico en la frecuencia cero cuando se les aplica la TF. Por lo tanto, hay un punto brillante exactamente en el centro de la imagen.

El segundo tipo de artefacto asociado al detector de RF es el artefacto por cuadratura. Este artefacto es causado por una diferencia en la ganancia de los canales de las componentes real e imaginaria del detector de cuadratura. Para que la Transformada de Fourier (TF) funcione correctamente, la ganancia de ambos juegos de mezcladores, filtros y amplificadores doble balanceados de los canales de las componentes real e imaginaria del detector de cuadratura deben tener eficiencias idénticas. Cuando esto no ocurre, la TF puede incluir un pequeño componente negativo de cualquiera de las frecuencias presentes de la señal. Este pequeño componente negativo provoca imágenes fantasmas del objeto en forma diagonal. Aquí tienen un ejemplo de este artefacto cuando las señales difieren en un 50%. Tanto el artefacto por distorsión de la onda como el de cuadratura son resultado de un desperfecto del equipamiento y deben ser atendidos por el servicio técnico.

Ruido de RF

Un defecto en el blindaje de RF que impide que el ruido externo ingrese al detector, es la causa del artefacto por ruido de RF. La forma de este artefacto en la imagen depende de la fuente del ruido y en qué lugar de la señal se introduce. Se puede conocer mucho sobre la fuente del ruido de RF aplicando la transformada inversa de Fourier a la imagen. Por ejemplo, un punto brillante en algún l ugar de la imagen puede estar causado por una única frecuencia que se infiltra en la señal. La ventana de animación contiene una imagen con dos diferentes artefactos por ruido de RF, representados por las líneas diagonales y las dos líneas horizontales que se han marcado con flechas. . Una posible forma de solucionar el problema antes de llamar al servicio técnico, consiste en corroborar que la puerta de la sala de examen cierre apropiadamente.

Inhomogeneidad de Bo

La obtención de imágenes por resonancia magnética presume la homogeneidad del campo magnético Bo . Un campo magnético Bo inhomogéneo produce imágenes distorsionadas. Las distorsiones pueden ser espaciales o de intensidad, o ambas. Las distorsiones de intensidad se deben a que la homogeneidad del campo es mayor o menor en una ubicación que en el resto del objeto a representar. El T2* en esta región es diferente, y por lo tanto la señal tenderá a ser diferente. Por ejemplo, si la homogeneidad es menor, el T2* será menor y la señal será escasa. La distorsión espacial ocurre con gradientes de campo Bo de amplio rango, constantes en el tiempo. Esto provoca que los espines resuenen a otras frecuencias de Larmor que las previstas por la secuencia. Por ejemplo, considere el diagrama en la ventana de animación que representa un gradiente de campo magnético unidimensional perfectamente lineal (en negro) y uno distorsionado (rojo). Idealmente, los espines en una única posición x deberían experimentar un único campo magnético y resonar a una única frecuencia. Con un gradiente distorsionado, no hay relación lineal entre la posición x y la frecuencia ?. Como se asume linealidad durante el procesamiento de la imagen, la imagen resultante resultará distorsionada.

La ventana de animación contiene una imagen de cuatro tubos rectos llenos de agua, posicionados para formar un cuadrado. La imagen por resonancia magnética muestra una notable curvatura en uno de los tubos debido a la falta de uniformidad del campo magnético Bo.

Gradiente

Los artefactos causados por problemas en el sistema de gradientes son generalmente muy similares a los descriptos para los artefactos por inhomogeneidad de Bo. Un gradiente que no es constante con respecto a la dirección de gradiente distorsionará la imagen. Esto generalmente solo es posible si la bobina de gradiente se encuentra dañada. Otros artefactos relacionados con el gradiente se deben a corrientes anormales que pasan a través de las bobinas de gradiente. En esta imagen, el gradiente codificador de la frecuencia (codificación izquierda/derecha) está operando a la mitad de su valor deseado. .

Susceptibilidad

Un artefacto por susceptibilidad magnética se produce por la presencia dentro del FOV de un objeto con mayor o menor susceptibilidad magnética. La susceptibilidad magnética de un material es una medida del campo que se genera dentro del material cuando se somete a un campo magnético externo. Los materiales diamagnéticos tienen un campo ligeramente menor que en el vacío, mientras que los materiales paramagnéticos tienen un campo levemente mayor. Los materiales ferromagnéticos tienen un campo mucho mayor. La imagen en la ventana de animación representa una región con un campo magnético homogéneo donde se ha colocado un objeto con mayor susceptibilidad magnética Como resultado, las líneas del campo magnético se tuercen hacia el objeto. Consecuentemente, existen campos más fuertes y más débiles en varios lugares alrededor del objeto. La distorsión se observa en el campo magnético estático Bo, el campo magnético de radiofrecuencia B1, y en los gradientes de campo magnético. A veces, el artefacto por susceptibilidad es causado por un metal, como un objeto de titanio o acero dentro del cuerpo. Estos objetos producen artefactos adicionales, como el artefacto por inhomogeneidad de RF que se explica a continuación, lo cual dificulta presentar una imagen de este ejemplo

Inhomogeneidad de RF

Un artefacto por inhomogeneidad de la RF consiste en la presencia de una variación no deseada de la intensidad de la señal en la imagen. La causa puede ser una falta de uniformidad del campo B1 o de la sensibilidad de la bobina receptora. Algunas bobinas de RF, como la de superficie, presentan naturalmente variaciones de sensibilidad y siempre producirán este artefacto. La ventana de animación contiene una imagen de una bobina de superficie con su característica caída de intensidad a medida que uno se aleja de la bobina. La presencia de este artefacto en otras bobinas representa un defecto de un elemento en la bobina de RF o la presencia de metal en el objeto a representar. Por ejemplo, un objeto de metal que impide que el campo de RF pase al tejido causará un vacío de señal en la imagen.

La imagen sagital de cerebro que se adjunta contiene un artefacto por inhomogeneidad de RF en la región de la boca . (ver flecha). El paciente posee una gran cantidad de arreglos dentales con metal no ferromagnético en la boca. El metal actúa como blindaje de los pulsos de RF en las regiones cerca de la boca, produciendo así un vacío de la señal. El metal no distorsiona significativamente el campo magnético estático Bo a grandes distancias; por lo tanto, la imagen del cerebro no está significativamente distorsionada.

Movimiento

Como su nombre lo indica, los artefactos por movimiento son causados por el movimiento de todo o parte del objeto a representar durante la adquisición de la imagen. El movimiento de todo el objeto produce borrosidad de toda la imagen con imágenes fantasmas en la dirección de codificación de fase. El movimiento de pequeñas porciones del objeto a representar produce borrosidad de esa pequeña porción del objeto en la imagen.

Para comprender este artefacto, imagine el siguiente ejemplo. Se adquiere la imagen de un objeto conteniendo un único espín La porción central de los datos crudos en MX se verá de la siguiente forma. La frecuencia de las ondas está asociada a la posición en la dirección de codificación de frecuencia, y la variación en fase de las ondas está asociada a la posición en la dirección de codificación de fase. Aplicando primero la Transformada de Fourier (TF) en la dirección de frecuencia, se obtiene un único pico oscilante. Visualizando los datos en función de la fase, se observa más claramente. Si aplicamos después la TF en la dirección de fase, se obtiene un único pico en la ubicación original del objeto.

Ahora imagine el mismo ejemplo, excepto que durante los pasos de codificación de fase, el objeto se mueve a una nueva ubicación en la dirección de codificación de frecuencia. La porción central de los datos crudos en MX se verá de la siguiente forma. Aplicando primero la TF en la dirección de la frecuencia, se obtienen dos picos oscilantes que bruscamente detienen su oscilación. Visualizamos los datos en función de la fase para observar esto más claramente Aplicando la TF en la dirección de fase, se obtienen varios picos que se repiten en las dos frecuencias. Esto se debe a que el par de Fourier de una onda senoidal truncada es una función sinc. La representación en magnitud de los datos hace que todos los picos sean positivos.

La ventana de animación contiene una imagen por resonancia magnética del cerebro, en la cual la cabeza se movió en la dirección superior/inferior durante la adquisición.

La solución al artefacto por movimiento es inmovilizar al paciente u objeto a representar. A veces, el movimiento es causado por el latido cardíaco o la respiración del paciente; los cuales no pueden ser legalmente eliminados. La solución en estos casos es sincronizar la adquisición al ciclo cardíaco o respiratorio del paciente. Por ejemplo, si el movimiento es causado por una arteria, uno podría programar los pasos de codificación de fase para que se inicien a intervalos fijos después de la onda R del ciclo cardíaco. De esta forma, la arteria siempre se encuentra en la misma posición.

Una sincronización similar se puede realizar con el ciclo respiratorio. Una desventaja de esta técnica es que la elección del TR está determinada por la frecuencia cardíaca o respiratoria. Las técnicas para eliminar los artefactos por movimiento reciben diferentes nombres por los distintos fabricantes de los equipos de resonancia magnética. Por ejemplo, algunos nombres de secuencias para eliminar artefactos por movimientos son gatillado respiratorio o compensación respiratoria..

La imagen axial de cerebro que se adjunta muestra un artefacto por movimiento . Un vaso sanguíneo del lado posterior de la cabeza se movió en formal pulsátil durante la adquisición. Este movimiento originó imágenes fantasmas en la imagen

Flujo

Los artefactos por flujo son causados por el flujo sanguíneo u otros fluidos corporales. Un líquido que fluye a través de una sección transversal puede recibir un pulso de RF y luego salir de la sección en el momento que se obtiene la señal. Imagine el siguiente ejemplo. Estamos utilizando una secuencia espín-eco para adquirir una imagen de una sección. Aquí se muestran el diagrama temporal y una vista lateral de la sección. Durante el pulso selectivo de 90º, la sangre en dicha sección rota 90º. Antes de aplicar el pulso de 180º, la sangre que recibió el pulso de 90º abandona la sección. El pulso selectivo de 180º rota los espines de esa sección en 180º. Sin embargo, la sangre de la sección tiene su magnetización a lo largo del Z+ antes del pulso y a lo largo de Z- después del pulso. Por lo tanto no produce señal. En el momento en que se registra el eco, la sección solo contiene sangre que no ha recibido ni el pulso de 90º ni el de 180º. El resultado es que el vaso sanguíneo, que sabemos que contiene una alta concentración de núcleos de hidrógenos, no produce señal.

Aquí hay un ejemplo de una sección axial de las piernas. Observe que los vasos sanguíneos aparecen negros aunque contienen una gran cantidad de agua.

En una secuencia multicorte, los cortes pueden ser posicionados de manera tal que la sangre que recibe el pulso de 90º en un corte puede ingresar en el siguiente corte y experimentar una rotación de 180º, y en un tercer corte y contribuir con la señal. En este caso, el vaso tendrá una señal de alta intensidad. El efecto es generalmente que los vasos sanguíneos presentan baja intensidad de señal en algunos cortes y alta intensidad de señal en otros.

Desplazamiento Químico

En una imagen, el artefacto por desplazamiento químico consiste en un error de registro de las posiciones relativas de dos tejidos que poseen diferentes desplazamientos químicos. El error de registro más común es entre la grasa y el agua. El artefacto por desplazamiento químico es causado por la diferencia de desplazamiento químico (frecuencia de Larmor) entre la grasa y el agua.

Recuerde del Capítulo de Espectroscopía por RMN que la definición de desplazamiento químico, δ, es

δ = (ν - νREF) × 106 / νREF

donde ν es la frecuencia de resonancia de un núcleo y νREF es la frecuencia de resonancia de un núcleo de referencia. La diferencia de desplazamiento químico entre dos núcleos denominados 1 y 2 es:

δ2 - δ1 = (ν2 - ν1 ) x106 / νREF

lo cual es aproximadamente igual a:

2 - ν1 ) × 106 / γBo .

La diferencia de desplazamiento químico entre el agua y la grasa es de aproximadamente 3.5 ppm, que en un campo de 1.5 Tesla corresponde a una diferencia de frecuencia entre el agua y la grasa de aproximadamente 220 Hz. Durante el proceso de selección de corte, hay un pequeño desplazamiento entre la ubicación de los espines del agua y la grasa que han rotado por el pulso de RF. Esta diferencia se ha exagerado en la siguiente ventana de animación DDurante la aplicación del gradiente de codificación de fase, los espines del agua y la grasa adquieren una fase a diferentes velocidades. El efecto es que los espines del agua y la grasa del mismo vóxel son codificados como si estuvieran ubicados en diferentes voxeles. En el siguiente ejemplo, los nueve voxeles poseen un vector rojo de agua. El vóxel central presenta la magnetización de la grasa además del agua En un campo magnético uniforme, los vectores precesan a su propia frecuencia de Larmor. Cuando se aplica un gradiente de campo magnético, como el gradiente de codificación de fase, los espines en diferentes posiciones x precesan a una frecuencia que depende de su frecuencia de Larmor y del campo Bo. En este ejemplo, el vector de la grasa tiene la misma frecuencia que el vector del agua en el vóxel superior derecho. Cuando se apaga el gradiente codificador de fase, cada vector ha adquirido una fase propia que depende de su posición en x Durante el gradiente de codificación de frecuencia, los espines del agua y la grasa ubicados en el mismo vóxel precesan a diferentes velocidades con una diferencia de 3.5 ppm. El efecto neto es que el agua y la grasa ubicadas en el mismo vóxel son codificadas como si estuvieran ubicadas en diferentes voxeles. En este ejemplo, el vector de la grasa en el vóxel central posee una fase y una frecuencia precesional como si estuviera ubicado en el vóxel superior derecho. La imagen resultante ubica la grasa en el vóxel a la derecha en vez de en el centro Aunque la fase es diferente, la grasa no se codifica como si estuviera en un vóxel con una dirección de codificación de fase diferente. Lo que importa en la codificación de fase es la diferencia de fase entre pasos y esta no cambia.

El artefacto por desplazamiento químico en unidades de distancia del FOV es

δ γ Bo FOV / fs
y

δ γ Bo NPTSf / fs
en píxeles donde NPTSf es el número de píxeles en dirección de la codificación de frecuencia. Para una tasa de muestreo constante, a mayor Bo, mayor es el artefacto. A 1.5 T y una tasa de muestreo de16 kHz, el efecto es de 3.58 píxeles. A 3.0 T y una tasa de muestreo de 16 kHz, el efecto es de 7.15 píxeles. Una de las razones por las que se utilizan mayores tasas de muestreo es la de minimizar el artefacto por desplazamiento químico. En esta imagen axial de las piernas, hay un artefacto por desplazamiento químico entre la grasa y el músculo de las piernas.

Volumen Parcial

En general, el término artefacto por volumen parcial describe cualquier artefacto que ocurre cuando el tamaño del vóxel de la imagen es más grande que el tamaño del detalle a representar. Por ejemplo, si un pequeño vóxel contiene solo señal de agua o grasa, y un vóxel mas grande puede contener una combinación de ambas, un vóxel grande posee una intensidad de señal que equivale al promedio ponderado de la cantidad de agua y grasa presente en el vóxel.

Otra manifestación de este tipo de artefacto es la pérdida de resolución debido a múltiples características presentes en el vóxel de la imagen. Por ejemplo, un pequeño vaso sanguíneo que pasa en diagonal a través de una sección puede aparecer nítida en una sección de 3 mm de espesor, pero borrosa en una sección de 5 mm o 10 mm.

Aquí hay una comparación entre dos secciones axiales de un mismo sitio en la cabeza. Una se obtiene con un espesor de corte de 3mm y la otra con un espesor de 10 mm. Observe la pérdida de resolución en la imagen de 10 mm de espesor. La solución a un artefacto por volumen parcial es un vóxel más pequeño, aunque esto pueda empobrecer la relación señal/ruido en la imagen.

Enrollamiento

Un artefacto por enrollamiento es la aparición de una parte de la anatomía a representar, ubicada por fuera del campo de visión (FOV), dentro del campo de visión. Por ejemplo, una imagen de la cabeza humana puede tener una parte de la nariz por fuera del FOV. La nariz, sin embargo, aparece pero en la parte posterior de la cabeza. En este artefacto, los objetos ubicados por fuera del FOV aparecen el margen opuesto de la imagen, como si uno tomara la imagen y la enrollara alrededor de un cilindro.

Este artefacto ocurre cuando el FOV seleccionado es más pequeño que el tamaño del objeto a representar o, más específicamente, cuando la tasa de digitalización es menor que el rango de frecuencias en la FID o eco. El origen de este problema ya fue presentado en el Capítulo sobre Transformada de Fourier. La solución al artefacto por enrollamiento es seleccionar un FOV más grande, ajustar la posición del centro de la imagen, o seleccionar una bobina que no excite o detecte los espines de los tejidos por fuera del FOV deseado.

Las imágenes sagitales que se adjuntan de la cabeza y mama contienen artefactos por enrollamiento. En la imagen de la cabeza, la nariz se extiende por fuera del FOV sobre la izquierda, y su posición en la imagen está enrollada y aparece sobre la derecha de la imagen. En términos de frecuencia y tasa de digitalización, la nariz se ubica en una posición que posee una frecuencia de resonancia mayor que la tasa de digitalización. Consecuentemente, se enrolla y aparece en el extremo derecho de la imagen.

En la imagen sagital de la mama, la porción de la imagen por debajo de la flecha debería aparecer en la parte superior de la imagen. Esta porción estaba ubicada en una posición que tenía una frecuencia de resonancia mayor que la tasa de digitalización. Como consecuencia, se enrolla y aparece en el extremo inferior de la imagen.

Varios equipos más modernos utilizan una combinación de sobremuestreo, filtrado digital y decimación para eliminar el artefacto por enrollamiento en la dirección de codificación de frecuencia. Este punto fue discutido en la sección del detector en este capítulo sobre Componentes del Equipo. El enrollamiento en la dirección de fase se puede minimizar utilizando la opción de no phase wrap (en Español "sin enrollamiento de fase") que aplica un pulso de saturación a los espines por fuera del FOV en la dirección de codificación de fase. Por lo tanto, una mínima señal esta presente que se enrolla en la dirección de codificación de fase Componentes del Equipo de Resonancia chapter. .

Anillos de Gibbs

Los anillos de Gibbs son una serie de bandas paralelas a un borde de alta intensidad en la imagen. Los anillos son provocados por la digitalización incompleta del eco. Esto significa que la señal no ha decaído a cero en el momento de la ventana de adquisición, y el eco no está digitalizado en su totalidad (alentamos al lector a comprobar esto utilizando el teorema de la convolución). Este artefacto se observa en imágenes cuando se utiliza una matriz de adquisición muy pequeña. Por lo tanto, el artefacto es más pronunciado en la dirección de 128 en una matriz de adquisición de 512x 128

En el siguiente ejemplo, se adquiere una imagen de un objeto rectangular que tiene una señal espacialmente uniforme. Un número inadecuado de puntos se registra en la dirección horizontal (x). La imagen resultante exhibe unas bandas de intensidad en el borde. La ventana de animación muestra la esquina superior derecha de esta imagen y un gráfico de la intensidad de la señal La solución para el artefacto por anillos de Gibbs es utilizar una matriz más grande para la imagen.

Angulo Mágico

Toda adquisición de imágenes por resonancia magnética requiere que los espines estén libres para rotar e inclinarse libremente en el tejido. En los sólidos esto no ocurre. Como consecuencia, el desplazamiento químico y el acoplamiento espín-espín son dependientes de la orientación de la molécula. La interacción dipolar

(3cosθ2 - 1)

en tales casos es cero cuando el ángulo θ entre Bo y el eje dipolar en los sólidos es de 54.7º. Esta interacción provoca regiones oscuras en los cartílagos donde θ = 54.7 º


Problemas

  1. Cómo se verán los datos crudos (espacio K) que produjeron las bandas diagonales en esta imagen? (No las líneas horizontales marcados con flechas.)

  2. Una imagen por resonancia magnética se obtiene con los siguientes parámetros de adquisición: espesor = 5 mm, matriz = 256x128, FOV = 20 cm ¿Cuál es el tamaño del vóxel en la imagen? ¿Qué dirección tiene la mejor resolución?

  3. Una imagen se adquiere con los siguientes parámetros: matriz = 256x256 píxeles, FOV = 20 cm, tasa de muestreo en la dirección de codificación de frecuencia = 15.625 kHz. ¿Cual es el tamaño en píxeles del artefacto por desplazamiento químico?

  4. ¿Por qué los vasos sanguíneos se ven típicamente oscuros en las imágenes espín-eco simples, y algunas veces oscura o brillante en las imágenes espín-eco multi-corte?


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