压缩感知及梯度自旋回波序列优化3D MR胰胆管成像图像质量的可行性

李 玮，全 硕，张晓东，郭小超，王霄英，王 可

(北京大学第一医院医学影像科，北京 100034)

MR胰胆管成像(MR cholangiopancreatography, MRCP)为胆石症的重要诊断方法[1-2]。3D MRCP临床应用广泛，可很好地显示解剖细节[3]，但其图像质量易受胃肠蠕动、扫描时间长等因素影响[3]。压缩感知(compressed sensing, CS)是一种MR扫描加速方法，已用于全身多部位扫描[4-5]。梯度自旋回波(gradient and spin echo, GRASE)序列是3D MRCP优化技术之一。应用CS及GRASE采集MRCP可在保证图像质量的情况下缩短扫描时间[6-8]；既往相关研究[8-11]多采用3.0T MR设备，以屏气GRASE或CS-MRCP序列进行检查。本研究观察应用CS和GRASE优化1.5T 3D MRCP图像质量的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般材料 回顾性收集2018年6月—12月105例于北京大学第一医院疑诊胆石症患者，男43例、女62例，年龄14～91岁、平均(56.0±16.4)岁；均接受常规呼吸触发(respiratory trigger, RT)-MRCP(RT-MRCP)、RT-CS-MRCP及屏气(breath hold, BH)-GRASE-MRCP(BH-GRASE-MRCP)序列扫描；其中53例经手术、内镜检查或结合初诊超声、复查CT/MRI确诊胆管结石或/和胆囊结石，9例曾接受胆囊切除术。排除影像学资料不全及接受其他胆胰相关手术者。

1.2 仪器与方法 嘱患者检查前禁食4 h，并予充分呼吸及屏气训练。采用Philips Multiva 1.5T MR仪行MRCP，参数：RT-MRCP，TR 1 500 ms，TE 650 ms，FA 90°，FOV 300 mm×300 mm，矩阵448×448，层厚1.6 mm；RT-CS-MRCP，TR 2 600 ms，TE 600 ms，FA 80°，FOV 250 mm×250mm，矩阵512×512，层厚1.5 mm，CS因子8；BH-GRASE-MRCP，TR 280 ms，TE 98 ms，FA 90°，FOV 250 mm×250 mm，矩阵320×320，层厚3 mm，快速自旋回波(turbo spin echo, TSE)因子10，平面回波成像(echo planar imaging, EPI)因子7，扫描时间为15.40 s。记录RT-MRCP及RT-CS-MRCP扫描时间。

1.3 评价图像质量

1.3.1 客观评价 由1名具有9年工作经验的影像科主治医师分别于原始图像所示胆总管、左及右肝管管腔内及管腔旁放置1个尽可能大的圆或椭圆形ROI，避开周围结构及伪影，测量其内信号强度(signal intensity, SI)，计算管腔内SI与管腔旁SI的比值(duct-to-periductal contrast ratios, CR)。

1.3.2 主观评价 由该医师及另1名具有12年腹部影像学诊断经验的副主任医师独立阅片，结合原始图像及重建图像进行主观评分，采用5分Likert标准[8]，间隔4周针对2种序列图像显示胰胆系统各结构，包括左、右外周肝管，左、右肝管，肝总管、胆总管、胆囊管、胆囊及主胰管及整体图像质量进行主观评价。评分标准： 1分，上述结构不可见，无细节显示；2分，隐约可见结构但细节模糊；3分，可见部分结构，显示细节尚可；4分，可见大部分结构，细节较清晰；5分，全部结构可见，显示细节清晰。整体评价包括背景抑制(1分：背景干扰非常显著；2分：背景干扰明显；3分：背景干扰较明显；4分：背景干扰很少；5分：无背景干扰)、伪影(1分：伪影非常严重；2分：伪影较严重；3分：伪影尚可；4分：伪影轻微；5分：无伪影)及整体评分(1分：非常差；2分：较差；3分：一般；4分：较好；5分：非常好)。

1.4 统计学分析 采用SPSS 26.0、R(版本3.6.2)统计分析软件。以中位数(上下四分位数)描述不符合正态分布的计量资料，采用Friedman检验进行多组间比较，以Bonferroni法行两两比较。应用Kappa检验分析图像质量主观评价结果的观察者间一致性：Kappa<0.20为一致性差，0.20≤Kappa<0.40为一致性一般，0.40≤Kappa<0.60为一致性中等，0.60≤Kappa<0.80为一致性好，0.80≤Kappa<1为一致性非常好。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 图像质量

2.1.1 客观评价 3种图像中，胆总管和左、右肝管CR值总体差异均有统计学意义(P均<0.01)。RT-MRCP、RT-CS-MRCP所示胆总管及左、右肝管CR值均高于BH-GRASE-MRCP(P均<0.05)，前二者间上述参数差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表1。

2.1.2 主观评价 2名医师评价对于图像质量的主观评价结果的一致性为中等或好(Kappa为0.48～0.77，P均<0.05)。3种图像中，各结构及整体图像主观评分差异均有统计学意义(P均<0.01)；除主胰管外，RT-MRCP与RT-CS-MRCP间主观评价差异均无

表1 3种MRCP图像中胆总管及左、右肝管CR值比较[n=105，中位数(上下四分位数)]

统计学意义(P均>0.05)；BH-GRASE-MRCP显示胆囊管及胆囊图像质量主观评分均优于、背景抑制评分低于另2种MRCP(P均<0.05)，其余各参数评分均优于RT-CS-MRCP(P均<0.05)。见表2及图1、2。

2.2 扫描时间 RT-MRCP扫描时间为278～487 s、中位数394.00(341.00,432.00)s，RT-CS-MRCP为80～206 s、中位数144.50(105.25，150.00)s，BH-GRASE-MRCP为15.40 s；3种方法扫描时间总体差异有统计学意义(χ2=200.00，P<0.01)，两两比较差异亦均有统计学意义(P均<0.01)。

表2 3种MRCP图像质量主观评分比较[n=105，中位数(上下四分位数)]

图1 患者男，29岁，胆总管多发结石 RT-MRCP(A)、RT-CS-MRCP(B)及BH-GRASE-MRCP(C)最大信号强度投影图均清晰显示胆总管多发结石(箭)，图像质量主观评分均为5分

图2 患者女，22岁，胆囊结石 RT-MRCP(A)和RT-CS-MRCP(B)原始图像对于胆囊结构及胆囊结石(箭)均显示不清，胆囊及胆囊管主观评分均为3分；BH-GRASE-MRCP(C)原始图像清晰显示胆囊结石(箭)，胆囊及胆囊管主观评分为5分

3 讨论

3D MRCP现已成为临床广泛应用的胰胆管无创性成像方法，是诊断胆道系统结石的重要手段之一，但存在扫描时间较长、图像质量不稳定等不足。本研究观察应用CS及GRASE优化1.5T MR 3D MRCP图像质量的可行性。

CS技术为MR扫描加速方法之一，以随机亚采样方法在较短时间内采集稀疏信号，并将其恢复为原始信号[12]；可在保证图像质量的前提下缩短扫描时间，已广泛用于神经系统、骨骼和肌肉、腹部、心脏等多系统扫描[13]。本研究中，RT-MRCP与RT-CS-MRCP图像质量客观评价及主观评分(主胰管除外)结果差异均无统计学意义，与KWON等[14]的结果相符，提示CS 3D MRCP图像质量可比拟常规3D MRCP[15]。

GRASE序列是结合了快速自旋回波和梯度回波的混合型序列，通过多个回波链及梯度极性的反复切换实现信号采集，一次脉冲激发填充多条相位编码线，能显著缩短扫描时间[16]。本研究结果显示，BH-GRASE-MRCP图像胰胆管显示各结构及伪影的主观评分结果均高于RT-CS-MRCP，胆囊管及胆囊的主观评分亦高于RT-MRCP，但客观图像质量及背景抑制评分结果不如另外2种MRCP。相比常规MRCP，BH-GRASE-MRCP图像未能充分抑制部分背景结构(包括肝实质及Glisson鞘等结构)[17]；但其扫描速度快，可行屏气采集，图像清晰度和锐利度较其他2种MRCP更佳，可减少呼吸运动伪影和胃肠道蠕动伪影，使其伪影主观评分较高，且由于阅片者的关注点集中于胆道系统，故图像质量整体评分并未因背景抑制不足而下降。另外，胆囊内胆汁成分与胆管不同，常规3D MRCP显示胆囊欠佳；而GRASE序列显示胆囊及胆囊管明显优于RT-MRCP及RT-CS-MRCP。

近年来，多项研究[8-11]注重于屏气扫描MRCP。本研究对自由呼吸及屏气MRCP加以优化后，RT-CS-MRCP及BH-GRASE-MRCP扫描时间分别为144.50(105.25，150.00)s及15.40 s，均较RT-MRCP[394.00(341.00,432.00)s]明显缩短，提示临床工作中可根据患者屏气配合情况合理选择扫描序列。

综上，应用CS及GRASE可优化1.5T 3D MRCP图像质量并缩短扫描时间。但本研究为单中心回顾性研究，样本量有限，且未分析患者呼吸情况与图像质量的关系，有待未来扩大样本量进一步行多中心、前瞻性研究加以验证。