十六、失真校正

最常见的功能磁共振成像采集方法，梯度回波平面成像(EPI)，在空气和组织交汇处附近会出现伪影，如鼻窦或耳道。这是由于空气-组织界面引起的主磁场(称为B0)的不均匀性造成的，并有两种形式：脱落和几何失真。在与这些空气组织界面相邻的大脑区域（例如眶额皮质和前颞叶）中，信号丢失被视为信号减少（见图3.5）。 一旦采集到数据，就无法从丢失严重的区域检索数据，因此最好采用减少丢失的MRI采集方法。 了解每个数据集中存在的特定退出模式非常重要。 例如，如果由于丢失而在该区域中实际上没有信号存在，人们将不希望得出这样的结论：眶额叶皮层对特定的任务操作没有响应。 欣赏这些丢失模式的一种有用方法是将功能图像覆盖在已对齐的结构图像上（如图3.5所示）。

除了信号损失外，fMRI图像在相同区域内也可能在空间上失真。当采用梯度对MRI图像中的空间信息进行编码时，磁场的不均匀性会导致结果图像中结构的定位错误，通常情况下，前额叶皮质和眶额叶皮质的区域会发生扭曲。失真沿着MRI脉冲序列使用的相位编码方向发生，该方向通常是Y(前后)轴。这些失真使得功能性MRI数据与结构图像很难对齐。

可以使用表征B0场的场图来对磁场不均匀性的影响进行某种程度的校正（Jezzard＆Balaban，1995）。 大多数MRI扫描仪都可以使用用于场映射的脉冲序列。 它们通常通过在两个不同的回波时间获得图像来工作。 两个图像之间的相位差可用于计算局部场的不均匀性，然后这些值可用于创建一个量化每个体素已移动距离的映射。 通过反转此映射，可以确定每个体素中数据的原始位置。 图3.6显示了失真校正的示例。

在实践中，使用场图来使EPI图像不弯曲时会遇到许多困难。 首先，如果场图中存在噪点，则这会将噪点引入未变形的图像中。解决此问题的一种方法是对场图应用某种形式的低通滤波（或平滑化处理），从而减少未变形图像中的误差（Hutton等，2002）。 其次，如果场图是与fMRI时间序列分开获取的，则必须考虑这些扫描之间的头部运动。 可以在整个fMRI时间序列中获得双回波数据，从而可以估计每个时间点的唯一场图，但是这种方法很少使用。 还已经进行了将头部运动校正和失真校正相结合的方法的工作（Andersson等，2001），但是尚无通用的工具来执行这种集成校正，并且尚不清楚收益是否超过成本 复杂性增加。

如果采用失真校正，则应检查校正后的图像并将其与校正前的图像进行比较，以确保失真校正操作未引入任何伪像（如果场图存在问题，则可能会出现这种伪像）。 如果采用失真校正，则应检查校正后的图像并将其与校正前的图像进行比较，以确保失真。

图3.6 使用场映射进行失真校正。顶部面板：来自场映射扫描的原始幅值和相位图像，以及展开的相位图(使用FSL的前奏)。底部面板：额极有明显变形的原始EPI示例，同一图像的未扭曲版本(使用顶部面板中的场贴图)，以及通过从原始图像中减去未扭曲图像获得的差异图像。(来自FSL Feed数据集的数据)

以上内容来自《Handbook of functional MRI Data Analysis》。