基于光梭成像技術(shù)的多動脈期成像在肝臟MRI中的應(yīng)用

劉鍇，孫海濤，陳財忠，溫喜喜，曾蒙蘇，畢正宏

1.復旦大學附屬中山醫(yī)院 放射科，上海 200032；2.上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司，上海 201807

引言

增強磁共振成像在肝臟占位性病變的診療中具有非常重要的作用[1-3]，其中動脈期成像作為動態(tài)增強過程的首過期像有其重要的特點[4-6]。相對于門靜脈和平衡期圖像，肝臟動脈期的時間窗很窄，常表現(xiàn)為一過性出現(xiàn)。對掃描時機把握不當易造成動脈期顯示時相的不準確，不利于肝占位的準確診斷[7]。另一方面，T1WI 3D增強序列需要患者在一次屏氣狀態(tài)下完成，屏氣過程中受各種因素的影響而出現(xiàn)屏氣欠佳的情況，進而影響到動脈期圖像質(zhì)量，而對于重癥和年紀較大患者尤為明顯[8]。多動脈期技術(shù)的出現(xiàn)為獲取更加準確的動脈期圖像提供了技術(shù)依據(jù)，目前多使用并采集平行成像（Parallel Imaging，PI）雙期和三期技術(shù)[9]。光梭成像（United Compressed Sensing，uCS）是在壓縮感知（Compressed Sensing，CS）快速成像基礎(chǔ)上再加入半傅立葉和PI快速成像技術(shù)的一種快速成像方法，可以使用高倍數(shù)的CS加速采集提高時間分辨率而不損失圖像質(zhì)量[10-11]。本研究旨在使用uCS技術(shù)進行多組動脈期成像，通過與傳統(tǒng)PI技術(shù)進行動脈晚期的自身對比分析以明確uCS多動脈期的成像質(zhì)量和初步應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2021年7—12月復旦大學附屬中山醫(yī)院放射科經(jīng)CT或超聲診斷為肝臟實質(zhì)性占位患者60例進行回顧性研究。納入標準：在6個月內(nèi)曾使用PI單動脈期磁共振成像的肝腫瘤外科術(shù)后復查患者，或術(shù)前PI技術(shù)掃描效果不佳使用uCS法進行掃描的患者，最終將其中42例曾使用與uCS成像相同的磁共振掃描儀進行過單動脈期檢查的患者納入本研究。排除標準：對比劑過敏，嚴重肝腎、心功能不全或不能配合患者。42例患者中男28例、女14例，年齡31～79歲，平均（67.9±12.1）歲。本研究經(jīng)復旦大學附屬中山醫(yī)院倫理委員會審核同意（倫理編號：B2021-425R）。

1.2 檢查方法

所有患者均采用16通道相控陣線圈的3.0 T磁共振成像系統(tǒng)（uMR770，上海聯(lián)合影像醫(yī)療公司）完成MR掃描。首先完成常規(guī)肝臟MRI增強檢查：掃描T2WI圖像、擴散加權(quán)圖像（0、50、500 s/mm2）、雙回波T1WI同反相位圖像、增強前平掃抑脂T1WI圖像。動態(tài)增強成像使用uCS法進行連續(xù)T1WI多動脈期掃描1～8組圖像（1～4組為動脈早中期，5～8組為動脈晚期），設(shè)為uCS組，Gd-DTPA對比劑按0.2 mmol/kg標準進行注射，速率為2 mL/s。隨后采用20 mL 0.9%氯化鈉溶液沖洗。門靜脈期和延遲期圖像分別在對比劑注射后延遲70、180 s進行。將納入的常規(guī)PI法單動脈期圖像作為自身對照組（PI組），掃描流程與uCS技術(shù)相同，uCS和PI技術(shù)多動脈期掃描參數(shù)如表1所示。

表1 uCS組和PI組成像參數(shù)

1.3 圖像分析

1.3.1 圖像質(zhì)量主觀評價

由2名放射科專長腹部診斷并具有8年以上經(jīng)驗的高年資醫(yī)師，使用同一工作站進行獨立閱片，包括對肝臟邊緣銳利度、圖像偽影、肝管血管結(jié)構(gòu)及病灶是否清晰顯示進行圖像質(zhì)量評估，評分經(jīng)協(xié)商后達成一致意見。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分為圖像偽影較大或肝臟或血管邊緣模糊，病灶顯示欠清但尚能診斷；0分為偽影較大，血管或病灶模糊，圖像質(zhì)量較差，無法用于診斷。

對動脈期時相采用5級分法定義：0分：標準動脈晚期（肝實質(zhì)輕度強化肝門靜脈輕度顯示而肝靜脈未顯影）；-1分：動脈早期（動脈血管顯示、門脈可輕度顯示）；-2分：太早（僅動脈血管顯示）；1分：較晚（門靜脈均勻顯示伴肝靜脈輕度強化)； 2分：太晚（肝靜脈和肝實質(zhì)充分強化）。

1.3.2 圖像質(zhì)量客觀評價

分別在肝臟左、右葉的門靜脈旁肝實質(zhì)區(qū)，肝臟背景區(qū)的相同區(qū)域繪制感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI），繪制區(qū)域避開膽管、血管和偽影區(qū)。分別測量肝臟左、右葉，肝臟背景區(qū)信號強度及標準差，計算uCS和PI圖像肝臟左、右葉的信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）和肝臟信號變異系數(shù)（Coefficient of Variation，CV），用同等時相的uCS組圖像與PI動脈期圖像進行對比分析[7]。

1.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計學分析。圖像評分非參數(shù)定量使用 Wilcoxon秩和檢驗法進行對比，圖像SNR、CV變量數(shù)據(jù)用±s表示，使用t檢驗法進行兩兩對比，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 圖像質(zhì)量評價

uCS技術(shù)掃描圖像能夠清晰顯示肝臟結(jié)構(gòu)和強化效果，肝臟實質(zhì)動脈早期左肝偽影評分低于右肝，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；血管清晰度優(yōu)于右肝圖像，uCS動脈晚期圖像強化效果好，左肝偽影消失，見表1、圖1。

圖1 光梭技術(shù)掃描動脈早期與動脈晚期圖像對比

表2 uCS動脈期左、右葉肝臟圖像總體偽影評價（±s，分）

表2 uCS動脈期左、右葉肝臟圖像總體偽影評價（±s，分）

注：uCS：光梭成像。

組別 uCS Z值 P值左肝 右肝肝實質(zhì)偽影 3.34±0.78 3.76±0.43 -3.82 ＜0.001血管偽影 3.71±0.46 3.47±0.63 -2.50 0.012

動脈期成像效果uCS 所得8組增強圖像包含動脈期起始段至動脈晚期所有動脈期強化過程，動脈早期可顯示病灶血管像，見圖2；uCS動脈期圖像的血管偽影及肝臟邊緣清晰度較PI掃描圖像效果有所提升，見圖3。

圖2 光梭成像技術(shù)可一次屏氣掃描得到連續(xù)8組動脈期圖像

圖3 傳統(tǒng)單動脈期技術(shù)還和光梭技術(shù)成像

動脈晚期時相獲取準確率uCS組為97%（41/42），PI獲取標準動脈晚期準確率為67%（28/42），其中0分28例，-1分6例，-2分2例，1分5例，2分1例。uCS動脈晚期捕捉率明顯優(yōu)于PI單動脈期成像。uCS組偽影評分明顯高于PI單動脈期，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表3。

表3 uCS與PI組動脈晚期圖像偽影評價（±s，分）

表3 uCS與PI組動脈晚期圖像偽影評價（±s，分）

注：uCS：光梭成像；PI：平行成像。

組別 呼吸偽影評分血管邊緣清晰度評分 總體評分uCS 3.81±0.45 3.62±0.49 3.71±0.46 PI 3.19±0.94 3.29±0.67 3.24±0.85 t值 3.69 3.50 3.65 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

2.2 圖像客觀評價

uCS掃描所得連續(xù)動脈期圖像，其動脈早中晚不同時相的圖像信號強度隨增強時間呈漸進性增高，動脈晚期SNR最高，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表4。uCS等效動脈晚期SNR高于PI組圖像，uCS肝右葉實質(zhì)CV小于PI組，uCS圖像均勻度優(yōu)于PI，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表5。

表4 uCS肝臟多動脈期不同時相的SI和SNR比較（±s）

表4 uCS肝臟多動脈期不同時相的SI和SNR比較（±s）

注：t1、P1動脈早期和動脈中期比較；t2、P2動脈中期和動脈晚期比較。uCS：光梭成像；PI：平行成像。

不同時相 SI SNR動脈早期 604.38±84.05 173.86±27.36動脈中期 714.67±122.35 232.96±48.66動脈晚期 897.79±204.71 281.59±76.84 t1值 -8.72 -10.07 P1值 ＜0.001 ＜0.001 t2值 -11.47 -6.67 P2值 ＜0.001 ＜0.001

表5 動脈晚期uCS和PI 定量分析比較（±s）

表5 動脈晚期uCS和PI 定量分析比較（±s）

注：uCS：光梭成像；PI：平行成像；SNR：信噪比；CV：肝臟信號變異系數(shù)。

圖像質(zhì)量 分布 uCS PI t值 P值SNR左肝右肝261.43 ± 50.27 244.87 ± 62.66 198.81 ± 50.18 191.19 ± 51.13 8.86 6.18＜0.001＜0.001

3 討論與結(jié)論

肝臟動脈期成像是肝臟增強磁共振檢查中的技術(shù)難點，因時相掃描的瞬時性和唯一性，任何原因都有可能造成動脈期成像質(zhì)量的下降甚至期像丟失[12-13]。多動脈期技術(shù)的出現(xiàn)一定程度上改善了圖像質(zhì)量，既往的研究表明，多個動脈期成像有利于對富血供病灶的顯示，提高檢出率，成像效果較單一動脈期具有明顯優(yōu)勢。但以往多動脈期技術(shù)為保持一定的成像質(zhì)量，對時間分辨率的提升與其成像效果相互制約，也與使用的不同掃描技術(shù)相關(guān)。壓縮感知成像方式為實現(xiàn)快速成像提供了一種新的途徑[14-15]，有研究嘗試使用雙動脈期成像取得了較好的效果。相關(guān)研究表明，CS技術(shù)可以在不影響圖像分辨率的情況下有效減少掃描時間[16-20]。本研究使用的uCS法采用結(jié)合半傅立葉，并采集技術(shù)進行高倍數(shù)CS加速，實現(xiàn)具有高度加速能力的一種新成像方法以獲取多動脈期圖像及數(shù)據(jù)。研究中使用了16倍的高壓縮倍數(shù)進行成像，可以在2 s內(nèi)完成一次全肝臟的大范圍掃描。一次屏氣下產(chǎn)生連續(xù)8組多動脈期圖像，完成從動脈血管強化起始段至動脈晚期全過程的動態(tài)強化過程，其連續(xù)的動態(tài)成像類比DSA造影的強化過程。全肝2 s的成像速度相比較之前的成像法，更能有效凍結(jié)呼吸偽影并提高肝內(nèi)血管的清晰度，本研究結(jié)果也印證了實際臨床使用效果。

本研究中使用8個連續(xù)動脈組合的方案也是將一個動脈期過程進行細化分解，診斷醫(yī)師可以觀察到包括病灶強化的起始段、動脈早期直到動脈晚期及門脈顯示期的強化全部變化過程。既可以使用動脈早期觀察病灶血管和早期強化，也可以在動脈晚期觀察病灶。研究結(jié)果中動脈早期圖像清晰顯示了病灶血管，實時的強化過程為描述肝臟和病灶間的強化狀態(tài)提供了更加完整的動態(tài)呈現(xiàn)，臨床實踐中通過對PI單動脈期進行的自身對照分析結(jié)果也證明了這一點。uCS技術(shù)能夠涵蓋大范圍的動脈期成像過程，相對于常規(guī)單動脈期技術(shù)可以更精準地捕捉到肝臟增強的標準動脈晚期時相，提供更豐富的動脈期血供信息。

為明確uCS高速成像技術(shù)在實際應(yīng)用中的圖像質(zhì)量及其成像特點，本研究還對uCS多組圖像質(zhì)量分別進行了評估和分析。uCS的圖像對比中發(fā)現(xiàn)肝臟左葉的偽影評分不及肝臟右葉，分析主要原因為動脈早期的圖像中左外葉經(jīng)對比劑流入心臟后因搏動而對肝臟左葉產(chǎn)生鬼影，而在動脈晚期組圖像中左葉經(jīng)充分強化后偽影基本消失，這也是uCS組肝左葉肝實質(zhì)偽影評分低于右葉的原因。在對圖像的定量分析中，雖然uCS圖像分辨率較單動脈期圖像略低，這是由于使用高加速因子與進行快速掃描提升時間分辨率進行權(quán)衡所致。但通過對比CV值發(fā)現(xiàn)，uCS技術(shù)所得肝臟左葉CV值與PI組無統(tǒng)計學差異，肝右葉圖像均勻度優(yōu)于傳統(tǒng)單動脈期。常規(guī)單動脈期技術(shù)仍使用PI加速法進行快速成像，而加速過程中會伴有并采集偽影，尤其在體型較大患者中更易影響到圖像質(zhì)量，并且單動脈期的呼吸偽影相比于uCS掃描圖像更多，也間接影響了圖像的均勻度[21]。uCS所得動脈期各組圖像的 SI和SNR都隨強化時間增加而進行性增加，在與PI動脈晚期圖像的自身對比中，uCS所得等效動脈晚期左肝及右肝的SNR都高于PI對照組，其圖像質(zhì)量完全可滿足診斷需求。

同時本研究也存在一些局限性：① 雖然uCS技術(shù)是與患者自身對照的技術(shù)進行對比，但因動脈期掃描的唯一性并不能使兩種技術(shù)在一次檢查中完成。本研究認為重復注射對比劑進行比較并不適合短期檢查，所以無法直接對病灶的強化效果進行對比分析。其次，由于CS重建的非線性重建性質(zhì)和噪聲強度的不均勻分布，對具有CS加速成分的uCS與PI技術(shù)信噪比評價有可能不能代表真實的噪聲差異，但結(jié)果仍反映了一定的圖像客觀狀態(tài)，而且圖像直接的視覺診斷效果較佳。

綜上所述，本研究展現(xiàn)了一種基于采用CS高加速倍數(shù)的新快速多動脈期成像技術(shù)，其利用更加高速的成像速度減少呼吸和運動偽影的影響，在不降低圖像質(zhì)量的同時提供動態(tài)的強化效果，有較廣闊的應(yīng)用前景。