基于压缩感知技术的头颅磁共振血管成像在评估脑血管疾病中的应用价值研究

王佳丽 ，王 刚

（兴安盟人民医院医学影像科，内蒙古 兴安 137400)

脑血管疾病是因颅内血液循环障碍而导致脑组织受到损伤的一种脑功能障碍疾病。临床对脑血管疾病患者进行检查时往往使用时间飞跃法头颅磁共振血管造影（TOF-MRA），现阶段，TOF-MRA 常用的成像技术为并行采集（PI）技术，虽然其具有理想的信噪比，并且分辨率高，但该技术成像速度较慢；此外，为兼顾高分辨率、良好的信噪比和合理扫描时间，PI 的空间覆盖范围往往受限，对患者的诊断造成影响[1-2]。压缩感知（CS）技术属于一种新型的快速磁共振成像技术，其数据采集的机制为利用需要采样的K 空间和图像结构的内在稀疏性，在非线性迭代重建中得到高质量的图像，并且数据采集时间较短[3]。目前，国内对CS TOF-MRA 相关研究并不多，基于此，本研究旨在探讨基于CS 技术的头颅磁共振血管成像在评估脑血管疾病中的应用价值，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料回顾性分析2021 年3 月至2023 年3 月在兴安盟人民医院进行检查的215 例脑血管疾病患者的临床资料，所有研究对象均同时接受PI TOF-MRA和CS TOF-MRA 扫描，依据CS 采用的加速因子系数（AF）将CS 分为CS5（AF=4.6）和CS10（AF=10.3）；根据扫描方式分为PI TOF-MRA 组、CS5 TOF-MRA 组、CS10 TOF-MRA 组。215 例患者中女性105 例，男性110例；年龄30～80 岁，平均（57.23±3.64）岁。纳入标准：①符合《脑血管疾病诊断与治疗临床指南》[4]中脑血管疾病的诊断标准；②符合磁共振检查指征；③临床资料完整。排除标准：①无法配合相关检查；②合并心、肾等重大器官功能障碍；③有明显运动伪影；④伴有精神疾病或智力损伤。本研究已通过院内医学伦理委员会批准。

1.2 检查方法所有研究对象均同时接受PI TOF-MRA和CS TOF-MRA 扫描（CS 采用的AF 为4.6、10.3），扫描工具为全数字磁共振系统（荷兰皇家飞利浦公司，型号：Ingenia 3.0 T），20 通道头颈联合相控阵线圈。①PI TOF-MRA 扫描参数设置如下：AF 是全自动校准部分并行采集（GRAPPA）2 倍加速，0.4 mm×0.4 mm×0.6 mm的重建矩阵，6/8 的部分K 空间技术，368×334 的矩阵，将视野调整为220×220，回波时间规定为3.49 ms，重复时间规定为21 ms，翻转角固定为18°，层间过采样20%，0.6 mm 的层厚，厚片数为4，每厚片层数为40。②CS5 TOF-MRA 扫描参数设置如下：AF 为4.6，0.4 mm×0.4 mm×0.4 mm 的重建矩阵，矩阵、视野、回波时间、重复时间及翻转角均与①相同，层间过采样20%，0.4 mm 的层厚，厚片数为4，每厚片层数为60。③CS10 TOF-MRA 扫描参数设置如下：AF 为10.3，其余参数设置与②相同。 CS TOF-MRA 扫描重建数据通过改进的快速迭代收缩阈值算法（mFISTA）进行10 次迭代重构。

1.3 观察指标①扫描诊断结果。使用双盲法由两名放射科医师对图像进行分析。②图像质量定性评分。使用3 级评分对图像质量进行分级，图像显示动脉清晰且无伪影记为3 分，图像显示动脉清晰且轻微的伪影记为2 分，图像显示动脉模糊且中度的伪影记为1 分[5]。③图像质量定量评估及血管边缘锐利度。在患者右侧颈内动脉C4 段选取层面显示最佳的位置，并标记圆形感兴趣区域（ROI），同时在患者同层右侧皮下肌肉最宽处、肌肉的右侧背景区域分别标记ROI，ROI 像素面积均值为6 mm2，对颈内动脉和肌肉平均信号强度、背景噪声标准差（SD）进行记录，对图像信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）进行计算。SNR=S 血管/SD 背景，CNR=（S 血管－S 肌肉）/SD 背景。使用基于最大密度投影（MIP）图像的感知图像锐利度指数（PSI）[6]对血管边缘锐利度进行计算。④分析3 种检查方式检查脑血管疾病的典型病例图片。

1.4 统计学方法采用SPSS 26.0 统计学软件分析数据，计量资料符合正态分布且方差齐，以(±s)表示，两组间比较采用t检验，多组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用SNK-q检验；计数资料以[ 例(%)]表示，两组间比较行χ2检验，多组间比较行χ2趋势检验。以P＜0.05 为数据差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3 组扫描方式诊断结果215 例研究对象中动脉瘤23例，烟雾病12 例，颅内血管狭窄114 例，动脉瘤合并烟雾病11 例，其他疾病55 例。其中PI TOF-MRA 扫描时间为3 min 56 s； CS5 TOF-MRA 扫描时间为2 min 38 s，数据重建时间为2 min 16 s； CS10 TOF-MRA 扫描时间为1 min 55 s，数据重建时间为1 min 4 s。 CS TOF-MRA 扫描时间短于PI TOF-MRA，且其中CS10 TOF-MRA 扫描时间和数据重建时间均短于CS5 TOF-MRA。

2.2 3 组图像质量定性评分比较3 组图像质量等级评分比较，差异有统计学意义（P＜0.05），且CS5 TOF-MRA组图像质量等级为3 分的患者占比显著高于PI TOF-MRA组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 3 组图像质量定性评分比较[ 例(%)]

2.3 3 组图像质量定量评估及血管边缘锐利度比较3 组SNR、CNR、PSI 相比，差异均有统计学意义（均P＜0.05），其中CS10 TOF-MRA 组SNR、CNR 均低于PI TOF-MRA组和CS5 TOF-MRA 组；CS5 TOF-MRA 组PSI 高于PI TOF-MRA 组和CS10 TOF-MRA 组；CS10 TOF-MRA组PSI 高于PI TOF-MRA 组，差异均有统计学意义（均P＜0.05）；PI TOF-MRA 组和CS5 TOF-MRA 组的SNR、CNR 相比，差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表2。

表2 3 组图像质量定量评估及血管边缘锐利度比较( ±s)

表2 3 组图像质量定量评估及血管边缘锐利度比较( ±s)

注：与PI TOF-MRA 比，*P＜0.05；与CS5 TOF-MRA 比，#P＜0.05。注：SNR：图像信噪比；CNR：对比噪声比；PSI：感知图像锐利度指数。

组别例数SNRCNRPSI PI TOF-MRA215 302.88±61.25 231.64±58.67 0.25±0.03 CS5 TOF-MRA 215 313.44±61.25 241.18±46.41 0.41±0.06*CS10 TOF-MRA 215 235.53±52.66*# 203.24±40.32*# 0.34±0.05*#F 值112.11734.788592.786 P 值＜0.05＜0.05＜0.05

2.4 PI TOF-MRA、CS TOF-MRA 检查脑血管疾病的典型病例图片患者男，47 岁，于2021 年7 月进行头颅磁共振血管成像检查，均进行PI TOF-MRA、CS5TOF-MRA、CS10 TOF-MRA 检查，影像学结果如下：PI TOF-MRA 轴位2D 和冠状位MIP 图像显示， Williss 环及主干更为清晰，图像噪声小，见图1-A、图1-B； CS5 TOF-MRA 轴位2D 和冠状位MIP 图像显示，噪声逐渐减少，终末段小动脉及周围细小血管显示清晰，见图2-A、图2-B；CS10 TOF-MRA 轴位2D 和冠状位MIP 图像显示，噪声逐渐增多，但中、远端动脉血管显影较为清晰见图3-A、图3-B。从图像中可以看出，随着AF 越大，图像的的斑点噪声也随之增多，且与图1-B、图2-B 相比，图3-B 显示Williss 环周围细支血管及远端分支血管更清晰。

图1 典型病例PI TOF-MRA 扫描图像

图2 典型病例CS5 TOF-MRA 扫描图像

图3 典型病例CS10 TOF-MRA 扫描图像

3 讨论

目前，PI TOF-MRA 在对脑血管疾病患者进行检查中应用广泛，其在对K 空间进行采样的过程中只能2 倍或3倍进行加速，从而导致混叠或噪声效应因加速度因子系数过高而增加，且成像速度较慢，因此在实际临床应用范围常常受到限制[7]。

与PI TOF-MRA 扫描相比，CS TOF-MRA 则是通过对空间描述信号进行变换，对K空间数据进行随机采样，重建图像应用非线性迭代，从而在获得接近全采样的图像质量的基础上大大缩短了采样时间[8]。本研究中，CS TOF-MRA扫描时间短于PI TOF-MRA 扫描，且其中CS10 TOF-MRA扫描时间和数据重建时间均短于CS5 TOF-MRA；CS5 TOF-MRA 组图像质量等级为3 分的患者占比显著高于PI TOF-MRA 组，表明与PI TOF-MRA 相比，CS TOF-MRA扫描能缩短扫描时间，其中CS10 TOF-MRA 扫描时间和数据重建时间更短，但CS5 TOF-MRA 图像质量更好。究其原因在于，随着CS TOF-MRA 扫描的AF 增大，原始轴位图像会出现较明显的弯曲条纹状伪影，故CS5 TOF-MRA图像质量高于CS10 TOF-MRA；此外，与PI TOF-MRA 相比，CS 图像受血液出现湍流和慢血流的影响较小，不会降低局部血管信号，因此图像质量较高[9]。

本研究结果显示，CS10 TOF-MRA 组患者SNR、CNR 均低于PI TOF-MRA 组和CS5 TOF-MRA 组，CS5 TOF-MRA 组 PSI 高于PI TOF-MRA 组和CS10 TOF-MRA组；CS10 TOF-MRA 组患者PSI 高于PI TOF-MRA 组，表示CS5 TOF-MRA 图像SNR、CNR 及PSI 比CS10 TOF-MRA 更优。究其原因为，CS TOF-MRA 在扫描过程中不会受到血液流动湍流和慢血流的影响，避免图像质量因信号减低、丢失图像信号而降低，从而使图像诊断质量提升，但CS 重建效果取决于底层数据的稀疏性，AF 越大，信息采样点越少，图像细节丢失就越多，远端小血管也开始显示不佳，因此不能无限地降低采样率；此外，PI TOF-MRA 图像血管边缘毛糙，而CS 图像血管边缘锐利，有利于疾病的诊断，因此CS5 TOF-MRA 图像SNR、CNR及PSI 更优[10]。

综上，与PI TOF-MRA 相比，CS TOF-MRA 扫描能在保证图像质量的基础上显著缩短扫描时间，其中CS10 TOF-MRA 扫描时间更短，而CS5 TOF-MRA 图像SNR、CNR 及PSI 比CS10 TOF-MRA 更优，因此CS5 TOF-MRA对脑血管疾病的诊断具有较高的临床价值。