压缩感知(CS)技术在3D-MRCP成像中的临床应用价值

陈泽斌,葛 尚

磁共振胰胆管造影(MR cholangiopancreatography, MRCP)是临床上评估胆道系统疾病最常用的无创性医学影像学检查方法,它利用重T2加权脉冲序列显示具有长T2弛豫时间特性组织结构,具有无创、无辐射的独特优势,已被临床广泛应用[1]。目前,MRCP技术使用多基于呼吸触发或膈肌导航门控技术的三维(3-dimension,3D)T2加权快速自旋回波序列进行,但采集时间较长,常常受胃肠蠕动及呼吸运动等因素的影响,图像出现伪影较多[2]。近年来,磁共振压缩感知(compressed sensing, CS)技术逐渐得到应用,可减少图像采集时间,实现MR扫描加速方法,能够在较短时间内获得清晰图像[3-5],但其对胰胆管病变的报道较少。本研究通过对常规MRCP序列与基于CS技术的MRCP序列图像的质量进行对比,探讨CS技术在3D-MRCP成像中的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2022年1～12月在我院接受MR胰胆管检查的120例患者的临床资料。其中男56例,女64例,年龄18～88岁,平均(54.52±15.62)岁。纳入标准:(1)年龄≥18岁,临床资料完整、详实;(2)门诊查体疑似胰胆管病变;(3)空腹完成3D-RT-MRCP与CS-3D-RT-MRCP序列扫描检查;(4)检查前患者及家属签署知情同意书。排除标准:(1)有MRI检查禁忌证;(2)合并其他类型恶性疾病;(3)曾有胰胆管部手术史。

1.2 检查方法 120例患者扫描前禁食、水4 h以上,取仰卧位、足先进,双手上举;均采用Ingenia CX 3.0T MR扫描仪(飞利浦,荷兰)、8通道体部线圈进行扫描;扫描序列包括采用呼吸触发(respiratory trigger,RT)3D快速自旋回波容积扫描序列(3D-RT-MRCP)、采用压缩感知技术加速的呼吸触发3D快速自旋回波容积扫描序列(CS-3D-RT-MRCP);两序列基本扫描参数均采用:TR 1190 ms,TE 600 ms,体素1.0×1.0×1.2 mm,FOV 260 mm×260 mm,采集层数80～90层;其中,3D-RT-MRCP并行采集加速因子采用4倍,CS-3D-RT-MRCP压缩感知加速因子采用18倍。放置呼吸门控在剑突下水平,并训练呼吸使患者均匀呼吸触发扫描。所有患者扫描均由1名5年工作经验的技师完成,检查时观察患者呼吸频率,判定正常呼吸频率12～20次/min的为正常呼吸组; 平均呼吸频率>20次/min或<12次/min的为呼吸异常组。

1.3 评价方法及标准

1.3.1 主观评价 由两名具有5年以上工作经验的医师采用盲法分别评分。(1)评价呼吸运动伪影程度,评价采用3分法,图像评分标准:1分,有明显的运动伪影,图像质量差;2分,有少量的呼吸伪影,图像质量尚可;3分,无呼吸伪影,图像质量好。(2)将原始图像进行最大信号投影(maximal intensity projection,MIP)重建,结合原始图像及MIP图像针对图像整体质量及胆管、胰管图像的显示质量情况进行评分,评价采用4分法,图像评分标准:1分,图像质量很差,伪影严重,胰胆管显示不清,背景抑制弱;2分,图像质量较差,中度伪影,胰胆管显示欠清晰,背景抑制稍弱;3分,图像质量良好,少量伪影,胰胆管显示清晰,背景抑制良好;4分,图像质量优,无伪影,胰胆管显示清晰,背景抑制优。取两名医师评分值的平均值作为最终结果。

1.3.2 客观评价 (1)记录扫描3D-RT-MRCP与CS-3D-RT- MRCP序列的时间;(2)由一名5年工作经验以上的放射科医师评估所有患者图像的图像信噪比(SNR)及对比噪声比(CNR)。在PACS上进行图像测量,同一患者两组图像均选取同一层面进行SNR和CNR测量,选取胆总管上段较清晰、管径较宽处测量信号强度,及同层面右侧肾上腺及肾间隙处测量背景噪声,勾画圆形感兴趣区域(ROI)大小为10 mm2,记录胆总管和背景噪声平均信号强度(SI)及标准差(SD),计算SNR和CNR,所有数据分别测量两次后取平均值。计算公式为:SNR=SI胆总管/SD胆总管,CNR=(SI胆总管-SI肌肉)/SD背景。

2 结 果

2.1 客观评价

2.1.1 扫描时间对比 120例采用CS-3D-RT-MRCP序列扫描时间[(79.32±23.64)s]比3D-RT-MRCP序列扫描时间[(240.32±41.78)s]明显缩短,差异有统计学意义(P<0.05)。

2.1.2 不同呼吸频率图像运动伪影分析 120例患者按呼吸频率分为正常呼吸组(81例)和异常呼吸组(39例)。正常呼吸组3D-RT-MRCP序列图像伪影评分(2.49±0.40)明显高于异常呼吸组(1.72±0.57),差异有统计学意义(P<0.05);而CS-3D-RT-MRCP序列图像正常呼吸组伪影评分(2.55±0.37)与异常呼吸组(2.48±0.49)基本相同,差异无统计学意义。

2.2 图像质量主观评价分析 两组患者CS-3D-RT-MRCP的图像质量评分均高于3D-RT-MRCP图像,差异有统计学意义(P<0.05);异常呼吸组3D-RT-MRCP序列图像评分均低于正常呼吸组,差异有统计学意义(P<0.05,表1),具体图像质量见图1。

图1 胰胆管检查3D-RT-MRCP及CS-3D-RT-MRCP

表1 胰胆管检查不同序列各组图像质量主观评价比较

A.常规3D-RT-MRCP序列MIP图像,图像对比度显示欠锐利,胰管远端显示不清; B.CS-3D-RT-MRCP序列MIP图像,图像显示对比度锐利,胰管远端显示良好。

2.3 信噪比及对比噪声比客观评价分析 两组患者CS-3D-RT-MRCP图像SNR、CNR得分均高于3D-RT-MRCP图像,差异有统计学意义(P<0.05);异常呼吸组3D-RT-MRCP图像的SNR、CNR得分低于正常呼吸组,差异有统计学意义(P<0.05),两组CS-3D-RT-MRCP图像SNR、CNR得分差异无统计学意义(表2)。

表2 胰胆管检查不同序列各组图像SNR、CNR比较

3 讨 论

MRCP具有无创、无电离辐射、无需对比剂注射等优点,清晰显示胰腺胆管解剖细节,在胰胆管疾病的筛查和患者复检中得到广泛应用[6-8]。3D MRCP序列扫描为3D薄层图像,可进行任意角度的后处理重建图像,结合MIP图像全方位评估肝内外胆管解剖结构,对胆道系统梗阻性病变的判别和诊断具有重要意义[9,10]。随着临床对腹部MRI检查需求日益增多,缩短检查时间并且确保高图像质量仍然是MRI的一个具有挑战性的问题[11],CS技术可以通过集成稀疏性、非相干采样和迭代重建算法3个条件来提高MRI采集的速度;它通过欠采样来减少图像采集时间,并通过使用擦除来自不相干伪影等来源的噪声的方法克服现有并行采集技术的局限性,这种数据采集方法可提高空间分辨率、缩短检查时间并补偿腹部检查时呼吸影响引起的图像质量下降,能够在较短的检测时间内获得高信噪比和图像定性方面的清晰图像[12]。

CS技术在缩短3D-MRCP扫描时间方面具有重要的作用。在本研究中,采用CS技术可将常规序列扫描时间(240.32±41.78)s压缩至(79.32±23.64)s,大幅度提高了扫描速度,平均采集时间可以缩短约60%,而并不会影响整体图像质量和伪影程度,这与王梦珂等[13]的研究结果一致。Matsuyama等[14]通过对32例IPMN患者不同加速技术对比显示,CS技术对比并行采集技术可有效缩短扫描时间。因此,使用CS技术可以大幅缩短MRI扫描时间,并且有效提高检查效率,具有很高的临床应用价值。

常规3D-MRCP的采集时间较长,特别是在呼吸频率较浅或不规则的患者中,并且容易出现运动伪影,导致图像模糊而影响图像诊断[15-17]。丁金立等[18]研究表明,CS-3D-MRCP序列比呼气末屏气采集的单次激发快速自旋回波序列在胆囊结构及胰管显示方面较好;马培旗等[19]对30例志愿者研究发现,CS-MRCP较常规MRCP锐利度较好;另外,谭云等[20]通过对三维屏气梯度-自旋回波序列与CS-3D-MRCP序列对比研究发现,较短的成像时间可以减少呼吸运动伪影。因此,CS-3D-MRCP图像的质量可以满足临床需求,在评估胰胆管系统的解剖变异和疾病的临床实践中具有良好的应用前景。

本研究对比分析了不同呼吸频率120例患者扫描序列图像的呼吸运动伪影及图像质量评价,结果显示:在呼吸运动伪影主观评价方面,异常呼吸组常规序列图像明显较正常呼吸组多,而采用CS技术扫描图像比常规序列图像质量明显提高,并不会随着呼吸频率不均匀而产生明显伪影;在图像质量主观评价方面,采用CS技术的图像质量高于常规序列,呼吸不均匀的患者图像质量同样未见明显下降。在本研究客观评价中,采用CS技术扫描图像的SNR、CNR得分高于3D-RT-MRCP图像,两组的SNR、CNR得分差异较小;但异常呼吸组的常规序列图像的SNR、CNR得分低于正常呼吸组。说明,呼吸异常时会增加常规序列图像的呼吸运动伪影,导致图像质量下降,使用 CS技术可显著减少呼吸不规则患者图像的呼吸运动伪影,而且图像质量较好。

综上所述,应用CS技术的3D-MRCP检查可以明显缩短扫描时间,减少患者呼吸频率不均匀带来的伪影,图像质量优良,可提高检查效率,值得推广应用。