壓縮感知不同加速倍數在平衡式快速場梯度回波對腎動脈圖像質量的影響

李開 王旭 唐利榮 王芳 佟雅涵 石磊

腎癌是一種常見的泌尿系統惡性腫瘤，腎臟腫瘤行保留腎單位手術已越來越受到人們的重視[1]。腎動脈解剖變異發生率較高[2]，且表現類型多樣，對于腎癌患者，變異血管的存在極大地增加了手術難度，若忽視腎動脈解剖變異則可能在術中造成變異血管的意外損傷，增加術中出血發生率及手術難度。CT血管造影成像（computed tomographic angiography,CTA）能三維顯示血管解剖結構，是一種無創、簡便和可靠的檢查方法，多項研究表明CTA可以作為腎癌術前評估的檢查[3-4]。由于CTA檢查需要注射對比劑和接受輻射，易造成高輻射劑量及碘對比劑相關腎病。近年來，MRI并行采集、平衡式快速場梯度回波（balanced fast gradient field echo，B-TFE）序列腎動脈血管造影以其不使用對比劑、無創、價格低廉等優勢，逐漸應用于臨床[5-6]。但關于壓縮感知（compressed sensing,CS）加速技術應用于腎動脈掃描的相關研究較少，因此，筆者在B-TFE序列掃描中采用CS不同的加速倍數，比較不同加速倍數下腎動脈圖像質量的差異，現將結果報道如下。

1 對象和方法

1.1 對象 收集2021年10月至2022年3月浙江省腫瘤醫院腎腫瘤患者30例，男20例，女10例，年齡35～76（56.3±11.0）歲，所有患者均為體檢發現腎腫瘤而就診；術前接受腎動脈CTA及MRI B-TFE檢查，其中MRI根據不同加速方式分為并行采集組（PI組）和CS組（CS倍數分為3、6、9，故分為CS3、CS6、CS9 3組），掃描4組患者的腎動脈圖像。納入標準：（1）腎腫瘤患者；（2）能耐受MRI檢查。排除標準:（1）掃描偽影重；（2）圖像質量差；（3）有對比劑過敏及MRI檢查禁忌證。本研究經浙江省腫瘤醫院醫學倫理委員會批準[IRB-2022-339號（科）]。

1.2 方法 使用Siemens defination Flash CT儀和Philips Ingenia CX 3.0T MRI儀。MRI掃描參數：采用32通道相控陣體部線圈，腎動脈檢查采用3D B-TFE序列進行橫斷位掃描。該序列使用3個預飽和帶抑制靜脈信號，其中2個飽和帶放在雙腎中部外側，第3個飽和帶置于雙腎下極抑制下腔靜脈信號；PI組加速因子為2.2，CS組加速因子為3、6、9，其余參數均相同，參數如下:FOV 300 mm×120 mm，TR/TE 3.3 ms/6.7 ms，體素1.5 mm×1.5 mm×2 mm，層間隔1 mm，矩陣 200×80，FA 30°，激勵次數1，采用水選擇激勵抑脂技術，翻轉時間1 200 ms。PI、CS3、CS6、CS9組掃描時間分別為228、144、75、51 s。

1.3 圖像分析 將CTA掃描數據傳入工作站進行多平面重建、最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）后處理，記錄副腎動脈情況；將原始數據導入Philips圖像工作站（Intellispace Portal,v.10.1.0.64190）進行MIP后處理。

1.3.1 主觀評價 由2位放射科主治醫師獨立審閱腎動脈圖像質量并根據5分法進行評分，評分標準見表1，其中分值和圖像質量之間呈正相關，評分結果≥3分為滿足臨床診斷需求[7-8]。腎動脈分支采用4分法評分，評分標準：顯示腎動脈主干為1分，一級分支為2分，二級分支為3分，三級分支為4分。

表1 圖像質量評價標準

1.3.2 定量分析 采用圓形感興趣區（region of interest,ROI）測量不同組別的橫斷位圖像，分別測量和記錄左、右兩側腎動脈主干、腎周脂肪的MRI信號強度，以及后背肌肉MRI信號強度標準差。腎動脈、腎周脂肪、后背肌肉ROI分別為15、15、50 mm2。分別計算左右腎動脈信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）和對比噪聲比（contrast-to-noise ratio，CNR），公式如下：

1.4 統計學處理 采用SPSS 20.0統計軟件。計量資料以表示，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD-t檢驗。2位醫師圖像質量及腎動脈分支評分采用Kappa分析，Kappa值＞0.75為一致性好，0.5≤Kappa值≤0.75為一致性較好，Kappa值＜0.5為一致性差。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 4組圖像質量及分支顯示的比較 不同組間圖像質量及分支顯示評分情況見表2，結果發現，CS9組圖像質量及分支顯示為不合格圖像，其余組圖像均＞4分，滿足診斷要求。4組圖像兩兩比較，CS9與其他3組圖像質量及分支顯示比較差異均有統計學意義（均P＜0.05），CS6與PI組、CS3組圖像質量及分支顯示比較差異均無統計學意義（均P＞0.05）。其中2位醫師圖像質量評分一致性較好，Kappa值為0.679，分支顯示評分一致性好，Kappa值為0.754。4組MRI掃描所見腎動脈圖像見圖1。

表2 4組圖像質量及分支顯示的比較（分）

圖1 4組MRI掃描所見腎動脈圖像（a：PI組；b：CS3組；c：CS6組；d：CS9組）

2.2 左右腎動脈SNR和CNR比較 各組左、右側腎動脈SNR和CNR結果見表3，結果顯示各組間左、右側腎動脈SNR、CNR比較差異均有統計學意義（均P＜0.05）。4組圖像SNR和CNR兩兩比較，CS9組與其他3組比較差異均有統計學意義（均P＜0.05），PI組與CS3、CS6之間比較差異均無統計學意義（均P＞0.05）；CS6組左右腎動脈SNR和CNR比CS3組分別高5.3%、1.7%、4.8%、1.1%，比PI組左右腎動脈SNR高0.6%、1.4%，比右CNR高0.7%。

表3 4組測量結果及不同組SNR、CNR比較

2.3 4組掃描時間及與CTA對照顯示副腎動脈情況相較于PI組序列，CS組加速因子為3、6、9時，掃描時間分別減少了36.8%、67.1%、77.6%。CTA掃描結果顯示共有13例副腎動脈出現，參考CTA圖像，CS3和CS6顯示情況與CTA一致，能清晰顯示副腎動脈情況，見圖2。

圖2 腎動脈MRI掃描圖像與CTA圖像的比較（a、b分別為CTA圖像，箭頭所示為左腎一支副腎動脈的前面和后面觀；c、d、e為PI組、CS3組、CS6組下的腎動脈圖像，箭頭所示為副腎動脈）

3 討論

SNR和CNR是圖像質量評價的一項重要指標。本研究結果顯示，CS9組圖像質量、分支顯示情況評分最低，不能滿足診斷，而CS6和CS3兩組圖像質量差異無統計學意義，但是CS6組左、右腎動脈SNR和CNR稍高于CS3組，并不是隨著加速倍數增高而降低，分析其原因可能是CS3組掃描時間長，檢查過程中患者呼吸配合以及血管搏動產生影響，另一個原因可能是腎動脈存在一定的狹窄，血流去相位效應導致。本研究在收集數據過程中，有2例掃描失敗，分析原因是患者掃描過程中沒有均勻呼吸，呼吸動度過大，圖像質量差，沒有納入研究，這也提示檢查前要作好宣教,訓練呼吸。

CS降低掃描時間，重復性好，與腎動脈CTA作為對照，結果顯示PI、CS3、CS6組圖像均能很好的顯示副腎動脈，相關研究也有同樣的報道[7]。本研究不足之處：（1）樣本量太少；（2）CS倍數之間設置的間隔太大，可以縮小倍數間的間隔，尋找最佳倍數。

綜上所述，CS作為新一代快速MRI掃描方法，可以提高掃描效率并縮短掃描時間。在MRI B-TFE腎動脈成像掃描中使用加速倍數為6的CS，能夠在保證圖像質量的情況下減少掃描時間，可以作為腎腫瘤術前常規檢查，降低患者輻射及對比劑腎病風險。