ACS和BLADE序列在上腹部T2WI中的應用價值對比

徐 航，杜 凡，溫喜喜，陳財忠，饒圣祥，孫 偉*

1.復旦大學附屬中山醫院放射診斷科，上海市影像醫學研究所，上海 200032

2.上海聯影醫療科技有限公司，上海 201807

MRI尤其是T2WI應用于肝臟檢查時，易受到腹部呼吸運動影響而產生偽影，降低圖像質量。刀鋒偽影校正（BLADE）技術能明顯減少運動偽影，進而改善影像質量，已應用于上腹部檢查［1-2］。目前臨床工作中，常規在屏氣狀態下進行BLADE-T2-FSE序列檢查，需要多次屏氣才能覆蓋整個肝臟。

聯影公司開發的AI輔助壓縮感知（AI-assisted compressed sensing，ACS）序 列［3］采 用 人 工 智 能聯合半傅里葉（partial Fourier，PF）、并行成像（parallel imaging，PI）和壓縮感知技術（compressed sensing，CS），能在保證圖像質量的情況下大幅提升掃描速度，達到1次屏氣狀態下覆蓋整個上腹部的目的。本研究將應用BLADE-T2-FSE與ACST2-FSE采集的圖像進行比較，探討ACS技術在上腹部T2WI檢查中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料納入2020年5月至2020年6月在本院行上腹部MR檢查的61例患者，其中男性45例、女性16例，年齡29～81歲，平均（56.0± 12.6）歲。納入標準：（1）行ACS與BLADE T2WI兩種序列檢查，并行腹部磁共振增強檢查；（2）肝細胞肝癌（HCC）及肝內膽管細胞癌（ICC）通過病理檢查確診，血管瘤及囊腫綜合臨床資料、典型影像學表現確診。排除標準：（1）患者屏氣差，導致圖像偽影大；（2）有5個及以上同一類型病灶；（3）有進行過治療的陳舊病灶。本研究在人類遺傳資源平臺備案（BF2021051206047）；患者知情同意并簽署知情同意書。

61例患者共計75個病灶，包含42個惡性病灶和33個良性病灶。42個惡性病灶（37例患者）經手術或穿刺活檢取得病理學診斷，包括HCC 36個、ICC 6個；33個良性病灶（24例患者）包括血管瘤16個、囊腫17個，依據典型影像學表現并結合患者臨床資料獲得診斷。

1.2 檢查方法使用聯影uMR770/3.0T磁共振成像系統及其配備的相控陣體部線圈進行掃描。掃描前對患者進行屏氣訓練。患者取仰臥位、腳先進。BLADE及ACS序列的具體參數見表1。

表1 BLADE-T2-FSE和ACS-T2-FSE掃描參數

1.3 圖像分析與評價在影像工作站分別測量BLADE及ACS序列中的病灶及肝實質信號。對于較大且不均勻病灶，將感興趣區（region of interest，ROI）置于病灶實性部分，避開明顯的囊性及壞死區域。測量病灶周邊肝實質時，ROI盡量避開血管和膽管。每個數據測量3次并取平均值，兩個序列測量點位保持一致。計算肝臟占位的CR，CR病灶/肝實質＝（病灶信號強度－肝實質信號強度）/ 肝實質信號強度。

由2位高年資腹部診斷醫師各自獨立對所得圖像進行分析與評價。評價指標：圖像整體質量、圖像錯層情況、膽管顯示清晰度、病灶顯示清晰度、呼吸運動偽影、胃腸道蠕動偽影、卷褶偽影。各種偽影評分分級：4分，無偽影；3分，輕度偽影，尚可進行診斷；2分，中度偽影，診斷較困難；1分，嚴重偽影，無法診斷。整體圖像質量評分分級：4分，優；3分，良；2分，中；1分，差。膽管與病灶顯示清晰度評分分級：4分，清晰；3分，輕微模糊；2分，中等模糊；1分，非常模糊。圖像錯層分級：4分，無錯層；3分，輕微錯層，不影響診斷；2分，中等錯層，影響診斷；1分，嚴重錯層，無法診斷。

1.4 統計學處理使用SPSS 19.0軟件進行統計學分析，各數據采用±s表示。兩種序列圖像上各類病灶CR值的比較采用獨立樣本t檢驗；兩種序列圖像質量的主觀評價比較采用Wilcoxon軼和檢驗。采用Cohen’s Kappa檢驗評估讀片醫師主觀評價的一致性，k＝0.81～1.00為顯著一致；0.61～0.80 為一致性良好；0.41～0.60 為一致性中等；0.21～0.40 為一致性較差；＜0.20 為不一致。檢驗水準（α）為0.05。

2 結 果

2.1 掃描時間與病灶顯示在上腹部T2WI中，ACS序列在1次屏氣內（約10 s）完成采集，而BLADE序列在3次屏氣（加中間2次喘氣）內（約62 s）完成采集。ACS序列對病灶尤其小病灶的顯示效果優于BLADE序列，能夠更好地在肝實質背景中突出病灶（圖1A～1B）；ACS序列圖像上測得的HCC、ICC、血管瘤及囊腫CR均高于BLADE序列（P＜0.001，表2）。

圖1 肝細胞肝癌患者BLADE與ACS序列圖像示例

表2 兩種序列圖像中病灶與肝實質CR比較n＝61

2.2 主觀評價及觀察者間一致性分析結果（圖1C～1F、表3）顯示：ACS序列圖像中呼吸運動偽影、卷褶偽影、圖像質量評分、圖像錯層評分、膽管顯示清晰度、病灶顯示清晰度項目得分均高于BLADE序列（P＜0.05）；ACS序列圖像中胃腸道蠕動偽影評分略低于BLADE序列，但差異無統計學意義（P＝0.128）。Cohen’s Kappa檢驗顯示，2位讀片醫師各項評分的κ值均大于0.60，說明一致性良好。

表3 兩種序列上圖像質量主觀評價及觀察者間一致性

3 討 論

3.1 BLADE技術的原理MRI對運動敏感，成像過程中患者輕微運動，即可導致圖像模糊，產生偽影。BLADE技術是平行填充與放射狀填充的結合，k空間的中心區域有大量的數據重疊，為數據校正提供更多機會；BLADE采集相位編碼方向的運動偽影隨著編碼方向旋轉而旋轉，而不是如同笛卡爾坐標下TSE的采集偽影總在一個方向出現。因此，重建后的圖像偽影較TSE能得到更好的控制。這種旋轉重建方法能有效降低呼吸運動對圖像的影響［4］。然而，BLADE序列在k空間重復采集數據，這些冗余的數據采集會導致采集時間延長，因此本研究中BLADE-T2-FSE須通過3次屏氣采集來覆蓋整個肝臟。

3.2 ACS技術的原理基于k空間快速采集磁共振成像技術包括PF、PI、匙孔成像［5］等。這些技術都能減少采集k空間數據從而實現快速MR成像，臨床以PI應用最廣泛。但PI也存在一些固有缺陷：（1）隨著加速因子增加，信噪比（SNR）會明顯下降；（2）其最大加速因子R受線圈通道數的限制；（3）PI使用多線圈成像，其計算的復雜度將會隨線圈數量增加而增大。

CS最早由Donoho等［6］于2006年提出，為一種只須遠少于奈奎斯特采樣定理所要求的采樣數即可高度精確重建原始信號的方法。基于磁共振圖像本身的稀疏特性，CS在采樣時對k空間信號隨機采樣，通過非線性重建算法消除圖像中的非相關偽影，精確恢復原信號。該技術一定程度加速了重建過程，但其重建結果的優劣依賴于測量矩陣、重建模型及重建算法等［6-7］。

在MRI重建領域，除CS技術外，以卷積神經網絡（convolutional neural network，CNN）為代表的AI技術表現出色。但CNN使用的非線性函數及龐大的參數量使其結果難以定量分析、圖像難以定量描述［8］，進而無法預見可能產生的誤差，增加臨床應用難度。聯影ACS技術克服了上述各種技術的難點，將PF、PI、CS三大技術聯合起來，以全采樣圖像為目標、相應的欠采樣圖像為輸入訓練，構成以ResNet［9］為基礎的神經網絡。該網絡可以減少在高加速狀態下三大技術帶來的噪聲與偽影。將該網絡作為AI環節加入迭代重建流程，形成CS＋PI＋PF＋AI架構，能有效幫助提高圖像質量，同時AI輸出又受到PF相位、PI線圈靈敏度、CS稀疏的約束，保障了其臨床應用的可靠性。使用ACS技術，可以大幅縮減采樣數據，加快成像速度，進而在患者1次屏氣內掃描整個上腹部區域。

3.3 兩種技術圖像質量的比較本研究中，ACS-T2-FSE檢查中呼吸運動偽影和圖像錯層較BLADE-T2-FSE序列少。原因包括：（1）ACST2-FSE只需屏氣1次即可完成采集，而BLADET2-FSE需3次屏氣。而且，不同人群的氣腹壓力不同，為0～15 mmHg［10］，呼吸運動程度較難掌握，導致重復性差，且腹腔臟器層面不一致，形成錯層和偽影。年齡較高患者3次屏氣更易導致圖像錯層。（2）ACS序列僅須10 s單次屏氣，而BLADE序列須14 s單次屏氣。年齡較高患者呼吸深淺不一、吸氣程度不同、屏氣時間也較短，尤其是合并心肺功能疾病或梗阻引起腹腔積液者屏氣時間更短，導致偽影。而且，掃描時間越短越有利于控制呼吸運動偽影。雖然BLADE序列可以抑制運動偽影，但圖像模糊仍可發生，尤其易發生于肝內膽管和病灶邊緣。（3）ACS序列將基于深度學習的ResNet技術加入圖像的迭代重建流程，能一定程度上減少圖像的噪聲和偽影。

用ACS-T2-FSE序列掃描不僅能得到更好的屏氣圖像，且能更好地顯示病灶。本研究中，ACS序列圖像中HCC、ICC、血管瘤和囊腫的CR都高于BLADE序列。ACS序列所須屏氣時間短，可以選擇比BLADE序列更長的重復時間（TR）和回波時間（TE），有利于長T1長T2病灶及肝內膽管的顯示。而BLADE序列參數設置要綜合考慮患者的屏氣時間和耐受度。為了提高檢查成功率，本研究對于屏氣不佳的患者，均采用患者左手捏鼻子輔助屏氣。一些患者由于肩周炎或習慣等原因，捏鼻子時手肘會靠近胸口導致卷褶偽影。ACS序列相位編碼方向為前后方向，左側卷褶偽影不影響肝臟部位的顯示；而BLADE序列為平行填充與放射狀填充相結合，卷褶偽影易出現于放射狀填充方向，影響肝臟的顯示。由家屬捏患者鼻子輔助其屏氣有利于減少BLADE序列掃描中此類偽影。

本研究不足之處：納入病例數較少，部分屏氣差、掃描圖像運動偽影過大無法診斷的患者被排除；其次，僅納入有明確病理結果和典型影像學表現的肝臟占位患者，而未納入其他占位和轉移性病變患者。

綜上所述，ACS序列將AI與PF、PI、CS融合，實現快速掃描，在保證較高圖像質量的情況下，屏氣1次（約10 s）即可覆蓋上腹部區域。與BLADE序列相比，ACS序列圖像中呼吸運動偽影和圖像錯層更少、CR更高、圖像顯示更清晰，值得臨床應用推廣。

利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。