壓縮感知聯(lián)合并行成像在肝臟多動脈期增強磁共振成像中的應(yīng)用

劉鍇， 陳財忠， 溫喜喜， 王劍， 曾蒙蘇

肝臟占位性病變是目前臨床常見疾病，不同性質(zhì)肝臟占位有其不同的供血特點，準確觀測病變的供血變化對占位性病變的性質(zhì)鑒別和治療都有著重要意義[1-2]。但由于屏氣時間限制和動脈期首過期相的快速性，常規(guī)肝臟磁共振增強掃描動脈期只采集一個期相，對整個肝臟動脈期內(nèi)的動態(tài)供血變化缺乏描述，不能對肝臟占位提供更為豐富的血供變化信息。現(xiàn)文獻報道觀測動脈多期成像的技術(shù)較少，且多數(shù)為動脈三至五期成像[3]，而壓縮感知聯(lián)合并行成像(united compressed sensing，uCS)技術(shù)在常用的并行采集和半傅里葉采集兩種快速成像技術(shù)基礎(chǔ)上加入壓縮感知技術(shù)[4]。三種快速成像方法相結(jié)合，可減少并行采集造成的混疊偽影、保證圖像質(zhì)量的同時實現(xiàn)了高倍加速成像，極大的縮短成像時間，目前臨床少見文獻報道。本研究使用uCS技術(shù)行肝臟多動脈期掃描并與常規(guī)并行成像(parallel imaging，PI)技術(shù)掃描動脈晚期圖像進行成像效果和多方面質(zhì)量評價，探討uCS技術(shù)在肝臟多動脈期的初步應(yīng)用價值。

材料與方法

1.患者資料

選擇2018年7月-2019年2月復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院臨床確診既往肝臟腫瘤病史或經(jīng)超聲診斷為肝臟實質(zhì)性占位的80例患者進行前瞻性研究，其中使用uCS采集40例，單獨PI采集40例。排除標準：對比劑過敏，嚴重肝腎及心功能不全患者。其中男36例，女44例，年齡33～79歲，平均57.9±12.4。

2.MR檢查方法

采用聯(lián)影3.0T uMR 770超導(dǎo)磁共振掃描儀，聯(lián)合應(yīng)用12通道腹部相控陣表面線圈和32通道脊柱矩陣線圈。完成常規(guī)T2WI抑脂、DWI掃描后，uCS組進行肝臟連續(xù)T1WI多動脈期掃描。掃描方案：注射對比劑后18 s開始第一期掃描，采用16倍加速連續(xù)獲得8期相圖像(1～4為動脈早、中期，5～8為動脈晚期)時間分辨率為2 s/期；PI組只掃描單次18 s動脈晚期，采用透視法監(jiān)測點置于肝門靜脈水平腹主動脈中心區(qū)，門靜脈期和延遲期分別為對比劑注射后延遲70 s、180 s掃描。對比劑按0.2 mmol/kg標準靜脈注入Gd-DTPA，注射完畢后使用15 mL生理鹽水1.0 mL/s沖洗。動脈早期為動脈顯影，肝門靜脈及肝靜脈未顯影；動脈晚期為肝實質(zhì)輕度強化，肝門靜脈顯示而肝靜脈未顯影。掃描參數(shù)見表1。

3.圖像分析

由兩名放射科從事腹部診斷8年以上經(jīng)驗高年資醫(yī)師使用同一工作站閱片，包括對肝臟邊緣銳利度，呼吸偽影，肝管血管結(jié)構(gòu)及病灶是否清晰顯示共同進行圖像質(zhì)量評估，并取得一致意見。評估采取5級評分：4分為圖像清晰對比良好，無偽影；3分為圖像輕度偽影，組織結(jié)構(gòu)清晰可辨；2分為圖像中度偽影對比度一般，或病灶顯示欠清；1分為圖像偽影較大肝臟或血管邊緣模糊影明顯，病灶顯示欠清但尚能診斷；0分為偽影大，血管或病灶模糊圖像質(zhì)量較差，無法用于診斷。

表1 uCS組和PI組掃描參數(shù)

分別在病灶中心、肝實質(zhì)繪制興趣區(qū)(region of interest，ROI)，繪制區(qū)域避開膽管和偽影，可分別顯示不同ROI連續(xù)8個動脈期相的動態(tài)強化曲線。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

結(jié) 果

1.圖像效果評價

uCS組掃描所得動脈8期像圖像均可顯示肝臟結(jié)構(gòu)細節(jié)，血管及膽管顯影清晰，連續(xù)顯示動脈早期至動脈晚期強化過程可顯示腫瘤供血動脈，標準動脈晚期時相顯示40/40例，占總數(shù)100%(圖1)。常規(guī)PI組有少部分動脈晚期時相把握不夠精確，標準動脈晚期時相35/40例，占總數(shù)88%(圖2)。

2.圖像質(zhì)量評分

uCS組8期圖像均為連續(xù)獨立成像，屏氣不佳短暫呼吸偽影只影響部分圖像，對診斷無影響(圖3)；PI組動脈期成像為動脈晚期單期成像，呼吸偽影可影響成像整體效果(圖4)。uCS技術(shù)可減輕呼吸偽影影響，肝臟邊緣清晰度優(yōu)于PI組，但對比度較PI組稍差，總體評分兩組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(表2)。

3.動脈期強化曲線

使用uCS技術(shù)掃描獲得動脈期連續(xù)8組圖像，涵蓋所有動脈早期至動脈晚期時相，觀察病灶連續(xù)強化過程(圖1)，可繪制動脈期包括肝臟、病灶區(qū)動態(tài)強化狀態(tài)圖，反映病灶血供變化(圖5)。

圖1 男，62歲，肝細胞肝癌術(shù)后復(fù)發(fā)。a)uCS掃描8/1期顯示動脈早期效果，可顯示病灶局部供血動脈及血管途徑(箭)；b)uCS掃描8/2期；c)uCS掃描8/3期；d)uCS掃描8/4期；e)uCS掃描8/5期門靜脈充盈，開始顯示動脈晚期效果；f)uCS掃描8/6期門靜脈充分顯示；g)uCS掃描8/7期，肝實質(zhì)輕度強化；h)uCS掃描8/8期病灶及肝實質(zhì)持續(xù)強化。 圖2 男，56歲，肝硬化肝癌介入術(shù)后尾狀葉復(fù)發(fā)，PI掃描單動脈期圖像顯示肝實質(zhì)及門靜脈未見顯影，捕捉動脈晚期時相過早(箭)。 圖3 女，53歲，右后葉局灶性結(jié)節(jié)。a)uCS肝臟掃描第8/6動脈晚期顯示病灶中心強化不均，病灶輪廓及周圍血管清晰顯示(箭)；b)uCS肝臟掃描第8/7動脈晚期圖像顯示右葉病灶處呼吸偽影；c)b圖病灶處放大顯示病灶及肝臟邊緣模糊影(長箭)，肝右靜脈顯示欠佳(短箭)。 圖4 男，33歲，上腹疼痛。肝臟增強磁共振檢查，PI掃描動脈晚期顯示屏氣不佳，肝實質(zhì)及血管影模糊。 圖5 男，65歲，乙肝肝腫瘤病史，多發(fā)肝細胞肝癌。a)uCS掃描第8/6動脈晚期在肝右葉病灶及肝實質(zhì)處繪制ROI；b)分別顯示病灶(紅)和肝實質(zhì)(黃)動脈8期相動態(tài)強化曲線；c)病灶與肝實質(zhì)8期相信號強度變化數(shù)據(jù)對比。

圖像質(zhì)量uCS組PI組Z值P值呼吸偽影3.50±0.512.97±0.73-3.32<0.001病灶對比度2.65±0.533.30±0.65-4.33<0.001肝臟邊緣3.25±0.632.95±0.71-2.05<0.05總體評價3.08±0.733.10±0.74-0.18>0.05

討 論

肝臟占位性病變的病種較多，病變多與其供血情況存在密切聯(lián)系。肝腫瘤血供較為復(fù)雜，不僅涉及肝動脈和門靜脈，還與肝臟自身病變的演變過程相關(guān)，明確其血供狀態(tài)有助于進行診斷與治療。MRI技術(shù)是早期發(fā)現(xiàn)肝腫瘤和進行病變鑒別診斷的重要檢查手段之一[1,5]，特別是磁共振動態(tài)增強掃描對準確評估肝腫瘤的血供及新生血管與腫瘤的關(guān)系具有一定優(yōu)勢，對早期診斷和治療都有較大幫助[6]。

目前常規(guī)所使用的肝臟磁共振增強掃描期相包括動脈晚期、門靜脈期、平衡期以及延遲期。由于動脈期是肝臟動態(tài)成像的首過期相，對肝占位病變的鑒別診斷特別重要，但其出現(xiàn)時間短暫通常只選擇一組動脈期(動脈晚期)掃描。而常規(guī)PI技術(shù)捕捉單動脈晚期可因各種因素造成動脈期相把握不準或患者屏氣不佳造成動脈期圖像顯示不佳，從而影響疾病診斷。此外，目前對肝硬化背景下早期肝癌的發(fā)現(xiàn)和診斷仍有難點，特別是非典型影像學(xué)表現(xiàn)的肝臟腫瘤和一過性強化的小肝癌病變?nèi)匀狈?yōu)勢。近年來有文獻報道使用CDT快速序列可以連續(xù)取得動脈三期動脈期圖像，對早期小肝癌的診斷有明顯優(yōu)勢，所以觀測多期動脈期表現(xiàn)對肝臟占位性病變的診斷有重要意義[3,7]。

uCS序列是一種新的快速成像掃描方法：它結(jié)合了傳統(tǒng)的并行采集技術(shù)、半傅立葉技術(shù)和新的壓縮感知技術(shù)，將三種快速成像技術(shù)融合一體，能夠在極短的時間內(nèi)完成快速多期3D成像。特別是壓縮感知技術(shù)是基于圖像的稀疏可壓縮性特點，通過小波、Total Variation等技術(shù)，把大量圖像信息壓縮快速采樣后再通過重建還原原始圖像，從而達到極快速成像的效果[8-9]。本研究使用uCS技術(shù)可通過一次17 s的屏氣掃描完成動脈多達8個時像的連續(xù)采集，平均單期圖像成像時間2 s，相對常規(guī)單期相17～20 s的屏氣時間可以有效減少呼吸和臟器蠕動偽影。在對圖像質(zhì)量評估中發(fā)現(xiàn)，雖然uCS組多動脈期圖像因其成像矩陣小于對比組，在圖像對比度評估方面不及常規(guī)單動脈期，但其2 s完成一組全肝掃描圖像的成像速度有效凍結(jié)了呼吸和內(nèi)臟的運動，故其圖像在呼吸偽影和肝臟邊緣銳利度方面優(yōu)于常規(guī)增強圖像，其整體圖像質(zhì)量可滿足診斷需求。有研究認為特異性對比劑較常規(guī)對比劑更易引起動脈期偽影，減少獨立單期屏氣時間可提高動脈期圖像質(zhì)量[10]，故提高掃描時間分辨力，有效減少單期成像時間對提升特異性對比劑的應(yīng)用效果也有一定意義。相比常規(guī)單動脈期成像，uCS技術(shù)可以在保有較高圖像質(zhì)量的前提下完整記錄所有動脈期成像過程，觀察到其他單動脈期增強檢查(VIBE，LAVA)不能觀測到的動脈早、中期圖像，并可同時繪制病灶、肝臟和血管的連續(xù)動態(tài)強化曲線，從而描述病灶完整動脈期相的強化特征。uCS技術(shù)一次掃描所得多達8期的動脈期圖像包含所有動脈早期至動脈晚期圖像，且每一期相都是獨立成像而不依賴其他期相內(nèi)數(shù)據(jù)。若有患者在掃描期間因屏氣困難造成短暫的屏氣不佳或血管搏動偽影，只會影響到相關(guān)期相的圖像質(zhì)量，醫(yī)師仍可通過其他各組圖像完整觀察動脈期，避免了常規(guī)單次動脈期掃描中因屏氣不佳等原因造成圖像欠佳甚至掃描失敗的情況。

本研究尚存在一些局限性：納入病例數(shù)較少，對肝臟腫瘤的動態(tài)強化特點仍需要大數(shù)據(jù)進行進一步研究；其次新技術(shù)多期掃描的臨床應(yīng)用方案尚在完善成熟階段。

綜上所述，uCS技術(shù)作為磁共振新一代快速成像方法，在保證圖像質(zhì)量情況下達到極高的時間分辨力，可用一次屏氣完成多期像采集包含所有肝臟動脈期相，有利于減少呼吸偽影并保證肝臟動態(tài)成像的成功率。uCS技術(shù)應(yīng)用于肝臟磁共振動態(tài)增強成像可為肝臟占位性病變的診斷提供更多腫瘤血供信息，值得臨床應(yīng)用推廣。