一个关于MRI的问题，如何理解：接受带宽减小，最短TE增大，化学位移伪影增强？

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磁共振扫描，我们都知道需要调整很多参数，来生成我们需要的图像。比如：调节TR，TE可以控制图像权重；调整TSE factor（回波链长度）可以节约扫描时间，或者在一个package多采集几层；调整FOV可以保证视野大小；调节SENSE factor（并行采集因子）可以节约扫描时间。

以上这些，都是我们临床工作中，磁共振操作人员（技术人员）或者医生会调节的。当我们把这些“调节”熟练了以后，进入“老司机”阶段，我们就不能仅仅满足，调节这些基本参数了。我们可能需要调整一个临床常见的参数，叫做带宽Bandwidth（大部分情况下，我们指的带宽是采集带宽）。

经常去医院培训，有研究生在机器上做了科研，需要写论文，其中实验与方法部分，要求写磁共振扫描参数，很多研究生会问我，李老师，飞利浦的机器在哪里看带宽。因为很多时候在GE机器上做的科研，显示带宽直接是+-16kHz（32kHz），那么飞利浦的就找不到这么直观的显示带宽的。其实飞利浦的显示带宽是最简单及方便的。后面我们一一分析。

注意：今天我讲的带宽主要是指采集带宽（receiver bandwidth），不涉及发射的射频脉冲带宽，也就是RF pulse的脉冲带宽。我还是简单讲2句吧。

1.射频脉冲带宽

射频脉冲主要是电磁脉冲，这个脉冲有一定的频率范围，并不是说这个视频脉冲发射的频率就固定在64.58MHz，它会有一点的频率范围，比如63.58MHz~65.58MHz，那么这个视频范围就是它的视频脉冲发射带宽，质子进动频率范围在这个范围内的会被激发，吸收能量，产生共振。所以，为什么MRI叫磁共振，没有共振，怎么成像。

射频脉冲本质是电磁波，具有电磁波的特性，这些特性就包括：波长，振幅，频率，相位，带宽（频率范围）。

临床使用的磁共振RF射频脉冲，由于需要使质子共振，所以，频率范围一般是位于无线电波的频率范围。所以，为什么磁共振要把屏蔽工作做好，否则容易受到外界射频干扰，产生伪影。

一般的磁共振，我们知道电生磁，磁生点。有电磁波，就会形成磁场。我们把发射的视频脉冲形成的磁场称为B1场。而磁共振主磁体产生的磁场（比如1.5T，3.0T），我们称之为B0场。

敲黑板：射频场，又叫发射场，发射视频脉冲产生的磁场，叫做B1场；静止磁场，静磁场，主磁体产生的磁场，叫做B0场。

2.硬脉冲 vs 软脉冲

前面讲了，射频带宽主要是指视频脉冲发射的频率范围。一个射频持续时间越长，那么根据傅里叶变换后，其频率范围越窄，也就是发射带宽越窄，这种脉冲我们称之为软脉冲。射频范围窄有什么好处呢？当然是激发的氢质子进动频率范围就少，这样的话，如果是选层就更薄。

一个射频持续时间越短，经过傅里叶变换后，其频率范围越宽，这种脉冲我们称之为硬脉冲。硬脉冲由于射频带宽宽，所以，激发的层理论上应该比较厚，或者激发的范围比较大。比如，磁共振中的3D序列，其实是激发一个容积，然后在两个方向进行相位编码。所以，3D序列的射频脉冲一般是硬脉冲。

3.采集带宽

我们大部分时候，调节或写论文的参数是采集带宽。简单来说，采集带宽主要是指系统读出磁共振信号的频率，也就是单位时间内能够采集的采样点数。

我们知道，系统采集的磁共振信号，并不是采集一个信号波。因为信号振幅的变化是连续的，但是机器系统不可能连续采集信号。机器是选择很多采样点，连续采样这些点，然后在把这些采样点连接起来，模拟出连续的信号变化。

采集带宽，除了与系统有关，也与我们需要采样的点的数目有关，也就是频率编码方向上的采样点数目。我们频率方向需要采多少个点，基本上就是频率编码方向的矩阵。

所以，带宽的公式就是：BW=Frequency matrix÷Sampling time。带宽的单位，我们都知道是赫兹或者兆赫兹，Hz or MHz，赫兹是频率单位，频率是时间的倒数。所以，带宽就是采样的点数目除以采样时间。

系统的采集（采样）时间是很短的，也就是在读出信号的时候，读出梯度（频率编码方向）打开，采集采样点数，这个时间是相当短的。如何计算带宽，我们来举一个例子。

我们假设，一台1.5T磁共振，一般的机器性能，采样时间大概是8ms，分辨率我们做到256*256吧，也就是频率编码方向采样数目是256。

BW=256/8ms=32kHz，带宽算出来了，就是32kHz，这个带宽是采样整个频率编码方向矩阵所需要的带宽。

我们知道频率编码方向，我们的分辨率是256，也就是有256个像素（体素）。那么每一个体素占的频率范围（带宽）是多少呢？这个简单吧。

BW/像素（每一个像素占据的带宽）=32kHz/256=125Hz。好的，我们又算出来了，每一个像素，占的带宽是125Hz。

那么我们前面讲了水-脂化学位移，水和脂肪由于化学环境不同，在1.5T中有220Hz的进动频率差异，脂肪比水慢。

那么我一个像素有125Hz的带宽，水和脂肪在1.5T中有220Hz的位移。那么在这种情况下，水和脂肪会移动多少？

WFS（水-脂位移）=220Hz/125Hz≈2，也就是说，我们举例这个情况，水和脂肪大概会移动2个像素。

4.水-脂位移

举例说明了一下，我们把水-脂位移引出来了。在做非脂肪抑制的序列时，由于水-脂进动频率不同，会在频率编码方向产生化学位移伪影。（前面百科全书专门写了）。我们如何控制这个伪影大小或方向呢？

首先，这个伪影出现在频率编码方向，改变方向可以改变伪影方向；其次，这个伪影和水，脂肪差异有关，做了脂肪抑制就消除了；最后，控制采集带宽可以控制化学位移伪影程度。

前面，我们已经举例说明了这个问题。

带宽增加，化学位移伪影减弱。看上面公司，因为，一个像素占的带宽多了，水-脂位移频率是固定的，这样除下来，位移程度减弱；

减少带宽，化学位移伪影增加。

如上图，这里写了每个图像对应的化学位移伪影程度。第一幅图会移动6.6个体素，最后一幅只移动0.9个体素。这个跟什么有关呢？就是跟你设置的采集带宽有关。

这样，我们知道，采集带宽和水-脂位移程度成反比。

采集带宽越大，水-脂位移越轻；

采集带宽越小，水-脂位移越重。

5.飞利浦中带宽显示以及化学位移伪影的显示

GE公司的带宽显示的是整个采集带宽，单位是kHz；西门子的带宽显示和飞利浦类似，显示的是一个体素的带宽。（当然，不知道现在GE和西门子的机器是否还是这样显示的）

而飞利浦除了显示一个体素的带宽，也可以显示，在图像中，化学位移会移动几个体素。

在飞利浦的参数栏里，左侧是我们可以改的，右侧是具体参数的信息，是不能改的。在右侧参数栏里，有一个Act WFS，实际的水-脂位移，就可以显示图像的水脂位移会有几个体素，单位是Pixel体素。后面的BW，显示的是一个体素的带宽，单位是Hz。如果你一个体素带宽是150Hz，你的频率编码矩阵做的是320，那么整个采集带宽也非常好计算，就是150Hz×320=48000Hz=48kHz。

在飞利浦的参数栏里，左侧是我们可以改的。我们可以在Contrast对比度选项里，找到Water-fat shift这个参数。这个参数就是控制水-脂位移大小，也控制采集带宽。飞利浦的参数修改是最开放，最灵活的，你如果喜欢专研磁共振，那飞利浦是最好的选择。这个参数有三个选项：

水-脂位移最小 minimun，也就是机器给你算一个最小的水-脂位移，这样采集带宽最大；

水-脂位移最大 maximum，也就是机器给你算一个最大的水-脂位移，这样采集带宽最小；

user defined，用户自定义。你自己设，你想水-脂位移是1个，还是1.5个，还是0.9个体素，你自己设，非常方便。

我们当然，也可以修改水-脂位移的方向，只要切换频率编码方向，以及频率编码方向的高低，就可以控制伪影方向。

6.采集带宽与SNR

最后，讲一下采集带宽与SNR，信噪比的关系。

大家调磁共振参数，永远记住，你不可能，调了一个参数，又提高了信噪比，又提高了分辨率，还节省了时间。

同样，你提高了采集带宽，信噪比是增加，还是减少？

很多老师记不住。

敲黑板，教你们一个最简单的方法。把采集带宽想象成漏勺，信噪比想象成汤。

采集带宽大了，就类似于勺子的洞大了，那洞大了，盛的汤就少了，都漏走了。

所以，采集带宽越大，信噪比越低；采集带宽越小（越精细），信噪比越高。

采集带宽与信噪比成反比。

前面，我们又知道，采集带宽也与水-脂位移成反比。

所以，磁共振就是这样，我们提高了采集带宽后，水-脂位移减轻了，但是代价是信噪比牺牲了；

我们降低了采集带宽，信噪比提高，但是水-脂位移变重了。

所以，磁共振修改参数，永远是在选择和权衡利弊，这也是磁共振有趣之处。怎么选择最优化的参数。

还有一种记忆方法。采集带宽大了，因为是频率范围大了，更多噪声被采集进来，那么信噪比降低；采集带宽缩小，频率范围小了，噪声采集得少，这样信噪比高。

BW=Frequency matrix÷Sampling time

看上面公式：采集带宽大了，同样的采集点数，采样时间就缩小了。这样有点考验系统性能，采样速度加快，对运动就不是那么敏感，但是信噪比下降。

总之，大家记住，你不可能只通过调整带宽，达到信噪比又提高，水-脂位移又减去，理论上是不可能的。

采集带宽、化学位移、信噪比之间的关系。

如何调整与带宽相关的参数。

2018年6月16日 二次修订 于成都

Viktor Lee 李懋

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